CA6140机床进给系统数控改造.docx

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1、培黎机械工程学院课程设计报告（20222023学年第二学期）题目：CA6140机床进给系统数控改造课程：机电一体化课程设计专业班级：智能制造201班摘要随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经成为衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。采用经济型数控系统对普通机床进行数控化改造，尤其适合我国普通机床拥有量大，生产规模小的具体国情。机电体化技术涉及机械、电子、以及控制等多门学科，是现代工业最主要的基触技术和核心技术之是衡量个国家机械装备发展水平的重要标志。本次设计是对CA6I40普通车床的数控化改造,基于AT89C5I单片机控制三相步进电机对普通车床进行纵向进给与横向进给的数控化改造。步进电机是一种

2、将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的：同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，并且通过数码管显示其转速的级别.另外通过单片机实现它的正反转,步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控制1关键词：C6I4()普通乍床：数控化改造：数控车床：纵向进给：横向进给：数码AbstractWiththerapiddeve1.opmentofsc

3、ienceandtechno1.ogy.CNCmachinetookhavebecomeanimportantsymbo1.tomeasurethe1.eve1.ofacountrysmachinerymanufacturingindustry.Theuseofeconomica1.CNCsystemtocarryoutnumerica1.contro1.t11nsfb11nationofordinarymachinetoo1.s,especia1.1.ysuitab1.eforthespecificnationa1.conditionsofChinasordinarymachinetoo1.

4、swih1.argeownershipandsma1.1.productionsca1.e.Mcchatronicstechno1.ogyinvo1.vesmechanica1.,e1.ectronic,andcontro1.andotherdiscip1.ines,isoneofthemostinoriambasicandcoretechno1.ogiesofncie11industry,andisanimportantsymbo1.tomeasurethedeve1.opment1.eve1.ofacountry,snechanica1.equipment.Thisdesignisanum

5、erica1.contro1.IranstbrinaiionofCA6140ordinary1.ae,andthenumerica1.cont11)1.transformationof1.ongitudina1.teedand1.atera1.feedofordinar),1.atheiscarriedoutbasedonI89C51sing1.e-chipmicrocomputercontro1.three-phasesteppern)tor.Asteppermotorisanactuaorthatconvertse1.ect,ica1.impu1.sesintoangu1.ardisp1.

6、acement.Whenthestepperdriverreceivesapu1.sesigna1.,itdrivesthesteppermotortorotateafixedang1.e(ca1.1.ed,stcpang1.e*)inthesetdirection,anditsrotationisrnstepbystepatafixedang1.e.Theamountofangu1.ardisp1.acementcanbecontro1.1.edbycontro1.1.ingthenumberofpu1.ses,soastoachievethepurposeofaccuratepositio

7、ning;At(hesametime.Ihcspeedandacce1.erationofmotorrota1.ioncanbecon1.ro1.1.cdbycontro1.1.ingthepu1.sefrequency,soastoachievethepurposeofspeedregu1.ation,and(he1.eve1.ofitsspeedcanbedisp1.ayedthroughthedigita1.1.ube.Inaddition,throughIhesing1.e-chipmicrocomputertoachieveitsforwardandreverserotation,s

8、teppermotorcanbeusedasaspecia1.motorforcontro1.,usingitsCharaccerisiicsofnoaccumu1.atederror,wide1.yusedinvariousopen-1.oopcontro1.Keywords:CA6140ordinary1.athe:CNCtransformation:CNC1.athes;1.ongitudina1.feed:1.atera1.feed:Nixie1.ube.目录摘要1第一以普通车床数控化改造绪论41.1 IO41.2 数控机床在我国的发展概况41.3 数控机床的发展趋势5第二章机械部分的

9、设计62.1 CA6!40普通车床的数控化改造设计方案的拟定62.2 总体方案确定6221总体方案设计要求62.3 主要设计参数82.4 CA6140车床进给伺限系统机械部分设计计算92.4.1 系统脓冲当喳的选择92.4.2 纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算92.4.3 横向机械传动部分的数控化改造和设计计算162.5 步进电机拖动的开环系统19第三章微机数控系统的设计203硬件电路的设计202.5.1 绘制系统电气控制的结构框图203.2 软件电路的设计213.3 AF89C51芯片213.3.1 AT89C5I芯片引脚及片外总线结构223.3.2 AT89C5I单片机片内结构223

10、.4 单片机殷小系统电路223.4.1 数玛管品示电路223.4.2 按键电路233.4.3 电机及驱动电路233.5 程序设计243.5.1 程序设计框图243.5.2 程序设计流程图253.5.3 转速控制25354主程序截图273.5.5 程序测试及仿真28总结29致谢30参考文献31附件主程序32第一章普通车床数控化改造绪论1.1概述1 .机床数控化改造的目的用数控装置、伺服系统、滚珠丝杠副及其他辅助装置等对普通机床进行数控化改造,将其有机结合，使普通机床基本具备同类数控机床的性能的数控机床。提高零件生产效率、降低劳动强度，提高零件加工精度，实现笈杂曲而、曲线的自动化成型加工，实现“柔

11、性自动化”加工单件、小批量生.产的精密零件加工，以适应近年来机电产品市场不断变化的需要。2 .机床数控化改造的意义目前，各企业一般都有不少普通机床，完全用数控机床加以替换根本不可能。解决这个问题，必须走普通机床数控化改造之路。通过对普通机床进行数控化改造，使普通机床成为与同类数控机床的性能相近的数控机床，以适应复杂零件加工及零件加工多变性的各项新要求，以提高企业在机械加工业中的竞争力，机床数控化改造的经济性：(1)减少投资额，交货期短.同购买新机床相比大大节省/费用的投入，改造费用低，大型、特殊机床尤其明显：而且交货期短.(2)旧机床的力学性能稳定可咏。旧机床所利用的床身、立柱等基础件都是坚固

12、的铸造件，经过了长期的自然去庖力，机床的应力已失效，改造后机床的性能高、腹员好,可以作为新机床持续使用多年。(3)熟悉设备，便于操作维修。改造后的机床，可以精确的计算出机床的加工能力，并由于多年使用，操作者对机床的加工特性非常了解，在操作使用及维修方面培训时间短，见效快。(4)可以充分利用现有的条件。可以充分利用现有地基，及利用加工现场现有的其他条件，减少安装费用的投入.1.2 数控机床在我国的发展概况我国从1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并忒制成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，直到60年代末和70年代初，研制的劈锥数控跣床、非圆锥插齿机等

13、获得成功。与此同时，还开展了数控加工平面零件自动编程的研究.1972-1979年是数控机床的生产和使用阶段。例如：清华大学研制成功集成电路数控系统：数控技术在车、铳、镇、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究与应用：数控加工中心机床研制成功：数控升降台铳床和数控齿轮加工机床开始小批生产供应市场。从80年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本、美国、德国等国家弓I进先进的数控技术。上海机床研究所引进美国GE公司的MTC1.数控系统等。在引进、消化、吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所乂开发出BSO3经济型数控系统和BSO4全功能数控系统，航空航天部706所研制出MNC864数控系统等。进而推

14、动了我国数控技术的发展，使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。我国的数控机床已跨入一个新的发展阶段。1.3 数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度,还要求具有进入更高层次的柔性制造系统和计卯机集成制造系统的适应能力。在数控系统方面，目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，诸如日本的FANCU.德国的S1.EMENS和美国的A-B公司，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。它们的数控系统都采用了16位和32位微机处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩

15、大到IMB以上,机床分辨率可达0I微米,高速进给可达100nVmin1控制轴数可达16个，并采用先进的电装工艺。在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式向数字式方向发展,以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数个集成元件所取代，从而克服f零点漂移,湿度漂移等弱点。第二章机械部分的设计2.1 CA6140普通车床的数控化改造设计方案的拟定数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基研数控装备的整体水平标志着个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。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，圾后确定一个可行的总体方案。2.2 总体方案确定2.2.1 总体方案设计要求总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式、伺服系统的类型，计算机(CNC装置)以及传动方式和执行机构的选择等。1 .数控系统的选择：普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、恻弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等.因此.数控系统选连续控制系统。综合考虑性价比，根据改造的要求,本方案选用广州数控公司生产的GSK980TD乍床系统，广州数控公司同时生产与该数控系