普通機(jī)床數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)
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目 錄
1 概論
1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史 2
1.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析 2
1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 3
2 普通車(chē)床數(shù)控改造的可行性論證
2.1 車(chē)床的數(shù)控改造 4
2.2可行性論證 7
3 設(shè)計(jì)方案
3.1總體設(shè)計(jì)方案的確定 8
3.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與校核 10
3.2.1 選擇脈沖當(dāng)量 11
3.2.2計(jì)算切削 11
3.2.3滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型 12
3.2.4齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算 16
3.2.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算,校核與選型 17
4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
4.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 22
4.2單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24
4.2.1 硬件電路的組成 24
4.2.2機(jī)械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì)總結(jié) 26
4.3數(shù)控車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 29
5 小結(jié) 48
參考文獻(xiàn) 48
摘 要
應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行自動(dòng)化和精密化改造，改造技術(shù)主要為：在車(chē)床上附加數(shù)控裝置和執(zhí)行元件，選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。結(jié)果表明：經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。采用數(shù)控技術(shù)對(duì)企業(yè)原有機(jī)床進(jìn)行改造，即發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前工礦企業(yè)機(jī)床技術(shù)改造的有效途徑。
關(guān)鍵詞；車(chē)床；數(shù)控改造；經(jīng)濟(jì)型
Abstract
After analyzing and studying the over all structure of ordinary lathe, we use numerical control technology to re-equip ordinary lathe for automation and precision. We attach the numerical control device and execution elements to the lathe and choose an appropriate machinery servo-system and computer system. The result shows that after the innovation,the machine can sufficiently execute automatic control on outside diameter,taper,screw,ends,etc..It improves the production rate of the machine and decreases the labor stress from the operator.Using numerical control technology to improve existing machinery for enterprises. ie: developing economically-typed numerial control control machinay is an effective way to the engineering innovation for factories ,works and mine.
Key Words； lathe; innovation of the numerical control; economical
1 概 論
1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史
1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類(lèi)創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類(lèi)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類(lèi)進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。
1.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析
1.2.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀：近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長(zhǎng)27.3%。 近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。
1.2.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) ：
(1) 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。
(2) 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高。
2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%
(3) 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。
1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展：基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。
1.3.2向高速化和高精度化發(fā)展：這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。
1.3.3向智能化方向發(fā)展：隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。
(2) 引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工
將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)。
(3) 引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)
(4) 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置
可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。
1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性
1.4.1微觀看改造的必要性：從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。
(1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。
由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。
(2) 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。
(3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。
(4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。
(5) 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。
(6) 由以上五條派生的好處。
如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。
1.4.2宏觀看改造的必要性
小結(jié)
通過(guò)幾個(gè)月的努力，本課題的學(xué)習(xí)終于到了最后。做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程學(xué)到了很多課本上沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)，也通過(guò)本論文的準(zhǔn)備，查資料把大學(xué)四年的知識(shí)整理了一番。以前好多遺忘的知識(shí)又回到了大腦。
本篇論文是關(guān)于普通機(jī)床的自動(dòng)化改造，通過(guò)這次學(xué)習(xí)在機(jī)床改造中獲的了意想不到的快樂(lè)與成就感。會(huì)為以后的工作積累下豐富的經(jīng)驗(yàn)。
但是本篇論文還有不禁如意的地方：
1）所研究的東西只是停留在理論方面，很多東西現(xiàn)在還不是很明白
2）在零件的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，還有些是不明白之處，設(shè)計(jì)的依據(jù)和其中的很多術(shù)語(yǔ)
3）對(duì)普通機(jī)床的改造還不是很徹底，只是對(duì)其中的一些主要部件進(jìn)行了改造，如時(shí)間在寬裕一些，我想我可以做的更好。
但本次畢業(yè)論文，在指導(dǎo)教師的精心指導(dǎo)下，掌握了設(shè)備自動(dòng)化改造的主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)控設(shè)備、數(shù)控技術(shù)有了更進(jìn)一步的了解和掌握，了解了數(shù)控設(shè)備、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，指明了以后的發(fā)展方向，必將為以后的學(xué)習(xí)和工作起到很大的作用。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一． 題目與技術(shù)要求 通機(jī)床數(shù)控化改造； 機(jī)床類(lèi)型：按所附樣圖機(jī)床型號(hào) (1)進(jìn)給兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，采用單片機(jī)的半閉環(huán)控制系統(tǒng)； (2)脈沖當(dāng)量：縱向（ X）： 沖，橫向（ Y）： 床）， 床） 沖。 （ 3）系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)； （ 4）電動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位數(shù)： 4（適用車(chē)床） （ 5）其他要求； 二．機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求： 文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題，閱讀三篇以上與課題相關(guān)的專(zhuān)業(yè)外文資料，并完成一萬(wàn)印刷符號(hào)以上的譯文（或譯成 3 千漢字）。 確定改造的機(jī)床數(shù)控半閉環(huán)系統(tǒng)由哪些功能模塊組成，并用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方塊圖表示出它們之間的關(guān)系。 （ 1）擬定縱向，橫向送給系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈，選擇合適的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，畫(huà)出傳動(dòng)鏈的示意圖； （ 2）具體選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，并對(duì)各零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 3）根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈的等效力學(xué)模型計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即諧振頻率，傳動(dòng)剛度，阻尼，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及 摩擦等。 （ 4）設(shè)計(jì)確定機(jī)械系統(tǒng)其它部件，如導(dǎo)軌，支架，機(jī)座等。 （ 1） 系統(tǒng) 以選用 16 位單片機(jī)； （ 2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)由 展存儲(chǔ)器，相關(guān)的芯片（如譯碼，鎖存等），接口電路，輔助電路，以及顯示和鍵盤(pán)等部分組成。 （ 3）合理選擇系統(tǒng)中的各芯片及正確連接 3 總線。 （ 1）選擇直流伺服電機(jī) ; (2)電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇與計(jì)算； （ 3）驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算； （ 1）檢測(cè)元件的正確選用（建議選擇光電編碼器），并分析功能與特點(diǎn)； （ 2）反饋系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)； （ 1）用匯編 C 語(yǔ)言設(shè)計(jì)直線，圓弧插補(bǔ)子程序； （ 2）繪制該程序的流程框圖。 三．圖紙的內(nèi)容與數(shù)量 ； ， 4 和 5 的設(shè)計(jì)結(jié)果，繪制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制原理圖一張（ 四．說(shuō)明書(shū)： 析，計(jì)算，圖文并茂。 模板自下載 5000 字，并附有 200字的中文摘要及對(duì)應(yīng)的外文摘要。 000 漢字，英文翻譯需 2000漢字或 10000 個(gè)英文字符。 文）以及前期工作材料必須符合規(guī)定要求，否則不能取得答辯資格。 000 字左右的小論文（詳細(xì)論文摘要）。 五．參考文獻(xiàn)