【正文】 臥式車床數(shù)控化改造摘 要由于目前國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床數(shù)量需求量大，達(dá)到300萬臺(tái)之巨，要進(jìn)行全部翻新在時(shí)間，物質(zhì)上尚不具有足夠的條件，為了達(dá)到的條件，為達(dá)到較高精度，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)普通車床實(shí)行數(shù)控開環(huán)改造。本次設(shè)計(jì)著重對(duì)CA6140普通車床的縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造，并對(duì)縱橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)齒輪箱進(jìn)行改造。本次設(shè)計(jì)作了下面的一些工作： 1機(jī)械部分采用了一級(jí)齒輪傳動(dòng)，以BF型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，以CBM/CDM滾珠絲杠作為重要元件，以便更好的實(shí)行軟件控制；2數(shù)控部分采用MCS51中的8031作為主控芯片建立一套單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。擴(kuò)展I/O接口用8155芯片及外存儲(chǔ)器，采用地址鎖存和譯碼器。3 SolidWorks造型，包括軟件的應(yīng)用和對(duì)車床的實(shí)體建摸。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床改造、單片機(jī), 滾珠絲杠 BF型步進(jìn)電機(jī) SolidWorks ABSTRACBecause of the great number of machine tools in our country ,the number is3,000, is impossible to renew them all without enough time and materialTo reform part of old ones with Numerrical Control(nc) OpenLoop control System to get high precision and high economy is a good way. The design emphases on the reform of lengthwise and axial feed systems, the fear box of the axial system, work has been in the paper:(1) Based on the onelevel driving , the style BFstepper Motor which acts the Soure of power, the CDM/CBM screw ball which is the important transmission element, the part of machinery realizes the software control.(2) The numerical control partially uses in MCS51 8031 to do primarily controls the chip to establish a set of monolithic integrated circuits application system。Expands the I/Oconnection with 8155 chips and the external memory, uses the address lock to save with the decoder(3) SolidWorks Modelling Constructs including the software application and to the lathe entitytracesKeywords: Numerical control machine tool ,Singlechip Microputer ，Ball screw, the style BF stepper Motor, SolidWorks。目 錄1． 緒 論 12． 總體方案確定 4 4 5 6 6 6 7 7 10 11 11 12 12 12 154. 微機(jī)控制部分 18 總體設(shè)計(jì) 18 18 18 8031對(duì)片外存儲(chǔ)器的選擇 19 8031并行I/O口擴(kuò)展 19 20 20. 關(guān)于電路原理圖的一些說明 216. 數(shù)控機(jī)床故障診斷 25 25 27 28 30 SolidWorks 軟件介紹 30 繪制草圖 31 裝配體設(shè)計(jì) 338. 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 37結(jié) 論 42致 謝 43參考文獻(xiàn) 441． 緒 論機(jī)床數(shù)控技術(shù)就是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)控制的專門技術(shù)，其中刀具與工件運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)控制、刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的自動(dòng)控制是機(jī)床數(shù)字控制的最主要內(nèi)容。數(shù)字控制機(jī)床(Numerical Control Machine Tools)簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是一個(gè)精密的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是由精密機(jī)械部件（如滾珠絲桿、高精度導(dǎo)軌、精密軸承、主軸）和復(fù)雜電氣部件（如數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)以及精密測(cè)量系統(tǒng)）構(gòu)成的一個(gè)完整的產(chǎn)品。它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖如下：數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖其工作原理是先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸和技術(shù)要求等條件，確定該零件的加工工藝過程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的加工程序。即：將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化；按標(biāo)準(zhǔn)的格式編制成零件加工程序單；然后將此加工程序輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，并將輸入到數(shù)控單元的加工程序進(jìn)行試運(yùn)行、刀具路徑模擬等。確認(rèn)無誤后，再將被加工零件裝夾好；對(duì)刀后，即可啟動(dòng)機(jī)床運(yùn)行加工程序。在加工程序運(yùn)行時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)根據(jù)加工程序的內(nèi)容，發(fā)出各種控制命令，如啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，打開切削液、進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算、向特殊的執(zhí)行單元發(fā)出數(shù)字位移脈沖和進(jìn)行進(jìn)給速度控制等。正常情況下，加工程序可直接運(yùn)行到其結(jié)束。當(dāng)改變加工零件時(shí)，在數(shù)控機(jī)床上只要改變加工程序，就可以繼續(xù)加工新零件。數(shù)控機(jī)床改造在國(guó)外以發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門。早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門業(yè)務(wù)，其發(fā)展的原因是多方面的。首先是技術(shù)的原因，過去20年里，金屬切削的基本原理變化不大，但社會(huì)的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，要求制造技術(shù)向自動(dòng)化和精密化前進(jìn)。而刀具材料和電子技術(shù)卻有很的大的進(jìn)步，特別是微電子技術(shù)，電子計(jì)算機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，反應(yīng)出控制系統(tǒng)，它能幫助機(jī)床自動(dòng)化又能提高加工精度，技術(shù)進(jìn)步和高生產(chǎn)率的要求，精密加工的增多等，突出了舊機(jī)床技術(shù)改造技術(shù)的必要性和急迫性。其次是經(jīng)濟(jì)上的原因。許多發(fā)達(dá)國(guó)家多做過系統(tǒng)的分析，如果舊機(jī)床設(shè)備以新設(shè)備更新，要付出很大的代價(jià)的，若利用“改造技術(shù)”，則節(jié)省大半資金，這種事半功倍的技術(shù)，不僅不浪費(fèi)資金而切還為小企業(yè)技術(shù)改造開創(chuàng)了新路，而且對(duì)實(shí)力雄厚的大企業(yè)也有很大的經(jīng)濟(jì)吸引力。再次是市場(chǎng)因素，目前許多國(guó)家設(shè)備所需的數(shù)控機(jī)床數(shù)量，按機(jī)床工業(yè)現(xiàn)狀是無力及時(shí)提供的。機(jī)床“改造”就成為機(jī)床市場(chǎng)需要的補(bǔ)足手段。最后是生產(chǎn)力的因素，在工業(yè)生產(chǎn)中，品種多小批量生產(chǎn)是現(xiàn)代化機(jī)械制造業(yè)的基本特征，只有相當(dāng)大比重完成生產(chǎn)任務(wù)，不外乎選擇通用機(jī)床、專業(yè)機(jī)床和數(shù)控機(jī)床，柔性制造系統(tǒng)，就工業(yè)復(fù)雜程度和一批工件所需要生產(chǎn)總成本比較中看出，數(shù)控機(jī)床最能適應(yīng)這一需要。我國(guó)是擁有300萬機(jī)床國(guó)家。而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動(dòng)、半自動(dòng)和精密機(jī)床更新現(xiàn)有設(shè)備，不論資金還是我國(guó)機(jī)床的能力是辦不到的。因此應(yīng)盡快將我國(guó)現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備改造自動(dòng)化要求解決的課題。用這控制技術(shù)正是適應(yīng)這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入了微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)具有先進(jìn)性，同時(shí)在應(yīng)用此自動(dòng)化改造方案，有較大的應(yīng)用性和可調(diào)性，而且投資改造的費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅是全功能型數(shù)控裝置的1/3到1/5擁護(hù)承擔(dān)的起。從若干單位應(yīng)用的實(shí)例可論證，投入使用后，成倍的提高了生產(chǎn)效率，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再推出全功能型數(shù)控這條道路，適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、教育、生產(chǎn)水平，對(duì)于以后全動(dòng)能型數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造的方向過度的重要內(nèi)容。CA6140機(jī)床是一種普通精度的及萬能臥式機(jī)床，屬于使用范圍廣的通用機(jī)床。這種機(jī)床的性能及質(zhì)量較好。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自動(dòng)化程序較低，是一種屬于中型的普通機(jī)床，在各廠礦企業(yè)的應(yīng)用很廣。為此，本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)CA6140普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，利用微機(jī)對(duì)縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)行開環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)元件是利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)利用滾珠絲杠。2． 總體方案確定在簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)是利用八位微處里機(jī)和單片機(jī)，近年來國(guó)有一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種八位單片微型機(jī)，主要有MCS—48系列，CS51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在國(guó)內(nèi)用的較廣，開發(fā)工具較齊的是MCS51系列，這里選用MCS51系列中的8031。數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)，點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)，輪廓控制系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。車床是控制刀具以給定速率沿指定路線運(yùn)動(dòng)來加工工件輪廓復(fù)雜的零件，其個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)之間有著精確的出數(shù)關(guān)系，根據(jù)車床加工這一特點(diǎn)，采用連續(xù)控制系統(tǒng)比較合適，連續(xù)控制系統(tǒng)具有點(diǎn)位控制系統(tǒng)的功能，故定位方式采用增量坐標(biāo)控制。伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)位量伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種控制方式。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)存在著精度不能達(dá)到太高的基本問題，但是步進(jìn)電機(jī)具有位移和輸出脈沖的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，使誤差不能積累，轉(zhuǎn)速和輸出脈沖頻率有嚴(yán)格的對(duì)映關(guān)系，而且在負(fù)載能力范圍內(nèi)不受電流、電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)變化的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)裝置發(fā)出信號(hào)的流向是單向的，對(duì)移動(dòng)部件如工作臺(tái)的實(shí)際位置工件檢測(cè)。并且伴隨電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，目前大多采用直流電動(dòng)機(jī)或交流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件。雖然閉環(huán)、半閉環(huán)對(duì)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高精確的位置伺副。由于反饋環(huán)節(jié)必須的技術(shù)條件要控制閉環(huán)系統(tǒng)的良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也大為提高。本設(shè)計(jì)是基于CA6140普通型的車床的經(jīng)濟(jì)化、數(shù)控化改造故采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)伺服系統(tǒng)。（1）導(dǎo)軌 由于普通型車床的改造精度要求的不高的開環(huán)系統(tǒng)，而滑動(dòng)導(dǎo)軌定位精度和靈敏不需研磨措施可達(dá)到10um左右。能夠滿足改裝后的要求，所以仍采用原機(jī)床的導(dǎo)軌。（2）螺旋傳動(dòng) 原機(jī)床的絲杠屬于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，主要缺點(diǎn)就是機(jī)械效率低，一般僅為30~60%，與改造后的精度相差很多。數(shù)控機(jī)床除了具有較高的定位精度外，還應(yīng)良好的動(dòng)態(tài)間應(yīng)特征，滾珠絲杠副