【正文】 齊 齊 哈 爾 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 單片機(jī)控制的數(shù)控車床改造設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 機(jī) 電083 學(xué)生姓名 董 巖 指導(dǎo)教師 曹維江 成 績(jī) 年 月 日摘 要隨著數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、發(fā)生了深刻的變化。在我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過(guò)程中，MCS51系列單片機(jī)在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)大多采用MCS51系列單片機(jī)。本文在分析了數(shù)控車床的特點(diǎn)和應(yīng)該具備的功能后，確定將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，對(duì)C616車床進(jìn)行了具體的分析改造，普通車床（C616）的數(shù)控改造設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗(yàn)證、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)計(jì)算（包括縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算）、主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速原理及改造后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)、機(jī)床調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、電磁離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我熟悉了機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的基本過(guò)程，并把各門所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通形成一個(gè)有機(jī)的整體，為以后的設(shè)計(jì)工作打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)我也深深的體會(huì)到了不足之處，我一定會(huì)在今后的工作中不斷學(xué)習(xí)，不斷實(shí)踐。關(guān)鍵詞：數(shù)字控制，單片機(jī)系統(tǒng)，數(shù)控車床ABSTRACTWith the development of NC, there have been many changes in mechanical industry, such as producing method and struture of product. MCS51 single microputers have been used widely in NC, especially in eical NC equipments in china. Based on MCS51 single microputers, the NC lathe training equipment is designed with less money for the professional NC courses. After analyzing the feature of NC lathe and defining the functions of training equipment, Make sure to ordinary machine tools into economic numerical control machine tools，Ordinary lathe (C616) numerical control transformation design contents include: overall scheme determined and validation of the mechanical design and calculation of the transformation part (including longitudinal horizontal feeding system design and calculation) automatic transmission principle and main movement after reforming machine drive system of the machine speed motor design diagram control circuit design of design and calculation of the electromagnetic clutchIn this graduation design, I acquainted with the machine electricity integral whole to turn the basic process of design, and integrate the knowledge that each one learn to bee an organic whole, for later design work to lay a good foundation, I also realized the place of the shortage deeply at the same time, I will keep learning and practicing constantly in futureKey words: traininge quipment, numeric control, single microputer,system第1章 緒論數(shù)字控制（numerical control——NC）簡(jiǎn)稱數(shù)控，是指用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來(lái)實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制的一種自動(dòng)化技術(shù)。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床全面涵蓋了集計(jì)算機(jī)、微電子、信息、傳感、測(cè)試、機(jī)械制造技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域?yàn)橐惑w的高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，是一種高效自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)能夠控制機(jī)床動(dòng)作的先后順序和機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度以及刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。因?yàn)闄C(jī)床的主要發(fā)展方向是向著時(shí)間效率最大化，精度精密化和高柔性，所以它已經(jīng)成為現(xiàn)代工藝自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中最有代表意義的主力軍。 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，在現(xiàn)在的快節(jié)奏社會(huì)，各種產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率都需要大步的加快。而生產(chǎn)的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)這一要求的一種最有效的措施。例如飛機(jī)、汽車等生產(chǎn)企業(yè)，大多采用自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)組成的流水生產(chǎn)線，即保證了產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作者人數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，占大部分加工總量的80％以上的是單獨(dú)零件，少量批次生產(chǎn)的情況。對(duì)于這些繁復(fù)類型、小批量、形狀復(fù)雜、高精度的零件的加工，采用專業(yè)化程度高的自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)生產(chǎn)線并不符合經(jīng)濟(jì)規(guī)律。在在現(xiàn)代的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的中國(guó)，各個(gè)公司生產(chǎn)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，為了保證效益，必須推陳出新提高產(chǎn)品的質(zhì)量、增加種類，減少生產(chǎn)周期和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，對(duì)于其他可以大批量生產(chǎn)的零件，也不能一直一成不變，也需要更新?lián)Q代。這樣，傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)線難以適應(yīng)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)大潮中對(duì)其的嚴(yán)格要求。為了解決上述問(wèn)題，一種靈活、高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備——數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。1948年，在美國(guó)一家名叫帕森斯的公司接受USAF的委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的制造裝置。由于空軍所給的圖紙形狀繁復(fù)多樣，精度要求較高，當(dāng)時(shí)的加工設(shè)備難以勝任，于是有人提出用計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的想法。1949年，該公司委托麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)研究室專門研究數(shù)控機(jī)床，3年后試制成功第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床，并開始正式投入生產(chǎn)，于1957年正式投入使用。這是制造技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重大突破，標(biāo)志著數(shù)字控制技術(shù)正式涉足制造領(lǐng)域。到現(xiàn)在，數(shù)控加工已經(jīng)成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重中之重。由此可見，數(shù)控機(jī)床對(duì)于制造行業(yè)而言，很大得影響了制造業(yè)的格局，具有劃時(shí)代的意義。但當(dāng)時(shí)的數(shù)控裝置采用電子管元件，體積龐大，價(jià)格昂貴，而且只在像航空工業(yè)等少數(shù)的領(lǐng)域使用加工復(fù)雜零件；1959年，晶體管元件和印刷電路板發(fā)明，數(shù)控裝置正式進(jìn)入了第二代，體積縮小，價(jià)格下降。1960年以后，點(diǎn)位控制數(shù)控鉆床和直線控制數(shù)控銑床充分發(fā)展了，使數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)各部門逐步獲得推廣。我國(guó)于1958年開始研制數(shù)控機(jī)床，成功試制出配有電子管數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，1965年開始批量生產(chǎn)配有晶體管數(shù)控系統(tǒng)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床。 1965年，第三代的集成電路數(shù)控裝置面世，極大地促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床品種和產(chǎn)量的發(fā)展趨勢(shì)。60年代以來(lái)，一種根本性的改變：計(jì)算機(jī)控制機(jī)床的數(shù)控裝置出現(xiàn)了，分為（DNC）一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)；（CNC）小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控裝置發(fā)展到了第四代：小型計(jì)算機(jī)化。 1974年，簡(jiǎn)稱MNC研制成功，作為第五代數(shù)控系統(tǒng)。相比第三代，數(shù)控裝置的功能增加了1倍，而體積卻只是第三代的原來(lái)的二十分之一，價(jià)格也便宜了四分之三，系統(tǒng)也更加穩(wěn)定，可靠性提高。 1980年以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，各種新技術(shù)被應(yīng)用到數(shù)控裝置，比如能夠進(jìn)行人機(jī)對(duì)話式的自動(dòng)編制程序；一些數(shù)控裝置的體積已經(jīng)能直接裝在機(jī)床上；的自動(dòng)化程度又攀新高，具備了類似自動(dòng)檢查刀具狀態(tài)和自動(dòng)檢測(cè)工件狀態(tài)的功能。數(shù)字控制系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)使數(shù)控機(jī)床得到廣泛發(fā)展。 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷史數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，是市場(chǎng)熱門商品。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床的發(fā)展經(jīng)歷了30多年的跌宕起伏，已經(jīng)由成長(zhǎng)期進(jìn)入成熟期?！　　笆晃濉逼陂g，隨著一系列關(guān)鍵技術(shù)的突破和自主生產(chǎn)能力的形成，我國(guó)開始突出“外國(guó)制造”的“重圍”，進(jìn)入世界高速數(shù)控機(jī)床和高精度數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)的行列。在需求的拉動(dòng)下，我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量保持高速增長(zhǎng)，%。，%；2010年我國(guó)數(shù)控機(jī)床消費(fèi)超過(guò)60億美元，臺(tái)數(shù)超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)，數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)床消費(fèi)的主流?！　?009年至今“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)的持續(xù)投入，顯示了政府對(duì)于發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備的決心?！笆濉逼陂g我國(guó)將持續(xù)投入，且力度加大，每年重大專項(xiàng)將帶動(dòng)資金投入100億以上?！　≡诮?jīng)濟(jì)的發(fā)展、國(guó)家政策大力支持、上下游產(chǎn)業(yè)振興等背景下，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的旺盛需求仍將保持高速增長(zhǎng)，尤其是高檔數(shù)控機(jī)床將迎來(lái)更大的市場(chǎng)空間，未來(lái)35年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)增長(zhǎng)率將達(dá)到12%左右。這必將帶動(dòng)我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床及其數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件的市場(chǎng)發(fā)展，也無(wú)疑為國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商不斷發(fā)展自己的技術(shù)，擴(kuò)大市場(chǎng)提供了極好的機(jī)遇?！　≌雇笆濉?，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展將努力解決主機(jī)大而不強(qiáng)、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件發(fā)展滯后、高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)差距大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性不高、行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益差等問(wèn)題，將培育核心競(jìng)爭(zhēng)力、自主創(chuàng)新、量化融合以及品牌建設(shè)等方面提升到戰(zhàn)略高度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值8000億元的目標(biāo)。并力爭(zhēng)通過(guò)1015年的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)由機(jī)床工具生產(chǎn)大國(guó)向機(jī)床工具強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控機(jī)床在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有主導(dǎo)地位等一系列中長(zhǎng)期目標(biāo)。 國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析[1]2010年美國(guó)芝加哥國(guó)際制造技術(shù)（機(jī)床）展覽會(huì)（IMTS2010）展示了國(guó)際機(jī)床行業(yè)最新技術(shù)動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)。IMTS展覽會(huì)展示了高技術(shù)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)，展示最新科技和生產(chǎn)方式，突出展示未來(lái)數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀高速高精與多軸加工成為數(shù)控機(jī)床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工的潮流、多任務(wù)和多軸加工數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)、機(jī)床與機(jī)器人的集成應(yīng)用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，運(yùn)動(dòng)速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實(shí)用化，控制功能智能化，多機(jī)器人協(xié)同普及化、智能化加工與監(jiān)測(cè)功能不斷擴(kuò)充，車間的加工監(jiān)測(cè)與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率、最新的機(jī)床誤差檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)機(jī)床的補(bǔ)償測(cè)量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對(duì)機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4倍，同時(shí)效率得到大幅度提升、最新的CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機(jī)床的加工提供了強(qiáng)有力的支持，可以大幅度提高加工效率、刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計(jì)涵蓋了整個(gè)加工過(guò)程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 平臺(tái)數(shù)字化、運(yùn)行高速化、加工高精化、功能復(fù)合化、控制智能化、伺服驅(qū)動(dòng)高性能控制。 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)[1]　　高速化、高精度化、高可靠性、復(fù)合化、智能化、柔性化、集成化和開放性是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床行業(yè)的主要發(fā)展方向。數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)