2022年机床数控改造机械系统方案设计书 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 郑州高校现代远程训练毕 业 设 计题 目: 机床数控改造机械系统设计(微型运算机)入 学 年 月_2022 年 5 月_ 姓 名_仝雪森 _ 学 号_10088187057_专 业_机电一体化 _学 习 中 心_河北省石家庄 _ 指 导 教 师_ 完成时间 _2022_年_12_月_24_日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 机床数控改造机械系统设计(微型运算机)目录:名师归纳总结 摘要 2 关键第 2 页,共 15 页词 2 第一章概述 4-5 其次章总体方案的设计
2、 5-6 2.1 设计任务 5 2.2 总体方案的论证 5-6 2.3 总体方案的确定 6 第三章微机数控系统硬件电路设计 6-8 3.1 微机数控系统硬件电路总体方案设计 6-8 终止语 8 致谢 9 总结 9 参考文献 9-10- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要: 随着科学技术的飞速进展,数控车床被广泛应用于机械制造业;由于它具有加工敏捷、通用性强的特点,能适应产品的品种和规格频繁变化,能够满意新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求,并且数控车床 与一般车床相比,在提高生产率、减轻工人劳动强度、降低生产成本和增加效 益方面都有很大的优越
3、性;针对现有常规 CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设 计,提高加工精度和扩大机床使用范畴,并提高生产率;本论文说明白一般车床的数控化改造的设计过程,较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计;采纳以8031 为 CPU的掌握系统对信号进行处理,由I/O 接口输出步进脉冲,经一级齿轮传动减速后,带动滚动丝杠转动,从而实现纵向、横向的进给运动;关键词: 数控机床,单片机数控系统,改装设计名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 概述1.1 课题背景企业要在猛烈的市场竞争中获得
4、生存、得到进展,它必需在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品 , 而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响;目前,采纳先进的数控机床,已成为我国制造技术进展的总趋势;在我国现有的机床中有一部分仍采纳传统的继电器- 接触器掌握方式,这些机床触点多、线路复杂,使用多年后故障多、修理量大、保护不便、牢靠性差,严峻影响了正常的生产;仍有一些旧机床虽然仍能正常工作,但其精度、效率、自动化程度已不能满意当前生产要求;因此拥有先进的数控机床已经成为满意企业新生产工艺、提高经济效益的最根本需求;1.2 数控机床的进展简史1948
5、 年,美国帕森斯公司接受美国空军托付,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备;由于样板外形复杂多样,精度要求高,一般加工设备难以适应,于是提出运算机掌握机床的设想;1949 年,该公司在美国麻省理工学院(MIT)伺服机构讨论室的帮助下,开头数控机床讨论,并于 1952 年试制胜利第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,不久即开头正式生产,于 1957年正式投入使用;这是制造技术进展过程中的一个重大突破,标志着制造领域中数控加工时代的开头;数控加工是现代制造技术的基础,这一创造对于制造行业而言,具有划时代的意义和深远的影响;世界上主要工业发达国家都非常重视数控加工技术的讨论和进展;当时的
6、数控装置采纳电子管元件,体积巨大,价格昂贵,只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件;1959 年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了其次代,体积缩小,成本有所下降;1960 年以后,较为简洁和经济的点位掌握数控钻床,和直线掌握数控铣床得到较快发展,使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广;我国于 1958 年开头研制数控机床,胜利试制出配有电子管数控系统的数控机床,1965 年开头批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床; 1965 年,显现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且牢靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的进展;60岁月末
7、,先后显现了由一台运算机直接掌握多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采纳小型运算机掌握的运算机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型运算机化为特点的第四代; 1974 年,研制胜利使用微处理器和半导体存贮器的微型运算机数控装置(简称 MNC),这是第五代数控系统;第五代与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积就缩小为原先的 极大的提高;1/20 ,价格降低了 3/4 ,牢靠性也得到名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 80 岁月初,随着运算机软、硬件技术的进展,显现了能进行人机对话 式自
8、动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,可以直接安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破旧和自动检测工件等功能;1.3 我国数控机床的进展方向进入 21 世纪,我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备进展的良机,也遭受到进入WTO后猛烈的市场竞争的压力,从技术层面上来讲,加速推动数控技术将是解决机床制造业连续进展的一个关键;数控机床及由数控机床组成凡人制造系统是改造传统产业,构建数字化企业的 重要基础装备,它的进展始终受人们关注,数控机床以其杰出的柔性自动化的 性能、优异而稳固的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目,它开创了机械 产品向机电一体化进
9、展的先河,因此数控技术成为先进制造技术的中的一项核 心技术;另一方面,通过连续的讨论,信息技术的深化应用促进了数控机床的 进一步提升;目前,世界先进制造技术不断兴起,超高速切削、超精密加工等技术的应用,柔性制造系统的快速进展和运算机集成系统的不断成熟,对数控加工技术提出 了更高的要求,当今数控机床正在朝着以下几个方向进展;1 高速、高精密化 高速、精密是机床进展永恒的目标;随着科学技术突飞猛进的进展,机电产品更新换代速度加快,对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈 高;为满意这个复杂多变市场的需求,当前机床正向高速切削、干切削和准干 切削方向进展,加工精度也在不断地提高;另一方面,电主轴和直
10、线电机的成 功应用,陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚 珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市,也为机床向高 速、精密进展制造了条件;(2)高牢靠性 数控机床的牢靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标;数控机床 能否发挥其高性能、高精度和高效率,并获得良好的效益,关键取决于其牢靠 性的高低;(3)数控车床设计 CAD化 CAD技术得到了广泛进展; CAD 随着运算机应用的普及及软件技术的进展,不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作,更重要的是可以进行设计方案挑选和 大件整机的静、动态特性分析、运算、猜测及优化设计,可以对整机各工作部 件进行动态模拟仿真;在
11、模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几 何模型和逼真的颜色;采纳 CAD,仍可以大大提高工作效率,提高设计的一次 胜利率,从而缩短试制周期,降低设计成本,提高市场竞争才能;(4)功能复合化 功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率,使用于非加工帮助 时间减至最少;通过功能的复合化,可以扩大机床的使用范畴、提高效率,实 现一机多用、一机多能,即一台数控车床既可以实现车削功能,也可以实现铣 削加工;或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工;宝鸡机床厂已经研制成功的 CX25Y数控车铣复合中心,该机床同时具有X、Z 轴以及 C轴和 Y 轴;通过名师归纳总结 - - - - - - -第 5
12、页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - C轴和 Y轴,可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工;该机床仍配置有强动力刀 架和副主轴;副主轴采纳内藏式电主轴结构,通过数控系统可直接实现主、副 主轴转速同步;该机床工件一次装夹即可完成全部加工,极大地提高了效率;(5)智能化 21 世纪的数控装备将是具有肯定智能化的系统;智能化的内容包括在 数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如加工过 程的自适应掌握,工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方面的智能 化,如前馈掌握、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整 定等;简化编程、简化操作方面的智能
13、化,如智能化的自动编程、智能化的人 机界面等;仍有智能诊断、智能监控等方面的内容,以便利系统的诊断及修理 等;1.4 我国数控机床的进展趋势数控机床向柔性自动化系统进展:从点 数控单机、加工中心和数控复合加工机床 、线FMC、FMS、FTL、FML向面 工段车间独立制造岛、 FA、体CIMS、分布式网络集成制造系统 的方向进展,另一方面对注意应用性和经济性方向进展;柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品快速更新的主 要手段,是各国制造业进展的主流趋势,是先进制造领域的基础技术;其重点 是以提高系统的牢靠性、有用化为前提,以易于联网和集成为目标,注意加强 单元技术的开拓和完善;CNC单机向
14、高精度、高速度和高柔性方向进展;数控机床及其构成柔性制造系统能便利地与CAD、CAM、CAPP及 MTS等联结,向信息集成方向进展;网络系统向开放、集成和智能化方向进展;其次章总体方案的设计2.1 设计任务本设计任务是对 CA6140一般车床进行数控改造;利用微机对纵、横向进给系统进行开环掌握,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,驱动元件采纳步进电机,传动系统采纳滚珠丝杠副,刀 架采纳自动转位刀架;机床的数控改造,主要是对原有机床的结构进行制造性的设计,最终使机床达 到比较抱负的状态;数控车床是机电一体化的典型代表,其机械结构同一般的
15、机床有诸多相像之处;然而,现代的数控机床不是简洁地将传统机床配备上数 控系统即可,也不是在传统机床的基础上,仅对局部加以改进而成;传统机床 存在着一些弱点,如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及 传动元件之间存在间隙等,难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 以及使用寿命等要求;现代的数控技术,特殊是加工中心,无论是其支承部 件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、帮助功能等部件结构,仍是整体 布局、外部造型等都已经发生了很大变化,已经形成了数控机床的特殊机械结
16、构;因此,我们在对一般机床进行数控改造的过程中,应在考虑各种情形下,使一般机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近;另外,车床数控改造的总体原就是在满意使用要求的前提下,对原机床的改动 尽可能削减,以降低成本;改造过程中,为了充分发挥改造后数控系统的技术 性能,保证改造后车床在系统掌握下有较高的重复定位精度,削减低速爬行,并使其外型美观,性能稳固,机械装置的合理改造就显得反常重要;其中进给 系统的改造又是整个机械装置改造的关键;一般进给系统改造方案是:用步进 电机作为驱动元件,解除原传动系统,通过一级减速齿轮和滚珠丝杠螺母副带 动工作台移动,保留手动进给机构用于微进给和机床刀具的对零操作;经
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