畢業設計說明書

目錄前言3 -

摘要3 -

1緒論6 -

第一章設計方案的確定 - 6 -

1.1 總體設計方案的確定 - 6 -

1.2 機械部分的改造設計與計算 - 7 -

1.2.1 縱向進給系統的設計選型 - 7 -

1.3 橫向進給系統的設計與計算 - 13 -

2.1 步進電動機的選擇 - 17 -

2.1.1 步進電動機選用原則 - 17 -

2.1.2 步進電機的選型 - 18 -

（一） ca6140縱向進給繫流步進電機的確定 - 18 -

（二） c6140橫向進給繫流步進電機的確定 - 18 -

（三） 110bf003型直流步進電機主要技術引數 - 18 -

（四） 110bf004型直流步進電機主要技術引數 - 19 -

3.1 經濟型數控系統選型 - 19 -

4.1 電動刀架的選型 - 20 -

5.1 編制零件工序及數控程式例項 - 21 -

5.1.1 工具機改造引數的選擇 - 21 -

（一）車床縱向運動由z向步進電動機控制 - 21 -

（二）車床橫向運動由x向步時電動機控制 - 22 -

5.1.2 程式設計 - 22 -

（一）數控工具機引數及約定 - 22 -

(二) 程式設計引數說明 - 22 -

參考文獻 - 26 -

體會 - 27 -

致謝28 -

前言2023年，parsons公司的john parsons著手進行一項實驗，他想用空間資料控制工具機加工飛機零件。2023年，parsons公司與美國空軍簽定了製造第一台數控工具機的合同。2023年，美國麻省理工學院承擔了這一專案。

2023年，麻省理工學院（mit）使用實驗室製造的控制器和辛辛那提立式主軸展示三軸聯動獲得成功，這標誌著數控時代的到來。到了2023年，幾經改進之後，數空技術開始應用於生產。

早期的nc工具機能執行穿孔卡和穿孔帶，兩者中以穿孔帶更為通用。但是，鑑於更換、編輯紙帶費時費力，後來便採用計算機作為程式設計的輔助工具。計算機在數控中的應用有兩種形式：

一是計算機輔助程式語言，二是實施直接數字控制（dnc），有了計算機輔助程式語言，程式設計師可用一套通用「混雜英語」命令編寫nc程式，然後由計算機將其釋譯為機器碼並製成穿孔帶。直接數字控制是指用一台計算機對一台或多台數控工具機實施部分或整體控制。雖然有些公司運用dnc已獲得成功，但是，擴大計算機容量、購買軟體、協調dnc系統等花費使這種系統並不適合所有公司，而只適用於一些大公司。

最近，一種叫做分布式數字控制的新型dnc系統已經開發出來，它用計算機網路來協調多台dnc工具機的執行。這種方式最終有可能用來協調整個工廠的運轉。這種分布式數字控制方法解決了協調直接數字控制系統時遇到的一些難題。

在此基礎上，人們還開發出另一種分布式數字控制系統，其整個nc程式可從主機直接傳輸到工具機控制器。另外，該系統也可在必要時將程式從主機傳輸到車間的個人電腦（pc），然後再傳輸到工具機控制器

工業機械人是在生產環境中用以提高生產效率的工具,它能做常規乏味的裝配線工作,或能做那些對於工人來說是危險的工作,例如,第一代工業機械人是用來在核電站中更換核燃料棒,如果人去做這項工作,將會遭受有害放射線的輻射。工業機械人亦能工作在裝配線上將小組件裝配到一起，如將電子元件安放在電路印製板，這樣，工人就能從這項乏味的常規工作中解放出來。機械人也能按程式要求用來拆除炸彈，輔助殘疾人，在社會的很多應用場合下履行職能。

機械人可以認為是將手臂末端的工具、感測器和（或）手爪移到程式指定位置的一種機器。當機械人到達位置後，它將執行某種任務。除了程式設計以及系統的開停之外，一般來說這些工作可以在無人干預下完成。

1 摘要

回顧即將過去的20世紀，人類取得的每一項重大科技成果，無不與製造技術，尤其與超精密加工技術密切相關。在某種意義上，超精密加工擔負著支援最新科學發現和發明的重要使命。超精密加工技術在航天運載工具、**研製、衛星研製中有著極其重要的作用。

有人對海灣戰爭中美國及盟國**系統與超精密加工技術的關係做了研究，發現其中在間諜衛星、超視距空對空攻擊能力、精確制導的對地攻擊能力、夜戰能力和電子對抗技術方面，與超精密加工技術有密切的關係。可以說，沒有高水平的超精密加工技術，就不會有真正強大的國防。

超精密車床要求其數控系統具有高程式設計解析度（1nm）和快速插補功能（插補週期0.1ms）。基於pc機和數字訊號處理晶元（dsp）的主從式硬體結構是超精密數控的潮流，如美國的nan opath和precitech's ultrapath tm都採用了這一結構。

數控系統的硬體運動控制模組（pm ac）開發應用越來越廣泛，使此類數控系統的可靠性和可重構性得到提高。我國國防科技大學研製開發的yh－1型數控系統採用asw－824工業一體化pc工作站為主機，用adsp2181訊號處理器模組構成高速下位伺服控制器。

模組化、構件化是超精密車床進入市場的重要技術手段，如美國anorad公司生產各種主軸、導軌和轉台，使用者可根據各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運動控制平台和車床。研製超精密車床時，布局就顯得非常關鍵。超精密車床往往與傳統車床在結構布局上有很大差別，流行的布局方式是「t」型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如pneumo公司生產的大部分超精密車床都採用這一布局。

模組化使車床布局更加靈活多變，如日本超矽晶體研究株式會社研製的超精密車床，用於車削超大矽晶元,採用三角菱形五面體結構，用於提高剛度；德國蔡司公司研製了4軸精密車床as100，用於加工自由形式表面，該車床除了x、z和c軸外，附加了a軸，用於加工自由表面時控制砂輪的車削點。此外，一些超精密加工車床是針對特殊零件而設計的，如大型高精度天文望遠鏡採用應力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工採用計算機控制光學表面成形技術（ccos）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結構。由此可見，超精密車床的結構有其鮮明的個性，需要特殊的設計考慮和設計手段。

為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數控系統必須採用全閉環結構，高精度運動檢測是進行全閉環控制的必要條件。雙頻雷射干涉儀具有高解析度（如zygo ax10mtm 2/20解析度為1.25nm）與高穩定性，測量範圍大，適合作車床運動線位移感測器使用。

但是雙頻雷射干涉儀對環境要求過於苛刻，使用和調整非常困難，使用不當會大大降低精度。根據我們的使用經驗，德國heidenhain公司生產的光柵尺更適合超精密車床運動檢測，如該公司li p401,材料長度220mm，解析度為2nm，採用zerodur材料製成幾乎達到零膨脹係數（0.1ppm/k），動靜尺間隙為0.

6±0.1mm，對環境要求低，安裝和使用方便，如nanoform2500和opt imum2400超精密車床都使用了heidenhain光柵尺。

在數控軟體方面，開放性是乙個發展方向。國外有關開放性數控系統的研究有歐共體的os aca、美國的omac和日本的osec。我國國防科技大學在此基礎上提出了構件化多自由度運動控制軟體，可根據車床成形系統的布局任意組裝軟體，符合車床模組化發展的方向。

關鍵字：加工精度設計方案分配引數

1.緒論

課題簡介：

本課題是圍繞將普通工具機改造成經濟型數控工具機展開設計的，經濟型數控工具機是指**低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數控系統的高效自動化工具機。中小型企業為了發展生產，常希望對原有舊工具機進行改造，實現數控化、自動化。經濟型數控工具機系統就是結合現實的的生產實際，結合我國國情，在滿足系統基本功能的前提下，盡可能降低**。

**便宜、效能**比適中是其最主要的特點，特別適合在裝置中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產第一線大面積推廣。企業應用經濟型數控型系統對裝置進行改造後，將提高產品加工精度和批量生產的能力，同時又能保持「萬能加工」和「專用高效」這兩種屬性，提高裝置自身對產品更新換代的應變能力，增強企業的競爭能力。

利用微機改造現有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給加工車床，即經濟型數控車床。

進行數控工具機的改造是非常有必要的。數控工具機可以很好地解決形狀複雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩定加工質量和提高生產效率，但是數控工具機的運用也受到其他條件的限制。

如：數控工具機**昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數控改造，大有可為。它適合我國的經濟水平、教育水平和生產水平，已成為我國裝置技術改造主要方向之一。

現我選用ca6140普通車床為例進行數控改造。

第一章設計方案的確定

ca6140型普通車床是一種加工效率高，操作效能好，並且社會擁有量較大的普通型車床。經過大量實踐證明，將其改造為數控工具機，無論是經濟上還是技術都是確實可行了。

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