CK6163數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、CK6163數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、本課題的項(xiàng)目背景及研究意義 金融危機(jī)爆發(fā)以來(lái)，國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)不斷下滑，國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)也受到了相 當(dāng)大的影響，產(chǎn)銷(xiāo)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(shì)，略 微回升，但研究應(yīng)對(duì)策略依舊是當(dāng)務(wù)之急。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展的 起步產(chǎn)品，發(fā)展時(shí)間比較長(zhǎng)，生產(chǎn)企業(yè)對(duì)此類(lèi)機(jī)床的技術(shù)掌握情況和生產(chǎn)能力也都比 較成熟。 正因?yàn)槿绱?，加之其在?guó)擁有大量的市場(chǎng)空間， 金融危機(jī)爆發(fā)之前的產(chǎn)量 較大。但從去年金融危機(jī)以后的總體情況來(lái)看， 國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能 力明顯過(guò)剩。最近中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的調(diào)研結(jié)果中得到的企業(yè)生產(chǎn)狀況顯

2、示， 主 要生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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?yàn)槭袌?chǎng)需求在減少， 加上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力比較強(qiáng)， 生產(chǎn)企 業(yè)比較多，競(jìng)爭(zhēng)比較激烈，同時(shí)經(jīng)濟(jì)型車(chē)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(xiāo)，進(jìn)一步加劇了國(guó)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。而對(duì)于產(chǎn)品檔次比較高的企業(yè)來(lái)說(shuō)，受 到的沖擊就不是很明顯，特別是高精尖的高檔機(jī)床依舊是供不應(yīng)求。 數(shù)控機(jī)床代表著機(jī)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(guó)數(shù)控機(jī) 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， C

3、NC系統(tǒng)和自動(dòng)編 程系統(tǒng)等。同時(shí)，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都 與世界上的先進(jìn)國(guó)家有較大差距。 要達(dá)到世界先進(jìn)水平，迅速發(fā)展我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè) 勢(shì)在必行。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的必然性：數(shù)控機(jī)床能較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多 變零件的加工問(wèn)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(qiáng)、較高的加工 精度。但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還受到其它條件的限制。 價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，對(duì)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(jī)床， 完全用數(shù)控機(jī)床代替根本不可能，而且替代下 來(lái)的機(jī)床閑置起來(lái)，又會(huì)造成浪費(fèi)。 在國(guó)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨期一般較長(zhǎng)，往往不能

4、滿足生產(chǎn)急需。 通用數(shù)控機(jī)床對(duì)具體生產(chǎn)有多功能。 要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)之路。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)一般指對(duì)普通機(jī)床其某些部位 做一定的設(shè)計(jì)，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力，其目的有以下幾點(diǎn)： 從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功 能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。 1 ?為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數(shù)控改造。 2 ?為了適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。 3 ?為了使技術(shù)等級(jí)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(jìn)行的設(shè)計(jì)。 所有這些目的都圍繞提高機(jī)床的性能價(jià)格比， 用較少的價(jià)格，得到

5、較高的機(jī)床性 能。因此，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 易于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，沒(méi)有多余功能。 減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。 降低工人技術(shù)等級(jí)的要求。 費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。 周期短，可滿足生產(chǎn)急需。 由上所述，普通機(jī)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)計(jì)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(jì)劃，滿足市場(chǎng)需求，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。 因此這次設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的是 CK6163車(chē)床的機(jī)械部分（主軸箱、縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)）和數(shù)控部分的設(shè)計(jì)，其傳動(dòng)系統(tǒng)利用電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠， 使 拖板作精確的位移。 2、本課題研究的

6、主要容、設(shè)計(jì)目的、及研究方法 2.1、 主要容 本設(shè)計(jì)容是對(duì)CK6163數(shù)控車(chē)床的機(jī)械部分設(shè)計(jì)和利用 MCS-5係列單片機(jī)，對(duì)縱、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給進(jìn)行開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)。使其在縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)的功能， 驅(qū) 動(dòng)元件采用電液脈沖馬達(dá)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠，使車(chē)床進(jìn)行精確動(dòng)作，能進(jìn)行外 圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機(jī)床主軸的起動(dòng)，停止和變 速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動(dòng)控制。并具 有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動(dòng)循環(huán)機(jī)能。 2.2、 CK6163數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)的目的 ? 針對(duì)題目使學(xué)生得到機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制原理、 CAD微機(jī)原

7、理、常規(guī)電 氣控制原理、檢測(cè)技術(shù)等課程的綜合訓(xùn)練。 ? 針對(duì)題目使學(xué)生掌握機(jī)械裝備工程設(shè)計(jì)的一般方法及一般規(guī)律， 獲得綜合運(yùn)用所 學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的方法、工作思路等主要方面的訓(xùn)練。 ? 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立調(diào)查研究、科技檢索、方案論證、規(guī)化科技寫(xiě)作等方面的能力 2.3、 研究方法 ? 對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)分析，查閱現(xiàn)有國(guó)外有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的參考文獻(xiàn)資料，深刻理解 現(xiàn)有數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)原理以及控制方法， 設(shè)計(jì)過(guò)程中充分借鑒現(xiàn)有的優(yōu) 良結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。 ? 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(duì)基本數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)有 十分的了解。 ? 提出兩種以上的設(shè)

8、計(jì)方案，并進(jìn)行探討選擇出最優(yōu)方案然后進(jìn)行優(yōu)化。這個(gè)階段 很重要，要時(shí)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(duì)其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)， 主要對(duì)該機(jī)構(gòu)中的創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)附 件進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有成形的機(jī)構(gòu)，不做無(wú)用功。 ? 設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)。 ? 理論與實(shí)際相結(jié)合，力求設(shè)計(jì)滿足經(jīng)濟(jì)行和可行性要求，使設(shè)計(jì)真正滿足工程化 的要求。 3、課題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及系統(tǒng)總體方案的擬定 3.1課題設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)分為開(kāi)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(cè)裝置，伺服控

9、制精度都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)高，但系統(tǒng)造價(jià)也高于開(kāi) 環(huán)結(jié)構(gòu)且調(diào)試也不太容易。而開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不帶檢測(cè)裝置，指令是單方向傳送的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡(jiǎn)單，符合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度 要求不高的性能。因此，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用電液脈沖馬達(dá)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 圖3.1開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 為實(shí)現(xiàn)機(jī)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(dòng)絲杠，確保數(shù)控 系統(tǒng)的傳動(dòng)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(shí)， 為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的結(jié)構(gòu)來(lái)提高傳動(dòng)剛度， 齒輪傳動(dòng)也要采 用清除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 電液脈沖馬達(dá)是

10、指由步進(jìn)電機(jī)和液壓伺服機(jī)構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。由步進(jìn)電 機(jī)接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，把它轉(zhuǎn)換或角位移。經(jīng)液壓隨動(dòng)閥和油馬達(dá)組 成的伺服機(jī)構(gòu)做功率放大后，驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)或刀架，使之進(jìn)行精確定或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 電液脈沖馬達(dá)具有角位移準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整圍廣等優(yōu)點(diǎn)。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別 是開(kāi)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(dòng)控制、 同步控制和 各種數(shù)控機(jī)床上 圖3.2數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制框圖 3.2、系統(tǒng)總體方案的擬定 在點(diǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)變速機(jī)構(gòu)，在主軸脈沖發(fā)生器的作用下，通過(guò)倆個(gè)電液 脈沖馬達(dá)各控制橫向和縱向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 3.

11、3系統(tǒng)總體方案框圖 4、預(yù)期成果 通過(guò)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(jì), 以及相關(guān)冋題的解決。 (1) 主要包括以下容：查閱20篇以上相關(guān)文獻(xiàn)、資料(含外文)、論文。 (2) 提交符合質(zhì)量要求的設(shè)計(jì)圖紙一套 (3) 要求設(shè)計(jì)資料書(shū)面、電子檔及光碟各一份。 5、進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng) 日期 備注 查閱資料、調(diào)研（文獻(xiàn)資料） 3.20 ? 3.28 寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告 開(kāi)題報(bào)告 3.30 ? 3.31 完成開(kāi)題報(bào) 告 初步方案設(shè)計(jì) 4.1 ?4.10 分析階段 系統(tǒng)設(shè)計(jì)草圖 4.11 ? 4.30 初步設(shè)計(jì)階

12、段 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1 ?5.10 具體設(shè)計(jì)階 段 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.11 ? 5.20 設(shè)計(jì)總結(jié)階 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(shuō)明書(shū)，刻錄 光盤(pán) 6.1 ?6.5 答辯準(zhǔn)備階 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(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響分析 工程學(xué)報(bào) [2] 俊，紅根 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)——智能化控制系統(tǒng) 機(jī)床研究所 [3] 熊志強(qiáng)，德容PLC與單片機(jī)結(jié)合在自動(dòng)車(chē)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(jī)床中伺服系統(tǒng)

13、的現(xiàn)狀及發(fā)展 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所高 檔數(shù)控國(guó)家工程中心 ⑸易紅，仇曉黎數(shù)控車(chē)床主軸箱計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究 東南大學(xué) 機(jī)械工程系 [6] 高國(guó)飛.任有志,應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)（FMS）中運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確定位, 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2007, 29卷 [7] 易紅，仇曉黎，數(shù)控車(chē)床主軸箱計(jì)算機(jī)輔助裝配工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究 東南大學(xué) 機(jī)械工程系 [8] 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)一機(jī)械傳動(dòng)，化學(xué)工業(yè)， 2004.1 [9] 蔡學(xué)熙.鄔城祺，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法使用手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)， 2004.2 [10] 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版，第 3卷，化學(xué)工業(yè)，2002.1 [

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