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1、C6163型车床的经济型数控改造设计 摘 要应用数控技术对C6163普通车床进行自动化和精密化改造，改造技术主要为：在车床上附加数控装置和执行元件，选择合适的机床伺服系统和计算机系统等。结果表明：经改造后的机床完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度。采用数控技术对企业原有机床进行改造，即发展经济型的数控机床是当前工矿企业机床技术改造的有效途径。关键词；C6163车床；数控改造；经济型AbstractAfter analyzing and studying the over all structure of ordinary C6163 lath
2、e, we use numerical control technology to re-equip ordinary C6163 lathe for automation and precision. We attach the numerical control device and execution elements to the lathe and choose an appropriate machinery servo-system and computer system. The result shows that after the innovation,the machin
3、e can sufficiently execute automatic control on outside diameter,taper,screw,ends,etc.It improves the production rate of the machine and decreases the labor stress from the operator.Using numerical control technology to improve existing machinery for enterprises. ie: developing economically-typed nu
4、merial control control machinay is an effective way to the engineering innovation for factories ,works and mine.Key Words； C6163 lathe; innovation of the numerical control; economical目 录1 概论 1.1数控系统发展简史21.2国内数控机床状况分析21.3数控系统的发展趋势21.4机床数控化改造的必要性32 普通车床数控改造的可行性论证2.1 车床的数控改造42.2可行性论证73 设计方案3.1总体设计方案的确定
5、83.2横向进给伺服系统机械部分的计算与校核 103.2.1 选择脉冲当量113.2.2计算切削113.2.3滚珠丝杆螺母副的计算与选型123.2.4齿轮传动比的计算16 3.2.5步进电机的计算,校核与选型174 数控系统硬件电路设计4.1数控系统基本硬件组成224.2单片机控制系统的设计24 4.2.1 硬件电路的组成24 4.2.2机械控制系统原理及电路设计总结264.3数控车床数控系统软件的设计29参考文献34数控机床课程设计任务书学生姓名：张振学号：04010040 专业：机械设计制造及其自动化（机电一体化）1 设计题目或专题： C6163型车床的经济型数控改造设计 2 学生设计的时
6、间： 自 2 月 24 日开始至 3 月 15 日止3 设计所用资源和参考资料： 1）机床实物测绘的工件图纸和技术要求 2）现场资料 3）机床设计图册，机械技术和机械设计手册等参考文献和设计手册 4 设计要完成的主要内容：1） 控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图 2） 机械部分设计计算及结构设计说明；3） 硬件电路部分设计说明；4） 数控机床课程设计书明书。5 提交设计形式（设计说明与图纸）及要求：1）车床数控改造横向总装图1张（0号图纸）；横向进给设计电路原理图一张。2）设计说明书按太原理工大学毕业设计（论文）说明书的要求进行排版（打印或手写）不少于25页 6 发任务书时间： 2008
7、 年 2 月 24 日指导教师：程建平 董长双学 生：张 振太原理工大学毕业设计（论文）指导人评语 指导人： （签名） 年 月 日 太原理工大学毕业设计（论文）评阅人评语评阅人： （签名） 年 月 日 太原理工大学毕业设计（论文）答辩委员会记录日期： 学生： 学号： 班级： 03级机制本一班 题目: C6163型车床的经济型数控改造设计 提交毕业设计（论文) 答辩委员会下列材料:1设计（论文) 说明书 共 页2设计（论文）图 纸 共 页3指导人、评阅人评语 共 页毕业设计（论文）答辩委员会评语：毕业设计（论文）答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名）（签名）（签名） 总评成绩：
8、1 概 论1.1 数控系统发展简史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，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在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。1.2国内数控机床状况分析1.2.1国内数控机床现状：近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外
9、，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。1.
10、2.2 国内数控机床的特点： (1) 新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 (2) 数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率 从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 (3) 数控机床发展的关键配套产品有了突破。 1.3 数控系统的发展趋势1.3.1继续向开放式、基于PC的第六代方向发展：基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统
11、承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。1.3.2向高速化和高精度化发展：这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。1.3.3向智能化方向发展：随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。(1)应用自适应控制技术数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。(2) 引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。(3) 引入故障诊断专家系统(4) 智能化数字伺服驱动装置可以通
12、过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。1.4机床数控化改造的必要性1.4.1微观看改造的必要性：从微观上看，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。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 (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。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了柔性自动化。 (3) 加工零件的精度高，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。 (6) 由以上五条派生的好处。如：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，可对市场需求作出快速反应等等。 1.4.2宏观看改造的必要性
