C6150臥式車床數(shù)控化改造畢業(yè)論文.doc

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1、XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 XXXXXX大學(xué) 2016屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目: C6150臥式車床數(shù)控化改造 站 點(diǎn)： 年 級： 2014級 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： XX 指導(dǎo)老師： XXX 完成日期： 二O一六年

2、四月二十九日 C6150臥式車床數(shù)控化改造 內(nèi)容摘要 了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動信息程序所指定的順序自動執(zhí)行操作的過程。而計算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。它的優(yōu)點(diǎn)很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價格昂貴。由于我國現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動化程度低,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個問題,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。本次設(shè)計主要為縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造方案的確定，各零部件的設(shè)計。 關(guān)鍵詞 數(shù)控、車床、改造、縱向進(jìn)給

3、 Abstract to understand the concept of NC machine tool, the so-called digital control machine tool (cutter) is according to the process of sports information program specified order automatic operation. And the CNC machine is CNC machine tools to work in computer monitoring. It has many advantages,

4、can be on the same machine on a fixture can complete a plurality of operations, the advantages greatly improves the production efficiency, but it is expensive. Because our country now use the machine for the majority of ordinary lathe, the low degree of automation, to update the existing tools need

5、a lot of money. In order to solve this problem, in order to adapt to many varieties, small batch processing of parts we choose CNC machine tools of economic transformation. This design mainly for the design of vertical feed system, including the determination of retrofit scheme of longitudinal feed

6、system, the design of the parts. Keywords CNC, lathe, transformation, the longitudinal feed 目 錄 內(nèi)容摘要................................................................................................ …..... 1 前言…………………………………………………………… …………..…5 一、概述 5 （一

7、）數(shù)控發(fā)展簡史 5 （二）數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 7 （三）數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 8 （四）數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 10 （五）數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 13 （六）數(shù)控化改造的必要性及如何改造進(jìn)行論述 14 二、總體方案的制度與比較 19 （一）車床數(shù)控化改造的實(shí)踐準(zhǔn)備及資料收集 19 （二）數(shù)控化改造方案的制定 20 （三）C6150臥式車床數(shù)控化改造總體方案的比較與選擇 22 三、機(jī)械部分改造設(shè)計與計算 23 （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算 23 （二）脈沖發(fā)生器的選擇 28 （三）刀架的選用 29 （四）拖板箱 29 四、電氣控制的設(shè)計計算 29 （一）數(shù)控系統(tǒng)

8、基本硬件組成 29 （二）單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 30 （三）軟件系統(tǒng) 31 五、其它 32 （一）齒輪傳動消除間隙的方法 33 （二）潤滑與密封 34 結(jié)束語 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 前 言 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。經(jīng)改造后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展要求。 本次畢業(yè)設(shè)計中，我們對有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書籍、刊物進(jìn)行大量閱讀,收集了很多資料,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況，數(shù)控機(jī)床的組成及其工作原理，擴(kuò)

9、大了我們的知識面。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會對產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個必然的趨勢。同時，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。 一、 概 述 （一）數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。 　　6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上

10、，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 1、數(shù)控（NC）階段（1952～1970年） 　　早期計算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。 2、計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 　　

11、到1970年，通用小型計算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機(jī)的兩個最核心的部件--運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。 　　到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功

12、能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機(jī)的核心部件，故仍稱為計算機(jī)數(shù)控。 　　到了1990年，PC機(jī)（個人計算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。 　　總之，計算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機(jī)；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國外稱為PC-BASED）。 　　還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計算機(jī)數(shù)控"了。 （二）數(shù)控機(jī)床及其特

13、點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machine Tools）是指采用數(shù)字形式信息控制機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入計算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算以及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對運(yùn)動，加工出所需要的工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問題，是一種靈活的、高效能的自動化機(jī)床，尤其對于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來，采用數(shù)控機(jī)床有以下幾方面的好處： ①提高加工精度，尤其提高了同批零

14、件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； ②提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率3～5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生產(chǎn)率5～10倍； ③可加工形狀復(fù)雜的零件； ④減輕了勞動強(qiáng)度，改善了勞動條件； ⑤有利于生產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動化的發(fā)展。 然而，數(shù)控機(jī)床畢竟是一種高度自動化的機(jī)床，技術(shù)復(fù)雜，成本較高。在實(shí)際采用時，一定要充分考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前，選用數(shù)控機(jī)床時主要考慮以下三種因數(shù)：即單件、中小批量的生產(chǎn)；形狀比較復(fù)雜，精度要求高的加工；產(chǎn)品更新頻繁，生產(chǎn)周期要求短的加工。凡是符合這三種因素之一的情況，采用數(shù)控機(jī)床，對于改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、減輕工人勞動強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效益等，都會獲得顯著的

15、效果（三）數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 1. 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍： 根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及國內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，一般可按適用程度將零件分為三類： （1）最適用類 1）形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用機(jī)床無法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件。 2）用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件。 3）有難測量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件。 4）必須在依次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸或螺紋等多工序的零件。 （2）較適用類 1）在通用機(jī)床加工時極易受人為因素（如：情緒波動、體力強(qiáng)弱、技術(shù)水平高低等）干擾，零件價值又高，一旦質(zhì)量失控會造成重大經(jīng)濟(jì)損失的零件； 2

16、）在通用機(jī)床上加工時必須制造復(fù)雜的專用工裝的零件。 3）需要多次更改設(shè)計后才能定型的零件。 4）在通用機(jī)床上加工需要作長時間調(diào)整的零件。 5）用通用機(jī)床加工時，生產(chǎn)率很低或體力勞動強(qiáng)度很大的零件。 （3）不適用類 1）生產(chǎn)批量大的零件。 2）裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件。 3）加工余量不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐標(biāo)位置的零件。 4)必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。 2.數(shù)控機(jī)床的加工精度： 看一臺機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法),就是一臺高精度機(jī)床，在0.0

17、05mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。 超精密加工目前是指尺寸和位置精度為0.01～0.3μm，形狀和輪廓精度為0.003～0.1μm，表面粗糙度鋼件Ra≤0.05μm、銅件Ra≤0.01μm。國內(nèi)研制的超精密數(shù)控車床、數(shù)控銑床已投入生產(chǎn)使用。當(dāng)前在品種上需發(fā)展超精密磨床和超精密復(fù)合加工機(jī)床，同時要進(jìn)一步提升超精密主軸單元、超精密導(dǎo)軌副單元、超精密平穩(wěn)驅(qū)動系統(tǒng)、超精密輪廓控制技術(shù)及納米級分辨率數(shù)控系統(tǒng)的性能并加快其工程化。 超精密機(jī)床主要用于解決國內(nèi)高新技術(shù)和國防關(guān)鍵產(chǎn)品的超精密加工，雖然需求量不很大，但它是一項受國

18、外技術(shù)封鎖的敏感技術(shù)。另一方面，超精密加工技術(shù)的深化研究，它的成果的下延將有助于需要量大的加工精度在亞微米級的高精密機(jī)床的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。 在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0.01μm)。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的mtbf值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的mtbf值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 （四）數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 1.實(shí)用性。選購數(shù)控機(jī)床時，企業(yè)要有明確的目的和出發(fā)點(diǎn)，首先考慮的是數(shù)控機(jī)床的實(shí)用性。 　　(1)數(shù)控機(jī)床規(guī)

19、格、精度的實(shí)用性。在選擇數(shù)控機(jī)床時,首先應(yīng)確定數(shù)控機(jī)床上加工的典型零件。零件的尺寸決定機(jī)床的加工范圍；零件關(guān)鍵部位的精度決定了所選機(jī)床的精度等級。機(jī)床精度的評定指標(biāo)較多，因數(shù)控機(jī)床類別而異,但共有的關(guān)鍵項目是定位精度、重復(fù)定位精度以及綜合加工精度。定位精度與傳動鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤差。這些指標(biāo)既反映了伺服機(jī)構(gòu)的剛度,也說明了位置反饋測量系統(tǒng)的質(zhì)量。重復(fù)定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點(diǎn)的穩(wěn)定性，傳動鏈剛性直接影響重復(fù)定位精度。綜合加工精度指最后加工出來的工件尺寸與所要求尺寸之間的誤差。選購時應(yīng)避免盲目追求高精度，注意機(jī)床

20、精度與工件精度相匹配。 　　(2)數(shù)控系統(tǒng)功能的實(shí)用性。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能, 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。除基本功能以外, 數(shù)控系統(tǒng)還為用戶提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜, 而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中, 性能差別很大,價格也相差數(shù)倍，所以要根據(jù)加工要求和機(jī)床性能的需要來選擇。從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測、操作方式、接口形式和故障診斷等方面來衡量, 合理地選擇適合機(jī)床的可選功能,放棄可有可無或不實(shí)用的可選功能。比如，自動換刀裝置(ATC) 是加工中心的基本特征，ATC裝置的投資往往占整機(jī)的30%～50%。因此在滿足使用

21、要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的ATC, 以提高機(jī)床的可靠性和降低整機(jī)的價格。應(yīng)當(dāng)注意，單獨(dú)簽訂合同購買附件的單價大大高于隨同主機(jī)一起供貨的附件單價,應(yīng)盡可能在購買主機(jī)時一并購置部分易損部件及其他附件。 2.經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是指選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下, 所支付的“錢”最少或較為合理的。經(jīng)濟(jì)性往往是和實(shí)用性緊密相連的, 機(jī)床選得實(shí)用、經(jīng)濟(jì), 可避免不必要的浪費(fèi), 避免以高代價換來功能過多而又不實(shí)用的較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，避免在操作使用、維護(hù)保養(yǎng)等諸多方面帶來困難。 　　數(shù)控機(jī)床的設(shè)計使用壽命一般為7年, 主要以數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)。同時還得考慮市場占有率, 市場占有率高的數(shù)

22、控設(shè)備說明是旺銷產(chǎn)品, 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定, 一般不會有太多的質(zhì)量問題。 選購數(shù)控機(jī)床應(yīng)考慮投資回報, 能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是好機(jī)床。因為數(shù)控機(jī)床的主要優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)工序集中，從而提高生產(chǎn)率和加工精度，所以數(shù)控機(jī)床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。多數(shù)中小型企業(yè)購買的數(shù)控機(jī)床用于批量生產(chǎn)，因為批量生產(chǎn)不僅節(jié)省編程、對刀等輔助時間，提高機(jī)床利用率；而且對操作者的技術(shù)要求不高，人工費(fèi)用也相對較低。所以用于大批量生產(chǎn)的機(jī)床投資回報較快。少數(shù)產(chǎn)品附加值高，具有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力的企業(yè)，為了生產(chǎn)組織方便而購買用于單件生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床。機(jī)床利用率較低時，不僅要考慮設(shè)備的使用費(fèi)用，比如潤滑油、冷卻

23、液、電力消耗等，還要計算設(shè)備折舊。另外一個不可忽視的因素是設(shè)備的貶值，數(shù)控機(jī)床的升級、更新較快，同配置的一臺機(jī)床，現(xiàn)在售價40萬，三年后可能降至35萬，這樣算起來貶值和折舊一樣不可忽視。所以沒有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低的中小型企業(yè)，在購置貴重數(shù)控設(shè)備之前，一定要充分研究收回投資的周期。有些企業(yè)事先確定較穩(wěn)定的批量加工意向，甚至已經(jīng)接到訂單，選購機(jī)床時要求機(jī)床廠為其準(zhǔn)備工裝、編制程序、培訓(xùn)工人，即所謂“交鑰匙”工程，這是投資數(shù)控機(jī)床最理想的情況。 3. 穩(wěn)定可靠性。數(shù)控設(shè)備的可靠性是廣大數(shù)控設(shè)備用戶必須關(guān)心的焦點(diǎn)問題, 因此在選用數(shù)控設(shè)備時應(yīng)注意生產(chǎn)廠家的規(guī)模和市場占有率, 確認(rèn)其產(chǎn)品是否達(dá)到

24、國家規(guī)定的平均無故障時間標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)定為500h)。目前多數(shù)機(jī)床廠都采購成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進(jìn)行組裝。國內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控系統(tǒng)有日本FANUC、德國的西門子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直線導(dǎo)軌、主軸又分別來自德國和臺灣等地。所以機(jī)床的主要零部件的質(zhì)量一般是可靠的，需要重點(diǎn)考察的是數(shù)控機(jī)床組裝企業(yè)的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是否健全,服務(wù)隊伍的素質(zhì)是否能勝任工作,服務(wù)能否及時,是否能履行承諾等。 （五）數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 1.繼續(xù)開放式，基于PC的第六代發(fā)展方向，基于PC的所具有的開放性的成本，高可靠性，軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家會走上這條路，至少采用PC機(jī)作為他

25、的前端機(jī)來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)絡(luò)通訊等問題，由原有的系統(tǒng)擔(dān)任數(shù)控的任務(wù)，PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。 2.向高速化和高精度發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度發(fā)展方向的需要。 3.向智能化方向發(fā)展 隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷深入和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）自適應(yīng)控制技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中的一部分重要信息，并自動調(diào)整好系統(tǒng)的有關(guān)系數(shù)，達(dá)到改進(jìn)整個系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 （2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，將熟練工人和專家的經(jīng)驗以及加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng)

26、。 （4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動裝置，可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。 （六）數(shù)控化改造的必要性及如何改造進(jìn)行論述 我國目前機(jī)床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機(jī)床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是

27、役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 2.如何進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造 （1）國外改造業(yè)的興起：在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處

28、在黃金時代，由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個”永恒”的話題,我國的機(jī)床改造業(yè)也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新行業(yè)，在美國、日本和德國用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名公司有：bertsche工程公司，orgbon機(jī)床公司等。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改造業(yè)，從事改裝的公司有：大限工程集團(tuán)，山本工程公司等。 （2）數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn) 1）減小投資額，交貨期短，同購置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60%~80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低，特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯，一般大型機(jī)床改造，只要新機(jī)床購置費(fèi)

29、用的1/3，交貨期短，但有些情況比較特殊。如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工費(fèi)錢，往往改造成本提高2~3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)約50%左右。 2）機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限制，所利用的床身、立柱等機(jī)床件都是重而堅固的鑄造件，兒不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高，質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年，但是受到后來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 3）可采用最新的控制技術(shù)，可充分利用現(xiàn)有的條件，可以利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，不必像購入新設(shè)備時那樣需要重新構(gòu)建地基。 4）可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改

30、造成為今水平的機(jī)床。 3. 數(shù)控系統(tǒng)的改造型 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，即步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)，異步電動機(jī)或直流電動機(jī)拖動，當(dāng)檢測量反饋的閉環(huán)系統(tǒng)以及交/直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)系統(tǒng)這三種。 （1）步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電動機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)電液脈沖馬達(dá)等，由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠幅驅(qū)動執(zhí)行部件，只需控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動的位移量，速度和運(yùn)動方向，這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)

31、系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低易改裝成功。 （2）異步電動機(jī)或直流電動機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是，由光柵感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時與給的的值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定速度向著消除偏差的方向運(yùn)動，直到給定位置與反饋的實(shí)際值差距等于零為止，閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)，設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難，但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更

32、大的特性指標(biāo)，可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求決定是否采用這樣系統(tǒng)。 （3）交/直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置，它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)內(nèi)部部分元件的誤差，因此它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都比閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件的安裝問題，當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)線數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，如珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是依據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度，驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求。 4、數(shù)控化改造中主要部件的改造探討 一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計上要達(dá)到：有高的靜動態(tài)剛度，運(yùn)動幅之間的摩

33、擦系數(shù)小，傳動無間隙，功率大，便于操作和維修，機(jī)床數(shù)控改造時，盡量達(dá)到上述要求，不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其達(dá)到一定的設(shè)計要求，才能得到預(yù)期的改造目的。 （1）滑動導(dǎo)軌幅對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有的普通車床的導(dǎo)向和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)，同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。 （2）齒輪幅一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高，在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動，因而改造時，機(jī)床只要齒輪必須

34、滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床的加工精度。 （3）滑動絲杠和滾珠絲杠，絲杠的傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度，絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和0拖動扭矩要求，以保證機(jī)床的加工精度，一般情況滑動絲杠不低于6級，螺母間隙過大則應(yīng)更換螺母，采用滑動絲杠相對滾珠絲杠摩擦損失小、效率高，其傳動效率可在90%以上，精度高、壽命長，啟動力距和運(yùn)動時力距相近，因此可以滿足較高精度、零件加工要求。 （4）安全防護(hù) 改造效果必須以安全為前提，在機(jī)床改造中，要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，滾珠絲杠是精密元件，工作時要嚴(yán)防灰塵，特別是切削及硬沙粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也可以加整體鐵板防護(hù)罩，大托板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩

35、端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動面損傷導(dǎo)軌。 二、總體方案的制度與比較 （一）車床數(shù)控化改造的實(shí)踐準(zhǔn)備及資料收集 在車床數(shù)控化改造這個工程設(shè)計之前進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)。在這期間，接觸了大量的數(shù)控化改造實(shí)例，使我對車床數(shù)控化改造有了初步了解。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對數(shù)控裝備的要求。 在工程設(shè)計課題接到手后，借閱了大量關(guān)于普通機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的書籍，通過借閱這些書籍，了解了普通車床的基本性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過與成型數(shù)控車床進(jìn)行比較，明確了設(shè)計任務(wù)。 （二）數(shù)控化改造方案的制定 通過閱讀資料及參觀成熟數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，初步擬定以下三個總體改造方案。 一）方

36、案一，此方案考慮到盡可能保留車床原有功能，減化改造量，做好以下幾個方面工作。 1. 機(jī)械部分改造：保留原車床的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，也保留了原有車床的尾座及車身部分，但為了減化操作量，將原車床的刀架換為電動刀架。為了便于加工螺紋和絲桿，避免加工螺紋或絲桿時發(fā)生亂扣現(xiàn)象，在主軸箱內(nèi)配置了與主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號，輸送給計算機(jī)處理。 拆除原進(jìn)給箱中進(jìn)給傳動鏈內(nèi)容，改用步進(jìn)電機(jī)作動力源，經(jīng)齒輪減速組傳遞動力，驅(qū)動滾珠絲杠，帶動刀架作縱向進(jìn)給，由此構(gòu)成簡易的開環(huán)控制系統(tǒng)。 拆除原刀架，安裝電動刀架，以減少操作量，實(shí)現(xiàn)自動化控制。 2. 數(shù)控裝置的設(shè)計 此方案中采用MCS-51系列中單片機(jī)作

37、為核心芯片，設(shè)計了一個能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)運(yùn)算的數(shù)控系統(tǒng)，它能完成設(shè)計任務(wù)書中要求的各項功能。 3. 方案一的初步評價 此方案保留了原有車床結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了小部分改造。改造周期短，見效快、成本低是此方案的亮點(diǎn)，但其自動化控制程度低，一般適用于生產(chǎn)線上工序較穩(wěn)定的零件的加工。 二）方案二 此方案改動量較大，主要做了以下幾點(diǎn)改造： 1.機(jī)械方面：要求主運(yùn)動能實(shí)現(xiàn)自動變速，采用液壓拔叉和電磁離合器實(shí)現(xiàn)自動變速。保留了原車床的尾座及床身部分。 采用電動刀架，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位換刀，提高加工效率，減少輔助時間。 采用液壓尾座、液壓卡盤，實(shí)現(xiàn)工件的快速夾持，以利于提高生產(chǎn)率。 其他機(jī)械方面的改造與

38、方案一相似，不再贅述。 2.數(shù)控方面：選用成熟的華中系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件合理配置來實(shí)現(xiàn)控制功能。 3.方案二的初步評價 此改造方案實(shí)現(xiàn)了車床的全自動化控制，無論是從提高生產(chǎn)率方面考慮，還是從減輕工人勞動強(qiáng)度方面考慮均有極大優(yōu)勢。 但它對原車床改動量太大，必然使其改造周期延長，改造費(fèi)用大幅上升，改造的經(jīng)濟(jì)性下降，影響它的實(shí)施。 三）方案三 為進(jìn)一步提高機(jī)床的性能，解決機(jī)械有級變速的附加問題，形成了方案三。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服電機(jī)作主電機(jī)替代原主電機(jī)，并配置相應(yīng)的變頻調(diào)速裝置，以此實(shí)現(xiàn)寬范圍無極平滑變速，其它機(jī)械方面與設(shè)計方案二相同。 方案三的初步評價 此方案對原車床的機(jī)械部

39、分改動過大，拆除的部分過多，外購件太多，使得改造費(fèi)用大幅上升，周期長、見效慢，使改造的經(jīng)濟(jì)性下降，一般中小型企業(yè)不宜采用。 （三）C6150臥式車床數(shù)控化改造總體方案的比較與選擇 此次設(shè)計是在普通車床上增加數(shù)顯裝置，增加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成NC車床。這設(shè)計到機(jī)械改造方面和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)置兩大方面的問題，并帶來附加的電氣與液壓控制系統(tǒng)的更改及設(shè)計問題。 綜合上述對三個總體方案的初步評價，方案一有以下幾方面的優(yōu)勢： 1.機(jī)械方面： 方案一在機(jī)械方面保留了原車床上大部分部件，這樣不僅保留了原車床的加工工藝范圍，并在配置了簡單數(shù)控系統(tǒng)的條件下，進(jìn)一步擴(kuò)大了加工工藝范圍，在低投入的情況下，達(dá)到了

40、較好的改造經(jīng)濟(jì)性。 適合于中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)普通車床NC化。 2.數(shù)控配置方面 方案一在數(shù)控配置上采用MCS-51系列中8031單片機(jī)做成簡易數(shù)控系統(tǒng)，與機(jī)械方面對軟件控制系統(tǒng)的要求達(dá)成統(tǒng)一。二方案二方案三對數(shù)控系統(tǒng)的要求過高，可能造成數(shù)控資源閑置，降低改造經(jīng)濟(jì)性。 3.人文方面 對操作者而言，方案一機(jī)械部分改動較少，操作者熟悉原機(jī)床，便于操作維修，降低了對操作者的技術(shù)要求。由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用時只需短時間培訓(xùn)，縮短了培訓(xùn)時間，見效快。 4.經(jīng)濟(jì)性方面 由于方案一在機(jī)械改造方面改造量小，外購件少，可降低改造費(fèi)用，縮短改造周期，交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。

41、 綜合上述優(yōu)勢，選定方案一為C6150臥式車床數(shù)控化改造方案。 三、機(jī)械部分改造設(shè)計與計算 （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算 已知條件： 工件工作臺重量：W=100kgf=1000N (根據(jù)圖紙粗略計算) 時間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=6mm 行程： S=900mm 脈沖當(dāng)量： 縱向δp1 =0.01mm/step 步距角： α=0.75/step 快速進(jìn)給速度： Vmax=2m/ min 1.切削力計算： 由《機(jī)床設(shè)計手冊》可知，切削功率NC=NηK

42、 式中：電動機(jī)功率N=5.5KW η：一般為0.75~0.8 取η=0.75 K：進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.95 則NC= NηK =5.50.750.95=3.92KW 又因為 由《金屬切削原理》可知，主切削力： 查表得：CFI=188kg.f/mm2=1880Mpa XFI=1 YFI=0.75 KFI=1 則再計算FI如表7-1所示： 表 1 FI

43、計算結(jié)果 ap(mm) 3 3 3 4 4 4 5 5 5 f(mm) 0.4 0.5 0.6 0.4 0.5 0.6 0.4 0.5 0.6 FI(N) 2837 3352 3845 3182 5127 4785 5589 6408 當(dāng)FI=5953.5N時，切削深度ap=5mm,走刀量f=0.6mm,以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。 從《機(jī)床設(shè)計手冊》中可得知，在一般外圓車削時： Fx =(0.1~0.6) FI FY= (0.15~0.7) FI 取Fx =0.5 FI=0.55953

44、.5=2976.8N FY=0.6 FI =0.65953.5=3572.1N 2.滾珠絲杠的設(shè)計計算 由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計》中式（6-3）知，綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力：P=KFx+F′(FI +W) 式中 K=1.15 F′=0.150.18 取為0.17 則 P=1.152976.8+0.17(5953.5+1000) =4605.4N 1) 強(qiáng)度計算： 壽命值： 取工件直徑D=100mm,查表6-6 得Ti=15000h 查表6-7 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fW=1.2 查表6-8 硬度系數(shù)fH=

45、1.0 則 根據(jù)最大動荷Q的可供選用的滾珠絲杠副型號有： W3006 WCh2506 WiL3006 WiL2506 WD3006 N3006 Nch3006 NL3000 ND3006 ND3506 選擇內(nèi)循環(huán)，螺紋式預(yù)緊，基本導(dǎo)程L0=6mm NL3006型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母副： D0=30 螺旋升角λ=339′，C=1600kgf 2) 效率計算 根據(jù)《機(jī)械原理》中公式（5-5），知絲杠副的傳動效率： 式中摩擦角，螺旋升角 3) 剛度驗算 滾珠絲杠在受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （6-13） 式中 彈性模

46、量E,對鋼E=21106N/cm2 L0=6mm=0.6cm 滾珠絲杠截面積 滾珠絲杠因扭矩作用而引起的導(dǎo)程變化量△L1很小，可忽略。 即△L=△L1。 所以， 查表6-9知，一級精度絲杠允許的螺距誤差為15μm/m，故剛度足夠。 4）穩(wěn)定性驗算 滾珠絲杠的兩端裝推力軸承，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不必驗算。 3.齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算 1）有關(guān)齒輪計算 傳動比 2)轉(zhuǎn)動慣量計算：（以下用及公式見表6-30） 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量： 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量： 式中——圓柱零件的直徑（）; ——零件軸向長度（）

47、。 忽略電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，則總的轉(zhuǎn)動慣量： 3）所需轉(zhuǎn)動力距計算 式中T——時間常數(shù) 當(dāng)n=nmax時，Mamax=Ma 當(dāng)n=nt時，Ma=Mat 故快速空載啟動所需力矩： 4.步進(jìn)電機(jī)的選擇 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電動機(jī)的確定 Mq___電機(jī)啟動力距 ML0___電動機(jī)靜負(fù)載力距 啟動力距取為 為滿足最小步距要求，三相六拍工作方式 查表T-2知： 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 綜合考慮，查表選用

48、130BF001型直流步進(jìn)電動機(jī)，可滿足使用要求 （二）脈沖發(fā)生器的選擇 加工螺紋或絲桿時，也保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動一個導(dǎo)程，須配置主軸脈沖發(fā)生器作為主軸位置信號的反饋元件，脈沖發(fā)生器，采用同軸安裝，接膠管柔性聯(lián)接意在實(shí)現(xiàn)角位移信號傳遞的同時，又能吸收車床主軸的部分振動，從而使主軸脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，信號傳遞準(zhǔn)確，其聯(lián)接方式如下圖： 脈沖發(fā)生器安裝時須注意： ①小心輕放，不能有較大的沖擊和振動以防損傷光柵盤。 ②車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速以免損壞脈沖發(fā)生器。 （三）刀架的選用 拆除原手動刀架和小托板，安裝由微機(jī)控制的四位電動刀架，自動換刀裝置應(yīng)

49、滿足換刀時間短，刀具復(fù)定位精度高，刀具存儲量大，刀座占地面積小及安全可靠等特點(diǎn)。在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造時，多采用外購直動轉(zhuǎn)位刀架（螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架）。 自動轉(zhuǎn)位刀架能自動完成抬起、回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位、下降、定位、和壓緊。 刀架的抬起利用壓縮彈簧的恢復(fù)力，利用螺紋傳動，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成軸向直線運(yùn)動，從而達(dá)到刀架的抬起。 刀架的回轉(zhuǎn)采用微電機(jī)通過蝸桿渦輪使刀架抬起到一定高度時，由撥塊帶動刀架轉(zhuǎn)動。刀架的選位由刀架位置的偏碼和微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。 刀架的下降采用微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于斜面銷的齒輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)，只是下降，壓緊刀架的壓緊力由微機(jī)下降到位后繼續(xù)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生。 （四）拖板箱 拆除原

50、拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱上裝有固定滾珠絲桿的螺母，并在內(nèi)部設(shè)儲油箱和手壓泵用于潤滑絲桿副。 四、電氣控制的設(shè)計計算 （一）數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞不直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件由電路概括起來由以下幾部分組成： ① 中央處理單元CPU ② 總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB）,地址總線（AB）和控制單元（CB） ③ 存儲器：包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫存貯器。 ④ I/O輸入/輸出接口電路。 其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)

51、行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，總線是CPU與存儲器，接口以及其它轉(zhuǎn)換電路鏈接的紐帶是CPU各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。 MLS-51系列單片機(jī)在我國機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較為普遍，其配套芯片低廉，普及性通用性強(qiáng)，制造方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造需要。本方案對C6150的數(shù)控化改造以8031組成的單片機(jī)作為數(shù)控控制系統(tǒng)。 （二）單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計 1、主要的技術(shù)特性及硬件配置 中央處理器為8301CPU，系統(tǒng)時鐘為12MHZ，存貯器選用8片8K8位的2764 L=

52、PKOM和8K8位的6264K4M，監(jiān)控程序和各功能模塊程序固化在2764一塊EPKOM內(nèi)。剩下的一片EPKOM芯片內(nèi)用于存放常用零件的加工程序。這樣安排的好處是更換零件加工程序時，只需更換一塊芯片即可。調(diào)試程序和運(yùn)行程序的中間數(shù)據(jù)也存放在6264內(nèi)。 I/O接口芯片選用2片8155,2#8155的PA口作為輸出口，向L291輸出Z向電機(jī)的速度，指令PCD也定為輸出口，向其中P0~P2用于微處理，對Z向電機(jī)速度反饋速度的轉(zhuǎn)向信號。P3~P1用于對X向電機(jī)反饋信號。PB口定義為輸出口向L2P1輸出X向電機(jī)的速度指令。1#8155的PA口PB口定義為輸入口，用于鍵盤信號的輸入。 2、存儲器空間

53、的分配 8000H~8FFFH EPROM 存放監(jiān)控程序 9000H~9FFFH EPROM 存放功能模塊程序 6000H~7FFFH EPROM 存放常用零件加工 4000H~5FFFH SRNM 程序 3、 I/O地址分配 地址 芯片名稱 1FOOH~1FFFH 8155 (1) BFOOH~BFFFH 8155 (2) 8155內(nèi)部寄存器編址 名稱 8155（1）

54、 8155（2） 命令狀態(tài)寄存器 1FF8H OBFF8H PA口 1FFYH OBFF9H PB口 1FFAH OBFFAH PC口 1FFBH OBFFBH 定時器低8位寄存器 1FFCH OBFFCH 定時器高6位寄存器 1FFDH OBFFDH 和2位定時方式寄存器 三、軟件系統(tǒng) 本系統(tǒng)通過軟件來

55、實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，使其完成加工中要求的正反轉(zhuǎn)及傳動速度。系統(tǒng)軟件的設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要模塊如下： 下面介紹其中幾個主要模塊的設(shè)計思想 1.顯示模塊 本系統(tǒng)在零件加工過程中顯示加工零件的段號及加工剩余步數(shù)，顯示模塊的功能顯示上述內(nèi)容。在調(diào)用該模塊前要顯示的數(shù)據(jù)已寫入顯示緩沖區(qū)。其流程圖如圖1。 2.鍵盤掃描模塊 該模塊功能：識別是否有鍵按下。如有則進(jìn)行鍵譯碼，找出按下的鍵，若無鍵，按下返回鍵。經(jīng)鍵譯碼如是數(shù)字鍵按下則將鍵值送顯示緩沖區(qū)，若為功能鍵按下則轉(zhuǎn)到對應(yīng)的服務(wù)程序。程序流程圖見圖2。 3.圓弧插補(bǔ)模塊 該模塊的功能完成圓弧插補(bǔ)計算，入口參數(shù)：K1、

56、R2分別為動點(diǎn)Kij的坐標(biāo) ，Ui物態(tài)為圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo) 為動點(diǎn)K的偏差，初值為出口參數(shù)，A中，為 坐標(biāo)運(yùn)算完成，標(biāo)志置1，系統(tǒng)中圓弧加工分8個走向，由圓弧加工的數(shù)控字中給出確定圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)的橫向步數(shù)和縱向步數(shù)。并且給出步數(shù)表示的計數(shù)長度，偏差計算為負(fù)值時，走縱向電機(jī)步進(jìn)支路，縱向步數(shù)遞增，偏為正，走橫向電機(jī)步進(jìn)支路，橫向步數(shù)，計數(shù)長度遞減。 4. 步進(jìn)電機(jī)控制模塊 該模塊功能是判斷步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，然后按順序輸出控制脈沖。 五、其它 （一）齒輪傳動消除間隙的方法 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，如果齒輪幅存在間隙，反向時就會使進(jìn)給運(yùn)動滯后于指令系統(tǒng)，從而影響加工精度，

57、因此必須采用措施消除齒輪傳動幅中的間隙，以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度。 1.直齒圓柱齒輪傳動間隙消除方法 （1）偏向軸承調(diào)整法，在這種消除間隙的方法中，其中一個齒輪裝在偏心套上，通過轉(zhuǎn)動偏心套相對齒輪的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。 （2）軸向墊片調(diào)整法：兩個嚙合的齒輪，其分度圓齒厚沿軸線方向略有錐度，利用軸向墊片使其中一個齒輪沿軸向移動，從而消除兩齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。裝配時墊片厚度應(yīng)使得兩齒輪之間既消除間隙，又運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。 （3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 這種方法可消除一對相嚙合齒輪的齒側(cè)間隙，其中一個是寬齒輪，另一個是由兩片

58、齒輪組成，安裝時，使一片齒輪的齒左側(cè)及另一片齒輪的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪的齒槽左右兩側(cè)，并用螺釘彈簧力使兩片齒輪緊固。正轉(zhuǎn)時，另一片齒輪與寬齒輪嚙合，傳遞動力和運(yùn)動。這樣錯齒后就消除了齒側(cè)間隙，正反轉(zhuǎn)時不會出現(xiàn)間隙。 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法的結(jié)構(gòu)有螺釘固定式的，有 向彈簧式的等，本設(shè)計中就采用了第三種方法消除間隙。 2.斜齒圓柱齒輪和直齒錐齒輪間隙消除方法 斜齒圓柱齒輪和直齒錐齒輪傳動件，消除齒側(cè)間隙的原理，基本與上述直齒圓柱齒輪的消防方法相似。其結(jié)構(gòu)形式有利于雙片齒輪錯齒調(diào)整法和軸向壓簧調(diào)整法，可根據(jù)數(shù)控機(jī)床的使用要求合理地選取和設(shè)計。 （二）潤滑與密封 潤滑的作用是減少摩擦，降低

59、溫升，并與密封裝置一起保護(hù)軸承不受到外物的損失與腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負(fù)荷。如果選擇的合適，可以降低軸承的工作溫度和延長使用壽命。 滾動軸承的潤滑基于彈性流體動力潤滑理論。滾動體和滾道接觸處壓強(qiáng)很高，會產(chǎn)生接觸變形。接觸區(qū)是一小塊面積的接觸，而不是一條線或一個點(diǎn)的接觸。潤滑劑在高壓下坐壓縮，粘度急劇升高。瞬時局部高粘度的油可以在接觸區(qū)形成油膜，把滾動體和滾道隔開。滾動體與滾道的接觸面積很小，所以需要的潤滑劑也很少。 滾動軸承可以用潤滑脂或潤滑油潤滑。在速度較低時，用脂潤滑比用油潤滑溫升低，速度較高時用油潤滑較好。 密封主要就是防止油外泄和塵埃屑末等進(jìn)入。

60、 結(jié)束語 本研究的主要目標(biāo)是解決繁重的體力勞動和費(fèi)工、費(fèi)時等問題，提高機(jī)械化水平。 經(jīng)過廣泛的調(diào)研，同時參照同類機(jī)具的設(shè)計方法和經(jīng)驗，形成了自己的設(shè)計思路和方案。 由于時間和加工條件等限制，該機(jī)械改造還存在一些問題未來得及進(jìn)一步改善。同時建議通過進(jìn)一步的試驗研究，不斷優(yōu)化，提高其工作效率，實(shí)現(xiàn)最大化和生產(chǎn)過程的機(jī)械化。 參考文獻(xiàn) [1].羅永順主編,機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5； [2].廖效果、朱啟逑主編，數(shù)字控制機(jī)床，-武漢：華

61、中科技大學(xué)出版社，2006.7； [3].顧維邦主編，金屬切削機(jī)床概論，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.7； [4].孔凡才編著，自動控制原理與系統(tǒng)（第三版），-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7； [5].張新義主編，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.7； [6].陳嬋娟主編，車床設(shè)計，-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.3； [7].關(guān)穎主編，數(shù)控應(yīng)用技術(shù)，-成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.8； 致謝 本課題的主要任務(wù)是完成對普通車床的數(shù)控化改造，它是一項繁瑣的工作。我的任務(wù)主要包括主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的

62、改造設(shè)計，通過改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。 應(yīng)該來說，對普通車床的數(shù)控化改造具有一定的經(jīng)濟(jì)性和可行性。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率還較低。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，提高機(jī)床的數(shù)控化率是機(jī)械制造的發(fā)展方向。 在設(shè)計過程中，我們也學(xué)到了很多東西，我們通過查閱大量的資料，把所學(xué)的知識應(yīng)用到設(shè)計中，這樣既溫故了我們在大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識，又培養(yǎng)了我們一種獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，對今后的工作必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 在這次的畢業(yè)設(shè)計中，得到了指導(dǎo)老師xxx的全力指導(dǎo)，衷心感謝指導(dǎo)老師對我的精心指導(dǎo)！ - 37 -