(正文)普通车床进行数控改造

题目C620普通车床进行数控改造毕业设计(论文)说明书

摘要

随着市场竞争日益复杂激烈，普通机床已经难以满足企业的新产品开发对成本、效率以及质量等方面的要求。本文主要对普通车床的数控改造过程进行了介绍，同时以C620普通车床作为例子，在对传统的缺点研究基础上提出了针对性的的改造方案，特别是机床设计的机械转换与电气控制。其对数控机床CPU的合理利用以及对齿轮转动利用滚珠丝杆的设计等，提高数控化程度，实现进给运动的横纵兼具。对普通车床C620的数控方案和单片机系统改造将大大提升其性能，拓宽其适用范围并降低工作者的劳动强度。

关键词:数字控制单片步进电机滚珠丝杆

目录

第一章总体方案的设计 (5)

1.1设计任务 (5)

1.2总体方案的论证 (5)

1.2.1机械部分的改造设计 (5)

1.2.2伺服进给系统的改造设计 (5)

1.2.3数控系统的硬件电路设计 (6)

1.3总体方案的确定 (6)

第二章机械部分的改造设计 (7)

2.1纵向进给系统的改造设计 (7)

2.1.1纵向滚珠丝杠副的选用 (7)

2.2.1.1确定系统的脉冲当量 (7)

2.1.1.2车削力的计算 (7)

2.1.1.3滚珠丝杠副的设计、计算和选用 (7)

2.1.2 纵向步进电机的选用 (9)

2.1.2.1脉冲量的计算 (9)

2.1.2.2等效负载转矩的计算 (10)

2.1.2.3等效转动惯量的计算 (10)

2.1.2.4步进电机型号的选择 (10)

2.2横向进给系统得改造设计 (12)

2.2.1横向滚珠丝杠副的选用 (12)

2.2.1.1确定系统的脉冲当量 (12)

2.2.1.2车削力的计算 (12)

2.2.1.3滚珠丝杠副的设计、计算和选用 (13)

2.2.2横向步进电机的选用 (15)

2.2.2.1脉冲量的计算 (15)

2.2.2.2等效负载转矩的计算 (15)

2.2.2.3等效转动惯量的计算 (15)

2.2.2.4步进电机型号的选择 (16)

2.3齿轮传动间隙的调整 (17)

第三章电气控制部分的设计 (22)

3.1单片机的选择 (22)

3.2步进电机的驱动 (23)

3.2.1环形脉冲分配器的选择 (23)

3.2.2功率放大器的选用 (25)

3.3步进电机的微机控制 (26)

结论 (28)

参考文献 (29)

致谢 (30)

第一章总体方案的设计

1.1 设计任务

本次设计任务主要为对普通车床C620进行触控化程度的提高。包括对伺服进给系统、数控系统的硬件电路等的优化设计。

1.2 总体方案的论证

在满足总体设计要求进行数控化改造的前提下，尽量节约资金成本，提高普通车床使用性能与效率。

1.2.1 机械部分的改造设计

普通车床往往在经历多次大修之后会出现零部件之间连接尺寸加大的问题，其精确度与分辨率机等仍然难以保障，数控机床改造则是以提高机床运行稳定性、提升精密程度为目的的，故而在此过程中为降低摩擦系数与提高传动刚度，考虑步进电机以及滚珠丝杠用哪种最为合理十分重要。

车床传动系统改进后其布局合理，摩擦阻力降低，运动进度提高，具体如图1-1所示：

图1-1 改进后的车床传动系统：

1.2.2 伺服进给系统的改造设计

设计高性能的伺服进给系统是数控机床改造过程中的重要环节与关键技术，考虑本此设计为经济性数控改造，且开环设计的结构简单，工作精度较强，有较好的负载能力，故而选用开环伺服方式。

1.2.3 数控系统的硬件电路设计

CPU在数控系统中起到关键作用，因此在NC装置在设计的过程中不得不重视CPU技术，所需考虑的因素包括以下三个方面：

1. 高速高精算法与物体的移动速度紧密切合；

2. 应用软件的升级，包括储存容量的拓展应考虑数控功能的强弱；

3. 指令系统及 I/O扩展能力与单片机外部储存之间有着十分密切的相关性。

1.3 总体方案的确定

在总体方案设计完成后，普通车床C620的经济模型的确定成为工作重点。首先是关于主轴变速箱，为降低费用，只针对手工变速作以修改，输入相应的程序，使之服从相应的指令；其次是对滑动丝杠的改变，原机的普通滑动丝杠是很难满足企业现代化生产要求的，将其改为滚珠丝杠，这将大大减少摩擦，提高运行效率，同时驱动步进电机的使用也将推车床横向与纵向双向运动的实现。

第二章 机械部分的改造设计

2.1 纵向进给系统的改造设计 2.1.1 纵向滚珠丝杠副的选用

滚珠螺旋传动，顾名思义，是指对滚珠进行利用使得在运动过程螺纹能够产生滚动摩擦。 滚珠丝杆传动的与众不同主要体现在以下三个方面：

1.滚动动作向滑动动作转变，传转运动为直线式而非旋转式，故而其摩擦系数较低，提高了传动效率；

2.由于有着较低的发热，故而其寿命普遍较长，且结构相对简单，便于维修；

3.在垂直传输上有较大的缺陷，需要用到自锁或者制动装置。 在数控机床，脉冲的轴线位移称为脉冲当量，也被称为最小单元。该设计中心C620脉冲当量为：纵向/脉冲脉冲当量0.01毫米，脉冲当量横向0.005毫米/脉冲。

2.1.1.1 确定系统的脉冲当量

纵向为0.005毫米/脉冲

2.1.1.2 车削力的计算

数控机床设计过程中对车削力的考虑不可或缺，结合各种影响因素，笔者将采用经验公式对切削力进行计算，具体如下：

车床的主切削力)(N F Z 可用下式计算：5

.1max

67.0D F Z =

车床刀架的最大直径是毫米。

故：N F Z

3.556241067.05

.1=⨯= 按以下比例分别求出分力x

F 和

y

F ，4

.0:25.0:1::=y x Z F F F

则：

N

F x 1391=，

N

F y 2226=

2.1.1.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型

最初滚珠丝杠螺母副采用的是机构类型的设计——预紧方式循环。确定该循环类型后，家下来进行参数的选取确定以及详细计算。参数主要包括：d 、

L 、j 、k 、精度等级等。

(1)对进给率牵引力m F

的计算

涉及到滚柱丝杠子在运动过程中给进速度的牵引力，零部件的阻力、转移重量以及摩擦等都应给予考虑。

m

F 计算公式如下：

纵向进给导轨为三角形，则：

)

('G F f KF F z x m ++=

N ))8003.5562(15.0139115.1(+⨯+⨯=

N 2554=

三角形导轨选取参数：

N G f K 800,15.0,15.1'

===