1、 1 目目 录录 第 1 章 绪 论 3 1.1 数控机床发展趋势 .3 1.2 经济型数控机床.5 1.3 数控机床改造的必要性 6 1.4 数控机床的改造的优缺点.7 第 2 章 总体方案的设计 8 2.1 机床伺服系统 8 2.2 驱动元件 8 2.3 机械传动部分（进给部分） 9 2.4 自动刀架 10 第 3 章 数控机床进给系统的设计（纵向） 11 3.1 切削力的计算 . 11 3.2 进给牵引力的计算 11 3.3 滚珠丝杠副选型计算 13 3.3.1 强度计算 . 13 3.3.2 传动效率计算 14 3.3.3 刚度验算. 14 3.4 步进电动机选型计算 15 3.4.1
2、 负载转矩. 17 3.4.2 启动转矩. 17 3.4.3 最大净转矩 . 18 3.4.4 步进电机的最高工作频率 18 3.5 确定齿轮传动比、模数及有关尺寸 . 18 3.6 校核计算 20 3.6.1 丝杠的稳定性校验 . 20 3.6.2 马达力矩校验 21 第 4 章数控机床进给系统的设计（横向） 25 4.1 切削力的计算 . 25 4.2 进给牵引力的计算 25 4.3 滚珠丝杠副选型计算 26 4.3.1 强度计算. 26 4.3.2 传动效率计算 27 4.3.3 刚度验算 . 27 4.4 步进电机选型计算 28 4.4.1 负载转矩 . 28 4.4.2 启动力矩 .
3、 29 4.3.3 最大静转矩 . 29 4.4.4 步进电机的最高工作频率 29 4.5 确定齿轮传动比、模数及有关尺寸 . 30 4.6 校核计算 32 2 4.6.1 丝杠的稳定性校核. 32 4.6.2 马达力矩校验 33 第 5 章 车床进给系统机械部分设计改造 38 5.1 齿轮间隙的消除 . 38 5.2 滚珠丝杠 . 39 5.2.1 滚珠丝杠的安装 . 39 5.2.2 滚珠丝杠螺母副轴向间隙的消除 39 5.2.3 滚珠丝杠的防护和润滑 40 第 6 章 自动转位刀架的设计 . 41 6.1 自动刀架的总体设计 42 6.2 自动刀架的设计计算 42 6.2.1 降速机构传
4、动比及其分配 . 42 6.2.2 由刀架加紧力P确定升丝杠即涡轮的传动力矩T 43 6.2.3 由传动力矩T确定蜗轮副m、q值 44 6.2.4 计算电机功率 45 6.3 刀架结构分析 . 45 6.3.1 转位 45 6.3.2 定位 46 6.3.3 精定位 46 6.3.4 夹紧 46 第 7 章 数控系统的设计 47 7.1 数控系统的硬件结构 47 7.1.1 概述 47 7.1.2 8031 单片机 48 7.1.3 程序存储器 EPROM 的扩展 52 7.1.4 数据存储器的扩展. 52 7.1.5 常用的扩展器件 53 7.1.6 键盘显示器接口 8279 55 7.1.
5、7 LED 数码显示器接口 56 7.1.8 可编程RAM/IO/CTC接口 8155 . 56 7.1.9 步进电机控制与驱动的相关元器件 57 7.2 数控系统的控制软件设计. 58 7.2.1 开环系统步进电机的插补程序 . 59 7.2.2 软件设计. 60 第 8 章 结论 65 参考文献 . 66 致谢 67 3 第第 1 1 章章 绪绪 论论 数控化加工是机械行业朝高质量，高精度、高成品率、高效发展的 趋势。 而结合我国处于并将长期处于社会主义初级阶段的这一基本国情， 经济型数控机床是我国得以实现数控化加工的一个重要的途径。而普通 机床的数控化改造又是其中最符合我国现阶段的机械行
6、业实线数控化加 工的最为有效，最经济的方法。 1.1 1.1 数控机床发展趋势数控机床发展趋势 随着计算机技术的高速发展，传统的制造开始了根本性变革，各工 业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制 造模式。在现代化制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计 算机、信息处理、自动检测、自动控制技术等高新技术于一体，具有精 度高、 效率高、 柔性自动化等特点， 对制造业实现柔性自动化、 集成化、 智能化起着举足轻重的作用。现代数控机床借助现代设计技术、工序集 约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性 有了极大的提高。 （一）是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛的应用。它用 新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功 能部件， 移动部件轻量化， 减少运动惯量。 在刀具材料和结构的支持下， 从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控 机床的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动部件从 4 每分钟十几米发展到几十米和超过百米； 换刀时间从十几秒下降到 10 秒
