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科学技术学院毕业设计论文题目：CA6140普通车床进给系统数控化改造学科部：理工学科部专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：填表日期： 2016 年 4 月 8目录第1章摘要和要求1.1 摘要 (1)1.2 改造要求 (1)第2章机床进给伺服系统的设计和计算2.1 脉冲当量的确定 (1)2.2 切削力的计算 (1)2.2.1Z轴切削力的计算 (1)2.2.2 X轴切削力的计算 (2)2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (2)2.3.1Z轴进给丝杠螺母副的选型 (2)2.3.2 X轴进给丝杠螺母副的选型 (5)2.4 齿轮传动比的计算 (8)2.4.1 Z轴进给齿轮箱传动比的计算 (8)2.4.2 X轴进给齿轮箱传动比的计算 (9)2.5 步进电机的计算和选型 (9)2.5.1 Z轴进给步进电机的选型 (9)2.5.2 X轴进给步进电机的选型 (14)2.6 电动刀架的选型 (17)第3章第1章任务和要求将一台CA6140普通车床改造成经济型微机数控车床，采用MCS-51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能。
其主要设计参数如下：加工最大直径：在床面上Φ400mm在床鞍上Φ210mm加工最大长度：500mm溜板及刀架重量：纵向1000N横向500N刀架快速移动速度：纵向2m/min横向1m/min最大进给速度：纵向 1.6m/min横向0.8m/min主电机功率：3kW机床定位精度：0.02第2章 机床进给伺服系统的设计和计算2.1选择脉冲当量，根据车床精度要求为0.02，可选择脉冲单量为纵向：p δ =0.01mm/step横向：'p δ =0.005m/step2.2计算切削力一、Z 轴切削力的计算主切削力()Z F N 按电机功率计算如下：kw kw P Pc 55.285.03=⨯=⨯=η额N N v Pc Fz c 153010055.26000060000=⨯=⨯=其中 C P —切削功率（kw ）；P 额—机床主传动额定功率（kW ）；C v —切削速度：90～100m/min 取100m/min ；η—主传动系统总的机械效率，这里η=0.85。
CA6140普通车床的数控化改造总体方案（doc 51页）湖南铁道职业技术学院HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE毕业设计题目: CA6140普通车床的数控化改造系别: 机电工程系学生姓名: 郭柳专业班级: 数控维修091班指导老师: 孙贵清老师完成时间： 2011年12月湖南铁道职业技术学院毕业设计评阅书1. 指导教师评语：签名:年月日2 . 答辩委员会综合评语:经毕业设计(论文)答辩委员会综合评定成绩为:答辩委员会主任(签字):毕业设计评分标准考核项目及总分具体内容分值评分标准得分差及中良优设计过程20查阅资料及手册能力 5 0~2 3 3.5 4.5 5 工作态度及纪律情况 5 0~2 3 3.5 4.5 5 独立工作能力 5 0~2 3 3.5 4.5 5 基本概念、基本理论及专业知识掌握情况5 0~2 3 3.5 4.5 5设计结果40规定任务的完成情况10 0~5 7 8 9 10 说明书质量10 0~5 7 8 9 10 图纸及技术文档的质量15 0~8 10 12 13 15 设计有无独到和创新之处5 0~2 3 3.5 4.5 5答辩情况对设计的阐述（自述）15 0~8 10 12 13 15 基本理论和方法问题15 0~8 10 12 13 15 有关设计问题10 0~2 7 8 9 10毕业设计任务书机电工程系一、设计课题名称：CA6140车床的数控化改造二、指导教师：孙贵清 三、设计要求：采用数控装置和伺服装置，对CA6140车床进行数控化改造。
要求能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。
数控装置、伺服装置选择合理，控制系统设计简单可靠，保护措施完备。
四、设计依据：CA6140车床控制要求、电气原理图及相关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数；常用低压控制电器型号规格参数。
五、参考资料：熊光华主编·数控机床·北京：机械工业出版社；2002廖兆荣主编·机床电气自动控制·北京：化学工业出版社；2003 王爱玲主编·现代数控机床结构与设计·北京：兵器工业出版社；1999 余良英编著·机床数控改造设计与实例·北京：机械工业出版社；1998 白恩远主编·现代数控机床伺服及检测技术·北京：国防工业出版社；2002 袁任光编著·交流变频调速器选用手册·广州：广东科技出版社，200240 班 级数控维修091学 号2009020501111姓 名郭 柳总分指 导 老 师签 名考 核 小 组 专家 签 名曾毅等编著·变频调速控制系统的设计与维护·济南：山东科学技术出版社，2002 编写组编·机床设计手册第5卷上、下册·北京：机械工业出版社，1979李荣生主编·电气传动控制系统设计指导·北京：机械工业出版社，2004姜德希编·机床电气线路图册·北京：中国农业出版社，编写组编著·工厂常用电气设备手册上、下册·北京：中国电力出版社，1997 六、设计内容进度及工作量(一)设计内容和进度要求序号进度要求设计内容1 1周了解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。
前言机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课，专业基础课以及专业课后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练。
因此，他在我们的大学三年生活中占有重要的地位。
机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极其重要的影响。
生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。
对专用夹具的设计，可以了解机床夹具在切削加工中的作用：可靠地保证工件的加工精度，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的给以性能。
本夹具设计可以反应夹具设计时应注意的问题，如定位精度、夹紧方式、夹具结构的刚度和强度、结构工艺性等问题。
就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步适应性的训练，希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题、解决问题、查资料的能力，为以后的工作打下良好的基础。
由于能力有限，设计尚有很多不足之处，希望各位老师给予指导。
目录1、杠杆加工工艺规程设计............................................................................................................ - 3 -1.1零件的分析....................................................................................................................... - 3 -2、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 ........................................................................ - 4 -2.1确定毛坯的制造形式....................................................................................................... - 4 -2.2确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差 ........................................................................... - 4 -3.1基面的选择....................................................................................................................... - 5 -4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ........................................................................ - 7 -5、确定切削用量............................................................................................................................ - 7 -6、确定基本工时.......................................................................................................................... - 17 -7、工艺卡片.................................................................................................................................. - 22 -8、专用夹具设计.......................................................................................................................... - 22 -8.1加工工艺孔Φ25夹具设计............................................................................................ - 22 -8.2小结................................................................................................................................. - 26 - 总结................................................................................................................................................ - 27 - 参考文献........................................................................................................................................ - 28 - 致谢.............................................................................................................................................. - 30 -1、杠杆加工工艺规程设计1.1零件的分析1.1.1零件的作用题目所给的零件是CA6140车床的杠杆。
第一章: 微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容数控系统总体方案的拟定应包括以下内容:系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。
一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、连续控制系统和点位/直线控制系统。
如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。
例如，数控钻床，在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。
对于点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。
连续控制系统要求工作台和刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，能够控制刀具沿任意直线或曲线运动，控制每一个轴的位置和速度，使得各个轴同步协调到达目标点。
连续控制系统不仅控制目标点，而且控制刀具到达这些目标点的整个路径，使刀具始终接触工件并制造出希望的形状，所以具有连续控制系统的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，故而连续控制系统又称为轮廓控制系统或仿型系统。
在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。
例如，数控铣床、数控车床等。
点位-直线系统，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工作，进行简单的车削和铣削作业。
其控制方法与点位系统十分相似，故有时也将这两种系统统称为点位控制系统。
例如，数控镗铣床等。
二、伺服系统的选择伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。
指令发出后，不再反馈回来，故称为开环控制。
开环控制系统主要由步进电机驱动。
开环伺服系统结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单。
目前国内大力发展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。
闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。
闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。
天津大学毕业设计（论文）任务书题目：CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造完成期限：2010年8月23日至2010年12月24日学院_机械工程学院_ 指导教师_ _专业_机械工程及自动化_ 职称_ _学生系主任________接受任务日期_2010.8.23_ 批准日期 2010.8.23一、原始依据（资料）㈠CA6140卧式车床的技术数据：工件最大直径在床身上400mm 在刀架上210mm最大加工长度750、1000、1500、2000mm加工螺纹围公制螺纹 mm1~12 (20种) 英制螺纹 t/m2~24 (20种) 模数螺纹 mm0.25~3 (11种) 径节螺纹 t/m7~96 (24种)主轴最大通过直径48mm孔锥度莫氏6#正转转速级数24正转转速围10~1400r/min 反转转速级数12反转转速围14~1580r/min进给量纵向级数64纵向围0.028~6.33mm/r 横向级数64横向围0.014~3.16mm/r滑板行程横向320mm纵向650、900、1400、1900mm 刀架最大行程140mm最大回转角±90°刀杠支承面至中心的距离26mm刀杠截面B×H25×25mm尾座顶尖套莫氏锥度5#横向最大移动量±10mm外形尺寸长×宽×高2418×1000×1267mm工作精度圆度0.01mm圆柱度200:0.02平面度0.02/φ300mm 表面粗糙度Ra 1.6~3.2μm电动机功率主电动机7.5kw总功率7.84kw ㈡横向进给机构改造的设计依据：最大加工直径在床面上400mm在床鞍上210mm快进速度横向 2.4m/min最大切削进给速度横向0.8m/min定位精度±0.015mm起动加速时间30ms脉冲当量0.01mm/脉冲溜板及刀架重力横向600N代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式绝对、增量控制坐标数2自动升降速性能有㈢主要参考资料：[1] 新义主编，经济型数控机床系统设计，:机械工业，1993[2] 高钟毓主编，机电一体化系统设计，：机械工业，2000，P17~25、P92~93[3] 虞洪述主編，机械制图，：交通大学，1997，P208~323[4] 松林、奇鹏主编，机电一体化机械系统设计，：机械工业，1996[5] 楼建勇主编，数控机床与编程，：大学，1998[6] 戴曙主编，金属切削机床，：机械工业，1999年[7] 可桢、程光蕴主编，机械设计基础，：高等教育，1989[8] 吴宗泽、罗圣国主编，机械设计课程设计手册，:高等教育，1998[9] 洪主编，实用机床设计手册，：科学技术，1999，P791~864[10] 斌主编，数控加工技术，：高等教育，2001，P1[11] 吴主编，金属切削机床，：机械工业，1995年，P23~25、P242[12] 秀珍、曲玉峰主编，机械设计基础，：机械工业，1999，P118[13] 金伴、马伟编，实用数控机床技术手册，：化学工业，2007，P129~152[14] 林其骏主编，数控技术与应用，：机械工业，1995，P1~3、P56~69、P146~160[15] 巧媛主编，单片机原理及应用，：电子工业，1997，P130～150[16] 陆剑中、家宁主编，金属切削原理与刀具（第2版），：机械工业，1997，P52[17] 郝忠军、雷晓玲主编，综合作业指导书，：机械部工程师进修大学电气学院，1995，P53~85[18] 胡旭兰，CA6140车床进给系统的数控改造，：机床与液压，2004，No.3，P167[19] 国浩、左玉营，CA6140普通车床的数控化改造，：机械，2005，No.3，P22[20] 中敏，旧机床数控化改造进给系统的设计及计算，：中国设备工程，2008，No9，P57~61[21] 朱晓春主编，先进制造技术，：机械工业，2004，P7[22] 毛必显，普通机床的数控改造（续），：设备管理与维修，1997，No5，P21[23] 中敏，机床数控改造探讨，：中国设备工程，2005，No10，P13~14[24] 王亚鹏，CA6140型普通车床的数控化改造，：科技创新导报，2009，No30，P60[25] 志彪，普通机床的数控改造初探，省：考试周刊，2010，No19，P156二、设计容和要求：㈠设计要求1、CA6140数控车床横向进给机构的装配图（A0图纸一）2、横向进给机构的部分零件图（A4图纸一）3、数控车床进给系统的控制电路图（A1图纸一）4、设计说明书（1.9万余字）一份5、答辩ppt文件一个6、光盘一㈡设计容主要容是CA6140型普通车床横向进给机构的数控化改造，包括绪论的编写，进行了国外有关资料的搜集，确定了系统的脉冲当量，进行了滚珠丝杠螺母副的选型与参数计算，齿轮传动比计算，进给传动系统的刚度校核，驱动电机的选型计算，滚珠丝杠轴承的选型与校核，等效转动惯量计算，电机力矩计算，计算了步进电机的空载起动频率和切削时的工作频率，步进电动机的选择，标准件的选择和控制电路的设计等。
第一章微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。
具体包括：一、数控系统总体设计方案的拟定（1）系统运动方式的确定。
（2）伺服系统的选择。
（3）执行机构的传动方式确定。
（4）计算机的选择。
应根据设计任务和要求，参考现有同类型数控机床，进行综合分析、比较和论证，确定以上内容。
二、进给伺服系统机械部分设计计算（1）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。
（2）确定脉冲当量。
（3）滚珠丝杠螺母副的计算和选型。
（4）导轨的计算和选型。
（5）进给伺服系统传动计算。
（6）步进电动机的计算和选用。
（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。
三、微机控制系统的设计（1）控制系统方案的确定及框图绘制。
（2）MCS-51系列单片机及扩展芯片的选用。
（3）I/O接口电路及译码电路的设计。
（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。
四、数控加工程序的编制（1）零件工艺分析及确定工艺路线。
（2）选择数控机床设备。
（3）确定工件装夹方法及对刀点。
（4）选择刀具。
（5）确定切削用量。
（6）编制零件加工程序。
第二节总体设计方案的确定一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。
如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制系统。
例如数控钻床，在工作台移动过程中不进行钻孔加工，因此可选用点位控制系统。
对点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。
若要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，则为连续控制系统，应具备控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。
具备这种控制能力的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，所以连续控制系统又称为轮廓控制系统。
例如数控铣床、数控车床等均属于此种运动方式。
还有一些采用点位控制的数控机床，例如数控镗铣床等，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工件。
计算机数字控制系统（Computer Numerical Control 简称为CNC 系统）。
一个完整的现代化数字控制机床由数控装置，可编程控制器，电源模块，伺服模块，伺服电机，反馈系统，机床控制面板，人机通讯单元，手持单元，液压系统，润滑系统，冷却系统，机床本体，滚珠丝杠，自动换刀系统，等等组成。
数控机床的生产率高，设备柔性好，使工人的劳动强度大为减轻，具有较高的经济效益，能加工普通机床所不能加工的复杂形面。
由于数控机床的优越性，在国际竞争日益激烈、产品品种变化频繁的形势下，各国都致力与开发生产各种数控机床，其中将普通机床改造为经济型数控机床，简单方便，易于实现，使系统的性能价格比大为提高。
本次的设计题目是将C6140普通车床改造成为MCS-51系列单片机控制的经济数控车床。
由于是初次设计，所以经验有限，在设计过程中难免会出现不足之处，还请各位老师，同学们多多指导，帮助。
设计项目设计过程及说明主要结果一、脉冲当量的选择脉冲当量由设计任务书可知：纵向：0.01mm/脉冲横向：0.005mm/脉冲纵向：0.01mm/脉冲横向：0.005mm/脉冲二、切削力计算1、设计任务书给出床面上最大加工直径为：D MAX=400mm2、用经验公式计算下图纵车外圆时的各切削分力：①主切削力：F Z =0.67* D MAX1.5=0.67*4001.5=5360N纵车外圆时的主切削力：F Z =5360N设计项目设计过程及说明主要结果二、切削力计算②再按以下比例可求出分离力F X和F YF X:F Y:F Z=1:0.25:0.4走刀方向的切削力:F X =0.25*F Z=0.25*5360=1340N垂直走刀方向的切削力:F Y =0.4*F Z=0.4*5360=2144N3、用经验公式计算如下所示横车端面时的各切削分力：①主切削力F`Z(N)可取纵切的一半如下：F`Z=F Z/2=5360/2=2680②继续用经验工式粗略计算：F`Z:F`Y:F`X=1:0.25:0.4走刀抗力为： F`Y=2680*0.25=670吃刀抗力为： F`X=2680*0.4=1072纵车外圆时的切削分力：F X = 1340NF Y =2144N横车端面时的切削分力：F`Y=670F`X=1072设计项目设计过程及说明主要结果一、纵向进给率引力计算。
目录第一章设计任务--------------------------------------------------- 1 第二章总体体方案的确定------------------------------------------- 1 第三章主传动系统的改造方案--------------------------------------- 2 3.1主传动系统的改造方案------------------------------------------ 2 3.2换装自动回转刀架---------------------------------------------- 2 3.3螺纹编码器的安装方案------------------------------------------ 3第四章进给传动部件的计算和选型----------------------------------- 4 4.1脉冲当量的确定------------------------------------------------ 4 4.2切削力的计算-------------------------------------------------- 4 4.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型（纵向）---------------------------- 4 4.4同步带减速箱的设计（纵向）------------------------------------ 6 4.5步进电动机的计算和选型（纵向）-------------------------------- 6 4.6同步带传递功率的校核----------------------------------------- 12 第五章控制系统硬件电路设计------------------------------------- 14 第六章步进电动机驱动电源的选用--------------------------------- 16 第七章控制系统的部分软件设计--------------------------------- 16 总结------------------------------------------------------------- 22 参考文献----------------------------------------------------------22第一章设计任务题目：C6140普通车床数控化改造设计任务：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400mm；2.最大加工长度1000mm；3.X（横向）方向定位精度±0.01mm，Z（纵向）方向±0.02mm；4.X方向最快移动速度vxmax =3m/min，Z方向为vzmax=6m/min；5.X方向最快工进速度vxmaxf =0.3m/min，Z方向为vzmaxf=0.6m/min；6.可以采用LED液晶数码管显示；7.冷却泵自动启动/停止；8.制动控制主轴正反转、停止；9.纵横向安装限位开关；10.选择51系列的单片机作为控制系统的CPU，扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A装换电路等。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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ABSTRACTMost 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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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 upa 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.Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform目录┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章前言------------------------------------------------------- 6 1.1 问题的提出---------------------------------------------------- 61.1.1国内外数控系统发展概况------------------------------------- 61.1.2国内外数控技术发展趋势------------------------------------- 71.1.3智能化新一代PCNC数控系统---------------------------------- 7 1.2 普通机床数控改造的经济性评价---------------------------------- 81.2.1微观看改造的必要性----------------------------------------- 81.2.2宏观看改造的必要性----------------------------------------- 9 1.3 普通机床数控化改造市场---------------------------------------- 91.3.1改造的市场------------------------------------------------- 91.3.2进口设备和生产线的数控化改造市场-------------------------- 10 第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计要求------------------ 102.1设计要求------------------------------------------------------ 10 2.2主传动系统和进给系统的改造------------------------------------ 11 2.3主轴脉冲发生器------------------------------------------------ 12 第三章进给伺服系统机械部分设计与计算---------------------------- 143.1 进给系统机械结构改造设计------------------------------------- 14 3.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型----------------------------- 143.2.1确定系统的脉冲当量---------------------------------------- 153.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择与校核步骤---------------- 15 3.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤------------------------ 193.3.1横向进给系统的设计计算------------------------------------ 193.3.2 滚珠丝杠设计计算----------------------------------------- 203.3.3 齿轮及转矩有关计算--------------------------------------- 22 3.4滚珠丝杠螺母副的精度等级-------------------------------------- 23 3.5滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧-------------------------------- 23 3.6 进给系统传动齿轮间隙的消除----------------------------------- 253.6.1 采用减速箱的目的及注意事项------------------------------- 253.6.2 减少或消除空程的必要性和方法----------------------------- 25 第四章 CA6140数控改造步进电机的设计------------------------------ 264.1 步进电机的工作方式------------------------------------------- 26 4.2 步进电机的选择----------------------------------------------- 264.2.1 步进电机选用的基本原则----------------------------------- 264.2.2 CA6140纵向进给系统步进电机的确定------------------------- 27┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.2.3 CA6140横向进给系统步进电机的确定------------------------- 28 第五章自动回转刀架的选型---------------------------------------- 285.1 数控车床刀架的基本要求--------------------------------------- 28 5.2 自动回转刀架的工作原理--------------------------------------- 29 第六章CA6140普通车床数控化改造的数控系统------------------------ 296.1 数控车床及数控系统概述--------------------------------------- 296.1.1 机床主机------------------------------------------------- 304.1.2 驱动装置------------------------------------------------- 304.1.3 辅助装置------------------------------------------------- 304.1.4 数控装置系统--------------------------------------------- 314.1.5 编程装置------------------------------------------------- 31 6.2 微机控制系统硬件电路设计------------------------------------- 316.2.1控制系统的功能要求---------------------------------------- 316.2.2硬件电路的组成-------------------------------------------- 31 6.3 单板控制系统的设计------------------------------------------- 326.3.1 硬件配置------------------------------------------------- 326.3.2 贮存器空间分配------------------------------------------- 326.3.3 I/O口地址分配-------------------------------------------- 326.3.4 光电隔离电路--------------------------------------------- 33 6.4 8031单片机简介----------------------------------------------- 33 6.5 存储器扩展电路设计------------------------------------------- 346.5.1 程序存储器的扩展----------------------------------------- 346.5.2 数据存储器的扩展----------------------------------------- 34 6.6 译码电路设计------------------------------------------------- 38 6.7 其他辅助电路设计设计----------------------------------------- 386.7.1 8031的时钟电路单片机的时钟的产生方式--------------------- 386.7.2 复位电路------------------------------------------------- 406.7.3 越界报警电路--------------------------------------------- 406.7.4 掉电保护电路--------------------------------------------- 41第七章安装调整中应注意的问题----------------------------------- 427.1 滚珠丝杠螺母副的选择--------------------------------------- 427.2 滚珠丝杠螺母副的调整--------------------------------------- 427.3 联轴器的安装----------------------------------------------- 427.4 主轴脉冲发生器的安装--------------------------------------- 42┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第八章结束语---------------------------------------------------- 42 致谢------------------------------------------------------------- 43 参考文献----------------------------------------------------------44第一章前言1.1问题提出┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。
CA6140车床数控改造设计说明书目录1.绪论 (1)2.设计要求 (3)2.1总体方案设计要求 (3)2.2设计参数 (4)2.3.其它要求 (4)3.进给伺服系统机械部分设计与计算 (8)3.1进给系统机械结构改造设计 (9)3.2横向进给伺服系统机械部分的计算与选型 (10)3.2.1确定系统的脉冲当量 (10)3.3.3 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 (14)3.3.4齿轮有关计算 (16)3.3.4 (2)横向齿轮及转矩的有关计算 (20)4.步进电动机的计算与选型 (23)4.1步进电动机选用的基本原则 (23)4.2步进电动机的选折 (24)5.主轴交流伺服电机 (24)5.1机床主运动电机的确定 (26)5.2主轴的变速范围 (26)5.3初选主轴电机的型号 (27)5.4主轴电机的校核 (27)6. 微机控制系统硬件电路设计 (28)6.1控制系统的功能要求 (28)6.2硬件电路的组成 (28)6.3设计说明 (31)7．安装调整中应注意的问题 (31)7.1滚珠丝杠副的特点 (31)7.2滚珠丝杠螺母副的选择 (32)7.3滚珠丝杠螺母副的调整 (32)7.4联轴器的安装 (32)7.5主轴脉冲发生器的安装 (32)结论 (35)参考文献 (36)绪论数控机床与普通机床相比,增加了功能,提高了性能,简化了结构.较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。
能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（2）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费；（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。
要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。
普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。
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。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
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，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。
2设计要求2.1总体方案设计要求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。
现列出CA6140卧式车床的技术数据：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---12(20种)加工螺纹范围英制螺纹t/m 2---24(20种)模数螺纹mm 0.25---3(11种)径节螺纹t/m 7---96(24种)最大通过直径48mm孔锥度莫氏6#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0.028---6.33mm/r横向级数64横向范围0.014---3.16mm/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#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400mm在床鞍上210mm 最大加工长度1000mm快进速度纵向 2.4m/min横向 1.2m/min最大切削进给速度纵向0.5m/min横向0.25m/min溜板及刀架重力纵向800N横向600N代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数 2脉冲当量纵向0.01mm/脉冲横向0.005mm/脉冲机床定位精度±0.015mm刀具补偿量0mm---99.99mm进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横向0.075mm自动升降速性能有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，保正安装、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不是唯一的。
以下是其中的一种方案：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安装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横向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。
计算简图如下图所示：3.2.1确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机床加工精度的一个基本参数。
因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。
对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技术参数中，要求纵向脉冲当量fp为0.01mm/step。
横向脉冲当量为fp=0.005mm/step。
3.2.2 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤（1）型号选择1）最大工作载荷计算由于导向为贴塑导轨，则：k=1.4 f’=0.05,F1为工作台进给方向载荷，Fl=2141N,Fv=5360N,Fc=1340N,G=60kg,t=15000h,最大工作载荷：Fm=kF1+f’(Fv+2Fc+G)=1.4×2144+0.05(5360+2×1340+9.8×75)=3440.4N2）最大动载荷的计算V横=1400r/min×0.79mm/r=1106mm/minn横丝=v横×1/2/L纵=1106×1/2/4=138.25r/minL=60nt/=60×138.25×15000/106=124.43C=fmFm =×1.5×3440.4=25763.7N∴初选滚珠丝杠型号为：CD50×6-3.5-E其基本参数为Dw=3.969mm,λ=2o11’,L0=6mm,dm=50mm,圈数×列数×3.5×1 (2) 横向滚珠丝杠的校核1）传动效率η计算η==tgλ/tg(λ+φ)=tg2o11’/tg(2o11’+10’)=93%2) 刚度验算1. 丝杠的拉压变形量δ1=±Fm×L/EA=±3440.4×320/20.6×104×π×252=±0.0027mm2.滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ2=0.0013×=0.0013× 2=0.0070mm在这里Fyj=Fm/3=3352.6/3=1118NZ=πdm/Dw=3.14×50/3.969=39.56Z∑=39.56×3.5×1=138.48丝杠的总变形量δ=δ1+δ2=0.0027+0.0070=0.0097mm<0.015mm 查表知E级精度允许的螺距误差为0.015mm，故所选丝杠合格3.2.3齿轮有关计算(1)纵向齿轮及转矩的有关计算1）有关齿轮计算，由前面的条件可知：工作台重量：W=80kgf=800N(根据图纸粗略计算)滚珠丝杠的导程: Lo=12mm步距角: α=0.75°/step脉冲当量: δp=0.01mm/step快速进给速度：V max=2m/min所以,变速箱内齿轮的传动比i====2.5 （3-9）齿轮的有关参数选取如下:Z1=32 , Z2=40 ,模数m=2mm齿宽 b=20mm 压力角α=20°齿轮的直径 d1=mz1=2×32=64mmd2=mz1=2×40=80mmdα2=d1+2ha*=68mmd α2=d2+2ha*=84mm两齿轮的中心矩 a= = =72mm2）转动惯量计算工作台质量折算到步进电动机轴上的转动惯量:J1=W()2= ( )2 ×80×=0.467kg.cm2 （3-10）对材料为钢的圆柱形零件,其转动惯量可按下式估算:J=7.8×10-4D4L kg.cm2 （3-11）式中 D---圆柱形零件的直径,cmL---零件的轴向长度,cm所以,丝杠的转动惯量:J1=7.8×10-4+D4L1=7.8×10-4×3.24×140.3=11.475 kg.cm2齿轮的转动惯量:=7.8×10-4×6.44×2=2.617 kg.cm2=7.8×10-4×84×2=6.39 kg.cm2电动机转动惯量很小,可忽略。
