【正文】 序 言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，特別是 80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大 的經(jīng)濟(jì)效益。 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨(dú)立解決本專業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計說明書不只反映了設(shè)計的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。 本說明書分為概述、設(shè)計內(nèi)容、總結(jié)三部分，分別介紹了此次設(shè)計任務(wù)將普通臥式車床（ CA6140）改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床；有關(guān)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造總體方案確定及框圖、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 、加工程序編制；主要是對本次畢業(yè)設(shè)計的心得。 畢 業(yè) 設(shè) 計 1 目 錄 第一章 概述 1． 設(shè)計目的 3 2． 設(shè)計任務(wù) 4 第二章 設(shè)計內(nèi)容 1． 總體方案確定及框圖 5 2． 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算及校核 7 3． CA6140 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 21 4． 數(shù)控機(jī)床加工程序編制 22 第三章 總結(jié) 1． 設(shè)計體會 25 2． 參考書目 26 畢 業(yè) 設(shè) 計 2 第一章 概 述 畢業(yè)設(shè)計是完成技術(shù)人員基本的訓(xùn)練的一個重要環(huán)節(jié)。目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)和基礎(chǔ)知識的能力。并通過對設(shè)計資料的應(yīng)用，擴(kuò)大自己的知識面和對機(jī)械行業(yè)的認(rèn)識。且這次設(shè)計很大程度上使我們能夠獨(dú)立解決本專業(yè)一般工程上的問題。從設(shè)計方案的選定、設(shè)計資料的收集到零部件圖和總裝配圖、傳動系統(tǒng)圖的繪制。使我們能夠?qū)Ω鲗W(xué)科的知識系統(tǒng)的 運(yùn)用。 通 過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)習(xí) 系統(tǒng)地綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決實際工程問題的本領(lǐng)，鞏固和加深時所學(xué)知識的理解，并且通過畢業(yè)設(shè)計的實踐擴(kuò)大和 補(bǔ)充了知識，使認(rèn)識提高到一個新的水平，通過畢業(yè)設(shè)計的實踐，培養(yǎng) 調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力，練習(xí)查閱資料和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，查閱工具書或參考書，合理選擇設(shè)計計算公式，正確計算， 并能以圖紙和說明書表達(dá)設(shè)計的思想和結(jié)果，通過畢業(yè)設(shè)計，不但要提高解決具體問題的獨(dú)立工作能力，具體動腦動手能力，而且要建立 正確的設(shè)計和科研思想，加強(qiáng)科學(xué)性，牢固樹立實事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度 。 經(jīng)過 CA6140 型 車床的 經(jīng)濟(jì)型改造設(shè)計，使得對數(shù)控機(jī)床有進(jìn)一步的認(rèn)識和研究。懂得數(shù)控機(jī)床的組成及原理；（組成： 采用數(shù)控技術(shù)控制的機(jī)床；原理：按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工）還有數(shù)控機(jī)床的特點和分類以及數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢；（是工序集中 ，高速、高效、高精度及使用方便、提高可靠性）還間接預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí) 《單片機(jī)原理》和《 PLC 控制原理》等有用的所學(xué)科目，鞏固 以往的薄弱環(huán)節(jié)，以及對數(shù)控編程運(yùn)用，更加熟練。 ： (1)、 要求： 畢 業(yè) 設(shè) 計 3 將 CA6140車床改造成用 MCS— 51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求該車床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切 削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向： . 橫向： (2)、 設(shè)計參數(shù)： 最大加工直徑： 在床面上： 400mm 在床鞍上： 210mm 最大加工長度： 1000mm 快進(jìn)速度： 縱向： 橫向： 最大進(jìn)給速度： 縱向： 橫向： 代碼制： ISO 脈沖分配方式：逐點比較法 輸入方式：增量值，絕對值通用。 控制坐標(biāo)數(shù)： 2 最小指令值： 縱向： 橫向： 刀具補(bǔ)償量： 0~ 進(jìn)給傳動鏈間隙補(bǔ)償量： 縱向： 橫向： 自動升降速性能： 有 (3)、 工作量： ① 機(jī)床改造總圖； 畢 業(yè) 設(shè) 計 4 ② 進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個坐標(biāo)軸（縱向或橫向）的機(jī)械裝配圖： ③ 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖； ④ 設(shè)計計算說明書。 Ⅰ .控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標(biāo)準(zhǔn)圖 Ⅱ .機(jī)械部分設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 Ⅲ .硬件電路部分設(shè)計說明 Ⅳ .加工程序控制及說明 第二章 設(shè) 計 內(nèi) 容 (1). 總體方案的確定 ① . 系統(tǒng)的運(yùn) 動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 ② . 計算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8位微機(jī)。由于 MCS— 51 系列單片機(jī)具有集成度高，可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性能價格比高等特點，決定采用 MCS— 51 系列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O接口及光隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大 電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。 ③ . 機(jī)械傳動方式 為實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證一畢 業(yè) 設(shè) 計 5 定的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 (2). 設(shè)計方案 ① . 系統(tǒng)運(yùn)動方式的 確定 數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位 /直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng) ② . 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán) 控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向送的。 指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或位流伺服電機(jī)驅(qū)動。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是用檢測元件出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。 ③ . 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機(jī)械傳動裝置時，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點： Ⅰ .盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。 Ⅱ .盡量肖除傳動間隙。例如采用隙齒輪等。 Ⅲ .提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動