CK6163數(shù)控車床控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、CK6163數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計1、本課題的項目背景及研究意義金融危機爆發(fā)以來， 國際機床市場不斷下滑， 國經(jīng)濟型數(shù)控機床市場也受到了相當(dāng)大的影響，產(chǎn)銷量大幅下降。雖然數(shù)據(jù)顯示 2009 年上半年已經(jīng)止住下滑趨勢，略微回升，但研究應(yīng)對策略依舊是當(dāng)務(wù)之急。 經(jīng)濟型數(shù)控機床是國數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展的起步產(chǎn)品，發(fā)展時間比較長， 生產(chǎn)企業(yè)對此類機床的技術(shù)掌握情況和生產(chǎn)能力也都比較成熟。 正因為如此， 加之其在國擁有大量的市場空間， 金融危機爆發(fā)之前的產(chǎn)量較大。但從去年金融危機以后的總體情況來看， 國經(jīng)濟型數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力明顯過剩。最近中國機床工具工業(yè)協(xié)會的調(diào)研結(jié)果中得到的企業(yè)生產(chǎn)狀況顯示， 主要

2、生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控機床的企業(yè)受到的沖擊比較大， 尤其是一些產(chǎn)品檔次比較低、 產(chǎn)量比較大的企業(yè)受到的沖擊更大， 甚至出現(xiàn)部分企業(yè)限產(chǎn)的現(xiàn)象。 造成這種情況出現(xiàn)的主要原因還是因為市場需求在減少， 加上經(jīng)濟型數(shù)控機床的生產(chǎn)能力比較強， 生產(chǎn)企業(yè)比較多，競爭比較激烈，同時經(jīng)濟型車床、鉆床和銑床的出口量下降比較嚴(yán)重，部分產(chǎn)品出口轉(zhuǎn)銷， 進一步加劇了國市場競爭。 而對于產(chǎn)品檔次比較高的企業(yè)來說， 受到的沖擊就不是很明顯，特別是高精尖的高檔機床依舊是供不應(yīng)求。數(shù)控機床代表著機械制造業(yè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。目前，我國數(shù)控機床的發(fā)展不僅從技術(shù)水平上已研制出五坐標(biāo)的數(shù)控銑床加工中心， CNC系統(tǒng)和自動編程系統(tǒng)

3、等。同時，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控機床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都與世界上的先進國家有較大差距。 要達(dá)到世界先進水平， 迅速發(fā)展我國數(shù)控機床行業(yè)勢在必行。經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計的必然性： 數(shù)控機床能較好地解決形狀復(fù)雜、 精密、小批多變零件的加工問題。 能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率， 也具有適應(yīng)性強、 較高的加工精度。但是應(yīng)用數(shù)控機床還受到其它條件的限制。價格昂貴，一次性投資巨大，對于中小企業(yè)心有余而力不足。目前各企業(yè)都有大量的通用機床， 完全用數(shù)控機床代替根本不可能， 而且替代下來的機床閑置起來，又會造成浪費。在國，訂購新數(shù)控機床的交貨期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。通用數(shù)控機床對具體生產(chǎn)有多

4、功能。要較好地解決上述問題，應(yīng)走經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計之路。經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計的優(yōu)點： 經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計一般指對普通機床其某些部位做一定的設(shè)計，配上數(shù)控裝置，從而使機床具有數(shù)控加工能力，其目的有以下幾點：從提高資本效率出發(fā)， 改造閑置舊設(shè)備， 發(fā)揮機床的原有功能和改造后的新增功能，提高機床的使用價值。1為了提高生產(chǎn)效率進行數(shù)控改造。2為了適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)而進行數(shù)控改造。3為了使技術(shù)等級較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進行的設(shè)計。所有這些目的都圍繞提高機床的性能價格比， 用較少的價格， 得到較高的機床性能。因此，經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計具有以下優(yōu)點：易于對現(xiàn)有機床實現(xiàn)自動化，而

5、且專業(yè)性強，沒有多余功能。減少輔助加工時間，提高機床的生產(chǎn)效率。降低工人技術(shù)等級的要求。費用低，可充分利用原有機床設(shè)備。周期短，可滿足生產(chǎn)急需。由上所述，普通機床進行經(jīng)濟型數(shù)控設(shè)計是提高技術(shù)水平， 更新工藝設(shè)備的重要途徑之一，是使企業(yè)更好地完成計劃，滿足市場需求，提高經(jīng)濟效益的重要手段。因此這次設(shè)計主要進行的是 CK6163車床的機械部分（主軸箱、縱向進給機構(gòu)和橫向進給機構(gòu)） 和數(shù)控部分的設(shè)計， 其傳動系統(tǒng)利用電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動滾珠絲杠， 使拖板作精確的位移。2、本課題研究的主要容、設(shè)計目的、及研究方法2.1 、主要容本設(shè)計容是對 CK6163數(shù)控車床的機械部分設(shè)計和利用 MCS-51系列單片機

6、，對縱、橫向進給系統(tǒng)進給進行開環(huán)設(shè)計。 使其在縱向和橫向具有直線和圓弧插補的功能， 驅(qū)動元件采用電液脈沖馬達(dá)， 傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠， 使車床進行精確動作， 能進行外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的起動，停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。2.2 、CK6163數(shù)控車床設(shè)計的目的?針對題目使學(xué)生得到機械原理、機械設(shè)計、控制原理、CAD、微機原理、常規(guī)電氣控制原理、檢測技術(shù)等課程的綜合訓(xùn)練。?針對題目使學(xué)生掌握機械裝備工程設(shè)計的一般方法及一般規(guī)律， 獲得綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)知識解決

7、實際問題的方法、工作思路等主要方面的訓(xùn)練。? 培養(yǎng)學(xué)生獨立調(diào)查研究、科技檢索、方案論證、規(guī)化科技寫作等方面的能力2.3 、研究方法? 對現(xiàn)有文獻(xiàn)分析，查閱現(xiàn)有國外有關(guān)經(jīng)濟型數(shù)控車床的參考文獻(xiàn)資料，深刻理解現(xiàn)有數(shù)控車床控制系統(tǒng)的運動原理以及控制方法， 設(shè)計過程中充分借鑒現(xiàn)有的優(yōu)良結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新性設(shè)計。? 重視理論分析，認(rèn)真學(xué)習(xí)與數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的理論，對基本數(shù)控系統(tǒng)和機械結(jié)構(gòu)有十分的了解。? 提出兩種以上的設(shè)計方案，并進行探討選擇出最優(yōu)方案然后進行優(yōu)化。這個階段很重要，要時常與指導(dǎo)教師及其他老師共同探討。? 在前期充分論證的基礎(chǔ)上對其進行詳細(xì)設(shè)計， 主要對該機構(gòu)中的創(chuàng)新點及相關(guān)附件進行設(shè)計

8、，充分利用現(xiàn)有成形的機構(gòu)，不做無用功。? 設(shè)計時充分使用指導(dǎo)教師以及身邊其他技術(shù)人員的人力資源，不盲目設(shè)計。? 理論與實際相結(jié)合，力求設(shè)計滿足經(jīng)濟行和可行性要求，使設(shè)計真正滿足工程化的要求。3、課題設(shè)計的關(guān)鍵問題及系統(tǒng)總體方案的擬定3.1 課題設(shè)計的關(guān)鍵問題3.1.1 伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)都具有檢測裝置，伺服控制精度都比開環(huán)系統(tǒng)高，但系統(tǒng)造價也高于開環(huán)結(jié)構(gòu)且調(diào)試也不太容易。 而開環(huán)系統(tǒng)不帶檢測裝置， 指令是單方向傳送的， 結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單，符合經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工精度要求不高的性能。

9、 因此，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用電液脈沖馬達(dá)開環(huán)控制系統(tǒng)。圖 3.1 開環(huán)控制系統(tǒng)3.1.2 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用電液脈沖馬達(dá)經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠，確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，應(yīng)盡量減少摩擦力，而采用滾珠絲杠螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的結(jié)構(gòu)來提高傳動剛度，齒輪傳動也要采用清除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。電液脈沖馬達(dá)是指由步進電機和液壓伺服機構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。由步進電機接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號，把它轉(zhuǎn)換或角位移。 經(jīng)液壓隨動閥和油馬達(dá)組成的伺服機構(gòu)做功率放大后， 驅(qū)動機床工作臺或刀架， 使之進行精確定或作進給運動。電液脈沖馬

10、達(dá)具有角位移準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整圍廣等優(yōu)點。 是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。電液脈沖馬達(dá)廣泛應(yīng)用在自動控制、同步控制和各種數(shù)控機床上。圖 3.2 數(shù)控系統(tǒng)進給伺服系統(tǒng)控制框圖 3.2 、系統(tǒng)總體方案的擬定在點電機的驅(qū)動下， 通過變速機構(gòu)， 在主軸脈沖發(fā)生器的作用下， 通過倆個電液脈沖馬達(dá)各控制橫向和縱向的進給機構(gòu)。電機變 速 機主 軸 脈電液脈縱向進給機構(gòu)沖 發(fā) 生沖馬達(dá)器電液脈橫向進給機構(gòu)沖馬達(dá)3.3 系統(tǒng)總體方案框圖4、預(yù)期成果通過自己的不斷努力， 在指導(dǎo)老師的幫助下， 完成有關(guān)于數(shù)控硬件的電路的設(shè)計，以及相關(guān)問題的解決。（ 1）主要包括以下容：查閱 20 篇以上相關(guān)

11、文獻(xiàn)、資料（含外文） 、論文。（ 2）提交符合質(zhì)量要求的設(shè)計圖紙一套（ 3）要求設(shè)計資料書面、電子檔及光碟各一份。5、進度安排設(shè)計（論文）各階段名稱日期備 注查閱資料、調(diào)研（文獻(xiàn)資料）3.20 寫實習(xí)報告3.28開題報告3.30 完成開題報3.31告初步方案設(shè)計4.1 4.10分析階段系統(tǒng)設(shè)計草圖4.11 初步設(shè)計階4.30段關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1 5.10具體設(shè)計階段具體結(jié)構(gòu)設(shè)計5.11 設(shè)計總結(jié)階5.20段三維造型，繪制圖紙5.21 6.1圖紙繪制階段打印圖紙和完成畢業(yè)說明書，刻錄6.1 6.5答辯準(zhǔn)備階光盤段畢業(yè)答辯6.8 6.11答辯參考文獻(xiàn)1郭章信，建亭 CK6063 進給伺服系統(tǒng)對動態(tài)

12、性能影響分析工程學(xué)報2俊，紅根數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢智能化控制系統(tǒng)機床研究所3熊志強，德容 PLC 與單片機結(jié)合在自動車床控制中的應(yīng)用交通大學(xué)與電氣工程學(xué)院4 于東，郭銳鋒 數(shù)控機床中伺服系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展 中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所高檔數(shù)控國家工程中心5易紅，仇曉黎數(shù)控車床主軸箱計算機輔助裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)的研究東南大學(xué)機械工程系6 高國飛 . 任有志 , 應(yīng)用 PLC 技術(shù)實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng) (FMS)中運輸機構(gòu)的準(zhǔn)確定位 , 電氣傳動自動化， 2007，29 卷7 易紅，仇曉黎， 數(shù)控車床主軸箱計算機輔助裝配工藝系統(tǒng)設(shè)計的研究東南大學(xué)機械工程系8 成大先，機械設(shè)計手冊機械傳動，化學(xué)工業(yè)， 2004.19 蔡學(xué)熙 . 鄔城祺，現(xiàn)代機械設(shè)計方法使用手冊，化學(xué)工業(yè)， 2004.210成大先，機械設(shè)計手冊第四版，第3 卷，化學(xué)工業(yè)， 2002.111 戴枝榮 . 明遠(yuǎn)，工程材料，高等教育， 2006.312 濮良貴 . 紀(jì)名剛，機械設(shè)計第八版，高等教育， 2006.513 于駿一 . 鄒青，機械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機械工業(yè)， 2004.114 成大先，機械設(shè)計手冊常用設(shè)計資料，化學(xué)工業(yè)， 2004.115成大先，機械設(shè)計手冊第四版，第5 卷，化學(xué)工業(yè)，