【正文】 摘 要數(shù)控機床價格昂貴，一些企業(yè)要做一次性投資購買全新的數(shù)控機床經(jīng)濟上負(fù)擔(dān)不起。針對這種情況，本課題提出對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，尋找一種可行的、有推廣價值的設(shè)備改造方法。本設(shè)計論文以CA6132為例，闡述了普通數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)的改進(jìn)及機床控制系統(tǒng)的改造。機械部分的設(shè)計主要根據(jù)機械工業(yè)部的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，并盡可能的選用標(biāo)準(zhǔn)件，以使總體成本下降，提高其通用性和經(jīng)濟性。對主軸箱的改造采用了電磁離合器來改變齒輪的傳動路線，同時結(jié)合變速手板的不同位置來達(dá)到主軸不變速要求。采用滾珠絲桿對原動機床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，驅(qū)動裝置為步進(jìn)電機。在主軸內(nèi)安裝了主軸脈沖發(fā)生器，由脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖信號到CNC系統(tǒng)，再由CNC系統(tǒng)控制步進(jìn)電機，實現(xiàn)進(jìn)給運動。電氣控制部分考慮到實際情況，單片機在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛，且用戶反映普遍較好,價格也不昂貴。8031單片機是整個數(shù)控裝置的核心。關(guān)鍵詞: CA6132車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 8031單片機目 錄第一章 緒論 4 機床的數(shù)控化改造 4 4 51. 2數(shù)控機床與數(shù)控技術(shù) 7 7 9 15第二章 設(shè)計方案和基本方案的確定 21 21 21 21 22 22 23 23 25 26 27第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動計算 32 32 3計算和選型 33 33 34 35 35 36 36 36 36 36 38 40結(jié)論 42致謝 43參考文獻(xiàn) 44第一章 緒論 機床的數(shù)控化改造目前，關(guān)于機床改造方面的報道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在:。，也可以進(jìn)行智能化數(shù)控機床改造。不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿足用戶的基本使用需求。但目前對車床的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟性數(shù)控化改造。在改造過程中，主要沿用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的外部接線要求進(jìn)行控制電路設(shè)計，沒有對系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，不能結(jié)合實際應(yīng)用解決當(dāng)前同類機床存在的問題，比如:現(xiàn)在的機床普遍采用正邏輯控制，當(dāng)限位保護(hù)電路，如發(fā)生電路開路或接觸不良時，不會立即報警，容易造成事故。針對目前同類數(shù)控機床使用中存在的問題，經(jīng)過仔細(xì)的研究和分析系統(tǒng)特性，在改造機床時所有限位保護(hù)電路均采用負(fù)邏輯，如發(fā)生電路開路或接觸不良時會立即報警，防止意外事故發(fā)生；設(shè)定了特殊的限位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。這一技術(shù)已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。另外，我們知道車床加工的主要任務(wù)是承擔(dān)軸類、套類、盤類等零件的加工。成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場競爭能力的4個要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閉值的大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述4個方面的統(tǒng)一。但在當(dāng)前激烈的市場競爭環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣方市場已轉(zhuǎn)向以市場需求為中心用戶為主導(dǎo)的買方市場，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境；其次，衡量企業(yè)競爭力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。為此，發(fā)展柔性結(jié)構(gòu)體系的數(shù)控制造裝備及制造系統(tǒng)是實現(xiàn)在快速多變的市場環(huán)境中對用戶驅(qū)動的市場需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。所謂制造裝備及制造系統(tǒng)的柔性化是指當(dāng)產(chǎn)品的品種的需求發(fā)生變化時，它們?nèi)阅茉跐M足經(jīng)濟性的前提下，實現(xiàn)及時轉(zhuǎn)換生產(chǎn)的適應(yīng)能力。同時，持續(xù)地提高經(jīng)濟加工精度也是適應(yīng)市場競爭的另一個主要目標(biāo)。因而作為評定數(shù)控機床及系統(tǒng)效能的基本指標(biāo)也將由傳統(tǒng)的工作精度和切削能力改為用高效柔性和高精化的程度來衡量。高效柔性化和高精化分別反映了制造業(yè)在競爭激烈的市場環(huán)境下的兩個最主要的要求，即產(chǎn)品生產(chǎn)變換的靈捷性和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提高。如何達(dá)到上述要求，進(jìn)一步提高其生產(chǎn)的柔性化，達(dá)到操作的簡便易行，在改造過程中利用成組技術(shù)，來把單件多品種生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成變品種的批量生產(chǎn)，設(shè)計共用化的程序存入系統(tǒng)，減少編程的麻煩，提高了加工效率。這一創(chuàng)新思路是目前市場上沒有的，該技術(shù)己申請專利。同時采用無級變速方式，使其轉(zhuǎn)速提高到2000r/min，實現(xiàn)了高速化。1．宏觀看改造的必要性宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）％，％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。2．微觀看改造的必要性微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。1. 2數(shù)控機床與數(shù)控技術(shù)國內(nèi)數(shù)控機床現(xiàn)狀由于機床下游行業(yè)固定資產(chǎn)投資連續(xù)幾年快速增長，國內(nèi)機電產(chǎn)品市場需求年均增長30％，帶動了機床市場需求30％以上的增長。從2002年開始，我國就成為世界第一機床消費大國。；2005年前三季度。由于數(shù)控機床的增長速度明顯快于普通金屬切削機床，數(shù)控機床在金屬加工機床總量中的比重逐年上升，我國機床的數(shù)控化率逐年提高。2001年，％，％，％的水平。另外，我國機床出口增長較快。，；。2005年前三季度，％、％。％、％。我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)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。但值得注意的是高檔數(shù)控機床仍大量進(jìn)口。從2001年開始，我國就成為世界上最大的機床進(jìn)口國。最近幾年我國用于機床進(jìn)口的外匯高速增長，進(jìn)口用匯是出口收匯的近10倍。，％％；2005年前三季度。國內(nèi)數(shù)控機床的特點，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位 ，數(shù)控化率顯著提高國內(nèi)控機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床推廣應(yīng)用逐步加深數(shù)控金切機床的構(gòu)成比逐漸趨于合理數(shù)控機床的應(yīng)用由單機向單元(系統(tǒng))方向發(fā)展出口前景良好國外數(shù)控機床的特點一是利用二進(jìn)制數(shù)學(xué)方式輸入， 加工過程可任意編程，主軸及進(jìn)給速度可按加工工藝需要變化，且能實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動，易加工雜曲面。對于加工對象具有“易變、多變、善變”的特點．換批調(diào)整方便可實現(xiàn)雜件多品種中小批柔性生產(chǎn)，適應(yīng)社會對產(chǎn)品多樣化的需求。但價格較昂貴，需要正確分析其使用的經(jīng)濟合理性。二是利用硬件與軟件相結(jié)合。能實現(xiàn)信息反饋補償、自動和減速等功能，可進(jìn)一步提高機床的加工精度、效率和自動化程度。三是以電子控制為主的機電一體化機床充分發(fā)揮了微電子和計算機技術(shù)特有的優(yōu)點，易于實現(xiàn)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化， 可較容易地組成各種先進(jìn)制造系統(tǒng)， 如F M S、F T L、F A， 甚至將來的CIMS，能最大限度地提高工業(yè)生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率。國際對中國機械工業(yè)的沖擊外資對我國機械工業(yè)的結(jié)構(gòu)沖擊主要表現(xiàn)在以下幾點：部分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受到?jīng)_擊工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競爭我國機械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制 處于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長環(huán)境趨于嚴(yán)峻數(shù)控技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀1 開放結(jié)構(gòu)的發(fā)展 數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近50年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模IC數(shù)控，小型計算機數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機硬件及軟件組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進(jìn)電機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)裝備的機床大大提高了加工精度、速度和效率。人類發(fā)明了機器，延長和擴展人的手腳功能：當(dāng)出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)以后，制造廠家逐漸希望數(shù)控系統(tǒng)能部分代替機床設(shè)計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗和操作技能放進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)， 同時也希望系統(tǒng)具有圖形交互、診斷功能等。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機界面和開發(fā)平臺，通過這個界面和平臺開放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路。這就產(chǎn)生了開放結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。機床制造商可以在該開放系統(tǒng)的平臺上增加一定的硬件和軟件構(gòu)成自己的系統(tǒng)。目前，開放系統(tǒng)有兩種基本結(jié)構(gòu)：(1)CNC+PC主板：把一塊PC主板插入傳統(tǒng)的CNC機器中，PC板主要運行實時