单片机控制的数控车床改造毕业设计论文

摘要随着数控技术的飞速发展，机械制造业的生产方式、产品结构、发生了深刻的变化。

在我国数控机床的发展过程中，MCS-51系列单片机在数控技术领域中得到广泛应用，经济型数控系统大多采用MCS-51系列单片机。

本文在分析了数控车床的特点和应该具备的功能后，确定将普通机床改造成经济型数控机床，对C616车床进行了具体的分析改造，普通车床（C616）的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。

此次毕业设计中，我熟悉了机电一体化设计的基本过程，并把各门所学的知识融会贯通形成一个有机的整体，为以后的设计工作打下了良好的基础，同时我也深深的体会到了不足之处，我一定会在今后的工作中不断学习，不断实践。

关键词：数字控制，单片机系统，数控车床ABSTRACTWith the development of NC, there have been many changes in mechanical industry, such as producing method and struture of product. MCS-51 single microcomputers have been used widely in NC, especially in ecomical NC equipments in china.Based on MCS-51 single microcomputers, the NC lathe training equipment is designed with less money for the professional NC courses.After analyzing the feature of NC lathe and defining the functions of training equipment, Make sure to ordinary machine tools into economic numerical control machine tools，Ordinary lathe (C616) numerical control transformation design contents include: overall scheme determined and validation of the mechanical design and calculation of the transformation part (including longitudinal horizontal feeding system design and calculation) automatic transmission principle and main movement after reforming machine drive system of the machine speed motor design diagram control circuit design of design and calculation of the electromagnetic clutchIn this graduation design, I acquainted with the machine electricity integral whole to turn the basic process of design, and integrate the knowledge that each one learn to become an organic whole, for later design work to lay a good foundation, I also realized the place of the shortage deeply at the same time, I will keep learning and practicing constantly in futureKey words: traininge quipment, numeric control, single microcomputer,system第1章绪论数字控制（numerical control——NC）简称数控，是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的一种自动化技术。

数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

数控机床全面涵盖了集计算机、微电子、信息、传感、测试、机械制造技术各个领域为一体的高度机电一体化的产品，是一种高效自动化机床。

数控系统能够控制机床动作的先后顺序和机床运动部件的运动速度以及刀具的运动轨迹。

因为机床的主要发展方向是向着时间效率最大化，精度精密化和高柔性，所以它已经成为现代工艺自动化生产过程中最有代表意义的主力军。

1.1 数控机床的产生与发展1.1.1 数控机床的产生随着时代的进步和科学的发展，在现在的快节奏社会，各种产品的质量和生产效率都需要大步的加快。

而生产的自动化是实现这一要求的一种最有效的措施。

例如飞机、汽车等生产企业，大多采用自动机床、组合机组成的流水生产线，即保证了产品质量，又提高了生产效率，减轻了操作者人数和劳动强度。

但是，占大部分加工总量的80％以上的是单独零件，少量批次生产的情况。

对于这些繁复类型、小批量、形状复杂、高精度的零件的加工，采用专业化程度高的自动机床和自动生产线并不符合经济规律。

在在现代的经济快速发展的中国，各个公司生产的产品竞争愈发激烈，为了保证效益，必须推陈出新提高产品的质量、增加种类，减少生产周期和实验时间，对于其他可以大批量生产的零件，也不能一直一成不变，也需要更新换代。

这样，传统的自动化生产线难以适应现在经济大潮中对其的严格要求。

为了解决上述问题，一种灵活、高精度、高效率的自动化设备——数控机床应运而生。

1.1.2数控机床的发展1948年，在美国一家名叫帕森斯的公司接受USAF的委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的制造装置。

由于空军所给的图纸形状繁复多样，精度要求较高，当时的加工设备难以胜任，于是有人提出用计算机控制机床的想法。

1949年，该公司委托麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室专门研究数控机床，3年后试制成功第一台三坐标数控铣床，并开始正式投入生产，于1957年正式投入使用。

这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着数字控制技术正式涉足制造领域。

到现在，数控加工已经成为现代制造技术的重中之重。

由此可见，数控机床对于制造行业而言，很大得影响了制造业的格局，具有划时代的意义。

但当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，而且只在像航空工业等少数的领域使用加工复杂零件；1959年，晶体管元件和印刷电路板发明，数控装置正式进入了第二代，体积缩小，价格下降。

1960年以后，点位控制数控钻床和直线控制数控铣床充分发展了，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。

我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。

1965年，第三代的集成电路数控装置面世，极大地促进了数控机床品种和产量的发展趋势。

60年代以来，一种根本性的改变：计算机控制机床的数控装置出现了，分为（DNC）一台计算机直接控制多台机床的数控系统；（CNC）小型计算机控制的计算机数控系统,数控装置发展到了第四代：小型计算机化。

1974年，简称MNC研制成功，作为第五代数控系统。

相比第三代，数控装置的功能增加了1倍，而体积却只是第三代的原来的二十分之一，价格也便宜了四分之三，系统也更加稳定，可靠性提高。

1980年以后，计算机技术出现了井喷式的发展，各种新技术被应用到数控装置，比如能够进行人机对话式的自动编制程序；一些数控装置的体积已经能直接装在机床上；的自动化程度又攀新高，具备了类似自动检查刀具状态和自动检测工件状态的功能。

数字控制系统的许多优点使数控机床得到广泛发展。

1.2 我国数控机床的发展历史数控机床是当代机械制造业的主流装备，是市场热门商品。

我国的数控机床的发展经历了30多年的跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期。

2008年年产已达12.2万台。

“十一五”期间，随着一系列关键技术的突破和自主生产能力的形成，我国开始突出“外国制造”的“重围”，进入世界高速数控机床和高精度数控机床生产国的行列。

在需求的拉动下，我国数控机床产量保持高速增长，年均复合增长率达到37.4%。

2010年我国数控机床产量达到23.6万台，同比增长62.2%；2010年我国数控机床消费超过60亿美元，台数超过10万台，数控机床已成为机床消费的主流。

2009年至今“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项的持续投入，显示了政府对于发展高档数控机床与基础制造装备的决心。

“十二五”期间我国将持续投入，且力度加大，每年重大专项将带动资金投入100亿以上。

在经济的发展、国家政策大力支持、上下游产业振兴等背景下，我国数控机床行业的旺盛需求仍将保持高速增长，尤其是高档数控机床将迎来更大的市场空间，未来3-5年，我国数控机床行业市场增长率将达到12%左右。

这必将带动我国国产数控机床及其数控系统和相关功能部件的市场发展，也无疑为国内数控系统生产厂商不断发展自己的技术，扩大市场提供了极好的机遇。

展望“十二五”，我国数控机床的发展将努力解决主机大而不强、数控系统和功能部件发展滞后、高档数控机床关键技术差距大、产品质量稳定性不高、行业整体经济效益差等问题，将培育核心竞争力、自主创新、量化融合以及品牌建设等方面提升到战略高度，实现工业总产值8000亿元的目标。

并力争通过10-15年的时间，实现由机床工具生产大国向机床工具强国转变，实现国产中高档数控机床在国内市场占有主导地位等一系列中长期目标。

1.3本课题研究的背景1.3.1 国外数控机床状况分析[1]2010年美国芝加哥国际制造技术（机床）展览会（IMTS2010）展示了国际机床行业最新技术动态和发展趋势。

IMTS展览会展示了高技术数控机床、数控系统，展示最新科技和生产方式，突出展示未来数控机床发展趋势。

国外数控机床技术现状高速高精与多轴加工成为数控机床的主流，纳米控制已经成为高速高精加工的潮流、多任务和多轴加工数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业、机床与机器人的集成应用日趋普及，且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化、智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率、最新的机床误差检测与补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高3～4倍，同时效率得到大幅度提升、最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供了强有力的支持，可以大幅度提高加工效率、刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖了整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。