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目錄
任務書
開題報告
本科生畢業(yè)設計（論文）指導人評語
本科生畢業(yè)設計（論文）評閱人評語
本科生畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄
摘要…………………………………………………………………………………….1
前言……………………………………………………………………………………2
第一章 概論…………………………………………………………………………..3
一、 系統(tǒng)發(fā)展史……………………………………………………………………3
二、 國內數控機床的狀況分析……………………………………………………3
三、 數控系統(tǒng)能發(fā)展趨勢…………………………………………………………4
四、 數控機床的改造的必要性……………………………………………………5
五、 數控化改造的空間……………………………………………………………6
六、 數控機床改造的效益分析……………………………………………………7
第二章 普通機床的數控化改造和可行性論證……………………………………..9
第一節(jié) 車床的數控化改造………………………………………………………9
一、設計的內容及任務…………………………………………………………….9
第二節(jié) 可行性論證………………………………………………………………….10
第三章 總體方案的擬訂和論證……………………………………………………..11
第一節(jié) 總體設計方案的擬訂……………………………………………………..11
1．主傳動系統(tǒng)的設計改造………………………………………………………..11
2．數控系統(tǒng)的選擇………………………………………………………………..11
3．自動轉位刀架選擇設計………………………………………………………..12
4．驅動系統(tǒng)的設計改造……………………………………………………………..12
第二節(jié) 可行性分析………………………………………………………………..15
第三節(jié) 總體方案的確定 …………………………………………………………16
第四章 主傳動部分改造與設計……………………………………………………17
一、主傳動部分方案擬訂和設計的內容………………………………………….18
二、主軸部分改造設計計算……………………………………………………….19
第五章 伺服進給結構設計………………………………………………………….20
第一節(jié)伺服系統(tǒng)的組成原理和要求……………………………………………….27
一、 伺服系統(tǒng)的組成原理………………………………………………………….27
二、 伺服系統(tǒng)的要求……………………………………………………………….27
第二節(jié) 伺服進給系統(tǒng)的設計內容和設計計算…………………………………...29
一、 縱向進給系統(tǒng)的設計…………………………………………………….……29
二、 橫向進給系統(tǒng)餓設計計算……………………………………………….……40
第三節(jié) 步進電機的選擇……………………………………………………….….47
一、 CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機確定………………………………………….47
二、 CA6140橫向進給系統(tǒng)步進電機確定……………………………………….…48
第四節(jié) 伺服系統(tǒng)說明………………………………………………………….….48
一、 機床進給系統(tǒng)的結構及工作原理……………………………………….……48
二、 步進電機………………………………………………………………………50
三、 步進電機的驅動電源…………………………………………………………50
四、 滾珠絲杠………………………………………………………………………51
五、 機床導軌………………………………………………………………………52
第六章 自動轉位刀架………………………………………………………..…….53
一、數控車床刀架的基本要求……………………………………………..…….53
二、車床刀架結構…………………………………………………………..…….53
三、 工作原理………………………………………………………………..…….54
四、 刀架的安裝…………………………………………………………………….55
第七章 編碼盤安裝部分的結構設計……………………………………………….56
一、 光電編碼器工作原理………………………………………………………….56
二、 步進電機頻率對編碼盤的限制…………………………………….................57
三、 編碼盤的安裝………………………………………………………………….57
第八章 經濟型數控系統(tǒng)中常用軟件模塊設計…………………………………….59
第一節(jié) 插補原理及其程序設計…………………………………………………...59
一、 插補方法概述………………………………………………………………….59
二、 逐點插補原理及其程序設計………………………………………………….60
三、 插補控制軟件………………………………………………………………….69
第二節(jié) 接口電路設計………………………………………………………………78
一、 單片機和主機（PC機）的連接………………………………………………78
二、 8031單片機接口的擴展……………………………………………………….80
三、 鍵盤/顯示器接口芯片（8279）……………………………………………….82
四、 中斷優(yōu)先電路…………………………………………………………………..85
五、 光電隔離電路…………………………………………………………………..86
第三節(jié) 伺服電路……………………………………………………………………87
一、 系統(tǒng)的組成……………………………………………………………..............87
二、 接口電路………………………………………………………………………..89
三、 位置和速度接口……………………………………………………………….89
四、 步進電機控制程序設計……………………………………………………….89
五、 單片機控制的自動換刀程序設計…………………………………………….96
六、 典型零件的加工程序設計…………………………………………………….97
參考文獻
前 言
大學四年的學習生活即將結束，大學學習生活中的最后一個環(huán)節(jié)也是最重要一個環(huán)節(jié)———畢業(yè)設計，是對所學知識和技能的綜合運用和檢驗。
本人的畢業(yè)設計課題是對普通車床（CA6140）進行經濟型數控改造，其內容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設計計算（伺服進給機構設計、自動轉位刀架的選擇或設計、編碼盤安裝部分的結構設計）、主運動自動變速原理等。對普通車床進行經濟型數控改造符合我國國情，即適合我國目前的經濟水平、教育水平和生產水平，又是國內許多企業(yè)提高生產設備自動化水平和精密程度的主要途徑，在我國有著廣闊的市場。從另一個角度來說，該設計既有機床結構方面內容，又有機加工方面內容，還有數控技術方面的內容，有利于將大學所學的知識進行綜合運用。雖然設計者未曾系統(tǒng)的學習過機床設計的課程，但通過該設計拓寬了知識面，增強了實踐能力，對普通機床和數控機床都有了進一步的了解。
畢業(yè)設計作為我們在大學校園里的最后一堂課、最后一項測試，它既是一次鍛煉，也是一次檢驗，在整個設計過程中，我獲益匪淺。在此，我要衷心感謝梁潔萍老師對我的關心和細致指導。
由于畢業(yè)設計是我的第一次綜合性設計，無論是設計本人的紕漏還是經驗上的缺乏都難免導致設計的一些失誤和不足，在此，懇請老師和同學們給以指正。
設計者：楊永波
2004年4月
摘 要
本設計說明書包括：概論、總體設計方案的擬定和驗證、主傳動部分的改造設計、伺服進給系統(tǒng)的改造設計、自動轉位刀架的選擇設計、編碼盤安裝部分的結構設計等幾個部分。改造后的機車，主運動實現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數控控制，并要求達到縱向最小運動單位為0.01/脈沖，橫向最小運動單位0.005/脈沖，刀架要是自動控制的自動轉位刀架，要能自動切削螺紋。
關鍵字：數控改造 進給系統(tǒng) 滾珠絲杠 自動刀架
Abstract
This introduction of the design included:The draw-up of the general outline, the decision and verify of the total designal projection, the reforms design to the parts of the lord spreads to move,the reforms design to the system of serve enters ,the choice and design to the knife which turn automatically, the constructions design of coding dish gearing part ,and so on.while the Motorcycle been reformed, the lord exercises realize to change speed automatically. lengthways, horizontal enter to proceed to system the number controls the control, and request to attain lengthways minimum sport unit as 0.01 mm/ pulse, horizontal minimum sport unit as 0.005 mm/ pulse, knife must be the automatic control a knife which is turning automatically,and it is able to slice the thread automatically.
Key word: The number controls to reforms the system of enters roll the bead in silk automatic knife
第一章 概論
一、數控系統(tǒng)發(fā)展簡史
1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。
二、國內數控機床狀況分析
（一）國內數控機床現(xiàn)狀
近年來我國企業(yè)的數控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。?2001年，我國機床工業(yè)產值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產數控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。?近年來我國出口額增幅較大的數控機床有數控車床、數控磨床、數控特種加工機床、數控剪板機、數控成形折彎機、數控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數控機床品種以中低檔為主。?
（二）國內數控機床的特點?
1、新產品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產品占據主導地位。?
2、數控機床產量大幅度增長，數控化率顯著提高。?
2001年國內數控金切機床產量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業(yè)產值數控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。?
3、數控機床發(fā)展的關鍵配套產品有了突破。??
三、數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
1. 繼續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數控系統(tǒng)生產廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數控的任務。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。
2. 向高速化和高精度化發(fā)展
這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。
3. 向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。
?。?）應用自適應控制技術
數控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調整系統(tǒng)的有關參數，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。
?。?）引入專家系統(tǒng)指導加工
將熟練工人和專家的經驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。
（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)
（4）智能化數字伺服驅動裝置
可以通過自動識別負載，而自動調整參數，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。