车床数控改造毕业设计.doc

摘要
数控技术是先进制造技术中的一项核心技术，由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受制造业的关注，其设计、制造和应用的水平在某种程度上就代表一个国家的制造业水平和竞争力。
本篇论文讲的是C6132普通机床的经济型数控化改造。关于C6132普通机床的数控化改造的内容主要包括以下几个方面：数控系统的选择，横向步进电动机和纵向步进电动机的选择，进给箱和光杠的拆除，滚动丝杠的选择，自动刀架的选择，以及主轴箱的设计。我们改造的目的就是为了提高机床的加工精度和自动化程度，降低数控机床的使用费用，普及数控技术的应用。
关键词：数控系统、主轴箱、步进电动机、加工精度、自动化程度

Abstract
NC technology is one key technology in modern manufacturing industry．Flexible manufacturing system composed ofNC machines is the basic equipment toupdate traditional mechanical industry and built up digital enterprises．Its development and application represent，to a certain degree，the country’s manufacturing level and competitive edge．
This paper stresses that the C6132 ordinary machine tool CNC Transformation of the economy. CNC machine tools on the C6132 Transforming ordinary covers the following areas: the choice of CNC system, the choice of Horizontal stepper motor steppe and vertical stepper motor, the removal of light bar and feed bins,the choice of rolling screw, the choice of automatic turret, and the design of spindle box. Our aim is to improve the reconstruction precision machine tools and automation, reduce the use of CNC machine tool costs, universal application of CNC technology.
Keywords: CNC System, Headstock, Stepping Motor, Precision, Automation.

目 录
摘要 1
Abstract 2
目 录 3
1.绪论 5
1.1数控机床的产生及发展简史 5
1.2数控机床的特点 6
1.3数控机床的分类 7
1.4 机床数控化改造的意义 8
1.5机床数控化改造的必要性和迫切性 9
1.6普通机床经数控化改造后的优越性 9
1.7机床数控化改造的社会和经济问题 10
1.8机床数控改造的现状 11
1.9机床数控化改造市场研究. 13
1.10机床数控化改造的发展趋势 13
2.设计要求 16
2.1总体方案设计要求 16
2.2数控系统 17
3主轴箱的设计 20
3.1V带轮的设计 20
3.2主轴箱转速图的设计 22
3.3主轴箱中齿轮齿数的确定 24
3.4 轴的设计 31
3.5主轴轴承的选择 38
4.步进电机的选择 39
4.1步进电机的特点与种类 39
4.4横向步进电机的选择 45
5.1. 总体结构的基本要求 50
5.2总体布局 51
6.数控机床的精度及可靠性分析 52
6.1.数控机床的精度 52
6.1.1定位精度和重复定位精度 52
6.1.2.经济型数控机床的定位精度分析 52
6.2机床精度的检查设备 56
6.2.1 QC10球杆仪 58
7.结论 60
8.参考文献 61

1.绪论
1.1数控机床的产生及发展简史
1.1.1数控机床的产生
随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品零部件的生产设备——机床业相应的提出了高性能、高精度与高自动化的要求。
在机械产品中，单件与小批量产品占到70% ——80%，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上需要人工操作，难以提高生产效率和保证生产质量。特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
数字控制机床就是为了解决但见、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化，并保证质量要求而产生的。
1.1.2.数控机床的发展简史
1946年诞生了世界上第一台电子计算机。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从西欧，传统机床产生了质量的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
第一阶段：数控（NC）阶段（1952——1970年）。早期采用数字逻辑电路组合成一台机床，专用计算机作为数控系统，被称为硬件连续数控（HARD、WIREDNC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代——电子管时代；1959年的第二代——晶体管时代；1965年的第三代——小规模集成电路时代。
第二阶段：计算机数控（CNC）阶段（1970年——现在）。到1970年，通用小型计算计算机作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段。到1971年，美国INTEL公司第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MI-CROPROCESSOR），又可称之为中央处理单元（CPU）。
到了1974年，微处理器被应用于数控系统。到了1990年，PC的性能已发展到较高的水平，从8位、16位，发展到32位，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控的发展也经历了三代。即1970年的第四代——小型计算机;1974年的第五代——微处理器和1990年的第六代——基于PC。必须指出，数控系统发展带来第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便等极为关键的问题。因此，数控技术经过了近30年的发展才走向普及应用。
1.2数控机床的特点
数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：
1）能适应不同零件的自动加工。数控机床是按照被加工零件的数控程序来进行加工的，当改变加工零件时，只要改变数控程序，不必用凸轮、靠模、样板或钻镗模等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的革新换代。
2）工序集中。数控机床在结构和功能设计时，就充分考虑了工序集中，使机床在粗加工时有足够的刚度，在精加工时又有可靠的精度。因此，一次装夹可实现粗加工到精加工的不同工序，减少了机床、夹具的数量，也减少了因重新装夹造成的误差，同时能够缩短等待和装夹等附助时间。
3）生产效率和加工精度高、加工质量稳定。在数控机床上，可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。还有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，使附助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量。所以，比普通机床的生产率搞3-4倍，甚至更高。同时，由于数控机床的精度较高，可以利用软件进行精度校正和补偿，又因为它是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差。因此，不但加工精度高，而且质量稳定。
4)能完成复杂型面的加工。数控机床几乎可以实现任何轨迹的运动和任何形状的空间曲面的加工，如用普通机床难以加工的螺旋桨、汽轮机的叶片等空间曲面，采用数控机床则能较好的完成这些曲面的加工。能实现复杂型面加工时数控机床较突出的优点。
5)减轻公认的劳动强度。由于数控机床实现自动化半自动化加工，许多辅助动作均由机床完成，因此工人的劳动量减少。
1.3数控机床的分类
按照不同的分类方式。数控机床有不同的类型。目前，数控机床品种齐全，规格繁多。为了研究数控机床，可以从不同的角度和按照多种原则来进行分类，
1.3.1数控系统的特点分类
（1）点位控制数控机床 这类机床的数控装置只要求精确的控制一个坐标点到另一个坐标点的定位精度，而不限制从一点到另一点的运动轨迹，且在移动过程中不进行任何加工。为了精确定位和提高生产率，首先系统高速运行，然后进行1-3级减速，使之慢速趋近定位点，减小定位误差。这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床和数控测量机等。
（2）直线控制数控机床 这类数控机床不仅要求具有准确的定位功能，而且要求从一点到另一点之间按直线运动进行切削加工。其路线一般是由和各轴线平行的直线段组成。运动时的速度是可以控制的，对于不同的刀具和工件，可以选择不同的切削用量。这一类数控机床包括：数控车床、数控镗铣床等。
（3）轮廓控制的数控机床 这类数控机床的数控装置能同时控制两个或两个以上坐标轴，具有插补功能。对位移好速度进行严格的不间断的控制，具有轮廓控制功能，即可以加工曲线或者曲面零件。轮廓控制数控机床包括两坐标及两坐标以上的数控铣床，可以加工曲面的数控机床、加工中心等。现代数控机床绝大部分都具有两坐标或两坐标以上联动的功能。
按照联动（同时控制）轴数分，可以分为2轴联动、2.5轴联动、3轴联动、4轴联动、5轴联动等数控机床。
1.3.2按伺服系统的类型分类
（1）开环控制数控系统 这类数控机床没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号的流程是单向的，其精度主要决定于伺服系统的性能，这类机床比较稳定，调试方便。该类机床主要是经济型、中小型机床。
（2）闭环控制数控机床 这类数控机床的数控装置中插补器发出的指令信号与工作台端测得的实际位置反馈信号进行比较，根据其差值不断控制坐标轴运动，进行误差修正，直至误差消除为止。采用闭环控制的数控机床可以消除由于传动部件在制造中存在的精度误差给工件带来的影响，从而得到很高的精度。但是，由于很多机械传动环节包括在闭环控制的环路内，各部件的摩擦特性、刚性以及间隙等都是非线性量，直接影响伺服系统的调节参数。因此，闭环控制数控机床主要是一些精度要求很高的加工中心、镗铣床、超精车床、超精磨床等。
（3）半闭环控制数控机床 大多数数控机床采用半闭环控制系统，它的检测元件装在电动机或四缸的轴端。这种系统的闭环环路内不包括机械传动环节，一次可以获得稳定的控制特性和较好的调节性能。由于采用高分辨率的测量元件，又可以获得比较满意的精度与速度。
1.3.3按工艺用途分类
（1）金属切削类数控机床 这类机床和传统的通用机床产品属同种类型，有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及加工中心等。加工中心是带有自动换刀装置，在一次装夹后，可以进行多种工序加工的数控机床。
（2）金属成型类数控机床 金属成型加工是指利用压力加工设备或模具对配料施加压力，使之产生塑性变形而获得所需形状和尺寸的制作方法。如数控折弯机等。
（3）数控特种加工机床 这类机床不使用普通刀具切削工件材料，而是直接利用能量进行加工。如数控线性切割机床等。
1.4 机床数控化改造的意义
众所周知，制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，是推动国家技术进步的主要力量。加入WTO之后，我国制造业正面临极大的考验核挑战。我国制造业水平与发达国家相比，总体水平偏低，这直接影响到我国工业产品质量的落后状况，必须提高制造业的装备水平，特别是机床的数控化率。购置数控机床是提高机床数控化率的途径；对旧机床进行数控化改造，也是提高机床数控化率的重要途径之一。
我国机电行业（包括机械、电子、汽车、航空、航天、轻工、纺织、冶金、煤炭、邮电、船舶等）拥有的机床结构比较陈旧，操作系统复杂，控制系统落后，生产效率低下，如果购置新的数控机床取而代之，显然耗资巨大，不符合国情。因此，采用数控技术对现有机床进行改造，符合国家是产业政策。另外，从市场容量来讲，不管是汽车制造业、模具制造业，还是军工企业，机床数控化改造都蕴藏着无限商机。
近年来，美国、德国、日本、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。在美国面积创改造业被称为机床再生业，在日本，机床改造业被称为机床改装业。机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成了用技术改造机床和生产线的新的行业和领域。
1.5机床数控化改造的必要性和迫切性
从宏观上看，在20世纪70年代末、80年代初，工业发达国家的军、民机械工业，已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造，在生产管理中推行MIS、CIMS等，以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造，最终使得他们的产品在国际军用品的市场上竞争力大为增强。而我国在信息技术改造传统产业方面必发达国家落后20年。如在我国机床拥有量中，数控机床的比重到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达到20.8%。随着我国现代化制造的不断推进，每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性和迫切性。
从微观上看，数控机床本身是高科技产品，它比传统机床有很多突出的优越性，这些优越性的发挥，使数控机床的性能有了质的提高，大力推动了制造业的发展。传统机床经过改造后，得到了近似于数控机床的性能，也意味着我国制造业水平的提高。
1.6普通机床经数控化改造后的优越性
经数控化改造后的优越性如下:
1) 机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。数控机床不但设计精度较高，而且加工精度还可以靠闭环控制系统的反馈来校正和补偿。因此，可以获得高的加工精度。
2）机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者不能加工的复杂型面零件，如航空发动机叶片、整体涡轮等。
3) 机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高3-7 倍。传统机床靠凸轮或挡块等可实现刚性自动化，且只有进行大批量生产时才经济合算；而数控机床只要更换一个程序就可以实现另一个工件加工的自动化，从而使单间和小批量生产得以自动化，故称之为“柔性自动化”。
4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运，降低工件的定位误差。这是自动化带来的效果，
5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好的调节机床加工状态。还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的错误。
6）数控加工降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工资，缩短了新产品试制周期和生产周期，并可对市场需求做出快速反应。
1.7机床数控化改造的社会和经济问题
1.7.1数控化改造经济效益分析
（1）资金投入少，改造周期短 数控机床按其功能及性能可分为经济型、普及型和高档型三大类，三者的价格相差悬殊。一般而言，经济型数控机床的价格为普通机床的数倍，而高档的全功能数控机床则要高达十几倍，甚至几十倍。同购置新机床相比，数控改造的机床一般可节省60%-80%的费用，大型、特殊机床择可节约更多。一般大型重型机床改造，秩序新机床购置费用的1/3.。采用自行改造或专业公司联合的方法，可是改造周期缩短。在一些特殊情况下，如增设高速主轴、刀具自动交换装置，托盘自动交换装置等，其制作与安装虽然较费时、费钱，使改造成本提高，但与新购置机床相比，还是能节省投资50%以上。
（2）节省培训操作、维修的费用 由于旧设备已使用多年，机床操作者和维修人员已对其机械性能和结构了解透彻，对机床的加工能力也心中有数。另外，在机床数控化改造时，可根据企业自身的技术力量和条件，自行改造或委托专业公司进行改造，但都可以采用与原设备维修人员相结合的方法。这样，既可以在数控机床改造过程中提高相关人员的数控技术水平，又便于合理选择机床设备中需要更换的部分元器件，更主要的是通过改造课大大提高企业自身对数控机床维修的技术能力，并大大缩短了机床操作和维修方面的培训时间。机床一旦改造测试完毕，就可很快投入生产。
（3）合理选用数控功能，发挥资源最大效能 合理选用数控功能，就是要依据数控机床类型、改造的技术指标及性能选择相应的数控系统。本着全面配置、长远考虑的基本原则，对数控功能的选择应进行综合比较，以经济、实用为目的，对一些价格增加不多，但给使用带来较多方便的附加功能，应尽可能配置齐全，以确保机床改造后具有较多功能，但不能片面追求新颖，避免增加不必要的费用，相对购买通用性数控机床来说，采用改造方案可灵活选用所要的功能，也可根据生产加工要求，采用组合的方法增添某些部件，设计制造成转用活专门化数控机床。在选用功能时，要把需要的功能一次考虑周全，避免功能缺失而降低改造机床性能。
（4）机床数控化后经济效益明显 机床数控化后，具有加工对象适应性强、精度高、质量稳定、生产效率高的特点，并能实现复杂零件的加工，有利于实现现代化生产管理。由于数控机床的生产效率高，可相应减少设备数量。这样既减少了生产所需的厂房面积，又减少了设备维修保养的经费。同时数控机床的自动化程度高，一人可操作多台数控机床，减少了生产所需的人员。
1.7.2.数控化改造社会效益分析
由于机床本身的特点，机床改造所利用的床身、立柱等基础件多数都是重而坚固的铸件，而不是焊接构架。以机床为例，结构与重量占机床大部分的床身、主轴箱、床尾等零件都能再利用。而这些铸件年代愈久，自然时效愈充分，内应力的消除使得稳定性比新铸件更好。另一方面，机床大部分铸铁件的重复利用，节约了社会资源，减少了重新生产铸铁时对环境的污染。
改造机床还可以充分利用原有地基，不需要重新构筑地基，同时工具、夹具、样板及外围设备也能利用，可节约大量社会资源。
1.8机床数控改造的现状
1.8.1.国外数控机床的发展现状
数控机床出现至今已有50多年了，在这些年中，随科技、微电子、计算机技术的进步，数控机床得到了长足的发展。目前在数控机床的科研、设计、制造和使用上，美、德、日三国时技术最先进、经验最多的国家。但因其社会条件不同，各有特点。
美国数控业市场的特点是，政府重视机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界上也一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床。
德国政府一贯重视机床工业的重要地位。德国的数控机床质量及性能良好，尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套功能部件，在质量、性能上居世界前列。
日本政府对机床工业的发展异常重视，通过规划、法规引导发展。至今产量，出口量一直居世界首位。
数控技术正在发生根本性变革，有专用型封闭式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、等多科学技术，数控系统实现了高速、高精密化控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。以FANUC和西门子为代表的数控系统生产商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网为接口，为数控系统联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。
1.8.2国内数控机床的现状
长期以来，我国的数控系统以传统的封闭式体系结构为主。在传统的封闭式结构中，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的道具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、背吃刀量、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随即修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。
国内数控机床有如下几个特点：
1） 新产品开发有了很大突破，技术含量最高的产品占据主导地位。
2） 数控机床茶凉大幅增长，数控化率显著提高。
3） 数控机床发展的关键配套产品有了突破。
1.9机床数控化改造市场研究.
1.9.1.非数控设备的高使用率为数控化改造的市场提供了巨大的潜力
我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%，近10年来，我国数控机床年产量为0.6-0.8万台，年产值约为18亿元，机床年产量数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上；10年以下的机床中，自动、半自动机床不到20%,FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数。制造行业、加工装备行业绝大多数是传统飞机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。国内传统旧有机床的数控化改造是一个潜力巨大的市场。
1.9.2进口设备和生产线的数控化改造也是数控化改造的一个重要市场
我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据统计，从1979-1988年10年间，全国引进技术改造项目就有18446项，大约165.8亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响。一些设备、生产线从国外引进后，由于备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥;有的因为能耗高、产品合格率低造成亏损;有点已引进较长时间，需要进行技术更新。
这些不能使用的设备、生产线是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。
1.10机床数控化改造的发展趋势
数控系统的使用时数控化改造中最关键的步骤。改造后机床性能的高低主要取决于所选择的数控系统。目前，数控系统的发展主要体现在系统结构和性能方面。
1.10.1数控系统结构体系的发展
数控系统是数控机床和数字化设备的核心，经过50多年的发展，数控系统已由原来传统的封闭体系结构系统发展道路采用微型计算机的开放式结构数控系统，并且进一步与网络技术、信息技术和控制技术相结合，向网络化、集成化和智能化方向发展。
（1）传统数控系统 传统数控系统是采用专用的封闭体系结构的数控系统，如FANUC系统，Mitsubishi M50系统和Siemens 810系统等。由于其系统供应商进行。目前，由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场正受到挑战，已逐渐缩小。
（2）“PC嵌入NC”结构的开放是数控系统 此系统由“开放体系结构运动控制卡+PC”构成。这种运动控制卡通常选用高速处理器作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力。如美国DeltaTau 公司用多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK 公司用三菱电机的MELDASMA-GIC64构造的Windows平台下自行开发构造所需的控制系统，因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用制造业自动化控制各个领域。
另外，还有一种专用数控软硬件技术与通用计算机结合而开发的产品，如FANUC18i 、16i系统、Siemens 840D系统、Num 1060系统和AB/360等数控系统。它具有一定的开放性，但由于它的NC 部分仍然是传统的数控系统，其体系结构仍是不开放的。因此，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂，功能强大，但价格昂贵。
（3）软件开放式数控系统
1）系统的CNC功能基本上有计算机软件实现，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O 之间的标准化通用接口。其典型产品有美国MDSI 公司的OpenCNC、德国PowerAutomation 公司的PA8000NT等。
2）这种系统的开放性很好，用户可以在其系统平台上利用开放的CNC 内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。软件开放式数控系统具有最高的性价比，成为当今数控技术的方向。
1.10.2.数控系统性能和功能方面的发展
1）开放性系统可通过光纤和PC 连接，采用Windows 兼容软件和开发环境，，、超精为中心，并具有智能控制，特别适合于加工航空机械零件、汽车及家电的高精零件、各种模具和需5轴加工的复杂零件，以及用作超精机械控制。
2）高级复杂的功能可进行各种数学的插补，如直线、圆弧、螺旋线、渐开线、螺旋渐开线和样条等插补，也可以进行NURBS插补。采用NURUS 插补可以大大减少NC程序的数据输入量，减少加工时间，特别适合于模具加工。
3）强大的联网通信功能适应工厂自动化需要，支持标准FA 网络与DNC的连接，可连接工厂干线或控制层通信网络、设备层通信网络，RS-485接口传送I/O信号或采用Prellbus-DP 进行高速通信。
4) 高速内装PMC有专用的PMC处理器控制梯形图和顺序程序，可用C 语言在PC 上编程，基本PMC指令执行时间为0.085ps ，最大步数为32000 步。
5）友好的用户界面，操作、维修方便，普遍采用触摸屏、2D和3D彩色图形显示、软件、硬件的模块化结构等，给操作和系统维修带来很大方便。
1.10.3我国机床数控化改造的发展趋势和对策研究
1.数控产品国产化
我国数控系统技术进步很快，通过国家验收和鉴定的产品如华中数控公司的“华中1号”、沈阳高档数控国家工程研究中心的“蓝天1型”、航天数控集团的“航天1型”，其技术性能和可靠性显著提高。国产低档产品已占领了国内市场，已广泛用于就机床改造；国产中档产品已于20世纪80年代初期批量进入市场，至今已销售5000台以上；属于高档系统的数字化仿形数控系统也已开发成功并已可靠运行多年。我国拥有自主知识产权的数控系统产业开始形成。在实际应用中，昆明机床公司已销售配备了国产航天数控集团四轴联动或五轴联动数控系统的TH5466 型立式加工中心14台；用“蓝天1型”七轴控制五轴联动数控系统改造的日本五轴旧加工中心，已在沈阳黎明飞机发动机公司运行了两年多。但总体来说，除经济型、低价位的数控机床外，中档及以上的产品缺乏市场竞争力，装备各行业所需的数控机床，主要依靠进口，国产数控机床的市场占有率不到30%。

2.设计要求
2.1总体方案设计要求
总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。
总体方案设计图和进给伺服系统设计图如下图所示：

图2-1 数控车床改造的总体方案示意图

图2-2 经济性数控车床进给伺服系统方案框图

（1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系统。
（2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。
2.2数控系统
数控系统的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。数控系统的工作原理是通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据信息，经过译码、计算机的处理、运算，将每个坐标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大、驱动伺服电机，带动坐标轴运动，同时进行实时位置反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位置。
根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用8位微机。在8位微机中，MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选 MCS—51系列单片机扩展系统。

图2-3 数控系统的组成框图

根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。
MCS-51系列单片机的特点：
1）CNC装置只有一个微处理器，对存储、插补计算、输入输出控制、CRT显示等功能实现集中控制分时处理。
2）微处理器通过总线与存储器、输入输出控制等接口电路相连，构成CNC装置。
3）结构简单，容易实现。
数控系统的组成框图如下图所示：
设计参数如下：
最大加工直径 在床面上 320mm
在床鞍上 160mm

最大加工长度 1000mm

快进速度 纵向 2.4mm/min
横向 1.2mm/min

最大切削进给速度 纵向 0.5mm/min
横向 0.25mm/min

溜板及刀架重力 纵向 800N
横向 600N

代码制 ISO

脉冲分配方式 逐点比较法

输入方式 增量值、绝对值通用

控制坐标数 2

脉冲当量 纵向 0.01mm/脉冲
横向 0.005mm/脉冲

机床定位精度 ±0.015mm

刀具补偿量 0mm---99.99mm

进给传动链间隙补偿量 纵向 0.15mm
横向 0.075mm

3主轴箱的设计
确定结构方案：
（1） 主轴传动系统采用V带、齿轮传动；
（2） 传动形式采用集中式传动；
（3）变速系统采用多联滑移齿轮变速。
3.1V带轮的设计
1确定计算功率
由表8-7查得工作情况系,故

2.选择V带的带型
根据、 8-10由图选用A型。
3.确定带轮的基准直径并验算带速v
1） 初选小带轮的基准直径。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径
2） 验算带速v。按式（8-13）验算带的速度

因为5m/s，故带速合适。
3） 计算大带轮的基本直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基本直径

根据表8-8，圆整为。
4.确定v带的中心距a和基准长度
1） 根据式（8-20），初定中心距。
2） 由式（8-22）计算带所需的基准长度
+（+）+

由表8-2选带的基准长度
3）按式（8-23）计算实际中心距a

5.验算小带轮上的包角

6.计算带的根数z
1）计算单根v带的额定功率。
由和1450r/min，查表8-4a得。
根据，型带，查表8-4b得。
查表8-5得，表8-2得，于是

2）计算v带的根数z

取8根。
7.计算单根v带的初拉力的最小值
由表8-3得A型带的单位长度质量，所以

应使带的实际拉力。
8.计算压轴力
压轴力的最小值为

3.2主轴箱转速图的设计
3.2.1传动组中传动副数目的确定
在本次毕业设计的普通机床数控化改造中，所选用的主轴箱的主轴为8级变速，首先要确定主轴箱中各传动组传动副副数的方案。方案有下面两种：
1） 2）
在以上两种方案中，在第一种方案中优点是可以省略一根轴，但是需要增加轴间尺寸，一般不采用这种方案。根据结构式“前多后少”、“前密后疏”的原则，我们选用第一种方案。

3.2.2 传动副的极限传动比和传动组的变速范围
在主传动的降速传动中，我们选用直齿圆柱齿轮传动，为防止因被动齿轮的只经过大而增加径向尺寸，常常限制降速的最小传动比，升速时，为使传动平稳，常常限制最大传动比。并且主传动链传动组的最大变速范围。
根据设计参数：公比、主轴最小转速、主轴最大转速、电机转速。由式（1-3）得变速范围：

由式（1-8）得转速级数：

根据表（1-4），各级转速应为：
30 43 60 85 119 168 236 335。
根据主轴的各级转速以及以上的两点原则，我们可以确定主轴的转速图。

图3-1 主轴转速图

确定各轴的计算转速：
（1） 主轴的计算转速 由表3-10可知：主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围的最高一级转速，即是
（2） 各传动轴的计算转速 在轴Ⅲ上，其最低转速85r/min通过双联齿轮使主轴获得两级转速：30r/min和85r/min。85r/min比主轴的计算转速高，需传递全部功率，故轴Ⅲ的计算转速是85r/min。同理，轴Ⅱ的计算转速是168r/min，轴Ⅰ的计算转速是335r/min。
3.3主轴箱中齿轮齿数的确定
3.3.1 .我们采用计算法来计算齿轮的齿数。
为了便于设计和制造，同一传动组内各齿轮的模数常取为相同。这时各传动副的齿数和相等。

图3-2 转速比

如上图所示，它的两对齿轮的传动比分别是：

把每一传动比的分子和分母加起来，每一个传动比中，分子是主动轮齿数的因子，分母是被动轮齿数的因子，因此分子和分母的和一定是这一对齿轮齿数的因子。
:7+5=12 :1+2=3
取两和的公倍数，然后将其最小公倍数乘以某个整数k，就是齿数和。
确定公倍数的原则：（1）小齿轮不发生根切，对于的直齿圆柱齿轮，不发生根切的最小齿数是17。（2）两轴间的中心距不要过大，