目录
1设计任务 (2)
2设计要求 (3)
2.1总体方案设计要求 (3)
2.2设计参数 (3)
2.3.其它要求 (5)
3进给伺服系统机械部分设计与计算 (5)
3.1进给系统机械结构改造设计 (5)
3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6)
3.2.1确定系统的脉冲当量 (6)
3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6)
3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10)
4步进电动机的计算与选型 (13)
4.1步进电动机选用的基本原则 (13)
4.1.1步距角α (13)
4.1.2精度 (14)
4.1.3转矩 (14)
4.1.4启动频率 (14)
4.2步进电动机的选择 (14)
4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (14)
4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (14)
5电动刀架的选择 (15)
6控制系统硬件电路设计 (15)
6.1控制系统的功能要求 (16)
6.2硬件电路的组成： (16)
6.3电路原理图 (16)
6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 (18)
8参考文献 (18)
1设计任务
设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下：
1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm
3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲
当量 mm/脉冲
4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm
9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变
速信号
10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关
12) 数控系统可与PC 机串行通讯
13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码
01.0=x δ02.0=z δ
2设计要求
2.1总体方案设计要求
C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。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。
（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。
（3）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。
（4）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。（5）设计自动回转刀架及其控制电路。
（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。
（7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。
（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。
2.2设计参数
设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。由《机械加工工艺手册》表8.1-1可列出C6140卧式车床的技术数据如下：
名称技术参数
在床身上400mm
工件最大直径
在刀架上210mm
顶尖间最大距离650;900;1400;1900mm
宋制螺纹mm 1---192
加工螺纹范围英制螺纹t/m 2---24
模数螺纹mm 0.25---48
径节螺纹t/m 1---96
最大通过直径48mm
孔锥度莫氏6号主轴正转转速级数24
正转转速范围10—1400r/min
反转转速级数12
反转转速范围14---1580r/min
纵向级数64
进给量纵向范围0.08---1.59mm/r
横向级数64
横向范围0.04---0.79mm/r
滑板行程横向320mm
纵向650;900;1400;1900mm
最大行程140mm
刀架最大回转角±90°
刀杠支承面至中心的距离26mm
刀杠截面B×H 25×25mm
顶尖套莫氏锥度5号
尾座
横向最大移动量±10mm
外形尺寸长×宽×高2418×1000×1267mm 圆度0.01mm 工作精度圆柱度200:0.02
平面度0.02/φ300mm
表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm
主电动机7.5kw
电动机功率
总功率7.84kw
改造设计参数如下:
最大加工直径在床面上460mm
在床鞍上210mm 最大加工长度1150mm
快进速度纵向6000mm/min
横向3100mm/min
最大切削进给速度纵向730mm/min
横向370mm/min
溜板及刀架重力纵向800N
横向600N 脉冲当量纵向0.02mm/脉冲
横向0.01mm/脉冲
定位精度纵向±0.02mm
横向±0.01mm
2.3.其它要求
（1）原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本
缩短改造周期。
（2）机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保证安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。
3进给伺服系统机械部分设计与计算
3.1进给系统机械结构改造设计
进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板
刀架等。改造的方案如下：
挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。
进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操作杠拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。
溜板箱部分：全部拆除，在原来安装滚珠丝杠中间支撑架和螺母以及部分操作按钮。
横溜板箱部分：将原横溜板的丝杠的螺母拆除，改装横向进给滚珠丝杠螺母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。 刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。
3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型
进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量、计算切削力 滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步进电机的计算和选型等。 3.2.1确定系统的脉冲当量
纵向： 0.02mm/脉冲 由设计要求可知：脉冲当量
横向： 0.01mm/脉冲
3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 （1）切削力的计算
由《机床设计手册》得 Nc=N d ηk 其中 Nc — 为传动件的额定功率
N d —主电机的额定功率， N d =7.5 kw
η—主传动系统总功率，一般为0.6~0.7，取η=0.65 k —进给系统功率系数，取k=0.95
则：Nc=7.5×0.65×0.95＝4.63kw
又因为：Nc=3
1060??Vs
Fz ×9.8 ≈6120Vs Fz ?
式中Vs ——切削速度，取Vs=100m/min 主切削力Fz=
100
6120
63.4? =283.356（kgf ）=2833.56N
由《机电一体化系统设计课程设计指导书》可知主切削力
Fz=C Fz a p xFz
×f yFz
×K Fz 对于一般切削情况：
xfz=1，y Fz =0.75 ，K F z=1，C F z=188kg/㎜2=1880Mpa F2的计算结果如下：
为便于计算,所以取Fz=2833.56N,以切削深度ap=4㎜，走刀量f=0.3㎜，为以下计算以此为依据。
由《机床设计手册》得，在一般外圆车削时，Fx ≈（0.1～0.6）FZ Fy ≈(0.15～0.7)Fz
取Fx=0.5 Fz Fy=0.6Fz ∴Fx=0.5×2833.56=1416.78(N) Fy=0.6×2833.56=1700.14(N) （2）滚珠丝杠的设计计算 由《经济型数控机床总设计》，综合车床导轨丝杠的轴向力得
P=KFx+f ′（Fz+W ） 其中K=1.15 , f ′=0.15～0.18 取f ′=0.16 P=1.15×1416.78+0.16×(2833.56+800)=2210.67(N) ○1强度计算 寿命值L i =
6
10
60niTi
ni=
1000L D vf
π 由《机床设计手册》得T i =15000h, 0L =12mm ， D=80㎜
ni=
14.312803
.01001000????≈10(r/min)
Li=6
10
150001060??=9 最大动负 Q=3Li Pf w f H 其中 运载系数fw=1.2
硬度系数Fh=1
Q=39×1.2×2210.67×1=5518.05(N)
根据最大动力负载荷Q 的值，查表选择滚珠丝杠的型号为FFZ5012—4，查表得
ap
(㎜)
3
3
3
4
4
4
f(
㎜) 0.2
0.3
0.4
0.2
0.3
0.4
Fz(N )
1614.98
2188.94
2716.06
2153.3
2918.59
3621.41
数控车床的纵向精度为E 级，即型号为FFZ5012—4—E —1800×640，其额定载荷是44400N ○
2效率计算 根据《机械原理》得，丝杠螺母副传动效率为 η=)
(?+r tg tgr
由《机械原理》得?一般为8′～12′取?=10′ 即：摩擦角?=10′，螺旋升角（中径处）r=3O 25′
则η= )01523(52300'+''
tg tg =0.953
○
3 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程变化量
△L 1=±EF
PLo
其中 L O =12㎜=1.2㎝
E=20.6×106N/㎝2
滚珠丝杠横截面积
F=(2
d )π=（248）2
×3.14=18.09(㎝2)（d 为滚珠丝杠外径）
则△L 1=09
.18106.202.167.22106
???±=7.12×10-6
≈7.12um 查《机床设计手册》，E 级精度丝杠允许的螺距误差（1800㎜螺丝长度）为15um/m ，因此，丝杠的刚度符合要求。即刚度足够。 ④稳定性验算
由于原机床杠径为Φ30㎜，现选用的滚珠丝杠为Φ50㎜，支承方式不变。所以，稳定性不成问题，无需验算。 （3）齿轮及转矩的相关计算 1）有关齿轮的计算 传动比i=
z
O
L
δ?360 其中?表示步驱角，z δ表示脉冲当量
i=
02
.036012
75.0??=1.25
取齿数Z 1=32, Z 2=40
模数m=2mm 啮合角为200 齿轮齿宽b=20㎜
d 1=mz 1=2×32=64mm d 2=mz 2=2×40=80mm
da 1 =2×(32+2)=68mm da 2=2×(40+2)=84mm
a =
2
21d d +=280
64+=72
2）转动惯量的选择
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 J 1=(
π?
δz
?180)2W=(
75
.014.302.0180??)2
×80= 1.859kg.㎝2=18.69N.cm 2
丝杠的转动惯量
Js=7.8×10-4D 4L=7.8×-4×54×180=87.75kg.㎝2=877.5N.cm 2 齿轮的转动惯量
J Z1=7.8×10-4×(6.4)4×2=2.617kg.㎝2=26.17N.cm 2 J Z2=7.8×10-4×84×2=6.39kg.㎝2=63.9N.cm 2 由于电机的转动惯量很小，一般可忽略不记 所以总的转动惯量为
J 总=21
i
×(Js+ J Z2)+ J Z1+ J 1
=
()2
25.11
×(87.75+6.39)+2.617+1.869=64.7356kg.㎝2=647.356N.㎝2
3）所需转动力矩的计算
快速空载启动时所需力矩 M=Mamax+M f +M O
最大切削负载时所需力矩 M=Mat+M f +M O +Mt 快速进给时所需力矩 M=M f +M O 式中Mamax —— 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩。 M f —— 折算到电机轴上的摩擦力矩。
M O —— 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。 Mat —— 切削时折算到电机轴上的加速度力矩。
Mt —— 折算到电机轴上的切削负载力矩。 Ma=T
Jn ?6.9×10-4（N.m ）其中T=0.025
当n=n max 时，Mamax=Ma
n max =lo i V max =1225.1730?=76.0(r/min)
Mamax=025.06.976
7356.64??×10-4=2.05N.m=20.5kgf.cm
n t =lo
fi
D V
π1000=128014.325
.13.01000????=12.44r/min
Mat=025
.06.97356.6444.12??×10-4=0.3355N.cm=3.355kgf.cm
M f =
i
FoLo πη2=i WLo
f πη2' 当?=0.8，f ′=0.16时， M f =25.18.014.322.18016.0?????=2.446kgf.cm=24.46N.cm
M O =
i
PoLo
πη6(1-?o 2) 当?=0.9时，预加荷P O =3
1
Fx
M O =πηιηο2)1(312-FxLo =25.18.014.32)9.01(2.1678.141312???-???=1.715kgf.cm=17.15N.cm
Mt=i FxLo πη231=25
.18.014.322.1678.14131?????=9.024kgf.cm=90.24N.cm
所以，快速空载启动所需力矩
M 快空=Mamax+M f +M O =20.5+2.446+1.715=24.661kgf.cm=246.61N.cm 切削时所需力矩
M 切= Mat+M f +M O +Mt=3.355+2.446+9.024+1.715=16.54kgf.cm=165.4N.cm 快速进给时所需力矩
M 快速=M f +M O =2.446+1.715=4.161kgf.cm=41.61N.cm 由以上计算可得
所需最大力矩Mamax 发生快速启动时 Mamax=M 快空=246.61N.cm
3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 （1）切削力的计算
横向进给量约为纵向的21～31,取横向切削力约为纵向切削力的2
1
∴Fz=21F 纵z=21
×2833.56=1416.78N
在切断工件时
Fy=0.6 F 纵z=0.6×1416.78=850.068N （2）滚珠丝杠的设计计算 ○
1强度计算 对于燕尾型导轨 P=KFy+f ′（Fz+W ） 其中K=1.4 , f ′=0.2
P=1.4×850.068+0.2×(1416.78+300)=1533.45N
n= 14
.310803.01001000????=12r/min
寿命值Li=
61060nTi =6
1015000
1260??=10.8 最大动负载Q=3Li Pf w f h 其中 fw=1.2 f h =1
Q=38.10×1.2×1×1533.45=4067.48N
根据最大动负载荷的值,可选择滚珠丝杠的型号,其公称直径为40㎜,型号为
FFB4010-2-E ，额定动负载荷为21100W ，所以强度够用。 ○2效率计算
根据《机械原理》得，丝杠螺母副传动效率为 η=)
(?+r tg tgr
由《机械原理》得?一般为8′～12′取?=10′ 即：摩擦角?=10′，螺旋升角（中径处）r=3O 38′
则η= )01383(383'0'
'+tg tg =0.956
○3刚度验算
滚珠丝杠受工作负载，P 引起的导程变化量
△L 1=EF
pL O ±=F ???±6
106.20145.1533 F=（
2
d ）2π =（25.39）2
×3.14=12.25 2cm （其中d 为滚珠丝杠的外径）
△ L 1 = 25
.12106.20145.15336
???±=±6.08×10-6
㎝=6.08um 因为滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L 2很小可忽略不计，即△L=△L 1，
即导程变化总误差为△=Lo 100△L=1
100
×6.08×10. -6=6.08um/m
查表知E 级精度丝杠允许的螺矩误差为15um/n ，所以刚度足够。
○4稳定性验算
由于原机床杠径为Φ30㎜，现选用的滚珠丝杠为Φ40㎜，支承方式不变。所以，稳定性不成问题，无需验算。 （3）齿轮及转矩的相关计算 1）有关齿轮的计算
传动比i=x
O
L
δ?360
其中?表示步驱角，x δ表示脉冲当量
i=
01
.036010
75.0??=2.1
取齿数Z 1=30, Z 2=63
模数m=2mm 啮合角为200 齿轮齿宽b=20㎜
d 1=mz 1=2×30=60mm d 2=mz 2=2×63=126mm
da 1 =2×(30+2)=64mm da 2=2×(65+2)=130mm
a =
2
21d d +=2126
64+=93
2）转动惯量的选择
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 J 1=(
π?
δx
?180)2W=(
75
.014.302.0180??)2
×30= 0.1753kg.㎝2=1.753N.cm 2
丝杠的转动惯量
Js=7.8×10-4D 4L=7.8×-4×44×64=12.78kg.㎝2 齿轮的转动惯量
J Z1=7.8×10-4×64×2=2.02kg.㎝2
J Z2=7.8×10-4×（12.6）4×2=39.32kg.㎝2
由于电机的转动惯量很小，一般可忽略不记，所以总的转动惯量为
J 总=21
i
×(Js+ J Z2)+ J Z1+ J 1
=
()2
1.21
×(12.78+39.32)+2.02+0.1753=14.01kg.㎝2
3）所需转动力矩的计算
快速空载启动时所需力矩 M=Mamax+M f +M O
最大切削负载时所需力矩 M=Mat+M f +M O +Mt 快速进给时所需力矩 M=M f +M O 式中Mamax —— 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩。 M f —— 折算到电机轴上的摩擦力矩。
M O —— 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。 Mat —— 切削时折算到电机轴上的加速度力矩。
Mt —— 折算到电机轴上的切削负载力矩。 Ma=T
Jn ?6.9×10-4（N.m ）其中T=0.025
当n=n max 时，Mamax=Ma
n max =lo i V max =10
1.2370?=77.7(r/min)
Mamax=
025.06.97.7701.14??×10-4
=0.4536N.m=4.536kgf.cm
n t =lo
fi
D V
π1000=108014.31.23.01000????=25.08r/min Mat=025
.06.901.1408.25??×10-4=0.1464N.m=1.464kgf.cm
M f =
i
FoLo πη2=i WLo
f πη2' 当?=0.8，f ′=0.2时， M f =1.28.014.321
802.0?????=0.5687kgf.cm=0.05687N.m
M O =
i
PoLo
πη6(1-?o 2) 当?=0.9时，预加荷P O =3
1
Fy
M O =πηιηο2)1(312-FyLo =1.28.014.32)9.01(10068.85312???-???=0.17kgf.cm=0.017N. m
Mt=i FyLo πη231=1
.28.014.3210068.8531?????=2.686kgf.cm=0.269N.m
所以，快速空载启动所需力矩
M 快空=Mamax+M f +M O =0.4536+0.05687+0.017=0.52747N.m=5.2747kgf.cm 切削时所需力矩
M 切= Mat+M f +M O +Mt=0.1464+0.05687+0.017+0.269=0.48927N.m=4.8927kgf.cm 快速进给时所需力矩
M 快速=M f +M O =0.05687+0.017=0.07387N.m=0.7387kgf.cm 由以上计算可得，所需最大力矩Mamax 发生快速启动时 Mamax=M 快空=0.52747N.m
4步进电动机的计算与选型
4.1步进电动机选用的基本原则
合理选用步进电动机是比较复杂的问题，需要根据电动机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下：
4.1.1步距角α 步距角应满足 α ≤
i
a min
式中 i —传动比
α
min —系统对步进电动机所驱动部件要求的最小转角
4.1.2精度
步进电动机的精度可以用步距误差或累积误差衡量，累积误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用累积误差衡量精度比较实用，所选用的步进电动机应满足：
△θm ≤i [△θs ] 式中， △θm ---步进电动机的累积误差。 [△θs]---系统对步进电动机驱动部分允许的角度误差。
4.1.3转矩
为了使步进电动机正常运转（不失步，不越步）正常启动并满足对转速的要求，必须考虑以下条件
①启动力矩，一般启动力矩选取为 Mq ≥
5
.0~3.00
l M
式中 Mq ——电机启动力矩
M L0——电机静负载力矩 ②在要求在运行频率范围内，电机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机的转动惯量（包含负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 4.1.4启动频率
由于步进电动机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此，
相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足： ft ≥[f op ]m 式中 f t ---极限启动频率，
[f op ]m---要求步进电动机最高启动频率。
4.2步进电动机的选择
4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 M q =
4
.00l M =4.061
.246=616.525 N.cm 为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：M q /M jm =0.866 所以步进电动机最大静转矩M jm 为：M jm =
866.0q
M =
866
.0525
.616=711.92N.cm=7.12 N. m
步进电动机最高工作频率：f max =
z V δ60max =02
.060730
?=608.3HZ 综合考虑，查表选用90BF002型直流电动机，能满足使用要求。 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定
M q =
4
.00l M =4.052747
.0=1.3187 N.m
为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：M q /M jm =0.866 所以步进电动机最大静转矩M jm 为：M jm =
866.0q
M =
866
.03187
.1=1.5227N. m
步进电动机最高工作频率：f max =
x V δ60max =01
.060370
?=616.7HZ 综合考虑，查表选用90BF002型直流电动机，能满足使用要求。
5电动刀架的选择
自动转位刀架的设计是普通机床数控化改造的关键。它要求刀架要具有抬起、回转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回转直径的条件下，提供选用的多把刀的可能性。
电动刀架的安装较方便，只要将原车床上的刀架拆下将电动刀架装即可，但要注意两点：
1) 电动刀台的两侧面应与车床的横向进给方向平行。
2) 电动刀台与系统的连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后
面，再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线，走线到系统。其好处在于：避免走线杂乱无章，而使得加工时切屑、冷却液以及其它杂物磕碰电动刀架系统。 综合各方面因素，选用常州武进机床数控设备厂生产的LD4-I 型系列四工位自动刀架。
机床型号 C6140 刀位数 4 电机功率（W ） 7500 电机转速 1400r/min 夹紧力 1 切体尺寸 152×152 下刀体尺 161×171
LD4-I 型刀架技术指标
配车床型号 C6140 重复定位精度 ≤0.005mm 工作可靠性 >30000次 换刀时间 90° 2.9（秒） 180° 3.4（秒） 270° 3.9（秒）
6控制系统硬件电路设计
6.1控制系统的功能要求
1)接收操作面板的开关与按钮信号
2)接收车床限位开关信号
3)接收螺纹编码器信号、电动卡盘加紧信号、电动刀架刀位信号
4)控制X（90BF002）、Z（90BF002）向步进电动机的驱动器
5)控制主轴的正反转与停止信号
6)控制切削液泵起动和停止
7)控制电动卡盘的加紧与松开
8)与PC的串行通信（可选）
6.2硬件电路的组成：
后面所画大图采用系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下：
（1）光电编码器
（2）三菱编程器FX2N—64MR—001 （主机32入/32出继电器输出）
（3）X轴、Y轴与刀架台步进电机驱动器CH250
（4）X轴、Y轴与刀架台驱动步进电机90BF002
（5）CE2109串口光电隔离器
（6）主轴电机
（7）液压泵电机
（8）数控面板
（9）LED显示器
6.3电路原理图
刀架转向刀架脉冲
轴转向
轴脉冲轴转向轴脉冲 主轴正转 反转
冷却泵刀架台
轴轴
7总结
机电一体化课程设计是一个重要的实践性教学环节。要求学生综合运用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练。
本次设计，让我们对三年的知识有了总体的综合运用，提高了我们综合能力和灵活运用所学的基础理论的能力，各科之间的联系有了清晰的认识。在做设计的过程中，不但复习了所学过的知识点，还学到了新的知识，同时将所学到的知识充分的运用起来，做到了学以致用，还学会了查资料，除此之外，我还懂得了团结合作的重要性，知道了集体的力量！
当然，在此过程中也有许多不足之处，例如：知识的不全面，所学的还没有全部掌握，思维的狭隘等，让我在毕业前上了生动形象的一课。
通过这次课程设计，让我们知道自己还有很多的不足，只有通过不断的学习、改进，更好的提高自己的综合能力才能在社会上立足。同时我也坚信只要努力、坚持，我们就能走好人生的每一步。
8参考文献
1、《数控技术课程设计》范超毅、赵天婵、吴斌方主编
华中科技大学出版社 2007年5月
2、《机械设计手册单行本》（机械传动）成大先主编
化工工业出版社 2004年1月
3、《机械原理》（第七版）西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编
高等教育出版社 2006年5月
4、《机械设计》（第八版）西北工业大学机械原理及机械零件教研室主编
高等教育出版社 2006年5月
5、《机电一体化机械系统设计》赵松年、张奇鹏主编
机械工业出版社 1996年
6、《机床设计手册》《机床设计手册》编委会主编
机械工业出版社 1979年
7、《机床电气自动控制》陈远龄主编
重唐大学出版社 2007年7月
8、《机电一体化设计基础》刘武发、刘德平主编
化工工业出版社 2007年5月
9、《计算机工程制图》陈锦昌、刘就女、刘林编著
华南理工大学出版社 2001年8月
10、《机械制造工艺设计简明手册》李益民
哈尔滨工业大学 1994年
目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要
我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
毕业设计任务书 毕业设计题目：经济型C6140车床数控改造
内容和要求：内容：司服进给系统的校核计算和微机数控系统硬件电路设计，完成普通C6140车床的数控化改造及相关图纸。 技术要求：利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。 工作质量要求：方案设计合理，理论计算准确，结构设计合理，图纸图面清楚，投影正确，标注完整，设计及绘图过程符合国家要求等。 软硬件条件：个人计算机；参考书；AutoCAD（或其他绘图条件） 指导教师（签字）：年月日
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生 和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。 关键词：机床, 数控机床, 伺服进给系统, 单片机
1．前言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 数控机床和数控技术 (1) 1.3 数控机床的特点 (2) 1.4 数控机床的发展 (3) 2．总体方案的设计 (4) 2.1 设计任务与要求 (4) 2.1.1 课程设计的目的 (4) 2.1.2 课程设计的主要技术参数 (4) 2.2.3 课程设计的内容 (5) 2.2.4 课程设计的要求 (5) 2.2.5 课程设计的图纸 (5) 2.2 总体方案的设计 (5) 2.2.1 数控系统运动方式的确定 (5) 2.2.2 伺服进给系统的改造设计 (6) 2.2.3 数控系统的硬件电路设计 (6) 3．伺服进给系统的计算 (8) 3.1 确定系统脉冲当量 (8) 3.2 切削力的计算 (8) 3.2.1 纵车外圆 (8) 3.2.2 横切端面 (8) 3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 3.3.1 纵向进给丝杠 (9) 3.3.2 横向进给丝杠......................................... .11 3.3.3 纵向和横向滚珠丝杠螺母副几何参数..................... .14
摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架
一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。 普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，
摘要 数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。但数控机床价格昂贵，一次性投入对企业来说负担很大。另一方面，在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。不仅能节省很大一部分资金，还能提升其市场竞争力。具有极大的经济潜力。 对于职业院校的数控实训教学而言，通过闲置的普通车床进行数控化改造，可盘活资产，实现资产优化配置，同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。 我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000，通过对该机床的结构特点进行分析，对机械和电气进行数控化改造，改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。
第一章数控机床的结构和工作原理 1.1数控车床工作原理及加工特点 以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床，简称为数控机床。 数字控制系统是相对于模拟系统而言：数字控制系统中的信息是数字量，而模拟控制系统中的信息是模拟量。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控（CNC）系统。 图1-1 数控车床 1．数控车床的工作原理 数控车床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。 2．数控车床的加工特点 （1）高难度零件加工：“口小肚大”的内成型面零件，有仅在普通车床上难以加工，还难以测量。 （2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。 （3）高效率完成加工：为了提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批工序特别复杂零件车削全过程的自动化。 1.2 数控车床的组成 数控车床一般由输入/输出装置、CNC装置、伺服单元、驱动装置、可编程控制器及电器控制装置、辅助装置、机床本体和测量装置组成。图3-1是数控车床的组成框图。其中除机床本体之外的部分统称为CNC系统
毕业论文（设计）题目华中数控车床常见故障诊断与维修 班级 110217 专业数控设备应用与维护 分院工程技术分院 指导教师王锐
2013年 11 月 30 日 目录 摘要 (1) 第1章数控车床维修基础 (2) 1.1 数控车床维修的基本要求 (2) 1.2 故障的分析方法 (4) 1.3 维修的基本步骤 (5) 第2章华中系统的诊断与维修 (8) 2.1 CNC系统的主要故障 (8) https://www.doczj.com/doc/1315467094.html,C系统软件故障纤细及其成因 (9) https://www.doczj.com/doc/1315467094.html,C硬件故障现象及其成因 (9) 2.4 CNC系统的自诊断 (10) 第3章华中数控机床常见故障诊断及维修实例 (11) 3.1 数控机床出现急停故障 (11) 3.1.1机床一直处于急停状态，不能复位 (12) 3.1.2在自动运行的过程中，报跟踪误差过大引起的急停故障 (12) 3.1.3伺服单元报警引起的急停 (12) 3.1.4主轴单元报警引起的急停 (13) 3.2 机床回参考点（回零）故障 (13) 3.2.1参考点编码器类故障分析与维修 (13) 3.2.2回零重复性差或参考位置偏差 (14) 3.2.3参考点位置偏差一个栅格（参考点发生整螺距偏移） (15)
3.2.4回参考点时，出现超程报警 (15) 3.2.5回参考点过程中出现“软超程”报警 (16) 3.3 刀架故障 (16) 3.3.1刀架抬起不转动故障 (17) 3.3.2刀架旋转不止故障 (18) 3.3.3刀架定位不准故障 (18) 3.3.4刀架转动不到位故障 (19) 3.4 数控机床PLC故障诊断的方法 (19) 第4章设计小结 (21) 参考文献 (22) 致谢 (23) 摘要 系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功 能的能力，故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。 数控机床是复杂的大系统，它涉及光、机、电、液等很多技术，发生故障 是难免的。机械锈蚀、机械磨损、机械失效，电子元器件老化、插件接触 不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声，软件丢失或本身有隐患、 灰尘，操作失误等都可导致数控机床出故障。为了便于维修，现将各系统 的结构简介和维修如下。 关键词: 数控机床故障诊断，影响，分析故障，排除故障 第1章数控车床维修基础 1.1 数控车床维修的基本要求
基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文_(2)[1]
摘要 数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。 本文正是针对这一问题展开工作的。本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。 根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。 本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。 关键词：PLC控制，数控车床，梯形图
目录 第一章概述 (1) 1.1 数控系统的工作原理 (1) 1.1.1 数控系统的组成 (1) 1.1.2 数控系统的工作原理 (2) 1.2 PLC的硬件与工作原理 (3) 1.2.1 PLC的简介 (3) 1.2.2 PLC的基本结构 (3) 1.2.3 PLC的工作原理 (4) 第二章数控车床的PLC (5) 2.1 数控车床PLC的信息传递 (5) 2.2 数控车床中PLC的功能 (6) 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6) 2.2.2 PLC的控制对象 (6) 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7) 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8) 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9) 3.1 车床主要结构和运动方式 (9) 3.2 车床对电气控制的要求 (9) 3.3 车床的电气控制电路分析 (10) 3.3.1 主电路分析 (11) 3.3.2 控制电路分析 (11)
C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术
摘要 毕业设计(论文)作为大学所学知识得最后一次总结,其作用就是很重要得。它不但对我们所学得知识做了一次全面得检查与巩固,而且就是我们综合利用所学得全部理论与实践相结合得重要环节。 本次设计(论文)得内容为数控车床维修得条件、机床故障检查与排除分析得方法以及车床得保养与典型车床得诊断与维修等。在闫老师得耐心指导下。为我们介绍了数控车床得原理与应用,并且讲解了数控车床得维修方法与注意得事项,以及实践工作得方法与理论及解决实际问题得方法。为我们整个毕业设计(论文)取得了第一手资料。在毕业设计过程中闫老师提出了宝贵得意见与纠正我们得错误,从而使我们得毕业设计(论文)得以圆满成功。这次毕业设计(论文)使我受益匪浅。 首先,培养我们分析实际问题得能力与运用所学知识动手解决问题得能力,从而达到巩固,扩大与深化所学得理论知识,为即将走向得工作岗位打下坚实得基础。 其次,培养了我们深入实际,调整研究得工作方法。再次,培养我们熟悉有关技术政策,运用国家标准规范规定得能力,独立进行查找资料得能力。 数控车床自身所具有得明显优势使得它在工业中得应用前景极为乐观,随着数控技术进一步得开发与利用,我们深信,它必将在机械工程领域发挥巨大得作用、关键词:数控车床得保养硬件故障软件故障 目录 摘要..........................................................１前言.. (3) 第一章数控车床 (4) 一、数控车床?４ 二、数控车床?6 第二章数控车床 (15) 一、车床故障? 15 二、车床故障?1８
20 三、数控车床? 23 第三章车床得? 一、数控车床?2３ 二。数控车床 (24) 结论 (26) 感想 (27) 致谢? 28 参考文献·····················································２9 前言 数控机(车)床就是机电一体化得高技术产品,它得产生就是20世纪中期计算机技术,微电子技术与自动化技术高速发展得结果,就是在机械制造业要求产品高精度、高质量、高生产率、低消耗与中、小批量、多品种产品生产实现自动化生产得结果,机械制造业就是国民经济得支柱产业之一,但在实现多品种、小批量产品自动化生产方面曾遇到困难,对于大批大量生产,实现自动流水作业比较容易,但对于多品种小批量生产得自动化经历了漫长得道路,因为机械制造业属于离散型生产,它与化工生产、电力生产等连续型生产类型截然不同,在机械加工中,产品就是经过一道道工序、多次换刀与一系列动作逐步累加而成型得,通过成组技术将产品分类,力求把中、小批量产品转换成大批大量生产得形式,组成流水生产作业,在一定程度上可以使机械加工生产类型由离散型转化为连续型。但要把这种连续型生产实现柔性自动化,只有在数控车床诞生以后,把计算机技术引入金属切削车床之中,才从根本上解决了“柔性制造”(Ｆleｘible Ｍanufacturing)、自动化生产得实际问题,因此,毫不夸张地说:数控车床得产生就是机械制造业领域中得一场重大得技术革新, 经过半个世纪得不断改进、开拓与发展,数控车床已形成品种齐全,种类繁多、性能完善与外观造型完美得自动化生产装备,而且正在迈向更高得层次--实现无人化工厂.。 目前,数控车床得应用越来越广泛,其加工柔性好,精度高,生产效率高,具有很多得优点,但数控车床就是复杂得大系统,它涉及光、机、电、液等很多技术,发生故障就是难免得,机械锈蚀、机械磨损、机机械失效,电子元器件老化、插件接触不良、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声,软件丢失或本身有隐患、灰尘等,
数控车床应用与发展前景 摘要 随着计算机技术的高速发展,现代制造技术不断推陈出新。在现代制造系统中,数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现自动化、集成化、智能化、起着举足轻重的作用。 数控加工作为一种高效率高精度的生产方式,尤其就是形状复杂精度要求很高的模具制造行业,以及成批大量生产的零件。因此数控加工在航空业、电子行业还有其她各行业都广泛应用。然而在数控加工从零件图纸到做出合格的零件需要有一个比较严谨的工艺过程,必须合理安排加工工艺才能快速准确的加工出合格的零件来。
目录 摘要 前言 第一章数控车床的基本组成与工作原理1、1 任务准备 1、1、1 机床结构 1、2 工作原理 1、3 数控车床的分类 1、4 数控车床的性能指标 1、5 数控车床的特点 第二章数控车床编程与操作 2、1 数控车床概述 2、1、1数控车床的组成 2、1、2数控车床的机械构成 2、1、3数控系统 2、1、4数控车床的特点 2、1、5数控车床的分类 2、1、6数控车床(CJK6153)的主要技术 2、1、7数控车床(CJK6153)的润滑 2、2 数控车床的编程方法 2、2、1设定数控车床的机床坐标系
2、2、2设定数控车床的工件坐标系 第三章数控车床加工工艺分析 3、1 零件图样分析 3、2 工艺分析 3、3 车孔的关键技术 3、4 解决排屑问题 3、5 加工方法 第四章当前数控机床技术发展趋势 4、1 就是精密加工技术有所突破 4、2 就是技术集成与技术复合趋势明显 结束语语 参考文献 致谢 前言 高速加工技术发展迅速,在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论与先进的驱动技术,优化机床结构,采用高性能功能部件,移动部件轻量化,减少运动惯性。在刀具材料与结构的支持下,从单一的刀具切削高速加工,发展到机床加工全面高速化,如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转;快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米与超过百米;换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下,换刀速
目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (3) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (5) 3.1进给系统机械结构改造设计 (5) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (13) 4.1步进电动机选用的基本原则 (13) 4.1.1步距角α (13) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (14) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (14) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (14) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (15) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (16) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 (18) 8参考文献 (18)
1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 01.0=x δ02.0=z δ
摘要 针对大多数企业,具有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低、不能批量生产，自动化程度不高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰。 数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。 购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床数控化改造，不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径，提升企业竞争力，在我国成为制造强国的进程中，占有一席之地。本文的主要内容有： 1．对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通车床数控化改造方案； 2．对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号选择，步进电机选择等进行了详细研究； 3．对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号，提出选择方法； 4．根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造CJK6140-A的数控系统对比分析，形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术图； 5.为保持切削螺纹的功能，仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型，脉冲发生器直接与主轴间连接方法，并形成了相应的技术图； 6.拆卸普通机床，甩掉原有进给箱等，对主传动系统的进行大修，滑板贴塑与铲刮调试，对机床相关部件和参数进行测绘、测量； 7.绘出相应的零件图和装备图； 8．给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。 关键词：普通车床、数控、改造
ABSTRACT Most enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprise’s production. As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises’equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises’competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country.The main contents is: 1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle. 2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed. 3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming. 4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140’s electricity control system and principle with the reforming CJK6140-A’s NC system. 5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram. 6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe. 7. Draw out parts diagrams and assemble diagram. 8 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.
经济型数控车床的改造设 计毕业论文 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1.前言 (4) 2.数控车床设计概述 (6) 3.进给伺服系统概述 (9) 4.横向进给系统的设计计算 (11) 4.1主切削力及其切削分力计算 (11) 4.2导轨摩擦力的计算 (11) 4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (12) 4.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 (12) 4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (13) 4.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (15) 4.7计算机械传动的刚度 (16) 4.8驱动电机的选型与计算 (18) 4.9机械传动系统的动态分析 (23)
4.10机械传动系统的误差计算与分析 (23) 4.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (25) 5.进给系统的结构设计 (25) 5.1滚珠丝杠螺母副的设计 (25) 5.2齿轮传动副的设计 (27) 5.3齿轮箱的设计 (29) 5.4床身及导轨 (31) 5.5中间轴的设计 (34) 5.6轴承端盖的设计 (36) 总结与体会 (39) 致谢词 (40) 参考文献 (41) 1.前言
我国目前机床总量580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约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6％。这些机床中,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（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性： （1）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 （2）可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高3～7倍。 （3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 （4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
目录 摘要 (ⅰ) Abstract (ⅱ) 绪论 (1) 第一章 CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟订 (3) 1-1 总体方案确定 (3) 1-2 设计X—Y数控工作台及其控制系统 (4) 第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5) 2-1 脉冲当量的选择 (5) 2-2 切削力的计算 (5) 2-3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6) 2-4 齿轮传动比的计算 (14) 2-5 步进电机的计算与选型 (15) 2-6 设计绘制进给伺服系统机械装配图 (19) 第三章 CA6140 车床微机数控系统硬件电路的设计 (20) 3-1 单片机微机数控系统电路设计内容 (20) 3-2 MCS-51 系列单片机简介 (21) 3-3 存储器扩展电路的设计 (28) 3-4 I/O 接口电路及辅助电路设计 (37) 3-5 典型零件加工程序设计 (46) 总结 (49) 参考文献 (50) 致谢 (51) 外文资料及中文翻译 (52)
绪论 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。 一、数控机床的产生 数控机床最早是从美国开始研制的。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于1952年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。 二、数控机床的发展 自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。 第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。 第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。 第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。 近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。 三、我国数控机床的发展概况 我国从1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，直到60年代末和70年代初，研制的劈锥数控铣床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工
辽宁建筑职业学院机械工程系 毕业论文 题目： 班级： 姓名： 学号：
目录 目录 (1) 摘要 (2) 一、绪论 (4) 二、数控机床概述 (4) （一）数控机的简介 (4) （二）数控机床的组成 (5) （三）数控技术的特点 (5) （四）数控机床的主要技术指标 (6) （五）数控机床使用中应注意的事项 (7) 三、数控机床各部故障分析及维修 (8) （一）数控机床主轴伺服系统故障检查及维修 (8) （二）机床PLC初始故障的诊断 (8) （三）数控设备检测元件故障及维修 (9) （四）数控机床加工精度异常故障及维修 (9) 四、数控机床的保养及维护 (9) （一）数控机床的保养知识 (10) （二）数控机床系统的维护 (11) （三）机械部件的维护 (12) 五、结论 (12) 参考文献 (14)
论文题目：附图：
摘要 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的制造业，就不可能有国家的真正繁荣和富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要指标之一。制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，其核心是数控技术。数控技术是综合应用计算机、自动化控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现及所带来得巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，它已经成为一门专门的学科。同时也表明，数控维修技术是制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。论文主要研究了根据数控机床的特点，数控机床常见的故障及诊断方法，数控机床的保养知识和讲解了数控车床的维修方法与注意的事项。研究结果表明：数控加工在当前制造行业中占据着主导地位，在各行各业中都有他的出现，它的发展将带动制造业的飞速发展，同时也将影响社会的发展进程。 因此，做好数控设备的维护工作，提高数控设备的维修效率，是现代制造业的—项重要工作本文的特色在于：通过分析数控机床的维修维护，提高了加工效率，最终为企业带来了效益。 关键词：数控技术；数控机床；常见故障；诊断方法；维修方法
机床数控改造的意义 1)节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。2)性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 1普通车床的数控化改造设计 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论)。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 2数控车床的性能和精度的选择 并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。1)轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。2)进给运动：进给速度：Z向(通常为8～400mm/min)；X向(通常为2～100 mm/min)。快速移动：Z向(通常为1.2～4m/min)；X向(通常为1.2～3m/min)。脉冲当量：在0.025～0.005mm内选取，通常Z向为X向的2倍。加工螺距范围：包括能加工螺距类型(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等)，一般螺距在10mm以内都不难达到。3)进给运动驱动方式(一般都选用步进电机驱动)。4)给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。5)刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。6)其他性能指标选择：插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设