基于单片机的数控车床XY工作台与控制系统设计说明书样本.doc

基于单片机数控车床XY工作台与控制系统设计摘 要理解数控机床概念，所谓数字控制是按照具有机床(刀具)运动信息程序所指定顺序自动执行操作过程。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。它长处诸多,可以在同一机床上一次装 夹可完毕各种操作，生产率明显提高等长处，但它价格昂贵。由于国内当前使用机床大多数为普通车床，自动化限度低,要更新既有机床需要诸多资金。为理解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工咱们选取机床经济型数控改造。纵向进给机构改造：拆去原机床溜板箱、光 杠与丝杠以及安装座,配上滚珠丝杠及相应安装装置，纵向驱动步进电机及减速箱安装在车床床尾,不占据丝杠空间。横向进给机构改造：拆除横向丝杠换上滚珠丝杠,由步进电机带动。 核心词：运动信息，滚珠丝杠，步进电机Single Chip Microcomputer-based XY table CNC lathe and Control System DesignABSTRACTNumerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automatically in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision，it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example，there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced，there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy，we can reform the conventional machines. The reformation of the tool movement：we demolish the current smooth leading，leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevant position. The reformation of the horizontal mechanism：we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And Stepper motor drives the screw. KEY WORDS：tool movement，conventional machines，Stepper motor第一章 绪论1.1数控机床生产与发展装备工业技术水平和当代化限度决定着整个国民经济水平和当代化限度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业使能技术和最基本装备，又是当今先进制造技术和装备最核心技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制技术，而数控装备是以数控技术为代表新技术对老式制造产业和新兴制造业渗入形成机电一体化产品，其技术范畴覆盖诸多领域。科学技术和社会生产不断发展，对机械产品质量和生产率提出了越来越高规定。机械加工工艺过程自动化是实现上述规定最重要办法之一。她不但可以提高产品质量和生产效率、减少生产成本，还可以大大改进工人劳动条件。许多生产公司已经采用了自动机床、组合机床和专用自动生产线。采用这种高度自动化和高效率设备，尽管需要很大初始投资以及较长生产准备时间，但是在大批量生产条件下，由于分摊在每一种工件上费用很少，经济效益依然是非常明显。但是，在机械制造工业中并不是所有产品零件都具备很大批量，单件和小批量生产零件占机械加工总量80%以上。特别是在造船、航空航天、机床、重型机械以及国防部门，其生产特点是加工批量小、改型频繁、零件形状复杂并且精度规定很高，采用专用化限度很高自动化机床加工此类零件就显得很不适当，由于生产过程中需要经常改装与调节设备，对于专用生产线来说，这种改装与调节甚至是不也许实现。为理解决这些问题，满足多品种、小批量自动化生产，迫切需要一种灵活、通用可以适应产品频繁变化柔性自动化机床。数控机床就是在这样背景下产生与发展起来。它极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批量生产精密复杂零件提供了自动化加工手段。1.2数控机床发展趋势随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术高速发展，机床数控技术有了长足进步。近几年某些有关技术发展，如刀具及新材料发展，主轴伺服和进给伺服、超高速切削等技术发展，以及对机械产品质量规定越来越高等，加速了数控机床发展。当前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。世界数控技术及其装备发展趋势重要体当前如下几种方面：（1）高速高效高精度（2）柔性化（3）工艺复合化和多轴化（4）实时智能化（5）构造新型化（6）编程技术自动化（7）集成化（8）开放式闭环控制模式1.3数控机床在先进制造技术中作用自从20世纪中期，人们将计算机技术引用到控制机床加工飞机机翼样板复杂曲线中以来，数控技术在机床控制方面获得了广泛、进一步发展，各种数控机床成为了当代制造业核心设备，是它们保证了当代制造业向高精度、高速度、高效率、高柔性化方向发展。由于数控机床浮现，带动了CAD/CAM技术向实用化、工程化发展，特别是计算机技术迅速发展，推动CAD/CAM技术向更高层次和更高水平发展，并且进一步发展了计算机辅助工艺设计(CAPP)数据库、集成制造生产系统有关信息自动生成、自动解决、自动传播。可以说数控技术既是联系CAD/CAM纽带，也是进一步通向集成化CAD/CAM桥梁。1.4对国内数控技术及其产业发展基本预计国内数控技术起步于 1958 年 ,近 50 年发展历程大体可分为三个阶段：第一阶段从 1958 年到 1979 年 ,即封闭式发展阶段。在此阶段 ,由于国外技术封锁和国内基本条件制 ,数控技术发展较为缓慢。第二阶段是在国家“六五”、“七五”期间以及“八五”前期 ,即引进技术 ,消化吸取 ,初步建立起国产化体系阶段。在此阶段 ,由于改革开放和国家注重 ,以及研究开发环境和国际环境改进 ,国内数控技术研究、开发以及在产品国产化方面都获得了长足进步。第三阶段是在国家“八五”后期和“九五”期间 ,即实行产业化研究 ,进入市场竞争阶段。纵观国内数控技术近 50 年发展历程 ,特别是通过 4 个 5 年筹划攻关 ,总体来看获得成绩还是不小。1.5毕业设计目、意义机电一体化系统设计毕业设计是培养学生设计能力重要实践性教学环节之一，是综合运用所学过机械、电子、自动控制、计算机等知识进行基本设计训练。其目是：可以对的运用机电一体化系统设计课程基本理论和有关知识，掌握机电一体化系统（产品）功能构成、特点和设计思想、设计办法，理解设计方案拟定、比较、分析和计算，培养学生分析问题和解决问题能力，使学生具备机电一体化系统设计初步能力；通过机械某些设计，掌握机电一体化系统典型机械零部件和执行元件计算、选型和构造设计办法和环节；通过测试及控制系统方案设计，掌握机电一体化系统控制系统硬件构成、工作原理，和软件编程思想；通过毕业设计提高学生应用手册、原则及编写技术阐明书能力，增进学生在科学态度、创新精神、专业技能等方面综合素质提高。1.6毕业设计内容毕业设计题目：基于单片机数控车床XY工作台与控制系统设计已知条件：定位精度：0.01mm，滚珠丝杠及导轨使用寿命为T=16000h，中档冲击，工作台有效行程为,，迅速进给速度，和工作载荷。第二章 数控系统总体方案拟定数控系统总体方案设计内容涉及：系统运动方式拟定，执行机构及传动方案拟定，伺服电机类型及调速方案拟定，计算机控制系统选取。进行方案分析、比较和论证。1.1系统运动方式拟定该系统规定工作台沿各坐标轴运动有精准运动关系因而采用持续控制方式。1.2伺服系统选取开环伺服系统在负载不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统传动误差。但开环系统构造简朴，调节维修容易，在速度和精度规定不太高场合得到广泛应用。考虑到运动精度规定不高，为简化构造，减少成本，宜采用步进电机作为开环伺服系统驱动。1.3计算机系统选取采用MCS-51系列中8031单片机扩展控制系统。MCS-51单片机重要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，性价比高。控制系统由微机某些、键盘及显示屏、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等构成。系统工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示屏采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。1.4 XY工作台传动方式为保证一定传动精度和平稳性以及构造紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷构造。由于工作台运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台摩擦系数，提高运动平稳性。考虑电机步距角和丝杠导程只能按原则选用，为达到辨别率规定，以及考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动。系统总体框图如下：计算机光电隔离功率放大步进电机X向工作台光电隔离功率放大步进电机Y向工作台图2-1第三章 机械某些设计机械某些设计内容涉及：拟定系统脉冲当量，运动部件惯性计算，选取步进电机，传动及导向元件设计、计算与选取，绘制机械某些装配图等。1.1拟定系统脉冲当量脉冲当量p是一种进给指令时工作台位移量，应不大于等于工作台位置精度，由于定位精度为0.01mm因而选取脉冲当量为0.01mm。1.2工作台外形尺寸及重量初步估算依照给定有效行程，画出工作台简图，估算X向和Y向工作台承载重量WX和WY。取X向导轨支撑钢球中心距为410mm,Y向导轨支撑钢球中心距为400mm,设计工作台简图如下：图3-1