C616车床数控系统改造

毕业论文题目：C616车床数控系统改造院系：专业：姓名：指导教师：2014年3月1日目录摘要 (1)关键词 (1)第1章绪论 (2)1.1普通机床数控化改造概述 (2)1.2 数控改造的意义 (2)1.3 数控改造的优点 (3)第2章数控机床的原理及分类 (3)2.1 数控机床的一般原理 (3)2.1.1 数字控制的基本概念 (3)2.1.2 数控机床的组成 (4)2.1.2.1 信息载体 (4)2.1.2.2 计算机数控系统 (5)2.1.2.3 伺服系统 (5)2.1.2.4 机床 (5)2.2 计算机控制系统的工作原理 (6)2.2.1 输入 (6)2.2.2译码 (6)2.2.3 数据处理 (6)2.2.4 插补 (6)2.2.5 伺服控制 (6)2.2.6 管理程序 (7)2.3 机床数控系统的分类 (7)2.3.1开环控制系统 (7)2.3.2 半闭环控制系统 (8)2.3.3 闭环控制系统 (8)第3章 C616机床数控系统改造方案 (9)3.1 机床数控系统改造方案要求 (9)3.2 C616车床的数控改造主要包括以下两个方面 (9)3.2.1 机械部分改造 (9)3.2.2 电气控制系统改造 (9)第4章机械部分改造 (10)4.1 纵向（Z向）进给系统的计算与设计 (10)4.1.1 纵向进给系统的设计 (10)4.1.2 纵向进给系统的设计计算 (11)4.1.2.1 切削力计算 (11)4.1.2.2 滚珠丝杠设计及计算 (13)4.1.2.2.1 强度计算 (13)4.1.2.2.2效率计算 (13)4.1.2.2.3 刚度验算 (14)4.1.2.2.4 稳定性验算 (14)4.1.2.3齿轮及转矩的有关计算 (14)4.1.2.3.1有关齿轮计算 (14)4.1.2.3.2 转动惯量计算 (15)4.1.2.3.3 所需转动力矩计算 (15)4.2 横向（X向）进给系统计算与设计 (17)4.2.1 横向进给系统的设计 (17)4.2.2横向进给系统的设计计算 (17)4.2.2.1 切削力计算 (18)4.2.2.2 滚珠丝杠设计计算 (18)4.2.2.2.1 强度计算 (18)4.2.2.2.2 效率计 (18)4.2.2.2.3 刚度验算 (19)4.2.2.2.4 稳定性验算 (19)4.2.2.3 齿轮及转矩有关计算 (19)4.2.2.3.1有关齿轮计算 (19)4.2.2.3.2 转动惯量计算 (19)4.2.2.3.3 所需转动力矩计算 (20)第5章机床导轨改造 (21)第6章电气系统改造 (22)6.1 步进电机的选择 (22)6.1.1 步进电机选用的基本原则 (22)6.1.1.1 步矩角α (22)6.1.1.2 精度 (22)6.1.1.3 转矩 (22)6.1.1.4 启动频率 (23)6.1.2 C616纵向进给系统步进电机的确定 (23)6.1.3 C616横向进给系统步进电机的确定 (23)6.2 数控装置硬件设计 (24)6.2.1 数控系统硬件组成 (24)6.2.2 单片机的选择 (25)6.2.3 存储器的选择 (25)6.2.4 I/O接口电路 (25)6.2.5步进电机驱动电路 (26)6.3 数控系统软件设计 (27)第7章总结 (29)第8章致谢 (30)参考文献 (31)C616机床数控系统改造摘要：本文主要是将传统的C616车床的电气控制系统改造成为数字控制的开环控制系统。

随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，对机械加工设备的加工精密程度也要求越来越高。

而在中国的机械加工设备的车床中，普通车床占了很大比例。

这已经越来越制约着当今工业的发展。

而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。

所以对普通机床进行数控改造具有很大的意义。

本文在搜索、查阅和研究大量有关资料的基础上，对机床的数控改造技术进行了研究和分析，描述了机床控制系统的设计。

整个改造过程主要对车床机械部分和电气系统进行了改造，从而达到所要求的数控机械性能。

关键词：C616车床，数控改造，单片机，步进电机第一章绪论1.1普通机床数控化改造概述机床的数控改造，就是在普通机床上增加计算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。

它是根据生产实际需要提出，并随着机床行业以及技术的不断进步而发展起来的，它的内容是应用成熟的数控技术和经验，以适应生产的具体要求为目的，对现有机床的局部结构进行改造，并安装上新部件、新装置、新附件，用计算机控制机床工作，提高机床的技术性能指标，使之全部或局部达到数控机床的水平。

然而，机床的数控改造不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。

因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。

1.2 数控改造的意义数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。

1.2.1可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。

1.2.2 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。

由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。

数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。

1.2.3 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，减少修配。

1.2.4 实现多工序的集中加工，减少零件在机床间的频繁搬运。

1.2.5 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。

因此，机床数控系统改造后降低了工人的劳动强度，节省了劳动力减少了工件的机床更换次数，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应。

1.3 数控改造的优点1.3.1 减少投资额、交货期短。

同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。

特别是大型、特殊机床尤其明显。

一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。

但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。

1.3.2 机械性能稳定可靠，结构受限。

所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。

但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。

1.3.3 熟悉了解设备、便于操作维修。

购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。

改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。

改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。

1.3.4 可充分利用现有的条件。

可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

1.3.5 可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。

第2章数控机床的原理及分类2.1 数控机床的一般原理2.1.1 数字控制的基本概念数字控制（Numerical Control——NC），简称为数控，是一种自动控制技术，是用数字化信号对控制对象加以控制的一种方法。

数字控制是相对于模拟控制而言的，数字控制系统中的控制信息是数字量，而模拟控制系统中的控制量是模拟量。

数字控制与模拟控制相比有许多优点，如可用不同的字长表示不同精度的信息，可对数字化信息进行逻辑运算、数学运算等复杂的信息处理工作，特别是可用软件来改变信息处理的方式或过程，而不用改动电路或机械机构，从而使机械设备具有很大的“柔性”。

因此数字控制已被广泛用于机械运动的轨迹控制和机械系统的开关量控制，如机床的控制、机器人的控制等。

数字控制的对象是多种多样的，但数控机床是最早应用数控技术的控制对象，也是最典型的数控化设备。

数控机床是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。

国际信息处理联盟（International Federation of Information Processing——IFIP）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装了程序控制系统的机床。

该系统能逻辑地处理具有使用号码或其它符号编码指令规定的程序。

定义中所提的程序控制系统，就是数控系统（Numerical Control System）。

数控系统是一种控制系统，它自动输入载体上事先给定数字量，并将其译码，在进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作和加工零件。

最初的数控系统是由数字逻辑电路构成的专用硬件数控系统。

随着微型计算机的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统（Computer Numerical Control）简称CNC。

CNC系统是由计算机承担数控中的命令发生器和控制器的数控系统。

由于计算机可完全由软件来确定数字信息的处理过程，从而具有真正的“柔性”，并可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。

2.1.2 数控机床的组成数控机床是典型的数控化设备，它一般由信息载体、计算机数控系统、伺服系统和机床四部分组成，如图1-1所示图1-1 数控机床的组成2.1.2.1 信息载体信息载体又称控制介质，用于记录数控机床加工一个零件所必需的各种信息，如零件加工位置数据、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。

常用的信息载体有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘等，并通过相应的输入装置将信息输入到数控系统中。

数控机床也可采用操作面板上的按钮和键盘将加工信息直接输入，或通过窜行口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。

高级的数控系统可能还包括一套自动编程机或者CAD/CAM系统。

由这些设备实现编制程序、输入程序、输入数据以及显示、模拟显示、存储和打印等功能。

2.1.2.2 计算机数控系统计算机数控系统是数控机床的核心，它的功能是接受载体送来的加工信息，经计算和处理后去控制机床的动作。

它由硬件和软件组成。

硬件除计算机外，其外围设备主要包括光电阅读机、CRT、键盘、棉板、机床接口等。

光电阅读机是输入系统程序和零件加工程序；CRT供显示和监控用；键盘用于输入操作命令及编辑、修改程序段，也可输入零件加工程序；操作面板可供操作人员改变操作方式、输入整定数据、启停加工等；机床接口是计算机和机床之间联系的桥梁，机床接口包括伺服驱动接口及机床输入/输出接口。