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1、 目 录前言 第一章 概述 一、数控机床的生产与发展 二、数控机床的结构及优点 三、数控机床的分类 四、数控系统的基本功能 五、数控机床的发展趋势 六、数控机床改造的必要性以及优点 第二章 CA6140车床的横向数控化改造 一、数控机床改造的设计步骤 二、设计方案的确定 三、机械部分改造设计与计算 四、步进电机的选择 第三章 数控系统的硬件电路设计 一、控制系统的功能要求 二、硬件电路的组成 三、设计说明 总结 致谢 参考资料 附录 附 录表 1 滚珠丝杠的支承方式系数支承方式一端固定 一端自由（F-O）两端游动（S-S）一端固定一端游动（F-S）两端固定（F-F）0.251.002.004.
2、00表 2 步进电机相数、拍数、启动力矩表运行方式相数33445566拍数3648510612Mq/Mjm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866表3 机床参数表独立式按键电路 8155扩展I/O口的键盘/显示器接口电路内容摘要利用微机改造现有的普通车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。本设计任务是对CA6140普通车床进行数控化改造。利用微机对横向进给系统进行开环控制，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。由于是经济型
3、数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽量少，以降低成本。确定总体方案为：采用微机对数据进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，由放大电路传到步进电机，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠，从而实现横向进给运动。先对系统进行机械部分的设计与计算，主要是纵向进给系统的设计，包括切削力计算 、滚珠丝杠设计计算 、齿轮及转矩有关计算。然后是步进电机的选择与计算，最后为数控系统的硬件电路设计。关键词：机床、改造、转动惯量、滚珠丝杠、步进电机、硬件电路前 言随着科学技术的不断发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新换代越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，复杂
4、形状零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效、高质量加工要求。因此，近几十年来，能有效解决复杂、精密、小批量多变化零件加工问题的数控加工技术得到了迅猛发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。因此，对于我们机电专业的学生的要求更高、压力更大，我们不仅要掌握机械的基础科目，还要牢固掌握一些专业知识。毕业设计是我们毕业生在毕业前一次重要的实践动手操作过程，是我们完成该专业教学计划的最后的一个极为重要的实践性教学环节,也是对我们三年专业学习的一个总结。它通常要求学生综合运用所学过的基本
5、理论,基本知识与基本技能去独立解决专业范围内的工程技术问题。这对我们即将从事的有关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。数控机床是一个装有数字化程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有号码或其他符号编码指令规定的程序,是一种典型的机电一体化产品。为了能够更好的适应社会的快速发展，我们还得要掌握电子，计算机以及一些重要软件的使用。本次设计共分七部分，前言；第一章讲述概叙述数控机床的产生及发展、数控系统的基本功能、数控机床的发展趋势、机床的优点、数控机床的分类，机床改造的必要性；第二章讲述CA6140车床的改造；第三章大户控系统的硬件设计；总结；致谢；参考资料；附录。因为机床改造设计的知识面
6、非常广，这就需要我们具有全方位的知识水平，不仅学会查阅资料，靠自己解决问题，而且还要学会与人交流合作，对我们走向工作岗位是一个过渡式的培养，对我们的能力也是一个锻炼。由于能力有限，书中多有不足之处，还望老师多多指正。第一章 概述一、数控机床的生产与发展随着科学技术的发展，机电产品日趋精密，产品的精度要求越来越高，更新换代的周期也越来越短。从而促进了现代制造业的发展，尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程控的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一
7、体化典型产品。随着科技的进步和生产的发展，机械产品和机械制造技术的内涵正在不断的发生变化。在企业的生产第一线，从事机电产品设计、制造、质量、销售、服务、维修等技术和管理工作的人员，强调要有较宽的知识面和跨学科综合解决工程实际问题的能力。因此，在高等教育的专业技术人才培养上，不仅要求他们学习和掌握计算机技术等多方面的新知识、新技术，而且对切削原理、切削机床和机械制造工艺等必备的理论和知识，要运用全新的观念，重新进行科学的优化组合，以形成新的课程体系与结构。而随着机械技术、微电子技术的飞速发展与应用，机械技术与微电子技术的相互渗透，则标志着机电有机结合的机电一体化技术也在飞速发展。机电有机结合的本
8、质是从系统的 观点出发，用机械技术与微机控制技术构造最佳的一体化系统，从而实现系统或产品的短小轻薄和智能化，达到节能省源，节省材料，多功能、高性能和高可靠性的目的。数控机床是一种装有程控系统（数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其它符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体的讲，把数字化了的刀具移动规迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。 机床技术是70年代发展起来的一种机床自动控制技术。数控机床是典型的机电一体化产品，是高新技术的重要组成部分。采用数空机床，提高机械工业的自动化生产水平和产
9、品质量，是当前机械制造业技术改造的必由之路。现代数控机床是柔性制造单元，柔性制造系统乃至计算机集成组成制造系统中不可缺少的基础设备。目前被广泛应用的数控机床就是典型的机电结合。数控，即数字控制（Numbericalontrol，NC），在机床领域是指用数字华信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。如果采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算几数控（Computeized Numerical Control，CNC）。数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。计算机控制装置（CNC装置）主轴控制单元主轴电机机床进给电机位置检测器可编程器（PLC
10、）输入设备程序速度控制单元图1-1 数控机床框图数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。数控机床具有加工零件精度高、产品质量稳定、自动化程度高、减轻工人劳动强度、大大提高生产率、能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面零件加工的特点，但要实现以上的优点，必须安全、合理的使用数控机床。用好数控机床的关键是提高数控技术人才的综合业务素质。CA6140型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通机床。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经受到了良好的经济效果。由于产品的多样化，和产品的更新，解决单件
11、、小批量生产自动化迫在眉睫。航空、宇航、造船、电子管工业对解决复杂型状零件加工和高精度零件加工要求越来越高。而刚性自动化不能满足此要求，于是柔性加工和柔性自动化迅速发展起来。微电子技术、自动信息处理、数据处理以及电子计算机的发展，给自动化带来新的概念，推动了机械自动化的发展。采用数字控制技术进行机械加工的思想，开始于40年代。当时，美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕尔森斯公司在制造飞机的框架以及直升飞机叶片轮廓用样板时，利用全数字电子计算机对轮廓路径数据进行处理，并考虑了刀具直径的影响，提高了加工精度。1949年作为这一方案的主要承包商帕尔森斯公司，正式接受美国空军的委托，在嘛省理工学院的
12、伺服机构研究实验室的协助下，开始从事数控机床的研制工作。经过三年的研究工作，于1952年，试制成功了世界第一台数控机床的研制工作。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这便是数控的第一代。1953年，美国空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编程的研究，这就是创制ATP（Automatically Programmed Tools）自动编程系统的开始。1955年，美国空军花费巨额经费订购了100台数控机床，此后两年，数控机床在美国进入飞速发展阶段，市场上出现了商品化的数控机床。1958年，美国克耐杜列克公司也在世界上首先研制成功了带自动换刀装置的数控机床，称之为“加工中心”。1959年，计算机行业研制出年个晶体管元器件，因而数控装置中广泛采用晶体管和印刷电路板，从而跨入第二代数控。同时，美国航空工业协会（ATA）和麻省理工学院发展APT程序语言。1960年以后，点位控制数控机床在美国得到了迅速发展，数控技术不仅在机床上得到了实际应用，而且逐步推广到冲压机、绕线机、火焰切割机、包装机和坐标测量机等，在程序编制方面，已由手工编程逐步发展到采用计算机自动编程。除了，ATP数控语言外，又发展了许多自
