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目录
{dy}章数控机床概述 …………………………………………………………1
1数控机床简介 …………………………………………………………………1
2数控机床的工作原理与组成 …………………………………………………3
3数控技术的发展现状与趋势 …………………………………………………3
4我国数控产业现状及发展 ……………………………………………………5
5本文所做的工作 ………………………………………………………………6
第二章机械结构选择 …………………………………………………………7
第三章机械传动部件设计 ……………………………………………………8
1切削力的计算 ………………………………………………………………8
2主轴齿轮传动方案确 …………………………………………………………10
3主轴结构设计及计算 …………………………………………………………15
4纵向进给运动的分析及计算 …………………………………………………18
5横向进给运动的分析及计算 …………………………………………………22
6Z向进给运动的分析及计算……………………………………………………25
7齿轮强度校核 …………………………………………………………………28
8回转工作台运动的分析及计算 ………………………………………………30
9齿轮强度校核 …………………………………………………………………33
10滑动导轨的结构 ……………………………………………………………35
11导轨及齿轮传动间隙调整分析 ……………………………………………41
12 本章小结………………………………………………………………………42
第四章数控系统设计……………………………………………………………43
1确定机床控制系统方案 ………………………………………………………43
2单片机型号的选用 ……………………………………………………………43
3存储器的选用、扩展及连接 …………………………………………………45
4地址锁存器 ……………………………………………………………………46
5键盘与显示接口电路 …………………………………………………………46
6 8255与8031的连接 …………………………………………………………59
7步进电机接口电路 ……………………………………………………………61
8总程序流程框图 ………………………………………………………………64
9本章小结 ………………………………………………………………………64
第五章总结 ………………………………………………………………………65
参考文献 …………………………………………………………………………66
{dy}章 数控机床概述
1.1 数控机床简介
1.1.1 数控机床的产生及其重要性
随着科学技术的飞跃发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效和高质量的加工要求。
数字控制机床，就是为了解决单件、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生产的。1947年，美国Parsons公司为了xx制造直升机翼、桨叶和直升机框架，开始探讨用三坐标曲线数据来控制机床的运动，并进行实验，加工飞机零件。1949年，为了能在短时间内制造出经常变更设计的零件，美国空军（U。S。AirForce）与Parsons公司签定了制造{dy}台数控机床的合同。1951年，美国麻省理工学院MIT（Massachusetts Instiute of Technology）承担了这一项目。1952年，MIT伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。随着不断的改进与完善，1955年，NC（数控）机床开始用于工业加工。
数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的{zx1}成果而发展起来的xx新型的机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段。从{dy}台数控机床问世到现在40多年中，数控技术的发展非常迅速，使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。此外，数控技术也会在绘图仪、坐标测量仪、激光加工与线切割机等机械设备中得到广泛的应用。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。
从20世纪50年代末期，我国就开始研究数控技术，开发数控产品。1958年，清华大学和北京{dy}机床厂合作研制了我国{dy}台数控铣床。经过多年的不断努力，数控产业取得了长足的发展：国产数控系统基本上掌握了关键技术，可靠性已有很大提高；新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪80年代中期水平，部分达到国际20世纪90年代水平，为xxxx建设提供了一批高水平数控机床；技术上也取得很大突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造等技术，为国产数控机床的下一步发展奠定了基础。虽然在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在迅速缩小。
数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性化自动化水平不断提高。
数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。美国与西方各国在xx数控机床与技工技术方面，一直通过巴黎统筹委员会对我国进行封锁限制，应为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能数控机床的加工。如xx的“东芝事件”，即是由于前苏联利用从日本获得的大型五坐标数控铣床，用其制造出具有复杂曲面的潜艇的噪声大为降低，西方的反潜艇设备顿时失效，对西方构成了重大威胁。我国的航空、能源、交通等行业也从西方引入了一些五坐标机床等xx数控设备，但其使用受到国外的监控和限制，不准用语军事用途的零件加工。特别是1999年美国的考克斯报告，其中一项主要内容就是指责我国将从美国购买的二手数控机床用于军事工业，这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。
1.1.2 数控机床应用范围及特点
目前的数控加工主要应用于以下两方面：
一方面的应用是常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于：提高加工效率，避免认为误差，保证产品质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩短产品制造周期，适应市场需求。这类零件：一般形状较简单，实现上述目的的关键一方面在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性与设备的操作性能，另一方面在于合理的生产组织、计划调度和工艺过程安排。
另一方面的应用是复杂形状零件加工，如模具型腔、涡轮叶片等。该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机床品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。由于零件型面复杂，在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力（如多轴联动）外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。
数控机床在机械制造领域中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：高柔性、生产效率高、加工精度高、加工质量稳定可靠、自动化程度高、能完成复杂型面的加工、有利于生产管理的现代化。
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2数控机床的工作原理与组成 …………………………………………………3
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4我国数控产业现状及发展 ……………………………………………………5
5本文所做的工作 ………………………………………………………………6
第二章机械结构选择 …………………………………………………………7
第三章机械传动部件设计 ……………………………………………………8
1切削力的计算 ………………………………………………………………8
2主轴齿轮传动方案确 …………………………………………………………10
3主轴结构设计及计算 …………………………………………………………15
4纵向进给运动的分析及计算 …………………………………………………18
5横向进给运动的分析及计算 …………………………………………………22
6Z向进给运动的分析及计算……………………………………………………25
7齿轮强度校核 …………………………………………………………………28
8回转工作台运动的分析及计算 ………………………………………………30
9齿轮强度校核 …………………………………………………………………33
10滑动导轨的结构 ……………………………………………………………35
11导轨及齿轮传动间隙调整分析 ……………………………………………41
12 本章小结………………………………………………………………………42
第四章数控系统设计……………………………………………………………43
1确定机床控制系统方案 ………………………………………………………43
2单片机型号的选用 ……………………………………………………………43
3存储器的选用、扩展及连接 …………………………………………………45
4地址锁存器 ……………………………………………………………………46
5键盘与显示接口电路 …………………………………………………………46
6 8255与8031的连接 …………………………………………………………59
7步进电机接口电路 ……………………………………………………………61
8总程序流程框图 ………………………………………………………………64
9本章小结 ………………………………………………………………………64
第五章总结 ………………………………………………………………………65
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{dy}章 数控机床概述
1.1 数控机床简介
1.1.1 数控机床的产生及其重要性
随着科学技术的飞跃发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件高效和高质量的加工要求。
数字控制机床，就是为了解决单件、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生产的。1947年，美国Parsons公司为了xx制造直升机翼、桨叶和直升机框架，开始探讨用三坐标曲线数据来控制机床的运动，并进行实验，加工飞机零件。1949年，为了能在短时间内制造出经常变更设计的零件，美国空军（U。S。AirForce）与Parsons公司签定了制造{dy}台数控机床的合同。1951年，美国麻省理工学院MIT（Massachusetts Instiute of Technology）承担了这一项目。1952年，MIT伺服机构研究所用实验室制造的控制装置和辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式铣床成功地实现了三轴联动数控运动，可控制铣刀进行连续空间曲面的加工，揭开了数控加工技术的序幕。随着不断的改进与完善，1955年，NC（数控）机床开始用于工业加工。
数控机床是综合应用了微电子、计算机、自动检测以及精密机械等技术的{zx1}成果而发展起来的xx新型的机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段。从{dy}台数控机床问世到现在40多年中，数控技术的发展非常迅速，使制造技术发生了根本性的变化，几乎所有品种的机床都实现了数控化。数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业。此外，数控技术也会在绘图仪、坐标测量仪、激光加工与线切割机等机械设备中得到广泛的应用。努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展的方向。
从20世纪50年代末期，我国就开始研究数控技术，开发数控产品。1958年，清华大学和北京{dy}机床厂合作研制了我国{dy}台数控铣床。经过多年的不断努力，数控产业取得了长足的发展：国产数控系统基本上掌握了关键技术，可靠性已有很大提高；新开发的国产数控机床产品大部分达到国际20世纪80年代中期水平，部分达到国际20世纪90年代水平，为xxxx建设提供了一批高水平数控机床；技术上也取得很大突破，如高速主轴制造技术、快速进给、快速换刀、柔性制造等技术，为国产数控机床的下一步发展奠定了基础。虽然在数控技术领域中，我国和先进的工业国家之间还存在着不小的差距，但这种差距正在迅速缩小。
数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少，节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）和计算机辅助制造（CAM）的一体化成为现实，使机械加工的柔性化自动化水平不断提高。
数控加工技术也是发展军事工业的重要战略技术。美国与西方各国在xx数控机床与技工技术方面，一直通过巴黎统筹委员会对我国进行封锁限制，应为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能数控机床的加工。如xx的“东芝事件”，即是由于前苏联利用从日本获得的大型五坐标数控铣床，用其制造出具有复杂曲面的潜艇的噪声大为降低，西方的反潜艇设备顿时失效，对西方构成了重大威胁。我国的航空、能源、交通等行业也从西方引入了一些五坐标机床等xx数控设备，但其使用受到国外的监控和限制，不准用语军事用途的零件加工。特别是1999年美国的考克斯报告，其中一项主要内容就是指责我国将从美国购买的二手数控机床用于军事工业，这一切均说明数控加工技术在国防现代化方面所起的重要作用。
1.1.2 数控机床应用范围及特点
目前的数控加工主要应用于以下两方面：
一方面的应用是常规零件加工，如二维车削、箱体类镗铣等。其目的在于：提高加工效率，避免认为误差，保证产品质量；以柔性加工方式取代高成本的工装设备，缩短产品制造周期，适应市场需求。这类零件：一般形状较简单，实现上述目的的关键一方面在于提高机床的柔性自动化程度、高速精加工能力、加工过程的可靠性与设备的操作性能，另一方面在于合理的生产组织、计划调度和工艺过程安排。
另一方面的应用是复杂形状零件加工，如模具型腔、涡轮叶片等。该类零件在众多的制造行业中具有重要的地位，其加工质量直接影响以至决定着整机床品的质量。这类零件型面复杂，常规加工方法难以实现，它不仅促使了数控加工技术的产生，而且也一直是数控加工技术的主要研究及应用对象。由于零件型面复杂，在加工技术方面，除要求数控机床具有较强的运动控制能力（如多轴联动）外，更重要的是如何有效地获得高效优质的数控加工程序，并从加工过程整体上提高生产效率。
数控机床在机械制造领域中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：高柔性、生产效率高、加工精度高、加工质量稳定可靠、自动化程度高、能完成复杂型面的加工、有利于生产管理的现代化。
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[本日志由 雪梵 于 2010-04-24 03:22 AM 编辑]
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