普通卧式车床(C6136)改造为经济型数控车床的设计

经济型数控是我国80年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造车床，投资少、见效快。
十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。
毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。
本说明书分为概述、设计内容、总结三部分，分别介绍了此次设计任务将普通卧式车床（C6136）改造为经济型数控车床；有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图、进给伺服系统机械部分设计计算及校核、数控系统硬件电路的设计、加工程序编制；主要是对本次毕业设计的心得。

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本书在编写过程中，得到了指导老师和各位老师及同学的大力支持和热心帮助，在此表示谢意
由于作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请读者批评指正。

要求：
将C6136车床改造成用MCS—51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。

设计计算说明书。
Ⅰ 控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图
Ⅱ 机械部分设计计算及结构设计说明
Ⅲ 硬件电路部分设计说明
Ⅳ 加工程序控制及说明

总体方案的确定及框图
(1)、总体方案的确定
① 系统的运动方式与伺服系统的选择
由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 [来源：http://Doc163.com]

② 计算机系统
根据机床要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
③ 机械传动方式
为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆。为了保证一定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 [资料来源：http://doc163.com]

(2)、设计方案
① 系统运动方式的确定
数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统
② 伺服系统的选择
伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。
开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。
指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。开环系统主要由步进电机驱动。
闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服电机驱动。
半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。
③ 执行机构传动方式的确定
为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：
Ⅰ  尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。
Ⅱ  尽量肖除传动间隙。例如采用隙齿轮等。
Ⅲ  提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。 [资料来源：http://www.doc163.com]
④ 计算机的选择
微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。
(3)绘制总体方案框图 [资料来源：www.doc163.com]

目  录
第一章 概述
1． 设计目的----------------------------------------------------------------------3
2． 设计任务----------------------------------------------------------------------4
第二章 设计内容
1． 总体方案确定及框图-------------------------------------------------------5
2． 机床进给伺服系统机械部分设计计算及校核-------------------------7
3． C6136经济型数控车床数控系统硬件电路的设计-------------------21
4． 数控机床加工程序编制----------------------------------------------------22
第三章 总结
1．  设计体会------------------------------------------------------------------------25
2．  参考书目------------------------------------------------------------------------26

我做毕业设计的过程中，一个最大的体会就是理论上很简单的东西，当你要试图去实现的时候，你会发现它是那么的难，追其根本原因在于，以前动手太少了。
本次毕业设计是对我们每个学生在校三年来所学知识与生产实践技术所进行的一次综合性的全面考察；培养了我们运用所学专业知识解决实际问题的能力；它还为我们了解一般机械工程设计的基本思想打下良好的基础；在设计方案的拟定,设计资料的收集,手册，国标选用，设计方法的运用,零部件及总体装配图的绘制等方面，有一次较全面的锻炼。对我们进入社会具备一定独立工作能力起了良好的作用,能较好的适应工作。

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随着电子技术特别是计算机技术的发展，单片机、PLC等在数控机床中广泛的应用，数控机床迅速地发展起来，特别是加工中心在工厂的运用.数控机床可以较好地解决形状复杂、高精度、小批量等零件的加工问题；能够稳定质量和提高生产效率；本课题所设计的简式数控机床属于半闭环式经济型车床，它的工作原理是用脉冲马达的伺服性能，即对应一定的脉冲必定有一定的转角。从而通过选择螺母机构使工作台移动一定的距离，所以简式数控机床的设计关键在于数控系统的伺服进给系统的设计，它的好坏直接影响产品质量和生产效率等数控机床的伺服进给系统。不仅要对进给运动的速度实现自动控制，而且还需要对刀具相对于工件的位置实现自动控制，因此与其它机床相比其进给系统的设计要求更高、度更大、涉及的问题也更广。                                                                            [版权所有：http://DOC163.com]
经过两个月的时间，我对机械制造及自动化有了更深刻的了解，不仅回顾了以前所学的知识，还学到了许多以前没有接触过的新知识，对CAD和Word的应用水平有了进一步提高，也清楚了各种标准件的画法，对数控技术，单片机，PLC的认识有了进一步的深化。
在此一并感谢指导老师和同学在这次设计中对我的热心指导和帮助，通过本次设计使自己有一个综合性的提高,达到了本次的设计目的。

参考文献
[1]   周鹏翔  刘振魁主编，《工程制图》第二版，高等教育出版社，2000年5月                  
[2]   唐增宝  刘元俊主编，《机械设计课程设计》（修订版），华中理工大学出版社，  
             1995年1月
[3]  《机械设计手册》编写组编，《机床设计手册2》，机械工业出版社，1980年8月
[4]  《机械设计手册》编写组编，《机床设计手册3》，机械工业出，1986年12月
[5]   东北大学《机械零件设计手册》编写组编，《机床零件设计手册》第三版，冶金工业出版社，1994年5月 [资料来源：Doc163.com]
[6]   华东纺织工学院、哈尔滨工业大学、天津大学主编，《机床设计图册》，上海科学技术出版社，1979年6月
[7]   雷晓玲主编，《综合作业指导书》，机械工业出版社，2000年11月
[8]   石光源、周积义、彭福荫主编，《机械制图》第三版，高等教育出版社，1988年4月 [来源：http://Doc163.com]