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1、前 言 数控机床经济型改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。经改造后的机床加工的精度、效率、速度都有了很明显的提高，适合我国现在经济水平的发展要求。 本次毕业设计主要是对机床机械部分进行改造,以步进电机驱动横向进给运动、纵向进给运动以与刀架的快速换刀,使传动系统变得十分简单，传动链大大缩短,传动件数减少,从而提高机床的精度。 设计中，我们对有关数控机床与数控改造的相关书籍、刊物进行大量阅读,收集了很多资料,了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成与其工作原理，扩大了我们的知识面。 随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越
2、来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性与完善性的功能发展。普通车床数控改造用微机数控技术改造最大加工直径为400mm普通车床的进给系统摘要：了解数控机床的概念，所谓数控是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它的优点很多,如可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个
3、问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。总体设计方案：在普通车床上采用适合现场实时控制的80C51单片机为控制器，以运行特性好、可靠性高的步进电机为驱动执行元件进行数控改造。关键词：数控、车床、改造、80C51单片机；步进电机；目 录第一章 绪论1.1 毕业设计目的 (5) 1.2 毕业设计容 (5) 1.2.1 微机数控系统总设计方案拟定(5) 1.2.2 进给伺服系统机械部分设计计算(5)1.2.3 微机控制系统的设计(5)1.2.4 数控加工程序的编制(5)1.2.5 直线的逐点比较法插补软件程序流程框图的绘制(6)第二章 微型数控系统总体设计方案的拟定2.1
4、 毕业论文的要求和容 (6)2.1.1 课题名称(6)2.1.2 设计任务与要求(6)2.2 总体方案的确定 (6)2.2.1 系统的运动方试与伺服系统的选择(6)2.2.2 计算机系统(7)第三章 机床进给系统机械部分设计计算3.1 系统脉冲当量与切削力的确定(8) 3.2 切削力的计算(8)3.2.1纵车外圆(8)3.2.2 横切端面(8)3.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型(9)3.3.1 纵向进给丝杠(10)3.3.2 横向进给丝杠(11)3.3.3 纵向和横向滚珠给丝杠副几何参数(14)3.3.4进给伺服系统传动计算(15)3.3.5步进电机的计算和选用(15)第四章 微机数控
5、系统的设计4.1 微机数控系统设计的容 (22)4.1.1硬件电路设计容(22)4.1.2机床数控系统软件设计(22) 4.2 80C51单片机与其扩展 (23)4.2.1 80C51单片机的简介 (23)4.2.2单片机的系统扩展概述(24)4.2.3存储器扩展(25)4.2.4 I/O口的扩展(26)4.2.5步进电机驱动电路(26)4.2.6液晶显示控制器(27)4.2.7控制面板(30)第五章 数控机床的零件加工程序5.1数控机床加工基本要求(31)5.2加工步骤(31)5.3加工程序(32)第六章 心得与体会参考文献(35)附表，混合式步进电动机相关资料(36)第一章：绪 论1 毕业
6、设计的目的：毕业设计是培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它系统的检验了我们是否是合格的毕业生。它通过对机床数控系统设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计、计算控制系统硬件电路的设计以与数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械、电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练，从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以与分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。2 毕业设计的容：1、微机数控系统总体设计方案的拟定：（1）系统运动方式的确定（2）伺服系统的选择。（3）执行机构传动方式的确定。（4）计算机的选择。2、进给伺服系统机械部分设计计算：（1
7、）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。（2）确定脉冲当量。（3）滚珠丝杠螺母副的选型。（4）滚动导轨的选型。（5）进给伺服系统传动计算。（6）步进电机的计算和选用。（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。（8）设计绘制进给伺服系统的一或两零件图。3、微机控制系统的设计：（1）控制系统方案的确定与框图绘制。（2）MCS-51系列单片机与扩展芯片的选用。（3）I/O接口电路与译码电路的设计。（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。4、数控加工程序的 （1）零件工艺分析与确定工艺路线。（2）选择数控机床设备。（3）确定对刀点。（4）选择刀具。（5）确定切削用量。（6）编制加工程序
8、。5、直线的逐点比较法插补软件程序流程框图的绘制。第二章 微型数控系统总体设计方案的拟定：1、毕业论文的要求和容（包括原始数据、技术要求、工作要求）1.课题名称：用微机数控技术改造最大加工直径为400毫米普通车床的进给系统2.设计任务与要求：主要技术参数：最大加工直径（mm）： 在床身上：400 在床鞍上：210最大加工长度（mm）： 750 - 1000 溜板与刀架重量（N）： 纵向：1000 横向：500 刀架快移速度（m/min）： 纵向：2 横向：1 最大进给速度（m/min）： 纵向：0.6 横向：0.3 最小分辨率 （mm）： 纵向：0.01 横向：0.005定位精度（mm）： 0
9、.02主电机功率（KW）： 5.5 起动加速时间（ms）： 35设计的要求1）CNC系统的主CPU既可采用8031单片机也可用系统机。2）两个坐标的进给伺服系统既查采用步进电机驱动也可用直流或交流伺服电机驱动。3）所编的零件加工程序应符合ISO标准的有关规定。既可用手工也可用UG等软件编程。4）所绘制的机械装配图和硬件电路原理图要求正确、合理、图面整洁、符合标准。5）所编写的软件应在计算机上进行汇编和通讯等。6）说明书应简明扼要、计算准确、条理清楚、图文并茂并全部用计算机打印后装订成册2、总体方案的确定1、系统的运动方试与伺服系统的选择： 由于改造后的经济型数控车床具有定位、直线插补、圆弧插补
10、、暂停、循环加工、螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。考虑到经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。2、计算机系统： 根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑。对于简单的应用场合，MCS-51系统的最小系统用一片80C51外扩一片EPROM就能满足功能的要求，对于复杂的应用场合，可以利用MCS-51的扩展功能，构成功能强、规模较大的系统。 控制系统由微机部分、键盘与显示器、I/O接口与光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用LCD液晶显示器显示
11、加工数据与机床状态等信息。3、为了实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载荷的结构。传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构。 系统总体方案框图见图（1）图（1）第三章、机床进给系统机械部分设计计算：伺服系统机械部分设计计算容包括：确定系统的负载，确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动与切削力矩机计算，确定伺服电机，绘制机械部分装配图与零件工作图等。现分述如下：1 系统脉冲当量与切削力的确定 脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床、铣床常采用的脉冲当量是0.010.005mm/脉冲,根据机床精度要求确定脉冲当量：纵向：0.01mm/step；横向：0.005mm/step2 切削力的计算1、纵车外圆：主切削力FZ（N）由经验公式（1）估算：式（1）而式（2）取，则，取，则进给抗力X向和Y向根据经验公式（3）（4）确定式（3）式（4）则得： 2、横切端面：主切削力可取纵切的一半，即此时走刀抗力，吃刀抗力依然按上述经验公式粗略计算： 则得：3、滚珠丝杠螺母副的设计
