【正文】 制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國內(nèi)市場占有率達(dá)50，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)(普及型)也達(dá)到了10%。，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計(jì)(1)技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后10至15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。在我過設(shè)備數(shù)控化改造的一段時(shí)間里，較多采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件。綜上所述，綜合了成功率，技術(shù)難度，精度和投資等因素，決定選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)擴(kuò)展電路和I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。這里選用MCS—51系列中的8031芯片。具有128字節(jié)的RAM。I/O口的驅(qū)動(dòng)功能為：口驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路，而、只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門電路。I/O口擴(kuò)展復(fù)合芯片，TTL電路芯片，在本次設(shè)計(jì)中，除了采用I/O口外還能擴(kuò)展其他外圍功能電路，主要有8155（28+6并行I/O口，256個(gè)靜態(tài)RAM，一個(gè)14位定時(shí)器），TTL電路芯片，也廣泛用作MCS51單片機(jī)I/O擴(kuò)展芯片，主要有74LS373，273，374，244等。由于8031復(fù)位后從0000H單元開始執(zhí)行程序，故程序存儲(chǔ)器地址應(yīng)從0000H就開始。數(shù)據(jù)總線 ～分別與存儲(chǔ)器～一一對應(yīng)連接。（２）輔助電路的具體設(shè)計(jì)①８０３１的時(shí)鐘電路如圖４－１時(shí)鐘電路圖。圖42 復(fù)位電路圖③光電隔離電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。⑤鍵盤顯示接口電路ａ．顯示器工作原理數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有ＬＥＤ和ＬＣＤ，也有采用ＣＲＴ接口顯示方式。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的類型有關(guān)。首先根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相五拍時(shí)， 橫向：按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（五相）可查出，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。在選題、開題及設(shè)計(jì)的其它各個(gè)階段，老師都定期跟蹤，嚴(yán)格把關(guān)，給出了很多寶貴的意見和建議，對設(shè)計(jì)的順利完成起到了關(guān)鍵性的作用。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐漸樹立正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和競爭意識(shí)，熟悉掌握設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力，另外通過這次設(shè)計(jì)，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖技能以及運(yùn)用各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。（1）軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算（） 對于鋼材： 式中：M—圓柱體質(zhì)量（）D—圓柱體直徑（）L—圓柱體長度（）—鋼材的密度 對于齒輪：D可取分度圓直徑，L取齒輪寬度； 對于絲杠：D可近似取絲杠公稱直徑—滾珠直徑，L取絲杠長度。ｂ．鍵盤接口原理鍵盤是由若干個(gè)鍵盤組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，如圖４－５所示：圖45 鍵盤工作原理圖圖中行線通過電阻接＋５Ｖ電壓，當(dāng)鍵盤斷開時(shí)，所有行線和列線斷開，行線～都是高電平，當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時(shí)，則該鍵所對應(yīng)的行線和列線短路，～相當(dāng)于控制信號(hào)，例如７號(hào)鍵閉合時(shí)，行線和列線短路，此時(shí)的電平由的電平控制，例如把行線接到微機(jī)輸入口讀行線狀態(tài)，若～都是高電平，則這一列沒有閉合，如果讀出的列線不全為高電平，則輸入為低電平和相關(guān)的鍵處于閉合狀態(tài)；若無閉合，接著使為低電平，其余列線為高電平，檢查這一列上是否有鍵閉合，這種逐行逐列的檢查鍵盤的過程稱為對鍵盤的一次掃描。圖43 光電隔離電路光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)輸入信號(hào)加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通激發(fā)出紅外光，光敏三極管受光照射后，由于光敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)傳輸。圖41 時(shí)鐘電路圖②復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。８１５５具有兩種基本操作，即用８１５５中的２５６字節(jié)ＲＡＭ及擴(kuò)展Ｉ／Ｏ口使用，作ＲＡＭ時(shí)與系統(tǒng)ＲＡＭ無區(qū)別；作Ｉ／Ｏ口使用時(shí)，可通過工作方式以滿足不同需要?！cRAM的～一一對應(yīng)連接，其余地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮在滿足容量要求的同時(shí)盡可能選擇大容量芯片，以減少芯片組合數(shù)。數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由口直接提供。具有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。三種型號(hào)的引腳完全相同，僅在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有少許差別，可以說8031是沒有ROM的8051，而8751是EPROM代替ROM的8051。本設(shè)計(jì)采用的是MCS—51機(jī)，并擴(kuò)展2片2764芯片，1片6264芯片，3片8155可編程并行I/O等組成的控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，電氣控制和驅(qū)動(dòng)電路也簡單，體積小，重量輕，價(jià)格便宜，設(shè)計(jì)制造較簡單，容易調(diào)試，使用維修方便。第二章 設(shè)計(jì)方案和基本方案的確定（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算此部分為機(jī)械部分，它包括脈沖當(dāng)量的確定；滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型；進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)計(jì)算；步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用；設(shè)計(jì)并繪制總裝配圖，其中包括橫向裝配圖，還有橫向自制箱體的零件圖。存在差距的主要原因(1)認(rèn)識(shí)方面對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不足。蘭州電機(jī)廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、濟(jì)南第一機(jī)床廠等若干數(shù)控主機(jī)生產(chǎn)廠。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。目前，歐美國家非常重視STEPNC的研究，歐洲發(fā)起了STEPNC的IMS計(jì)劃(～)。b.國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。采用5軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 e.適應(yīng)工廠自動(dòng)化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)及DNC的連接。(2)智能控制，計(jì)及機(jī)床的機(jī)械性能，可按最佳的允許進(jìn)給率和最大的允許加速度使機(jī)床的功能得到最大的發(fā)揮。其快移速度與分辨率關(guān)系如下表11。目前在工業(yè)上采用的現(xiàn)場總線有ProfibusDP，SERCOS，JPCN1，Deviconet，CAN，hterbus—S，Marco等。傳統(tǒng)的現(xiàn)場級(jí)大多是基于PLC的分布式系統(tǒng)。一般由DNC功能進(jìn)行控制。由于電力電子技術(shù)及控制理論、微處理器等微電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟件運(yùn)算及處理能力的提高，特別是DSP的應(yīng)用，使系統(tǒng)的計(jì)算速度大大提高，采樣時(shí)間大大減少。如果把直流電機(jī)進(jìn)行“里翻外”的處理，即把電驅(qū)繞組裝在定子，轉(zhuǎn)子為永磁部分，由轉(zhuǎn)子軸上的編碼器測出磁極位置，這就構(gòu)成了永磁無刷電機(jī)。(4)容易做成ASIC電路。有些廠家也把這種裝置稱為融合系統(tǒng)(fusion system)。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(jī)器中，PC板主要運(yùn)行實(shí)時(shí)控制，CNC主要運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)為主的實(shí)時(shí)控制。國際對中國機(jī)械工業(yè)的沖擊外資對我國機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)沖擊主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：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(jī)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最近幾年我國用于機(jī)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。2001年，％，％，％的水平。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，可對市場需求作出快速反應(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。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。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(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。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:。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(jià)值的設(shè)備改造方法。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)。針對目前同類數(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。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。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信