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1、对普通车床进行数控改造。采用系列单片机控制经济型数控机床，用步进电机来驱动进给系统，实现自动加工。原理为根据加工零件的图样与工艺方案，通过单片机控制，转化成脉冲信号，经放大电路后驱动纵向和横向步进电机，通过滚珠丝杠实现刀架纵向横向两个方向的进给，以完成工件的加工。数控改装后的车床在纵向和横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。改造后车床可以加工出各种形状的复杂的回转零件,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.关键词数控改造进给系统步进电机单片机目录摘要第章绪论.课题背景.数控改造的必要性.设计任务第章设计任务与总体方案的确定.设计任务.总体设计方案确定第章机床进给伺服系统机械设计计算及结构设计说明.主要设计参数如下.确定脉冲当量.纵向进给系统的设计计算已知条件切削力计算滚珠丝杠设计计算齿轮及转矩的有关计算.横向进给系统的设计计算横向进给系统的设计横向进给系统的计算.步进电机的选择步进电机选用的基本原则步进电机的选择第章数控系统的硬件电路设计.绘制系统电。
2、动强度，节省了劳动力个人可以看管多台机床，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。.设计任务本课题是将普通车床改造系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电机开环控制，纵向和横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。.本章小结本章主要介绍了论文的课题背景，数控改造的必要性以及设计任务。第章设计任务与总体方案的确定.设计任务本设计任务是对普通机床进行数控改造。利用系列单片机对纵向横向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为.脉冲，横向脉冲当量为.脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。设计参数如下最大加工直径在床面上在床鞍上最大加工长度快进速度纵向.横向.最大切削进给速度纵向.横向.代码制脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量，绝对值通用控制坐标数最小指令数纵向.脉冲横向.脉冲刀具补偿量.进给传动链间隙补偿量纵向.横向.自动升降速性能有.总体设计方案确定由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少。气控制结构框图.单片机控制系统设计单片机的基本特性芯片引脚功能.存储器扩展电路与的连接数据存储器的扩展程序存储器的扩展.接口电路及辅助电路设计接口电路辅助电路设计.绘制微机控制电路原理图控制系统的功能采用软件环形分配图自动回转刀架的控制螺纹加工控制地址编码结论参考文献致谢第章绪论.课题背景随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量的不断提高，产品的更新换代也不断加快，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生长率，而且应能迅速的适应产品零件的变换。我国生产的需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控车床迅速发展起来。我国目前机床总量余万台，而其中数控机床总数只有.万台，即我国机床数控化率不到。近年来，我国数控机床年产量约为万台，年产值约为亿元。机床的年产量数控化率为。我国机床役龄年以上的占以上年以下的机床中，自动半自动机床不到，等自动化生产线更屈指可数美国和日本自动和半自动机床占以上。可见我们的大多数制造行业和企业的生产加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在年以上的旧机床。用这种装备加工出来。
3、，以降低成本。因为改造后车床具有定位直线插补圆弧插补顺逆插补暂停循环加工公制螺纹车削等加工功能，故应采用连续控制系统。考虑到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。因为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，性价比高等特点，决定采用系列单片扩展系统。为保证定的传动精度和平衡性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺旋副。车床数控改造的总体方案见图图数控改造的总体方案示意图.本章小结本章主要介绍了的数控改造设计任务以及确定了整体设计方案。第章进给伺服系统机械设计计算及结构设计.主要设计参数如下溜板重量刀架重量刀架快进速度纵向横向.最大进给速度纵向.横向.主电机功率.启动加速时间机床定位精度确定脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量纵向.步横向.步.纵向进给系统的设计计算已知条件工作台重量根据图纸粗略计算时间常数滚珠丝杠基本导程行程脉冲当量.步距角.快速进给速度切削力计算由机床设计手册可知，切削功率式中电机功率，查机床说明书，主传动系统总功率，般为取.进给系统功率系数，取.则又因为。 的产品普遍存在质量差品种少档次低成本高供货期长，从而在国际国内市场上缺乏竞争力，直接影响个企业的产品市场效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。.数控改造的必要性数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换个程序，就可实现另工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。拥有自动报警自动监控自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。如降低了工人的劳。
4、对普通车床进行数控改造。采用系列单片机控制经济型数控机床，用步进电机来驱动进给系统，实现自动加工。原理为根据加工零件的图样与工艺方案，通过单片机控制，转化成脉冲信号，经放大电路后驱动纵向和横向步进电机，通过滚珠丝杠实现刀架纵向横向两个方向的进给，以完成工件的加工。数控改装后的车床在纵向和横向具有圆弧和直线插补功能，该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。改造后车床可以加工出各种形状的复杂的回转零件,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.关键词数控改造进给系统步进电机单片机目录摘要第章绪论.课题背景.数控改造的必要性.设计任务第章设计任务与总体方案的确定.设计任务.总体设计方案确定第章机床进给伺服系统机械设计计算及结构设计说明.主要设计参数如下.确定脉冲当量.纵向进给系统的设计计算已知条件切削力计算滚珠丝杠设计计算齿轮及转矩的有关计算.横向进给系统的设计计算横向进给系统的设计横向进给系统的计算.步进电机的选择步进电机选用的基本原则步进电机的选择第章数控系统的硬件电路设计.绘制系统电。 略。因此，总的转动惯量.所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩最大切削负载时所需力矩快速进给时所需力矩式中空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的摩擦力矩由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩切削时折算到电机轴上的加速度力矩折算到电机轴上的切削负载力矩。当时当时当时当.时预加载荷则所以，快速空载启动所需力矩切削时所需力矩快速进给时所需力矩由以上分析计算可知所需最大力矩发生在快速启动时.横向进给系统的设计计算横向进给系统的设计经济型数控改造的横向进给系统设计比较简单，般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。横向进给系统的计算由于横向进给系统的设计计算与纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。已知条件工作台重时间常数滚珠丝杠基本导程左旋行程脉冲当量.步距角.快速进给速度.切削力计算横向进给量为纵向的，取，则切削力约为纵向的在切断工件时.滚珠丝杠设计计算.强度计算对于燕尾型导轨取则寿命值最大动负载根据最大动。
5、 如下.步距角步距角应满足式中传动比系统对步进电机所驱动不见的最小转角。.精度步进电机的精度可用步距误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用积累误差衡量精度比较使用。所选用的步进电机应满足式中步进电机的积累误差系统对步进电机驱动部分允许的角度误差。.转矩为了使步进电机正常运行不失步不越步，正常启动并满足对转速的要求，必须考虑.启动转矩般启动力矩选取为式中电动机启动力矩电动机静负载力矩。根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表所示。为步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的，如表所示。.在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机转动惯量包括负载的转动惯量引起的惯性矩之和。表步进电机相数拍数启动力矩表运行方式相数拍数表反应式步进电机技术指标型号主要技术数据步距角最大静转矩，•最高空载启动频率，运行频率，相数电压，相电流，.启动频率由于步进电机启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足式中极限。负载的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取系列，滚珠丝杠公称直径为，型号为左，其额定负荷，所以强度够用。.效率计算螺旋升角，摩擦角则传动效率.刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程的变化量滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略，即所以，导程变形总误差为查表知级精度丝杠允许的螺距误差长为，故刚度足够。.稳定性计算由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同而支承方式由原来的端固定，端悬空，变为端固定，端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。.齿轮及转矩有关计算.有关齿轮计算.第对齿轮传动比故取.第二对齿轮传动比.转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠转动惯量齿轮的转动惯量电机转动惯量很小可忽略，因此，总的转动惯量.所需转动力矩计算所以，快速空载启动所需转矩切削时所需力矩快速进给时所需的转矩从以上计算可知最大转矩发生在快速启动时，.步进电机的选择步进电机选用的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍。
6、所以式中切削线速度，取主切削力由金属切削原理可知，主切削力查表得.则可计算如表所示表计算结果，当时，切削深度，走刀量.，以此参数做为下面计算的依据。从机床设计手册中可得知，在般外圆车削时取滚珠丝杠设计计算三角或综合导轨机床的轴向力式中.取为.则.强度计算寿命值取工件直径，查表得则最大动负载查表得运转系数.硬度系数则根据最大动负荷的值，可选择滚珠丝杠的型号。滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取系列，滚珠丝杠直径选为，型号为，其额定动载荷式，所以强度够用。.效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为式中摩擦角螺旋升角则.刚度验算滚珠丝杠受工作负载引起的导程的变化量式中.滚珠丝杠截面积则滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略，即。所以导程变形总误差为查表知级精度丝杠允许的螺距误差长为，故刚度足够.稳定性验算由于机床原丝杠直径为，现选用的滚珠丝杠的直径为，支承方式不变，所以稳定性不存在问题齿轮及转矩的有关计算.有关齿轮的计算传动比故取.转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量丝杠的转动惯量齿轮的转动惯量电机转动惯量很小可忽。
参考资料：
C616车床数控改造设计