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1、 本 科 毕 业 论 文（设 计）基于Z5140A钻床的数控化改造Numerical Control Innovation Of Z5140A Drilling Machine学 生 姓 名： 学 院： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 审 阅 教 师： 完 成 日 期： 独创性说明作者郑重声明：本毕业论文（设计）是我个人在指导教师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得辽东学院或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做
2、的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：_ 日期：_ _ 基于Z5140A钻床的数控化改造摘 要目前中国企业中机床设备老化，不能满足新技术、新工艺的生产要求。本文重点介绍Z5140A型台式钻床的数控改装方案和单片机系统设计，将传统的机械与现有的数控技术相结合，使其具有自动进给功能，为企业进行设备的数控化改造提供了一种有效可行的途径。现有的Z5140A型台式钻床经改造后提高了加工精度，扩大了机床的使用范围，并提高了生产率。本论文说明了普通钻床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了Z5140A机械传动部分的设计及数控系统部分的设计。通过该改造计划,改造后的Z5140A型钻床具备数控
3、机床的精度要求，自动化柔性生产的能力。机床整体能力达到预期的要求。Z5140A数控钻床主要用于加工各种孔及平面和曲面的铣削。它集中了立式钻床和铣床的功能。数控钻床需要很少人工操作，也没有机械操作元件如手柄、摇把等。该钻床如同其他CNC钻床，全部工作循环是在微机数控系统控制下实现的。车削对象改变后，只需改变相应的软件就可适应新的需要。由于利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。关键词：数控机床；滚珠丝杠；数控系统Numerical Control Innovatio
4、n Of Z5140A Drilling MachineAbstractAt present,Machine tools made in China is aging and can not meet the requirements of new technologies and new processes of production. This paper focuses on the NC Z5140A-type drill press conversion programs and MCU system design. Combining the traditional machine
5、s with the CNC technology, it can realize automatically feed function and provides a feasible and effective way for the enterprise of equipments transformation with NC.Existing Z5140-type drill press improves the machining accuracy, expands the scope of machine use and increases the productivity aft
6、er transformation. This paper describes the design process of the transformation of the general drilling with NC, introduces the design of the Z5140A mechanical transmission part and numerical control system part in detail. After the transformation plan, Z5140A-type drill transformed has the accurac
7、y requirement of CNC machine tools and the automatic flexible production capacity. Machine tools achieve the desired overall capacity requirements. Z5140A CNC drilling machine is mainly used for processing a variety of holes and planar and surface milling. It contains the vertical drilling and milli
8、ng function. CNC drilling and milling machine requires very little manual operation and no operation of machinery components such as handles, crank and so on. As with other CNC drilling of the drilling machine, all of the cyclic work is completed under the control of the computer numerical control s
9、ystem. As turning object changes, just change the corresponding software to adapt to new needs. Because lathebed, column and other basic items are heavy and casting equipments but not the welded components, machine tools transformed has higher performance and better quality, which can be used as a n
10、ew equipment for years. However, limited by the mechanical structure of the original, it can not be transformed revolutionarily.Key Word：Numerical Control Machine Tools ; Ball Screw; CNC System 目 录摘 要IAbstractII一、绪论1（一）数控机床的概念1（二）数控系统发展简史及趋势11.数控（NC）阶段12.计算机数控（CNC）阶段13.国内数控机床的发展状况24.国外数控机床的发展状况2（二）机
11、床数控化改造的必要性和迫切性31.宏观看改造的必要性32.微观看改造的必要性3（三）Z5140立式钻床数控化改造的市场41.机床数控化改造的市场42. Z5140立式钻床简介4（四）Z5140立式钻床数控化改造的内容及优缺点51.数控化改造的内容52. Z5140立式钻床数控化改造的优缺点5二、Z5140A钻床总体方案的确定6（一）Z5140A钻床数控化改造设计任务6（二）总体方案的确定71.Z5140A钻床的总体结构布置72.Z5140A钻床机械传动方式选择83.Z5140A钻床传动系统方案95.Z5140A钻床数控系统各部件的结构及其工作原理116.Z5140A钻床数控系统芯片的选择137
12、.地址分配器及译码138.Z5140A钻床电器原理介绍149.Z5140A钻床接口电路设计16三、Z5140A钻床进给系统设计17（一）Z5140A钻床纵向传动系统设计171.确定系统的脉冲当量172.切削力的计算173.Z5140A钻床纵向进给传动系统滚珠丝杠的计算184.Z5140A钻床纵向伺服电机的选择及计算19（二）Z5140A钻床横向进给系统的确定211.Z5140A钻床横向进给丝杠的选择212.Z5140A钻床横向进给系统最大负载C的计算223.Z5140A钻床横向伺服电机的选择及计算234.空载加速转矩计算25（三）Z5140A钻床垂直方向进给系统的确定251.Z5140A钻床垂
13、直方向丝杠的选择252.Z5140A钻床垂直方向进给传动系统滚珠丝杠的计算263.Z5140A钻床垂直方向伺服电机的选择及计算274.空载加速转矩计算29四、Z5140A钻床数控插补程序控制30（一）Z5140A钻床数控插补程序控制概述30（二）Z5140A钻床直线、圆弧插补程序311.Z5140A钻床直线及圆弧插补程序结构312.Z5140A钻床直线插补程序323.Z5140A钻床圆弧插补程序34五、Z5140A钻床进给机构部分零件的设计和机构仿真39（一）主轴的设计39（二）Z5140A钻床导轨的设计39（三）Z5140A钻床立柱的设计41（四）Z5140A钻床进给机构的仿真模拟41（五）
14、Z5140A钻床进给机构设计总成43结 论44参 考 文 献45致 谢4647一、绪论（一）数控机床的概念数控机床是装备了数控系统的机床，既包括NC机床，也包括CNC机床，其工作原理是：将数控加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制主运动的变速、起停和进给运动的方向、速度及位移大小，也可完成刀具的选择、变换、工件夹紧、松开和冷却的起、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格按数控程序的要求进行工作。（二）数控系统发展简史及趋势随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品零部件的生产设备机床也相应提出了高性能和精度的要求。1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起到了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。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。1.数控（NC）阶段最初计算机的运算速度低，科学家不得不采用数字逻辑电路组合成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-W
