本科畢業設計說明書（論文）第I頁共頁目錄1緒論.11.1國內外數控機床的發展現狀.11.2數控系統的發展趨勢.21.3普通機床數控改造的意義.31.4本文的設計任務.32C6140普通車床數控改造的總體方案設計.52.1C6140普通車床介紹.52.2總體方案的確定.62.3機械系統的改造設計方案.83縱向進給系統的詳細設計與計算.133.1脈沖當量的確定.133.2切削力的計算.133.3滾珠絲杠螺母副的設計及計算.143.4齒輪傳動的計算.183.5步進電動機的選擇.194傳動間隙的調整與預緊及導軌的設計.224.1滾珠絲杠副軸向間隙的調整與預緊.224.2進給系統傳動齒輪間隙的消除.234.3數控改造C6140車床導軌設計.245數控系統硬件電路設計和軟件設計.285.1數控系統基本硬件組成.285.2單板機控制系統的設計.285.3軟件設計.31結束語.33致謝.34參考文獻.35本科畢業設計說明書（論文）第1頁共35頁1緒論1.1國內外數控機床的發展現狀1.1.1國內數控機床的發展現狀近年來我國企業的數控機床占有率逐年上升，在大中企業已有較多的使用，在中小企業甚至個體企業中也普遍開始使用。在這些數控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態。2001年，我國機床工業產值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產數控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27.3%。近年來我國出口額增幅較大的數控機床有數控車床、數控磨床、數控特種加工機床、數控剪板機、數控成形折彎機、數控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數控機床品種以中低檔為主。1.1.2國內數控機床的特點（1）新產品開發有了很大突破，技術含量高的產品占據主導地位。（2）數控機床產量大幅度增長，數控化率顯著提高。2001年國內數控金切機床產量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業產值數控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。（3）數控機床發展的關鍵配套產品有了突破。1.1.3國外數控機床的發展現狀（1）國際機床市場的消費主流是數控機床。1998年世界機床進口額中大部分是數控機床，美國進口機床的數控化率達70%，我國為60%。目前世界數控機床消費趨勢已從初期以數控電加工機床、數控車床、數控銑床為主轉向以加工中心、專用數控機床、成套設備為主。（2）國外數控機床的網絡化。隨著計算機技術、網絡技術日益普遍運用，數控機床走向網絡化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯網進入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化對于制造業來說，僅僅局限于通常的管理部門（人、財、物、產、供、銷）或設計、開發等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的本科畢業設計說明書（論文）第2頁共35頁最底層加工設備數控機床不能夠連成網絡或信息化就必然成為制造業工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數控化率，即數控機床必須達到起碼的數量或比例；第二就是所擁有的數控機床必須具有雙向、高速的聯網通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。以FANVC和西門子為代表的數控系統生產廠商已在幾年前推出了具有網絡功能的數控系統。在這些系統中，除了傳統的RS232接口外，還備有以太網接口，為數控機床聯網提供了基本條件。由于國外企業的發展水平，數控機床的網絡接口功能被定義為用于遠程監控、遠程診斷。1.2數控系統的發展趨勢（1）繼續向開放式、基于PC的第六代方向發展基于PC所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數控系統生產廠家會走上這條道路。至少采用PC機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯網通信等問題，由原有的系統承擔數控的任務。PC機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數控系統。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。（2）向高速化和高精度化發展這是適應機床向高速和高精度方向發展的需要。（3）向智能化方向發展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發展，數控系統的智能化程度將不斷提高。（a）應用自適應控制技術數控系統能檢測過程中一些重要信息，并自動調整系統的有關參數，達到改進系統運行狀態的目的。（b）引入專家系統指導加工將熟練工人和專家的經驗，加工的一般規律和特殊規律存入系統中，以工藝參數數據庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統。（c）引入故障診斷專家系統（d）智能化數字伺服驅動裝置可以通過自動識別負載，而自動調整參數，使驅動系統獲得最佳的運行。本科畢業設計說明書（論文）第3頁共35頁1.3普通機床數控改造的意義數控機床是制造業實現生產現代化的主機,數控技術的水平高低和機床的數控化率是衡量一個國家工業發展水平的重要標志。目前我國機床的數控化率還不到5%,新機床的數控化率也僅為6%。無論從數控技術水平和機床的數控化率都大大落后于西方發達國家。從20世紀后期,我國調整產業結構、產品結構和生產方式,作為自動化生產的基礎設備-數控機床,已遠遠滿足不了工廠逐年增加的生產需求。對于機械制造企業,單純靠購買新的數控機床,所需投資大,周期長,常使許多中小企業望而怯步。因此,利用原有的部分普通機床進行數控化改造,提高機械設備的數控化率,無疑是一種有效的途徑。就是在美國、日本和德國等發達國家,機床的改造作為新的經濟增長行業,也是生意盎然,正處于黃金時代。在美國、日本、德國,用數控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場,已形成了機床和生產線數控改造的新行業。在美國,機床改造業稱為機床再生業。從事再生業的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本,機床改造業稱為機床改裝業。從事改裝業的著名公司有:大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。由于機床以及技術的不斷進步,機床改造已是個”永恒”的課題。我國的機床改造業,也從老的行業進入到以數控技術為主的新的行業,具有重要的現實意義和使用價值:（1）節省資金。機床的數控改造同購置新數控機床相比一般可以節省60%左右的費用,大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新數控機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新數控機床60%的費用,并可以有效地利用現有地基。（2）性能穩定可靠。因原機床各基礎件經過長期生產的磨合和不斷改進完善,幾乎不會產生應變