沈阳理工大学机电一体化课程设计计算说明书题目:卧式车床数控化改造设计所属系部:机械运载学院专业:机械设计制造及其自动化班级:学号:学生姓名:指导教师:2011年6月13日1目录摘要..........................................................2设计题目..........................................................31.设计任务.......................................................42.总体方案的确定..................................................53.机械系统的改造设计方案..........................................54.进给传动部件的计算和选型........................................84.1脉冲当量的确定.................................................84.2切削力的计算...................................................84.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型(纵向).............................94.4同步带减速箱的设计(纵向)....................................104、5步进电动机的计算与选型(纵向)...............................134.6同步带传递功率的校核..........................................175.绘制进给传动机构的装配图.......................................176.控制系统硬件电路的设计.........................................187.步进电动机驱动电源的选择.......................................198.控制系统的部分软件设计.........................................208.1存储器与I/O芯片地址分配......................................208.2控制系统的监控管理程序........................................208.38255芯片初始化子程序.........................................218.48279芯片初始化子程序.........................................218.58279控制LED显示子程序.......................................228.68279管理键盘子程序...........................................248.7D/A电路输出模拟电压程序......................................258.8步进电动机的运动控制程序......................................258.9电动刀架的转位控制程序........................................258.10主轴、卡盘与冷却泵的控制程序.................................25机电一体化课设的感受与收获.......................................27结论.............................................................282谢辞............................................................29参考文献........................................................30摘要整个人类社会的文明史,就是制造技术不断演变和发展的历史。任何国家的制造业都是国民经济的基础产业,也是国民经济的主要来源。没有发达的制造业,就不可能有国家真正的繁荣和强大。制造技术是制造业的技术支柱,是一个国家科技水平、综合国力的重要体现,制造技术的发展是一个国家经济增长的根本动力。而制造业中机床是其基础装备。我国是一个机床大国,有三百多万台普通机床。但机床的素质差,性能落后,单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右,差距太大,急待改造。旧机床的数控化改造,顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用,数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中,机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床,并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限,国家大,机床需要量大,因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床,而我国的旧机床很多,用经济型数控系统改造普通机床,在投资少的情况下,使其既能满足加工的需要,又能提高机床的自动化程度,比较符合我国的国情。1984年,我国开始生产经济型数控系统,并用于改造旧机床。到目前为止,已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料,今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。3(机电一体化系统设计课程设计指导书)设计题目:——卧式车床数控化改造设计普通车床(如C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630等)是金属切削加工最常用的一类机床。C6140普通车床的结构布局如图所示。当工件随主轴回转时,通过刀架的纵向和横向移动,能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等,借助成型刀具,还能加工各种成形回转表面。C6140普通车床的结构布局图1-床脚2-挂轮3-进给箱4-主轴箱5-纵溜板6-溜板箱7-横溜板8-刀架9-上溜板10-尾座11-丝杠12-光杠13-床身机床实体图普通车床刀架的纵向和横向进给运动,是由主轴回转运动经挂轮传递而来,通过进给箱变速后,由光杆或丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。进给参4数依靠手工调整,改变参数时需要停车。刀架的纵向进给和横向进给不能联动,切削次序需要人工控制。对普通车床进行数控化改造,主要是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统;将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。这样,利用数控装置,车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具都可按程序自动进行调节和更换,再加上纵、横向的联动进给功能,所以,改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件,并能实现多工序集中车削,从而提高生产效率和加工精度。1.设计任务题目:C6140普通车床数控化改造设计任务:将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下(1)床身上最大加工直径400mm;(2)最大加工长度1000mm;(3)X方向(横向)的脉冲当量x=0.005mm/脉冲,Z方向(纵向)z=0.01mm/脉冲;(4)X方向最快移动速度maxxv=3000mm/min,Z方向为maxzv=6000mm/min;(5)X方向最快工进速度Fxvmax=400mm/min,Z方向为zmxFv=800mm/min;(6)X方向定位精度±0.01mm,Z方向±0.02mm;(7)可以车削柱面、平面、锥面与球面等;(8)安装螺纹编码器,可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹,最大导程为24(9)安装四工位立式电动刀架,系统控制自动选刀;(10)自动控制主轴的正转、反转与停止,并可输出主轴有级变速与无级变速信号;(11)自动控制冷却泵的启/停;(12)安装电动卡盘,系统控制工件的夹紧与松开;(13)纵、横向安装限位开关;(14)数控系统可与PC机串行通信;(15)显示界面采用LED数码管,编程采用ISO数控代码。52.总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择,以及进给传动方式和执行机构的选择等。(1)普通车床数控化改造后应具有单坐标定位,两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此,数控系统应设计成连续控制型。(2)普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床,在保证一定加工精度的前提下,应简化结构,降低成本。因此,进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。(3)根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度,以及数控系统的经济性要求,决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。(4)根据系统的功能要求,需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等;还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。(5)为了达到技术指标中的速度和精度要求,纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副;为了消除传动间隙提高传动刚度,滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。(6)计算选择步进电动机,为了圆整脉冲当量,可能需要减速轮副,且应有消间隙机构。(7)选择四工位自动回转刀架与电动卡盘,选择螺纹编码器等。3.机械系统的改造设计方案3.1主传动系统的改造方案对普通车床进行数控化改造时,一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构,这样可减少机械改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。若要提高车床的自动化程度,需要在加工中自动变换转速,可用2~4速的多速电动机代替原有的单速主电动机;当多速电动机仍不能满足要求时,可用交流变频器来控制主轴电动机,以实现无级变速(工厂使用情况表明,使用变频器6时,若工作频率低于70Hz,原来的电动机可以不更换,但所选变频器的功率应比电动机大)。本例中,当采用有级变速时,可选用浙江超力电机有限公司生产的YD系列7.5kW变极多速三相异步电动机,实现2~4档变速;当采用无级变速时,应加装交流变频器,推荐型号为:F1000-G0075T3B,适配7.5kW电动机,生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。3.2安装电动卡盘为了提高加工效率,工件的夹紧与松开采用电动卡盘,选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。3.3换装自动回转刀架为了提高加工精度,实现一次装夹完成多道工序,将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架,选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路,由数控系统完成3.4螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时,需要配置主轴脉冲发生器,作为车床主轴位置信号的反馈元件,它与车床主轴同步转动本例中,改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24mm,Z向的进给脉冲当量是0.01mm/脉冲,所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24mm/(0.01mm/脉冲)=2400脉冲。考虑到编码器的输出有相位差为90º的A、B相信号,可用A、B异或后获得2400个脉冲(一转内),这样编码器的线数可降到1200线(A、B信号)。另外,为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣,编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。基于上述要求,本例选择螺纹编码器的型号为:ZLF-1200Z-05V0-15-CT。电源电压+5V,每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲,信号为电压输出,轴头直径15mm,生产厂家为长春光机数显技术有限公司。螺纹编码器通常有两种安装形式:同轴安装和异轴安装。同轴安装是