CA6140车床经济型数控改装的设计概述(doc 39页)

CA6140车床传动部分数控改装设计作者姓名：XX专业名称：机械工程及自动化指导教师：XX摘要数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，数控机床在当今机械制造业中发挥着巨大的作用。

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。

本文针对CA6140车床传动部分进行数控改装设计，在简单介绍了普通车床数控改造的必要性及优点以及数控系统的产生和发展的基础上，针对CA6140车床的主要技术参数，确定了传动部分数控改造的总体方案。

对主传动系统中的各级转速、齿轮设计、电动机选择等进行了详细研究，对横向进给和纵向进给系统设计、步进电机的选择、车床横向进给丝杠螺母结构的改进等也进行了研究。

同时介绍了对机床导轨、刀架等其它部分的改造。

通过对普通机床的数控改造，在理论上提高了机床的加工精度、生产能力，减少了传动件数量，使传动系统变得简单精练，进一步扩大了机床的自动化程度。

关键词：普通车床数控改造传动部分AbstractNow numerical control technology and CNC equipment manufacturing industry is an important basis of modernization and the NC machine plays a very great role in mechanical engineering.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 steps are counteracted severely. 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.In this pape, the transmission part of CA6140 lathe of NC transformation is reconstructed by applying NC technology. Based on introducing the necessity and advantages of using NC technique for rebuilding machine tools and the emergence and development of the NC system, we determine the overall scheme of the NC transformation according to the main technical parameters of the CA6140. The levels of main transmission system, speed, gear design, motor selection are studied. At the same time, traverse and longitudinal feeding system design, stepping motor choice, lathe traverse screw nut structure improvement, the transformation of guide way and the tool rest will be studied and introduced.Reequipped machine tools with the CNC devices, the accuracy of processing and the production capabilities of the lathe are enhanced greatly in theory. The quantity of the transmission parts is reduced and the transmission chain cycle is shorten. To further expand the automation of the machine tool, the transmission system becomes simple and concise.Keywords:engine lathe, NC transformation, transmission system目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 概述 (2)1.1机床数控改造的目的 (2)1.2数控系统的产生和发展 (2)1.3数控改造的必要性 (3)1.4数控机床改造的优点 (3)1.5 CA6140数控车床主要技术参数 (3)1.6数控机床改造的设计步骤 (4)2 总体方案设计 (6)1.主轴箱的改造 (6)2.进给系统的改造 (6)3主传动系统设计 (8)3.1 转速图的拟定 (9)3.1.1 确定传动原理图 (9)3.1.2公比Φ及结构式的确定 (10)3.1.3验算传动组的变速范围 (11)3.1.4确定传动的各级转速及确定转速图 (11)3.1.5计算各轴转速 (12)3.1.6 齿轮齿数的确定 (12)3.2 主传动改造设计 (12)3.3 齿轮的设计 (14)3.4轴与轴承的改造设计 (15)3.5 主轴脉冲发生器 (16)3.6 选择电动机 (17)4进给系统设计 (18)4.1概述 (18)4.2 进给系统设计与计算 (19)4.2.1纵向进给系统的设计计算 (19)4.2.2横向进给系统的设计计算 (25)4.2.3步进电机的选择 (29)4.2.4 车床横向进给丝杠螺母结构的改进 (31)4.3 进给系统的安装调整 (33)5 其它部分的改造 (34)5.1 机床导轨的改造 (34)5.2 自动转位刀架的改造 (35)5.3可控电动尾座 (36)总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)前言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。

摘要我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。

这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。

普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形式下将大批故障机床尤其是一大批闲置的普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这批设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。

此次毕业设计中，我主要改造的部分是自动刀架、传动机构的滚珠丝杠的加入，实现了单片机控制，并对步进电机进行了选择，并加入了主轴脉冲发生器,使车床的精度，安全性得到了一定的提高，同时节省了操作时间。

关键词:滚珠丝杠单片机脉冲发生器自动刀架目录第1章绪论----------------------------------------------------------11.1 国内外车床发展概况及存在的问题--------------------11.2 数控化改造的内容-----------------------------------------21.3 数控机床的发展趋势--------------------------------------2第2章C6140普通车床数改的总体方案----------------------42.1 总体改造方案-----------------------------------------------42.2 主传动系统和进给系统的改造--------------------------42.2.1 机械部分的改造---------------------------------------52.2.2 刀架的改造---------------------------------------------5第3章数改C6140车床传动装置设计-------------------------53.1 传动装置总体设计--------------------------------------------53.2 滚珠丝杠螺母副选择-----------------------------------------63.2.1 滚珠丝杠副的特点及类型---------------------------73.2.2 滚珠丝杠副的结构------------------------------------83.3 纵向进给系统的设计与计算--------------------------------93.3.1 纵向进给系统的设计计算---------------------------93.3.2 滚珠丝杠设计计算------------------------------------113.3.3 齿轮及转矩的有关计算------------------------------153.4 横向进给系统的设计计算-----------------------------------193.4.1 横向进给系统的设计计算---------------------------193.4.2 滚珠丝杠设计计算------------------------------------203.4.3 齿轮及转矩有关计算---------------------------------223.5 滚珠丝杠副的安装结构--------------------------------------243.6 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4章数改C6140自动刀架设计------------------------------264.1 自动刀架的分类----------------------------------------------264.2 自动刀架的设计----------------------------------------------274.2.1 刀架抬起--------------------------------------------------274.2.2 刀架转位--------------------------------------------------274.2.3 刀架定位--------------------------------------------------274.2.4 夹紧刀架--------------------------------------------------28第5章数改C6140步进电机的选择---------------------------295.1 步进电机的工作方式----------------------------------------295.2 步进电机的选择----------------------------------------------295.2.1 数改C6140纵向进给系统步进电机的确定-------295.2.2 数改C6140横向进给系统步进电机的确定-------305.3 主轴脉冲发生器---------------------------------------------305.4 主轴脉冲发生器的结构及原理--------------------------315.5 数控系统基本硬件组成-----------------------------------325.6 单片机控制系统的设计-----------------------------------335.6.1 硬件配置-------------------------------------------------335.6.2 存贮器空间分配----------------------------------------335.6.3 I/O口地址分配-----------------------------------------345.6.4 光电隔离电路-------------------------------------------34第一章绪论1.1国内外车床发展概况及存在的问题随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

优秀设计XXXX大学毕业设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：CA6140普通车床经济型数控改造设计指导教师：职称:职称:20**年XX月XX日毕业设计（论文）任务书注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。

另，学生所做毕业设计(论文)的工作的研究成果归河北理工大学所有，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。

目录摘要 (6)Abstract (7)1绪论 (8)1.1引言 (8)1.2机床数控改造的目的 (9)1.3数控系统的产生和发 (10)1.3.1数控系统的出现和发展 (10)1.3.2数控系统的发展趋势 (11)1.4数控改造的必要性 (11)1.5数控机床改造的优点 (12)1.6数控机床改造的设计步骤 (13)1.7 CA6140的数控改造 (14)1.7.1数控系统的选择 (14)1.7.2 CPU和存储器 (15)1.7.3 I/O接口电路 (16)1.7.4其它部件的选择 (16)2数据参数的选择及其计算 (18)2.1纵向进给系统得设计计算（装配图2） (18)2.1.1选择脉冲当量： (18)2.1.2计算切削力： (18)2.1.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型： (20)2.1.4齿轮及转距的有关计算： (21)2.2横向进给系统的设计计算： (23)2.2.1切削力计算： (24)2.2.2滚珠丝杠设计计算： (24)2.2.3齿轮及设计的有关计算： (26)2.2.3步进电机的选择： (27)2.3自动刀架的设计 (29)2.3.1刀架的抬起： (29)2.3.2刀架的回转和选位 (29)2.3.2刀架的下降定位和压紧 (30)2.3.3减速机构的设计计算 (31)2.3.3蜗杆传动的设计计算 (34)2.3.4螺旋升降装置得设计计算 (38)3数控系统硬件电路设计 (43)3.1概述 (43)3.2 8088微处理器控制系统设计 (44)3.2.1主要技术特性及硬件配置 (44)3.2.2存储空间的分配 (44)3.2.3I/O地址分配 (44)3.2.4单片机部分电路设计图如图纸所示 (44)3.2.5光电隔离电路 (44)3.2.6功率放大电路 (45)3.2.7其他辅助电路 (46)4软件设计部分 (47)4.1概述 (47)4.2总体方案设计 (47)4.3插补方法的确定 (48)4.4进给控制字FCW的设置 (50)4.5环行分配器的子程序 (50)附录Ⅰ (51)附录Ⅱ (57)致谢 (62)参考文献 (63)摘要近20年来.我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。

CA6140车床经济型数控改造摘要:了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。

而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。

它的优点很多,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。

由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。

为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。

纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座,配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾,不占据丝杠空间。

横向进给机构的改造：拆除横向丝杠换上滚珠丝杠,由步进电机带动。

总体设计方案:CA6140车床主轴转速部分保留圆机床的手动变速功能。

车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动。

最后,根据已知条件对纵向横向伺服进给机构进行设计与计算。

关键词:数控、车床、改造Abstract:Numerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automaticallu in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The reformation of the vertical mechanism: we demolish the current smooth leading, leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevant position. The reformation of the horizontal mechanism: we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And Stepper motor drives the screw. The overall master design: the spindle’s gearshift of the CA6140 mechanism controlled by the former operating lever. The moving of the vertical table and the horizontal table is drove by theball screw, which is drove by the Stepper motors. The last, we design the vertical and horizontal mechanism on the basis of known numbers.Key word: Numerical Control、machining、information前言数控机床经济型改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。

CA6140普通车床的数控化改造设计把普通机床改造成经济型数控机床，既可以整合原有资源，使原有普通机床得到充分利用，减少投资费用，又能利用改造后的机床提高质量和效率。

事实证明，普通机床的数控改造能够给企业带来新的前景。

本文根据企业大量存在的CA6140普通机床，从机械部分和电气部分分析和设计入手，把普通车床改造成经济适用性的数控机床。

1机床数控化改造的意义一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性：（1）可以加工出传统机床不易加工的曲线、曲面等复杂的零件；（2）可以实现机加工自动化，而且是柔性自动化，所以效率可比传统型机床提高3～7倍；（3）加工的零件精度高，尺寸分散度小，使装配更容易；（4）可完成多工序的集中加工，减少零件搬运次数；（5）拥有自动监控、自动报警、自动补偿等自律功能，因而可实现一定时间无人看管的加工。

2总体设计方案（1）拆掉原车床的横向和纵向溜板箱、丝杠光杠及挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替换滑动丝杠；（2）纵向齿轮减速装置和驱动电机安装在机床的右端，横向齿轮减速器和驱动电机安装在床鞍的后部（相对操作者）；（3）拆除手动刀架，在小拖板上安装数控转位刀架，实现自动换刀；（4）增加数控装置系统，使机床数控化；（5）在挂轮箱内安装主轴脉冲编码器，以实现对主轴转速的同步检测和加工螺纹功能。

3縱向进给系统的设计改造纵向进给传动系统的改造如图3-1所示。

纵向步进电机1通过一对减速齿轮2把动力传递给纵向滚珠丝杠3，再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台4做往复移动。

原车床的进给箱保留，滚珠丝杠左端仍然采用原固定支承结构，支撑轴6通过套筒联轴器5与滚珠丝杠3相连。

4横向进给系统的设计改造横向滚珠丝杠也采用一端固定，一端浮动，三点支承的形式，也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，如图3-2所示。

横向步进电机1及减速器2安装在床鞍的后部。

靠近操作者一端，布置一根支撑短轴11，通过套筒联轴器10与滚珠丝杠7连接起来。

机械机床毕业设计15CA6140型车床的经济型数控改造设计正文一、引言数控技术在机械制造行业的应用越来越广泛，数控机床相比传统机床具有高精度、高效率和稳定性好等优点。

为了提高15CA6140型车床的加工精度和生产效率，本文设计了一种经济型数控改造方案。

二、数控改造方案1.系统结构2.数控系统选型数控控制器选用市场上常见的高性价比控制器，如FANUC、SIMENS等。

驱动器选用与数控控制器兼容的驱动器。

运动系统选用与机床匹配的直线导轨和滚珠丝杠。

3.前置设备安装为了实现数控操作，需要在车床上安装前置设备，包括电机、编码器和传感器等。

电机用于驱动车床主轴和各个运动轴，编码器用于测量位置信息，传感器用于检测工件和刀具的状态。

4.软件开发本方案采用开发软件对数控系统进行编程和操作。

根据机床的运动特性和加工要求，编写数控程序，实现各轴的运动控制和工件加工。

三、经济性分析数控改造的经济性分析是评估改造方案是否可行的重要环节。

首先，对改造前后的成本进行对比。

改造前需要购买数控系统设备和前置设备，改造后需要进行编程和人工操作。

然后，对改造后的效益进行估算。

改造后的车床可以实现高精度加工和连续生产，一台数控车床可以替代多台传统车床，减少设备投资和人力成本。

最后，通过经济指标分析，如投资回收期、财务内部收益率等，评估改造方案的经济效益。

四、实施建议根据经济性分析结果，结合实际情况，提出以下实施建议：1.在购买数控系统设备时，选择性价比较高的设备，确保性能和价格的平衡。

2.在编写数控程序时，根据实际加工要求，合理设置加工参数，提高加工效率和加工精度。

3.在改造过程中，加强人员培训，提高操作人员的技术水平，充分发挥数控系统的性能。

结论本文设计了一种经济型数控改造方案，以提高15CA6140型车床的加工精度和生产效率。

经过经济性分析和实施建议，证明了该方案具有可行性和经济性。

数控改造能够使机械机床适应现代制造的需求，是提高机械制造水平的重要手段和途径。

CA6140车床经济型数控改装的设计概述(doc 39页)重庆大学网络教育学院毕业论文重庆大学网络教育学院毕业设计（论文）题目CA6140车床刀架机构经济型数控改造学生所在校外学习中心重庆学习中心批次层次专业201302本科、机械设计制造及自动化学号W12106713学生那春林指导教师宋鹍起止日期2013.7.8-2013.9.17重庆大学网络教育学院毕业论文重庆大学网络教育学院毕业论文中文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）车床的改造，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，应充分考虑机床零件的耐磨性，尤其是机床导轨。

（2）托板的改造，托板时数控系统直线控制的对象，所以对其改造尤显重要。

这中间最突出的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，所以要对输入输出轴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，重复定位精度凹，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重庆大学网络教育学院毕业论文目录1 绪论 (7)1.1课题背景 (7)1.2机床改造的内容及意义 (9)1.2.1研究意义 (9)1.2.2主要研究内容及技术路线 (9)1.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题 (10)2自动回转刀架设计 (11)2.1 数控车床自动回转刀架的概述 (11)2.2 设计研究内容 (12)2.3 研究实际社会意义及应用效果 (12)2.4 小结 (12)3 总体结构设计 (14)3.1 电动机的选择 (14)3.2 减速传动机构的设计 (14)3.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (14)3.4 刀架抬起机构的设计 (14)4 自动回转刀架的工作原理 (16)5 主要传动部件的设计计算 (20)5.1 蜗杆副的设计计算 (20)5.1.1 蜗杆的选型 (20)5.1.2 选择材料和确定许用应力 (20)5.1.3按接触强度确定主要参数 (21)5.1.4蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 (22)5.2 蜗杆轴的设计 (23)8重庆大学网络教育学院毕业论文5.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (23)5.2.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 (23)5.2.3 确定各轴段的直径和长度 (24)5.2.4蜗杆轴的校核 (25)5.2.5 键的选取与校核 (29)5.3 蜗轮轴的设计 (30)5.3.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 (30)5.3.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径 (30)5.3.3 确定各轴段的直径和长度 (30)5.4中心轴的设计 (31)5.4.1 中轴的材料选择,确定许用应力 (31)5.4.2 确定各轴段的直径和长度 (31)5.4.3 轴的校核 (32)5.6 刀架体设计 (34)6 电气控制部分设计 (35)6.1硬件电路设计 (35)6.1.1 收信电路 (35)6 结论 (40)参考文献 (42)致谢 (43)8重庆大学网络教育学院毕业论文1 绪论1.1课题背景1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。

CA6140车床数控化改造设计解析一、背景介绍：CA6140车床是一种常见的传统车床，它通过手动操作来控制工件加工过程，由于操作依赖于操作人员的经验和技能水平，加工效率低且容易受到人为因素的影响。

为了提高加工效率和加工精度，以及减少人为错误带来的质量问题，对CA6140车床进行数控化改造是一个重要的研究方向。

二、数控化改造的目标：1.提高加工效率：通过数字控制系统控制各个工作参数，实现工件的自动化加工，提高加工效率。

2.提高加工精度：通过数控系统的精确控制，保证工件加工的精度和一致性。

3.降低人为错误：将操作人员对机床的依赖度降低，减少人为错误对产品质量的影响。

4.增加功能灵活性：数控系统可以灵活地调整参数，以适应不同工件的加工需求。

三、设计方案：1.数控系统选型：选择一款适合CA6140车床的数控系统，该系统应具有稳定可靠的性能和完善的功能，能够满足车床加工的需求。

2.导轨和滑块改造：对原有的导轨和滑块进行改造或更换，以提高加工精度和稳定性。

3.主轴改造：对原有的主轴进行改造或更换，以提高转速控制的精度和可靠性。

4.伺服电机安装：在车床的各个轴向上安装伺服电机，由数控系统控制其运动，以实现自动化加工。

5.完善的自动化装置：设计并安装自动换刀装置、自动送料装置等，以提高加工效率和减少人为操作。

6.编程软件开发：根据数控系统的特点，开发适合CA6140车床的编程软件，以便操作人员能够方便地进行程序编写和调整。

7.操作界面设计：设计一个简洁明了的操作界面，方便操作人员进行监控和调整。

四、预期效果：1.加工效率提高：数控系统实现了工件的自动化加工，大大提高了加工效率，减少了人为操作的时间。

2.加工精度提高：通过对各个工作参数的精确控制，加工精度得到了显著的提高。

3.缩短交期：由于加工效率提高，交货期可以相应缩短，提高了客户的满意度。

4.减少人为错误：数控系统的自动化控制减少了人为错误的可能性，提高了产品的质量稳定性。