【正文】 產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)環(huán)境趨于嚴(yán)峻數(shù)控技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1但價(jià)格較昂貴，需要正確分析其使用的經(jīng)濟(jì)合理性。最近幾年我國(guó)用于機(jī)床進(jìn)口的外匯高速增長(zhǎng)，進(jìn)口用匯是出口收匯的近10倍。％、％。2001年，％，％，％的水平。1. 2數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀由于機(jī)床下游行業(yè)固定資產(chǎn)投資連續(xù)幾年快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)需求年均增長(zhǎng)30％，帶動(dòng)了機(jī)床市場(chǎng)需求30％以上的增長(zhǎng)。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)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(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。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”。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）％，％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)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。這一創(chuàng)新思路是目前市場(chǎng)上沒有的，該技術(shù)己申請(qǐng)專利。同時(shí)，持續(xù)地提高經(jīng)濟(jì)加工精度也是適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的另一個(gè)主要目標(biāo)。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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的4個(gè)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(gè)方面的統(tǒng)一。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(jì)，沒有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，不能結(jié)合實(shí)際應(yīng)用解決當(dāng)前同類機(jī)床存在的問題，比如:現(xiàn)在的機(jī)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(shí)，不會(huì)立即報(bào)警，容易造成事故。關(guān)鍵詞: CA6132車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 8031單片機(jī)目 錄第一章 緒論 4 機(jī)床的數(shù)控化改造 4 4 51. 2數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù) 7 7 9 15第二章 設(shè)計(jì)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(dòng)計(jì)算 32 32 3計(jì)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(jī)床的數(shù)控化改造目前，關(guān)于機(jī)床改造方面的報(bào)道比較多，其方法多種多樣，具體表現(xiàn)在:。采用滾珠絲桿對(duì)原動(dòng)機(jī)床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)。針對(duì)這種情況，本課題提出對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法。本設(shè)計(jì)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(jī)床控制系統(tǒng)的改造。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(hào)到CNC系統(tǒng)，再由CNC系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。，也可以進(jìn)行智能化數(shù)控機(jī)床改造。針對(duì)目前同類數(shù)控機(jī)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(jī)床時(shí)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(shí)會(huì)立即報(bào)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。但在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣方市場(chǎng)已轉(zhuǎn)向以市場(chǎng)需求為中心用戶為主導(dǎo)的買方市場(chǎng)，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)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(jìng)爭(zhēng)力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。因而作為評(píng)定數(shù)控機(jī)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。同時(shí)采用無級(jí)變速方式，使其轉(zhuǎn)速提高到2000r/min，實(shí)現(xiàn)了高速化。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。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。從2002年開始，我國(guó)就成為世界第一機(jī)床消費(fèi)大國(guó)。另外，我國(guó)機(jī)床出口增長(zhǎng)較快。我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。％％；2005年前三季度。二是利用硬件與軟件相結(jié)合。 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。首先就要求數(shù)控系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面和開發(fā)平臺(tái)，通過這個(gè)界面和平臺(tái)開放而自由地執(zhí)行和表達(dá)自己的思路。(2)PC+運(yùn)動(dòng)控制板：把運(yùn)動(dòng)控制板插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而PC機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制。加上這些廠家長(zhǎng)期已經(jīng)生產(chǎn)大量的數(shù)控系統(tǒng)：體系結(jié)構(gòu)的變化會(huì)對(duì)他們?cè)到y(tǒng)的維修服務(wù)和可靠性產(chǎn)生不良的影響。由于它工作可靠，界面開放，越來越受到機(jī)床制造商的歡迎。它有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)無溫漂，穩(wěn)定性好。70年代，美國(guó)GATTYS公司發(fā)明了直流力矩伺服電機(jī)，從此開始大量采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，1971年，德國(guó)西門子的Blaschke發(fā)明了交流異步機(jī)的矢量控制法；1980年，德國(guó)人Leonhard為首的研究小組在應(yīng)用微理器的矢量控制的研究中取得進(jìn)展，使矢量控制實(shí)用化。這種電機(jī)具有良好的伺服性能。但由于它的推力還不夠大，發(fā)熱，漏磁及造價(jià)也影響了它的廣—泛應(yīng)用。這些技術(shù)的突破，使伺服系統(tǒng)性能改善、可靠性提高、調(diào)試方便、柔性增強(qiáng)。這種通信通常分三級(jí)：(1)工廠管理級(jí)。通過DNC功能形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)零件程序的上傳或讀、寫CNC的數(shù)據(jù)：PLC數(shù)據(jù)的傳送；存貯器操作控制；系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間單元控制級(jí)及信息集成系統(tǒng)主要完成底層設(shè)備單機(jī)及I／0控制、連線控制、通信連網(wǎng)、在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)等功能，保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級(jí)提供數(shù)據(jù)。其主要特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備與控制器之間的連接是一對(duì)一，即一個(gè)I/0點(diǎn)對(duì)設(shè)備的一個(gè)測(cè)控點(diǎn)。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線是面向：工廠底層自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。有的公司還有自己的總線，比如FANUC的FSSB，I／OLINK(相當(dāng)于JPCN—1)，YASKAW^的MOTIONLINK等。 功能不斷發(fā)展和擴(kuò)大 NC技術(shù)經(jīng)過50年的發(fā)展，已經(jīng)成為制造技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。特別適合於加工航空機(jī)械零件，汽車及家電的高精零件，各種模具和復(fù)雜的需5軸加工的零件。以便降低加工時(shí)間，提高效率，同時(shí)提高加工精度。采用NURBS插補(bǔ)可以人人減少NC程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時(shí)間，特別適用模具加工。（1）工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡(luò)：由PC機(jī)通過以太網(wǎng)控制多臺(tái)15i／150i組成的加工單元，可以傳送數(shù)據(jù)、參數(shù)等。(2)基本PMC指令執(zhí)行時(shí)間為：0．085ps；最大步數(shù)：32，000步。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。從EMO2001展會(huì)情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。在加工精度方面，近10年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從3～5μm，提高到1～，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)()。一般認(rèn)為，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。在EMO2001展會(huì)上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱CPC)；日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“IT4.關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。首先，STEPNC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACANC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。在此階段，由于改革開放和國(guó)家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?？v觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān)，總體來看取得了以下成績(jī)。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。(2)產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對(duì)差；可靠性不高，商品化程度不足；國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。對(duì)市場(chǎng)的不規(guī)范、國(guó)外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足。(3)機(jī)制方面不良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)此部分包括設(shè)計(jì)并繪制控制系統(tǒng)硬件原理圖。步進(jìn)電機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的電機(jī),它利用通電激磁繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩，將脈沖電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移的電機(jī)執(zhí)行元件。位移精度較好，對(duì)各種干擾因素不敏感，結(jié)構(gòu)誤差不會(huì)累積。數(shù)控系統(tǒng)的核心是微機(jī)，其它裝置均在微機(jī)的控制下進(jìn)行工作。（1）橫向，縱向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)。 （2）MSC—51系列單片機(jī)介紹① MSC—51系列單