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1、南京理工大学泰州科技学院毕业设计说明书（论文）作者：学号：学院（系）：机械工程学院专业：机械工程及自动化题目：普通车床C6163纵向进给传动机构的数控化改造指导者：评阅者：2014年06月南京理工大学毕业设计说明书（论文）中文摘要普通机床的数控化改造是我国提高机械加工自动化程度的重要工程，我国现有拥有数量较多的普通机床，这些陈旧的机床急需进行数控化的改造，从而适应现今的自动化加工，以及精准加工；从经济角度来说，普通机床数控化改造的本钱要比直接购置数控机床低的多，并且改造后的机床能够满足加工精度要求。本文对C6163普通机床的纵向机械传动机构的数控化改造进行深入研究，其中包括数控化改造的必要性和
2、可行性的论证、机床现有的机械结构进行改造、机床主要传动机构的设计和计算、步进电机的选型和计算、选择一个16位的单片机作为CPU以及对计算和设计过程中的注意点做了详细的说明。本次改造的机床完全能符合加工精度要求，大大的提高了生产效率.关键词普通车床数控化改造步进电机飞思卡尔毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleCNCLatheC6163LongitudinalFeedTransmissionMechanismAbstractInChinatheNumericalcontroltransformationofgeneralmachinetoolsisanimportantprojecttoimp
3、rovetheautomationofmachining.TherearemanygeneralmachinetoolsandtheseoldmachinetoolsareinurgentneedofNCtransformation,soastoadapttotoday,sautomatedprocessingandprecisionmachining.Fromaneconomicperspective,thecommonmachinetoolNumericalcontroltransformationcostlessthandirectpurchaseNCmachinetools,andth
4、emodifiedmachinecanmeettherequirementsofmachiningprecision.Inthispaper,thoroughresearchofNCtransformationinthelongitudinalmechanicaltransmissionmechanismofC6163generalmachinetools.IncludingtheessentialityandfeasibilityofNCtransformation,fabricatemechanicalstructureoftheexistingmachinetools,designand
5、calculationofmaintransmissionmechanism,selectionandcalculationofstepmotor,selecta16bitmicrocontrollerasCPUandmakesadetaileddescriptionaboutthepointsforattentionintheprocessofcalculationanddesign.Thetransformationofthistoolscanmeettherequirementsofprocessing,whichgreatlyimprovestheproductionefficienc
6、y.KeywordsCommonLatheNCImprovementSteppingMotorFreescale1绪论11.1 数控机床开展概述11.2 国内外普通机床数控化改造现状11.3 普通机床数控化改造21.4 数控系统的开展趋势31.5 本课题研究的内容31.6 本章小结42总体方案设计52. 1机械局部改造52.2控制系统设计62. 3本章小结93机床进给伺服系统的计算113. 1C6163车床技术参数113.2切削力的计算113. 3滚珠丝杆螺母副的计算和选型123.4本章小结184电动机的选择194. 1初选步进电机194.2校核步进电机转矩204. 3本章小结255电气控制系
7、统设计265. 1控制器(CPU)的选择265.2 复位及晶振电路295.3 显示及键盘电路设计315.4 报警电路设计365. 5电机的驱动376. 6本章小结446数控机床系统软件设计457. 1LCD显示程序456.2单片机中断程序506.3本章小结53结束语54致谢55参考文献56附录A571绪论1.1 数控机床开展概述自1952年以来，第一台数控铳床在美国诞生，数控机床的控制系统从一开始的电子管到晶体管再到小型集成电路最后开展成微型计算机。随着计算机和科学技术的迅猛开展，数控技术也突飞猛进，产品的加工要求也越来越高，这就要求机床加工必须走向自动化、智能化和高性能化，并且操作起来要简便
8、快捷，能有效的提高生产效率。现今的数控机床已经不断的在向精密加工、快速加工、多轴加工、加工智能化、功能复合化以及信息网络化等方面开展，从而能够胜任更多更复杂的加工任务。1.2 国内外普通机床数控化改造的现状1.2 .1国内现状改革开放使中国进入了一个崭新的时期，国内许多产业在兴起，特别是制造行业的兴起，这就把机械加工这个问题放在了首要地位。特别是在2001年，中国成功参加世贸组织以来，中国同世界的联系愈来愈紧密，各种文化、经济以及技术的等方面的交流越来越多，其中制造行业的问题十分突出。从2001年开始，由于我国国内的数控机床不能满足市场的需要，机床的进口量庞大，位居世界第2位。对于中小型企业来
9、说，进口的数控机床价格昂贵，维修保养都需要专门的人才，所以进口机床会是企业很大的负担。目前我国挤压的普通机床数量庞大，因此普通机床的数控化改造迫在眉睫，改造既可以解决加工精度的问题还可以降低企业的生产本钱。1.2.2国外现状自从第一台计算机诞生以来，由美国开始，各个工业强国都先后有了自己的数控机床。国外的政府是十分重视制造行业的开展，在他们看来数控机床技术就是开展军事工业的战略物资。另外，国外不光光是在制造行业这个领域用到机电一体化的产品，还有许多其他领域都运用到了机电一体化技术，即用机器手或者机器人代替人工操作，这就大大提高了自动化程度。在国外，他们的微电子技术开展迅速，并且以微电子为根底涌
10、现出了许多不同的精密加工方式，这就大大的提高了机械加工产品的精度。在国外有许多国家把普通机床的数控化改造称之为一种新的经济增长方式，在美国甚至称之为机床再生，而且都有很好的市场前景。因此在国外这些工业兴旺国家，不管是数控机床还是普通机床的数控化改造都处在世界的领先地位。我国虽然与国外还有一定的差距，但近几年来，国内也逐渐形成了自己的数控技术，我们不仅要借鉴国外先进的技术，更要研发自己的数控系统，尽力缩小与兴旺国家的差距。1.3 普通机床数控化改造1.3.1 数控化改造的必要性从宏观上看，制造行业的强弱程度往往就可以决定这个国家综合国力的强弱。早在19701980年之间，世界上一些工业技术兴旺的
11、国家已经大规模的研发数控机床并且已成功投入生产。但是我国的数控机床占用率直到上世纪90年代还不到机床总数的2%,这个数值远远要低于同时期日本的20%,并且我国每年都要进口大量的数控机床，这就使得国内的精密制造业的本钱大大提高，因此普通机床的数控化改造是十分有必要的。再从加工机械产品的质量上说，数控机床远远要高于普通机床，具体在以下几个方面：(1)数控机床能够完成各种包含曲线曲面的复杂零件的加工，并且加工的工件的精度很好，且具有良好的装配精度；(2)由于计算机拥有超高的计算能力，可以瞬间计算出各轴的坐标，大大的提高了加工效率；计算机具有记忆功能，能把输入的程序存储到程序存储器中，并且按照程序设定
12、的加工顺序控制机床执行加工步骤，这个过程完全不需要人工干预，机床可以自动完成，这就实现了加工的自动化；而且每换一个零件只需要改变程序就可以完成加工，大大的提高了机床的柔性加工能力；(3)数控机床还具有自动检测和反响装置，可以实现自动补偿、检测故障以及误操作之后的报警功能，这样就可以在无人看管的情况下进行自动加工，节约劳动力，还能提高生产效率。1.3.2 数控化改造的优点普通机床的特点就是价格低廉，操作简便，但普通机床加工出的产品精度不是很高，加工误差大，而且还不适合大批量的工件加工，加工效率低，对工人的要求也很高，增加劳动强度；数控机床的价格要比普通机床高的多，但是数控机床的加工能力要远高于普
13、通机床，能实现快速加工、精密加工以及自动加工等等。综合普通机床和数控机床的优缺点，普通机床的数控化改造就是一条既实用而又经济的途径。改造后的机床加工的机械产品完全可以满足一定的精度要求，而且其加工本钱也不高。数控化改造后的机床的加工能力得到大大的提高，其加工范围也扩大,可进行各种切削加工以及螺纹加工，还可以使机床的使用寿命延长。对于企业来说，普通机床的数控化改造可以节约本钱，提高劳动效率，用较少的资金生产符合市场需求的产品，提高企业的市场竞争力。1.3.3 数控化改造的可行性分析从技术上说，在改造之前必须对将要进行改造的机床的加工精度、机床机构、机床性能和运行情况进行全面的分析，还要综合机床经
14、过改造后所要到达的系统控制精度与系统性能，再对机床改造设计方案。方案中应该包括机床电机的替换、机床原有传动机械结构的优化设计、测量机床现有的加工精度以及检测普通机床现有的导轨和各坐标轴机械传动是否符合改造要求等等。综合以上改造内容，设计总体方案，然后对改造的每一步骤进行详细的说明和计算，最后完成改造任务。从经济上说，普通机床的价格远远低于数控机床，国内许多企业中仍然有着许多普通机床，所以要利用这些资源。虽然普通机床的数控化改造时一条经济的途径，但是换一个角度来说，从机床自身的价值出发，改造的机床要到达我们预期的精度所投入的资金是否合理；再者从改造完成投入使用到本钱回收再到盈利，这个时间的长短也
15、是必须要考虑的。1.4 数控系统的开展趋势机床的数控化改造就是在普通机床上安装一个数控系统，再对机床原有的一些传动部件进行重新设计和计算，这样普通机床就拥有了数控加工能力了。其中的改造包括步进电机的选择、滚珠丝杆螺母副的改造、减速机构的设计、导轨的改造等等。数控系统是数控机床的核心，传统的系统都是封闭式的结构，这种结构不易进行系统功能的扩展，也逐渐的在被市场所淘汰。如今的系统都是要开放性的系统，通过与PC相连接，实现智能化控制。数控机床和经数控化改造后的机床都要实现加工的高效率化、柔性加工、加工高精度化以及加工产品的良好的工艺性。此外最重要一点就是要实现工艺复合化，减少辅助时间，能够通过一次装夹，实现多个工序的加工，提高生产效率。1.5 本课题研究的内容此次对普通车床C6163车床纵向进给传动机构进行数控化改造，包括两大局部的改造，及机械局部改造和电气控制局部的改造。对于机械局部改造包括步进电机的选型，步进电机的脉冲当量为O.0111三n,用步进电机替代原先纵向传动电机；步进电机的驱动方式为上下压驱动，利用硬件环形分配器控制步进电机的励磁绕组。再对普通机床原有的机械传动结构进行优化设计及计算，这方面主要包括滚珠丝杆螺母副的选型，纵向导轨的改造，减速齿轮的重新计算和设计以及校核丝杆和导轨的刚度和稳定性；控制系统采用开环控制，该系统包括一个16位的单片机作为CPU、
