CA6150普通机床的主传动系统数控技术改造设计

横向装配图

目录
目录- 1 -
摘要- 3 -
Abstract - 4 -
第1章绪论- 5 -
1.1数控技术的发展趋势- 6 -
1.2对我国数控技术及其产业发展的基本估计- 10 -
1.3对我国数控技术和产业化发展的战略思考- 11 -
第二章数控机床系统总体设计- 13 -
2.1总体方案设计内容- 13 -
2.2总体方案确定- 13 -
第3章进给系统设计计算- 15 -
3.1选择脉冲当量- 15 -
3.2计算切削力- 15 -
3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型- 16 -
3.4齿轮进给齿轮箱传动比计算- 26 -
3.5步进电机的计算和选型- 27 -
第4章微机数控系统的设计- 33 -
4.1微机数控系统的设计纲要- 33 -
4.1.1硬件电路设计- 33 -
4.1.2软件电路设计- 34 -
4.2 8031单片机及其扩展- 34 -
4.2.1 8031单片机的简介- 34 -
4.2.2 8031单片机的系统扩展- 35 -
4.2.3存储器扩展- 38 -
4.2.4 I/O口的扩展- 40 -
4.3步进电机驱动电路- 41 -
4.3.1脉冲分配器（环行分配器） - 41 -
4.3.2光电隔离电路- 42 -
4.3.3功率放大器- 42 -
4.3.4其他辅助电路- 43 -
4.4数控系统的软件设计- 44 -
4.4.1软件脉冲分配器- 44 -
4.4.2逐点比较法插补程序- 47 -
4.4.3步进电机升降速软件设计- 49 -
第5章数控机床零件加工程序- 52 -
第6章总结与展望- 54 -
参考文献- 55 -
致谢- 56 -

摘要
本课题来源于生产实践。将CA6150型普通机床改造成经济型数控机床，应能实现CA6150机床原有功能，在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。由于该设计是经济型数控改造，在考虑具体方案时，应遵守的基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证同轴度，提高传动精度。改造后的经济型数控机床不但实现了CA6150型普通机床的原有功能，而且在机床的加工精度、性能、自动化程度等方面也有所提高，利用数控方法可以准确地加工任意面的旋转体。它满足了现代加工工艺的要求,提高了劳动生产率，大大降低了工人的劳动强度，给企业带来了巨大的经济效益。
关键词：CA6150 、经济、机床、步进电机

2.1总体方案设计内容
接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计。
机床数控系统总体方案的拟定包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。
一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。
一、系统运动方式的确定
数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。
二、控制方式的选择
系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。
经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。开环控制系统中，没有检测反馈装置，数控装置发出的信号的流程是单向的，也正是由于信号的单向流程，它对机床移动部件的实际位置不做检测，所以机床加工精度要求不太高，其精度主要取决于伺服系统的性能。开环伺服系统主要由步进电机驱动。这类机床工作比较稳定，反应迅速，调试和维修都比较简单。
2.2总体方案确定
（1）、系统的运动方式伺服系统的选择
由于改造后的经济型数控机床应具备定位，直线插补，顺、逆圆弧插补，暂停，循环加工，公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑达到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。
（2）、数控系统
根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高，可靠性好，功能强，速度快，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
（3）、机械传动方式
为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿轮间隙的结构。
系统总体方案框图如下：

主传动系统装配图

纵向装配图

电路原理图