【正文】 達(dá)到300萬臺之巨，要進(jìn)行全部翻新在時間，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，對普通車床實(shí)行數(shù)控開環(huán)改造。本次設(shè)計(jì)著重對CA6140普通車床的縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造，并對縱橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)齒輪箱進(jìn)行改造。擴(kuò)展I/O接口用8155芯片及外存儲器，采用地址鎖存和譯碼器。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。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對片外存儲器的選擇 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 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)床自動控制的專門技術(shù)，其中刀具與工件運(yùn)動軌跡的自動控制、刀具與工件相對運(yùn)動速度的自動控制是機(jī)床數(shù)字控制的最主要內(nèi)容。數(shù)控機(jī)床是一個精密的機(jī)電一體化產(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。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。確認(rèn)無誤后，再將被加工零件裝夾好；對刀后，即可啟動機(jī)床運(yùn)行加工程序。正常情況下，加工程序可直接運(yùn)行到其結(jié)束。數(shù)控機(jī)床改造在國外以發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門。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，但社會的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，要求制造技術(shù)向自動化和精密化前進(jìn)。其次是經(jīng)濟(jì)上的原因。再次是市場因素，目前許多國家設(shè)備所需的數(shù)控機(jī)床數(shù)量，按機(jī)床工業(yè)現(xiàn)狀是無力及時提供的。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。而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動、半自動和精密機(jī)床更新現(xiàn)有設(shè)備，不論資金還是我國機(jī)床的能力是辦不到的。用這控制技術(shù)正是適應(yīng)這一要求。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，同時在應(yīng)用此自動化改造方案，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。因此，我國提出從大力推廣經(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，適合我國經(jīng)濟(jì)、教育、生產(chǎn)水平，對于以后全動能型數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機(jī)械制造的方向過度的重要內(nèi)容。這種機(jī)床的性能及質(zhì)量較好。為此，本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是對CA6140普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，利用微機(jī)對縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)行開環(huán)控制。2． 總體方案確定在簡易數(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。數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(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)。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。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機(jī)或交流電動機(jī)作為執(zhí)行元件。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)和動態(tài)性能，其難度也大為提高。（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)，而滑動導(dǎo)軌定位精度和靈敏不需研磨措施可達(dá)到10um左右。（2）螺旋傳動 原機(jī)床的絲杠屬于滑動螺旋傳動，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。要使系統(tǒng)指令好，有能滿足精度要求，本次改造采用滾動螺旋機(jī)構(gòu)。（1）保留原車床的主傳動鏈。（2）縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造,拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱利用原機(jī)床的安裝孔銷釘孔安裝齒輪箱體,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置,兩端仍利用原固定方式,這樣可減少改裝工作量。用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床對零件操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，電動機(jī)、齒輪箱安裝在機(jī)床后側(cè)。當(dāng)螺釘松開時，由于各個彈簧所受力不同而自動調(diào)節(jié)間隙，再用螺釘緊固。 本次設(shè)計(jì)將一臺CA6140普通機(jī)床改造成微機(jī)數(shù)控機(jī)床，采用MCS51型系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能,具有降速控制功能,其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大回直徑: 400 mm電機(jī)功率: 快速進(jìn)給: 切削速度: 定位精度: 移動部件重量: 縱向:800N 橫向600N加速時間: 30ms機(jī)床效率: 0 .8根據(jù)機(jī)床精度要求脈沖當(dāng)量,，1主切削力（Fz）計(jì)算由《金屬切削原理》可知切削率：P： n:主傳動系統(tǒng)總效率?。害?Pc切削功率Pc==又∵Pc=FzV ∴Fz=式中: V 切削速度 V=100m/minFzPc/V=60Pc1000/v=3510N 橫切端面 主切削力F, 可取縱切的1/2 F=1/2Fz1/23510=1755N又F: :F=1::==1755=702NF==1755=Fx==1755=Fy==3510=1404N1．計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm 縱向進(jìn)給的綜合型導(dǎo)軌 采用三角型或綜合導(dǎo)軌: Fm=kFx+ (Fz+G) （） 式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N):G移動部件的重量(N)—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌形式而不同K考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù). f=則Fm=+(3510+800)=2．計(jì)算最大動負(fù)載C C=fwFm （）,在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕負(fù)載C可用C= （）L= （）n= （） 式中滾珠絲杠導(dǎo)程L=(1/2~1/3)此處VS==T: 使用壽命按15000h計(jì)算L: 壽命以106轉(zhuǎn)為1單位Fw: 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw:12~ 取fw=N==42r/minL===38小時C=.C== 3．滾珠絲杠螺母的選型查精密機(jī)床配件系列山東濟(jì)寧選取滾珠絲杠公稱直徑為φ40選用的型號為 其額定動載荷15470N,所用強(qiáng)度足夠用４．效率計(jì)算η= （）式中摩擦角r=2176。 選擇精度等級為3級4．傳動效率的計(jì)算 η==tg2176。+)= 5．剛度計(jì)算橫向進(jìn)給絲杠方式, 支承間距L=450mm 因絲杠長度較短不需要預(yù)緊圖3—2橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖1滾珠絲杠的拉伸或壓縮變形量△L===10滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉伸=1/4==已確定縱向脈沖當(dāng)量δ= ,滾珠絲杠導(dǎo)程L=,可計(jì)算出ii===可選定齒輪的齒數(shù)為i=z1/z2=32/40 或20/25d=mz=64 z1=32 z2