【正文】 數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 (2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； (3) 可進行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；(4) 加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間； (5)機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高（一般為普通機床的3~5倍）；(6) 機床自動化程度高，可以減輕勞動強度改善勞動條件； (7) 對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。他是用于完成各種切削加工的機械部件。 (10) 驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。當(dāng)幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 還具有良好的經(jīng)濟效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費用低；機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；可以采用最新的控制技術(shù)；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進步很大。 我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。 舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。所以說，本畢業(yè)設(shè)計實例具有典型性和實用性。普通車床數(shù)控化改造時一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進給伺服（或步進）傳動鏈分別代替，具體體現(xiàn)為： 　　Z軸：縱向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。 　　改造后整個傳動鏈的傳動精度在保證機床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進行普通機床數(shù)控化改造時往往都將其更換為滾珠絲杠副。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，因此絲杠立式和傾斜使用時，應(yīng)增加制動裝置或平衡裝置。在進行改造時應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。 改造時各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對有特殊要求的機床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。機床的傳動精度在保證機床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機床改造中絲杠副選P4級即可滿足要求，特殊精密機床選P3級甚至更高。圖1 絲杠副軸承的布置?????}　①.圖1－a中為一端固定，一端懸空的布置方式。 ?、?圖1－b中為一端固定，一端支承的布置方式。 1－d中為兩端固定的布置方式。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設(shè)計時要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時的預(yù)拉伸量，否則會影響軸承壽命，同時也會因為預(yù)加負載得不易控制而增加電機的附加扭矩。因此在對其進行數(shù)控化改造的同時必須針對機床導(dǎo)軌狀況進行必要的檢修處理，對于磨損較嚴(yán)重的更要進行大修，即進行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時采用合理的潤滑，充分保證其精度。一般對于小型車床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如C6150，床身長5米的車床，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的問題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問題，往往電機都要通過幾級減速來傳動。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。普通車床由主電動機經(jīng)皮帶傳動，經(jīng)主軸變速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動或自動變速獲得（9～24）級轉(zhuǎn)速，通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機械主軸單元加變頻電機和變頻器組成。如需改動則要注意以下幾點： 　　如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤滑功能，則需對其增裝單獨普通電機加以驅(qū)動，避免液壓系統(tǒng)受到主電機正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。 　　機床能否進行螺紋加工是主軸部分數(shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對式光電碼盤，目前國內(nèi)常用的為增量式光電碼盤。刀架部分的改造 　　目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準(zhǔn)確、迅速。 　　電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。 潤滑部分的改造 　　老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 　　絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。 　　局部防護只對絲杠副、電機、走線等采取防護措施。全防護即在局部防護的基礎(chǔ)上對整個機床加以封閉，此種防護最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。 車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。當(dāng)變更加工對象時只需更換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機床進行數(shù)控化改造，提高機械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實現(xiàn)剛性聯(lián)接；② 橫向驅(qū)動電機及齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對操作者)，縱向驅(qū)動電機及齒輪減速裝置安裝在機床的右端，靠近尾座的位置；③ 要實現(xiàn)自動換刀。為盡快改變我國機械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來，我們在艱難地發(fā)展民族機床制造業(yè)的同時，積極地引進了世界先進技術(shù)與設(shè)備。這一切都為我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展起到了巨大的作用。 這些諸多因素都需要對機床進行大修及數(shù)控化升級改造。 其中不乏有為改造后投入使用而引進的舊機床和生產(chǎn)線。 　　(3)顯著的經(jīng)濟效益是機床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動力 對于機床擁有者來說，只需花費購買相同新機床30%以下的費用即可獲得相同的使用效果。 　　對于機床大修改造業(yè)內(nèi)公司來說，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會經(jīng)濟效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動力。尤其是大型機床和特殊專用機床優(yōu)勢更加明顯。各基礎(chǔ)件經(jīng)長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長期磨合。 　?、墼O(shè)計風(fēng)險小。 　?、芸梢愿浞值伢w現(xiàn)用戶的意愿。 　?、莞欣谑褂门c維護。 　?、蘅梢愿斓孬@取最新的更實用的備件。 　?、嘟档屯顿Y風(fēng)險。 　　當(dāng)前，21世紀(jì)知識經(jīng)濟時代，我國大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)改制、轉(zhuǎn)軌以進入市場經(jīng)濟，迅速融入國際競爭。企業(yè)集團化和集團內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開發(fā)適銷對路產(chǎn)品，提高對市場的快速反應(yīng)能力；集中人力、財力、物力以提高本企業(yè)的市場競爭力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價值。而設(shè)備維修改造的社會化、專業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢。而在我國，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來衡量還相距甚遠。 車床數(shù)控改造的必要性與可行性 數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心技術(shù)，它的整體水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強弱，具有超越其經(jīng)濟價值的戰(zhàn)略物資地位。由于我國企業(yè)大部分數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進口，企業(yè)承受不了巨額購置費，且易受國外的控制，另外數(shù)控機械設(shè)備維修力量薄弱，進口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，大部分進口機床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進口后還沒使用就已因為各方面原因不能使用等等。為節(jié)約成本，進一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機床的功效和潛在價值，將大批傳統(tǒng)老式機床改造為數(shù)控機床是一種必然性和趨勢。數(shù)控改造主要包括傳動系統(tǒng)的機械改造和數(shù)控裝置的設(shè)計。通過控制縱、橫進給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停等功能。 設(shè)計任務(wù) 本設(shè)計任務(wù)是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造。 總體方案的論證 對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。 ③數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。有了硬件，軟件才能有效地運行。 除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來考慮以確定CPU。本設(shè)計中是以MCS51系列單片機，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。本設(shè)計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對象。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動完成機械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。改造中需要解決的問題是：將機械傳動的進給和手動控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動轉(zhuǎn)位刀架和自動進給的數(shù)控加工車床。換刀指令通過刀架控制器控制三相電動機實現(xiàn)刀架自動轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。為此，各國的經(jīng)濟學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢下的各種先進制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。 (1)主傳動系統(tǒng)，保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速機構(gòu)，這樣既保留了機床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動系統(tǒng)不做任何改動。（拆除原有的掛輪系統(tǒng)、進給箱、溜板箱、光桿），在溜板下加裝滾珠絲杠螺母托架，在滾珠絲杠的頭、尾部加裝接套、接桿及支承。 數(shù)控部分的改造 為降低改造成本，決定采用開環(huán)控制方式對X軸和Z軸進給系統(tǒng)進行改造。本次改造的機床主要用于粗加工。2　接口箱內(nèi)減速齒輪的齒數(shù)比該車床要求的控制精度為： Z向00025mm，即當(dāng)執(zhí)行一個脈沖指令時，工件的長度和直徑均變化0BYG550C2型步進電機的步距角為0每周步距數(shù)為360/00