数控原理及应用课程设计

甘肃广播电视大学

课程设计

2006级春季机械设计制造及其自动化专业本科

课程设计题目: CA6140一般车床数控化改造

学生姓名: 任立王旭同徐钢

学号: 061190114 061190112 061190115 电大分校: 甘肃电大亚盛分校

工作站:玉门工作站

学生所在单位:中核四零四总公司第三分公司

中核华原钛白股份有限公司

中核四零四总公司第三分公司

指导教师: 石敬东

甘肃电大开放教育_2006_级（春、秋）机械制造专业（本科）

课程设计成绩评定表

讲明：1.答辩小组应填写评价意见，小组成员均应签名（盖章）。答辩小组不应少于3人。

2.此表附于封面之后。

3.此表由分校、工作站自行复制。

目录

机床的数控改造………………………………………………………………………

机床数控改造总体方案确定……………………………………………………

机械部分设计计算………………………………………………………………………数控系统硬件电路设计……………………………………………………………

软件设计…………………………………………………………………………………

参考文献……………………………………………………………………………………

[内容提要]随着科学技术的进展，由于一般机床效率差、性能落后，世界各工业发达国家通过进展数控技术、建立数控机床产业，促使机械加工业跨入一个新的“现代化”的历史进展时期，从而给国民经济的结构带来了巨大的变化。本系统是一个典型的经济型数控装置。系统采纳微机实现数控机床的位置操纵。使用变频调速系统操纵主轴电机的运行。本系统具有巡检速度快、精确、方便、可靠性能高、抗干扰能力强等诸多优点，在工商业领域应用地越来越多。

[关键词] 数控机床步进电机齿轮传动滚珠丝杠硬件电路程序设计计算

一、机床的数控改造

1、概述

随着社会生产和科学技术的迅速进展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。目前，机械加工中单件、小批量加工约占80％，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活、通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、周密、小批、多变的零件加工问题。它具有适应性强、较高的加工精度、稳定的加工质量和高生产效率的优点。因此，数控机床是一种灵活而高效的自动化机床。随着电子、自动化、计算机和精度测试等技术的进展，数控机床在机械制造业中的地位将越来越重要。

2、数控机床的产生与进展

第一台数控机床是适应航空工业制造复杂零件的需要而产生的。1948年，美国帕尔森兹（Parsons）公司在研制加工直升飞机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的初始设想。后来受空军托付与麻省理工学院合作开始了将三坐标铣床数控化的研究

工作。1952年公开发表了世界上第一台数控机床样机，这是一台直线插补连续操纵的三坐标铣床，使用了电子管元件。后来又通过三年的改进与自动化程序编制的研究，于1955年进入有用时期，投产了一百台类似产品。这些数字操纵铣床在复杂的曲面零件加工中，发挥了专门大的作用。

数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动操纵、自动检测以及周密机械等技术的最新成果而进展起来的全新型机床。就其数控系统而言差不多历了几代变化：

第一代：1952～1959年采纳电子管元件；

第二代；从1959年开始采纳晶体管元件，

第三代：从1965年开始采纳集成电路；

第四代；从1970年开始采纳大规模集成电路及小型通用计算机；第五代：从1974年开始采纳微处理机或微型计算机。

从数控系统的进展来看，它要紧向着增强功能、方便使用、提高可靠性和降低价格方向进展。数控机床的进展不仅表现为数量的迅速增长，而且在质量与性能上也有显著提高。

科学技术的迅速进展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品改型频繁。这对机床设备不仅提出精度与效率的要求，而且也提出了通用性与灵活性的要求。特不是宇航、造船、武

器生产等工业部门，需要加工的零件多具有精度高、形状复杂、批量小、经常变动等特点。使用一般机床加工这些零件，不仅劳动强度大、效率低，而且难以保证精度，有些零件甚至无法加工。

现将其要紧进展方向简述如下。

随着科学技术的进展，制造技术的进步，以及社会对产品质量和品种多祥化的要求愈来愈强烈。中、小批量生产的比重明显增加，要求现代数控机床成为一种具有柔性、周密、高效、复合、集成功能和低成本的自动化加工设备。同时，为了满足制造业向更高层次进展，为柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)，以及计算机集成制造系统(CIMS)提供基础设备．也要求数控机床向更高水平进展。

当前数控机床技术呈现如下进展趋势。

（1）高精度化

现代科学技术与生产的进展，对机械加工与测量提出了越来越高的精度要求。加工周密化不只是由于进展高、新技术的需要，也是为了提高一般机电产品的性能质量、寿命和可靠性的需要，同时依旧为了减少机械产品装配时的修配工作量，提高装配效率的需要。故机床的加工精度有不断提高的趋势。

（2）运动高速化

高速是高效的基础，要提高生产，首先就得提高切削速度。这

正是机床技术进展追求的差不多目标之一。而实现那个目标的最要紧、员直接的方法确实是提高切削速度和减少辅助时刻。数控机床的“高速化”要紧体现在主轴转速和进给速度。随着刀具、电机、轴承、数控系统等相关技术的突破及机床本身基础技术的进步，使各种运动速度大幅度提高。

（3）高柔性化

柔性是指机床适应加工对象变化的能力。传统的自动化设备，由因此机械或刚性连接和操纵的，当被加工对象变换时，调整专门困难，甚至是不可能的，有时只得全部更新、更换。数控机床的出现，开创了柔性自动化加工的新纪元，对满足加工对象变换有专门强的适应能力。而且，在提高单机柔性化的同时，正努力向单元柔性化相系统柔性化进展。

实践证明，采纳柔性自动化设备或系统是提高加工精度和效率、缩短生产和供货周期、并能对市场变化需求做出快速响应和提高竞争能力的有效手段。

作为柔性化典型设备的数控机床及FMC、FMS，80年代进展专门快。其中体现柔性化程度较高的机种——加工中心的产量、产值增长更快，都远远超过数控机床年平均增长率。

（4）高自动化

那个地点指的柔性自动化是包括物料流和信息流的自动化。

80年代中期以来，以数控机床为主体的加工自动化已从“点”(单台数控机床)进展到“线”的自动化＜FMS、FTL)和“面”的自动化(柔性制造车间)。结合信息治理系统的自动化，逐步形成整个工厂“体”的自动化。在国外已出现FA(自动化工厂)和CIM(计算机集成制造)工厂的实体。尽管由于这种高自动的技术还不够完备，投资过大，回收期较长，但数控机床的高自动化以及向FMC、PMS的系统集成方向进展的总趋势仍是机械制造业进展的主流。

数控机床(包括FMC和FMs)的自动化除进一步提高其自动编程、自动换刀、自动上下料、自动加工等自动比程序外，在自动检测、自动监控、自动诊断、自动对刀、自动传输、自动调度、自动治理等方面也进一步得到进展的同时也提高了其标准化和在线的适应能力。

（5）复合化

复合化包括工序复合化相功能复合化。数控机床的进展已模糊了粗、精加工工序的概念。

目前，专门多企业正在对可靠性设计技术、可靠性试验技术、可靠性评价技术、可靠性增长技术以及可靠性治理与可靠性保证体系等进行深入研究和广泛应用，以期使数控机床的整机可靠性水平

提高到一个新水平。

（7）宜人化

宜人化是一种新的设计思想和观点，是将功能设计与美学设计有机结合，是技术与经济、文化、艺术的协调统一，其核心是使产品变为更具有魅力、更适销的对路商品，引导人们进入一种新的生活方式和工作方式。工业先进国家早已将其广泛用于各种产品的设计中。因此它是经济腾飞、提高市场竞争能力的重要手段。使用户在操作安全、使用方便、性能可靠的同时，还能体会到一种美的享受感、舒服感、观赏感，令人在心情愉快中完成工作。

（8）设计CAD化

数控机床的设计是一项要求较高、综合性强、工作量大的工作故应用CAD(Computer Aided Desigin)一计算机辅助设计)技术就更有必要、更迫切。

3、数控改造的必要性

数控机床能够较好解决形状复杂、周密，小批、多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产效率，然而应用数控机床还受到其它条件的限制。

(1)数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是心有余而力不足。

(2)目前各企业都有大量的一般机床，完全用数控机床替换全然

不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成白费。

(3)在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满

足生产急需。

(4)通用数控机床对具体生产有多余功能。

要较好地解决上述问题，应走一般机床数控改造之路。从美国、日本等工业化国的经验看，机床的数控改造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有26％的机床通过数控改造，中小企业则是74％。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供机床数控改造服务。因此，一般机床的数控改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小企业更是如此。4、数控改造的优点

数控改造一般是指对一般机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的目的有几点。

(1)提高资本效率动身，改造闲置旧设备，发挥机床的原有功

能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。

(2)为了提高生产效率进行数控改造。

(3)为了适应多品种、小批量零件生产而进行数控改造。

(4)为了使技术等级较低的工人也能加工出高质量的产品零