C616車床數(shù)控改造設(shè)計【說明書+CAD】
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哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名： 王政海 學(xué)號：1030310106學(xué) 院： 榮成學(xué)院 專業(yè)：機械設(shè)計與制造任務(wù)起止時間： 2013年02月25日至 2013年06月 21日畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：C616車床數(shù)控改造畢業(yè)設(shè)計工作內(nèi)容：1、實際調(diào)研，收集相關(guān)資料；13周。2、結(jié)合生產(chǎn)實際，對C616車床數(shù)控改造；3、設(shè)計C616車床數(shù)控改造原理圖；47周。4、設(shè)計C616車床數(shù)控改造縱向、橫向進給結(jié)構(gòu)圖；811周。5、設(shè)計零件的工作圖；12-13周。6、撰寫畢業(yè)設(shè)計論文；準(zhǔn)備答辯。 14-16周。注：要求全部用計算機繪圖和打印文稿（交打印件和電子稿）資料：1、金屬切削機床與數(shù)控機床；2、非標(biāo)設(shè)計手冊；3、金屬切削用量手冊；4、相關(guān)的技術(shù)資料。指導(dǎo)教師意見： 簽名：2013年 2 月 24 日系主任意見：簽名：2013年2月 25日哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）評語學(xué)生姓名： 王政海 學(xué)號：1030310106學(xué) 院： 榮成學(xué)院 專業(yè)：機械設(shè)計與制造任務(wù)起止時間： 2013年02月25日至 2013年06月 21日畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：C616車床數(shù)控改造指導(dǎo)教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）的評語：該課題源于生產(chǎn)實踐，該同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計中，態(tài)度端正，能把所學(xué)習(xí)相關(guān)知識運用設(shè)計中，設(shè)計結(jié)構(gòu)基本合理正確，設(shè)計論文論述較正確、格式規(guī)范，能正確運用所學(xué)基本知識，完成任務(wù)要求，請評閱教師評閱。指導(dǎo)教師簽名： 指導(dǎo)教師職稱： 評閱教師對畢業(yè)設(shè)計（論文）的評語：該同學(xué)論文格式規(guī)范，對機械設(shè)計有了一定了解，設(shè)計符合任務(wù)書要求，所做畫紙符合要求，但在圖紙的繪制和尺寸的標(biāo)注需要改進，建議參加答辯。評閱教師簽名： 評閱教師職稱： 答辯委員會對畢業(yè)設(shè)計（論文）的評語： 該同學(xué)的設(shè)計符合“畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書”的要求，任務(wù)量適中，答辯表述基本清晰，能回答大多數(shù)提問，概念較清楚，設(shè)計的內(nèi)容基本合理，無原則性錯誤，掌握了一定的基礎(chǔ)知識和基本技能。符合學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計的要求。答辯委員會評定，該生畢業(yè)設(shè)計（論文）成績?yōu)椋?答辯委員會主席簽名： 職稱： 年 月 日教務(wù)處制表哈爾濱理工大學(xué)?？粕厴I(yè)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目： C616車床數(shù)控系統(tǒng)改造 院、 系： 機械設(shè)計與制造 姓 名： 王政海 指導(dǎo)教師： 張寶海 系 主 任： 陶福春 2013 年 5 月 8 日- III -摘要 介紹普通C616車床的數(shù)控改造，因為我國多年積累了大部分的普通機床，自動化程度低，想要短期內(nèi)大量更換新機床，是不現(xiàn)實的。為了節(jié)省資金，提高生產(chǎn)效率，所以要對普通車床進行數(shù)控改造。 采用MCS51系列單片機控制經(jīng)濟型數(shù)控機床，用步進電機來驅(qū)動進給系統(tǒng)，實現(xiàn)自動加工。原理為：根據(jù)加工零件的圖樣與工藝方案，通過單片機控制，轉(zhuǎn)化成脈沖信號，經(jīng)放大電路后驅(qū)動縱向和橫向步進電機，通過滾珠絲杠實現(xiàn)刀架縱向、橫向兩個方向的進給，以完成工件的加工。數(shù)控改裝后的車床在縱向和橫向具有圓弧和直線插補功能，該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。改造后車床可以加工出各種形狀的復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件,并能實現(xiàn)多工序自動車削,從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度,也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工.關(guān)鍵詞 數(shù)控改造；進給系統(tǒng)；步進電機；單片機 III目 錄摘要I第1章 緒論11.1 課題背景11.2 數(shù)控改造的必要性11.3 設(shè)計任務(wù)2第2章 設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定32.1 設(shè)計任務(wù)32.2 總體設(shè)計方案確定3第3章 機床進給伺服系統(tǒng)機械設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計說明53.1 主要設(shè)計參數(shù)如下53.2 確定脈沖當(dāng)量53.3 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算53.3.1 已知條件53.3.2 切削力計算63.3.3 滾珠絲杠設(shè)計計算63.3.4 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算83.4 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算103.4.1 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計103.4.2 橫向進給系統(tǒng)的計算103.5 步進電機的選擇143.5.1 步進電機選用的基本原則143.5.2 步進電機的選擇16第4章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計184.1 繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖184.2 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計194.2.1 8031單片機的基本特性194.2.2 8031芯片引腳功能194.3 存儲器擴展電路204.3.1 8031與EPROM的連接204.3.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展204.3.3 程序存儲器的擴展214.4 I/O接口電路及輔助電路設(shè)計214.4.1 I/O接口電路214.4.2 輔助電路設(shè)計224.5 繪制微機控制電路原理圖244.5.1 控制系統(tǒng)的功能244.5.2 采用軟件環(huán)形分配圖244.5.3 自動回轉(zhuǎn)刀架的控制244.5.4 螺紋加工控制244.5.5 地址編碼24結(jié)論26參考文獻27致謝28第1章 緒論1.1 課題背景隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量的不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對機床不僅要求具有較高的精度和生長率，而且應(yīng)能迅速的適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。我國生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車床迅速發(fā)展起來。我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。1.2 數(shù)控改造的必要性數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。 由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。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”。可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。1.3 設(shè)計任務(wù)本課題是將普通C616車床改造MCS51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床，采用步進電機開環(huán)控制，縱向和橫向具有圓弧和直線插補功能，該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了論文的課題背景，數(shù)控改造的必要性以及設(shè)計任務(wù)。第2章 設(shè)計任務(wù)與總體方案的確定2.1 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對C616普通機床進行數(shù)控改造。利用MCS51系列單片機對縱向橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。設(shè)計參數(shù)如下： 最大加工直徑：在床面上： 320mm在床鞍上： 175mm最大加工長度： 700mm快進速度： 縱向： 2.0m/min 橫向： 1.2m/min最大切削進給速度：縱向： 0.5mm/min 橫向： 0.25mm/min代碼制： ISO脈沖分配方式： 逐點比較法輸入方式： 增量，絕對值通用控制坐標(biāo)數(shù)： 2最小指令數(shù)： 縱向： 0.01mm/脈沖 橫向： 0.005mm/脈沖刀具補償量： 099.99mm進給傳動鏈間隙補償量： 縱向： 0.15mm 橫向： 2.5mm自動升降速性能： 有2.2 總體設(shè)計方案確定由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。因為改造后車床具有定位、直線插補、圓弧插補、順逆插補、暫停、循環(huán)加工、公制螺紋車削等加工功能，故應(yīng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進電機開環(huán)控制。因為MCS51系列單片機具有集成度高，可靠性好，功能強，速度快，抗干擾能力強，性價比高等特點，決定采用MCS51系列8031單片擴展系統(tǒng)。為保證一定的傳動精度和平衡性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺旋副。 車床數(shù)控改造的總體方案見圖21：圖21數(shù)控改造的總體方案示意圖2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了C616的數(shù)控改造設(shè)計任務(wù)以及確定了整體設(shè)計方案。第3章 進給伺服系統(tǒng)機械設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 主要設(shè)計參數(shù)如下溜板重量： 800N刀架重量： 300N刀架快進速度： 縱向： 2m/min 橫向： 1.2m/min最大進給速度： 縱向： 0.5mm/min 橫向： 0.25mm/min主電機功率： 7.5KW啟動加速時間： 26ms機床定位精度： 0.015mm3.2 確定脈沖當(dāng)量根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量 縱向： 0.01mm/步橫向： 0.005mm/步3.3 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算3.3.1 已知條件工作臺重量： W80kgf800N（根據(jù)圖紙粗略計算）時間常數(shù)： T25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： 6mm行程： S640mm脈沖當(dāng)量： 0.01/step步距角： 0.75/step快速進給速度： 2m/min3.3.2 切削力計算 由機床設(shè)計手冊可知，切削功率 （31）式中 N電機功率，查機床說明書，N4kW 主傳動系統(tǒng)總功率，一般為0.60.7取 0.65 K進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K0.96則： 又因為 （32）所以 （33）式中v切削線速度，取v100m/min主切削力 由金屬切削原理可知，主切削力 （34）查表得： 188kgf/1880MPa 1 0.75 1則可計算如表31所示：表31計算結(jié)果，mm222333f ，mm0.2 0.30.40.20.30.4，N112515241891168722872837當(dāng)1520N時，切削深度2mm，走刀量0.3mm，以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。從機床設(shè)計手冊中可得知，在一般外圓車削時： （0.10.6） （0.150.7）（35）?。?0.50.51527.6763.8N 0.60.61527.6916.5N3.3.3 滾珠絲杠設(shè)計計算三角或綜合導(dǎo)軌機床的軸向力： （36）式中 1.15，=0.150.18,取為0.16則 1.15763.8+0.16（1527.6+800）3.3.3.1 強度計算壽命值 （37） （38）取工件直徑：D80mm，查表得 15000h則： 最大動負(fù)載： （39）查表得： 運轉(zhuǎn)系數(shù) 1.2 硬度系數(shù)1則 根據(jù)最大動負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為，型號為3265，其額定動載荷式10689N，所以強度夠用。3.3.3.2 效率計算根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： （310）式中 摩擦角 螺旋升角則 3.3.3.3 剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （311）式中 6mm0.6cm 滾珠絲杠截面積 則 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：。所以：導(dǎo)程變形總誤差為 查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15，故剛度足夠3.3.3.4 穩(wěn)定性驗算由于機床原絲杠直徑為，現(xiàn)選用的滾珠絲杠的直徑為，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題3.3.4 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算3.3.4.1 有關(guān)齒輪的計算傳動比 故取 =32 =40 m=2mm b=20mm =20 3.3.4.2 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量: 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： 電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：3.3.4.3 所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩 （312）最大切削負(fù)載時所需力矩 （313）快速進給時所需力矩 （314）式中 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； 折算到電機軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； 切削時折算到電機軸上的加速度力矩； 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。當(dāng)時 當(dāng)時 當(dāng)0.8 0.16時當(dāng)0.9時預(yù)加載荷則： =0.0462N.m =0.7297N.m所以，快速空載啟動所需力矩：切削時所需力矩：快速進給時所需力矩：由以上分析計算可知：所需最大力矩發(fā)生在快速啟動時3.4 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算3.4.1 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)設(shè)計比較簡單，一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。3.4.2 橫向進給系統(tǒng)的計算由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細(xì)說明，只計算結(jié)果。已知條件：工作臺重 W300N時間常數(shù) T25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 4mm左旋行程 S190mm脈沖當(dāng)量 0.005mm/step步距角 0.75/step快速進給速度 1m/min3.4.2.1 切削力計算橫向進給量為縱向的1/21/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2在切斷工件時：3.4.2.2 滾珠絲杠設(shè)計計算 1.強度計算 對于燕尾型導(dǎo)軌： （315） 取 K1.4 f0.2則 壽命值最大動負(fù)載 根據(jù)最大動負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠公稱直徑為，型號為左，其額定負(fù)荷5393N，所以強度夠用。 2.效率計算螺旋升角，摩擦角則傳動效率 3.剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：所以，導(dǎo)程變形總誤差為查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為，故剛度足夠。 4.穩(wěn)定性計算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同而支承方式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ǎ欢藦较蛑С?，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。3.4.2.3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算1.有關(guān)齒輪計算(1) . 第一對齒輪傳動比故取 (2) . 第二對齒輪傳動比 2.轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 絲杠轉(zhuǎn)動慣量齒輪的轉(zhuǎn)動慣量電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略，因此，總的轉(zhuǎn)動慣量3.所需轉(zhuǎn)動力矩計算 所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩切削時所需力矩快速進給時所需的轉(zhuǎn)矩從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時，3.5 步進電機的選擇3.5.1 步進電機選用的基本原則合理選用步進電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：3.5.1.1 步距角步距角應(yīng)滿足： （316） 式中 傳動比； 系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動不見的最小轉(zhuǎn)角。3.5.1.2 精度步進電機的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較使用。所選用的步進電機應(yīng)滿足 QiQ （317）式中 Q步進電機的積累誤差； Q系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部分允許的角度誤差。3.5.1.3 轉(zhuǎn)矩為了使步進電機正常運行（不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：1.啟動轉(zhuǎn)矩一般啟動力矩選取為： （318）式中 電動機啟動力矩； 電動機靜負(fù)載力矩。根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表32所示。為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的，如表33所示。 2. 在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。表32步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表運行方式相數(shù)33445566拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866表33反應(yīng)式步進電機技術(shù)指標(biāo)型號主要技術(shù)數(shù)據(jù)步距角，最 大 靜轉(zhuǎn)矩，Ncm最高空載啟動頻率，step/s運行頻率，step/s相數(shù)電壓 ，V相電流，A110BF0030.75/1.58001500700038063.5.1.4 啟動頻率由于步進電機啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足： （319）式中 極限啟動頻率； 要求步進電機最高啟動頻率。3.5.2 步進電機的選擇3.5.2.1 C616縱向進給電機的確定為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：0.866所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩為：步進電機最高工作頻率綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。3.5.2.2 C616橫向進給步進電機的確定電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：所以步進電機選擇最大轉(zhuǎn)矩為：步進電機最高工作頻率綜合考慮，選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。3.6 本章小結(jié)本章主要介紹了縱向進給系統(tǒng)和橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算，滾珠絲杠的設(shè)計計算步進電機的選擇。第4章 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計4.1 繪制系統(tǒng)電氣控制結(jié)構(gòu)框圖任何一個數(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)，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效的運行。機床的數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由五部分組成。1.處理單元CPU2.總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。3.存儲器：包括制度可編程存儲器和隨機讀寫存儲器。4. I/O輸入/輸出接口電路。5.外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機等。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運行所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)和外界進行信息交換的橋梁?？偩€則是CPU與存儲器、接口以及其他轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。 數(shù)控系統(tǒng)硬件如圖41：圖41數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖由于MCS51系列單片機在我國機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價廉，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全可以滿足我國經(jīng)濟型數(shù)控改造的需要。所以選用MCS-51系列單片機為控制裝置。4.2 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計MCS51系列單片機主要有三種型號的產(chǎn)品：8031、8051和8751。三種型號的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少數(shù)差異。8031片內(nèi)無ROM，適用于需擴展ROM，可在現(xiàn)場修改和更新程序存儲器的應(yīng)用場合，其價格低，使用靈活，非常適合在我國使用。此次設(shè)計使用的是8031芯片。見圖42。4.2.1 8031單片機的基本特性1. CPU為8位。2.16根地址總線（與I/O線共用）,可直接尋址64KB（64KB程序存儲器，64KB外部數(shù)據(jù)存儲器）。3. 32根并行I/O線（分為4個8位I/O口）。4. I/O端口和片外存儲器統(tǒng)一編址，I/O尋址靈活。5. 2個16位定時/計數(shù)器。6. 片內(nèi)有128B。7. 具有一個全雙工串行I/O。8. 具有5個中斷源，配備兩個中斷優(yōu)先級。9. 內(nèi)部有時鐘振蕩器。10. 有一個一位布爾處理器，具有很強的布爾處理能力。4.2.2 8031芯片引腳功能8031芯片具有40根引腳，功能分四類：4.2.2.1 電源線電源線有2根。 ：編程和正常操作時的電源，接+5V。：接電平。4.2.2.2 晶振晶振：2根。 ：振蕩器的反向放大器接入，使用外部振蕩器時必須接入。：振蕩器輸入的反向放大器輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入，當(dāng)使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。4.2.2.3 I/O口I/O口共有四個8位口，32根口線，功能如下：1. 口：雙向8位三態(tài)I/O口，與地址總線低8位分時工作。2. 口：準(zhǔn)雙向通用I/O，帶上拉電路。在EPROM編程期間，用輸入低8位地址。3. 口：準(zhǔn)雙向I/O，帶上拉電路?？诳梢宰鳛橥ㄓ玫牟⑿蠭/O使用，又可作為外部存儲器的地址總線（高8位）。當(dāng)CPU訪問片外存儲器時，由口輸出高8位地址碼。4. 口：準(zhǔn)雙向雙動功能I/O口，其使用方法同口，帶上拉電路。第一功能：作為通用I/O口。 第二功能： 串行輸入口； 串行輸出口； 外部中斷0輸入線； 外部中斷1輸入線； 定時/計數(shù)器0外部計數(shù)脈沖輸入線； 定時/計數(shù)器1外部計數(shù)脈沖輸入線； 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通脈沖輸出線； 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通脈沖輸出線。圖42 MCS51雙列直插封裝方式的引腳4.2.2.4 控制線1.：程序存儲器的使能引腳，是外部程序存儲器的選通信號，低電平有效。從外部程序存儲器取數(shù)時，在每個機器周期內(nèi)二次有效。2. ：內(nèi)部和外部程序存儲器選擇控制端。當(dāng)腳為高電平時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。當(dāng)腳為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器的指令。因為8031芯片沒有內(nèi)部程序存儲器，所以必須接地。3.：地址所存信號/編程脈沖輸入信號。4.：復(fù)位/備用電源端，輸入，低電平有效。4.3 存儲器擴展電路4.3.1 8031與EPROM的連接EPROM低8位地址線經(jīng)地址鎖存器與8031口相連；高8位地址線直接與8031的口相連。由于8031的口是分時輸出低8位地址和數(shù)據(jù)，故要外接地址鎖存器（74LS373），并由CPU發(fā)出的地址允許鎖存信號ALE的下降將地址信息鎖存入地址鎖存器中。如外接存儲器芯片內(nèi)有地址鎖存器。存儲器的8位數(shù)據(jù)線與8031芯片口直連，單片機規(guī)定指令碼和數(shù)據(jù)都是由口讀入，數(shù)位對應(yīng)相連即可。8031芯片的PSEN與EPROM的OE端相連。8031芯片的EA接地，CPU執(zhí)行外部程序存儲器命令。8031芯片的ALE接主地址鎖存器74LS373的G引腳。8031與EPROM連接如圖43：4.3.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展單片機CPU與R數(shù)據(jù)存儲器的連接方式和程序存儲器連接大致相同。唯控制器線的連接不同：RAM讀入信號OE分別于8031芯片的RD（）引腳相連；RAM的寫輸入信號WE于8031芯片引腳相連。4.3.3 程序存儲器的擴展2764芯片是一種高速，容量為的EPROM存儲器電路讀出時間為250ns，2764為28線元件，其中為13位地址線。為8位數(shù)據(jù)線。CE為片選信號線，低電平有效，OE為數(shù)據(jù)輸出選通信號線，低電平有效。PGM為編程脈沖輸入線。為主電源線，為編程電源線。6264芯片式的RAM存儲器電路，集成度很高，其中為13位地址線，輸入地址與內(nèi)部8K字節(jié)的單元對應(yīng)位8位數(shù)據(jù)線，CE為片選信號線，OE、WE為讀寫信號線，都是低電平有效。對于容量較大的系統(tǒng)，擴展的外部芯片較多，芯片所需的片選信號利用地址線時，就需要用全地址譯碼的方法，它將低地址作為片內(nèi)地址，而用譯碼器對高位地址進行譯碼，譯碼器輸出的地址選擇線作片選線。圖43 8031與EPROM連接示意圖4.4 I/O接口電路及輔助電路設(shè)計4.4.1 I/O接口電路1.8031芯片8031芯片共有四個8位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口和部分口，因此在大部分應(yīng)用分流中都需擴展I/O芯片，常用的外用接口芯片為8155，是可編程的RAM，擴展接口電路（256個RAM系統(tǒng)單元，2個8位接口，1個6位口，1個14位定時計數(shù)器）。2.8155芯片可直接和MCS51系列單片機連接，不需要任何外加邏輯電路。通常用口的高8位地址線作為8155芯片的片選信號及IO/M的選擇信號。將8031的與8155芯片IO/M引腳相連，若是高電平，則8155用來作接口；若是低電平，則使用8155內(nèi)部256字節(jié)的RAM。由于8155芯片內(nèi)部有地址鎖存器，所以8031的ALE端可以和8155的ALE端直連，利用8031的ALE的信號下降沿鎖存8031口送出的低8位地址信息。若要求8155A口B口工作在基本狀態(tài)，C口為基本輸入狀態(tài)，不要求中斷申請，不啟動定時器，則其控制它為：00000011B（03H）初始化程序如下： MOV DPTR， 2100H； 命令地址寄存器DPTR MOV A， 03； 控制字03HA MOV DPTR， A； 控制字命令寄存器4.4.2 輔助電路設(shè)計4.4.2.1 光電隔離電路在步進電機驅(qū)動器中，脈沖信號經(jīng)功放后控制步進電機勵磁繞組。由于步進電機需要的驅(qū)動電壓較高，電流較大，如果將信號與功率放大器直接相連，將會引起強電干擾。輕則影響計算機程序的正常工作，重則導(dǎo)致計算機和接口電路損壞。所以，一般在接口電路與功率放大器之間都要接上隔離電路。采用的光電耦合電路如圖44：圖44光電耦合電路4.4.2.2 功率放大電路功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源型線路簡單，但功率不高，所以選用雙電源型。在功率放大器導(dǎo)通初始，全導(dǎo)通，并使脈沖變壓器B的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使導(dǎo)通，高壓電源通過，為步進電機某一相繞組供電，使其電流上升沿變陡，同時出于反向偏置，將低壓與繞組切斷。經(jīng)過時間后脈沖電流消失，使截至，高壓電源與繞組之間被切斷。通過，為繞組供電，提供所需的額定電流。通過調(diào)整脈沖變壓器的磁芯和可改變高壓供電的時間寬度。圖45功率放大電路由于我國目前步進電機的功率放大器已由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，在設(shè)計數(shù)控機床電路時只需根據(jù)步進電機的容量大小進行選擇，所以不再進行計算。功率放大電路見圖45。4.4.2.3 8031時鐘電路單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生，內(nèi)部方式和外部方式。內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部震蕩電路在、引腳上外接定時元件如圖46：圖46 8031內(nèi)部時鐘方式4.4.2.4 復(fù)位電路單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，因為上電與按鈕復(fù)位組合，在上電瞬間RC電路充電，RESET引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RESET端保持10ms以上高電壓，就能使單片機有效復(fù)位。見圖47。圖47 8031復(fù)位電路4.4.2.5 報警電路為了防治工作臺越界，可分別在極限位安裝限位開關(guān)，這是采用中斷方式，利用8031的外部中斷。只要有任何一個行程開關(guān)閉合，即工作臺在某一方向上越界，均能產(chǎn)生中斷信號。為了便于觀察，設(shè)置紅綠燈指示，正常時為綠燈亮，報警時紅燈亮，兩燈均由一個I/O口輸出。4.5 繪制微機控制電路原理圖4.5.1 控制系統(tǒng)的功能1. Z向X向的進給伺服運動功能2. 鍵盤顯示3. 自動回轉(zhuǎn)刀架控制4. 螺紋加工控制5. 面板控制6. 行程控制7. 其他功能：報警電路、復(fù)位電路、隔離電路、功率放大電路。4.5.2 采用軟件環(huán)形分配圖步進電機采用軟件環(huán)形分配器，雖運行速度沒有硬件環(huán)形分配器快，但可以省掉兩個硬環(huán)分配芯片，且電路簡單。4.5.3 自動回轉(zhuǎn)刀架的控制當(dāng)需要自動回轉(zhuǎn)刀架時，由8155（1）的發(fā)出刀位信號，控制刀架電機回轉(zhuǎn)，到達制定的刀位，刀架夾緊后發(fā)出換刀回答信號，經(jīng)8155（1）的輸入計算機，控制刀架開始進給。4.5.4 螺紋加工控制當(dāng)加工螺紋時，由與主軸相連的光電脈沖器發(fā)出螺紋信號，分別送入8031的和8155（1）的，通過設(shè)置不同的時間常數(shù)來加工不同螺距螺紋，零件螺紋信號是防止螺紋亂扣。4.5.5 地址編碼地址編碼如表41：表41控制電路地址編碼芯片芯片進址編碼片內(nèi)地址單元地址編碼接74LS138引腳地址選擇線2764（1）Y0000X XXXX XXXX XXXX8K0000H1FFFH2764（2）Y1001X XXXX XXXX XXXX8K2000H3FFFHY2010X XXXX XXXX XXXX8K4000H5FFFH8155(1)RAMY30111 1110 XXXX XXXX2567E00H7EFFHI/OY30111 1111 1111 1XXX67FF8H7FF0H8155(2)RAMY41001 1110 XXXX XXXX2569E00H9WFFHI/OY41001 1111 1111 XXXX69FF8H9FF0H4.6 本章小結(jié)本章主要介紹了C616車床數(shù)控改造數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，單片機控制系統(tǒng)設(shè)計，存儲器擴展電路,I/O接口電路及輔助電路設(shè)計。結(jié)論畢業(yè)論文是?？茖W(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論和實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的對C616車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計，我擺脫了單純的理論學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計結(jié)合鍛煉了我綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際問題的能力。通過本次對伺服進給系統(tǒng)，步進電機的選擇，單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計我可以更深刻充分的了解到數(shù)控改造的優(yōu)點與必要性。普通車床數(shù)控改造后擁有了自己的伺服進給系統(tǒng)，橫向進給，縱向進給更加穩(wěn)定，減少了操作人員素質(zhì)帶來的人為誤差，機床的數(shù)控裝置可以對機床運動中產(chǎn)生的位移、熱變形等導(dǎo)致的誤差，確定自己的脈沖當(dāng)量，通過測量系統(tǒng)進行補償而獲得很高且穩(wěn)定的加工精度。提高了同批零件的一致性。提高加工精度。對步進電機的選擇時，通過計算布距角，精度，轉(zhuǎn)矩等確定正確的步進電機，保證車床的正常工作。軟件方面選用MCS-51系列單片機為控制裝置，由于MCS51系列單片機在我國機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍，其配套芯片價廉，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全可以滿足我國經(jīng)濟型數(shù)控改造的需要。普通車床數(shù)控管改造后極大的提高生產(chǎn)效率及工件的精度與加工的穩(wěn)定性，更易操作節(jié)省勞動成本。- 30 -參考文獻1 張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1994：3383572 董玉紅.數(shù)控技術(shù).高等教育出版社，2004：1561783 張毅剛.MCS51單片機原理及應(yīng)用.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20044 顧維邦.金屬切削機床概論.機械工業(yè)出版社，1995：35925 邱宣懷.機械設(shè)計.第四版.高等教育出版社，1997：113986 余英良.機床數(shù)控改造設(shè)計與實例.機械工業(yè)出版社，1994：32467 機床設(shè)計手冊編寫組.機床設(shè)計手冊（第三冊）.機械工業(yè)出版社，1986 8 鄭文緯.機械原理.第七版.高等教育出版社，1997：1532289 劉躍南.機床計算機數(shù)控及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，1997：7613710李洪.實用機床設(shè)計手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，199911 Guk-Chan Han, Dong-I1 Kim, Hyo-Gyu Kim Kibeom Nam, Byeong-Kap Choi and Sung-kwun Kim.A High Speed Machining Algorithm for CNC Machine Tools, Samsung Electronics Co Ltd, Suwon City, KOREA.1999，pp：1493149712 F.J.Lin,P.H.Shieh and P.H.Shen.Robust recurrent-neural-network sliding-mode control for the X-Y table of a CNC machine.IEEE.Proc.-Control Theory Appl., vol.153,No.1, January 2006致謝本文是在論文指導(dǎo)老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產(chǎn)生重要影響。在此次課程設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多有關(guān)設(shè)計方面的知識，對其現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢有了很大的了解。通過這次數(shù)控改造設(shè)計，本人在多方面能力都得到了提高。通過這次課程設(shè)計，綜合運用了本專業(yè)所學(xué)課程的理論知識和結(jié)合生產(chǎn)實際知識進行一次數(shù)控改造設(shè)計，通過實際設(shè)計從而培養(yǎng)和提高了自己的獨立工作能力，鞏固與擴充課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握改造設(shè)計的方法和步驟，掌握改造設(shè)計的基本的技能，懂得了從分析所要設(shè)計的零件功能入手，確定改造方案，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時對各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨立思考的能力也有了提高。并提高了查閱設(shè)計資料和手冊的能力，熟悉了設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。在這次設(shè)計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設(shè)計改造的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。編號無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）相關(guān)資料題目： 換刀機器人機械系統(tǒng)的設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè)學(xué) 號： 0923006 學(xué)生姓名： 王維維 指導(dǎo)教師： 過金超 （職稱：副教授） （職稱： ）2013年5月25日目 錄一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告二、畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯及原文三、學(xué)生“畢業(yè)論文（論文）計劃、進度、檢查及落實表”四、實習(xí)鑒定表無錫太湖學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目： 換刀機器人機械系統(tǒng)的設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè)學(xué) 號： 0923006 學(xué)生姓名： 王維維 指導(dǎo)教師： 過金超 （職稱：副教授） （職稱： ）2013年5月25日 課題來源 實驗室課題?？茖W(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等）（1）課題的科學(xué)意義 當(dāng)今的世界，制造業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展中占有十分重要的地位，機械制造業(yè)更加是制造業(yè)中的支柱與核心。（2）國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢從近幾年世界上推出的機器人產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化，以及網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。：（3）應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。在國內(nèi)主要是逐步擴大應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。將機械手各運動構(gòu)件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu)以及根據(jù)不同類型的加緊機構(gòu)，設(shè)計成典型的通用機構(gòu)，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型的基加緊機構(gòu)，即可組成不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造，有便于更換工件，擴大應(yīng)用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。研究內(nèi)容自動換刀機器人的機械系統(tǒng),結(jié)構(gòu)，機構(gòu)，受力，驅(qū)動形式，傳動系統(tǒng)。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析（1）實驗方案 通過對目前最常用的幾種數(shù)控車床自動換刀系統(tǒng)的研究，對所研究的數(shù)控機床提出幾個最為可行的工作系統(tǒng)，通過對方案的論證分析，選擇最為理想的完成整個設(shè)計。對整個換刀裝置，各組成機構(gòu)，及各個自由度的實現(xiàn)進行分析。對換刀機械手的手指夾緊力進行分析，計算，對系統(tǒng)的關(guān)鍵部位進行校核，以確保換刀可靠性。對整個設(shè)計中涉及到的液壓缸，計算確定其各個部分結(jié)構(gòu)的具體尺寸，同時對活塞桿的強度，穩(wěn)定性及螺栓的強度進行校核，以確保整個系統(tǒng)工作狀態(tài)的準(zhǔn)確可靠。（2）研究方法 選擇最合理的換刀系統(tǒng)，通過比較，計算，設(shè)計出關(guān)鍵零件，結(jié)合前人的換刀系統(tǒng)設(shè)計出整個換刀裝置，系統(tǒng)。研究計劃及預(yù)期成果研究計劃：2012年11月12日-2012年12月2日：教師下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，學(xué)生初步閱讀資料，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告。2013年1月21日-2013年3月1日：指導(dǎo)畢業(yè)實習(xí)。2013年3月4日-2013年3月15日：確定總設(shè)計方案。2013年3月18日-2013年3月22日：總體設(shè)計（包括參數(shù)計算及結(jié)構(gòu)分析計算）。2013年3月25日-2013年4月5日：總體設(shè)計（完成參數(shù)計算及結(jié)構(gòu)分析計算后繪制草圖：裝配圖）。2013年4月8日-2013年4月26日：零件設(shè)計。2013年4月29日-2013年5月20日：畢業(yè)論文說明書撰寫和修改工作。預(yù)期成果：跟緊老師的腳步，認(rèn)真的完成每一步設(shè)計，完善整個機械手的設(shè)計，熟悉掌握整個系統(tǒng)的原理。在學(xué)業(yè)將要完成之時，我將大幅提高我的機械研究能力，將會成為一名優(yōu)秀的機械技術(shù)工作者。特色或創(chuàng)新之處快速，精確，大容量，的換刀系統(tǒng)。兼容隨機刀具定位和固定刀具定位到位達到005mm。已具備的條件和尚需解決的問題 我已學(xué)習(xí)數(shù)控專業(yè)三年之久，掌握了一些這專業(yè)的部分知識，老師也給了一些參照資料，可以進行這方面的研究。 尚需解決的問題：（1）設(shè)計水平移動系統(tǒng)、垂直升降系統(tǒng)和末端操作器的驅(qū)動及傳動系統(tǒng)；（2）設(shè)計水平移動系統(tǒng)、垂直升降系統(tǒng)和末端操作器的結(jié)構(gòu)；（3）自動換刀機械手的升降機構(gòu)的繪圖（4）裝卸刀手手臂和手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日教研室（學(xué)科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日英文原文 On the NC lathe and tool changing systemCNC machine tool numerical control machine tools (Computer numerical control machine tools) abbreviation, is provided with a program control system of automatic machine tools. The logic control system can deal with the control code or other symbolic instruction specified program, and decoding the digital code, said information carrier, through the numerical control device input. After processing by CNC device control signals, control the machine movements, by drawing the shape and size requirements, will be automatically processed by the parts.Features: CNC machine tool operation and monitoring of all completed in the numerical control unit, it is the brain of CNC machine tools. Compared with the general machine tools, CNC machine tools has the following characteristics: the processing object adaptability, adapt to the characteristics of mold products such as a single production, provide the appropriate processing method for die and mould manufacturing; high machining accuracy, processing with stable quality; can coordinate linkage, processing complex shape parts; machining parts change, only need to change the program, can save the preparation time of production; the machine itself high precision, rigidity, can choose the amount of processing good, high productivity (typically 3 to 5 times that of ordinary machine tool);The machine is a high degree of automation, reducing labor intensity; conducive to the production management modernization. The use of CNC machine tools and the standard code of digital information processing, information transmission, the use of computer control method, has laid the foundation for the integration of computer aided design, manufacturing and management; on the operators of higher quality, higher demands for the repair of the technical staff; high reliability.Composition: CNC machine tools in general by the input medium, man-machine interactive equipment, CNC equipment, feed servo drive system, spindle servo drive system, the auxiliary control device, feedback apparatus and adaptive control device etc. 4 in NC machining, NC milling processing is the most complex, need to solve most problems. NC programming of NC line in addition to CNC milling, cutting, CNC EDM, CNC lathe, CNC grinding, each with its own characteristics, servo system is the role of the motion signal is converted into the machine moving parts from the numerical control device of pulse. Concrete has the following parts: the structure of CNC machine tools.Driver: he is driving parts of CNC machine tools, actuator, including spindle drive unit, feeding unit, spindle motor and feed motor. He through the electric or electro-hydraulic servo system to realize the spindle and feed drive under the control of numerical control device. When several feed linkage, can complete the positioning, processing line, plane curve and space curve.The main performance(1) the main dimensions.(2) the spindle system.(3) feed system.(4) tool system.(5) electrical. Including the main motor, servo motor specifications and power etc.(6) cooling system. Including the cooling capacity, cooling pump output.(7) dimensions. Expressed as length * width * height.Development trend of CNC lathe:High speed, precision, complex, intelligent and green is the general trend in the development of CNC machine tool technology, in recent years, made gratifying achievements in practicality and industrialization. Mainly in the:1 machine tool composite technology to further expand with the CNC machine tool technology, composite processing technology matures, including milling - car compound, car milling compound, car - boring - drill - gear cutting compound, composite grinding, forming, composite processing, precision and efficiency of machining is greatly improved. One machine is a processing factory, one card, complete processing concept is being accepted by more people, the development of compound processing machine tool is the trend of diversified.Intelligent technology 2 CNC machine tools have a new breakthrough, in the performance of NC system has been reflected more. Such as: automatically adjust the interference anti-collision function, after the power of workpiece automatically exit safety power-off protection function, machining parts detection and automatic compensation function of learning, high precision machining parts intelligent parameter selection function, process automatic elimination of machine vibration functions into the practical stage, intelligent upgrade the function of machine and quality.The 3 robots enable flexible combination of flexible combination of higher efficiency of robot and the host are widely used, make flexible line more flexible, extending the function, flexible line shorten further, more efficient. Robot and machining center, milling composite machine, grinder, gear processing machine tool, tool grinding machine, electric machine, sawing machine, punching machine, laser cutting machine, water cutting machine etc. various forms of flexible unit and flexible production line has already begun the application.4 precision machining technology has the machining precision of CNC metal cutting machine tools from the yarn in the original (0.01mm) up to micron level (0.001mm), some varieties has reached about 0.05 M. Micro cutting and grinding machining of ultra precision CNC machine tools, precision can reach about 0.05 m, shape precision can reach about 0.01 M. Special processing precision by using optical, electrical, chemical, energy can reach nanometer level (0.001 m). By optimizing the design of machine tool structure, machine tool parts of ultra precision machining and precision assembly, using high precision closed loop control and temperature, vibration and other dynamic error compensation technology, improve the geometric accuracy of machine tool processing, reduce the shape of error, surface roughness, and into the submicron, nano super finishing tiThe 5 functional component to improve the performance of functional components are at a high speed, high precision, high power and intelligent direction, and obtain the mature application. A full digital AC servo motor and drive device, high technology content of the electric spindle, linear motor, torque motor, linear motion components with high performance, application of high precision spindle unit and other function parts, greatly improving the technical level of CNC machine tools.The feed drive system of CNC lathe:Effect of feed drive system,The feed drive system of CNC machine tools will be received pulse command issued by the numerical control system, and the amplification and conversion machine movements carry the expected movement.Two, the feeding transmission system requirementsIn order to guarantee the machining accuracy of NC machine tool is high, the feed drive system of transmission accuracy, sensitivity high (fast response), stable work, high stiffness and friction and inertia small, service life, and can remove the transmission gap.Category three, feed drive system1, stepping motor servo systemGenerally used for NC machine tools.2, DC servo motor servo systemPower is stable, but because of the brush, the wear resulting in use need to change. Generally used for middle-grade CNC machine tools.3, AC servo motor servo systemThe application is extremely widespread, mainly used in high-end CNC machine tools.4, the linear motor servo systemNo intermediate transmission chain, high precision, the feed speed, no length limit; but the poor heat dissipation, protection requirements are particularly high, mainly used for high-speed machine.Driving component four, feed system1, the ball screw nut pairNC machining, the rotary motion into linear motion, so the use of screw nut transmission mechanism. NC machine tools are commonly used on the ball screw, as shown in Figure 1-25, it can be a sliding friction into rolling friction, meet the basic requirements of the feed system to reduce friction. The transmission side of high efficiency, small friction, and can eliminate the gap, no reverse air travel; but the manufacturing cost is high, can not lock, size is not too big, generally used for linear feed in small CNC machine tool.2, rotary tableIn order to expand the scope of the process of NC machine tools, CNC machine tools in addition to make linear feed along the X, Y, Z three coordinate axes, often also need a circumferential feed movement around Y or Z axis. Circular feed motion of CNC machine tools in general by the rotary table to realize, for machining center, rotary table has become an indispensable part of.Rotary table of commonly used CNC machine tools in the indexing table and NC rotary table.(1) indexing tableIndexing table can only finish dividing movement, not circular feed, it is in accordance with the instructions in the NC system, when indexing will work together with the workpiece rotation angle. When indexing can also use manual indexing. Provisions of indexing table is generally only rotary angle (such as 90, 60 and 45 degree).(2) NC rotary tableNC rotary table appearance similar to the indexing table, but the internal structure and function is not the same. The main function of the NC rotary table is based on the numerical control device sends command pulse signal, complete circumferential feed movement, various arc processing and surface processing, it can also be graduation work.3, guideRail is an important part of feed drive system, is one of the basic elements of the structure of machine tool, rigidity, precision and accuracy of NC machine tool which determines to a large extent retention. At present, guide the NC machine tool are sliding rail, rolling guideway and hydrostatic guideway.(1) sliding guideSliding guide rail has the advantages of simple structure, easy manufacture, good stiffness, vibration resistance and high performance, widely used in CNC machine tools, the use of most metal plastic form, known as the plastic guide rail, as shown in figure 1-26.On characteristics of the plastic sliding guide: friction characteristic is good, good wear resistance, stable movement, good manufacturability, low speed.(2) rolling guideRolling guide is placed in the rail surface between the ball, roller or needle roller, roller, the rolling friction instead of sliding surface of the guide rail between wipe.Rolling guide rail and the sliding rail, high sensitivity, small friction coefficient, and the dynamic, static friction coefficient is very small, so the motion is uniform, especially in the low speed movement, the stick-slip phenomenon is not easy to occur; high positioning accuracy, repeatability positioning accuracy is up to 0.2 m; traction force is small, wear small, portable in movement; good precision, long service life. But the vibration of rolling guide, high requirements on protection, complicated structure, difficult manufacture, high costAutomatic tool changer:One, the function of automatic tool changerAutomatic tool changing device can help save the auxiliary time of CNC machine tools, and meet in an installation completed procedure, step processing requirements.Two, on the requirement of automatic tool changerNumerical control machine tool for automatic tool changer requirement is: tool change quickly, time is short, high repetitive positioning accuracy, tool storage capacity is sufficient, small occupation space, stable and reliable work.Three, change the knife form1, rotary cutter replacementIts structure is similar to the ordinary lathe turret saddle, according to the processing of different objects can be designed into square or six angle form, consists of the NC system sends out the instruction to the rotary cutter.2, the replacement of the spindle head tool changeThe spindle head pre-loaded required tools, in order to machining position, the main motor is switched on, drives the cutter to rotate. The advantage of this method is that eliminates the need for automatic clamping, cutting tool, clamping and cutting tool moving and a series of complex operation, reduce tool change time, improve the reliability of the tool change.3, the use of changing toolThe processing required tools are respectively arranged in the standard tool, adjust the size of the machine after certain way add to the knife, the exchange device from the knife and the spindle take knife switch.Four, the tool switching deviceAutomatic tool change device, device for knife library and the main shaft transmission and handling tool for tool exchange device. Tool exchange often have two kinds: mechanical hand tool exchange and by relative motion of knife and machine tool spindle exchange tool (cutter to the spindle tool change or movement of the spindle to the knife knife tool change position), the mechanical hand tool change is most common.Five, the knifeThe knife is one of the most important parts in automatic tool changer, have great influence on the overall design of NC machine tool and its capacity, layout and structure.1, the capacity of the tool storageA number of knife inventory cutters, generally depending on the processing requirements. The capacity of small knife, can not meet the processing needs; capacity is too large, will make the knife database size, covers an area of large, tool selection process for a long time, and the knife library utilization rate is low, the structure is too complex, causing great waste. 2, the knife typeGenerally, the chain disc and drum type knife several.Disc cutter tool was circular arrangement, low utilization of space, size is not large but simple structure.Chain magazine compact structure, large capacity, link shape can also be random bed made of various forms and flexible layout, but also will change the cutter location prominent for tool change, widely used.Drum type or lattice type knife, covers an area of small, compact structure, large capacity, but cutter selection, tool movements are complicated, for centralized knife system for FMS.3, tool selectionOften order tool selection and random selection tool two.The order of tool selection is before processing, the processing required tools to process sequence of insert knife knife, order not wrong, processing adjust knife in order. The work piece changes, the need to reset the tool sequence, the operation is simple, and the processing tool with a workpiece can not be repeated use.A knife is the cutting tool has its own code, optional and can be repeatedly used in processing, also do not put in the fixed knife, knife, the knife is convenient.Technology file is the guiding file workers during processing, process scheme is reasonable, not only affect the efficiency of NC machining, and will directly affect the machining quality. Therefore, before NC programming, NC machining process follows the process of certain principles and combined with the characteristics of CNC lathe seriously and develop in detail the good parts.In the CNC lathe processing parts, should according to the principle of dividing process concentrated, in a fixture as far as possible to complete the most or even all of the surface processing. Part positioning, according to the structure of different shapes, usually cylindrical, face or end clamping, and strive to design basis, process reference and programming the unification datum.The main contents are: analysis of NC machining technology of part drawings, clear processing content; determination method, workpiece on lathe the surface processing sequence and tool feed line and cutting tools, fixtures and cutting the amount of choice.Analysis, part drawing processIn the machining process planning of parts, first of all to carry on in-depth analysis to the processing object. For NC turning process should consider the following aspects:1 reading part drawing, analysis of geometric conditions of part contourIn turning process of manual programming, to calculate each node coordinates; in automatic programming, to define the components outline all geometric elements. Therefore, in the analysis of parts should pay attention to:Parts of the map is missing a dimension, the geometric conditions are not sufficient to constitute the part outline, influence;Map location map parts of the ambiguity or dimension is not clear, so that the program cant start;The part drawing geometry given is not reasonable, resulting in mathematical difficulties.The part drawing dimensioning methods should adapt to the characteristics of CNC lathe processing, should size or directly given coordinate dimension with the same standard.2 dimensional accuracy requirementsAnalysis of the pattern of parts size precision requirements, to determine whether achieve the turning process, and determine the process method to control the dimension precision. In the analysis process, but also can convert some dimensions such as size, incremental and absolute size and dimension chain calculation. In the use of NC lathe turning parts, average value of components often required size and maximum and minimum limit of size size as the basis of programming.3 shape and position accuracy requirementsPattern of parts tolerance of shape and lo
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