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1、目目 录录1 绪 论 .1 2 总体方案确定 .4 2.1 车床改造方案的选择.4 2.2 车床改造方案的确定.5 3.机械计算部分 .6 3.1 选择脉冲当量.6 3.2 计算切削力.6 3.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型.7 3.3.1 纵向进给丝杠.7 3.3.2 横向进给丝杠.10 3.4 齿轮传动比的计算.11 3.4.1 纵向齿轮传动比计算.11 3.4.2 横向齿轮传动比计算.12 3.5 步进电机的计算和选型.12 3.5.1 纵向步进电机的计算.12 3.5.2 横向进给步进电机的计算和选型.154. 微机控制部分 .184.1 总体设计 .18 4.2 主控制器.18 4.
2、2.1 主控器的选择.18 4.2.2 8031 对片外存储器的选择.19 4.2.3 8031 并行 I/O 口扩展.19 5.电路原理图设计 .20 5.1 关于各线路元件之间线路连接.20 5.2. 关于电路原理图的一些说明 .21 6. 数控机床故障诊断 .25 6.1 初级诊断.25 6.2 高级诊断.27 6.3 未来数控系统的诊断技术.28 7.SolidWorks 造型.30 7.1 SolidWorks 软件介绍 .30 7.2 绘制草图 .31 7.3 装配体设计 .33 8. 数控系统发展趋势 .37 结 论 .42 致 谢 .43 参考文献 .441 绪绪 论论机床数控
3、技术就是以数字化的信息实现机床自动控制的专门技术，其中刀具与工件运动轨迹的自动控制、刀具与工件相对运动速度的自动控制是机床数字控制的最主要内容。数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一个精密的机电一体化产品。是由精密机械部件（如滚珠丝杆、高精度导轨、精密轴承、主轴）和复杂电气部件（如数控系统、驱动装置和伺服电机以及精密测量系统）构成的一个完整的产品。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要
4、求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下：数控机床的系统组成框图其工作原理是先根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求等条件，确定该零件的加工工艺过程、工艺参数，并按一定的规则形成数控系统能理解的加工程序。即：将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化；按标准的格式编制成零件加工程序单；然后将此加工程序输入到数控机床的数控装置中，并将输入到
5、数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。确认无误后，再将被加工零件装夹好；对刀后，即可启动机床运行加工程序。在加工程序运行时，数控系统会根据加工程序的内容，发出各种控制命令，如启动主轴电动机，打开切削液、进行刀具轨迹计算、向特殊的执行单元发出数字位移脉冲和进行进给速度控制等。正常情况下，加工程序可直接运行到其结束。当改变加工零件时，在数控机床上只要改变加工程序，就可以继续加工新零件。数控机床改造在国外以发展成一个新兴的工业部门。早在 60 年代已经开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务，其发展的原因是多方面的。首先是技术的原因，过去 20 年里，金属切削的基本原理变化不大，但社会的生产力
6、的巨大发展，要求制造技术向自动化和精密化前进。而刀具材料和电子技术却有很的大的进步，特别是微电子技术，电子计算机的技术进步，反应出控制系统，它能帮助机床自动化又能提高加工精度，技术进步和高生产率的要求，精密加工的增多等，突出了旧机床技术改造技术的必要性和急迫性。其次是经济上的原因。许多发达国家多做过系统的分析，如果旧机床设备以新设备更新，要付出很大的代价的，若利用“改造技术” ，则节省大半资金，这种事半功倍的技术，不仅不浪费资金而切还为小企业技术改造开创了新路，而且对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。再次是市场因素，目前许多国家设备所需的数控机床数量，按机床工业现状是无力及时提供的。机床“
7、改造”就成为机床市场需要的补足手段。最后是生产力的因素，在工业生产中，品种多小批量生产是现代化机械制造业的基本特征，只有相当大比重完成生产任务，不外乎选择通用机床、专业机床和数控机床，柔性制造系统，就工业复杂程度和一批工件所需要生产总成本比较中看出，数控机床最能适应这一需要。我国是拥有 300 万机床国家。而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度不高，要想在近几年内大量用自动、半自动和精密机床更新现有设备，不论资金还是我国机床的能力是办不到的。因此应尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备改造自动化要求解决的课题。用这控制技术正是适应这一要求。它是建立在微
8、电子现代技术和传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入了微机的应用，不但技术具有先进性，同时在应用此自动化改造方案，有较大的应用性和可调性，而且投资改造的费用低，一套经济型数控装置的价格仅是全功能型数控装置的 1/3 到 1/5 拥护承担的起。从若干单位应用的实例可论证，投入使用后，成倍的提高了生产效率，取得了显著的经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再推出全功能型数控这条道路，适合我国经济、教育、生产水平，对于以后全动能型数控机床应用的准备阶段，为实现我国传统的机械制造的方向过度的重要内容。CA6140 机床是一种普通精度的及万能卧式机床，属于使用范围广的通用机
9、床。这种机床的性能及质量较好。但结构复杂，自动化程序较低，是一种属于中型的普通机床，在各厂矿企业的应用很广。为此，本次设计的任务是对 CA6140 普通机床进行数控改造，利用微机对纵横向进给系统实行开环控制。驱动元件是利用步进电动机，传动系统利用滚珠丝杠。2 总体方案确定2.1 车床改造方案的选择2.1.1 设计系统的选择在简易数控系统中，大多数是利用八位微处里机和单片机，近年来国有一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机，主要有 MCS48 系列，CS-51 系列，Mostek 的 3870，Motorolo 公司的 6801 和 6805。目前在国内用的较广，开发工具较齐的是
10、MCS-51 系列，这里选用 MCS-51 系列中的 8031。2.1.2 系统运用方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线控制系统，轮廓控制系统，连续控制系统。车床是控制刀具以给定速率沿指定路线运动来加工工件轮廓复杂的零件，其个坐标轴的运动之间有着精确的出数关系，根据车床加工这一特点，采用连续控制系统比较合适，连续控制系统具有点位控制系统的功能，故定位方式采用增量坐标控制。2.1.3 伺服系统的选择伺服系统是实现位量伺服控制有开环、闭环和半闭环三种控制方式。开环控制的伺服系统存在着精度不能达到太高的基本问题，但是步进电机具有位移和输出脉冲的严格对应关系，使误差不能积累，转速和输出脉冲频率有严格的对映关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大小、环境条件的波动变化的特点，数据装置发出信号的流向是单向的，对移动部件如工作台的实际位置工件检测。并且伴随电子技术和计算机控制技术的发展，目前大
