设计描述：

文档包括:
Word版说明书一份，共36页，约18000字
外文文献翻译一份

CAD版本图纸，共7张:

目    录
一、绪论
1．1 引言.............................. ............1
1．2机床数控改造的目的.......................... ... 2
1．3数控系统的产生和发展....................... .....2
1．3．1数控系统的出现和发展.........................2
1．3．2数控系统的发展趋势............................2
1．4CA6140的数控改造............... ................4
1．4．1数控系统的选择................................4
1．4．2CPU和存储器...................................5
1．4．3I/O接口线路...................................6
1．4．4其他部件的选择...............................6
二、 数据参数的选择及其计算
2．1 纵向进给系统的设计计算............. ............7
2．1．1选择脉冲当量..................................7
2．1．2计算切削力....................................7
2．1．3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型...................8
2．1．4齿轮及步进电机的有关计算.....................10
2．2横向进给系统的设计计算.........................12
2．2．1 切削力计算..................................12
2．2．2滚珠丝杠设计计算............................12
2．2．3齿轮及步进电机的有关计算....................14
2．3 自动刀架的设计................................15
2．3．1刀架的回转和选位................... ..........16
2．3．2减速机构的设计计算..................... ......17
2．3．3蜗杆传动的设计计算..................... ......20
2．3．4螺旋升降装置的设计计算.......................23
三、数控系统硬件电路设计
3．1概述............................ . . . .........27
3．2单片机控制系统设计.............................28
3．2．1主要技术特性及硬件配制......................28
3．2．2存储空间的分配..............................28
3．2．3 I/O地址分配................................28
3．2．4单片机部分电路设计图如图纸所示...............29
3．2．5光电隔离电路................................29
3．2．6功率放大电路................................29
3．2．7其他辅助电路........................... ......30
四、软件设计部分
4．1概述................................. . . . ....30
4．2总体方案设计...................................31
4．3插补方法的确定.................................31
4．4进给控制字FCW的设置...........................33
致谢     ............................... ..........34
参考文献..........................................35

一、绪论
1.1引言
随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加速，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换。生产的需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速的发展起来。
   从第一台数控机床（1952年 美国）问世至今，机床的数控化率在不断的提高。世界各工业国家已普遍生产和应用，日本生产机床的数控化率在1988年就已达到70%。
我国从开放搞活以来，加快了数控机床技术的引进，促使我国的机床数控技术的普及和发展。当前普遍应用的微型计算机数控机床，它综合了电子技术、计算机技术、自动化技术、测量技术和机械制造等方面的最新成果，是一种灵活高效的自动化机床，是机电一体化的典型产品之一。各大企业不断设置数控机床扩大再生产和替换陈旧设备。数控机床的普及率不断提高，这种情况下，普通机床的数控改造是否必要可从以下几点说明。
数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题，能够稳定的加工质量和提高生产效率，但是应用数控机床还是受到其他条件的限制。
⑴数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是力不从心。
⑵目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代的机床闲置起来又造成浪费。
⑶国内订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。
⑷通过数控机床对具体生产有多余功能。
要较好地解决上述问题，应走普通车床数控改造之路，从一些工业化国的经验者，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：日本的大企业中有近30%的机床经过数控改造，中小企业则是70%以上。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。我国作为机床大国-为了提高机床的数控化率对普通机床进行数控改造不失为一种良策。一些发达国家如德国、美国、 日本等就非常重视对旧机床的改造， 而且已形成了一个完善的产学研结合的改造体系。 由于技术的不断进步，机床改造已成为一个永恒的课题。 我国应在这方面加大宣传力度， 走出一条适合我国国情的机床的数控改造之路。机床数控改造节省资金，同购置新机床相比一般可节省60％~80％的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3 即使将原机床的结构进行彻底改造升级， 也只需花费购买新机床60％的费用， 并可以利用现有地基。性能稳定可靠， 因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。机床经数控改造后， 即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3-7倍。对复杂零件而言， 难度越高， 功效提高得越多。 且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。因此，普通机床的数控不但存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小企业更是如此。
1. 2机床数控改造的目的
设备是企业发展生产技术和实现经营目标的物质基础。设备的技术性能
和技术状态不但直接影响产品质量，还关系工时、材料和能源的有效利用，同时对企业的经济效益也会产生深远影响。设备的技术改造和更新直接影响企业的技术进步、产品开发和市场开拓。因此，从企业产品更新替代、发展品种、提高质量、降低能耗，提高劳动生产率和经济效益的实际出发，进行充分的技术分析，有针对性的用新技术改造和更新现有设备，是提高企业素质和市场竞争力的一种有效方法。
据全国工业普查的统计资料介绍，截止到2000年底，数量较多涉及面较宽的金属加工机床的拥有量约为384万台，其中役龄在6~ 15年约为153. 2万台，约占39. 9%，役龄在16a以上约为133. 7万台，约占34. 8%。这表明我国工业制造业的装备，乃至各行各业的设备仍有相当大数量比较落后，有待改造或更新。鉴于此，采用数控技术对普通机床进行数控改造，尤其适合我国机床拥有量大，生产规模小的具体国情。
1. 3数控系统的产生和发展
1. 3. 1数控系统的出现和发展
第二次世界大战后，美国为革新飞机制造业中用于仿形机床的靠模和样件的加工设备，开始研制新型机床。1952年，美国帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，研制成功第一代数控系统。用于三坐标立式铣床。其插补装置采用脉冲乘法器，整个控制装置由真空管组成。1959年，晶体管元件问世，数控系统中广泛采用晶体管和印制板电路，从此数控系统进入第二代。 1965年，出现了小规模集成电路，由于其体积较小，功耗低，抗干扰能力较强，使数控系统的可靠性得到进一步提高，数控系统发展到第三代。上述三代数控系统均为硬接线数控系统，称为普通数控系统o随着计算机技术的发展，出现了以小型计算机替代专用硬接线装置，以控制软件实现数控功能的计算机数控系统，使数控系统进入第四代。1970年前后，美国英特尔公司首先开发和使用了四位微处理器，1974年美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统，由于中、大规模集成电路的集成度和可靠性高、价格低廉，所以微处理器数控系统得到了广泛应用。这就是微机数控系统，从而使数控系统进入了第五代。现代数控系统为了进一步扩展功能，增强实时控制能力和可靠性，常采用多微处理器结构，由多个微处理器构成功能模块，各功能模块之间的互连与通信，或采用共享总线结构，或采用共享存贮器结构。
1.3.2数控系统的发展趋势
1、向高速度、高精度发展
现代机床数控系统多采用32位CPU和多CPU并行技术，使运算速度得了很大的提高。与高性能数控系统相配合，现代数控机床采用了交流数字伺服系统。伺服电机的位置、速度和电流环都实现了数字化。数控系统的联动轴数多达9个，使机床可以加工较复杂的空间线型或型面。
2、可靠性的提高
由于现代数控系统的模块化、通用化和标准化，便于组织批量生产，故可保证产品质量。现代数控系统大量采用大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高了集成度，减少了元器件数量，提高了可靠性。
3、采用自动程序编制技术
现代数控系统利用其自身很强的存贮及运算能力，把很多自动编程功能植入数控系统。在一些新型的数控系统中，还装入了小型工艺数据库，使得数控系统不仅具有在线零件程序编制功能，而且可以在零件程序编制过程中，根据机床性能，工件材料及零件加工要求，自动选择最佳刀具及切削用量。
1.4  CA6140的数控改造
本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机数控系统改造纵、横向进给系统，进行开环控制，纵向脉冲当量0.01mm/脉冲，横向为0.005mm/脉冲。驱动元件采用直流步进电机，传动系统采用滚珠丝杠。  
1.4.1数控系统的选择