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1、.摘要本文主要是将传统的C616车床的电气控制系统改造成为数字控制的开环控制系统。随着当今工业设备对精细程度的要求越来越高，对机械加工设备的加工精细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开展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对普通机床进展数控改造具有很大的意义。本人在搜索、查阅和研究大量有关资料的根底上，对机床的数控改造技术进展了研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进展了改造，选用自动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以8031型号的单片机为中心，
2、通过编程对机床的驱动设备进展控制以到达所需要的加工程度。关键词：C616车床 数控改造 8031单片机步进电机目录摘要1ABSTRACT2第1章绪论11.1 普通机床数控化改造概述11.2 机床数控化改造的意义11.2.1 微观看改造的必要性11.2.2 宏观看改造的必要性21.3 国外机床改造业的开展概况21.3.1 国外机床改造业的开展21.3.2 国机床改造业的开展31.4 数控机床未来的开展方向4第2章 C616普通车床数控改造总体方案的设计52.1 本毕业设计的选题及主要任务52.2 总体方案设计5第3章机械局部改造73.1 纵向Z向进给系统的设计73.2 横向*向进给系统的计算与设
3、计133.3 机床导轨改造173.4 自动刀架的选择183.5 主轴脉冲发生器18第4章电气系统控制局部改造204.1 步进电机的选择204.1.1 步进电机选用的根本原则204.1.2 C616纵向进给系统步进电机确实定214.1.3 C616横向进给系统步进电机确实定214.2 数控装置硬件设计214.2.1 数控系统硬件组成214.2.2 单片机的选择224.2.3 存储器的选择234.2.4 I/O接口电路23步进电机驱动电路244.3 数控系统软件设计25总结27致28参考文献291.第1章 绪论1.1普通机床数控化改造概述随着机电一体化技术的迅猛开展，数控机床的应用已日趋普及，机械
4、制造业正在越来越多地采用数控技术来改善其生产加工方式，用以解决现代机械制造中构造复杂、严密、批量小、多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。首先，数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有余而力缺乏；目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且被替代下的机床闲置起来又会造成浪费；在国，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；通用数控机床对具体生产存在冗余功能。要较好的解决上述问题，应走普通机床数控改造之路。低本钱普通车床数控化改造是一项适合我国实际情况的先进适用技术，也是一项提升我国机床数控化率的有
5、效途径。机床的数控改造，就是在普通机床上增加计算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。数控化改造的优点1减少投资额、交货期短。2机械性能稳定可靠，构造受限。3熟悉了解设备、便于操作维修。4可充分利用现有的条件。可以充分利用现有地基，不必重新构筑地基。5可以采用最新的控制技术。1.2机床数控化改造的意义1.2.1微观看改造的必要性微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。1可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。2可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。3加工零件的精度
6、高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配。4可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。5拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。比方：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力一个人可以看管多台机床，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求做出快速反响等等。这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。宏观看改造的必要性宏观上看，工业兴旺国家的军、民机械工业，在70 年代末、80 年代初已开场大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业包括军、民机械工业进展技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、F
7、MS 外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS管理信息系统、CIMS 等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军用、民用机械工业进展深入改造称之为信息化，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比兴旺国家约落后20 年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重数控化率到1995 年只有1.9，而日本在1994 年已达20.8，因此每年都有大量机电产品进口。此外，机床数控化还是推行 FMC柔性制造单元、FMS柔性制造系统以及CIMS计算机集成制造系统等企业信息化改造
8、的根底。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和根底技术。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。1.3国外机床改造业的开展概况国外机床改造业的开展在美国、日本和德国等兴旺国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生Remanufacturing业。从事再生业的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton 机床公司、Devlieg-Bullavd得宝效劳集团、US 设备公司等。美
9、国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装Retrofitting业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。在德国，机床改造业已经成为一个新兴的工业部门。在不太景气的机床市场上，二手机床的销售相当红火。据统计，早在1998年德国二手机床销售额就到达25亿马克。德国在机床数控化改造方面，不仅考虑了如何通过机床的数控化改造来适应生产技术的开展、劳动组织的变革，而且还全面地考虑了如何充分利用技术工人现有的经历知识。因此，在德国除了企业从事机床改造工作外，还有一些高校、研究机构等也参与了机床改造的研究与指导工作，
10、对机床改造过程中的生产技术、劳动组织和人员素质之间的相互关系进展了全面、系统地研究，联邦政府和州政府专门拨款支持该领域的研究工作。在德国可以将改造后的旧机床的质量和性能做得与新机床差不多，而且，改造后的二手机床的用户也同样能够得到供应商或改造厂提供的配套效劳。这样，可以消除二手机床用户的后顾之忧，他们也就更乐意改造本厂原有的旧机床或者从市场上购置改造过的二手机床，从而更有力地推动了机床改造行业的开展。国机床改造业的开展目前我国机床市场的需求构造已经发生了很大变化，我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。数控机床，特别是普及型数控机床将逐步成为市场需求的主体。自改革开放以来
11、，很多企业从国外引进技术、机床设备和生产线进展技术改造。据不完全统计，从1979-1988 年，全国引进技术改造工程就有18446 项，大约165.8 亿美元。这些工程中，大局部工程为我国的经济建立发挥了应有的作用。然而，有一些设备、生产线从国外引进后，由于消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；还有一些工程只注意引进设备、仪器、生产线，无视软件、工艺、管理等，造成工程不完整，设备潜力不能发挥，有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用。这些引进工程不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关
12、键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。2005年，我国数控金属切削机床生产59639台，进口30746台。除局部出口外，总消费数量约85000台。在生产的数控金属切削机床中，经济型数控机床约占60%以上生产的数控车床中经济型数控车床占89%90%，中档以上的数控金属切削机床缺乏40%。2006年，我国机床工业的产值和销售收入保持较高的增长速度，其中数控金属切削机床产量快速增长，全年生产85756台，同比增长32.8%，增幅高于金属切削机床产量增幅的18.4%。国产机床市场占有率进一步上升，由2001年的39.3%提高到2006
13、年的44.8%。2007年110月我国进口金属加工机床57.06亿美元，其中金属切削机床进口达41.98亿美元，同比减少8.18%，所占比例为73.57%；成形机床进口达15.08亿美元，同比增长5.68%，所占比例为26.43%。国的机床制造企业在努力开拓高档数控机床市场的同时，一定要加速普及型数控机床产业化的步伐。通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的制造业需求，而且淘汰大型企业原有的大量普通金属切削机床不但造成了很大的浪费，而且会因为缺乏资金购置大量的数控机床来填补淘汰普通金属切削机床后的机床空缺，造成停产。所以，目前数控化改造是适应我国制造业迅猛开展、资金短缺、旧有机床所占比例
14、大的国情所需。1.4数控机床未来的开展方向电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的开展使新一代数控系统技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃开展，也促进了现代制造技术的快速开展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。数控系统未来分以下几个开展方向：1、数控系统向开放式体系构造开展2、数控系统向软数控方向开展3、数控系统控制性能向智能化方向开展4、数控系统向网络化方向开展5、数控系统向高可靠性方向开展6、数控系统向复合化方向开展7、数控系统向多轴联动化方向开展第2章C616普通车床数控改造总
15、体方案的设计2.1本毕业设计的选题及主要任务本设计是将一台C616普通车床改造成经济型数控车床。对C616普通车床进展数控化改造的车床能进展生产加工，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。其加工质量和精度到达或超过改造前车床出厂时的水平，接近同档次数控车床的水平，数控改造的车床其生产效率、平安性超过改造前普通车床出厂时的水平。2.2总体方案设计由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，根本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能减少，以降低本钱。C616车床主要用于对中小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工，这些零件加工工艺要求机床应完成的工作有：控制主轴正反转和实现其不同切削速度的主轴变速，刀架能实现纵向和横向的进给运动，并且具备在换刀点自动改变刀位并完成选择刀具，加工螺纹时应保证主轴转一转，刀架移动1个被加工螺纹的螺距或导程。这些工作就是数控化改造数控系统控制的对象。根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经历，确定总体方案为：采用单片机对数据进展计算处理，由I/O接口输出步进脉冲。经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。对现有的普通车床进展数控改造，包括
