C618经济型数控机床横(纵)向改造文档格式.doc
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第二章进给伺服系统机械部分结构设计
17
第三章经济型数控车床数控系统设计及硬件电路图
19
第四章机床的加工程序编
22
设计体会·
24
参考文献·
25
毕业设计（论文）任务书
一、设计题目：
C618经济型数控机床横（纵）向改造
二、设计依据及主要技术指标：
设计依据：
在C618原有车床基础上进行数控化改造，主要是滚珠丝杠副、步进电动机、数控系统的选择设计。
1）根据切削力大小计算滚珠丝杠副应承受的最大动载荷，从而选择滚珠丝杠副；
2）由减速齿轮Z1、Z2及滚珠丝杠的转动惯量，求得步进电动机的转动惯量、转矩，据此选择步进电动机；
3）依据机床的受控动作，设计数控系统，将机械行动的进给和手动控制的刀架转位改成由单片机控制的自动进给和刀架的自动转位，实现自动加工。
主要技术参数：
1）开环控制，两轴联动；
2）纵向脉冲当量0.01mm/脉冲，横向脉冲当量0.005mm/脉冲；
3）ISO国际数控标准格式代码编程；
4）故障自诊断功能，能与PC机通信。
三、设计基本要求：
（包括：
技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等）
工作要求：
1）车床X、Z坐标机械伺服机构的设计计算及装配图；
2）数控系统框图及硬件接线图的绘制；
3）环形分配子程序和直线插补子程序的框图设计与程序编写。
图纸要求：
两张以上A0纸，表达清楚，无明显结构错误，打印。
写作要求：
设计说明书要求叙述清楚，打印。
四、重点研究和解决的问题或指定的专题：
1）滚珠丝杠副、步进电动机的选择计算；
2）机床导轨的贴塑处理；
3）数控系统硬件原理图的设计；
4）环形分配子程序程序编写；
五、应搜集的资料数据及参考文献：
资料：
1）数控机床的发展概述；
2）C618卧式车床的技术参数；
3）滚珠丝杠副、步进电动机的技术参数；
4）部分芯片的使用资料；
参考文献：
[1]C618型卧式车床说明书
[2]林俊；
机床数控系统课程设计指导书；
北京：
中国科学技术出版社；
1991.9
[3]赵长德；
微机原理与接口技术；
1990.9
[4]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
[5]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
[6]《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
[7]《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
[8]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
[9]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
[10]雷晓玲主编，《综合作业指导书》，机械工业出版社，2000年11月
六、设计完成时应提交的文件：
1、毕业设计说明书或论文
2、毕业设计装配图
3、毕业设计（论文）任务书
4、读书（论文）笔记
七、进度计划安排：
1）方案论证及机械部分计算 1.5周
2）设计绘制机械总图及装配图 2.5周
3）设计绘制电路原理图 1周
4）绘制加工程序及整理说明1周
前言
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，成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。
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。
其目的培养学生综合运用所学专业和基础理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题能力，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
本书在编写过程中，得到了指导老师刘吉兆教授和各位老师及同学的大力支持和热心帮助，在此表示谢意。
本设计在编写过程中，由于本人水平有限，说明书中有一些错误和欠妥之处,欢迎各位老师及同学提出意见和建议。
。
设计课题
1．要求：
将C618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。
系统分辨率纵向：
0.01mm.横向：
0.005mm
2、设计参数：
最大加工直径：
在床面上：
360mm
在床鞍上：
200mm
最大加工长度：
750mm
快进速度：
纵向：
2.0m/min
横向：
1.0m/min
最大进给速度：
0.5m/min
0.25m/min
代码制：
ISO
脉冲分配方式：
逐点比较法
输入方式：
增量值.
绝对值通用。
控制坐标数：
2
最小指令值：
0.01mm/step
0.005mm/step
刀具补偿量：
0~99.99mm
进给传动链间隙补偿量：
0.15mm
0.075mm
自动升降速性能：
有
3、工作量：
（1）、机床改造总图；
（2）、进给伺服系统一个坐标轴（纵向或横向）的机械装配图：
（3）、单片机控制系统电路原理图；
（4）、设计计算说明书。
〈1〉、控制系统总体方案的分析论证的及控制标准图
〈2〉、机械部分设计计算及结构设计说明
〈3〉、硬件电路部分设计说明
〈4〉、加工程序控制及说明
4、设计依据
（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。
（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。
机功率放
（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。
第一章经济型数控机床进给伺服系机械部分计算
1．计算切削力
（1）横切端面
主切削力F（N）按经验公式估算：
查《综合作业指导书》P13
—走刀方向的切削分力（N）
—车床身上加工最大直径（mm）=360mm
车床身上加工最大直径横切端面时主切削力可取纵切时Z的
=0.673601.5=4576.45（N）
=4576.45=2288.2（N）
：
：
=1：
0.25：
0.4
—走刀方向的切削力
—垂直走刀方向的切削力
=0.25=572.06（N）
=0.4=915.19（N）
2．滚珠丝杆螺母副的计算和选型
①计算作用在丝杠上的最大动载荷（N）
对于燕尾型导轨。
参考表6.2—2，6.2—3两表〈〈机床设计手册.3〉〉
查书《综合作业指导书》P22
在正常情况下：
—考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15
—滑动导轨磨擦系数0.15～0.18
—溜板及刀架重力查《综合作业指导书》表1—1，取=800N
=1.15572.06+0.16（2288.2+800）=1121.2（N）
②计算最大动负载C
C=
查书《综合作业指导书》P22
参考《机床设计手册.3》P185～P210选用滚珠丝杆导轨
式中：
—滚珠丝杆导程。
初选
—为最大切削力条件下的进给速度，可取最高进给速度的1/2～1/3
取=0.8m/min
—使用寿命（h），对于数控机车取=15000h
—运转系数，按一般运转取1.2～1.5（查表3—14《综合作业指导》取为1.2
—硬度系数，取=1.0
—寿命以转为1单位
n—丝杆转速r/min
133.33
12010r
C==1.211121.2=6636.3（N）
③滚珠丝杆螺母副的选型
查阅附录A表A—2，可采用WD2505外循环垫片调整紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定功动负载为9700（N），精度等级按表《综合
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