【正文】 根據(jù)機(jī)床要求，采用 8 位微機(jī)。 總體方案的確定 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方試與伺服系統(tǒng)的選擇： 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)。 5）所編寫(xiě)的軟件應(yīng)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯編和通訊等。既可用手工也可用 UG 等軟件編程。 2）兩個(gè)坐標(biāo)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)既查采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)也可用直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第二章 微型數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定 ： 167。 （ 6）編制加工程序。 （ 4）選擇刀具。 （ 2）選擇數(shù)控機(jī)床設(shè)備。 （ 4）設(shè)計(jì)繪制一臺(tái)數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖。 （ 2） MCS51 系列單片機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用。 （ 8）設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的一張或兩張零件圖。 （ 6）步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用。 （ 4）滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型。 （ 2）確定脈沖當(dāng)量。 （ 4）計(jì)算機(jī)的選擇。 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容： 微機(jī) 數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)方案的擬定： （ 1）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 （ 2）伺服系統(tǒng)的選擇。它通過(guò)對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案的擬定，進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)以及數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，使我們綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子和微機(jī)的知識(shí) ,進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練，從而培養(yǎng)了我們具有加工編程能力，初步設(shè)計(jì)計(jì)算的能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機(jī)電方面技術(shù)問(wèn)題的能力。 第一章：緒 論 167。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)床機(jī)械部分進(jìn)行改造 ,以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及刀架的快速換刀 ,使傳動(dòng)系統(tǒng)變得十分簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈大大縮短 ,傳動(dòng)件數(shù)減少 ,從而提高機(jī)床的 精度。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控、車床、改造 、 80C51單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī) ； Abstract:Numerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automaticallu in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under puter supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The overall master design: The way to NC improvement of general machine tool was introduced that using singlechip puter 80C51 to realize the realtime control and driving by step motor. Key word: Numerical Control、 machining、 improvement、 singlechip puter 80C5 step motor； 前 言 數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造 ,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。為了解決這個(gè)問(wèn)題 ,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。它的優(yōu)點(diǎn)很多 ,如 可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴。普通車床數(shù)控改造 —— 用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為 400mm 普通車床的進(jìn)給系統(tǒng) 摘要 ： 了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)控是按照含有機(jī)床 (刀具 )運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)執(zhí)行操作的過(guò)程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。由于我國(guó)現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動(dòng)化程度低 ,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。總體設(shè)計(jì)方案 ： 在普通 車 床上采用適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的 80C51單片機(jī)為控制器，以運(yùn)行特性好、可靠性高的步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行 元件進(jìn)行 數(shù)控改造 。經(jīng)改造后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展要求。 設(shè)計(jì)中，我們對(duì)有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書(shū)籍、刊物進(jìn)行大量閱讀 ,收集了很多資料 ,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況，數(shù)控機(jī)床的組成及其工作原理，擴(kuò)大了我們的知識(shí)面。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多 ,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的： 畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題能力的重要步驟，它系統(tǒng)的檢驗(yàn)了我們是否是合格的畢業(yè)生。 167。 （ 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算： （ 1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)方案的確定。 （ 3）滾珠絲杠螺母副的選型。 （ 5）進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算。 （ 7）設(shè)計(jì)繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖。 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： （ 1）控制系統(tǒng)方案的確定及框圖繪制。 （ 3） I/O 接口電路及譯碼電路的設(shè)計(jì)。 數(shù)控加工程序的編制： （ 1）零件工藝分析及確定工藝路線。 （ 3）確定對(duì)刀點(diǎn)。 （ 5）確定切削用量。 直線的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)軟件程序流程框圖的繪制。 畢業(yè)論文的要求和內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求） ： 用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改 造最大加工直徑為 400 毫米普通車床的進(jìn)給系統(tǒng) ： 主要技術(shù)參數(shù)： 最大加工直徑（ mm）： 在床身上： 400 在床鞍上： 210 最大加工長(zhǎng)度（ mm）： 750 1000 溜板及刀架重量（ N）： 縱向： 1000 橫向： 500 刀架快移速度（ m/min）： 縱向： 2 橫向： 1 最大進(jìn)給速度（ m/min）： 縱向： 橫向： 最小分辨率 （ mm）： 縱向： 橫向： 定位精度（ mm）： 主電機(jī)功率（ KW）： 起動(dòng)加速時(shí)間（ ms）： 35 設(shè)計(jì)的要求 1） CNC 系統(tǒng)的主 CPU 既可采用 8031 單片機(jī)也可用系統(tǒng)機(jī)。 3）所編的零件加工程序應(yīng)符合 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 4）所繪制的機(jī)械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。 6）說(shuō)明書(shū)應(yīng)簡(jiǎn)明扼要、計(jì)算準(zhǔn)確、條理清楚、圖文并茂并全部用計(jì)算機(jī)打印后裝訂成冊(cè) 167?？紤]到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度要求不高，為 了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。由于 MCS51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)之一是硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)，顯示器采用 LCD 液晶顯示 器顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)總體方案框圖見(jiàn)圖（ 1） 圖（ 1） 第三章、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算： 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn) 動(dòng)部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力矩機(jī)計(jì)算，確定伺服電機(jī)，繪制機(jī)械部分裝配圖及零件工作圖等。 1 系統(tǒng)脈沖當(dāng)量及切削力的確定 脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。 2 切削力的計(jì)算 縱車外圓： 主切削力 FZ（ N）由經(jīng)驗(yàn)公式（ 1）估算： 60 00 0 /ZF V V? 切 線 線（ V =9 0 10 0m /m in ） ?????? ????式（ 1） 而 N = N??切 額（ = ） ?????????????????式（ 2） 取 ?? ，則 N = N 0. 8 5. 5 4. 4 KW? ? ? ?切 額 ， 取 90 / m inV mm?線 ，則進(jìn)給抗力 6 0 0 0 0 4 .4 / 9 0 2 9 3 3ZFN? ? ? X 向和 Y 向根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（ 3）（ 4）確定 ? ????????????????式（ 3） ? ????????????????式（ 4） 則得： 146 7XZF F N?? 176 0YZF F N?? 橫切端面： 主切削力 |ZF 可取縱切的一半，即 | 1 14672ZZF F N? ? ? 此時(shí)走刀抗力 |YF（ N） ，吃刀抗力 |XF（ N） 依然按上述經(jīng)驗(yàn) 公式粗略計(jì)算： 1 : : ?| | |Z X YF :F :F 則得： |XF =734N |YF =880N 167。本次設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌，則按以下公式確定： |()XZFm KF f F G? ? ? ??????????????式（ 5） 式中： K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取 K= |f —滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)： ~，取 |f = G—溜板及刀架重力，由已知 G=1000N 代入得： 1. 15 14 67 0. 16 ( 29 33 10 00 ) 23 16F m N? ? ? ? ? ? 2 . 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 Q 選用滾珠絲杠副的直徑時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn) 100萬(wàn)（ 610 ）轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 T使用壽命 ,按 15000h。此處取 fw=； L壽命以轉(zhuǎn) 610 為 1 單位 . 則：610 00 15 00 064510L????? 3 4 5 1 .2 2 3 1 6 9 8 8 5QN? ? ? ? 3 . 滾珠絲杠螺母副的選型： 查閱《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中附表 1，可采用 W1L2506 外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副， 1 列 圈 ,其額定動(dòng)負(fù)載為 1310N,精度等級(jí)按滾珠絲杠行程公差表，選為 3級(jí) (大致相當(dāng)于老表準(zhǔn) E 級(jí) ) 3300 12 10PV mm??? 4 . 傳動(dòng)效率計(jì)算 η =tanγ /tan(γ +φ ) 式中：γ —螺旋升角 ,W1L2506 的螺旋升角γ =4176。 22′ /tan(4176。 （ 1）、絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 2316mFN? ， 0 25D mm? ， 0 6L mm? ，1 0 02 2 40 2 ( / 2) sin 2 36. 954d d e R R d R m m?? ? ? ? ? ? ? ? ???式（ 10） 對(duì)剛： 4220 .6 10 /E N m m?? 221 3 6 . 9 5( ) . ( ) . 1 0 7 1 . 822dA m m??? ? ? ?????????式（ 11） 絲杠導(dǎo)程 0L 的變化量： 50 42 3 1 6 6 6 . 2 9 1 02 0 . 6 1 0 1 0 7 1 . 8mFll EA ??? ? ? ? ??????式（ 12） 總長(zhǎng)度