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摘 要机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要工程，在我国目前由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。 关键词: c6132普通车床; 数控化改造; 步进电机; 经济型数控系统I ABSTRACT Summary of study on machine tool numerical control transformation of important project is to raise the level of technology and equipment in China, in our country now due to numerical control machine tools, processing capacity and finance limited, NC machine tools is a way to save money, fast and efficient. This article on C6132 of NC improvement on common lathe for in-depth study, including feasibility analysis for machine tool, machine performance and precision, fully able to realize process of cylindrical, conical, thread, facecontrol, improve the efficiency of the original machine tool production, reduce labor intensity.key words: lathe; numerical control transformation; stepping motors; CNC system II 目 录摘 要 . I ABSTRACT . II1 绪论 . 11.1 数控技术与数控机床 . 11.2 机床数控化改造的兴起及意义 . 11.2.1 国外机床改造业的兴起 . 11.2.2 我国机床数控化改造的意义 . 11.3 1.3 本章小结 . 32 车床总体改造方案设计 . 42.1 总体方案设计 . 42.2 主传动系统的改造 . 42.2.1 主轴无级变速的实现 . 42.2.2 主轴脉冲编码器的安装 . 52.3 横向进给传动系统的改造 . 62.3.1 横向传动系统的改造 . 62.3.2齿轮传动间隙的消除 . 72.4 导轨的改造 . 72.5 刀架局部的改造 . 82.6 数控系统的类型及选择 . 102.6.1 数控系统的分类 . 102.6.2 数控系统的选择 . 112.7 计算机系统的选择 . 112.8 本章小结 . 123 C6132 车床数控化改造机械局部改造设计与计算 . 133.1 纵向进给系统的设计计算 . 133.1.1切削力计算 . 133.1.3 同步带减速箱设计 . 153.1.4步进电动机的选择 . 173.2 横向进给系统的计算 . 193.3 车床改造的机械结构特点 . 193.3.1 纵向滚珠丝杠 . 193.3.2横向滚珠丝杠 . 203.3.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型 . 20 III 3.3.4导轨副 . 203.3.5主轴脉冲发生器 . 203.3.6 安装电动卡盘 . 213.4 安装 . 213.5 本章小结 . 224电气控制局部设计 . 234.1 硬件电路设计 . 234.2 单片机数控系统硬件电路设计MCS-51系列单片机简介 . 254.4 存储器扩展电路设计 . 264.4.1地址锁存器选用 . 264.4.2 外部程序存储器选择 . 264.4.3 步进电机的控制 . 284.7.1 步进电机的工作原理 . 284.7.2 步进电机的控制 . 294.7.3 步进电机接口及驱动电路 . 294.8 C6132普通车床微机数控化改装硬件设计说明 . 304.9 控制软件设计 . 314.9.1 总体方案设计 . 324.9.2 环形分配器软件设计 . 324.9.3 逐点比拟法的直线插补软件设计 . 334.9.4 逐点比拟法的圆弧插补软件设计 . 334.9.5 步进电机自动升降速控制 . 334.10 本章小结 . 39结 论 . 40致 谢 . 41参考文献 . 42附 录 . 43 IV兰州工业高等专科学校毕业设计论文 1 绪论1.1 数控技术与数控机床数控技术，简称数控(Numerical CorltrolNC)，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控(Computer Numerical ControlCNC)。采用了数控技术进行控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控机床。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的根底，它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高及小批量零件的加工问题且能稳定产品的加工质量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。机床控制也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的开展水平和方向。与普通机床相比，数控机床能够自动换刀、自动变更切削参数，完成平面、盘旋面、平面曲线的加工，加工精度和生产效率都比拟高，因而应用日益广泛。1.2 机床数控化改造的兴起及意义1.2.1 国外机床改造业的兴起在美国、日本和德国等兴旺国家，他们的机床改造业作为新的经济增长行业，生气盎然，正处在黄金时期。由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造成了一个“永恒"的课题。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，这已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国,机床改造业称为机床再生(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、DeVliegBuUavd(得宝)效劳集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装(Retrofitting)业。从事改装业的著名公司有：大限工程集团、岗三机械公司、千代田工机械公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。1.2.2 我国机床数控化改造的意义我国目前机床总量约400万台，其中数控机床总数只有20万台，即我国机床数控化率仅为5左右，而国外兴旺国家的机床数控化率，多年前就到达20以上。我国机床役龄10年以上的占60以上；役龄10年以下的机床中，自动半自动机床不到20，FMCFMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是役 1兰州工业高等专科学校毕业设计论文龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、本钱高、供货期长等现象，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和开展，所以必须大力提高机床的数控化率。目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床来替换根本不现实，而且替换下来的旧机床闲置起来又会造成浪费，要解决这些问题，应走普通机床的数控化改造之路。从美国、日本等国家工业现代化进程看，机床的数控化改造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有26的机床经过数控改造，中小型企业那么是74，在美国有许多数控专业化公司，为世界各地提供机床数控化改造效劳。因此，普通机床的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小型企业更是如此。利用现有闲置的旧机床，通过数控化改造，使其成为一台高效、多功能的数控机床，投资少、见效快，是一种盘活存量资产的有效方法，也是低本钱实现自动化的有效方法，也是在短期内提高我国机床的数控化率的一条有效途径。另外对普通机床进行数控化改造有许多积极的意义:1节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3，即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购置新机床60%的费用，并可以利用现有地基。2性能稳定可靠。因原机床各根底件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。3提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高成效提高得越多，且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。4可实现多工序的集中，提高了相关的加工精度,同时减少了零件在机床间的频繁运转。5可缩短新产品试制周期和生产周期，对市场需求做出快速反响。机床数控化还是推行FMC、FMS以及CIMS等企业信息化改造的根底。6拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好的调节了机床的加工状态。还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。1.3 1根据数控化改造后车床所具备的功能，制订了车床总体改造方案，并绘制了改造后车床总体布置图；2为使改造后的车床主轴能够实现无级变速、正转、反转以及停止等功能，本次改造采用了变频器驱动主电机的方式，3为使改造后的车床能够加工螺纹，改造时，撤除原来的挂轮架局部，在机床轴伸出端安装主轴脉冲编码器，4在利用聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，粘接工艺的好坏将直接影响 2兰州工业高等专科学校毕业设计论文改造后导轨的性能。5在电气改造方面，设计了车床数控系统的硬件电路图，纵、横向步进电机的计算和选型也作了详细阐述；6在机械改造方面，对纵横向伺服进给机构，特别是滚珠丝杠螺母副作了详细设计研究，并对数控转位刀架的安装和选用作了介绍；7在软件设计方面，对MCS-51单片机做了简要的介绍，并在8031单片机的根底上编制了相应的程序。1.3 本章小结本章主要介绍了国内外数控技术和数控机床，以及机床数控化改造的兴起及意义。并提出了3兰州工业高等专科学校毕业设计论文2 车床总体改造方案设计2.1 总体方案设计利用数控系统NIM-9702对C6132型卧式车床的纵，横向进给系统进行开环控制。纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，驱动元件采用步进电动机。改造后的机床能完成一般车削及加工任意面、球面、螺纹等加工工序。并能控制主轴开停变速、刀架转位及一些辅助功能，使加工实现自动化。根据设计任务，系统应采用轮廓控制形式。控制系统硬件由微机局部、键盘及显示器、I/O接口及光电隔电路、步进电动机功率放大电路等组成。纵向、横向均采用步进电动机减速带滚珠丝杠螺母溜板的传动方式。刀架更换为四刀位自动回转刀架。2.2 主传动系统的改造2.2.1 主轴无级变速的实现C6132车床的主轴变速为手动、有级变速。考虑到数控车床在自动加工的过程中负载切削力随时会发生变化，为了保证工件外表加工质量的一致性、提高工件加工质量，主轴要能实现恒切削速度切削。这就要求主轴能实现无级变速。目前实现无级变速主要有两种方式，其一是采用变频器驱动电机的方式，同时保存原有的主传动系统和变速操纵机构，这样既保存了车床的原有功能，又减少了改造量；其二是用双速或者是四速电动机替代原有车床的主电动机。由于多速电机的功率是随着转速的变化而变化的，所以要选择功率较大一些的电动机，随之电动机的尺寸也变大了，机床改造相对较麻烦，另外在这种改造方式下，主传动系统也要撤除并进行重新设计，这样可以得到加工精度和稳定性更高的车床，但是加大了改造本钱。考虑到改造的本钱，我决定采用第一种方式，这样可以利用原车床的三相异步电动机。即由数控系统控制变频器，变频器驱动异步电动机实现主轴无级变速。交流异步电动机的转速与电源频率，电动机磁极对数nfp以及转差率之间的关系式为：n=60f 2-1 P1-S对于C6132，电动机磁极对数和转差率是定值，因此利用变频器改变电源频率fn即可改变电动机的转速。另外，变频器能方便地与数控系统连接，控制电动机的正转、反转及停止。变频器的控制方式主要有Uf恒定控制方式、无反响矢量控制方式和有反响矢量控 4兰州工业高等专科学校毕业设计论文制方式。数控车床除了在车削毛坯时，负荷大小有较大变化外，以后的车削过程中，负荷的变化通常是很小的。因此，就切削精度而言，选择Uf恒定控制方式是能够满足要求的。但在低速切削时，需要预置较大的Uf，在负载较轻的情况下，电动机的磁路常处于饱和状态，励磁电流较大。因此，从节能的角度看，并不理想。数控车床属于高精度、快响应的恒功率负载加工设备，应尽可能选用矢量控制高性能型通用变频器，而且中、小容量变频器以电压型变频器为主。有反响矢量控制方式虽然是运行性能最为完善的一种控制方式，但由于需要增加编码器等转速反响环节，不但增加了费用，而且编码器的安装也比拟麻烦。所以，除非对加工精度有特殊要求，一般没有必要选择此种控制方式。目前，无反响矢量控制方式的变频器已经能够做到在0.5Hz时稳定运行。所以，完全可以满足主运动系统的要求，而且无反响矢量控制方式能够克服Uf控制方式的缺点，因此可以说，是一种最正确选择。数控车床连续运转时所需的变频器容量(kVA)计算式如下：PCNkPMhcosjPCN3kUMIM10-3ICNkIM 2-2式中，PM负载所要求的电动机的轴输出功率；电动机的效率(通常约O.85)；cos电动机的功率因素(通常约O.75)MU电动机的电压，380V；MI电动机工频电源时的电流，为15.4A；k电流波形的修正系数(PWM方式时取1.05-1.10)；PCN变频器的额定容量，kVA；ICN变频器的额定电流，A；由公式(2-2)可得：PCNkP1.14M=7(kVA)hcosj0.850.75 PCN3kUMIM10-3=1.138015.410-311.15(kVA)ICNkIM=1.115.4=16.94(A) 2-3 选择变频器时应同时满足以上三个等式的关系。综合以上分析计算，确定选用三菱FR-A540系列变频器，具体型号为FR-A540-7.5K-CH。2.2.2 主轴脉冲编码器的安装为了使改造后的数控车床能自动加工螺纹，须配置主轴脉冲编码器作为车床主轴位置信号的反响元件，其目的是用来检测主轴转角的位置，通过主轴脉冲编码器数控系统步进电机的信息转换系统，实现主轴转一转，刀架纵向移动一个导程的车螺纹运 5兰州工业高等专科学校毕业设计论文动。主轴脉冲编码器的安装，通常采用两种方式：一种是同轴安装，另外一种是异轴安装。同轴安装的结构简单，缺点是安装后不能加工穿入车床主轴孔的零件，限制了工件的加工长度，而异轴安装不会遇到这种问题，因此，异轴安装较适宜。主轴通过主轴箱中轴和轴的5858及轴和轴的3333两级齿轮(实现传动比1：1)把动力传递给挂轮轴X，见图附录1所示，主轴脉冲编码器1通过支架2固定，并通过联轴器3与闷头4相连，闷头4通过过盈配合与主轴箱内X轴连接。C6132主轴转速范围是202000 r/min，可以选择欧姆龙E6B2-CWZ6C型光电脉冲编码器，其允许的最高转速为6000r/ min，所以满足设计要求。2.3 横向进给传动系统的改造2.3.1 横向传动系统的改造如图2-1所示是横向传动系统的改造布置图，步进电机和减速箱安装在远离操作者的床鞍一端，撤除床鞍上原来的手动操作装置，在原来支承丝杠的轴承位置，安装角接触球轴承进行支撑，同纵向一样，滚珠丝杠一端直接充当减速器的输出轴，滚珠丝杠两端同样有两对锁紧螺母对滚珠丝杠进行预拉伸，滚珠丝杠螺母副采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙。螺母座和中拖板的连接可以利用原来的螺钉孔进行连接。 图 2-1横向传动结构图 车床进行横向进给时，由步进电机通过减速箱将动力传递给滚珠丝杠，再由滚珠丝杠带动螺母座，再通过螺母座带动中拖板做横向运动。滚珠丝杠螺母副继续采用双螺母 6兰州工业高等专科学校毕业设计论文螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙。2.3.2齿轮传动间隙的消除模数相同的两片薄齿轮2和3，齿轮2空套在齿轮3上可以做相对回转运动。在齿轮3上开有三个周向圆弧槽，齿轮2上均布着三个螺纹孔，装配时在齿轮3的槽中放置3个弹簧，数控车床在加工过程中，会经常变换移动方向。当进给方向改变时，如侧存在间隙会造成进给运动滞后于指令信号，丧失指令脉冲并产生反向死区，影响传动精度和系统稳定。因此，必须消除齿侧间隙。通常齿侧间隙的消除主要有刚性调整法和柔性调整法。刚性调整法虽然结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿，柔性调整法是调整后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。因此决定采用柔性调整法中的双片齿轮错齿消隙法和周向弹簧调整法。双片齿轮错齿消隙法 图2-2是双片齿轮错齿式消除间隙结构。两个相同齿数的薄齿轮1和2与另一个厚齿轮(图中未画出)啮合。齿轮l空套在齿轮2上并可作相对回转。每个齿轮的端面均匀分布着四个螺孔，分别装上凸耳3和8。齿轮1的端面还有另外四个通孔，凸耳8可以在其中穿过。弹簧4的两端分别钩在凸耳3和调节螺钉7上，通过转动螺母5就可以调节弹簧4的拉力，调节完毕用螺母6锁紧。弹簧的拉力使薄片齿轮1和2错位，即两个薄齿轮的左、右齿面分别紧贴在厚齿轮齿槽的左、右齿面上，消除了齿侧间隙。这种方法适合直径较大，有充分安装螺钉空间的圆柱齿轮。2周向弹簧调整法。同样是两个齿数、利用齿轮2上安装的螺钉顶住弹簧，装配完成后两片齿轮在弹簧力作用下的情况下错齿，从而到达消除间隙的目的。这种结构适合齿轮直径偏小，安装空间较小。2.4 导轨的改造由于导轨外表有明显的划痕，摩擦系数变大，会产生进给运动的失真。为了恢复导轨的精度，增加耐磨性，提高机床的稳定性，提高机床的防爬行和吸振性能，对机床导轨选用填充聚四氟乙烯软带来改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青铜粉、二硫化硅、玻璃纤维粉、二硫化铜、石墨、聚苯等填充剂，使聚四氟乙烯的性能改善如下：(1)耐负荷变形可提高5倍；(2)刚性提高45倍；(3)热膨胀系数减小1312；(4)导热率提高2倍；(5)硬度提高10；(6)抗压强度增加23倍。在利用填充聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，主要是对粘接工艺的控制。具体工艺为：首先对原导轨进行刮研，保证粘贴前导轨的外表粗糙度1.66.3um，平面度到达0011000精度；选用厚度为1.5mm的软带，用钠基溶液处理聚四氟乙烯软带外表；粘接前需对金属导轨粘接面除锈去油，可先用砂布、砂纸或钢丝刷去除锈斑杂质，然后再用丙酮擦洗干净、晾干；专用胶须随配随用，按A组份B组份=1l的重量比混合，搅拌均匀后即可涂胶。可用“带齿刮板或lmm厚的胶木片进行涂胶。专用胶可纵向涂布于金属导轨上，横向涂布于软带上，涂布应均匀，胶层不宜过薄或太厚，胶层厚度控制在0.080.12mm之间；软带刚粘贴在金属导轨上时需前后左右蠕动一下，使 7兰州工业高等专科学校毕业设计论文其全面接触，要用手或器具从软带长度中心向两边挤压，以赶走气泡。用重物加压或扣压于床身导轨上，加压均匀，压强通常为0.050.1MPa。加压前在软带面上覆盖一层油纸或在加压面上涂一薄层润滑脂或机油，防止胶粘剂粘接加压物。软带粘接后约24小时固化(环境温度15以上)，可去除余胶，切去软带工艺余量，并倒角；对软带进行开油槽和刮研，油槽深度可为软带厚度的1223，油槽离开软带边缘至少6mm以上，刮研要求到达与导轨面接触面积为：全长不少于75，全宽上不少于50。2.5 刀架局部的改造型号及主轴中心高度，选用常州市宏达机床数控设备厂生产的LD4-C6132型电动刀架，该刀架内带120W三相交流异步电动机用于驱动正转选刀。内置的4只霍尔元件检测刀位位置撤除原手动刀架和小拖板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架。根据车床的，电动机反转完成刀具定位锁紧。安装时，撤除车床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉电机风罩，逆时针方向转动电机，使刀架转动到45左右时，装上螺钉，然后固定刀架即可。电机安装图见附录1。LD4-C6132型电动刀架技术参数见表2-1。电动刀架的安装较为方便，安装时必须注意以下两点：1)电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行；2)电动刀架与系统的连线在安装时应合理，以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线。 1、2薄齿轮 3、8凸耳 4弹簧 5、6螺母 7调节螺钉图 2-2 双圆柱薄片齿轮错齿消隙结构根据以上分析可初步确定车床改造的总体布置方案，如图2-4所示。由于导轨外表有明显的划痕，摩擦系数变大，会产生进给运动的失真。为了恢复导轨的精度，增加耐磨性，提高机床的稳定性，提高机床的防爬行和吸振性能，对机床导 8兰州工业高等专科学校毕业设计论文轨选用填充聚四氟乙烯软带来改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青铜粉、二(4)导热率提高2倍；(5)硬度提高10；(6)抗压强度增加23倍。在利用填充聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，主要是对粘接工艺的控制。表2-1 LD4-C6132型电动刀架技术参数 具体工艺为：首先对原导轨进行刮研，保证粘贴前导轨的外表粗糙度1.66.3um，平面度到达0.011000精度；选用厚度为1.5mm的软带，用钠基溶液处理聚四氟乙烯软带外表；粘接前需对金属导轨粘接面除锈去油，可先用砂布、砂纸或钢丝刷去除锈斑杂质，然后再用丙酮擦洗干净、晾干；专用胶须随配随用，按A组份B组份=1l的重量比混合，搅拌均匀后即可涂胶。可用“带齿刮板或lmm厚的胶木片进行涂胶。专用胶可纵向涂布于金属导轨上，横向涂布于软带上，涂布应均匀，胶层不宜过薄或太厚，胶层厚度控制在0.080.12mm之间；软带刚粘贴在金属导轨时需前后左右蠕动一下，使其全面接触，要用手或器具从软带长度中心向两边挤压，以赶走气泡。用重物加压或扣压于床身导轨上，加压均匀，压强通常为0.050.1MPa。加压前在软带面上覆盖一层油纸或在加压面上涂一薄层润滑脂或机油，防止胶粘剂粘接加压物。软带粘接后约24小时固化(环境温度15以上)，可去除余胶，切去软带工艺余量，并倒角；对软带进行开油槽和刮研，油槽深度可为软带厚度的1223，油槽离开软带边缘至少6mm以上，刮研要求到达与导轨面接触面积为：全长不少于75，全宽上不少于50。 9兰州工业高等专科学校毕业设计论文 图 2-3 车床改造总体布置图 2.6 数控系统的类型及选择2.6.1 数控系统的分类目前，数控系统的品种规格繁多，功能各异，分类方法不一，通常可按下面两种方法进行分类。(1)按加工路线分类1点位控制系统其特点是：只要求控制机床移动部件从一点移动到另一点的准确位置，至于点与点之间的移动轨迹路径和方向并不严格要求。各坐标轴之间的运动是不相关的，并且在移动过程中不进行切削。2直线切削控制系统其特点是，除了控制移动部件从一点到另一点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线即轨迹，但其路线只是与机床坐标轴平行的直线。也就是说，同时控制的坐标轴只有一个，且在移动过程中刀具能以给定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。3连续切削控制系统也称为轮廓控制系统，其特点是能够对两个或两个以上运动坐标的位移和速度同时进行连续相关控制。在这类控制方式中，要求数控装置具有插补运算的功能，即根据程序输入的根本数据，通过数控系统内的插补运算器的数学处理，把直线或曲线的形状描述出来，并一边运算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲，从而控制各坐标轴的联动位移量与所要求的轮廓相符合。(2)按伺服系统的类型分类1开环控制系统采用开环控制系统的机床，没有检测反响装置。指令信号单方向传送，并且指令发出后，不再反响回来，故称为开环控制系统。其驱动电动机采用步进电机。这种机床采用开环进给伺服系统，数控装置根据所给的进给速度和进给位移，输出一定的频率和数量的进给指令脉冲，经驱动电路放大后，每一个进给脉冲控制步进电机旋转一个步距角，再经减速齿轮、丝杠螺母副转换成工作台的一个当量直线位移。2闭环控制系统数控装置将位移指令与位置检测装置测得的实际位置反响信号，随时进行比拟，根据其差值与指令进给速度的要求，按一定的规律进行转换后，得到进给伺服系统的速度指令。闭环控制系统的特点是定位精度高，但由于这类系统采用直流伺服电动机或交流 10兰州工业高等专科学校毕业设计论文伺服电动机作为驱动元件，所以电动机的控制线路比拟复杂。另外检测元件昂贵，调试和维修比拟困难，本钱高，所以主要用于精度要求很高的大型或精密数控机床。3半闭环控制系统这种机床是将位置检测装置安装在驱动电机端部，或安装在传动丝杠端部，间接测量部件的实际位置或位移，然后反响到控制装置的比拟器中，与输入原指令位移值进行比拟，用比拟后的差值进行控制，直到差值消除为止。2.6.2 数控系统的选择本设计中由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低本钱，采用步进电机开环系统，虽然开环控制系统中，没有速度反响和位移反响电路，不带检测装置，指令信号单向发送，但开环伺服系统结构简单、本钱低，容易掌握，调试和维修都比拟简单。如果采用螺距误差补偿和径向间隙补偿等措施，定位精度可提高到0.01mm，可以满足设计要求。2.7 计算机系统的选择 微型机数控系统由CPU、ROM、RAM扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路等几局部组成。由于MCS-51单片微型机具有各种寻址方式并有硬件乘法和除法指令，具有很强的位寻址和运算功能，特别适合于控制应用场合，使用MCS-51来构成各种控制系统，可大大简化硬件结构，降低本钱。1单片机的选择MCS-51系列中的8031单片机片内无ROM，适于需外接ROM、能在现场进行修改和更新程序存储器的应用场合，价格低，使用灵活，从实用性与经济性考虑，采用8031作为控制系统的单片机。2存储器扩展 8031的片内没有程序存储器，必须外接扩展电路，具有扩展1片W27C512共64KB的程序扩展电路。 数据存储器的扩展8031内部有128个字节RAM存储器。它可以作为存放器，堆栈，软件标志和数据缓冲器，CPU对其内部RAM有丰富的操作指令。因此，这个RAM是十分珍惜的资源。我们应合理地充分地应用片内RAM存储器，但片内RAM存储器往往是不够的。外接RAM扩展电路可扩大存储器容量。本设计扩展一个62648K的外部RAM。 接口电路，伺服电机驱动电路等接口电路主要用于控制纵向和横向步进电机，刀架电机等。键盘有32个键。此外， 11兰州工业高等专科学校毕业设计论文还有伺服电机驱动电路，光电耦合器电路，报警电路，8031时钟电路，复位电路等。由此可得车床伺服系统控制方案，如图2-4所示。 图2-4车床伺服系统控制方案图2.8 本章小结本章主要确定了车床数控化改造的总体方案，主要从主传动系统，横向进给系统，导轨和刀架的局部的改造进行计算，以及数控系统的类型和计算机系统类型的选择。 12兰州工业高等专科学校毕业设计论文3 C6132 车床数控化改造机械局部改造设计与计算机械局部设计 纵向进给系统的设计计算条件：工作台重量：W=80kgf=80N加速时间常数：t=25ms滚珠丝杠根本导程：L0=6mm快速进给速度：umax=2m/min3.1.1切削力计算由?机床设计手册?可知，切削功率Pc=phk 3-1 式中, p-电动机功率(kW)，C6132型车床p=4kw；h-主传动系统总效率，一般为0.750.85，取h=0.8；k-进给系统功率系数，取 k=0.96。那么 pc=40.80.96=3.072kw切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力或扭矩和最大切削速度或转速来计算，即FZu10-3pc= 3-2 60T或 Pc=n 3-3 9550式中，F-主切削力(N);u-切削速度(m/min);T-切削转矩(Nm);n-主轴速度(r/min)。设按最大切削速度来计算，取u=100m/min那么 Fz60Pc103/u=603.072103/100N=1843.2N 3-4 查?机床设计手册?，在一般外圆车削时：Fx=(0.10.55)Fz Fy=(0.150.65)Fz 3-5取 Fx=0.5Fz=0.51843.2N=921.6N13兰州工业高等专科学校毕业设计论文Fy=0.6Fz=0.61843.2N=1105.92N3.1.2 滚珠丝杠设计计算 滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 计算作用在丝杠上的最大动负荷FQ首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力，计算出滚珠丝杠的轴向载荷， 再根据要求的寿命值计算出滚珠丝杠副应能承受的最大动载荷FQFQ=LfufHFp 3-6式中，FQ-最大动载荷(N);FP-工作负载(N)，只数控机床工作时实际作用在滚珠丝杠上的轴向力； FW-运转系数，一般运转fH取1.21.5；有冲击的运转fH取1.52.5； FH-硬度系数，HRC为60时，fH为1；HRC<60时，fH>1;L-寿命以106转为单位1，如1.5那么为150万转。寿命L可按下式计算60nT L= 3-7 610式中, n-滚珠丝杠的转速T-使用寿命时间，数控机床取15000h工作负载的数值可用?机床设计手册?中进给牵引力的实验公式计算，对于三角形或综合导轨Fp=kFX+f(Fz+W) 3-8式中, FZ,FX-切削分力；W-移动部件的重量(800N);k-考虑颠覆力矩影响的系数，k=1.15；f-导轨上的摩擦系数，f=0.150.18取f=0.16。)N=148.2.6(184.32+800752N 那么 Fp=1.15921当机床以线速度u=100m/min，进给量为f=0.3mm/r，车削直径为D=80mm 外圆时，丝杠的转速 那么 L=vf1031000.3103n=r/min=19.9r/min 3-9 pDL03.1480660nT6019.915000 =万转=17.91万
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