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C6140普通车床锥面轴类零件专机改造设计【5张CAD图纸+毕业论文+开题报告+任务书+外文翻译】

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关键词：: c6140 普通车床锥面轴类零件专机改造设计 cad图纸毕业论文开题报告 C6140普通车床锥面轴类零件专机改造设计 C6140普通车床锥面任务书外文翻译

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C6140普通车床锥面轴类零件专机改造设计

27页 8900字数+论文说明书+5张CAD图纸【详情如下】

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摘要

利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的机床除了能加工平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。

本文介绍了一种C6140车床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。

关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机

Abstract

Utilizing NC system reforms lathes is an important method to heighten the rate of old equipments. The innovated lathe　characterizes high precision .high efficiency and wide-machining and so forth， and it can save workload .Only some machining program input ，the corresponding result will be done.

This article introduces a way of economic NC reform of C6140 lathe at its mechanical system .The reformed system uses microcomputer to control the servo electromotor. The x-axis and y-axis forward-moving systems are controlled by respective electromotor . The ordinary screw lever will be changed into a pair of gears and rolling-bead screw lever. The servo motor will drive gear to move ， and then spread the kinetic energy to rolling-bead screw lever， and the rolling-bead screw lever run and move the gears .In the end .making an analysis on the error margin and the precision and giving methods for amelioration and advice . words: NC reform， Mechanical system， Open-hoop system， Servo motor

绪论…………………………………………………………………………………1

1总体设计方案的确定………………………………………………………….....2

2机械部分的改造设计………………………………………………………….....2

2.1主传动系统的选择…………………………………………………………....2

2.2进给传动系统的改造设计…………………………………………………....2

2.2.1纵向进给机构的改造设计………………………………….......................2

2.2.2横向进给机构的改造设计………………………………….......................3

2.2.3刀架的选择与改造………………………………………….......................3

2.3纵向（Ｘ向）进给机构的计算……………………………………….….…..3

2.3.1工作台质量的估算………………………………………….......................3

2.3.2切削力的计算……………………………………………….......................3

2.3.3纵向滚珠丝杠设计计算与校核…………………………….......................4

2.3.4纵向齿轮设计计算与校核………………………………….......................4

2.4横向（Y向）进给机构的计算与校核…………………………......................4

2.4.1横向切削力的计算…………………………………………………………5

2.4.2横向滚珠丝杠设计计算与校核………………………………………......5

2.4.3横向齿轮设计计算与校核………………………………………………..6

2.5步进电机的选用……………………………………………………………….6

2.5.1步进电动机结构和分类…………………………………………………....6

2.5.2纵横向步进电机的计算与选择…………………………………………....6

3机床数控部分的设计改造……………………………………………………......7

3.1设计原理……………………………………………………………………….7

3.2数控系统硬件改造的设计………………………………………………...…7

3.2.1主控制器的设计………………………………………………………......8

3.2.2存储器扩展电路………………………………………………………......8

3.2.3扩展I/O接口……………………………………………………………….9

3.2.4步进电机驱动电路………………………………………………………..9

3.3统软件部分的设计……………………………………………………….....10

3.3.1软件系统应具有的功能………………………………………………....10

3.3.2软件系统设计……………………………………………………….…...10

4分析轴类零件加工工艺和编写程序…………………………………………...13

4.1轴类零件的加工工艺分析……………………………………………….….13

4.1.1设计轴类零件………………………………………………………….…13

4.1.2确定零件的加工基准和装夹工具…………………………………….…14

4.2刀具的选择与刀具参数的确定………………………………………….….14

4.2.1刀具的选择……………………………………………………….............14

4.2.2刀具参数的确定………………………………………………….............15

4.3确定零件的加工工序………………………………………………………..16

4.4编写加工程序…………………………………………………………..........16

4.4.1分析轴类零件的外轮廓……………………………………………….…16

4.4.2粗精车零件刀具的轨迹设计…………………………………………….17

结束语………………………………………………………………………….….19

致谢…………………………………………………………………………….….19

参考文献……………………………………………………………………….….20

绪论

机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。

数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化[1]。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。

我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。

1总体设计方案的确定

C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为单片机控制专机机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。

一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的专机车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破[6]。

本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造，用步进电机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。所以实用开环控制。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架[5]。

2机械部分的设计改造

2.1 主传动系统的选择

主传动系统不变，为保证车螺纹时严格的运动关系，在主轴箱上安装GD7072 光电脉冲发生器，通过主轴--脉冲发生器--数控系统--步进电机的信息转换系统，实现主轴转一周，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。

2.2 进给传动系统的设计改造

2.2.1 纵向进给机构的设计改造

拆掉原机床的进给箱和拖板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装步进电机和一对齿轮的箱体。滚珠丝杆仍安置在原丝杠的位置[3]。采用一级齿轮减速，见下图1所示：

结束语

本改造方案充分运用了单片机和C6140车床的相关知识，改造后的车床具有很高的自动运行能力。不仅节省了人的手工操作，而且大大提高了零件的生产速率。降低生产了成本，从而使该起床较普通机床具有很明显的优势。

致谢

本文是在指导老师的悉心指导下完成的。指导老师具有严谨的治学态度，丰富的实践经验，在治学及做人方面使我受益非浅。衷心感谢帮助过我的每一位老师和同学。

参考文献

[1]吴祖育，秦鹏飞.数控机床.上海：上海科学技术出版社，1994

[2]谭浩强.微型计算机原理及应用.北京：清华大学出版社，2002

[3]韩鸿鸾.荣维芝.数控机床的结构与维修.北京：机械工业出版社，2004

[4]朱大先.金属切削手册.上海：上海科学技术出版社，2001

[5]哈工大.机床设计图册.上海：上海科学技术出版社，1983

[6]李洪.实用机床设计手册.辽宁：辽宁科学技术出版社，1999

[7]龚仲华.数控技术.北京：机械工业出版社，2003

[8]成大先.机械设计手册第四版.北京：化学工业出版社，2002

[9]宋天麟.数控机床及其使用与维修.南京：东南大学出版社，2003

[10]胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：华中科技大学出版社，2003

[11]张永康.金属切削原理与刀具.北京：机械工业出版社，2001

[12]严爱珍.机床数控原理与系统.北京：机械工业出版社，1999

内容简介：: 毕业论文（设计）开题报告题目名称面轴类零件专机改造学生姓名专业机电技术教育班级一、选题的目的意义 1. 节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2. 性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3. 提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。二、目前研究现状 1. 高速，高精加工及装备效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。 2. 五轴联动和复合加工的快速发展采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。 3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。三、主要研究内容四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线研究方法： 1. 采用理论与实际相结合的方式并利用现有的条件来设计专用机床； 2. 结合指导教师的教学经验来提高自己对机床各个组成部分的研究； 3. 查阅大量的有关书籍和资料来扩充自己对数控机床的认识，从而进一步分析设计机床各主要组成部分。五、主要参考文献与资料 1吴祖育，秦鹏飞上海 :上海科学技术出版社， 1994 2谭浩强北京 :清华大学出版社 3韩鸿鸾数控机床的结构与维修机械工业出版社， 2004 4朱大先上海 :上海科学技术出版社， 2001 5哈工大上海 :上海科学技术出版社， 1983 6李洪辽宁 :辽宁科学技术出版社， 1999 7龚仲华北京 :机械工业出版社， 2003 8成大先北京 :化学工业出版社， 2002 9宋天麟南京 :东南大学出版社， 2003 10胡乾斌武汉 :华中科技大学出版社， 2003 11张永康北京 :机械工业出版社， 2001 12严爱珍北京 :机械工业出版社， 1999 六、指导教师审批意见年月日 1 本科毕业论文（设计）论文题目：通车床锥面轴类零件专机改造学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：机电技术教育导师姓名：完成时间： 2 摘要利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的机床除了能加工平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。本文介绍了一种床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机 3 C is an to of so it be a of C 6140 at to by be a of to In an on NC 4 目录绪论 1 1 总体设计方案的确定 . 机械部分的改造设计 .传动系统的选择 .给传动系统的改造设计 . 纵向进给机构的改造设计 . 横向进给机构的改造设计 . 刀架的选择与改造 .向（向）进给机构的计算 . . . 工作台质量的估算 . 切削力的计算 . 纵向滚珠丝杠设计计算与校核 . 纵向齿轮设计计算与校核 .给机构的计算与校核 .横向切削力的计算 5 珠丝杠设计计算与校核 .横向齿轮设计计算与校核 . 步进电动机结构和分类 .纵横向步进电机的计算与选择 .机床数控部分的设计改造 . . 7 .存储器扩展电路 .扩展 I/ 步进电机驱动电路 .5 .软件系统应具有的功能 .软件系统设计 . . 分析轴类零件加工工艺和编写程序 .类零件的加工工艺分析 . 设计轴类零件 . 13 定零件的加工基准和装夹工具 . 14 具的选择与刀具参数的确定 . 刀具的选择 . 刀具参数的确定 .定零件的加工工序 .写加工程序 . 分析轴类零件的外轮廓 . 16 精车零件刀具的轨迹设计束语 . 谢 . 考文献 . 6 绪论机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。善劳动条件；济效益；代化 1。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。 1984 年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。 7 1 总体设计方案的确定普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为单片机控制专机机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的专机车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破 6。本设计主要是对通型车床进行数控改造，用步进电机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。所以实用开环控制。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架 5。 2 机械部分的设计改造传动系统的选择主传动系统不变，为保证车螺纹时严格的运动关系，在主轴箱上安装电脉冲发生器，通过主轴实现主轴转一周，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。给传动系统的设计改造向进给机构的设计改造拆掉原机床的进给箱和拖板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装步进电机和一对齿轮的箱体。滚珠丝杆仍安置在原丝杠的位置 3。采用一级齿轮减速，见下图 1 所示：图 1 纵向进给机构改造图 8 向进给机构的设计改造保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，步进电动机、齿轮箱安装在中滑板的后侧。架的选择改造拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动刀架。根据车床的型号及主轴中心高度，选用装时，去掉车床小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉电机风罩，逆时针方向转动电机，或转动轴承盖处之内六角螺孔，使刀架转动到 45。左右时，装上螺钉，然后固定刀架即可。电动刀架的安装较为方便，安装时须注意以下两点：电动刀架的两侧面与原车床纵、横向的进给方向平行。电动刀架与系统的连线在安装时应合理，以免加工时切屑、冷却液及其它杂物磕碰电动刀架连线。向（向）进给机构的计算作台质量的估算工作台总质量： m = a + b+ c =中 a 床鞍质量， a = 86 b 中拖板质量， b = c 改造后的刀排架质量， c = 26 向切削力的计算切削功率： P 4680N 2中 P 主电机功率， P = 7.5 主传动系统总效率， = 进给系统功率系数， K = 2中主切削力， N； V 切削线速度， V = m/ s。由式 2式 2 V = 2807 N 通常纵向切削分力： 9 ( z = 滚珠丝杠设计车床丝杠的纵向轴向力： Fzh = x+ ( ) = 2中颠覆力矩影响的实验系数，导轨上的摩擦系数， = W 工作台作用在导轨上的重力， W = 1309N； ( m = A 强度计算滚珠丝杠的转速： 000v f/ Dt=32r/ 2中 v 切削线速度， v = 100m/ f 进给量， f = D 工件直径， D = 50 t 滚珠丝杠螺距， t = 6 取寿命时间 T = 15000h ，则寿命值： A =60106 = 29。取运转系数硬度系数 1，则最大负载 Q=hFzh=8530N 2选取滚珠丝杠的公称直径为 35型号为 1 2/ 即双螺母垫片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为螺距为 6其额定动负荷是 121847 Q = 故强度足够 8。 B 效率计算由于所选滚珠丝杠的螺旋升角 = 37，摩擦角 = 10，则滚珠丝杠的传动效率 =a/a+)= 2 齿轮设计 (在纵向上 ) 步距角 b = 滚珠丝杠螺距 P = 6脉冲当量 p = ，则在步进电机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮传动比为： i =2=360p/bP=360= 即选 48， 60，根据经验，齿轮模数取向（进给机构的计算 10 向切削力的计算切削功率： P 4680N 式中 P 主电机功率， P = 主传动系统总效率， = 进给系统功率系数，式中主切削力， N； V 切削线速度， V = s。由式 2式 2得 V = 2807N 通常横向切削分力： ( z = 1684 N 向滚珠丝杠设计车床丝杠的横向轴向力： y + ( W) = 式中颠覆力矩影响的实验系数，导轨上的摩擦系数， = W 工作台作用在导轨上的重力， W = 1309N； ( m = 133.6 9.8 m/ 。 A 强度计算滚珠丝杠的转速： 000v f/Dt=32r/ 式中 v 切削线速度， v= 100m/ f 进给量， f = D 工件直径， D = 50 t 滚珠丝杠螺距， t = 6 取寿命时间 T = 15000 h，则寿命值： A =60 。取运转系数 1. 2，硬度系数 1，则最大负载： Q=hFzh=8530N 选取滚珠丝杠的公称直径为 35 型号为 12/ 即双螺母垫片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为螺距为 6 其额定动 11 负荷是 121847 Q = 故强度足够。 B 效率计算由于所选滚珠丝杠的螺旋升角 = 37，摩擦角 = 10，则滚珠丝杠的传动效率： =a/a+)= 轮设计 (在横向上 ) 步距角 b = 滚珠丝杠螺距 P = 6脉冲当量 p = 步，则在步进电机与滚珠丝杠之间所加的一对齿轮传动比为： i =2=360p/bP=360= 即选 48， 60，根据经验，齿轮模数取进电动机的选择进电动机结构和分类步进电动机的种类很多，按其工作方式的不同可分为功率式和伺服式两种。功率式步进电动机的输出转矩较大，能直接带动较大的负载。伺服式步进电动机出转矩较小，只能直接带动较小的负载，对于大负载需通过液压放大元件来传动。按运动方式可分为旋转运动、直线运动和平面运动等几种；按工作原理可分为反应式（磁阻式）、永磁式和永磁感应式等几种。在永磁式步进电动机中，它的转子是用永久磁钢制成的，也有通过滑环由直流电源供电的励磁绕组制成的转子，在这类步进电动机中，转子中产生励磁；在反应式步进电动机，其转子由软磁材料制成齿状，转子的齿也称为显极，在这种步进电动机的转子中没有励磁绕组。它们产生电磁转矩的原理虽然不同，但其动作过程基本上是相同的，反应式步进电动机有力矩惯性比高、步进频率高、频率响应快、可双向旋转、结构简单和寿命长等特点。在计算机应用系统中大量使用的是反应式步进电动机。向步进的选取电机 A 确定步距角取系统的脉冲当量 f =脉冲，选用步距角 b= 0. 75。 B 起动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为 M，负载力为根据能量守恒原理，电机所作的功与负载所作的功的关系： M= 2 则 M = = 169 N 中电机转角， =b = L 移动部件的相对位移， L = p = 脉冲； 12 负载力。 ( W + 纵向丝杠牵引力 = 1422 N 式中 d 当量摩擦系数， d = 不考虑起动时的运动部件惯性的影响，则起动力矩 M/取安全系数为则 563 N 对于工作方式为 5 相 10 拍的步进电机： 796 N 步进电机的最高频率取 1 m/ s，则 1 000 0F=1000 1/60 1666 据以上数据，选用 150步进电机较合理。该电机步距角为，最大静转矩为 2000N 最高空载起动频率为 2800 同理，横向步进电机选用 130 。 3 机床数控部分的设计改造计原理利用通用微机或工业控制机对机床进行数控改造，使得装置复杂、体积大、造价高。可用于要求高精度、高效能的场合。而普通车床本身造价低，花大价钱改造不切实际。为降低成本，本设计采用单片机为控制核心，扩展部分外围器件，组成一个经济型数控系统。既满足了车床的数控加工能力，又经济可靠，使车床具有较高的性能价格比。该系统是由数控单元和步进伺服单元组成。数控系统采用机，它和扩展系统以及步进电机驱动电源一起组成连续控制的数控系统。控制核心按照所输入的加工程序数据，经计算处理，发出所需要的脉冲信号，经驱动电路放大功率后，驱动步进电机，由步进电机带动滚珠丝杠副，从而使纵、横向工作台按零件加工所需要的进给速度及方向移动，实现车床的开环自动控制。系统的定位精度由软件中适当的降频处理来保证，重复定位精度采用固定间隙补偿来改善 2。控系统硬件改造的设计微机数控系统采用 8031 单片机为控制核心，以步进电机作为伺服驱动装置，以工作台和刀架作为执行部件构成一个开环控制系统，可适用于总体设计方案结构如下图 2 13 所示：图 2 数控改造图控制器的设计主控制器选用功能强、价格低的 8031单片机。 8031的为低 8位地址 /数据总线接口，为显示器的字形输出口，为高 8位地址总线接口，作中断、定时、计数、读写控制等特殊功能口。主控制器的时钟采用内部方式，晶振频率 6 储器扩展电路 A 存储器芯片的选择 8031片内无只有 128字节的必须在外部扩展程序存储器和数据存储器。选择存储器应考虑的主要因素是速度和容量。时钟频率为 6 8031所能提供的读写时间为 480s，根据时序匹配要求，凡工作速度小于 480均满足要求。这里选用 1片读周期为 250s，容量为 8K8的 2764作为程序存储器，同时扩展 1片读写周期为 200s、容量为 8K3的 6264静态作为数据存储器，并带有电池，使存放的加工数据能长期保存 10。 B 存储器的地址分配及接线 8031所支持的存储系统，其程序存储器与数据储器独立编址，因此 4 和址分配比较自由，不必考虑是否发生冲突。由于 8031复位后从 0000始执行程序，故 8K 址空间为 0000H 18K 址空间也设定为 0000H 18031的地址锁存允许信号存器74 入端，从而将出的地址信息锁存入 373中， 2764需要 13根地址线，其中低 8位通过 373与的 8031的联，高 5位分别与联。8位数据线直接与 8031 联，由于本系统只用 1片 2764，故将其片选端又由于 8031只能选通外部程序存储器，因而将 8031的。址线的联接方法与 2764相同，其读写控制端与 8031的对应端相联。由于6264的地址分配为 0000F 1故其片选端 3器的 9。展 I/为满足车床数控系统的需要，选用可编程并行接口芯片 8155作为扩展 I/ 各端口的功能定义和地址分配如下表：表、指示信号 2001H 入键盘和行程控制 2002H 出显示和键盘管理 2003H 8155的片选端 1相联，地址空间为 2000H 2地址锁存控制端及读写控制端分别与 8031的控制线对应相接， 8155的对应接至 8031的。进电机驱动电路用步进电机作为执行元件的数控系统，可采用较为简单的开环控制，因而成为经济型数控机床最为主要的一种伺服驱动元件，步进电机的驱动电路一般由部分组成计算机接口、脉冲分配器、光电隔离电路和功率放大电路。本设计采用 8155的为控制步进电机的接口，由该口的提供步进电机所需的控制信号。脉冲分配器的作用是为步进电机提供符合控制指令要求的脉冲序列，其实现方法有硬件和软件 2种。为降低硬件成本及故障源，本设计采用软件方法实现。步进电机驱动电路中，脉冲信号经功放后送给步进电机励磁绕组，为防止强电干扰，在功放电路之前接上 6个。步进电机所需电流较大，必须将光电祸合器输出的信号放大后才能使驱动步进电机正常运转。目前我国步进电机的功率放大器已由生产厂家生产成系列化产 15 品，设计时不比考虑其内部电路结构，只需根据所用的步进电机的功率选择既可。控系统软件部分的设计件系统具有下列功能： (1) 控制车床刀具或工作台轴向、径向移动的方向、速度和长度。 (2) 可控制加工面、内外圆以及向锥面、球面逼近的任意曲面。 (3) 控制走刀速度，为多档，并可随时进行修正。 (4) 程中可以给出一定的延时，在执行到延时，序时刀架在预定时间内停止运动。 (5) 有暂停功能。件系统设计本系统的主程序流程图如下图 3所示。统加电初始化后，在开始标志有效的情况下，首先读取加工程序段的工序号和加工方式字，据加工方式字决定当前程序段是要加工直线还是加工锥面，以及是否要执行延时操作或者回零操作 7。车床主要是进行直线加工和锥面加工，所谓直线加工是指加工外圆、内圆、端面和刻槽等操作，只需加工刀具在纵向或横向上运动；而锥面加工主要是加工任意锥面和球面逼近的曲面，需要 X，对锥面加工采用逐点比较法插补操作，论是加工直线还是加工锥面，在进行加工前都必须根据零件图给出每道工序的刀具运动方向和位移长度，据零件材料和车床的特性以及工艺要求，给出车床的切削速度，在实际加工时，再把位移量转化为步进电机所需的脉冲数，由方向控制字控制纵向和横向步进电机和运动方向，从而使步进电机拖动工作台作相应的移动以完成零件加工操作 12。图 4，图 5分别为加工直线与斜线的程序。 16 图 3 主程序流程图有初始化标志吗启动出错处理保存工件号有开始标志吗出错处理工序序号 1 R 显示工序号要暂停吗是结束标志吗取加工方式加工斜线吗要延时吗要回零吗加工直线吗延时显示暂停标志结束处理斜线加工延时处理回零处理直线加工出错显示 N N Y Y Y Y Y Y 17 图 4 直线加工程序图直线加工程序取方向控制字取速度控制字取加工余量并显示位移量转换成步数加工余量 =0？输出控制步进电机模型步数一步延时 R 转下一道工序 Y N 18 图 5 斜线加工程序图 4 分析轴类零件加工工艺和编写程序类零件的加工工艺分析计轴类零件轴类零件的设计如下图 6 所示：斜线加工程序取插补方向控制字取插补速度控制字置终点计数器初值置斜线插补初值斜线插补结束是 X 向进刀吗 Y 向电机走一步偏差修正终点计数器 N R Y X 向电机走一步偏差修正 Y 19 图 6 轴类零件图定零件的加工基准和装夹工具对于上图的零件来说，由于他属于回转体零件，通常将径向设计基准设置在回转体轴线上，将轴向设计基准设置在工件的某一端面或几何中心处。所以上图零件我们取轴线为设计基准，加工定位基准选圆柱的外圆表面，装夹方式我们选择数控车床最常用的通用卡具三爪卡盘，它最大的优点就是可以自动定心。具的选择与刀具参数的确定具的选择刀具的选择也是很重要的，数控车刀要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。选用合理数控刀具既能提高加工效率又能提高产品质量11。对于上图零件我们选择的刀具如下表 2 所示： 20 表 2 刀具卡片产品名称或代号零件名称凹槽轴零件图号备注序号刀具号刀具名称规格数量加工表面刀尖半径 /1 3左偏刀 1 粗、精车外轮廓 1 2 断刀 1 车断 3 刀 1 粗、精车外轮廓刀具参数的确定刀具几何参数可分为两类，一类是刀具角度参数，另一类是刀具刃型尺寸参数。各参数之间存在着相互依赖、相互制约的作用，因此应综合考虑各种参数以便进行合理的选择。刀具几何参数包括刀具的切削角度（如 s）等，刀面形式（如前刀面，带倒棱的前刀面等）及切削刃的形状（如直线形，折线形，圆弧形等）等。合理几何参数的选择主要与工件的材料，刀具材料，刀具类型和其它具体工艺条件如切削用量，工艺系统刚性和机床功率有关。根据以上对零件的工艺分析该零件的加工需要一把端面刀、两把外圆车刀（一把粗车外圆、一把精车外圆）、一把螺纹车刀、一把切断刀（用于切断和切槽）。以下是对这几把刀的刀具参数的选择 4。根据上述刀具参数的选择原则，以下是对具体零件加工的刀具参数进行选择。具体参数如下表 3 所示：表具参数加工方式刀具参数粗加工刀具参数切槽加工刀具参数镗孔加工刀具参数刀具名 93 外圆左偏刀切断刀镗刀刀具材料硬质合金刀具硬质合金刀具硬质合金刀具刀具号 02 具补偿号 01 02 06 刀柄长度 125 20 150 刀柄宽度 20 20 15 刀尖半径 1 具前角 80 刀具后角 30 主偏角 95 21 副偏角 5 刃倾角 2 倒棱前角倒棱宽度轮廓车刀类型外轮廓车刀对刀点方式刀尖尖点刀具偏置方向左偏钝圆半径刀具引角编程刀位点前刀点刀具宽度刀刃宽度刀尖宽度刀具角度定零件的加工工序带锥面的轴的加工工序见下表 4 所示：表工工序卡工步工步内容刀具号刀具规格主轴转速进刀量 mm/r 背吃刀注 1 车端面 000 自动 2 自右至左粗车外表面 000 自动 3 自右至左精车外表面 0000 动 4 切槽 000 自动 5 切断 000 自动写加工程序析轴类零件的外轮廓： 22 图 7 工件轮廓拾取后的样式图 8 毛坯轮廓拾取后的样式精车零件刀具的轨迹设计 A 粗车轨迹设计图 9 零件粗车刀具轨迹图 23 B 精车轨迹设计图 10 零件精车刀具轨迹图 C 程序的编写 % ： 01235 03 0101; 00 00 00 00 01 00 00 00 01 03 01 03 01 00 24 00 00 01 01 03 01 01 03 00 00 00 01 结束语本改造方案充分运用了单片机和床的相关知识，改造后的车床具有很高的自动运行能力。不仅节省了人的手工操作，而且大大提高了零件的生产速率。降低生产了成本，从而使该起床较普通机床具有很明显的优势。致谢本文是在指导老师的悉心指导下完成的。指导老师具有严谨的治学态度，丰富的实践经验，在治学及做人方面使我受益非浅。衷心感谢帮助过我的每一位老师和同学。 25 参考文献 1吴祖育，秦鹏飞上海：上海科学技术出版社， 1994 2谭浩强北京：清华大学出版社， 2002 3韩鸿鸾数控机床的结构与维修机械工业出版社， 2004 4朱大先上海：上海科学技术出版社， 2001 5哈工大上海：上海科学技术出版社， 1983 6李洪辽宁：辽宁科学技术出版社， 1999 7龚仲华北京：机械工业出版社， 2003 8成大先北京：化学工业出版社， 2002 9宋天麟南京：东南大学出版社， 2003 10胡乾斌武汉：华中科技大学出版社， 2003 11张永康北京：机械工业出版社， 2001 12严爱珍北京：机械工业出版社， 1999 中期进展情况检查表学生姓名班级机教 051 指导教师论文（设计）题目面轴类零件专机改造目前已完成任务 (1) 制定毕业设计计划； (2) 查找相关文献； (3) 完成毕业论文开题报告； (4) 确定了专用数控机床各主要组成部分； (5) 对各组成部分进行设计计算。是否符合任务书要求进度：符合尚需完成的任务 1 继续对论文材料进行组织和整理； 2 按照论文提纲，有步骤有计划的开展论文工作，存在问题要及时与老师沟通； 3 对已完成的论文内容进行检查审核，力求把问题降到最少； 4 到规定的时间完成论文初稿；能否按期完成论文（设计）：能存在问题和解决办法存在问题资料不足，对论文的研究不够透彻，且相关的理论知识还不够全面；与指导老师的交流不够充分。拟采取的办法继续查找资料，加强对相关理论知识的理解和掌握。指导教师签字日期年月日教学院长（主任）意见负责人签字：年月日毕业论文（设计）任务书题目名称面轴类零件的专机改造学生姓名所学专业机电技术教育班级指导教师姓名所学专业物理职称完成期限一计）主要内容及主要技术指标体改造方案技术指标：达到自动，经济的设计要求。二计）的基本要求文）一份：有 400字左右的中英文摘要，正文后有 15篇左右的参考文献，正文中要引用 5篇以上文献，并注明文献出处，论文字数在 10000字以上； 000汉字的与本课题有关的外文翻译资料； 0000字以上；三、毕业论文（设计）进度安排月 16 日 0日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成外文资料翻译和开题报告； 2. 2009年 4月 2日日（第 5周），指导教师审核开题报告和设计方案； 3. 2009年 4月 9日日（第 6 体方案设计； 4. 2009年 5月 7日 3日（第 10周），毕业设计中期检查； 5. 2009年 5月 14日日（第 11撰写毕业设计（论文），答辩资格审查，学生修改整理论文，准备答辩； 6. 2009年 6月 45日（第 14业设计（论文）答辩。 he is a in is is as as 00 to be to be a at a of of at a in an It is at a a of is a a in do as 5% of or to be is to of It is to a it is of of It be in be to a s of s to be by is to a 00% A is to to To a to to a it to to of is a “of an be be of In to be in a of to be in a of In of of On in of on is is a by to of C a to be be to be it of to a of is be of by to to do to to be to do to in a In AM to is AM is a it is of to in is in of of as in a AM of be as of to in or of a of to by AD or AD of to to of of of of he of to to AD be as of to or s As by of is to an of In to a of in a in of In is to is to by s be of is in to is an to in to to or to C C of to a NC of to a to ne of in ew “ To NC,a to of is in “,to be t to s is by of to a be to 00 C be by 0 of In to by by be of a or to so be in to be 0 a in of of NC in in in in up 0% in 译文：现代设计与制造一、计算机与制造业：计算机正在将制造业带入信息时代。计算机长期以来在商业和管理方面得到了广泛的应用，它正在作为一种新的工具进入到工厂中，而且它如同蒸汽机在100年前使制造业发生改变那样，正在使制造业发生着变革。尽管基本的金属切削过程不太可能发生根本的改变，但是他们的组织形式和控制方式将发生改变。从某一方面可以说，制造业正在完成一个循环。最初的制造业是家庭手工业：设计者本身也是制造者，产品的构思与加工由同一人完成。后来，形成了零件的互换性这个概念，生产被依照专业功能分割开来，可以成批的生产数以千计的相同的零件。今天，尽管设计者与制造者不可能再是同一个人，但在向集成制造系统前进的途中，这两种功能已经越来越靠近了。可能具有讽刺意味的是，在市场需求高度多样化的产品的时候，提高生产率和降低成本的必要性促使着制造业朝着集成为单调关联系统方向变化。这是一个连续的过程，在其中零件不需要花费多达 95%的生产时间用在运输和等待加工上。计算机是满足这两项要求中任何一项的关键。它是能够提供快速反应能力、柔性和满足多样化市场的唯一工具。而且，它是实现制造系统集成所需要的、能够进行详细分析和利用精确数据的唯一工具。在将来计算机可能会是一个企业生存的基本条件，许多现今的企业将会被生产能力更高的企业组合所取代。这些生产能力更高的企业组合是一些具有非常高的质量、非常高的生产率的工厂。目标是设计和运行一个能够以高生产率的生产方式 100%合格产品的工厂。一个采用先进的、竞争的世界正在促使制造业开始做更高的工作，使其本身采用先进的技术。为了适应竞争，一个公司会满足一些在某种程度上相互矛盾的要求，诸如产品多样化、提高质量、增加生产率、降低价格。在努力这些要求的过程中，公司需要一个采用先进技术的工具，一个能够对顾客的需求作出快速反应，而且从制造资源中获得最大收益的工具，计算机就是这个工具。成为一个具有“非常高的质量、非常高的生产率”的工厂，需要对一个非常复杂的系统进行集成。这只有通过采用计算机对机械制造的所有组成部分设计、加工、装配、质量保证、管理和材料装卸及输送进行集成才能完成。例如，在产品设计期间，交互式的计算机辅助设计系统使得完成绘图和分析工作所需要的时间比原来减少了几倍，而且精确程度得到了很大的提高。此外，样机的实验与评价程序进一步加快了设计过程。在制订制造计划时，计算机辅助编制工艺规程可以从数以千计的工序和加工过程中选择最好的加工方案。在车间里，分布式智能以微处理器这种形式来控制机床、操纵自动装卸料设备和收集关于当前车间状态的信息。但是这些各自独立的改革还远远不够。我们所需要的是有一个共同的软件从始端到终端进行控制的全部自动化的系统。整个系统都会从中受益。基本上，计算机集成可以提供广泛的、及时的和精确的信息，可以改进各部门之间的交流与沟通，实施更严格的控制，而且通常

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