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Mainly include to roll the ball screw shaft nut and the calculation choice of reaction stepping motor and the establishment of lengthways, horizontal organization assemble diagram project. (2)The reformation of electricity part, mainly include the choice of MCS-51 family single-chip and expand chip and the design of electric control chart.Key words : numerical control ,single-chip ,stepping motor , ball screw shaft ,reform 目錄III目目 錄錄摘 要.ABSTRACT（英文摘要）.目 錄.引引 言.1第一章 總體方案的設(shè)計(jì).31.1 設(shè)計(jì)任務(wù).31.2 總體方案的論證.31.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì).31.2.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì).41.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì).41.3 總體方案的確定.5第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) .62.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì).62.1.1 縱向滾珠絲杠副的選用.62.1.1.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量.72.1.1.2 車(chē)削力的計(jì)算.72.1.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型.72.1.2 步進(jìn)電機(jī)的選用 . 112.1.1.1 脈沖量的計(jì)算. 112.1.1.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算. 112.1.1.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算. 122.1.1.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇. 122.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)得改造設(shè)計(jì). 132.2.1 橫向滾珠絲杠副的選用 . 132.2.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量. 132.2.1.2 車(chē)削力的計(jì)算. 13目錄IV2.2.1.3 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型. 142.2.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選用 . 172.2.2.1 脈沖量的計(jì)算. 172.2.2.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算. 172.2.2.3 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算. 182.2.2.4 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇. 182.3 齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整. 19第三章 電氣控制部分的設(shè)計(jì) .223.1 單片機(jī)的選擇. 223.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng). 233.2.1 環(huán)形脈沖分配器的選擇 . 243.2.2 功率放大器的選用 . 253.3 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制. 28結(jié)論.30致謝. 31參考文獻(xiàn).32 引言現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是能源部門(mén)的需求，使高溫高壓水廣泛應(yīng)用于相關(guān)的領(lǐng)域中，對(duì)國(guó)民生產(chǎn)和人民生活起著越來(lái)越重要的作用，例如：引言- 2 - 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類(lèi)提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件 ；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件； 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類(lèi)產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿(mǎn)足國(guó)家建設(shè)的需要。 引言- 3 -我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10 左右，差距太大，急待改造。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、 PC 技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買(mǎi)新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿(mǎn)足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。 1984 年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性 。第一章 總體方案的設(shè)計(jì)- 3 -第一章 總體方案的設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) C620 普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造。利用 單片機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制，縱向（ Z 向）脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖，橫向（ X向）脈沖當(dāng)量為 0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副 。1.2 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 1.2.1 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠。為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載荷的結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)齒輪也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 此設(shè)計(jì)過(guò)程主要是縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給的改造，關(guān)鍵是步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的選用。改進(jìn)后的車(chē)床簡(jiǎn)易傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-1：第一章 總體方案的設(shè)計(jì)4圖 1-1 改進(jìn)后的車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng) 1.小刀架 2.橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 3.橫向滾珠絲桿 4.大拖板 5.縱向滾珠絲桿 6.縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1.2.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 1.2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中， CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素：1.時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； 2. 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；3. I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān) 。 在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU 和 MCS-51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋耍占靶?、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)以8031 芯片