ck6140数控车床主传动系统设计学士学位论文

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..................... .143.4 齿轮传动比计算 ........................................ .15 3.4.1 纵向进给齿轮箱传动计算 .............................. .15 3.4.2 横向进给齿轮箱传动计算 .............................. .15 3.5 步进电动机的计算和选型 ................................ .16 3.5.1 纵向进给步进电动机计算 .............................. .16 3.5.2 横向进给步进电动机的计算和选型 ...................... .20 4．微机数控系统硬件电路设计............................... .21 4.1 微机控制系统硬件的选择 ................................ .21 4.2 8255A可编程并行I/O口扩展芯片......................... .23 4.3 8255端口的寻址........................................ .26 4.4 可编程键盘，显示器接口—Intel8279 ..................... .27 4.5 部分硬件接口电路及辅助电路设计 ........................ .28 4.6 数控系统软件设计 ...................................... .30 结论 ................................................... ..32 致谢 .................................................... .33 参考文献 .................................................. .34 附件 .. (35)1 前言1.1 概述整个人类社会的文明史，就是制造技术不断演变和发展的历史。

摘要CK6140型数控机床，主运动系统采用1.26和1.58两种公比的混合公比传动系统，并用双速电机驱动，结构简单转速范围广。

合理地确定有关结构参数及动力参数，并对传动轴、齿轮、键等进行粗算及检验计算。

粗选步进电机及滚珠丝杠，构成开环控制系统。

关键词：数控；机床；开环控制第1章绪论1.1数控机床的发展趋势我国数控机床产量持续高速增长，根据市场需求和技术发展趋势，应重点推进高效、精密为核心的数控机床“”级工程，加强民展性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，镄的民展一直备受人们关注。

数控机床以其卓越的柔性的自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。

它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。

通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用，促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。

近6年来，我国数控金切机床（简称数控机床）产量一直以年均增长超过30％速度发展。

据初步统计，2004年数控机床的产量为51860台，事比增长40.8％，数控机床的消费量约74000台，事比增长32％。

数控机床需求的旺盛也促进了2004年内建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。

与此同时，甸进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床的消费额的增长趋势更快。

2004年数控机床的进口数量同比年增长30％，而进口消费额的增长却达52％，从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30％。

之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效、精密和高性能大型、重型数控机床需求增长，需要靠进口解决。

振兴我国数控机床市场占有率应着重于剖析数控机床及由其组成的制造系统（生产线）的技术现况及民展趋势，探讨使其能适应变批量，多品种、高质量、低成本以及具有快速响应的柔性和符合环保的未来生产模式的解决方案。

车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计1.摘要本论文针对车床CA6140主轴系统进行数控化改造及仿真设计，旨在提高车床的加工精度和生产效率。

首先，对车床的主轴系统进行了详细分析，并确定了改造的目标和需求。

然后，基于数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。

最后，通过仿真模拟对改造方案进行了验证，并使用实际加工试验进行了实验验证。

实验结果表明，通过数控化改造，主轴系统的加工精度和生产效率得到了显著提高。

2.引言车床是传统机械加工设备中常用的一种，但是由于其控制方式落后，存在加工精度低、生产效率不高等问题。

因此，对车床进行数控化改造是提高其加工精度和生产效率的重要手段。

主轴系统作为车床的核心部件之一，其控制精度对整个车床的加工效果起着重要作用。

本论文针对车床CA6140主轴系统进行了数控化改造及仿真设计，旨在提高其加工精度和生产效率。

3.车床CA6140主轴系统的分析与改造目标首先，对车床CA6140主轴系统的结构和工作原理进行了详细分析，发现其存在传动链路复杂、加工精度不稳定等问题。

基于此，确定了改造目标为提高主轴系统的加工精度和稳定性，并提高其生产效率。

4.数控控制系统的设计根据数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。

首先，选取了适合主轴系统控制的数控设备，并设计了相应的控制算法和程序。

然后，对数控编程进行了详细设计，并使用仿真软件进行了仿真验证。

5.改造方案的仿真与验证为了验证改造方案的有效性，使用仿真软件对其进行了仿真模拟。

首先，建立了CA6140主轴系统数学模型，并将其运行参数与改造后的数控控制系统进行了耦合。

然后，通过调整控制系统的参数，对加工过程进行了仿真模拟，并对加工结果进行了分析和评估。

最后，使用实际加工试验进行了实验验证，并与仿真结果进行了对比分析。

6.结论通过车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真设计，本论文有效提高了主轴系统的加工精度和生产效率。

CK6140数控车床主传动系统设计数控车床的主传动系统是整个机床的核心组成部分，它主要由主轴、主轴驱动装置和主动工具头等组成。

设计一个稳定可靠的数控车床主传动系统，需要考虑诸多因素，如主轴精度、刚度、转速范围、加工能力等。

首先，主轴是数控车床主传动系统的核心部件，其精度和刚度直接影响到整个机床的加工质量。

主轴通常由高强度、高刚性的合金钢材料制成，并通过精密加工和热处理工艺提高其表面质量和硬度。

主轴的设计应考虑转动稳定性、轴向和径向刚度等因素，以确保在高速运转和大负载下能保持较小的振动和变形。

其次，主轴驱动装置主要是通过电机将动力传递给主轴，实现车床的加工运行。

常见的主轴驱动装置包括皮带传动、齿轮传动、液压传动等。

不同的传动方式具有不同的特点，需要根据数控车床的具体要求进行选择。

同时，主轴驱动装置还需要考虑电机的功率、转速调节范围、动态响应性能等因素，以满足不同加工工艺和加工材料的需求。

另外，主动工具头也是数控车床主传动系统的重要组成部分。

主动工具头一般由进给系统和切削工具组成，其主要功能是控制刀具的进给速度和刀具路径，实现工件的加工。

进给系统通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成，将电机的旋转运动转化为刀具的直线运动。

切削工具的选择要根据不同的加工工件和加工要求进行，可以是转动刀具、切削刀具或磨削工具等。

除了上述部件，数控车床主传动系统的设计还需要考虑其控制方式和辅助装置。

传统的数控车床主传动系统采用闭环控制，通过编码器和反馈系统实现对主轴和主动工具头运动的精确控制。

辅助装置如冷却系统、润滑系统、自动换刀系统等，可以提高加工效率和工作环境的安全性。

总的来说，设计一个稳定可靠的数控车床主传动系统需要充分考虑主轴精度、刚度，主轴驱动装置的选择，主动工具头的设计以及控制方式和辅助装置的配置等因素。

只有在满足加工要求的前提下，才能实现高效、精确和安全的数控车床加工操作。

CKA6140数控车床主运动系统的设计华东理工大学　刘　洁 宁江机床厂 徐志忠 摘要　通过实例分析了主运动采用交流变频电机的经济型数控车床,必须增加两组齿轮变速实现机床主轴与交流变频电机的恒功率匹配,以满足机床加工的需要。

关键词　计算转速　恒扭矩　恒功率 CKA6140数控车床是我厂自行设计的经济型数控车床,主运动是由交流调频电机经皮带轮、齿轮传动至主轴。

鉴于车床的特点,图1是本机床主轴要求的功率P、转矩T与转速n主的特性曲线,这个特性是以主轴的计算转速n计为分界的。

从n计至最高转速n max的区域a为恒功率区;从最低转速n min至n计的区域b为恒转矩区。

在区域a内,任意转速下的主轴都可以输出额定功率,但主轴输出的转矩将随着主轴转速的下降而上升。

在区域b内,任意转速下的主轴都可输出最大的转矩,但主轴可能输出的最大功率将随着主轴转速的下降而下降。

本机床采用交流调频电动机,型号为YP132M—4,图2为该电动机的转矩T、功率P和转速n电的特性曲线。

由图2可见,该电动机的额定转速为1500 r/m in。

从额定转速n额(电)到最高转速n max(电)的区域a′为恒功率区;从最低转速n min(电)至额定转速n额(电)的区域b′为恒转矩区。

从图1、图2可见:调频电动机的恒功率变速范围为5040/1500= 3.56,而主轴要求的恒功率变速范围为2400/210=11.43,显然电动机不能满足主轴所要求恒功率段的变速范围。

所以在设计时不能依据总变速范围(最高转速和最低转速之比)来设计主运动系统,而应该考虑电动机和主轴性能的匹配。

在我厂的CKA6140数控车床中,已知:主轴的最高转速为n max=2400r/min;主轴的最低转速为n min= 40r/min;计算转速n计=210r/min;调频电动机的n max(电)=5040r/min(168Hz);调频电动机的n额(电)= 1500r/m in。

现主轴恒功率调速范围为K=n maxn计=2400210=11.43 而电动机恒功率调整范围为K电=n max(电)n额(电)=50401500= 3.36 为了使主轴和电动机的恒功率匹配,现通过增加泰勒公式计算出DS/1006梳形成形刀的耐用度:粗车时(v=35m/min)为2372min;精车时(v=25m/min)为7915min。

目录摘要 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。

Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 工程背景与意义 (3)1.2 国内外的应用现状及发展趋势 (3)1.3 本课题研究内容 (4)1.3.1 CA6140普通卧式车床知识简介 (4)1.3.2 设计重点 (6)第2章传动方案设计 (7)2.1 确定结构方案 (7)2.2 确定基本参数 (7)2.3 主运动链转速图的拟定 (8)2.3.1 传动组和传动副数目得确定 (8)2.3.2 结构网各种方案的选择 (8)2.3.3 绘制转速图 (9)2.4 齿轮齿数的确定 (11)2.5 绘制传动系统图 (12)2.6 确定各轴转速 (12)2.6.1 确定主轴计算转速 (12)2.6.2 各传动轴的计算转速 (13)2.6.3 各齿轮的计算转速 (13)2.7 验算主轴转速误差 (13)第3章传动原件设计 (14)3.1 带传动设计 (14)3.2 齿轮设计 (15)3.2.1 齿轮材料选择 (15)3.2.2 模数计算 (16)3.2.3 齿轮的几何尺寸 (17)3.2.4 齿轮的结构设计和布局 (18)3.3 各轴径的设计 (19)3.3.1 选材 (19)3.3.2 轴上零件的定位 (19)3.3.3 各轴最小直径 (19)3.3.4 各轴几何尺寸的确定 (20)3.4 键的设计 (20)3.5 其他零部件的选取 (21)第4章结构设计 (22)第5章传动件的校核 (23)5.1 齿轮的校核 (23)5.2 轴承的校核 (25)5.3 键的校核 (25)5.4 轴的校核 (26)5.4.1 传动轴的校核 (26)5.4.2 主轴的校核 (26)第6章结论 (28)总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录 (32)摘要作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛应用于机械加工行业中，适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。

CA6140型卧式车床传动系统设计及内外传动链分析Analysis of transmission system of CA6140horizonta l lathe and the internal and external driving chain摘要CA6140型卧式车床的加工对象主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件，故采用卧式布局。

为了适应工人用右手操作的习惯和便于观察、测量，主轴箱布置在左端。

车床主轴箱三支承均用滚动轴承，进给箱系统用双轴滑移公用齿轮机构；纵向与横向进给由十字手柄操作，并附有快速电机，该机床刚性好，功率大，操作方便。

经济比较实惠。

本次毕业设计课题主要是对普通车床（CA6140车床）的进给箱内部船动机构进行设计与计算，特别是对传动机构中的齿轮进行了受力计算和校核，对各部分有了较为清晰的认识。

本次所研究的对象是CA6140车床，其主参数为400mm，主参数表示机床的规格大小，是机床的最主要参数，反映机床的加工能力，影响机床的其他参数和结构大小，所以通常以最大加工尺寸或机床工作台尺寸作为参数。

虽然说普通车床的设计研究已经到了极限的状况，但是如果能对平普通车床能做个非常透彻的了解，那么对自己所学的知识就能够达到一个更高的层次，也算是对自己三年来的一个知识的总结。

又由于整个车床的结构相对比较为复杂，所以只选了其中的进给箱部分进行分析和研究，并充分了解了传动原理和传动路线，能够初步理解机床的工作原理，对之前机械的各科专业知识又进行了一次较为全面的复习，基本达到了毕业设计的目的。

关键词：进给箱；传动系统；内、外传动链ABSTRACTCA6140lathe horizontal machining object is the diameter of shaft parts and less parts of the disk,so the use of a horizontal layout.Workers in order to adapt to the habit of right-handed manipulation and ease of observation,measurement,spindle box layout in the the spindle box with three bearings are rolling bearings,feed me the common slip system with dual-axis gear mechanism;the vertical and horizontal cross-feed handle by the manipulation,with a fast motor,the machine tool rigidity, and power,and easy to operate.Economy is relatively affordable.The graduation project is the subject of ordinary lathe(CA6140lathe)into the internal drive mechanism for the force calculation and check of all parts of the structure has a more clear understanding.The study focused on the CA6140lathe,the main parameters for the 400mm and the main parameters of the specifications of the size of that machine is the most important machine parameters,reflecting the machine’s processing capacity,the impact of machine parameters and the structure of other large and small,and are usually processed with the greatest size are machine table size as the main parameters although the design of an ordinary lathe research has been stretched to the limits of the situation,but if the ordinary lathe can be a very thorough understanding of,then an their own knowledge will be able to reach a higher level,it can be considered on its own knowledge.Also,because the structure of the entire lathe relatively complex, and it is one of only selected parts of the feed box analysis and research, and fully understand the principles of the transmission and the transmission line,to a preliminary understanding of working principle of the machine,before the machinery of the various professional knowledge to carry out a more comprehensive review,the basic design to achieve the purpose of the graduation.Keywords:processing Craft;Transmission System;internal link driving chain.目录1毕业设计（论文）的结构 (1)1.1题目 (1)1.2摘要 (1)1.3目录 (1)1.4绪论 (1)2CA6140型卧式车床的概述 (3)2.1CA6140型卧式车床的功用 (3)2.2CA6140型卧式车床的工作原理及主要结构 (5)2.3CA6140型卧式车床的主要技术参数 (6)2.4CA6140型卧式车床的工作精度等级 (6)3CA6140型卧式车床的传动系统 (9)3.1主运动传动链 (9)3.2螺纹进给传动链 (9)3.2.1车公制螺纹 (9)3.2.2车英制螺纹 (9)3.3纵向、横向进给传动链 (10)3.4刀架快速移动传动链 (10)4经济效益 (11)结论 (12)参考文献 (13)附录1：封面样例 (14)致谢 (15)1毕业设计（论文）的结构一篇完整的毕业设计或论文通常由题目、摘要、目录、引言、正文、结论、参考文献、附录、致谢等几部分构成，除外语类专业外一律采用汉语撰写。

目录前言························································第一章概述·············································一、数控机床的生产与发展·······························二、数控机床的结构及优点······························三、数控机床的分类······································四、数控系统的基本功能··································五、数控机床的发展趋势··································六、数控机床改造的必要性以及优点·······················第二章 CA6140车床的横向数控化改造················一、数控机床改造的设计步骤·····························二、设计方案的确定·····································三、机械部分改造设计与计算·····························四、步进电机的选择······································第三章数控系统的硬件电路设计······················一、控制系统的功能要求··································二、硬件电路的组成······································三、设计说明·············································总结························································致谢·························································参考资料··················································附录·························································附录表 1 滚珠丝杠的支承方式系数表 2 步进电机相数、拍数、启动力矩表表3 机床参数表独立式按键电路8031INT0＋５ＶI /O8031图 8-1-1 独立式按键电路（ａ）（ｂ）查询方式I /O中断方式+5VINT1PB PB PB PB PB PB PB PB 01234567PA PA PA PA PA PA PA PA 01234567ab c d e f dp 1A A A A A A A A26345781A A A A A A A A26345786134578Y YY Y Y Y Y Y 26134578Y YY Y Y Y Y Y 2g +5V+5VRESETCE IO/M WR RD ALEP ALERD WR P P BIC 8718 5.1K 4+5V+5V100 8+5VV CC V CC G GND G 815502.72.0~20μF1K80311BIC 87188023PC PC PC PC D D 7Ω×012345678910111213141516171819202122232425262728293031Ω×8155扩展I/O 口的键盘/显示器接口电路内容摘要利用微机改造现有的普通车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。

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。