CA車床數(shù)控化改造開題

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1、中北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué)院、系： 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 普通CA6140車床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造 設(shè)計題目： 設(shè)計 指導(dǎo)教師： 2009 年 3 月 12 日 開題報告填寫要求 1．開題報告作為畢業(yè)設(shè)計答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的 依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計工 作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在系審查后生效； 2．開題報告內(nèi)容必須用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格 式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼， 完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見； 3．學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于 15 篇

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

3、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫 2000字左右的文 獻綜述： 文獻綜述 1、 數(shù)控機床發(fā)展簡史 國外利用數(shù)字計算機進行控制加工是從 40年代開始的。1952年美國麻省理工學(xué)院 在一臺立式銑床上裝了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)同時控制三軸的運 動，它成了世界上第一臺數(shù)控機床。此后，從 60年代開始，其他一些工業(yè)國家 如德國、日本等陸續(xù)地開發(fā)生產(chǎn)及使用數(shù)控機床。 1974年微處理機直接用于數(shù) 控機床，進一步促進了數(shù)控機床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。隨著數(shù)控機床的功能 越來越完善，可靠性和性能越來越高，它在制造業(yè)中逐漸擔(dān)當(dāng)了越來越重要的 角色。 我國數(shù)控機床的研制是從1958

4、年開始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至 80年代后引 進了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后，我國的數(shù)控技術(shù)才 有質(zhì)的飛躍，應(yīng)用面逐漸鋪開，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，市場需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單 件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重，普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞 動生產(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。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是微電 子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動 化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)

5、濟的辦法就是進行普通機床的數(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 的勞動強度，縮短訂購新的數(shù)控機床的交貨周期時間。實踐已經(jīng)證明普通車床 的經(jīng)濟型數(shù)控改造具有重大的實際價值，為此，在舊有車床上進行數(shù)控改造有 著較好的市場前景。 本課題來源于生產(chǎn)實踐。將 CA6140型普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床，應(yīng)能實現(xiàn) CA6140車床原有功能，在機床的精度、性能等方面除保持原來狀況外還有所提 高。在整個設(shè)計過程中滿足以下幾點要求： a. 橫向（X向）進給脈沖當(dāng)量為0.005mm /脈沖； b. 進給速度范圍：向3?1000mm/min （無級調(diào)速） 快進速度

6、：X向1000?3000mm/min內(nèi)任意設(shè)定； c. 原車床的主傳動系統(tǒng)予以保留，橫向進給系統(tǒng)由微機實現(xiàn)開環(huán)控制，兩軸聯(lián)動； d. 刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架，具有切削螺紋的功能； e. 改造方便，成本低。 該設(shè)計的總體思路是采用以 8031單片機為核心的數(shù)控裝置控制加工過程。微機通 過I/O接口發(fā)出驅(qū)動脈沖，經(jīng)過光電隔離進入步進電機的驅(qū)動控制線路，驅(qū)動 控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進給脈沖信號，并將該信號轉(zhuǎn)換為控制 步進電機各定子繞組依次通電、斷電的信號，使步進電機運轉(zhuǎn)。步進電機的轉(zhuǎn) 子帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而使工作臺產(chǎn)生移動，實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。 由于步進電機需要的驅(qū)動電壓較

7、高，電流較大，如果將 I/O輸出信號直接與功 率放大器相連，將會引起強電干擾，輕則影響單片機程序運行，重則導(dǎo)致單片 機接口電路的損壞，所以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路，實現(xiàn)電 氣隔離。 3、總體方案設(shè)計 由于該設(shè)計是經(jīng)濟型數(shù)控改造，在考慮具體方案時，應(yīng)遵守的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。 3.1機械部分改造 橫向進給機構(gòu)的改造：拆掉原手動刀架和小拖板，安裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲桿、 光桿進給箱和溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；保留原手動機構(gòu)，用于調(diào)整操作， 原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，采用一級齒輪減速，步進電機、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 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù) （輪廓）控制系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計要求，CA6140車床要加工復(fù)雜零件輪廓，其各坐標軸的運動有著確定 的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)設(shè)計要求，本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng) 采用以步進電機驅(qū)動的開環(huán)控制。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控 制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。開環(huán)控制多用于負 載變化不大或要求不高的經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)備中。 采用簡易數(shù)控裝置，以步進電機為驅(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)在微機控制下的自動加工。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加 工程序，通過數(shù)控裝置上

9、的鍵盤輸入微機，微機在監(jiān)控程序的管理下工作，并 通過專用控制程序，把用戶加工程序轉(zhuǎn)化成一定頻率和數(shù)量的脈沖信號，經(jīng)驅(qū) 動電路放大后驅(qū)動縱橫向二臺步進電機轉(zhuǎn)動，通過機械接口傳動絲杠實現(xiàn)刀架 縱、橫兩個方向的頻率。自動回轉(zhuǎn)刀架由單片機發(fā)出換刀轉(zhuǎn)位指令，由自動刀 架驅(qū)動電源驅(qū)動三相電機使刀架松開、抬起、旋轉(zhuǎn)后再自動鎖緊而完成轉(zhuǎn)位換 刀過程。 該經(jīng)濟型微機數(shù)控系統(tǒng)采用步進電機作為驅(qū)動元件。 微機通過I/O接口發(fā)出驅(qū)動脈 沖，經(jīng)過光電隔離進入步進電機的驅(qū)動控制線路，驅(qū)動控制線路接受來自數(shù)控 車床控制系統(tǒng)的進給脈沖信號，并將該信號轉(zhuǎn)換為控制步進電機各定子繞組依 次通電、斷電的信號，使步進電機運轉(zhuǎn)。步進

10、電機的轉(zhuǎn)子帶動滾珠絲杠傳動， 絲杠轉(zhuǎn)動使工作臺產(chǎn)生移動。 綜上所述，本設(shè)計改造的總體方案為：采用 MCS-51單片機對數(shù)據(jù)進行計算處理， 由I/O接口輸出步進脈沖，步進電機經(jīng)一級齒輪減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動， 從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。數(shù)控改造后的車床不僅提高了原車床的精度 和自動化程度，達到快速調(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)控方法準確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。 參考文獻： [1] 郝忠軍，綜合作業(yè)指導(dǎo)書，機械部工程師進修大學(xué)電氣學(xué)院出版 社.1995 [2] 張君安，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，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， 中央廣播電視大學(xué)出版社。 [4] 陳嬋娟，數(shù)控車床設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社. 2006 ⑸ 張建民，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，高等學(xué)校機械工程及自動化 [6] 伍宏，常用機械設(shè)備及電氣控制，廣東科技出版社. 2001 [7] 姜培剛，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，機械工業(yè)出版社. 2003 [8] 北京航空學(xué)院機械加工教研室，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)與傳動。國防工業(yè) [9] 戴曙，金屬切削機床設(shè)計?機械工業(yè)出版社.1981 [10] 趙永成，機械制造裝備設(shè)計 中國鐵道出版社 [11] 馮辛安，機械制造裝備設(shè)計 機械工業(yè)出版社 [12] 王啟義，機械制造裝備設(shè)計 冶金工業(yè)出版社 [13] 熊光

12、華，數(shù)控機床 機械工業(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)控機床系統(tǒng)設(shè)計 化學(xué)工業(yè)出版社 畢業(yè)設(shè)計開題報告 2 .本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 總體方案的論證 對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng) 考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。 （1） 數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位 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 數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2） 伺服進給系統(tǒng)的改造設(shè)計 數(shù)控

13、機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán) 之分。 因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價 格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3） 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 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)，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， 軟件才能有效地運行。 在設(shè)計的數(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. 時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關(guān)； 3. I/O 口擴展的能力與對外設(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)用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求 等,綜合起來考慮以確定CPU。在我國，普通機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是 Z80CPU 和MCS-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，通用性強，制造和維修方便， 完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設(shè)計中是以 MCS-51系列單片機，51系列 相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051， 8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機中應(yīng)用最多的是 8031單片機。本 設(shè)計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。 7 / 1

15、1 畢業(yè)設(shè)計開題報告 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見: 系主任: 附件：參考文獻格式 學(xué)術(shù)期刊 作者?論文題目?期刊名稱，出版年份，卷（期）:頁次 如果作者的人數(shù)多于 3 人，則寫前三位作者的名字后面加“等” ，作者之間以逗號隔 開。例如: [1] 李峰，胡征，景蘇等 . 納米粒子的控制生長和自組裝研究進展 . 無機化學(xué)學(xué)報， 2001, 17（3）: 315~324 [2] 2001,233:5?7 學(xué)術(shù)會議論文集 作者?論文題目.文集編者姓名?學(xué)術(shù)會議文集名稱，出版地： 出版者，出版年份:頁次 例如： [3] 司宗國，謝去病，王群?重子

16、湮沒快度關(guān)聯(lián)的研究?見趙維勤， 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文集， 北京：中國高等科學(xué)技術(shù)中心， 1996： 105 圖書 著者?書名?版本?出版地：出版者，出版年?頁次 如果該書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（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：中國科學(xué)院 , 2002 電子文獻 主要責(zé)任者.電子文獻題名?電子文獻的出處或可獲地址 .發(fā)表或更新 日期 例如： [7] 王 明 亮 . 關(guān) 于 中 國 學(xué) 術(shù) 期 刊 標 準 化 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 工 程 的 進 展 . , 1998-08-16 專利 專利所有者 . 專利名稱 . 專利國別：專利號，日期 . 例如： [8] 姜錫洲.一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨?. 中國專利： 881056073，1989-07-26.