最大加工直径为320毫米的经济型数控车床进给系统设计说明书.doc

最大加工直径为320毫米的经济型数控车床进给系统设计说明书.doc

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密级：

NANCHANGUNIVERSITY

本科生毕业设计（论文）

THESISOFBACHELOR

（2009—2013年）

题目：

最大加工直径为320毫米的经济型数控车床进给系统设计

学院：

机电学院系机制

专业班级：

机械设计、制造及自动化

学生姓名：

林寒学号：

5901109064

指导教师：

刘旭波职称：

副教授

起讫日期：

2013年3-6月

南昌大学

学士学位论文原创性申明

本人郑重申明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。

对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□，在年解密后适用本授权书。

本学位论文属于

不保密□。

（请在以上相应方框内打“√”）

作者签名：

日期：

导师签名：

日期：

最大加工直径为320毫米的经济型数控车床进给系统设计

专业：

机械设计制造及自动化学号：

5901109064

学生姓名：

林寒指导教师：

刘旭波

摘要

随着科学技术和社会的不断发展，社会对产品多样化的要求日益提高，产品更新换代越来越快，多品种小批量生产比重加大，零件形状越来越复杂，精度越来越高，

而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。

它的优点很多,如可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。

总体设计方案：

在普通车床上采用适合现场实时控制的80C51单片机为控制器，以运行特性好、可靠性高的步进电机为驱动执行元件进行数控改造。

在本次设计中，就包括了关于数控技术的基础知识，并且针对本次设计的课题，拟定了一系列的方案，进给系统的总体方案，数控车床进给传动系统的机械部分，以及数控系统的硬件分析和设计。

关键词：

改造，步进电机，伺服电机，传动系统，数控机床

Ⅰ

Abstract

Asscienceandtechnologyandcontinuousdevelopmentofsociety,society'sdemandsforincreasingproductdiversification,productupgradesfasterandfaster,andmorevarietiesofsmallbatchproductionincreasedinimportance,moreandmorecomplexshapeparts,increasingaccuracy.

WhenNumericalControlisperformedundercomputersupervision,itiscalledComputerNumericalControl（CNC）.CNCmachineshavemanyadvantagesoverconventionalmachines.Forexample,thereisapossibilitylfperformingoperationsonthesamemachineinonesetupandproductionissignificantlyincreased.Oneofitsdisadvantagesisthattheyarequiteexpensive.Inourcountryconventionalmachineisusedwidely.Soifthemachinesarereplaced,thereisgoingtoneedalargemoney.Inordertoagreewiththedevelopmentofoureconomy,wecanreformtheconventionalmachines.Theoverallmasterdesign:

ThewaytoNCimprovementofgeneralmachinetoolwasintroducedthatusingsingle-chipcomputer80C51torealizethereal-timecontrolanddrivingbystepmotor.

Inthisdesign,itincludesinformationonthebasicsofdigitaltechnologyanddesignforthisproject,developedaseriesofsolutionsintotheoverallsolutiontothesystem,CNClathefeeddrivesystemofmechanicalparts,andCNCsystemhardwareanalysisanddesign.

Keyword:

machining，stepmotor，CNC，servomechanism，drivesystem

前言

随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。

随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。

数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。

同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。

数控机床经济型改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。

经改造后的机床加工的精度、效率、速度都有了很明显的提高，适合我国现在经济水平的发展要求。

本次毕业设计主要是对机床机械部分进行改造,以步进电机驱动横向进给运动、纵向进给运动以及刀架的快速换刀,使传动系统变得十分简单，传动链大大缩短,传动件数减少,从而提高机床的精度。

设计中，我们对有关数控机床及数控改造的相关书籍、刊物进行大量阅读,收集了很多资料,了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成及其工作原理，扩大了我们的知识面。

Ⅲ

目录

摘要 Ⅰ

Abstrac Ⅱ

前言 Ⅲ

　第一章绪论 1

　　1.1数控机床的概念、组成、特点 1

1.1.1数控机床的概念 1

1.1.2数控机床的组成 1

1.1.3数控机床的特点 2

　1.2数控机床的发展趋势与现状 2

1.3设计的内容与方法：

3

第二章微型数控系统总体设计方案的拟定 4

2.1毕业论文的要求和内容 4

2.2总体方案的确定 5

第三章机床进给系统机械部分设计计算 6

3.1系统脉冲当量及切削力的确定 6

3.2切削力的计算 7

3.3滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型 7

3.4进给伺服系统传动计算 13

3.5步进电机的计算和选用 14

第四章微机数控系统的设计 22

4.1微机数控系统设计的内容 23

4.2MCS-51单片机及其扩展 24

第五章数控机床的零件加工程序 37

第六章毕业设计总结 40

第七章致谢 41

第八章参考文献 42

附表：

混合式步进电机的相关资料和图纸 43

第一章绪论

1.1数控机床的概念、组成、特点

1.1.1数控机床的概念

数控机床是数字控制机床的简称，是指用数字指令来控制机械执行预定的动作，通常由硬件电路发出数字化信号，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

1.1.2数控机床的组成

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成，其中实线部分表示开环系统。

为提高加J精度，再加入测量装置，由虚线构成反馈，称为闭环系统。

主机：

他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

他是用于完成各种切削加工的机械部件。

数控装置：

是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

驱动装置：

他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。

他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。

当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

辅助装置：

指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。

它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。

编程及其他附属设备：

可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

1.1.3数控机床的特点

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，尤其对于约占机械加工总量80%的单件、小批量零件的加工，更显示出其特有的灵活性。

概括起来，数控机床有以下几方面的特点：

（1）加工精度高，具有稳定的加工质量；

（2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

（3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产备时间；

（4）机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；

（5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

（6）对操作人员的