C620型普通车床数控化改造.doc

1、C620型普通车床数控化改造摘要：随着社会生产和科学技术的迅速发展,机械产品的性能和质量不断提高,改型频繁,数控机床在机械制造中的地位越来越重要。本课题的设计改装后能实现车削圆弧面、外圆面等回转表面利用单片机对纵、横向进给系统进行控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。提高了机床加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，减轻工人的劳动强度，缩短订购新的数控机床的交货周期时间。实践已经证明普通车床的经济型数控改造具有重大的实际价值，为此，在旧有车床上进行数控改造有着

2、较好的市场前景。关键词：数控改造，伺服系统，CAD，C620车床Type C620 engine lathe numerical control transformationAbstract ：With the rapid development of social production and science and technology, machinery and continuously improve product performance and quality, and modified frequently, more and more important role in th

3、e NC machine tool in machine manufacture. Design modifications, this paper can realize the turning arc, cylindrical sides after turning on vertical and horizontal surfaces using single-chip microcomputer controlled feed system, vertical (z) 0.01mm/pulse pulse equivalent horizontally (x) 0.005mm/puls

4、e pulse equivalent, drive elements by stepper motor, transmission system using ball screws. Improve machining precision, and greater use of machine tools, and improved productivity, improved processing technology, shorten the delivery cycle time for ordering new CNC machine tools. Practice has prove

5、d that economic lathe NC transformation is of significant practical value, to that end, on the old lathe NC transformation has good market prospects.Key words：NCerofmr，Sevrosystem，CAD，C620lathe太原工业学院毕业设计3目 录1 绪论11.1 毕业设计的目的11.2 设计任务21.3 设计的必要性21.3.1数控改造的目的21.3.2 数控改造的优点32总体方案设计42.1 系统的运动方式与伺服系统的选择42

6、.2 计算机系统42.3 机械传动方式42.3.1纵向滚珠丝杠52.3.2横向滚珠丝杠52.3.3总体方案63进给伺服系统设计73.1纵向进给伺服系统83.1.1 计算进给牵引力Fm(N)83.1.2 计算最大动载荷C83.1.3 滚珠丝杠螺母副的传动效率计算93.1.4 刚度验算93.1.5 稳定性校核113.2横向进给伺服系统113.2.1 计算进给牵引力113.2.2 计算最大动负载C123.2.3选择滚动丝杠螺母副123.2.4传动效率计算133.2.5 刚度验算133.2.6稳定性校核153.3齿轮传动比计算163.3.1 纵向进给齿轮箱传动比计算16I3.3.2横向进给齿轮箱传动比

7、计算173.4步进电机的选型173.4.1纵向进给步进电机173.4.2横向步进电机223.4.3 计算步进电机空载启动频率和工作时的频率244 数控系统硬件电路设置264.1 数控系统基本硬件组成264.2 选择 CPU 的类型264.3 74LS138 CPU 和存储器274.4 I/O接口电路284.5 软件环行分配器284.6 控制系统284.7其它辅助电路29结论30参考文献31致 谢33II1 绪论随着市场经济的不断发展，特别是我国加入以后，企业要在当前市场需求多变、竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化

8、。而普通机床已不适应多品种、小批量的生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要更换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。而且我国存在大批普通机床，利用数控系统改造机床是提高产品质量、提高生产效率,提高旧设备利用率，推广机电一体化技术的重要手段。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电

9、机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0 01至0 02，已能满足普通零件的精度要求。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控机床的改造目的是要求机床稳定可靠，以尽可能低的故障率运转。普通车床应用微机控制系统进行改造，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。1.1 毕业设计的目的通过毕业设计，学习系统地综合运用知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解，并且在设计过程中扩0大和补充了知识面，使

10、对知识的认识提高到一个新的水平。通过毕业设计，培养调查研究的习惯和能力，练习查阅资料，合理选择计算标准，建立正确的设计和科研思想，加强科学性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。1.2 设计任务将一台普通C620车床改造为经济型数控机床，利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，驱动元件采用直流步进电机，传动机构采用滚珠丝杠，设计控制电路图。1.3 设计的必要性随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此，对机床的要求不仅要具有较高的精度和生产率，而且还要能适应产品零件的变换。生产的需要促使了数控机床的发展。从第一台数控机床问世至今，世界上主要的

11、工业化国家的数控机床已进入批量生产。随着我国加入WTO，我国数控技术的普及和发展显得更加迫切和需要。这种情况下，普通机床的数控改造十分必要，可以从以下几点说明：1.3.1数控改造的目的数控改造一般指对不同机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的目的有以下几点：(1)从提高资本效率出发，改造闲置旧设备，发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值；(2)为提高生产效率；(3)为适应多品种，小批量零件的生产；(4)有广泛的适应性和较大的灵活性；(5)为减小整个设备投资计划。1.3.2 数控改造的优点(1)稳定产品质量；(2)减少辅助加工时间，提高机床

12、生产效率；(3)降低工人技术等级的要求；(4)可充分利用原有机床设备，费用低；(5)数控改造周期短，可满足生产急需。2总体方案设计2.1 系统的运动方式与伺服系统的选择选用连续控制系统。由于本机加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统。在该系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的，输入装置把信号输给数控装置，经数控装置运算后分配出指令脉冲，通过步进电机驱动工作台移动。由于该系统无位置和速度检测装置，因此，它的精度主要由步进电机的步距角和与之相连的丝杠等传动机构的传动精度决定。2.2 计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于MCS51系列单片机具有集

13、成度高,成本低，可靠性好，功能强，速度快，运用灵活，抗干扰能力强，适应温度范围宽，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分，RAM、ROM、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作，采用数码管显示器显示加工数据及机床状态等信息。2.3 机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速后，再带动丝杠，为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要消除齿侧间隙。2.3.1纵向滚珠

14、丝杠纵向滚珠丝杠的步进电机可布置在机床的任意一端。拆除原机床纵向进给部分的进给箱，溜板箱，滑动丝杠，光杠，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。这里选用W1L4506型外循环插管式滚珠螺母副。滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置上，在丝杠的左端采用一对深沟球轴承和一对推力球轴承，在丝杆的右端采用一个深沟球轴承和一个推力球轴承。支承短轴与滚珠丝杠的右端通过联轴套和减速器的输出轴联结起来。在丝杠托架上布置一个轴套式滑动轴承作为径向支承，减速箱固定在丝杠托架上。丝杠中间支承为滚珠螺母，其与床鞍直接联结。这种改造能减少改造工作量，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而使纵向进给总体刚度增加。2.3.

15、2横向滚珠丝杠横向进给部分也采用滚珠丝杠代替原来的滑动丝杠，横向齿轮减速箱和步进电机一般都安装在床鞍的右端，滚珠丝杠须用盖板保护，并拆除原来的方刀架，换为自动回转刀架，由计算机控制，根据程序自动转位、夹紧。电机经两对齿轮减速后传动滚珠丝杠螺母副，这里选用W1L2505型外循环插管式滚珠螺母副，滚珠丝杠左端支承采用一对深沟球轴承，右端采用一对深沟球轴承和一对推力球轴承。装配时应注意使齿轮箱体中的丝杠中心与床尾轴承座中心线安装基面尺寸一致，以保证水平面内丝杠与导轨平行。齿轮箱体在床身上安装螺钉的位置与床尾轴承座螺钉在床身上的安装位置也须根据床身的具体情况确定，以保证在垂直面内丝杠与导轨平行。为保证滚珠丝杠传动平稳、轻快，必须使滚珠丝杠螺母座与丝杠两端支承同轴，装配时可以修磨垫片来保证螺母座在水平面内与两端支承同轴。垂直面内的同轴度靠螺钉的过孔来调整，调好后，打入销钉。2.3.3总体方案如图2-1： 图2-1 总体方案框图