x5132型铣床横、垂直向进给系统经济型数控改造

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1、摘要随着计算机技术的飞速发展，发展现代计算机化数字控制（CNC）机床，是当前机械制造业进行技术改造，技术革新的必由之路，是未来工厂自动化的基础。因此,这次对普通机床进给系统的数控化改造设计更显得重要。第一部分是数控机床的概述，第二部分是进给系统的总体设计方案，第三部分是伺服进给机械部分设计计算，第四部分是控制部分的单片机原理及控制程序设计。基于步进电机的机械改装减少了人的工作量，把手动转变成为电动。本次改造用了2个步进电机，分别控制机床2个方向（横向和垂向）的进给，通过齿轮或带轮带动滚珠丝杠轴向运动。基于单片机控制的电子部分设计提高了工作效率和测量的准确度、可信度。该仪器采用了803

2、1单片机。文中着重论述了原理的设计思想并给出了具体电路，然后阐明了系统软件的设计思想并给出了部分程序的流程图。关键词：铣床，丝杠，步进电机，单片机，数控39目录摘要I第一章绪论11.1数控机床的组成11.2数控机床的发展趋势21.3数控铣床改造的意义41.4本文主要内容5第二章设计方案和基本方案的确定62.1设计任务62.2总体方案设计的内容62.2.1伺服驱动72.2.2采用滚珠丝杠螺母副72.2.3数控装置72.2.4系统功能72.2.5采用环形分配器8第三章伺服系统机械部分设计计算93.1设计要求93.2确定系统脉冲当量93.3纵向进给系统的确定93.3.1切削力的计算93.3

3、.2纵向丝杠的选择103.3.3齿轮传动比计算133.3.4纵向步进电机的计算和选择143.4横向进给系统的确定173.4.1横向丝杠的选择173.4.2齿轮传动比计算183.4.3横向步进电机的计算和选择193.5垂向进给系统的确定223.5.1垂向丝杠的选择223.5.2同步带及带轮的选择233.5.3垂向步进电机的计算和选择23第四章控制系统硬件原理及其控制程序编制274.1主控制器274.1.1主控制器及其选择27394.1.2MCS—51系列单片机介绍274.2MCS—51单片机的扩展294.2.1程序存储器EPROM的选择294.2.2数据存储器RAM的选择294.3地址

4、分配及接线方法294.3.1地址分配294.3.2EPROM、RAM与8031连接方法294.4接口电路及辅助电路的设计304.4.1接口电路的设计304.4.2辅助电路的具体设计314.5控制系统程序编译344.5.1直线插补程序344.5.2圆弧插补程序364.5.3装代码子程序404.5.4环行分配器子程序41致谢52参考文献5339沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第一章绪论1.1数控机床的组成（1）CNC装置计算机数控装置，既CNC装置，是CNC系统的核心，有微处理器、存储器、各种I/O接口及外围逻辑电路等构成，起主要作用是对输入的数控程序及有关数据进行存储与处理，通过插补

5、运算等形成运动轨迹指令，控制伺服单元和驱动装置，实现刀具与工件的相对运动。对于离散的开关控制量，可以通过PLC对机床电器的逻辑控制来实现。（2）数控面板数控面板是数控系统的控制面板，各种数控系统的数控是不相同的，但大多数是共性或相似的。主要由显示器、手动数据输入键盘组成，又称MID面板。显示器常具有多个软功能键，用于选择菜单。按键除各种符号键和数字键外，还常设控制键和用户定义键等。（3）可编程控制器PLC可编程控制器PLC也是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，又称PLC或PMC，用于完成数控机床的各种逻辑运算和顺序控制。PLC还接受机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作

6、，另一方面将有关指令送往CNC用于将过程控制。（4）机床操作面板机床操作面板主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下对机床的控制或干预。其上有各种按钮与选择开关，用于机床及辅助装置的启停，加工方式的选择、速度倍率选择等。中小型数控机床的操作面板常带和数控面板做成一个整体，但二者之间与明显界限。数控系统的通讯接口，常设置在机床操作面板上。（5）进给伺服系统进给系统主要由进给伺服单元和伺服进给电机组成，对于闭环和半闭环控制的进给伺服系统，还应该包括位置检测防亏装置。进给伺服单元接收来自CNC装置的运动指令，经变换和放大后，驱动伺服电机运转，实现刀架或工作台的运动。CNC装置每发出一个

7、控制脉冲，机床刀架或工作台的移动距离称为数控系统的脉冲当量或最小设定单位39沈阳工业大学本科生毕业设计（论文），脉冲当来量或最小设定单位的大小直接影响数控机床的加工精度。在闭环和半闭环和半闭环伺服进给系统中，位置检测装置安装在机床上或伺服电机上，其作用是将机床或伺服电机的实际位置信号反馈给CNC系统以便为与指令相比较，用其差值控制机床运动，达到消除运动误差，提高定位精度的目的。一般来说，数控机床功能强弱主要取决于CNC装置，而数控机床性能的优劣伺服驱动系统