CK6163數控車床控制系統(tǒng)的設計

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1、CK6163數控車床控制系統(tǒng)設計 1、本課題的項目背景及研究意義 金融危機爆發(fā)以來，國際機床市場不斷下滑，國經濟型數控機床市場也受到了相 當大的影響，產銷量大幅下降。雖然數據顯示 2009年上半年已經止住下滑趨勢，略 微回升，但研究應對策略依舊是當務之急。 經濟型數控機床是國數控機床行業(yè)發(fā)展的 起步產品，發(fā)展時間比較長，生產企業(yè)對此類機床的技術掌握情況和生產能力也都比 較成熟。 正因為如此，加之其在國擁有大量的市場空間， 金融危機爆發(fā)之前的產量 較大。但從去年金融危機以后的總體情況來看， 國經濟型數控機床生產企業(yè)的生產能 力明顯過剩。最近中國機床工具工業(yè)協會的調研結果中得到的企業(yè)生產狀況顯

2、示， 主 要生產經濟型數控機床的企業(yè)受到的沖擊比較大，尤其是一些產品檔次比較低、產量 比較大的企業(yè)受到的沖擊更大，甚至出現部分企業(yè)限產的現象。 造成這種情況出現的 主要原因還是因為市場需求在減少， 加上經濟型數控機床的生產能力比較強， 生產企 業(yè)比較多，競爭比較激烈，同時經濟型車床、鉆床和銑床的出口量下降比較嚴重，部 分產品出口轉銷，進一步加劇了國市場競爭。而對于產品檔次比較高的企業(yè)來說，受 到的沖擊就不是很明顯，特別是高精尖的高檔機床依舊是供不應求。 數控機床代表著機械制造業(yè)現代科學技術發(fā)展的方向和水平。 目前，我國數控機 床的發(fā)展不僅從技術水平上已研制出五坐標的數控銑床加工中心， C

3、NC系統(tǒng)和自動編 程系統(tǒng)等。同時，也擁有了一定數量的數控機床的開發(fā)、生產、使用以及擁有量等都 與世界上的先進國家有較大差距。 要達到世界先進水平，迅速發(fā)展我國數控機床行業(yè) 勢在必行。 經濟型數控機床設計的必然性：數控機床能較好地解決形狀復雜、精密、小批多 變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產率， 也具有適應性強、較高的加工 精度。但是應用數控機床還受到其它條件的限制。 價格昂貴，一次性投資巨大，對于中小企業(yè)心有余而力不足。 目前各企業(yè)都有大量的通用機床， 完全用數控機床代替根本不可能，而且替代下 來的機床閑置起來，又會造成浪費。 在國，訂購新數控機床的交貨期一般較長，往往不能

4、滿足生產急需。 通用數控機床對具體生產有多功能。 要較好地解決上述問題，應走經濟型數控機床設計之路。 經濟型數控機床設計的優(yōu)點：經濟型數控機床設計一般指對普通機床其某些部位 做一定的設計，配上數控裝置，從而使機床具有數控加工能力，其目的有以下幾點： 從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設備，發(fā)揮機床的原有功能和改造后的新增功 能，提高機床的使用價值。 1 ?為了提高生產效率進行數控改造。 2 ?為了適應多品種，小批量生產而進行數控改造。 3 ?為了使技術等級較低的工人也能加工出高質量的產品零件和提高生產效率而 進行的設計。 所有這些目的都圍繞提高機床的性能價格比， 用較少的價格，得到

5、較高的機床性 能。因此，經濟型數控機床設計具有以下優(yōu)點： 易于對現有機床實現自動化，而且專業(yè)性強，沒有多余功能。 減少輔助加工時間，提高機床的生產效率。 降低工人技術等級的要求。 費用低，可充分利用原有機床設備。 周期短，可滿足生產急需。 由上所述，普通機床進行經濟型數控設計是提高技術水平， 更新工藝設備的重要 途徑之一，是使企業(yè)更好地完成計劃，滿足市場需求，提高經濟效益的重要手段。 因此這次設計主要進行的是 CK6163車床的機械部分（主軸箱、縱向進給機構和 橫向進給機構）和數控部分的設計，其傳動系統(tǒng)利用電液脈沖馬達驅動滾珠絲杠， 使 拖板作精確的位移。 2、本課題研究的

6、主要容、設計目的、及研究方法 2.1、 主要容 本設計容是對CK6163數控車床的機械部分設計和利用 MCS-5係列單片機，對縱、 橫向進給系統(tǒng)進給進行開環(huán)設計。使其在縱向和橫向具有直線和圓弧插補的功能， 驅 動元件采用電液脈沖馬達，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，使車床進行精確動作，能進行外 圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的起動，停止和變 速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具 有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。 2.2、 CK6163數控車床設計的目的 ? 針對題目使學生得到機械原理、機械設計、控制原理、 CAD微機原

7、理、常規(guī)電 氣控制原理、檢測技術等課程的綜合訓練。 ? 針對題目使學生掌握機械裝備工程設計的一般方法及一般規(guī)律， 獲得綜合運用所 學的基礎知識解決實際問題的方法、工作思路等主要方面的訓練。 ? 培養(yǎng)學生獨立調查研究、科技檢索、方案論證、規(guī)化科技寫作等方面的能力 2.3、 研究方法 ? 對現有文獻分析，查閱現有國外有關經濟型數控車床的參考文獻資料，深刻理解 現有數控車床控制系統(tǒng)的運動原理以及控制方法， 設計過程中充分借鑒現有的優(yōu) 良結構，在此基礎上進行創(chuàng)新性設計。 ? 重視理論分析，認真學習與數控系統(tǒng)相關的理論，對基本數控系統(tǒng)和機械結構有 十分的了解。 ? 提出兩種以上的設

8、計方案，并進行探討選擇出最優(yōu)方案然后進行優(yōu)化。這個階段 很重要，要時常與指導教師及其他老師共同探討。 ? 在前期充分論證的基礎上對其進行詳細設計， 主要對該機構中的創(chuàng)新點及相關附 件進行設計，充分利用現有成形的機構，不做無用功。 ? 設計時充分使用指導教師以及身邊其他技術人員的人力資源，不盲目設計。 ? 理論與實際相結合，力求設計滿足經濟行和可行性要求，使設計真正滿足工程化 的要求。 3、課題設計的關鍵問題及系統(tǒng)總體方案的擬定 3.1課題設計的關鍵問題 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng)都具有檢測裝置，伺服控

9、制精度都比開環(huán)系統(tǒng)高，但系統(tǒng)造價也高于開 環(huán)結構且調試也不太容易。而開環(huán)系統(tǒng)不帶檢測裝置，指令是單方向傳送的，結構簡 單，成本低廉，容易掌握，調試和維修都比較簡單，符合經濟型數控機床的加工精度 要求不高的性能。因此，為了簡化結構，降低成本，采用電液脈沖馬達開環(huán)控制系統(tǒng)。 圖3.1開環(huán)控制系統(tǒng) 執(zhí)行機構傳動方式的確定 為實現機床所要求的分辨率，采用電液脈沖馬達經齒輪減速再傳動絲杠，確保數控 系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，應盡量減少摩擦力，而采用滾珠絲杠螺母副。同時， 為提高傳動剛度和消除間隙，采用預加負載的結構來提高傳動剛度， 齒輪傳動也要采 用清除齒側間隙的結構。 電液脈沖馬達是

10、指由步進電機和液壓伺服機構（即扭矩放大器）所組成。由步進電 機接收數字控制裝置發(fā)出的脈沖信號，把它轉換或角位移。經液壓隨動閥和油馬達組 成的伺服機構做功率放大后，驅動機床工作臺或刀架，使之進行精確定或作進給運動。 電液脈沖馬達具有角位移準確、反應迅速、調整圍廣等優(yōu)點。是當前數控系統(tǒng)中特別 是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。 電液脈沖馬達廣泛應用在自動控制、 同步控制和 各種數控機床上 圖3.2數控系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)控制框圖 3.2、系統(tǒng)總體方案的擬定 在點電機的驅動下，通過變速機構，在主軸脈沖發(fā)生器的作用下，通過倆個電液 脈沖馬達各控制橫向和縱向的進給機構。 3.

11、3系統(tǒng)總體方案框圖 4、預期成果 通過自己的不斷努力，在指導老師的幫助下，完成有關于數控硬件的電路的設計, 以及相關冋題的解決。 (1) 主要包括以下容：查閱20篇以上相關文獻、資料(含外文)、論文。 (2) 提交符合質量要求的設計圖紙一套 (3) 要求設計資料書面、電子檔及光碟各一份。 5、進度安排 設計（論文）各階段名稱 日期 備注 查閱資料、調研（文獻資料） 3.20 ? 3.28 寫實習報告 開題報告 3.30 ? 3.31 完成開題報 告 初步方案設計 4.1 ?4.10 分析階段 系統(tǒng)設計草圖 4.11 ? 4.30 初步設計階 段

12、 關鍵結構設計 5.1 ?5.10 具體設計階 段 具體結構設計 5.11 ? 5.20 設計總結階 段 三維造型，繪制圖紙 5.21 ?6.1 圖紙繪制階 段 打印圖紙和完成畢業(yè)說明書，刻錄 光盤 6.1 ?6.5 答辯準備階 段 畢業(yè)答辯 6.8 ?6.11 答辯 參考文獻 [1] 郭章信，建亭CK6063進給伺服系統(tǒng)對動態(tài)性能影響分析 工程學報 [2] 俊，紅根 數控技術發(fā)展趨勢——智能化控制系統(tǒng) 機床研究所 [3] 熊志強，德容PLC與單片機結合在自動車床控制中的應用 交通大學與電氣工程 學院 [4] 于東，郭銳鋒 數控機床中伺服系統(tǒng)的

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