微机系统的硬件与软件设计控制系统设计的总体考虑确定功能指标明确硬软件分工重视接口设计认真选择微机。系统软件的设计本系统采用单片机对步进电机进行控制，使机床移动部件沿坐标方向移动，实现刀具与工件的相对运动，完成零件加工。软件系统由初始化模块键盘处理模块显示模块输入输出处理模块等组成。其中步进电机控制程序由软件实现脉冲分配由单片机实现环形分配，通过改变相应端口的状态完成控制过程。硬件系统设计本系统采用系列单片机芯片为控制器，片的作为程序存储器扩展芯片数据存储器扩展芯片用片的而选用片可编程并行接口芯片作为系统扩展的口，对轴步进电机及主轴进行控制,通过键盘的命令可使工作台联动，并可以灵活地输入切削程序和数据。用片做为机床开关刀架控制信号及主轴编码器反馈信号口用片作为键盘显示器接口，识别键盘按键信号，对显示器自动扫描，完成键盘输入和显示控制功能采用做为统地址译码器寻址，并用为地址锁存器，并由对各步进电机脉冲信号进行环形分配，如图所示。图数控系统硬件结构框图为避免强电干扰可采用光电耦合电路进行光电隔离。因为输出的信号功率很小，故用功率放大器对输出的脉冲信号放大，以驱动步进电机工作。.设计方案论证数控车床是机电体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有相似之处。现代机床的部件结构，整体布局，外部造型都已经形成了数控机床独特的机械部件。因此，我们在对数控机床进行数控设计的过程中，机床的设计主要应具备两个条件.机床基础件必须有足够的刚度.改装的费用要合适，经济性好。改装前要对机床的性能指标做出决定，改装后其各项指标能达到数控加工的要求。机械部分数控化设计需涉及电机的选择工作台进给结构传动比分配与计算等方面的内容。伺服驱动元件进给电机选用混合式步进电机，其不仅步距角小运行频率高且功耗低低频噪音小等优点。广泛用于开环控制系统，不需要反馈装置，结构简单可靠，寿命长。横垂直进给电机均选用同型号以便于设计和日后维修。脉冲当量.脉冲，选用步距角.。对原机床的主传动系统均维持不变，以节约资金及缩短改装时间。机床导轨的选择采用滑动导轨，在低速时容易发生“爬行”现象，直接影响运动部件的定位精度。较经济的处理方法是采用贴塑滑动导轨。进给传动系统数控机床要求进给部分移动元件灵敏度高精度高反应快低速时无爬行。因此本设计中采用滚珠丝杠可以满足要求。滚珠丝杠螺母副由丝杠螺母滚珠反向器组成。其工作原理为当丝杠和螺母相对运动时，在螺母上设有滚珠循环返回装置，使得滚珠沿滚道面运动后能通过这个装置自动的返回其入口处，继续参加工作。滚珠丝杠螺母副安装时需要预紧，通过预紧可消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，提高传动刚度。本设计中的预紧方法是采用双螺母垫片预紧式结构。即通过改变两个螺母的轴向相对位置，使每个螺母中滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧来实现预紧。其特点是预紧结构简单，轴向刚度好，预紧可靠，轴向尺寸适中，工艺性好如图。为消除传动系统中的反向间隙，提高重复定位精度，传动元件连接采用无键锥环连接。第章确定切削用量及选择刀具.科学选择数控刀具选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定.选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，般取。对于装刀换刀和调刀比较复杂的多刀机床组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料如高速钢超细粒度硬质合金并使用可转位刀片。选择数控铣削用刀具在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下是铣刀半径应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，般取。二是零件的加工高度,以保证刀具有足够的刚度。三是用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半径即直径为，编程时取刀具半径为.。对于些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀环形铣刀鼓形铣刀锥形铣刀和盘铣刀。目前，数控机床上大多使用系列化标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标准代号为，直柄刀具系统的标准代号为,此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。.设置刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢所以在程序执行的开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜对刀仪自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。.确定切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件或刀具直径来选择。其计算公式为式中切削速度，单位为动，由刀具的耐用度决定主轴转速，单位为,工件直径或刀具直径，单位为。计算的主轴转速，最后要选取机床有的或较接近的转速。确定进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。般在范围内选取在切断加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，般在范围内选取当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，般在范围内选取刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。确定背吃刀量背吃刀量根据机床工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，般,总之，切削用量的具体数值应根据机床性能相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量加工效率生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能功率扭矩，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。第章传动系统图的设计计算机床主要技术参数如表最大回转直径电机功率快进速度纵向.横向.切削速度纵向.横向.定位精度.移动部件重量纵向横向加速时间机床效率.表机床主要技术参数.参数的确定了解车床的基本情况和特点车床的规格系列和类型.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。.车床的主参数规格尺寸和基本参数，最大的工件回转直径是刀架上最大工件回转直径大于或等于主轴通孔直径要大于或等于主轴头号是.最大工件长度是主轴转速范围是可无级调速.参数确定的步骤和方法极限切削速度﹑根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑工序种类﹑工艺要求刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书。然而，根据本次设计的需要选取的值如下取。主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取和。由于，则主轴极限转速应为加工条件硬质合金刀具粗加工铸铁件硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件螺纹丝杠等加工铰孔.，取.在中考虑车螺纹和绞孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取.和左右。所以由于转速范围.因为级数已知级。现以.和.代入得和，因此取.更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以.的从的数值，因.，从表中找到，就可以每隔个数值取个数，得，。主轴转速级数和公比已知且因机床的电动机转速往往比主轴的大多数转速高，变速系统以降速传动居多，因此，传动系统中若按传动顺序在前面的各轴转速较高，根据转矩公式单位.，当传递功率定时，转速较高的轴所传递的扭矩就较小，在其他条件相同时，传动件如轴齿轮的尺寸就较小，因此，常把传动副数较多的变速组安排在前面的高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此选择结构式如下。主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是估算法，它是种按典型加工条件工艺种类加工材料刀具切削用量进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量根据设计书表中推荐的数值取传动设计传动结构式结构网的选择结构式结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有个传动副。即传动副数由于结构的限制以和的因子积为合适，即变速级数应为和的因子可以有几种方案，由于篇幅的原因就不列出了，在此只把已经