1、CK6163數(shù)控車床控制系統(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，國際機(jī)床市場不斷下滑，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(jì)型數(shù)控機(jī)床是國內(nèi)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，生產(chǎn)企業(yè)對此類機(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?，加之其在國?nèi)擁有大量的市場空間， 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)以后的總體情況來看， 國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè) 的生產(chǎn)能力明顯過剩。最近中國機(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

2、顯示，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)槭袌鲂枨笤跍p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，競爭比較激烈，同時(shí)經(jīng)濟(jì)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)內(nèi)銷，進(jìn)一步加劇了國內(nèi)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(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，CNC系統(tǒng)和

3、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)床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都 與世界上的先進(jìn)國家有較大差距。 要達(dá)到世界先進(jìn)水平，迅速發(fā)展我國數(shù)控機(jī)床行業(yè) 勢在必行。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 來的機(jī)床閑置起來，又會(huì)造成浪費(fèi)。在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)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(jī)床對

4、具體生產(chǎn)有多功能。要較好地解決上述問題，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)：易于對現(xiàn)有機(jī)床

5、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余功能。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、本課題研究的主要內(nèi)容、設(shè)計(jì)目的、及研究方法2.1、主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)內(nèi)容是對CK6163數(shù)控車床的機(jī)械部分設(shè)計(jì)和利用 MCS-51

6、系列單片機(jī)，對 縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給進(jìn)行開環(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，使車床進(jìn)行精確動(dòng)作，能進(jìn)行 內(nèi)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)控車床設(shè)計(jì)的目的? 針對題目使學(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(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

7、礎(chǔ)知識解決實(shí)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(dú)立調(diào)查研究、科技檢索、方案論證、規(guī)范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)有國內(nèi)外有關(guān)經(jīng)濟(jì)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(yùn)動(dòng)原理以及控制方法，設(shè)計(jì)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(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)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)上對其進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要對該機(jī)構(gòu)中的創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)附

8、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)鍵問題伺服系統(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(jià)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(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度 要求不高的性能。因

9、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)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，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

10、準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。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(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，通過變速機(jī)構(gòu)，在主軸脈沖發(fā)生器的作用下，通過倆個(gè)電液 脈沖馬達(dá)各控制橫向和縱向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。3.3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(jì), 以及相關(guān)冋題的解決。(1) 主要包括以下內(nèi)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)資料書面、電子檔及光碟各一份

11、。5、進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（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 3.28寫實(shí)習(xí)報(bào)告開題報(bào)告3.30 3.31完成開題報(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 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)說明書，刻錄 光盤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，劉建亭CK6063進(jìn)給伺服系統(tǒng)對動(dòng)態(tài)性能影響分析安陽工程學(xué)報(bào)2 張俊，魏紅根數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢智能化控制系統(tǒng)北京機(jī)床研究所3 熊志強(qiáng)，陳德容P

12、LC與單片機(jī)結(jié)合在自動(dòng)車床控制中的應(yīng)用上海交通大學(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)的現(xiàn)狀及發(fā)展中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所高檔數(shù)控國家工程中心易紅，仇曉黎數(shù)控車床主軸箱計(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)手冊一機(jī)械傳動(dòng)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004.12004.29 蔡學(xué)熙.鄔城祺，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法使用手冊，化學(xué)工業(yè)出版社,10 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四版，第 3卷，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.111 戴枝榮.張明遠(yuǎn)，工程材料，高等教育出版社，2006.312 濮良貴.紀(jì)名剛，機(jī)械設(shè)計(jì)第八版，高等教育出版社，2006.513 于駿一.鄒青，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.114 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊一常用設(shè)計(jì)資料，化學(xué)工業(yè)出版社，2004.115 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四版，第 5卷，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.116 成大