CA車床數(shù)控化改造開(kāi)題

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1、中北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué)院、系： 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 普通CA6140車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 2009 年 3 月 12 日 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 1．開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的 依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工 作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在系審查后生效； 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格 式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼， 完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)； 3．學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇

2、（不包括辭典、 手冊(cè)）。文中應(yīng)用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，文后“參考文獻(xiàn)” 的書(shū)寫(xiě)，應(yīng)按照國(guó)標(biāo) GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要 求書(shū)寫(xiě)，不能有隨意性； 4．學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫(xiě)全號(hào)（如 0201140102），不能只寫(xiě)最 后 2 位或 1 位數(shù)字； 5. 有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408— 94 《數(shù)據(jù)元和交換格式、 信息交換、 日期和時(shí)間表示法》 規(guī)定的要求， 一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。 如“2004年3月 15日”或“2004-03-15 ”； 6. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)和所在系意見(jiàn)用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)，不得隨 便涂改或潦草書(shū)寫(xiě)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 1.

3、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫(xiě) 2000字左右的文 獻(xiàn)綜述： 文獻(xiàn)綜述 1、 數(shù)控機(jī)床發(fā)展簡(jiǎn)史 國(guó)外利用數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制加工是從 40年代開(kāi)始的。1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院 在一臺(tái)立式銑床上裝了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制三軸的運(yùn) 動(dòng)，它成了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。此后，從 60年代開(kāi)始，其他一些工業(yè)國(guó)家 如德國(guó)、日本等陸續(xù)地開(kāi)發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機(jī)床。 1974年微處理機(jī)直接用于數(shù) 控機(jī)床，進(jìn)一步促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。隨著數(shù)控機(jī)床的功能 越來(lái)越完善，可靠性和性能越來(lái)越高，它在制造業(yè)中逐漸擔(dān)當(dāng)了越來(lái)越重要的 角色。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的研制是從1958

4、年開(kāi)始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至 80年代后引 進(jìn)了日本、美國(guó)、西班牙等國(guó)數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)才 有質(zhì)的飛躍，應(yīng)用面逐漸鋪開(kāi)，數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步形成規(guī)模。 2、 數(shù)控化改造的意義及要求 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)需求變的越來(lái)越多樣化，多品種、中小批量甚至單 件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重，普通機(jī)床已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞 動(dòng)生產(chǎn)率的要求。如果設(shè)備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而 且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是微電 子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng) 化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)

5、濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。 這樣既可以提高加工生產(chǎn)率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，減輕工人 的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短訂購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期時(shí)間。實(shí)踐已經(jīng)證明普通車床 的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造具有重大的實(shí)際價(jià)值，為此，在舊有車床上進(jìn)行數(shù)控改造有 著較好的市場(chǎng)前景。 本課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐。將 CA6140型普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，應(yīng)能實(shí)現(xiàn) CA6140車床原有功能，在機(jī)床的精度、性能等方面除保持原來(lái)狀況外還有所提 高。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中滿足以下幾點(diǎn)要求： a. 橫向（X向）進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.005mm /脈沖； b. 進(jìn)給速度范圍：向3?1000mm/min （無(wú)級(jí)調(diào)速） 快進(jìn)速度

6、：X向1000?3000mm/min內(nèi)任意設(shè)定； c. 原車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)予以保留，橫向進(jìn)給系統(tǒng)由微機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制，兩軸聯(lián)動(dòng)； d. 刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，具有切削螺紋的功能； e. 改造方便，成本低。 該設(shè)計(jì)的總體思路是采用以 8031單片機(jī)為核心的數(shù)控裝置控制加工過(guò)程。微機(jī)通 過(guò)I/O接口發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)過(guò)光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路，驅(qū)動(dòng) 控制線路接受來(lái)自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制 步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn) 子帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較

7、高，電流較大，如果將 I/O輸出信號(hào)直接與功 率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響單片機(jī)程序運(yùn)行，重則導(dǎo)致單片 機(jī)接口電路的損壞，所以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電 氣隔離。 3、總體方案設(shè)計(jì) 由于該設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮具體方案時(shí)，應(yīng)遵守的基本原則是在滿足使 用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。 3.1機(jī)械部分改造 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆掉原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲桿、 光桿進(jìn)給箱和溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作， 原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，采用一級(jí)齒輪減速，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖 板的后側(cè)。

8、 3.2數(shù)控系統(tǒng)部分設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù) （輪廓）控制系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，CA6140車床要加工復(fù)雜零件輪廓，其各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)有著確定 的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng) 采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控 制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)環(huán)控制多用于負(fù) 載變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中。 采用簡(jiǎn)易數(shù)控裝置，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在微機(jī)控制下的自動(dòng)加工。其工 作原理是：根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫(xiě)加 工程序，通過(guò)數(shù)控裝置上

9、的鍵盤(pán)輸入微機(jī)，微機(jī)在監(jiān)控程序的管理下工作，并 通過(guò)專用控制程序，把用戶加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū) 動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)縱橫向二臺(tái)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械接口傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)刀架 縱、橫兩個(gè)方向的頻率。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架由單片機(jī)發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令，由自動(dòng)刀 架驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)使刀架松開(kāi)、抬起、旋轉(zhuǎn)后再自動(dòng)鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換 刀過(guò)程。 該經(jīng)濟(jì)型微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件。 微機(jī)通過(guò)I/O接口發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈 沖，經(jīng)過(guò)光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路，驅(qū)動(dòng)控制線路接受來(lái)自數(shù)控 車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依 次通電、斷電的信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)

10、電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)， 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)。 綜上所述，本設(shè)計(jì)改造的總體方案為：采用 MCS-51單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理， 由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控改造后的車床不僅提高了原車床的精度 和自動(dòng)化程度，達(dá)到快速調(diào)整且仍能保持車床的通用性，而且提高了原車床的 功能，利用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。 參考文獻(xiàn)： [1] 郝忠軍，綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院出版 社.1995 [2] 張君安，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，兵器工業(yè)出版社。 1997. 8 [3] 任為民，電子技術(shù)基礎(chǔ)

11、課程設(shè)計(jì)， 中央廣播電視大學(xué)出版社。 [4] 陳嬋娟，數(shù)控車床設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社. 2006 ⑸ 張建民，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，高等學(xué)校機(jī)械工程及自動(dòng)化 [6] 伍宏，常用機(jī)械設(shè)備及電氣控制，廣東科技出版社. 2001 [7] 姜培剛，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社. 2003 [8] 北京航空學(xué)院機(jī)械加工教研室，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)。國(guó)防工業(yè) [9] 戴曙，金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)?機(jī)械工業(yè)出版社.1981 [10] 趙永成，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 中國(guó)鐵道出版社 [11] 馮辛安，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 [12] 王啟義，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 冶金工業(yè)出版社 [13] 熊光

12、華，數(shù)控機(jī)床 機(jī)械工業(yè)出版社 [14] 張起蘇，數(shù)控原理及典型數(shù)控系統(tǒng) 高等教育出版社 [15] 夏田，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 化學(xué)工業(yè)出版社 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 2 .本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）： 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng) 考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 （1） 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位 直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī) 數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2） 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控

13、機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán) 之分。 因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià) 格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （3） 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。 硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件， 軟件才能有效地運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關(guān)鍵，選擇CPU應(yīng)考慮以下要素： 1. 時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； 3. I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)。

14、除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求 等,綜合起來(lái)考慮以確定CPU。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 Z80CPU 和MCS-51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋?，通用性?qiáng)，制造和維修方便， 完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)中是以 MCS-51系列單片機(jī)，51系列 相對(duì)48系列指令更豐富，相對(duì)96系列價(jià)格更便宜，51系列中，是無(wú)ROM的8051， 8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是 8031單片機(jī)。本 設(shè)計(jì)以8031芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開(kāi)關(guān)組成的控制系統(tǒng)。 7 / 1

15、1 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見(jiàn): 系主任: 附件：參考文獻(xiàn)格式 學(xué)術(shù)期刊 作者?論文題目?期刊名稱，出版年份，卷（期）:頁(yè)次 如果作者的人數(shù)多于 3 人，則寫(xiě)前三位作者的名字后面加“等” ，作者之間以逗號(hào)隔 開(kāi)。例如: [1] 李峰，胡征，景蘇等 . 納米粒子的控制生長(zhǎng)和自組裝研究進(jìn)展 . 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)， 2001, 17（3）: 315~324 [2] 2001,233:5?7 學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 作者?論文題目.文集編者姓名?學(xué)術(shù)會(huì)議文集名稱，出版地： 出版者，出版年份:頁(yè)次 例如： [3] 司宗國(guó)，謝去病，王群?重子

16、湮沒(méi)快度關(guān)聯(lián)的研究?見(jiàn)趙維勤， 高崇壽編?第五 屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會(huì)文集， 北京：中國(guó)高等科學(xué)技術(shù)中心， 1996： 105 圖書(shū) 著者?書(shū)名?版本?出版地：出版者，出版年?頁(yè)次 如果該書(shū)是第一版則可以略去版次。 例如： [4] 韓其智，孫洪洲?群論?北京：北京大學(xué)出版社， 1987 ? 101 預(yù)印本 作者?論文題目?預(yù)印本編號(hào)（出版年份） 例如： [5] Xiaofeng Guo and Jianwei Qiu ? The leading power corrections to the structure functions ? hep—ph/9810548

17、（1998） 學(xué)位論文 作者?論文題目?學(xué)士（或碩士、博士 ）學(xué)位論文?出版地：出版者，出版 年份 例如： [6] 陳異. 納米粒子形貌控制研究 . 碩士學(xué)位論文 . 北京：中國(guó)科學(xué)院 , 2002 電子文獻(xiàn) 主要責(zé)任者.電子文獻(xiàn)題名?電子文獻(xiàn)的出處或可獲地址 .發(fā)表或更新 日期 例如： [7] 王 明 亮 . 關(guān) 于 中 國(guó) 學(xué) 術(shù) 期 刊 標(biāo) 準(zhǔn) 化 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 系 統(tǒng) 工 程 的 進(jìn) 展 . , 1998-08-16 專利 專利所有者 . 專利名稱 . 專利國(guó)別：專利號(hào)，日期 . 例如： [8] 姜錫洲.一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨?. 中國(guó)專利： 881056073，1989-07-26.