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机械创造及其自动化专业（本科）课程设计课程设计题目普通车床数控化改造C6132学生姓名学生学号1分校（教学点）指导教师姓名课程设计开始时间年幺月2022课程设计提交日期年月日2022M功能
3、I/O接口的设计I/O接口是微处理器与外界联系的通路完成必要的数据格式和信号形式的转换因此I/O模块以可编程并口芯片Intel8255为主体，通过8255实现89c58与电动刀架控制、步进机电控制及光电编码接口电路的连接o由于环形分配器的输出信号惟独几十毫安，而步进机电的绕组电流通常需要数安培，因此,输出信号需要进行功率放大.步进电动机的绕组是铁心电感线圈，在每一电压脉冲期间,步进电动机的工作都是处于过渡过程状态，由于电感的影响，电流不能瞬时地尾随电压波形振荡，提高它的输出转矩和分辨率,步进机电的驱动采用恒频脉宽细分驱动控制方法具体变化.频率越高，滞后就越严重，这就使力矩受到影响，造成失步为了消除步进机电的低频85255预留罗纹加工八口□ILP52L-4刀莉转刀PCO架反转ILP52L-4PC1J2电路如图T1PC2PC3藉刀号反最PC4ILP52L-4PC5行程开关RQrFR]十Q-D______CLK20KHz恒颍宽细分驱动E/A图4步进机电、电动刀架及限位保护电路接口图R1U CVX-Z+Z-r工作原理89c58通过定时器TO输出20KHz的方波，送D触发器，作为恒频信号同时一，输出的阶梯电压（Ua）的数字信号到D/A转换器，作为控制信号，Ua的每一次变化，都使转子走一细分步细分驱动使步进机电的实际步距角变得更小，从而大大提高对执行机构的控制精度
4、电动刀架控制接口由于改造后的车床为经济型的数控车床，所以从经济、实用的角度出发，我们选择的刀架具有4个工位，在控制电路的作用下依靠其机械部份实现刀具旋转电动刀架控制接口电路如图4图中，89c58经过8255的PC口、光电隔离器件TLP521-4发出刀架机电正、反转信号JI、J2,通过继电器KAI、KA2控制电动刀架的动作切换在刀架的旋转过程中，每一个工件上的霍尔元件会挨次切换为有效状态，系统根据刀号反馈信号Tl、T
2、T
3、T4状态的变化，判断出目前的刀号，并判断是否为当前所选用刀具，一旦符合，则刀架机电反向旋转，锁紧刀具
5、限位保护控制接口步进机电的运动由4个行程限位开关实现保护4个限位开关为常开状态，正常时输入信号X+、X-、Z+、Z-为低电平，它们通过逻辑或者运算后输出XW为低电平信号，再经光电隔离后与IMP813的RST信号相或者，送至89c58的RESET弓|脚当4个限位开关中有1个被压下，则XW为高电平，从而产生有效的RESET信号，迫使系统热启动，步进机电停运，起到保护作用
6、可编程序控制器可编程序控制器在数控机床中主要完成各执行机构的逻辑顺序（M、S、T功能）控制，如刀具的更换、主轴的起停与变速、工件的装夹、冷却泵的开关等采用可编程序控制器可提高计算机数控装置的灵便性、可靠性和利用率，并使结构紧凑为此，采用欧姆龙C系列的可编程序控制器，用于主轴机电起停与变速、冷却泵的开关等C6132普通车床由主轴电动机、润滑泵电动机和冷却泵电动机三台交流异步电动机拖动三台电动机均由380V三相交流电源供电，控制路线采用380V交流电，照明灯的电压为24V,信号灯的电压为6Vo由此可确定输入输出元件如下表所示输入元件功能输出元件功能SB1住手按钮KM1润滑泵控制接触器SB2主轴正转按钮KM2主轴电动机正转接触器SB3主轴反转按钮KM3主轴电动机反转接触器SB4润滑泵启动按钮EL照明灯FR热继电器触点HL信号灯SA照明开关根据C6132普通车床电气控制所需输入输出元件数选择C20P的可编程序控制器
四、数控系统的软件设计
1、数控系统监控程序的设计监控程序是实现计算机数控装置协调工作的主体软件本数控系统的监控程序采用模块化设计，全程菜单驱动，具有容错性强、使用方便的特点共由5大模块组成
①手动模块该模块主要实现工作台在x、z两轴上正、反2个方向的点动、联动操作，以及手动控制换刀等，用于方便对刀、工作原点设置等
②自动模块该模块主要实现加工程序的处理（包括程序语法检查、程序编译、数据处理等）、插补运算、步进机电的控制及自动换刀等
③参数设置模块该模块主要用于实现刀具补偿参数设置、间隙补偿参数设置等自动加工参数的设置
④编辑模块该模块主要实现零件加工程序的键盘编辑、输入，具有类似于EDIT编辑器全屏编辑功能，是整个系统软件的重要模块
⑤通信模块该模块主要实现与上位机或者其它智能设备的串行通信，可用于加工程序的传送等
2、步进机电的速度控制和升/降速控制
①步进机电的调速控制步进机电的速度控制通过微控制器明夕的发出的步进脉冲频率来实现由于环形脉:步进度图5数控系统监控程序流程框图Vmax:W木木O开始系烧初始化死时送数BE计数器・1救步数计数器・1AS与t措钎』妃”送数-山数汁数器“END图
6.步进机电升/降速控制多抑名程图软件实现方法设为每一个频段上所定的步数，S为已走步数，f为该段速度频率，f为步进机电的最高工作频率，则步进机电的升/降速控制max程序流程图如图6电气控制梯形图根据C6132普通车床的控制要求，结合PLC控制特点，设计下列电气控制梯形图注输入元件均接为常开步序程序指令器件号程序为0LDN0T000001AND NOT000012IL3LD000044OR01000步序程序指令器件号程序为:5OUT010006LD000057OUT010038OUT010049LD0100010IL11LD0000212OR0100213ANT NOT0100114OUT0100215LD0000316OR0100117ANT NOT0100218OUT0100119ILC20ILC21END
五、结束语经改造后的车床不仅提高了加工精度，而且操作方便,大大将低了工人的劳动强度由于车床床身结构，大、小拖板的定位和相关零件的补充加工较艰难，个别环节还待进一步完善参考文献
[1]曾经励.机电一体化系统设计.北京高等教育出版社，
2004.
[2]李宏胜.数控原理与系统.北京机械工业出版社，
2003.
[3]杨有君.数控技术与数控机床.北京机械工业出版社，
2002.
[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京清华大学出版社，
1998.⑸穆兰.单片微型计算机原理及其接口技术.北京机械工业出版社，
1999.
[6]于骏一.机械创造技术技巧.北京机械工业出版社，
2004.
[7]朱龙根.简明机械零件设计手册.北京机械工业出版社，
1997.⑻王长春.机电一体化综合实践指导.北京高等教育出版社，
2004.
[9]姜培刚.机电一体化系统设计.北京机械工业出版社，
2003.
[10]罗良玲.数控技术及应用.北京清华大学出版社，
2005.
[11]李善术.数控机床及其应用.北京机械工业出版社，
2004.电大开放教育2022级（春）专业（本科）课程设计成绩评定表分校一工作站直属班级代号:姓名专业课程名称设计时间机械创造及自动化传感器与测试技术
2022.9-10设计题目普通车床C6132数控化改造指导教师评语及评分签字（盖章）年月曰设计小组评价意见及评分签字（盖章）年月曰分校集中实践环节指导小组意见签字（盖章）年月曰省电大集中实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月曰说明
1.答辩小组应填写评价意见，小组成员均应签名（盖章）答辩小组不应少于3人
2.此表附于封面之后
3.此表由分校、工作站自行复制目录
一、绪
1、设计任务与总体方案确定
11、设计任务
12、总体设计方案确定
13、CA6140车床数控改造
2、数控系统的硬件设计—4*,
1、用户加工程序存储器、串口电路的设计
42、键盘/显示子系统的设计
43、I/O接口的设计
54、电动刀架控制接□
65、限位保护控制接口
66、可编程序控制器6
四、数控系统的软件设计
71、数控系统监控程序的设计
72、步进机电的速度控制和升/降速控制7
五、结束语10参考文献11摘要机械产品的性能和质量不断提高，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，耐用、灵活、通用，还能迅速适应加工零件的变换为了节约资金，充分利用现有设备，普通机床的数控化改造十分必要，经改造后的车床不仅提高了加工精度而且提高了工作效率，为机械加工创造创造了有利的条件本文将普通机床改造为数控机床的技术从设计任务与总体方案确定、数控系统的硬件设计、数控系统的软件设计三个方面进行了阐述从设计理念到设计思想，从设计方案到设计图，从理论数据到具体数据，从理论到实践，从硬件设计到软件设计，都进行了反复的推理论证，在实验过程来看，基本上达到了设计改造的要求不仅提高了加工精度，而且操作方便，大大将低了工人的劳动强度为普通车床在再利用找到了途径关键词车床；数控化；改造；设计普通车床数控化改造C6132
一、绪论我国工业化进程加快社会生产和科学技术迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，耐用、灵便、通用，还能迅速适应加工零件的变换为此，数控机床这种灵便而高效的自动化机床应运而生，并随电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展在机械创造业中得到越来越广泛的应用近年来，我国实行改革开放，从国外引进了数控机床技术，并加强数控技术的开辟、生产及使用，越来越多的企业希翼利用数控机床生产，更新设备为了节约资金，充分利用现有设备，普通机床的数控化改造十分必要，其必要性主要有下面几个方面
1、数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小型企业是心有余而力不足
2、目前各企业均有大量普通机床，彻底用数控机床替换根本不可能，一是耗资巨大，二是现有机床被替换后闲置造成浪费因此，普通机床的数控化改造十分必要，而且大有可为，特别对一些中小企业更是如此
二、设计任务与总体方案确定
1、设计任务利用微机对纵、横进给系统进行开环控制本设计任务是对CA6132普通车床进行数控改造其横向最小单位设定量为
0.005mm,纵向最小单位设定量为
0.01mm即横向脉冲当量为
0.005mm/脉冲，纵向脉冲当量为
0.01mm/脉冲改造后具有外圆端面加工，具有警停、暂停、单步及连续加工等操作功能，可以实现两坐标联动、自动换刀，且改造后的各项加工精度不低于原机床的加工精度驱动元件采用直流步进机电，传动系统采用滚珠丝杠
2、总体设计方案确定CA6132型普通车床合用于各种车削加工工作，如车削内外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面，车削各种罗纹一一公制、英制、模数和径节，并能进行钻孔、较孔和切槽等工作主电动机功率4KW机床的工作精度
0.01mm精车端面平面度
0.025/400颇表面粗糙度数控［司图-钙体**I t信息指令普通数控车床的基本组成部份如图一所示图数控车床基本组成框图1根据以上资料和数控车床的改造经验，确定总体设计方案为采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杆转动，从而实现纵向、横向的进给运动VI（或者XI）处装上一个脉冲发生器用它发出脉冲使步进机电准确地配合主轴旋转产生进给运动实现罗纹加工功能（即主轴转一转，车刀挪移一个被车工件的螺距）将刀架换上一具自动转动刀架，以数控转换刀具进行切削加工，实现自动换刀要求其总体布置见图纸
3、CA6140车床数控改造纵向进给机构的改造拆除原机床进给箱和溜板箱，利用原机床进箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端仍采用原固定方式由于滚珠丝杠的磨擦系数小于原丝杠，故纵向进给装置整体刚度增大横向进给机构改造保留原手动机构，用于微进给和机床刀具对零操作，原有的支承结构也保留步进机电一一齿轮箱体安装在拖板后方为便于安装滚珠丝杠副，丝杠轴不是整体的，而采用分移式，然后用套筒刚性联接纵、横向进给机构都采用一级齿轮减速，并采用22片齿轮错齿法消除间隙双片齿轮错齿法这种消除齿侧隙的一对啮合齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一具是把两薄片组成的齿轮，同时采取措施使一个薄片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧，分别紧贴在宽齿轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时不会浮现死区，采用的措施为可调拉簧式，弹簧所受张力大小可用螺母调节螺钉的伸出长度，调整好后再用螺母锁紧，从而消除间隙这样提高了系统的传动精度，减小了转角误差纵向齿轮箱和溜板箱，脉冲信号发生器均加外罩，以保持机床美观，在溜板箱上安装纵、横向快速进给按钮和急停按钮，以适应机床调整时的操作需要和遇到意外情况时紧急处理的需要由此计算如表1所示表1:2223334444a mmnf mm
0.
20.
30.
40.
20.
30.
40.
20.
30.
40.43Fz Kgf
112.
5152.
4189.
1168.
7228.
7283.
7161.
96219.
38272.
46286.4由表1数据与FZ=
152.76kgf对照，得到时切削深度ap=2mm,走刀量f=
0.3mm由于在普通外圆车削时:Fx=
0.1-
0.6FzFr=
0.15-
0.7Fz因止匕取Fx=
0.5Fz=
0.5x
152.76=
76.38kgfFy=
0.6Fz=
0.6x
152.76=
91.65kgf数控机床的滚珠丝杠是精密传动元件，它在轴向力的作用下将产生伸长或者缩短，在扭矩的作用下将产生扭转，这将引起丝杠的导程发生变化，从而影响其传动精度及定位精度,因此滚珠丝杠应验算满载时的变形量滚珠丝杠受工作负载FX引起的导程L0的变化量△Ll=±式中L0基本导程，L0=
0.6cm由下表可知，E级数度丝杠允差15m/m,刚度足够丝杠精度等级允许误差m/m丝杠精度等级允许误差m/mC5F30D10G60E15H100由于机床原丝杠直径为
①32mm,现选用的丝杠直径也为
①32mm,支承方式不变，所以稳定性不存在问题，再也不验算对于工作方式为三相六拍的步进机电/,1折以采用高低压功放电路，并在程序设计中有速度控制程序，以免启停时发生失步现象仍选用110BF003型直流步进机电，便于设计和采购，同时也采用高低压功放电路和速度控制子程序，防止丢步
三、数控系统的硬件设计数控系统是数控车床的核心部件，主要用来接收加工程序的各种信息，完成数值计算、逻辑判断、输入输出控制等功能然后，向伺服系统发出执行的命令普通由计算机、输入输出接口及可编程序控制器等组成，其核心是计算机及其软件由于单片机具有体积小、速度快、功耗低、性能可靠、使用方便、价格低廉等特点，因此，我们选择单片机对此普通车床进行数控改造
1、用户加工程序存储器、串口电路的设计
①考虑到数控系统的运行环境以及数控系统对加工程序数据掉电保护的要求，系统采用DALLAS公司生产的存储器芯片DS1243Y来存储用户加工程序该芯片内含8KbNVRAM、内置式实时时钟、嵌入式锂电池和32768Hz晶振，它具有高可靠上电、掉电及强电磁冲击等数据保护功能，还具有读/写速度快、方式简单、次数无限的特点，并可为数控系统的运行提供实时时钟该芯片引脚罗列与普通的静态RAM6264彻底兼容，可直接替代6264,因此，它与89c58的接口非常方便，具体接口电路如图纸
②数控系统与上机位（PC机）的串行通信由1片MAX232芯片完成接口电路如图纸
（四），其中89C58的TxD、RxD分别与MAX232的T2IN、R20UT相连，而MAX232的T20UT、R2IN接至PC机
③时钟、复位电路的设计系统时钟由89c58内部振荡电路与外接晶振、电容共同产生，晶振频率12MHz复位电路主要由IMP813L构成，其RST信号与步进机电限位保护输出信号进行或者逻辑运算后接至89c58的RESET引脚，复位操作可由上电、按复位键、限位保护控制电路完成
2、键盘/显示子系统的设计系统采用图形点阵式液晶显示器MGLS-240128T,由于液晶显示器具有显示容量大的特点，因此，系统键盘监控管理可方便地设计成菜单驱动方式，从而实现编辑模块的全屏编辑。
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