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1、湖北工业大学2007屆本科生优秀毕业设计(论文)摘要数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用,但数控机床一次性投资较大,对机床进行数控化改造不失为一良策。CA6140车床主轴转速部分保留原车床的手动变速功能,改造简单易行,可降低劳动强度,提高生产效率。主要介绍了经济型数控机床进给伺服系统设计计算。阐述了CA6140普通数控车床的主轴系统的改进及机床的改造。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
2、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】CA6140车床; 数控改造; 滚珠丝杠; 步进电动机; 数控机床；单片机数控系统；改装设计。Abstract The NC machine plays a very great role in mechanical engineering.Although the investment needs a great deal of money,it is a good way to try digital modification for ordinary
3、lathe.The spindle speed of CA6140 remains the manual function of shiftinggears.The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency.Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools.It also tells us how to improve the spindle and the
4、 control system of CA6140 NC lathe. To remedy the defects of ordinary lather CA6140, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve production rate。This paper presents
5、the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。After transmitting and slowing down by f
6、orce 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 【Keywords】CA6140 lathe;digital modification;ball screw;stepping motor;numerical control machine tool,；single chip microcomputer system；reform design。目录1 序言第一章 绪言 机床作为机械制造业的重要基础
7、装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功 能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。 数控机床是数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停
8、等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。 数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： 1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件； 在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生产效率高； 4. 减轻劳动强度，改善劳动条件； 5. 良好的经济效益； 6. 有利于生产管理的现代化。 数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别
9、是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。1.1 国内外发展概况及现状介绍1.1.1国外发展概况及现状介绍自从第一台商品数控机床问世以来 ，到1965年，世界主要工业国家的数控机床己进入了大批量生产阶段。数控机床的产量，拥有量，数控化率都在急速上升。1970年前美国处于领先地位。1971年苏联生产数控机床2538台，一举超过美国，名列世界第一。1977年以前，苏联一直保持产量优势，以后日本的半导体技术及计算机技术迅猛发展，促进了数机床的生产。1976年日本数控机床产量是3300台，1978年时为730
10、0台，1980年为22000台，到1981年仅用4年时间便超过了其他各国而成为世界上最大的数控机床生产国，产量达到26000台，基本上两年翻一番。1981年，日本、美国、联邦德国、法国、英国五国的数控机床总产量为39000台，其中日本占66.2%，美国占19.8%，联邦德国占8.3%,法国占2.9%，英国占2.8%。到期988年，日本年产数控机床约为50000台，数控化率达70%.1.1.2国内发展概况及现状介绍我国从1958开始研究数控机械加工技术，60年代针对壁锥，非圆齿轮等复杂形状的工件研制出了数控壁锥铣床，数控非圆齿轮插齿机等设备，保证了加工质量，减少了废品，提高了效率，取得了良好的效
11、果。70年代针对航空工业等加工复杂形状零件的急需，从1973年以来组织了数控机床攻关会战，经过三年努力，到1975年己研制出了40多个品种300多台数控机床。经过30年的努力，我国数控机床和数控系统的研制也历经了第一代电子管灵敏控、第二代晶体管数控及第三代集成电路数控。从1975年到1979年，7年内累计生产数控机床4108台（其中约3/4以上的数控线切割机床）。进入80年代，我国重新重视发展数控技术，采取了暂从国外引进控制机和伺服驱动系统，为国内主机配套的方针。1981年，我国从日本FANUC公司引进了FANUC3系列、5系列、7系列的数控系统和在直流伺服电机，直流主轴电机技术，并在北京机床
12、研究所建立了数控设备厂。于1981年底开始验收投产，1982年生产约40套系统，1982年生产约100套系统，1985年生产约400套系统，伺服电机与主轴电机也配套生产。这些系统是外国70年代的水平，功能较全，可靠性能比较高，这样就使机床行业发展数控机床有了可靠的基础，使我国的主机品种与技术水平都有成套的发展与提高。我国己有少数产品开始进入国际市场，还有几种合作生产的数机床返销国外。目前，我国除了能独立地设计与生产常规的数控机床外，还能生产五坐标数控铣床，加工中心以及柔性制造系统，如北京机床研究所开发研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工单元，XH715型立式加工中心，昆明机床床
13、厂THK4680型全闭环精密加工中心，沈阳中捷友谊厂的TK66100卧式铣削加工中心，青海第一机床厂的XH754卧式加工中心等。这一切都说明，我国的机床数控技术进入新的发展时期，预计在不远的将来会赶上或超过世界先进国家水平。1.2研究目的及意义随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明认了创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具，它
14、与人类在农业；工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础，6年后，即1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床，从此传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用。在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少数机床以FMS模式使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于落后由于现代工业的飞速发展。市场需求的变化越来越多样化，多品种，中小批量甚至是单间声场占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳
15、动声场率的要求。如果设备全部更替，不仅资金投入，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是电子技术计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的数控改造。实践已经证明普通机床的经济型数控改造具有重大的实际价值。1.3 研究的内容机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论)
16、。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。1.4数控机床的发展趋势以数字化为特征数控机床是柔性化制造系统和敏捷化制造系统的基础装备，它的总的发展趋势是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。具体
