【正文】 目 錄摘要 …………………………………………………………………………………………ⅰAbstract ……………………………………………………………………………………ⅱ緒論 …………………………………………………………………………………………1第一章 CA6140車床微機數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案的擬訂…………………………………311 總體方案確定 ……………………………………………………………………312 設(shè)計X—Y數(shù)控工作臺及其控制系統(tǒng) …………………………………………4第二章 CA6140車床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算 ……………………………………521 脈沖當量的選擇 …………………………………………………………………522 切削力的計算 ……………………………………………………………………523 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 …………………………………………………624 齒輪傳動比的計算………………………………………………………………1425 步進電機的計算與選型…………………………………………………………1526 設(shè)計繪制進給伺服系統(tǒng)機械裝配圖……………………………………………19第三章 CA6140 車床微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計……………………………………2031 單片機微機數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計內(nèi)容……………………………………………2032 MCS51 系列單片機簡介………………………………………………………2133 存儲器擴展電路的設(shè)計…………………………………………………………2834 I/O 接口電路及輔助電路設(shè)計…………………………………………………3735 典型零件加工程序設(shè)計…………………………………………………………46總結(jié)…………………………………………………………………………………………49參考文獻……………………………………………………………………………………50致謝…………………………………………………………………………………………51外文資料及中文翻譯………………………………………………………………………52 [摘要]針對現(xiàn)有常規(guī)CA6140普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設(shè)計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計過程，較詳盡地介紹了CA6140機械改造部分的設(shè)計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。 結(jié)合我國實際國情，經(jīng)濟型數(shù)控車床是我國從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺階。利用現(xiàn)有的普通車床，對其進行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。數(shù)控車床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結(jié)構(gòu)復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。我國作為機床大國，數(shù)控機床的占有率還不足百分之三，但是在歐美等發(fā)達國家數(shù)控機床的占有率達到了百分之三十六以上，單從數(shù)字上來看我過和歐美等發(fā)達國家還有相當大的距離。其主要原因為數(shù)控車床價格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。對普通機床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。在金屬加工行業(yè)中車床在所有加工設(shè)備中占有最大比重，例如最常見的軸類零件，就是由車床加工而成本論文針對目前國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀，以CA6140普通車床為例提出簡易型經(jīng)濟數(shù)控改造思路和設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床， 單片機數(shù)控系統(tǒng)，改裝設(shè)計，CA6140 伺服電機 傳動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 電氣控制線路 經(jīng)濟實惠 數(shù)控改造， NC overview of the application [Abstract] To remedy the defects of ordinary lather CA6140, a design of data processing system and its single chip microputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine’s usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 Keyword numerical control machine tool, single chip microputer systemChina39。s actual conditions and economic CNC lathe is from the ordinary to the lathe and NC lathe important development of existing ordinary lathe, NC transformation is its low cost and highly efficient lathe as a typical electromechanical integration products, machinery manufacturing plays an enormous role,good solution to the structural plexity of modern machinery, precision, small batches, changeable parts processing,able to stabilize the quality of the processing products, a significant increase in production the big machine, CNC machine tools was less than % , in Europe and the United States and other developed countries to achieve the 36% share of the CNC machine moreI can see from the figures over Europe and the United States and other developed countries there is still a considerable main reason for the higher prices of CNC lathe, a onetime investment to fill larger transformation of the ordinary would be a better in the metal processing industry accounts for the largest proportion of all processing equipment, for example, the most mon from the machining cost is the present status of domestic CA6140 made to the general economic NC lathe ideas and design methods.Essential character numerical control machine tool, single chip microputer system，reform design，The CA6140 servo electrical machinery transmission system control system electricity control line economical numerical control changes 緒 論隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復雜，且需頻繁改型，普通機床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機床應(yīng)運而生。這種新型機床具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機床控制的發(fā)展方向。一、數(shù)控機床的產(chǎn)生數(shù)控機床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升機槳葉輪廓用檢查樣板的加工機床任務(wù)時，提出了研制數(shù)控機床的初始設(shè)想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學院伺服機構(gòu)實驗室合作，開始從事數(shù)控機床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床實驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進和自動編程研究，于1955年進入實用階段。一直到20世紀50年代末，由于價格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點位控制的機床。數(shù)控技術(shù)不僅在機床上得到實際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機、火焰切割機等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴展應(yīng)用范圍。二、數(shù)控機床的發(fā)展自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機床以來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。第一代數(shù)控：19521959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，具有很強的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來，微電子和計算機技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機械制造的各個領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計算機直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢。三、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況我國從1958年由北京機床研究所和清華大學等首先研制數(shù)控機床，并試制成功第一臺電子管數(shù)控機床。從1965年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到60年代末和70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機等獲得成功。與此同時，還開展了數(shù)控加工平面零件自動編程的研究。19721979年是數(shù)控機床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機床研制成功；數(shù)控升降臺銑床和數(shù)控齒輪加工機床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場。從80年代初開始，隨著我國開放政策的實施，先后從日本、美國、德國等國家引進先進的數(shù)控技術(shù)。上海機床研究所引進美國GE公司的MTC1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進、消化、吸收國外先進技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機床研究所又開發(fā)出BSO3經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。進而推動了我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國數(shù)控機床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國的數(shù)控機床已跨入一個新的發(fā)展階段。四、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢從數(shù)控機床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動化是數(shù)控機床的重要發(fā)展趨勢。對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求具有進入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國的SIEMENS和美國的AB公司，產(chǎn)品都