數控車床系統結構改造設計書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 定的實用性。 刀架設計方案的擬定經總體設計方案的論證后，確定的CA6140的車床經濟型數控改造的總體方案示意圖如下圖所顯：刀架改成由微機控制，經電機驅動的自動轉位刀架。為保持切削螺紋的功能，需安裝主軸脈沖發生器。微機光電阻隔微電機刀架光阻編碼器光電阻隔功率放大功率放大光電阻隔功率放大變頻調速電 機步 進電 機步 進電 機主 軸縱向工作臺橫向工作臺 圖33總體方案設計圖第三章 系統的硬件設計 臥式車床數控改造應將原機床的普通手動轉位刀架替換成自動轉位刀架。自動轉位刀架由數控系統控制，效率高，工藝性能可靠。根據所加工零件的工藝要求及機床控制方式確定自動刀架的刀位數和刀架類型。 數控車床刀架的基本要求數控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結構和性能體現了機床的設計和制造技術水平，所以有如下要求：①轉位準確可靠，工作平穩安全；②按最短線路就近選擇，轉位時間短；③重復定位精度高；④防水、防屑，密封性能優良；⑤夾緊剛性高，適宜重負荷切削。 數控車床刀架結構圖61 自動轉位刀架大致尺寸圖 工作原理 自動轉位刀架工作原理如圖62所示，微電機經彈簧安全離合器至渦輪副帶動螺母旋轉，螺母抬起刀架使定位用的端齒盤的上盤與下盤分離，隨即帶動刀架旋轉到位。然后發信號使電機反轉鎖緊，完成刀架換位后，再進行切削加工。其具體過程是：當微機發出換刀信號后，刀架控制器中繼電器動作，電動機正轉驅動渦輪蝸桿減速機構， 螺桿升降機構使上刀架上升, 當上刀架上升到一定高度時，離合轉盤 起作用，帶動上刀體旋轉。刀架上端的發信盤中對應每個刀位都安裝一個霍爾元件，當 ( 1電機；2固定安裝絲杠；3安全離合器；4刀架)上刀體旋轉到某一刀位時，該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉過程中，發信盤不斷的向數控系統反饋刀位信號。數控系統將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較，當兩信號相同時，說明上刀體已旋轉到所選刀位。此時，數控系統立即控制刀架控制繼電器使電動機反轉，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在活動銷反靠作用下，螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數控系統發出轉位完成信號，切斷電源，電機停轉，完成選刀過程。 刀架的安裝 圖63 刀架的安裝尺寸該刀架安裝時，需先拆除原機床上的小拖板和原刀架，然后把電動刀架置于中拖板上。此時，刀架高度應使車刀前刀面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調整其高度。然后，卸掉刀架電動機風扇罩殼，逆時針方向轉動電動機，使上刀體相當于下刀體轉動450左右。打裝螺孔，再用內六角螺栓將刀架與中拖板固定，固定時應注意，將刀架的兩側面分別與車床縱向和橫向的進給方向平行。電動刀架與系統的連線應如下安裝：沿橫向工作臺右側面先走線到車床后面，再沿車床后導軌下方拉出一鐵絲滑線，走線到系統。其好處在于:避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、切削液以及其它雜物磕碰電動刀第四章 系統的軟件設計我們知道在經濟型數控車床上加工螺紋或絲杠時，須培植主軸脈沖發生器（即編碼盤）作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉動，發出主軸轉角位置變化信號，輸送到計算機。 光電編碼器工作原理脈沖編碼器是一種旋轉式脈沖發生器，它把機械轉角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。編碼盤按一定的編碼形式如二進制編碼，二十進制編碼等，將一個圓盤分成若干等 份，并利用電子、光電或電磁器件， 把代表被 圖71 脈沖發生器測位移的個等份上的數碼轉換成便于應用的二進制或其它表達方式。脈沖編碼器分為光電式、接觸式和電磁感應式三種。就精度與可靠性來講，光電式脈沖編碼器優于其它兩種。數控機床上只用光電式脈沖編碼器。由霍爾效應構成的電磁感應式脈沖發生器也有作速度檢測元件用。(如上7—1圖)(b) 步進電機頻率對編碼盤的限制在使用主軸脈沖發生器時，受到步進電機頻率的限制。如采用1000的工作頻率，加工3螺距的螺紋時，步進電動機頻率為300，而主軸脈沖發生器頻率為100060=60000，所以車床主軸轉速=100060/300=200，即車床主軸轉速不得超過200轉；如將主軸脈沖發生器的頻率提高到2000 ，轉速也僅達到400。由此可見，當螺距越大時，允許的車床主軸轉速也就越低。 編碼盤的安裝編碼盤的安裝一般有兩種方式，即同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝的結構簡單，聯接方便，但安裝后不能加工穿出主軸孔的較長的工件；而異軸安裝無此缺陷?？紤]到這一點，本設計為使改造設計的車床具有較強的通用性，決定采用異軸安裝的方式來安裝編碼盤。如圖72中，編碼盤通過傳動比為1：1的同步齒形帶與主軸聯系起來。工作時，編碼器與主軸同步旋轉，數控裝置控制進給步進電機準確地配合主軸的旋轉而產生進給運動。保證主軸每轉一轉， 螺紋車刀移動一個螺紋導程，同時還保證每次走刀都在工作的同一點切入，而不亂扣。 圖72 增量式編碼盤安裝示意圖 單片機和主機（PC機）的連接串行通信是CPU與外界交換信息的一種基本通信方式。單片機用語數據采集時，往往作為前端機安裝在工業現場，遠離主機，現場必須采用串行通信方式發往主機進行處理，以降低通信成本，提高通信可靠性。51系列彈片機自身有全雙工的異步通信接口，實現串行通信很是方便。片機和PC的串行通信接口電路圖如下： 圖89 單片機和PC機的串行通信接口圖中MAX232完成TTLEIA的電平轉換。在PC機內接有PC16550（和8250兼容）串行接口、EIATTL的電平轉換和RS232C連接器，除鼠標占用一個串行口以外，還留有兩個串行口給用戶，這就是COM1（地址3F8H~~3FFH）和COM2（地址2F8H~~2FFH），通過這兩個口，可以連接MODEM和電話線互聯網 ，也可以連接其他通信設備，如單片機，仿真機等。 8031單片機接口的擴展 在使用單片機的實時控制系統中，往往需要通信的外部設備或者控制對象比較多，單片機本身的I/O口無法滿足要求，因而需要擴展I/O口。擁護可以把MCS51的64KB數據存儲器地址空間的一部分（例如0DH~~FFH）作為外部I/O的地址空間，CPU向仿問外部RAM單元一樣讀寫擴展的I/O 口。圖810 8031單片機的接口擴展 鍵盤/顯示器接口芯片8279 8279是intel公司為其8位微處理器配套