机械设计毕业论文：普通车床的数控化改造.doc

1、本 科 毕 业 论 文（ 20 届 ）普 通 车 床 的 数 控 化 改 造所 在 学 院 专 业 班 级 机 械 设 计 制 造 及 自 动 化 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 职 称 完 成 日 期 年 月 摘 要普 通 车 床 是 主 要 用 车 刀 对 旋 转 的 工 件 进 行 车 削 加 工 的 机 床 。 在 车 床 上 还 可用 钻 头 、 扩 孔 钻 、 铰 刀 、 丝 锥 、 板 牙 和 滚 花 工 具 等 进 行 相 应 的 加 工 。 车 床 主 要用 于 加 工 轴 、 盘 、 套 和 其 他 具 有 回 转 表 面 的 工 件 ， 是 机 械 制 造 和 修

2、 配 工 厂 中 使用 最 为 广 泛 的 一 类 机 床 ， 在 我 国 的 工 业 事 业 发 展 中 起 到 及 其 重 要 的 作 用 。机 床 的 数 控 改 造 ， 主 要 是 对 原 有 机 床 的 结 构 进 行 创 造 性 的 设 计 ， 最 终 使 机床 达 到 比 较 理 想 的 状 态 。 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 造 成 为 用 微 机 控 制 的 、 能 独 立 运 动 的 进 给 伺 服 系 统 ； 刀 架 改 造 成 为能 自 动 换 刀 的 回 转 刀 架 。 这 样 ， 利 用

3、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 会 按 程 序自 动 进 行 调 节 和 更 换 ， 再 加 上 纵 向 和 横 向 进 给 联 动 的 功 能 ， 数 控 改 装 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 自 动 车 削 ， 从 而 提 高了 生 产 效 率 和 加 工 精 度 ， 也 能 适 应 小 批 量 多 品 种 复 杂 零 件 的 加 工 。在 改 造 时

4、 ， 还 需 进 行 技 术 经 济 效 益 的 分 析 。 技 术 经 济 指 标 主 要 有 生 产 率 、质 量 和 成 本 。 比 如 ， 普 通 车 床 经 过 数 控 化 改 造 后 对 于 多 品 种 少 批 量 零 件 加 工 的生 产 率 会 大 大 提 高 ， 改 变 加 工 零 件 对 象 只 需 调 用 对 应 的 数 控 加 工 程 序 ， 省 时 省工 。 采 用 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 代 替 普 通 丝 杠 后 ， 摩 擦 小 ， 传 动 效 率 高 。 采 用 精 密 传动 技 术 后 ， 传 动 精 度 高 ， 反 向 时 无 空 程 间 隙 。 成 本

5、 是 指 投 入 和 产 出 效 益 的 综 合成 本 。关 键 词 ： 数 控 ， 单 片 机 ， 步 进 电 机 ， 滚 珠 丝 杠 ， 改 造AbstractEngine lathe is the main vehicle to rotate the knife for turning parts of the processing machine. Lathe can also be used in the drill, drill reaming, Reamer, Tap, Banya and Knurling tools such as the processing accordi

6、ngly. Lathe mainly used for processing axis, plates, and other sets of rotating the surface of the workpiece, machinery manufacturing and repair plant the most widely used in a class of machine tools, industrial undertakings in Chinas development and played an important role.The transformation of NC

7、 machine tools, mainly the structure of the original machine tools for creative design, machine tools to achieve the end, the ideal state. CNC lathes for the general transformation, is the main vertical and horizontal feed into a system of computer control, the independence movement can feed servo s

8、ystem; Turret automatic tool change can be transformed into the rotary turret. In this way, the use of NC devices, lathe can enter the process at a pre-cutting instructions. Due process of cutting parameters, cutting tool on its priorities and procedures for automatic adjustment and replacement, cou

9、pled with the vertical and horizontal linkage of the feed feature, CNC lathes modified on the processing of complex shape to various parts Rotary And to achieve more automated processes Turning to enhance the production efficiency and accuracy of processing, can adapt to many varieties of small quan

10、tities of complex parts processing.The transformation, the need to conduct a technical analysis of economic benefits. Technology is the main economic indicators of productivity, quality and cost. For example, the CNC lathes common after the many varieties of small quantities of parts processing will

11、 greatly improve productivity, changes in processing parts of the corresponding object simply call the NC process, when in the province. Vice ball screw nut instead of using ordinary screw, the friction of small, high efficiency drive. Use of sophisticated transmission technology, transmission of hi

12、gh precision, reverse, no air-gap. Cost is inputs and outputs of the comprehensive cost-effective. Key words : numerical control ,single-chip ,stepping motor , ball screw shaft ,reform.目 录第 1 章 普 通 车 床 微 机 的 数 控 系 统 总 体 设 计 方 案 .61 1 设 计 任 务 .61.2 总 体 方 案 的 论 证 .61.3 机 械 部 分 改 造 设 计 .61.4 伺 服 进 给 系

13、统 改 造 设 计 .71.5 数 控 系 统 硬 件 电 路 设 计 .71.6 设 计 X-Y 数 控 工 作 台 及 其 控 制 系 统 .81.7 总 体 方 案 确 定 .91.7.1， 系 统 的 运 动 方 式 与 伺 服 系 统 的 选 择 .91.7.2 计 算 机 系 统 .91.7.3 机 械 传 动 方 式 .9第 2 章 机 械 部 分 的 改 造 设 计 .92 1 纵 向 进 给 系 统 的 改 造 设 计 .92 1 1 纵 向 滚 珠 丝 杠 副 的 选 用 .102.1.2 确 定 系 统 的 脉 冲 当 量 .102.1.3 车 削 力 的 计 算 .11

14、2.1.4 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 设 计 、 计 算 和 选 型 .112.2 步 进 电 机 的 选 用 .142.2.1 脉 冲 量 的 选 择 .142.2.2 等 效 负 载 转 矩 计 算 .142.2.3 等 效 转 动 惯 量 的 计 算 .152.2.4 步 进 电 动 机 型 号 的 选 择 .15第 3 章 横 向 进 给 系 统 的 改 造 设 计 .163.1 横 向 进 给 系 统 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 选 用 .163.1.1 确 定 系 统 的 脉 冲 当 量 .173.1.2 车 削 力 的 计 算 .173.1.3 滚 珠 丝 杠 螺 母

15、副 的 设 计 、 计 算 和 选 型 .173.2 横 向 步 进 电 机 的 选 用 .203.2.1 脉 冲 量 的 选 择 .203.2.2 等 效 负 载 转 矩 计 算 .203.2.3 等 效 转 动 惯 量 的 计 算 .203.2.4 步 进 电 动 机 型 号 的 选 择 .21第 4 章 齿 轮 传 动 比 计 算 .224.1 纵 向 进 给 齿 轮 箱 传 动 比 计 算 .224.2 横 向 进 给 齿 轮 箱 传 动 比 计 算 .234.3 齿 轮 传 动 间 隙 的 调 整 .234.4 设 计 绘 制 进 给 伺 服 系 统 机 械 装 配 图 .25第 5

16、 章 刀 架 原 理 及 设 计 .265.1 减 速 传 动 机 构 的 设 计 .265.1.1 上 刀 体 锁 紧 与 精 机 构 的 设 计 .275.1.2 刀 架 抬 起 机 构 的 设 计 .275.2 刀 架 原 理 简 介 285.3 回 转 刀 架 电 机 的 选 择 305.3.1 电 机 种 类 的 选 择 315.3.2 电 动 机 型 号 的 选 择 315.4 刀 架 设 计 的 要 点 及 计 算 325.4.1 蜗 轮 蜗 杆 传 动 325.4.2 双 导 程 蜗 杆 设 计 325.4.3 蜗 杆 轴 的 支 承 335.4.4 蜗 轮 蜗 杆 的 设 计

17、 计 算 335.4.5 蜗 轮 蜗 杆 地 热 平 衡 计 算 34小 结 .35致 谢 .36参 考 文 献 .37前 言随 着 社 会 生 产 、 科 学 技 术 迅 速 发 展 ， 机 械 产 品 越 来 越 精 密 复 杂 ， 且 需 频 繁 改 型 更 新 ，普 通 机 床 已 不 能 很 好 适 应 这 些 要 求 ， 数 控 机 床 应 运 而 生 。 这 种 型 机 床 具 有 适 应 性 强 、 加工 精 度 高 、 生 产 效 率 高 和 加 工 质 量 稳 定 优 点 。 它 综 合 了 电 子 计 算 机 、 自 动 控 制 系 统 、 伺服 驱 动 系 统 、 精

18、密 测 量 和 新 型 机 械 结 构 等 很 多 方 面 的 技 术 成 果 结 合 ， 是 今 后 机 床 控 制 的主 要 发 展 方 向 。一 、 数 控 机 床 的 产 生数 控 机 床 最 早 是 从 美 国 开 始 研 制 的 。 1948 年 6 月 ， 美 国 帕 森 斯 公 司 在 研 制 加 工 直升 机 桨 叶 轮 廓 用 检 查 样 板 的 加 工 机 床 任 务 时 ， 提 出 了 研 制 数 控 机 床 的 初 始 设 想 。1949 年 2 月 ， 帕 森 斯 公 司 与 麻 省 理 工 学 院 伺 服 机 构 的 实 验 室 开 始 合 作 ， 开 始 从 事

19、 数 控 机床 研 制 工 作 。 并 于 1952 年 试 制 成 功 了 世 界 上 第 一 台 数 控 机 床 实 验 性 样 机 。 这 一 台 采 用脉 冲 乘 法 器 原 理 直 线 插 补 三 坐 标 连 续 控 制 铣 床 。 经 过 三 年 的 改 进 和 自 动 编 程 专 业 研 究 ， 1955 年 进 入 实 用 阶 段 。 一 直 到 20 世 纪 50 年 代 末 ， 因 价 格 和 技 术 原 因 ， 品 种 多 为 连 续控 制 系 统 。 到 了 60 年 代 ， 因 晶 体 管 的 应 用 ， 数 控 系 统 提 高 可 靠 性 且 价 格 开 始 下 降

20、 ， 即一 些 民 用 工 业 开 始 发 展 数 控 机 床 ， 其 中 大 部 分 是 钻 床 、 冲 床 等 点 位 控 制 机 床 。 数 控 技 术不 仅 在 机 床 上 得 到 实 际 应 用 ， 而 且 逐 步 推 广 到 焊 接 机 和 火 焰 切 割 机 等 ， 使 数 控 技 术 不 断扩 展 应 用 范 围 。二 、 数 控 机 床 的 发 展1952 年 ， 美 国 研 制 成 功 第 一 台 数 控 机 床 ， 随 着 电 子 技 术 、 自 动 控 制 和 精 密 测 量 等 技术 的 发 展 ， 数 控 机 床 也 迅 速 地 发 展 和 不 断 地 更 新 换

21、代 ， 先 后 经 历 了 五 个 发 展 阶 段 。第 一 代 数 控 是 1952-1959 年 采 用 电 子 管 元 件 构 成 专 用 数 控 装 置 。第 二 代 数 控 是 从 1959 年 开 始 采 用 晶 体 管 电 路 NC 系 统 。第 三 代 数 控 是 从 1965 年 开 始 采 用 集 成 电 路 的 NC 系 统 。第 四 代 数 控 是 从 1970 年 开 始 采 用 大 规 模 集 成 电 路 的 通 用 电 子 计 算 机 控 制 系 统 。第 五 代 数 控 是 从 1974 年 开 始 采 用 微 型 的 电 子 计 算 机 控 制 系 统 。目

22、前 ， 第 五 代 数 控 系 统 基 本 上 取 代 了 以 往 普 通 数 控 系 统 ， 形 成 现 代 数 控 系 统 。 第 五代 数 控 系 统 采 用 微 型 处 理 器 和 大 规 模 或 超 大 规 模 的 集 成 电 路 ， 具 有 很 强 程 序 存 储 能 力 、控 制 功 能 。 这 些 控 制 功 能 由 一 系 列 的 控 制 程 序 来 实 现 。 这 些 数 控 系 统 通 用 性 很 强 ， 几 乎只 需 改 变 一 部 分 软 件 ， 就 可 以 适 应 很 多 不 同 类 型 机 床 控 制 要 求 ， 具 有 很 大 柔 性 。 随 着 集成 电 路

23、规 模 日 益 扩 大 ， 光 缆 通 信 技 术 也 应 用 于 数 控 装 置 中 ， 其 体 积 日 益 缩 小 ， 价 格 也 逐年 下 降 ， 同 时 可 靠 性 显 著 提 高 ， 功 能 更 加 完 善 。近 年 来 ， 微 电 子 、 计 算 机 技 术 日 益 成 熟 ， 它 的 成 果 正 不 断 渗 透 到 机 械 制 造 各 个 领 域中 ， 先 后 出 现 计 算 机 直 接 数 控 系 统 ， 柔 性 制 造 系 统 、 计 算 机 集 成 制 造 系 统 。 这 些 高 级 自动 化 生 产 系 统 均 以 数 控 机 床 为 基 础 ， 这 代 表 数 控 机

24、床 今 后 的 发 展 趋 势 。三 、 我 国 数 控 机 床 发 展 概 况我 国 从 1958 年 北 京 机 床 研 究 所 、 清 华 大 学 等 研 制 数 控 机 床 ， 试 制 成 功 第 一 台 电 子管 数 控 机 床 。 从 1965 年 开 始 ， 研 制 晶 体 管 的 数 控 系 统 ， 直 到 60 年 代 末 70 年 代 初 ，研 制 劈 锥 数 控 铣 床 、 非 圆 锥 的 插 齿 机 等 获 得 成 功 。 与 此 同 时 ， 还 开 展 数 控 加 工 平 面 零 件的 自 动 编 程 研 究 。 1972-1979 年 是 数 控 机 床 生 产 和

25、 使 用 阶 段 。 例 ： 清 华 大 学 研 制 成 功 的集 成 电 路 数 控 系 统 ； 数 控 技 术 在 车 、 铣 、 镗 、 磨 、 齿 轮 加 工 、 电 加 工 等 很 多 领 域 开 始 研究 与 应 用 ； 数 控 加 工 中 心 机 床 研 制 的 成 功 ； 数 控 升 降 台 铣 床 、 数 控 齿 轮 加 工 机 床 开 始 小批 生 产 供 应 市 场 。 80 年 代 初 开 始 ， 随 着 我 国 开 放 政 策 实 施 ， 先 后 从 日 本 、 美 国 、 德 国等 国 外 引 进 先 进 的 数 控 技 术 。 上 海 机 床 研 究 所 就 引

26、进 美 国 GE 公 司 的 MTC-1 数 控 系 统等 。 在 引 进 、 消 化 和 吸 收 外 国 先 进 技 术 基 础 上 ， 北 京 机 床 研 究 所 再 开 发 出 BSO3 经 济型 数 控 系 统 、 BSO4 全 功 能 数 控 系 统 ， 航 空 航 天 部 706 所 研 制 出 的 MNC864 数 控 系 统 等 ，推 动 了 我 国 数 控 技 术 的 发 展 ， 使 我 国 的 数 控 机 床 在 品 种 、 性 能 以 及 水 平 上 均 有 新 的 飞 跃 。我 国 数 控 机 床 已 跨 入 一 个 新 的 发 展 阶 段 。四 、 数 控 机 床 发

27、 展 趋 势从 数 控 机 床 的 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 床重 要 发 展 趋 势 。 对 单 台 的 主 机 不 仅 要 求 提 高 其 柔 性 制 造 和 自 动 化 程 度 ， 同 时 要 求 具 有 进入 更 高 层 次 柔 性 制 造 系 统 和 计 算 机 集 成 制 造 系 统 的 适 应 能 力 。在 数 控 系 统 方 面 ， 世 界 上 几 个 著 名 数 控 装 置 的 生 产 厂 家 ， 如 日 本 FANCU， 德 国SIEMENS 和 美 国 A-B 公 司 ， 产 品 都

28、 向 着 系 列 化 、 模 块 化 、 高 性 能 和 成 套 性 方 向 发 展 。 他们 的 数 控 系 统 都 采 用 了 16 位 或 32 位 微 机 处 理 机 、 标 准 总 线 和 软 件 模 块 及 硬 件 模 块 结构 ， 内 存 容 量 已 扩 大 到 1MB 以 上 ， 机 床 分 辨 率 还 可 达 0.1 微 米 ， 高 速 进 给 达100m/min,控 制 轴 数 达 16 个 ， 并 采 用 先 进 电 装 工 艺 。在 驱 动 系 统 方 面 ， 交 流 的 驱 动 系 统 发 展 迅 速 。 交 流 传 动 由 模 拟 式 向 数 字 式 方 向 发 展

29、 ，以 运 算 放 大 器 模 拟 器 件 为 主 的 控 制 器 正 被 以 微 处 理 器 为 主 的 数 字 集 成 元 件 取 代 ， 从 而 克服 零 点 漂 移 、 温 度 漂 移 等 弱 点 。五 、 数 控 机 床 改 造 意 义数 控 机 床 的 改 造 在 国 外 已 发 展 成 一 个 新 兴 工 业 部 门 ， 在 60 年 代 已 经 开 始 迅 速 的发 展 ， 其 发 展 原 因 是 多 方 面 的 ， 主 要 是 有 技 术 、 经 济 、 市 场 和 生 产 上 等 原 因 。 我 国 拥 有300 多 万 台 机 床 。 而 这 些 机 床 大 多 是 多

30、年 累 积 生 产 的 通 用 机 床 ， 不 论 资 金 及 我 国 机 床 制造 厂 的 能 力 都 是 办 不 到 的 。 因 此 ， 尽 快 把 我 国 现 有 一 部 分 普 通 的 机 床 实 现 自 动 化 和 精 密化 的 改 装 ， 是 现 有 设 备 技 术 改 造 迫 切 要 求 的 解 决 课 题 。 用 数 控 技 术 改 造 的 机 床 ， 正 是 适应 这 一 要 求 。 它 建 立 在 微 电 子 现 代 技 术 和 传 统 技 术 相 结 合 的 基 础 上 。 在 机 床 的 改 造 中 引入 微 机 的 应 用 ， 不 但 是 技 术 上 具 有 先 进

31、性 ， 同 时 也 是 在 应 用 上 比 其 它 传 统 自 动 化 改 装 方案 有 较 大 的 通 用 性 和 可 调 性 。 而 且 所 投 入 改 造 费 用 低 ， 一 套 经 济 型 数 控 装 置 价 格 只 为 全功 能 数 控 装 置 的 1/3 到 1/5， 用 户 承 担 的 起 。 从 若 干 单 位 的 成 功 应 用 实 例 可 以 证 明 ， 投入 使 用 以 后 ， 的 确 成 倍 地 提 高 了 生 产 效 率 ， 减 少 了 废 品 率 ， 取 得 显 著 的 技 术 经 济 效 益 。因 此 ， 我 国 提 出 了 从 大 力 推 广 经 济 型 的 数

32、 控 这 一 中 间 关 键 技 术 的 基 础 上 ， 逐 步 推 广 全 功能 的 数 控 这 条 道 路 ， 适 合 我 国 经 济 水 平 、 教 育 水 平 和 生 产 水 平 等 ， 成 为 我 国 的 设 备 技 术改 造 主 要 方 向 为 今 后 使 用 全 功 能 的 数 控 机 床 ， 培 养 人 才 ， 积 累 维 护 和 使 用 经 验 。第 1 章 普通车床微机的数控系统总体设计方案数控技术是先进的制造技术核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着这一国家的工业现代化水平和综合国力强弱。机床数控系统总体设计方案的拟定应包括以下几

33、个内容：系统运动方式的确定、伺服系统选择、执行机构结构和传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。1 1 设 计 任 务本 次 改 造 设 计 任 务 是 对 普 通 车 床 进 行 数 控 改 造 。 再 利 用 单 片 机 对 纵 、 横 向 进 给 系统 进 行 控 制 ， 纵 向 即 Z 向 脉 冲 的 当 量 为 0.01mm/脉 冲 ， 横 向 即 X 向 脉 冲 的 当 量 为0.005mm/脉 冲 ， 驱 动 元 件 采 用 步 进 电 机 或 伺 服 电 机 ， 传 动 系 统 采 用 高 精 度 滚 珠 丝 杠 副 。一 般 应 根 据 设 计 任 务 和 要 求 提 出 数

34、 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 。1.2 总 体 方 案 的 论 证 普 通 机 床 经 济 型 的 数 控 改 造 ， 在 确 定 总 体 设 计 时 ， 应 考 虑 在 满 足 了 设 计 要 求 的 前提 下 ， 对 机 床 改 动 应 尽 可 能 的 少 ， 以 降 低 成 本 。 1.3 机 械 部 分 改 造 设 计 为 实 现 机 床 所 要 求 的 分 辨 率 ， 应 采 用 步 进 电 机 经 由 齿 轮 减 速 再 传 动 到 丝 杠 。 为 保证 一 定 的 传 动 精 度 、

35、 平 稳 性 ， 尽 量 要 减 小 摩 擦 力 ， 选 用 配 合 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 。 同 时 ，为 提 高 传 动 刚 度 、 消 除 间 隙 ， 应 采 用 有 预 加 负 载 荷 的 结 构 。 传 动 齿 轮 要 采 用 消 除 齿 侧 间隙 结 构 。 此 设 计 过 程 主 要 为 了 纵 向 进 给 和 横 向 进 给 改 造 ， 关 键 是 步 进 电 机 、 滚 珠 丝 杠 的选 用 。改 进 后 的 普 通 车 床 简 易 传 动 的 系 统 如 图 1-（ 1）图 1-1 改 进 后 的 普 通 车 床 传 动 的 系 统1.小 刀 架 2.横 向 步 进

36、电 动 机 3.横 向 滚 珠 丝 杆 4.大 拖 板5.纵 向 滚 珠 丝 杆 6.纵 向 步 进 电 动 机 1.4 伺 服 进 给 系 统 改 造 设 计 数 控 机 床 的 伺 服 进 给 系 统 有 开 环 及 半 闭 环 、 闭 环 的 分 别 。 因 开 环 控 制 具 有 结构 简 单 、 设 计 制 造 容 易 、 控 制 精 度 较 好 、 容 易 调 试 、 价 格 便 宜 、 使 用 维 修 方 便 等优 点 。 所 以 ， 本 次 设 计 采 用 开 环 的 控 制 系 统 。 1.5 数 控 系 统 硬 件 电 路 设 计 任 何 一 个 数 控 系 统 都 由 硬

37、 件 和 软 件 两 部 分 组 成 。 硬 件 是 数 控 系 统 的 基 础 ， 性 能 的 好坏 直 接 影 响 整 体 数 控 系 统 的 工 作 性 能 。 有 了 硬 件 ， 软 件 才 能 有 效 地 运 行 。 在 设 计 的 数 控 装 置 中 ， CPU 的 选 择 是 关 键 ， 选 择 CPU 应 考 虑 以 下 要 素 ：1. 可 扩 展 存 储 器 的 容 量 与 数 控 功 能 的 强 弱 相 关 ； 2. I/O 口 扩 展 的 能 力 与 对 外 设 控 制 的 能 力 相 关 ；3. 时 钟 频 率 和 字 长 与 被 控 对 象 的 运 动 速 度 和 精

38、 度 密 切 相 关 。 在 我 国 ， 普 通 机 床 数 控 改 造 方 面 应 用 较 普 遍 的 是 Z80CPU 和 MCS-51系 列 单 片 机 ， 主 要 是 因 为 它 们 的 配 套 芯 片 便 宜 ， 普 及 性 、 通 用 性 强 ， 制 造 和 维修 方 便 ， 完 全 能 满 足 经 济 型 数 控 机 床 的 改 造 需 要 。 本 设 计 以 8031 芯 片 为 核心 ， 增 加 存 储 器 扩 展 电 路 、 接 口 和 面 板 操 作 开 关 组 成 的 控 制 系 统 。1.6 设 计 X-Y 数 控 工 作 台 及 其 控 制 系 统计任务及参数在任务

39、书中已经给出。系统总体方案见图 1-2根据设计任务的要求，采用连续控制系统和步进电机开环控制系统。这样可使控制系统结构简单、成本低廉，调试和维修都比较容易。为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，尽量采用低摩擦的传动和导向元件。此工作台采用滚珠丝杠螺母副和滚动导轨。为尽量消除传动间隙，可设法调整传动齿轮的中心距以消除齿侧间隙。计算机系统仍采用高性能价格比的 MCS-51 系列单片机扩展系统。Y 向X 向微机光电隔离功率放大步进电机光电隔离功率放大步进电机上 拖板下 拖板图 1-2 经 济 型 数 控 车 床 总 体 方 案 框 图1.7 总体方案确定1.7.1，系统的运动方式与伺服系统的选择由于

40、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。1.7.2 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。1.7.3 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。第 2 章 机 械 部 分 的 改 造 设 计