文档介绍：1 前言
国外利用数字计算机进行控制加工是从40年代开始的。1952年美国麻省理工学院在一台立式铣床上装了一套试验性的数控系统,成功地实现同时控制三轴的运动,它成了世界上第一台数控机床。此后,从60年代开始,其他一些工业国家如德国、日本等陆续地开发生产及使用数控机床。1974年微处理机直接用于数控机床,进一步促进了数控机床的普及应用和大力发展。随着数控机床的功能越来越完善,可靠性和性能越来越高,它在制造业中逐渐担当了越来越重要的角色。
我国数控机床的研制是从1958年开始的,经历了几十年的发展,直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后,我国的数控技术才有质的飞跃,应用面逐渐铺开,数控技术产业才逐步形成规模。
由于现代工业的飞速发展,市场需求变的越来越多样化,多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重,普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换,不仅资金投入太大,成本太高,而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快,特别是微电子技术和计算机技术的发展更快,应用到数控系统上,它既能提高机床的自动化程度,又能提高加工精度,所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。这样既可以提高加工生产率,改善加工工艺,还可以减少资金投入,减轻工人的劳动强度,缩短订购新的数控机床的交货周期时间。实践已经证明普通车床的经济型数控改造具有重大的实际价值,为此,在旧有车床上进行数控改造有着较好的市场前景。
本课题来源于生产实践。将CA6140型普通车床改造成经济型数控车床,应能实
现CA6140车床原有功能,在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。在整个设计过程中满足以下几点要求:
(X向) /脉冲;
:向 3 ~ 1000mm/min (无级调速)
快进速度:X向 1000 ~ 3000mm/min内任意设定;
,横向进给系统由微机实现开环控制,两轴联动;
,具有切削螺纹的功能;
,成本低。
该设计的总体思路是采用以8031单片机为核心的数控装置控制加工过程。微机通过I/O接口发出驱动脉冲,经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路,驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号,并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号,使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠转动,从而使工作台产生移动,实现纵向、横向的进给运动。由于步进电机需要的驱动电压较高,电流较大,如果将I/O输出信号直接与功率放大器相连,将会引起强电干扰,轻则影响单片机程序运行,重则导致单片机接口电路的损坏,所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路,实现电气隔离。
2 总体方案设计
由于该设计是经济型数控改造,在考虑具体方案时,应遵守的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,以降低成本。
机械部分改造
横向进给机构的改造:拆掉原手动刀架和小拖板,安装上数控刀架;拆掉普通丝杆、光杆进给箱和溜板箱,换上滚珠丝杠螺母副;保留原手动机构,用于调整操作,原有的支撑结构也保留,采用一级齿轮减速,步进电机、齿轮箱体安装在中拖板的后侧。
数控系统部分设计
数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续(轮廓)控制系统根据设计要求,CA6140车床要加工复杂零件轮廓,其各坐标轴的运动有着确定的函数关系。根据设计要求,本微机数控系统采用连续控制系统。
采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。
采用简易数控装置,以步进电机为驱动机构,实现在微机控制下的自动加工。其工作原理是:根据加工零件的图样与工艺方案,用规定的代码和程序格式编写加工程序,通过数控装置上的键盘输入微机,微机在监控程序的管理下工作,并通过专用控制程序,把用户加工程序转化成一定频率和数量的脉冲信号,经驱动电路放大后驱动纵横向二台步进电机转动,通过机械接口传动丝杠实现刀架纵、横两个方向的频率。自动回转刀架由单片机发出换刀转位指令,由自动刀架驱动电源驱动三相电机使刀架松开、抬起、旋转后再自动锁紧而完成转位换刀过程。
该经济型微机数控系统采用步进电机作为驱动元件。微机通过I/O接口发出驱动脉冲,经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路,驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号,并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号,使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠传动,丝杠转动使工作