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毕 业 设 计

入 学 年 月__2010年5月____________

姓 名_姜辉_____________ 学 号__10018187106____________ 专 业__机电专科____________ 学 习 中 心__江苏无锡____________ 指 导 教 师__常丽____________

题 目： 机床数控改造机械系统设计（微型计算机）

完成时间_2012___年_4___月__6__日

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机床数控改造机械系统设计（微型计算机）

目录：

摘要?????????????????????????????3 关键词????????????????????????????3-5 第一章 概述????????????????????????4-5

第二章 总体方案的设计????????????????????5-6 2.1 设计任务 ???????????????????????? 5-6 2.2 总体方案的论证 ????????????????????? 5-6 2.3 总体方案的确定????????????????????? 6

第三章 微机数控系统硬件电路设计??????????????? 6-7 3.1 微机数控系统硬件电路总体方案设计 ????????????? 6-7 结束语??????????????????????????? ?7 总结????????????????????????????? 7-8 致谢?????????????????????????????8 参考文献???????????????????????????8

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摘要：随着科学技术的飞速发展，数控车床被广泛应用于机械制造业。因为它具有加工灵活、通用性强的特点，能适应产品的品种和规格频繁变化，能够 满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求，并且数控车床与普通 车床相比，在提高生产率、减轻工人劳动强度、降低生产成本和增加效益方面都 有很大的优越性。针对现有常规 CA6140 普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数 控化改造的设计过程，较详尽地介绍了 CA6140 机械改造部分的设计及数控系统 部分的设计。采用以 8031 为 CPU 的控制系统对信号进行处理，由 I/O 接口输出 步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的 进给运动。 关键词：数控机床，单片机数控系统，改装设计 第一章 概述

1.1 课题背景 企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展，它必须在最短的时间内以 优异的质量、低廉的成本，制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质 量的优劣，制造周期的快慢，生产成本的高低，又往往受工厂现有加工设备的直 接影响。目前，采用先进的数控机床，已成为我国制造技术发展的总趋势。在我 国现有的机床中有一部分仍采用传统的继电器- 接触器控制方式， 这些机床触点 多、线路复杂，使用多年后故障多、维修量大、维护不便、可靠性差，严重影响 了正常的生产。还有一些旧机床虽然还能正常工作，但其精度、效率、自动化程 度已不能满足当前生产要求。 因此拥有先进的数控机床已经成为满足企业新生产 工艺、提高经济效益的最根本需求。 1.2 数控机床的发展简史 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的 加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是 提出计算机控制机床的设想。1949 年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服 机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型 立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于 1957 年正 式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控 加工时代的开始。 数控加工是现代制造技术的基础， 这一发明对于制造行业而言， 具有划时代的意义和深远的影响。 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工 技术的研究和发展。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少 数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959 年，制成了晶体管元件和印 刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960 年以后， 较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数 控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于 1958 年开始研制数控机床， 成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965 年开始批量生产配有晶体管 数控系统的三坐标数控铣床。 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少， 且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60 年代 末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称 DNC）， 又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称 CNC）,使数控装 置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974 年， 研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置 （简 称 MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了 一倍， 而体积则缩小为原来的

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1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机 床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 1.3 我国数控机床的发展方向 进入 21 世纪，我国机床制造业即面临提升机械制造业水平的需求而引发的 制造装备发展的良机，也遭受到进入 WTO 后激烈的市场竞争的压力，从技术层面 上来讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。 数控机床及由数控机床组成凡人制造系统是改造传统产业， 构建数字化企业的重 要基础装备， 它的发展一直受人们关注， 数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、 优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机 电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术的中的一项核心技术。另 一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升。 目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔 性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟， 对数控加工技术提出了更 高的要求，当今数控机床正在朝着以下几个方向发展。 (1)高速、高精密化 高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产 品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足 这个复杂多变市场的需求， 当前机床正向高速切削、 干切削和准干切削方向发展， 加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠 轴承、 高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保 持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条 件。 （2）高可靠性 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。 数控机床能否发 挥其高性能、 高精度和高效率， 并获得良好的效益， 关键取决于其可靠性的高低。 （3）数控车床设计 CAD 化 随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD 技术得到了广泛发展。CAD 不 仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作， 更重要的是可以进行设计方案选择和大件 整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行 动态模拟仿真。 在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和 逼真的色彩。采用 CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从 而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。 （4）功能复合化 功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率， 使用于非加工辅助时间减 至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多 用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或 在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的 CX25Y 数控车铣复合中心，该机床同时具有 X、Z 轴以及 C 轴和 Y 轴。通过 C 轴和 Y 轴， 可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副 主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该 机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。 （5）智能化21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控 系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自 适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前 馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化 编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还 有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。 1.4 我国数控