加工中心刀具自动进给控制系统的设计.docx

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加工中心刀具自动进给控制系统的设计

毕业设计论文任务书

一、题目及专题：

1、题目加工中心刀具自动进给控制系统的设计　　

２、专题　　

二、课题来源及选题依据

本课题来源于自选题目。

加工中心刀具自动进给控制系统是数控机床等现代加工设备的重要组成部分。

随着数控技术的不断成熟和发展，人们对数控方面的选择也有了更广阔的范围，对数控技术的掌握要求也越来越高

三、本设计（论文或其他）应达到的要求：

1．要求以中规模数字集成计数器为核心，以步进电机为执行元件，

设计一个数字化自动进给控制系统。

2．熟练掌握电子工作平台Multisim软件的使用方法。

3．用Multisim软件对进行自动进给控制系统的研究与设计。

4．用Multisim软件创建仿真电路。

摘要

自动进给控制系统是数控机床等现代加工设备的重要组成部分。

本设计主要介绍以中规模数字集成计数器IC74163及IC74191为核心的两种方案，以步进电机为执行元件的数字化自动进给控制系统。

文章详细介绍了自动进给系统的状态译码可编程计数器的设计过程，其中还涉及到的自动进给控制系统的译码可编程计数器所使用的元器件，及元器件的主要使用到的功能，元器件的管脚图等等，并且单独给出了设计图。

文章简单的介绍了执行元件三相步进电机的工作原理，驱动系统，环形分配器的内部结构，工作原理等。

在设计中用电子设计自动化（EDA）软件进行了系统的研究和设计，给出了系统仿真和实验结果。

仿真软件使用的是EWB的升级版本Multisim。

在文章中也对它的工作界面使用方法做了简单的介绍。

关键词:

IC74163；IC74191；电子设计自动化；自动进给；数字电路仿真

Abstract

Theauto-advancingdrivingsystemistheimportantpartofnumericalcontrolledprocessingequipmentsuchasnumericalcontrolledmachinetool.Thisdesignmainlyintroducestwoprogramsoneisthenumericalauto-advancingdrivingsystemwhosekernelismiddlescalenumberintegrationcounterIC74163andtheotherisnumericalauto-advancingdrivingsystemwhosekernelismiddlescalenumberintegrationcounterIC74191.andbothoftheiroperationcomponentsaresteppingmotor.ThepaperintroducestheDesignprocessoftheStatedecodingprogrammablecounterwhichbelongstotheauto-advancingdrivingsystemIndetail.ItalsoinvolvedthecomponentsthatusedintheDecodingprogrammablecounter,themainuseofthecomponents,thepinmapsofthecomponents,etc.andgivesthedesignalone.Articledescribestheworkingprincipleofthethree-phasesteppermotoractuator,drivesystem,theinternalstructureoftheringdistributor,workingprincipleandsoon,simply.AmongtheDesign,IusedElectronicdesignautomation（EDA）softwaretodotheResearchanddesign,givesthesimulationandexperimentalresults.ThesimulationsoftwareusedinthedesignistheMultisimwhichistheUpgradeeditionoftheEWB.ThearticlealsointroducedtheWorkinginterface,andtheMethodsoftheuse.

Keywords:

IC74163;IC74191;Electronicdesignautomation;auto-advancingdriving;Digitalcircuitsimulation

1绪论

1.1加工中心的概念

能自动更换工具，对一次装夹的工件进行多工序加工的数控机床。

加工中心,简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。

加工中心又叫电脑锣。

加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。

加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

1.2加工中心的发展史

加工中心（英文CNCmachiningcenter）：

是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。

在中国香港，台湾及广东一代也有很多人叫它电脑锣。

工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。

并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。

加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴加工中心。

加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80％左右（普通机床仅为15～20％）；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。

加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。

第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。

它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。

二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。

这种多工序集中加工的形式也扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。

加工中心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。

卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。

立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。

此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。

加工中心的自动换刀装置由存放刀具的刀库和换刀机构组成。

刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。

链式刀库存放刀具的容量较大。

换刀机构在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手；也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。

为了进一步缩短非切削时间，有的加工中心配有两个自动交换工件的托板。

一个装着工件在工作台上加工，另一个则在工作台外装卸工件。

机床完成加工循环后自动交换托板，使装卸工件与切削加工的时间相重合。

加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心。

卧式加工中心：

是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。

立式加工中心：

是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。

万能加工中心（又称多轴联动型加工中心）：

是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。

适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。

1.3课题研究的意义

数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。

这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。

因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。

数控机床等现代加工设备是采用自动控制，数字装置或电子计算机，全部或部分地取代一般通用机床在加工零件时对机床各种动作的人工控制。

各种控制功能，均是以数字和文字实现的。

自动进给数控系统是现代加工设备的核心部分，它由数字逻辑电路组合而成，广泛的应用于数控机床、刨床、磨床等的自动进给控制系统中。

2仿真软件Multisim

2.1EDA技术

2.1.1什么是EDA

EDA就是“ElectronicDesignAutomation”的缩写。

这种技术已经在电子设计领域得到广泛应用。

20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。

在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。

这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。

这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。

EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。

EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。

包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。

目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。

例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。

2.1.2EDA技术的概念

EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。

利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。

现在对EDA的概念或范畴用得很宽。

包括在机械、电子、通信