毕业设计（论文）-基于单片机的CK6163数控车床控制系统设计.docx

中文摘要本文主要是利用单片机对CK6163数控车床的控制系统进行设计，使其能够被改造成现在市场上所需要的经济型车床。本设计的CK6163数控车床，是采用两个步进电机对机床的X轴和7.轴进行进给系统的控制。本设计采用逐点比较法进行直线和圆前插补，最终能实现对外圆、惟度、螺纹、端面等的自动加工控制，能对纵向和横向进给运动的行程和速度进行自动控制。降低了劳动强度，实现并增强其自动化加工、稳定质量、提高工效和适用性。依据典型的工艺数据，首先应对系统的机械部分进行必要的设计，包括主传动系统的设计、回转刀架的选择和进给系统的确定等。再对控制部分进行设计，包括通过对电机的选型确定骑动元件，对控制硬件和软件的选择进行电路图的绘制和程序的编写，最终实现车床的自动控制。基于MCS51单片机对电机的控制系统进行设计，从而实现对整个控制系统的确定设计.关健词数控机床控制系统步进电机MCS51单片机外文摘要Tit1.eDeSignOfCK6163CNCIatheCOntrO1.SyStembasedOnSingIeChiPmicrocomputerAbstractThispapermain1.yusesasing1.echipmicrocomputertodesignthecontro1.systemofCK6163CNC1.athe,wichcanbetransformedintoIheeconomica1.1.athethatisnce<iedinthemarketnow.ThedesignedCK6163CNC1.atheiscontro1.1.edbytwosteppingmotorsfortheXandZaxisofthemachinetoo1.ThisdesignUSESthestraight1.ineandarcinterpo1.ationpointbypointcomparisonmethod,fina1.1.ycanrea1.izeexterna1.circu1.ar,taper,screw,endautomaticprocessingcontro1.,whowi1.1.takecareofthe1.ongitudina1.andtransversefeedmotionstrokeandspeedforautomaticcontro1.Itreducestheintensityof1.abor,rea1.izesandenhancesitsautomation,stabi1.ity,efficiencyandapp1.icabi1.ity.Basedontypica1.processdata,thefirstresponsetothemechanica1.partstomakethenecessarydesign,inc1.udingthedesignofthemaintransmissionsystem,se1.ectionofrotarytoo1.restandthedeterminationoffeedsystem,etc.Againtodesigncontro1.part,inc1.udingthroughthemotorse1.ectiondeterminethedrivinge1.ement,these1.ectionofcontro1.hardwareandsoftwareofcircuitdiagramdrawingandwritingoftheprogram,fina1.1.yrea1.izestheautomaticcontro1.ofmachinetoo1.Thedesignofthecontro1.systemofIhemotorbasedonMCS51sing1.echipisdesignedtorea1.izethedesignofthewho1.econtro1.system.Keywords:CNCmachinetoo1.s,contro1.systems,steppermotors,sing1.e-chip目录第1章绪论11.1 数控车床介绍I1.2 数控车床发展历史和国内发屣现状41.3 本课题的意义5第2章设计任务与方案确定71. 1设计内容72. 2设计技术参数83. 3数控系统总体方案设计8第3章纵向进给传动部件的计算和选型103.1切削力的计算103. 2滚珠丝杠螺母副的计算和选型111. 2.1精度的选择113. 2.2统杠导程的确定114. 2.3最大工作载荷的计算115. 2.4最大动载荷的计算126. 2.5滚珠丝杠螺母副的选型127. 2.6滚珠丝杠副的支承方式123. 3同步带减速机构设计133. 3.1传动比的确定134. 3.2传递功率的估算133. 3.3选择带型和节距143. 3.4确定带轮齿数和节圆直径144. 4.本章小结15第四受伺服系统的设计164.1 控制系统的选择164.2 纵向步进电机的计算175. 2.1纵向步进电机的选择1843横向步进电机的计算194. 3.1横向步进电机的选择204.4本章小结21第五章控制系统硬件设计225.1 MCS.51芯片介绍221 .1.1.单片机的主要特点245 .2.2.单片机应用245.28255A芯片的应用255.3单片机I/O扩展电路设计及功能265.4 光电隔离电路275.5 键盘功能控制电路275.6显示驱动电路295.7串口通信接口电路305.8其它相关电路31第六章控制系统软件设计及仿真326.1Kei1.软件介绍326.2Proteus软件应用326.3程序设计及调试326.4Ui翼36第七章结论38参考文献39致谢41第1章绪论1.1 数控车床介绍数控车床是数控机床的一种，数控机床主要有:个方面的加工优势，分别为加工效率高、加工精度高以及加工产品性能高0正由于这些方面的优势，数控机床应用广泛，主要用于加工那些普通机床加工不了的结构纪杂、精度高I1.加工数量较少的零件。这样在提升产品质量和性能结构的同时，还能够得到最大程度的经济效益。数控机床种类繁多，该课题设计的数控车床就是其中的种，另外还包括铳床、磨床、钻床等等，这些也都是平时在加工时经常遇到的机床。本设计主要是对数控车床的控制系统进行设计。数控机床在进行加工时，主要是将事先编写好的程序输入到数控装置中，再经过分析转变成相应的指令，输出到控制系统中，以达到自动化加工的H的。因此，加工程序起到决定性作用，程序如果产生错误，会导致整个加工过程的失败，并且在编写程序时，还需要考虑到其它各种加工因素，比如加工的整体路线、加工时相关具体参数、刀具的加工转换和其他一些辅助功能等等.将这些因素都结合之后，最终按照一定的格式编写加工程序单.程序媪写好之后，需要将这些程序输入到机床的数控装理中，从而指挥机床进行零件的加工，指挥车床进行自动加工。而输入工作方式乂可分为两种方式，第种是在输入的同时进行加工，顾名思义，就是在输入下一个程序时，前个程序已经在进行加工，第二种是将程序次性输入,将其偏存在数控装置的储存罂中，当需要加工时再将其调用出来，数控机床在进行零件加工时，不需要人为操作，只需通过改变程序既能改变加工步骤，路线，进而达到加工不同零件的目的，既方便又实用。(1)数控机床的工作原理在介绍之前，必须对数控编程的主要过程作必要的了解。基本步臊如下图11所示-Ig1.工*过1.1.r1.¾h图1-1数控编程的步骤由上图可知，数控机床在对零件进行加工时，主要是将事先编写好的程序输入到数控装置中，（程序在编写时难免会出现错误，而数控系统在进行加工之前会对其进行分析检查，出现错误的程序系统会发出警告，进行修改，而有些程序是在加工过程中被发现,这就需要停止工作，仔细检查修改,最终确保程序正确J修改检查无误后数控系统会输出相应的指令再经过分析转变成相应的指令，输出到控制系统中，控制机床的各项运动，比如主轴的运动、刀具的自动交换、加工路线的选齐等其他的一些基木操作。使机床对工件按照所给程序中的正确顺序和矶迹进行加工和停止。而在数控车床不断的加工过程中，要不断的进行检查以使刀具和工件处在所要求的相对位置。这样便能加工出符合要求的产品。其加工工件过程图如F图1-2所示:图1-2数控机床工作原理（2）数控机床的组成数控机床主要由五部分组成，其组成框架如下图1-3所示：下表IT面是对其组成的详细介绍。图13数控机床的加成框图表11数控机床各组成简要介绍名称介绍及功能控制介质数控机床在进行工件作业时，一般都是自动加工，不需要人为的操作，达到这一目的就必须在数控机床之间搭造一种必要的联系，控制介质就是建立这种联系的中间媒介物。它记录岩工件的加工步骤.本设计配有键盘和数码管进行控制显示。数控装置作为数控机床的“心脏”。数控装巴是机床的控制装置，其主要功能有很多，其中包括：多坐标控制：补偿功能：程序的修改功能：插补功能等等。伺服系统伺服系统，就是将数控装置上所接受到的指令进行接受，来浜动机床执行机构运动的驱动机构。在每个执行部件上面，都会相应的配上一套伺服系统,它的作用就相当于一个人的双手，对工作台进行精确的操作使我能够按照一定的运动轨迹进行相对运动，加工出最后的零件。测量反馈装置测量反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，没有这一装置的系统称为开环控制系统。它的功能是检测数控机床轴的运动速度和位移，以达到对CNC设备的信息反馈。本设计选用的控制系统为开环控制系统，因此不需要该测量反馈装置。机床本体机床本体，顾名思义，就是数控机床的主体.开始时一直沿用的普通机床。随着数控技术的不断发展，传统的机床结构已经不能够达到技术性能的要求，因为其切屑用量大，连续作业导致发热都会影响加工精度。因此，数控机床必须简化机械传动结构，使其设计相较于普通机床更加的完善，加工的精密要求比一般机床更加苛刻。为J'能使数控机床的功能得到最大程度的发挥，数控机床除主体（包括床身、主轴、进给机构等）之外，还应该需要一些配套设备，比如辅助运动设备、液用气动系统、冷却装置和其他部分。（3）数控机床加工特点：1）可以加工更杂的零件，如包含必要的瓠线，曲面等:2）能够使加工的自动化得到提高：3）加工精度高;4）能终是工序得到集中，降低r工件的频繁移动：5）极大提高了加工效率，缩短生产周期：6）节省劳动力，降低了劳动强度；7）适用于中小批员生产。1.2 数控车床发展历史和国内发展现状1952年，第一台数控铳床在美国诞生，他的问世，代表了数控机床时代的来临，也代表着整个世界的机械行业向自动化发展的开始。但由于当时科学技术的局限性，那时的数控装置普遍都是一些体积大、价格高的电子管元件，只在一小部分领域得到了应用，来加工所需要的复杂工件，并未得到广泛的应用。1959年，晶体管元件和电路板的出现，推动J'数控技术的发展，历史上称这一出现为数控装置的第二代，主耍由r具体积有所减少，价格也有很大的下降。1965年,集成电路数控装四被发明出来，这是个里程碑的发现，代表若数控装置的第三代。相比于前两代的，该数控装置集合了它们的所仃优点，并在此基础上得到了进步的加强，价格更加便宜，性能更加优越，极大的促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，第四代计算机数控系统(CNC)出现。1974年，又出现了第五代微型计算机控制装置，其性能相较于前几代，有着飞跃性的提升，且体积更小，相当于