CA6140经济型数控车床横向进给系统设计

摘要此设计是经济型中档精度数控车床横向进给系统。

面对我国目前机床数量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少的资金迅速改变机械工业落后的面貌。

而数控车床（及其系统）已经成为现代机器制造业中不可缺少的组成部分。

所以，实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机床。

进给系统是由伺服电机经滚珠丝杠拖动工作台来完成的所以设计涉及伺服电机的选择，滚珠丝杠设计等。

目前绝大部分的机床的横向进给均是采用滚珠丝杠来传递运动的，传动的精确性主要取决于丝杠支承形式，丝杠与伺服电机的联接方式。

在设计中充分考虑到这两个问题，并且，设计精度须达原始数据。

关键词：滚珠丝杠伺服电机横向进给AbstractThis design is the feeding operation of numerical control lathe with economic type of intermediate precisionIn view to the quantity of machine tools in our country is not enough and the scale of industrial production is little at present, the outstanding task is to change our mechanical industrial appearance with less fund in short order.And the numerical control lathe and its system have become an important part in modern manufacturing industry.So, to realize this task, the effective and the basic channel is to use this economic type of numerical control lathe widely.Feeding system goes normally with the ball screw which is droved by servo-motor dragging the workbench up and down.So, this design includes the option of servo motor, the design of ball screw and so on.Now, the landscape orientation feeding of most machine tools is offered by ball screw. The accuracy of the transmission depends on mainly the form of the screw supports and the way of how screw and servo-motor to be joined.Besides the precision of the design needs Bases the primal data.Consider these two questions in the design sufficient. Keyword:holler-type thread Servo motor landscape orientation目录0引言 (1)1 国内外发展概况及现状介绍 (2)2总体方案论证 (4)2.1选择传动系统 (4)2.2选择传动装置 (5)3具体设计说明 (6)3.1横向进给滚珠丝杠副的设计选择 (6)3.1.1确定滚珠丝杠的支承方式 (6)3.1.2滚珠丝杠副额定载荷 (7)3.1.3滚珠丝杠副主要参数的确定 (8)3.1.4滚珠丝杠与伺服电动机的联接 (12)3.2伺服电机型号选择 (15)3.2.1进给电机功率的确定 (15)3.2.2伺服电机型号 (15)3.2.3同步带轮的选择 (15)4结论 (17)5参考文献 (18)6设计工作小节 (19)7附件清单 (20)0、绪论本设计课题为：经济型数控车床横向进给系统设计。

各专业全套优秀毕业设计图纸西安工业大学机电一体化课程设计CA6140横向进给系统的数控化改造学生：学号：110209专业：机械设计制造及其自动化日期：2014.7.1摘要目前大多数企业还有数量众多，而且还有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相对较低，不能批量生产，生产的自动化程度不高，生产自适性差，但考虑投资成本，产业的连续性和转型周期，又不能马上淘汰。

而把普通机床改装成数控机床不失为一条投资少，提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提升竞争力，在我国成为机械制造强国的进程中占有一席之地。

数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，产品质量稳定、可靠，生产效率高，可加工形状复杂的零件，改善劳动条件，有利于生产管理和机械加工自动化的发展。

在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。

因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。

也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。

目前机床数控化改造的市场在我国有很大发展空间，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。

本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能以及最后改造方案的确定。

关键字：机床，数控化，改造一、总体改造方案的确定1.CA6140普通车床简介车床基本组成如下图所示：2.改造内容及要求本课程设计要求在熟悉CA6140进给机构的基础上，对其进行数控化改造，使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，由此不但可以提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短。

具体要求如下：（1）在综合考虑资金投入、车窗性能的基础上，将普通车床的横向进给轴进行数控化改造，确定系统改造方案；（2）按照系统改造方案，应用提供的设计参数，选择、校核驱动电机、滚珠丝杠和传动齿轮，并对其他相关机械结构进行设计，设计完成时要求绘制出横向轴的装配图，并撰写设计说明书。

机械机床毕业设计9CA6140横向进给系统及刀架的数控改造概述：本文将探讨机械机床毕业设计中的9CA6140横向进给系统以及刀架的数控改造。

数控技术的应用使得机床具备了更高的精度和灵活性，而在9CA6140上进行数控改造可以提高其工作效率和加工质量。

本文将从横向进给系统的数控改造和刀架的数控改造两个方面进行详细介绍。

一、横向进给系统的数控改造：9CA6140机床的横向进给系统常采用液压伺服系统，通过改造将其改为数控系统可以提高系统的精度和稳定性。

具体的改造步骤如下：1.替换液压伺服系统：将原有的液压伺服系统更换为数控伺服系统，数控伺服系统具有更高的精度和响应速度。

2.安装数控伺服电机：选用适合的数控伺服电机进行安装，确保其能够稳定运行并实现精确的横向进给。

3.连接数控系统：将数控伺服电机与数控系统进行连接，确保能够实现数控编程和控制。

4.进行调试和测试：进行横向进给系统的调试和测试，确保系统正常运行并满足要求的精度和稳定性。

二、刀架的数控改造：刀架是机床中重要的部件，对加工精度和加工效率具有很大的影响。

通过数控改造可以提高刀架的控制精度和操作灵活性，具体的改造步骤如下：1.替换传统的机械刀架：将原有的机械刀架更换为数控刀架，数控刀架具有更高的控制精度和操作便捷性。

2.安装数控刀架电机：选用适合的数控刀架电机进行安装，确保能够精确控制刀架的运动。

3.连接数控系统：将数控刀架电机与数控系统进行连接，确保能够进行编程控制和自动操作。

4.进行调试和测试：进行数控刀架的调试和测试，确保刀架运动准确、灵活。

总结：通过对9CA6140机床的横向进给系统和刀架的数控改造，可以提高机床的加工效率和加工质量。

横向进给系统的数控改造能够提高系统的精度和稳定性，而刀架的数控改造则可以提高刀架的控制精度和操作灵活性。

这些改造将使得机床更加适应现代生产需求，具备更高的竞争力。

- I -机电一体化系统设计课程设计任务书一、设计题目：C6140卧式车床横向进给机构数控化改造及控制设计二、设计目的：传统C6140卧式车床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滑板、床鞍以及中滑板产生滑动，进给参数依靠手工调整，改变参数时需要停车；本设计根据传统C6140卧式车床横向进给结构的特点，改造其横向进给机构装置，并设计相应的微机控制系统以提高车床的加工效率和加工范围，对提高和锻炼学生机电产品系统设计能力具有一定的帮助。

三、设计任务及要求：有关参数：1、床身上最大加工直径400mm;2、最大加工长度1000mm ；3、X 方向（横向）的脉冲当量脉冲mmx 005.0=δ； 4、X 方向最快移动速度min mm 3000v xmax =；5、X 方向最快工件进给速度minmm400v xmax =； 6、X 方向定位精度为;01.0mm ±设计任务：1、 确定总体设计方案；2、 C 6140卧式车床横向进给机构数控化改造方案；3、 步进电动机选用与计算，滚珠丝杠副传动部件的计算,同步带减速箱计算；4、 确定X 向步进电动机微机（或单片机）控制方案，选用芯片正确连线。

设计要求：1、 用CAD （或手画）绘制改造的C6140卧式车床横向进给机构装配图；2、 用CAD （或手画）绘制改造的C6140卧式车床横向进给机构的滚珠丝杠部件图；3、 手画X 向步进电动机微机（或单片机）控制原理图，其中包括正确选用芯片，正确连接各芯片之间的引脚等。

4、 按要求编写课程设计说明书。

四、设计时间及进度安排：设计时间共两周（2011.12.25～2012.01.07）,具体安排如下表：。

数控系统课程设计C6140普通卧式车床数控化改造之横向进给系统（X）轴设计----xxxx一·车床横向进给系统存在的问题分析C6140车床横向进给系统在连续的使用过程中，由于磨损等原因，使丝杠与丝母间隙过大，产生轴向窜动，影响进给精度。

通过调整可消除丝杠与丝母间的间隙，但实践证明，这种调整方法只消除了丝母的磨损间隙，而没有消除丝杠的磨损间隙。

如果按丝杠磨损较大部位调整丝母，则在丝杠磨损较小部位可能因间隙过小而使进给手柄转动太沉。

经过长期的观察和实践，发现几乎所有的机床都在很大程度上存在着进给机构精度因磨损而严重下降的问题。

普通车床的横向进给机构因其使用频繁且承受很大的切削力，所以，磨损程度较其它机床严重，如果能够有效地解决车床的进给精度问题对其它类似的机构都有指导意义。

几十年来，国内外车床一直采用上述的传统结构，操作者在使用过程中必须经常进行调整，并把这项工作列入一级保养内容。

因此，增加了工人的劳动强度，降低了设备的利用率，即使这样也不能很好地保证设备的精度。

常见改进方案及存在问题针对普通车床横向进给机构的进给精度问题国内外专家多采用以下三种解决方案。

1.在中修或项修过程中，更换新的横向进给丝母。

必要时，对横向进给丝杠进行修复，然后再配作丝母，这种办法并没有从根本上解决横向定位精度问题。

机床只是在修复后最初阶段能够保障横向进给精度，数月后就进人反复调整阶段.而且加大了维修成本。

2.有的专家试图用改进横向进给丝杠支承结构或减小丝杠变形的方法来解决问题。

这种方案仅提高了丝杠的刚度，虽然能够间接地减缓丝杠和丝母的磨损，但仍然没有从实质上解决问题。

这种方法的缺点是改造的成本和维修费用很大。

3.80年代中期，随着电子技术的进步与发展，国内外的专家们纷纷采用数控或数显技术对机床进行改造。

采用数控技术改善机床进给机构精度，尤其是采用闭环控制，很好地解决了进给精度问题。

但是这种技术改造成本太高，一般企业无法承受。

摘要针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。

本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。

采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。

改造过程如下：（1）机械部分的改造，包括纵向进给方向的改造和横向进给方向的改造。

主要包括对滚珠丝杠螺母副及反应式步进电机的计算选择及纵向、横向机构装配图方案的制定。

（2）电气控制部分的设计，主要包括MCS-51系列单片机及扩展芯片的选用和电气控制图的设计。

关键词：数控，单片机，步进电机，滚珠丝杠，改造IABSTRACTABSTRACTTo remedy the defects of ordinary lather C6140, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forwa rd to raise the processing precision and extend the machine’s usage, and to improve production rate。

This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。

We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。

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。

CA6140车床横向进给系统数控化改造设计1、绪论1.1数控化改造背景数字控制简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法，对数控车床来说控制对象就是金属切削车床，数控车床与普通车床相比，增加了功能，提高了性能，较好的解决形状复杂，精密的小批量的零件加工问题，能获得稳定的加工质量和较高的生产率在美国、日本和德国等发达国家，他们的机床改造业作为新的经济增长行业，生机勃勃，正处在黄金时期。

由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造成了一个“永恒”的课题。

在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线有着广阔的市场，这已经形成了机床和生产线的数控改造的新的行业。

在美国机床数控化改造被称作机床再生业。

从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-BuUavd（得宝）服务集团、US设备公司等。

1.2车床数控化改造的意义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、国内市场上缺乏竞争了，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。

在过去的几十年，虽然金属切削的基本原理变化不大，但随着社会生产力的发展，要求制造业向自动化和精密化方向发展，而刀具材料和电子技术的进步，特别是微电子技术、电子计算机的技术进步，运用到控制系统中，既能帮助机床的自动化，又能提高加工精度。

这些都要求对旧机床进行改造。

另外，在经济方面，用机床的数控改造比更新设备节约50%的资金。

再加上市场的原因，由于目前机床市场供给无法满足大量的机床设备的更新需要，因此更显示出机床数控改造的必要性。

1.3我国在这领域已取得的成果我国从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。

摘要 (I)ABSTRACT (II)1.前言 (1)1.1数控改造的现状 (1)1.1.1国外的发展 (1)1.1.2国内的发展 (1)1.2数控改造的优缺点 (2)1.3数控改造的意义 (2)1.4机床数控改造后的市场 (3)2.数控改造的总体设计 (4)2.1对机床的改造部位 (4)2.2进给系统的改造 (4)2.3步进电机的选取 (5)2.5减速驱动机构 (5)2.6数控系统选型 (6)2.7机械传动方式 (6)2.8驱动系统的总体设计 (7)3.机床结构的组成 (8)3.1滑动导轨副 (8)3.2齿轮副 (8)3.3滑动丝杠与滚珠丝杠 (9)3.4安全防护 (9)4课题任务 (9)4.1课题背景及意义 (10)4.1.1 课题背景 (10)4.1.2 课题意义 (12)5滚珠丝杠的总体设计 (12)5.1滚珠丝杠副的工作原理及其传动特点 (12)5.2滚珠丝杠的结构形式的选择 (13)5.3滚珠循环方式的选择 (14)5.4滚珠丝杠支承形式的选择 (15)5.5滚珠丝杠副预紧方式的选择 (16)5.1.1滚珠螺母预紧的类型及其选择 (16)5.1.2双螺母预紧的工作原理方式 (17)5.1.3计算切削力 (19)5.1.4滚珠丝杠幅的选择 (19)5.1.5滚珠丝杠副选择计算 (19)5.1.6滚珠丝杠副的校核 (21)6横向进给系统的改造 (26)7其它机械部分的具体设计 (30)7.1对各部分的改造要求 (30)7.1.1床身 (30)7.1.2主轴变速箱 (30)7.1.3挂轮箱 (30)7.1.4刀架 (30)7.1.5拖板 (30)7.1.6减速齿轮箱 (30)7.1.7伺服进给机构的设计 (31)7.2步近电机拖动的开环系统 (32)7.3异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统 (32)7.4交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统 (32)7.5数控系统的选择 (32)7.5.1802C数控系统组成 (32)7.5.2步进电机的驱动电路 (33)7.6电动刀架的设计 (34)7.6.1电动刀架的机械结构 (34)7.6.2免抬式电动刀架 (34)7.6.3电动刀架的控制电路 (36)8 结论 (38)参考文献 (39)致谢 (40)摘要企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。

课程设计说明书题目：CA6140车床横向进给轴的数控化改造（2013 —2014 学年第 2 学期）摘要 (1)第一章课题研究背景及其意义 (1)第二章、总体方案设计 (4)2.1 功能分析法 (4)2.1.1总功能的抽象化 (4)2.1.2 功能元 (5)2.1.3形态学矩阵 (6)2.1.4方案选择与评价 (6)2.2改造方案 (11)第三章机械传动部件的计算与选型 (12)3.1切削力的计算 (12)3.2直线贴塑滑动导轨选型 (13)3.3滚珠丝杆副的计算与选型 (14)3.3.1最大工作载荷Fm的计算 (14)3.3.2 最大动工作载荷F Q的计算 (14)3.3.3 初选型号 (15)3.3.5 刚度验算 (16)3.3.6 稳定性校核 (19)3.3.7滚珠丝杠支撑及预紧方式选用 (20)3.3.8轴承选用 (22)3.3.9 轴承寿命计算 (22)3.4步进电动机减速箱选用 (23)3.5步进电动机的计算与选用 (27)3.5.1计算加在步进电机转轴上的总转动惯量 (27)3.5.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 (29)3.5.3 步进电动机最大静转矩的选定 (32)3.6联轴器 (37)结束语 (38)致谢 (39)摘要应用成熟的数控技术理论和成功经验，以低廉的成本对普通旧机床进行数控化改造，可恢复甚至提高原机床的精度，适应工业高速跨越式发展的要求，为此机床数控化改造在国际国内作为新的经济增长方式行业获得了很大的发展。

本文以CA6140机床为研究对象，对该机床进行了数控化改造，主要研究内容如下：对数控伺服系统的工作原理进行分析研究，简单了解了数控化改造过程中数控系统的选型，分析研究了CA6140机床的数控化改造方案，根据进给系统的要求，对切削力和滚珠丝杠进行了计算，并选配了合适的齿轮减速器和步进电机。

对改造以后的机床精度进行了恢复，并给出伺服系统典型部件改造方案。

此次研究，为企业技术人员实现传统CA6140型车床数控化改造提供了行之有效的科学方法，对于企业其他传统设备的技术改在也有借鉴和参考价值。