CNC数控车床-横向进给系统.doc

1 前言 1.1 数控技术的发展概况 20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了进60年。它经历60年的2个阶段和6代的发展历程： 第1阶段是硬件数控（NC）））①提高加工零件的精度，稳定产品的质量。 ②能完成普通机床难完成或更本不能加工的复杂零件加工。 ③生产率高。 ④对产品改型设计的实用性强。 ⑤有利于制造技术向综合自动化方向发展，数控机床是机械加工自动化的基本设备，是新一代生产技术柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统的基本工作单元。 1.5中国数控机床的发展 中国数控机床制造业在20世纪80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型并有许多厂家生产经济型微型数控机床。但总体来说，技术水品不是很高，质量不佳，所以在20世纪90年代初期，面临国家经济由计划经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力下降50%。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。中国的数控化低，已有数控机床利用率低、开动率低，这是发展中国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。 2 总体设计方案 要设计数控车床，首先要对数控机床进行分类 2.1数控机床的分类 由于设计的要求，数控机床在本设计中只对伺服系统的类型进行分类。数控装置发出的指令信号（脉冲或电压），通过伺服驱动机床部件运动，按照控制方式不同，伺服系统分为三类： 2.1.1开环系统 开环进给系统为无位置检测系统。如图2.1所示系统的驱动元件主要是步进电机或电液压马达。该系统的特点是，只按照数控系统的指令进行工作，而对执行的结果，即移动部件的实际移动，不进行监测和反馈。 开环系统结构简单，调试、维修、使用都很方便，工作可靠，成本低廉。但精度差，低速不平稳，高速扭矩小。一般用于轻载、负载变化不大的或经济型数控车床上。 图2.1 开环伺服系统 2.1.2闭环系统 闭环伺服系统是误差控制随动系统。如图2.2所示系统是由位置比较环节、伺服驱动放大器、伺服电动机、机械传动装置和位移监测装置组成。 闭环伺服系统的工作原理是，当数控系统发出唯一指令后，经过伺服电机、机械传动装置驱动移动部件移动，直线位置检测装置把检测到的位移量反馈到位置比较环节，与输入信号进行比较，将误差补偿到控制指令中，再去控制伺服电机。 图2.2 闭环伺服系统 2.1.3半闭环系统 半闭环伺服系统介于开环伺服系统和闭环伺服系统之间，精度比开环伺服系统高，调试比闭环伺服系统简单、容易、成本也较闭环低是一般数控常用的一种伺服系统，目前这种伺服系统适用于大型数控机床。简化图如图2.3 图2.3 半闭环系统 2.2总体设计的方案 本次设计是对C616型普通机床进行数控改造，利用微机改造现在的普通机床，主要解决的问题是： （1）如何把普通车床机械运动中进给和刀架转位的手工控制，改造成由计算机控制刀架的自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。由于是经济型的数控车床改造，所以要考虑的在满足设计的基本要求后，尽可能的少的改动普通车床，以降低改造成本。 （2）在一般加工过程中，开环伺服系统控制的精度即可满足经济型数控车床要求。所以，在次改造中，大体可确定为采用开环伺服控制系统。 选择了开环伺服控制系统，那就是必须选择步进电动机作为驱动装置。为提高传动系统中的传动精度，本次设计采用滚珠丝杠进行传动；为降低改造难度，改造过程中直接把进给箱中的齿轮拿出来，换上步进电机，把车床X轴用步进电机和滚珠丝杠进行驱动，运用微机对步进电机进行控制。这样数控机床进给系统的改造部分就解决完成。 为了完成螺纹加工，首先必须解决两个问题：1、一般螺纹加工经过几次切削才能完成，为了防止乱扣，再次进刀的位置必须相同。2、主轴每转一周螺纹车刀必须在X轴向精确的进给一个螺距。后者，运用步进电机可解，前者可以通过脉冲发生器的同步信号来解决。经济型数控车床如果车螺纹必须按照主轴的旋转而产生进给运动。在车螺纹时，主轴脉冲发生器产生一个同步信号，所以每次切削前，就扫描同步信号，信号到来开始切削，否则等待。这样就保证每次切削的始点位置在工件圆周的某一点的位置上。 在设计控制系统时，也要充分考虑耐用性和经济性，计算机虽然功能强大，但由于不经济和抗干扰能力不强，所以不能选用。所以选用功能充足和抗干扰能力强的单片机的扩展来组成控制系统。数控机床的方案简化图如下图2.4 图2.4 传动方案 3横向进给系统 3.1横向进给系统的设计 经济型数控车床横向进给系统的改造设计过程比较简单，一般是将步进电机经过减速处理后，通过齿轮和滚珠丝杠的驱动，使刀架横向移