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摘 要
现代数控机床是未来工厂自动化的基础。数控设计范围大、潜力大、投资少、见效快，促进制造业技术进步的重要手段。因此，数控系统设计车床的研究具有重要意义。
本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过机床设计的总体思想，提出了数控化设计的技术方案和新数控系统的选型配置方案;提高了传动的精度，重新设计机床的控制逻辑，通过对伺服系统的分析，完成了机床各主要参数的优化和匹配。
数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比，车床在生产中使用最广。
本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对Φ430mm数控车床传动系统进行了设计与计算。
主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。
目前，数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围3—5，难以满足主轴变速要求；串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。
本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构，使输入轴在带处只受转矩，将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况。
关键词：Φ430mm，数控车床，机床，设计，数控系统。
Abstract
Modern CNC machine tools is the basis for the future of factory automation. CNC design range, potential is great, less investment, quick effect, promote manufacturing industry technological progress is an important means of. Therefore, the design of NC system for lathe has important significance to the research of.
This paper describes the CNC technology history, current situation and development on the basis of machine tool design, through the overall idea, put forward the technical scheme design of NC and CNC system selection scheme; the drive to improve the accuracy, to design machine tool control logic, through the servo system of a machine tool, completed the main parameters optimization and matching.
NC lathe can do boring, facing, drilling and Reaming in addition to turning.The use of lathes in the production than the other types of machine tools and more. And compared to other types of machine tools, lathes in the production is the most widely used.
In this design ,the development and current situation of NC machine in China was introduced and a series of problems were presented .The development trend to NC lathe was discussed.Some countermeasures was presented for the development of NC machine in China and then the headstock ofΦ 430 lathe has been calculatly designed . Headstocks is composed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears. The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the processing requirements of cutting.
At present, the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices . Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears. The speed range of Variable Frequency Motor is usually 3-5 , which is difficult to meet the speed range requirements of the spindle speed; The transmission gears is to expand the scope of a variable-speed to meet the speed range of the spindle .
In addition, in this design the design of the belt drive has been changed from the original unloading structure into the loading structure, transmissed the force to the lathe body so that input shaft is only forced torque, improved the forcing state of the input shaft.
Key words:Φ 430mm, CNC lathes, machine tools, design, numerical control system.
目 录
摘 要 II
Abstract III
目 录 IV
第1章 数控机床发展概述 1
1.1数控机床及其特点 1
1.2数控机床的工艺范围及加工精度 1
1.2.1工艺范围 1
1.2.2加工精度 1
1.3 数控机床的经济分析 2
1.4 数控机床的发展趋向 3
第2章 数控机床总体方案的制订及比较 4
2.1 总体方案设计内容 4
2.1.1系统运动方式的确定 5
2.1.2控制方式的选择 5
2.2 总体方案确定 5
2.2.1 系统的运动方式伺服系统的选择 5
2.2.2 数控系统 5
2.2.3 机械传动方式 6
第3章 确定切削用量及选择刀具 6
3.1科学选择数控刀具 6
3.1.1选择数控刀具的原则 6
3.1.2选择数控车削用刀具 7
3.2 设置刀点和换刀点 7
3.3 确定切削用量 8
3.3.1确定主轴转速 8
3.3.2确定进给速度 8
3.3.3 确定背吃刀量 9
第4章 Φ430mm传动系统图的设计 9
4.1主传动系统的设计要求 9
4.2总体设计 9
4.2.1 拟定传动方案 9
4.2.2 选择电机 11
4.2.3 主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩 14
4.2.4 转速图 15
4.3传动皮带的设计和选定 16
4.3.1 同步带传动设计 16
4.4轴系部件的结构设计 19
4.4.1 I轴结构设计 19
4.4.2 II轴结构设计 22
4.4.3电磁摩擦离合器的计算和选择 28
第5章 数控车床的六角回转刀架的设计原理 29
5.1数控车床的六角回转刀架的换刀工程 29
5.2数控车床的六角回转刀架的设计要求 31
5.3数控车床的六角回转刀架的机构设计中的几个主要问题 31
5.4本章小结 31
第6章 数控车床的六角回转刀架的机构设计 32
6.1数控车床的六角回转刀架的分度机构结构设计 32
6.1.1分度机构结构设计的总思路 32
6.1.2分度机构的刀架主轴设计 32
6.1.3主活塞的设计 34
6.1.4端齿盘离合器的设计 38
6.1.5分度活塞的设计 45
6.2精定位机构——活动插销机构设计 46
6.2.1定位原理、设计思路 46
6.2.2材料选择 47
6.2.3活动插销机构的结构设计 47
6.2.4插销机构的公差带设计 48
6.2.5对插销轴进行校核 49
6.2.6校核结论 50
6.3 刀夹衬套的设计简述 51
第7章 微机数控系统的设计 52
7.1 微机数控系统的设计纲要 52
7.1.1 硬件电路设计 52
7.1.2 软件电路设计 53
7.2 8031单片机及其扩展 53
7.2.1 8031单片机的简介 53
7.2.2 8031单片机的系统扩展 54
7.2.3 存储器扩展 56
7.2.4 I/O口的扩展 58
7.2.5 步进电机驱动电路 59
7.2.6 脉冲分配器（环行分配器） 60
7.2.7 光电隔离电路 60
7.2.8 功率放大器 60
7.2.9 其他辅助电路 61
结 论 63
致 谢 64
参考文献 65
第1章 数控机床发展概述
1.1数控机床及其特点
随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、车床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。
1.2数控机床的工艺范围及加工精度
1.2.1工艺范围
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。
1.2.2加工精度
由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。
1.精度要求高的回转体零件
由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。
2.表面粗糙度要求高的回转体零件
数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。
3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件
由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。
4.带特殊螺纹的回转体零件
普通车床所能车削的螺纹类型相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。
1.3 数控机床的经济分析
近几年，随着国民经济快速稳定发展，我国机床制造行业受益于国家振兴装备制造业的大环境，有了长足进展，这其中领先当今机械制造技术水平的数控机床产业更胜一筹。
由于数控设备的先进性、复杂性和发展的迅速性,以及品种型号、档次的多样性,决定了选用数控设备的复杂性和难度。如何从品种繁多、价格昂贵的产品中选择适用的设备, 成为中小型企业十分关心的问题。
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。
由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。
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