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目錄
任務(wù)書
開題報告
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)人評語
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱人評語
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會記錄
摘要…………………………………………………………………………………….1
前言……………………………………………………………………………………2
第一章 概論…………………………………………………………………………..3
一、 系統(tǒng)發(fā)展史……………………………………………………………………3
二、 國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的狀況分析……………………………………………………3
三、 數(shù)控系統(tǒng)能發(fā)展趨勢…………………………………………………………4
四、 數(shù)控機(jī)床的改造的必要性……………………………………………………5
五、 數(shù)控化改造的空間……………………………………………………………6
六、 數(shù)控機(jī)床改造的效益分析……………………………………………………7
第二章 普通機(jī)床的數(shù)控化改造和可行性論證……………………………………..9
第一節(jié) 車床的數(shù)控化改造………………………………………………………9
一、設(shè)計的內(nèi)容及任務(wù)…………………………………………………………….9
第二節(jié) 可行性論證………………………………………………………………….10
第三章 總體方案的擬訂和論證……………………………………………………..11
第一節(jié) 總體設(shè)計方案的擬訂……………………………………………………..11
1．主傳動系統(tǒng)的設(shè)計改造………………………………………………………..11
2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的選擇………………………………………………………………..11
3．自動轉(zhuǎn)位刀架選擇設(shè)計………………………………………………………..12
4．驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計改造……………………………………………………………..12
第二節(jié) 可行性分析………………………………………………………………..15
第三節(jié) 總體方案的確定 …………………………………………………………16
第四章 主傳動部分改造與設(shè)計……………………………………………………17
一、主傳動部分方案擬訂和設(shè)計的內(nèi)容………………………………………….18
二、主軸部分改造設(shè)計計算……………………………………………………….19
第五章 伺服進(jìn)給結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………….20
第一節(jié)伺服系統(tǒng)的組成原理和要求……………………………………………….27
一、 伺服系統(tǒng)的組成原理………………………………………………………….27
二、 伺服系統(tǒng)的要求……………………………………………………………….27
第二節(jié) 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計計算…………………………………...29
一、 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………….……29
二、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)餓設(shè)計計算……………………………………………….……40
第三節(jié) 步進(jìn)電機(jī)的選擇……………………………………………………….….47
一、 CA6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)確定………………………………………….47
二、 CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)確定……………………………………….…48
第四節(jié) 伺服系統(tǒng)說明………………………………………………………….….48
一、 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理……………………………………….……48
二、 步進(jìn)電機(jī)………………………………………………………………………50
三、 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源…………………………………………………………50
四、 滾珠絲杠………………………………………………………………………51
五、 機(jī)床導(dǎo)軌………………………………………………………………………52
第六章 自動轉(zhuǎn)位刀架………………………………………………………..…….53
一、數(shù)控車床刀架的基本要求……………………………………………..…….53
二、車床刀架結(jié)構(gòu)…………………………………………………………..…….53
三、 工作原理………………………………………………………………..…….54
四、 刀架的安裝…………………………………………………………………….55
第七章 編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………….56
一、 光電編碼器工作原理………………………………………………………….56
二、 步進(jìn)電機(jī)頻率對編碼盤的限制…………………………………….................57
三、 編碼盤的安裝………………………………………………………………….57
第八章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中常用軟件模塊設(shè)計…………………………………….59
第一節(jié) 插補(bǔ)原理及其程序設(shè)計…………………………………………………...59
一、 插補(bǔ)方法概述………………………………………………………………….59
二、 逐點插補(bǔ)原理及其程序設(shè)計………………………………………………….60
三、 插補(bǔ)控制軟件………………………………………………………………….69
第二節(jié) 接口電路設(shè)計………………………………………………………………78
一、 單片機(jī)和主機(jī)（PC機(jī)）的連接………………………………………………78
二、 8031單片機(jī)接口的擴(kuò)展……………………………………………………….80
三、 鍵盤/顯示器接口芯片（8279）……………………………………………….82
四、 中斷優(yōu)先電路…………………………………………………………………..85
五、 光電隔離電路…………………………………………………………………..86
第三節(jié) 伺服電路……………………………………………………………………87
一、 系統(tǒng)的組成……………………………………………………………..............87
二、 接口電路………………………………………………………………………..89
三、 位置和速度接口……………………………………………………………….89
四、 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計……………………………………………………….89
五、 單片機(jī)控制的自動換刀程序設(shè)計…………………………………………….96
六、 典型零件的加工程序設(shè)計…………………………………………………….97
參考文獻(xiàn)
前 言
大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，大學(xué)學(xué)習(xí)生活中的最后一個環(huán)節(jié)也是最重要一個環(huán)節(jié)———畢業(yè)設(shè)計，是對所學(xué)知識和技能的綜合運(yùn)用和檢驗。
本人的畢業(yè)設(shè)計課題是對普通車床（CA6140）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，其內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗證、機(jī)械改造部分的設(shè)計計算（伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇或設(shè)計、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計）、主運(yùn)動自動變速原理等。對普通車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造符合我國國情，即適合我國目前的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，又是國內(nèi)許多企業(yè)提高生產(chǎn)設(shè)備自動化水平和精密程度的主要途徑，在我國有著廣闊的市場。從另一個角度來說，該設(shè)計既有機(jī)床結(jié)構(gòu)方面內(nèi)容，又有機(jī)加工方面內(nèi)容，還有數(shù)控技術(shù)方面的內(nèi)容，有利于將大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)行綜合運(yùn)用。雖然設(shè)計者未曾系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過機(jī)床設(shè)計的課程，但通過該設(shè)計拓寬了知識面，增強(qiáng)了實踐能力，對普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床都有了進(jìn)一步的了解。
畢業(yè)設(shè)計作為我們在大學(xué)校園里的最后一堂課、最后一項測試，它既是一次鍛煉，也是一次檢驗，在整個設(shè)計過程中，我獲益匪淺。在此，我要衷心感謝梁潔萍老師對我的關(guān)心和細(xì)致指導(dǎo)。
由于畢業(yè)設(shè)計是我的第一次綜合性設(shè)計，無論是設(shè)計本人的紕漏還是經(jīng)驗上的缺乏都難免導(dǎo)致設(shè)計的一些失誤和不足，在此，懇請老師和同學(xué)們給以指正。
設(shè)計者：楊永波
2004年4月
摘 要
本設(shè)計說明書包括：概論、總體設(shè)計方案的擬定和驗證、主傳動部分的改造設(shè)計、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾個部分。改造后的機(jī)車，主運(yùn)動實現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控控制，并要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動單位為0.01/脈沖，橫向最小運(yùn)動單位0.005/脈沖，刀架要是自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動切削螺紋。
關(guān)鍵字：數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠 自動刀架
Abstract
This introduction of the design included:The draw-up of the general outline, the decision and verify of the total designal projection, the reforms design to the parts of the lord spreads to move,the reforms design to the system of serve enters ,the choice and design to the knife which turn automatically, the constructions design of coding dish gearing part ,and so on.while the Motorcycle been reformed, the lord exercises realize to change speed automatically. lengthways, horizontal enter to proceed to system the number controls the control, and request to attain lengthways minimum sport unit as 0.01 mm/ pulse, horizontal minimum sport unit as 0.005 mm/ pulse, knife must be the automatic control a knife which is turning automatically,and it is able to slice the thread automatically.
Key word: The number controls to reforms the system of enters roll the bead in silk automatic knife
第一章 概論
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，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。
二、國內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析
（一）國內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀
近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。?2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長27.3%。?近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。?
（二）國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點?
1、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。?
2、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。?
2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。?
3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。??
三、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
1. 繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)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)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。
2. 向高速化和高精度化發(fā)展
這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。
3. 向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。
?。?）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工
將熟練工人和專家的經(jīng)驗，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)
?。?）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。