CA6140普通车床数控化改造2.doc

目 录 摘要 …………………………………………………………………………………………ⅰ 绪论 …………………………………………………………………………………………2 第一章 CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟订…………………………………4 1-1 总体方案确定 ……………………………………………………………………4 1-2 设计X—Y数控工作台及其控制系统 …………………………………………5 第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 ……………………………………5 2-1 脉冲当量的选择 …………………………………………………………………5 2-2 切削力的计算 ……………………………………………………………………5 2-3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 …………………………………………………6 2-4 齿轮传动比的计算………………………………………………………………14 2-5 步进电机的计算与选型…………………………………………………………15 2-6 设计绘制进给伺服系统机械装配图……………………………………………19 第三章 CA6140 车床微机数控系统硬件电路的设计……………………………………20 3-1 单片机微机数控系统电路设计内容……………………………………………20 3-2 MCS-51 系列单片机简介………………………………………………………21 3-3 存储器扩展电路的设计…………………………………………………………28 3-4 I/O 接口电路及辅助电路设计…………………………………………………37 3-5 典型零件加工程序设计…………………………………………………………46 总结…………………………………………………………………………………………49 参考文献……………………………………………………………………………………50 致谢…………………………………………………………………………………………51 外文资料及中文翻译………………………………………………………………………52 [摘要] 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围，并提高生产率。本论文说明了普通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。采用以8031为CPU的控制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。结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。我国作为机床大国，价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。本针对目前国内企业现状，提出简易型经济数控改造思路和设计方法数控机床， 单片机数控系统，改装设计一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案 1-1 总体方案确定 一、系统的运动方式与伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、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，由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动，所以不能选用点位系统，因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中不进行切削。因此，应选用连续控制系统。 X52K型铣床改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统，因闭环控制系统适用于精度要求较高的机床设计，且闭环控制系统的造价昂贵。 二、计算机系统 根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性能价格比等特点，因此采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、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实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 三、机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副以及滚动导轨。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副机构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的消隙齿轮结构。 1