CA6140车床主轴箱的数控化改造
毕业设计
题目：CA6140车床主传动变速箱的数控改造设计
系别：机电工程学院
班级：
姓名：
指导教师：
职称：工程师
日期：2007年5月16日
目录
前言 (2)
摘要 (3)
设计任务及要求 (4)
一车床主传动变速箱结构分析 (5)
二数控车床头箱结构分析 (6)
2.1 主传动系统
2.2 进给传动系统
2.3 自动回转刀架
2.4 机床尾座
三伺服系统及步进电动机的设计和计算 (7)
3.1伺服系统结构改造设计方案
3.2 进给伺服机构机械部分的设计计算
四同步带传动设计 (14)
4.1 同步齿形带的选择和校核
4.2 主轴组件的设计
五数控系统驱动的电路设计 (19)
5.1硬件电路的基本组成
5.2控制系统的功能
六润滑系统的改造 (22)
体会 (23)
参考文献 (23)
前言
本次毕业设计主要是对机床机械部分进行改造,以步进电机驱动横向进给运动、纵向进给运动以及刀架的快速换刀,使传动系统变得十分简单，传动链大大缩短,传动件数减少,从而提高机床的精度。
设计中，我们对有关数控机床及数控改造的相关书籍、刊物进行大量阅读,收集了很多资料,了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成及其工作原理，扩大了我们的知识面。
随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。
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。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：
1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。
2.加工精度高；
3.生产效率高；
4. 减轻劳动强度，改善劳动条件；
5. 良好的经济效益；
6.有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。
CA6140型车床主轴箱的数控化改造设计
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,可以在同一机我国现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。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原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. 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 the ball 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 CA6140普通车床主轴箱数控化改造设计的任务及设计要求
（一）设计任务
1.主要内容
对CA6140车床主传动变速箱进行数控改造。研究内容包括CA6140车床主传动变速箱结构分析、数控车床头箱结构分析、步进电机选择、主轴结构设计、齿
形带传动设计、驱动方案和驱动电路设计等。
2.技术指标
（1）主轴调速范围：0～2000r/min；
（2）步进电机开环控制。
（二）设计要求
1.毕业设计（论文）一份：有200字左右的中英文摘要，正文后有5篇左右
的参考文献，正文中要引用3篇以上文献，并注明文献出处。论文字数在8000字以上；
2.主轴零部件图、驱动方案框图、驱动电路图等相关图纸
（三）总体方案的确定
由于被改装的机床本身的机械结构不是按数控机床的要求设计的，其精度和刚度等性能指标往往不能满足数控机床的要求，因此将普通机床改造为全功能的数控机床，一味追求先进指标则会得不偿失，所以确定总体方案的原则应当是在满足生产需要的前提下，对原机床尽可能减少机械部分的改动量，选择简单易用的数控系统，达到合理的性价比。本次改造设计要求就是根据这一原则提出的。根据设计要求、依据设计参数及机床数控改造的理解，总体方案确定如下：
1.系统的运动方式与伺服系统的选择
由于改造后的经济型数控机床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。
2.计算机系统
根据机床要求，采用8位微机。由于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，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采
用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
3.机械传动方式
为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝
杆，为保证一定的传动精度和平稳度，尽量减少摩擦量力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。
一、CA6140车床主传动变速箱结构分析
主轴箱的结构分析
机床主轴箱是一个比较复杂的传动件.表达主轴箱各传动件的结构和
装配关系时常用展开图.展开图基本上是按各传动链传递运动的先后顺序,沿轴心线剖开,并展开在一个平面上的装配图(如图1) ：
图 1
1——花键套；2——带轮；3——法兰；4——箱体；5——钢球；6——齿轮；7——销；8、9——螺母；
10——齿轮；11——滑套；12——元宝销；13——制动盘；14——制动带；15——齿条；16——拉杆；
17——拨叉；18——齿扇；19——圆键
1.CA6140型车床主轴箱展开图如上图所示。
该图是沿轴IV一I一II一III(V)一VI一XI一X的轴线剖切面展开的。展开图把立体展开在一个平面上，因而其中有些轴之间的距离拉开了。如轴IV画得III与轴V较远，因而使原来相互啮合的齿轮副分开了。读展开图时，首先应弄清楚传动关系。
1卸荷带轮电动机经皮带将运动传至轴I 左端的带轮2（见图1的左上部分）。带轮2与花键套1用螺钉连接成一体，支承在法兰3内的两个深沟球轴承上。法兰3固定在主轴箱体4上，这样带轮2可通过花键1带动轴I旋转，皮带的拉力则经轴承和法兰3传至箱体4。轴I 的花键部分只传递转距，从而可避免因皮带拉力而使轴I产生弯曲变形。这种带轮是卸荷的（既把径向载荷卸给箱体）。
二、数控车床头箱结构分析
数控车床的典型结构。
1．主传动系统
数控车床主运动要求速度在一定范围内可调，有足够的驱动功率，主轴回转轴心线的位置准确稳定，并有足够的刚性与抗振性。
如下图所示为济南第一机床厂生产的MJ-50型数控车床的传动系统图。
2．进给传动系统
数控车床进给传动系统是用数字控制X、Z坐标轴的直接对象，工件最后的尺寸精度和轮廓精度都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量等。
为使全功能型数控车床进给传动系统要求高精度、快速响应、低速大转矩，一般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。刀架的快速移动和进给移动为同一条传动路线。
如图3-3所示，MJ-50数控车床的进给传动系统分为X轴进给传动和Z轴进给传动。
3．自动回转刀架
数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率。回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转﹑分度和定位，实现机床的自动换刀。回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转位速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率。
按照回转刀架的回转轴相对于机床主轴的位置，可分为立式和卧式回转刀架。
（1）立式回转刀架
（2）卧式回转刀架
4．机床尾座
如右图所示为MJ-50数控车床出厂时配置的标准尾座结构简图。
从它上面我们可以看出，对CA6140车床的改造的方向。
三.机床进给伺服系统机械部分以及步进电动机的设计和计算（一）进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案
1.纵向进给机械结构改造方案
拆除原机床的进给像、溜板箱、滑动丝杠、光杠等，装上步进电机、齿轮减速箱和滚珠丝杠螺母副。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮间隙采用双薄片调隙方式。
利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。滚珠丝杆仍安置在原来的位置，两端仍采用原固定方式。这样可减少改装工作量，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，且外径比原先的大，从而使纵向进给整体刚度只可能增大。
纵向进给机构都采用了一级齿轮减速。双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙。因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。当负载大时，弹簧弹力显小，起不到消除间隙之目的；当负载小时，弹簧弹力又显大，则加速齿轮的磨损。因此，采用定期人工调整、螺钉紧固的办法消除间隙。
纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩，以保持机床原外观，起到美化机床的效果，在溜板箱上安装了纵向快速进给和急停按钮，以适应机床调整时的操作需要和遇到意外情况时的急停处理需要。
2.横向进给机械结构改造方案
拆除原中拖板丝杆，安装滚珠丝杆副，为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。步进电机、齿轮箱安装于机床后侧，为了使减速机构不影响走刀，同时消除传动过程的冲击，减速机构采用二级传动，从动轮采用双薄片错位消除间隙。
(二)进给伺服机构机械部分的设计计算
1.选择脉冲当量
根据机床精度要求确定脉冲当量，
纵向：0.01mm/步，横向：0.005mm/步（半径）
2.计算切削力
2.1纵车外圆
主切削力F
Z
（N）按经验公式估算：
F Z =0。67D
max
1。5=0。67*4001。5=5360
按切削力各分力比例：
F
Z /F
X
/F
Y
=1/0.25/0.4
F
X
=5360×0.25=1340
F
Y
=5360×0.4=2144
2.2横切端面
主切削力Fˊ
Z
（N）可取纵切的0.5
Fˊ
Z =0.5F
Z
=2680
此时走刀抗力为Fˊ
Y
（N），吃刀抗力为Fˊx（N）。仍按上述比例粗略计算：
F
Z /F
X
/F
Y
=1/0.25/0.4
Fˊ
Y
=2680×0.25=670
Fˊ
X
=2680×0.4=1072
3.滚珠丝杆螺母副的计算和选型
3.1纵向进给丝杆
3.1.1计算进给牵引力Fm（N）
纵向进给为综合型导轨
Fm=KF x +f ˊ（Fz+G ）
=1.158×1340+0.16×（5360+800） =2530
式中 K —考虑颠复力距影响的实验系数，综合导轨取K=1.15； f ˊ—滑动导轨摩擦系数：0.15—0.18； G —溜板及刀架重力：G=800N
3.1.2计算最大动负荷C C=3√Lf W F M
L=60×n ×t/106 N=1000×V s /L o
式中 L o —滚珠丝杆导程，初选L=6mm ；
V s —最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/2—1/3），此处V s =0.6m/min
T —使用寿命，按15000h ；
f w —运转系数，按一般运转取F=1.2—1.5； L —寿命、以106为一单位。
n=1000V s /L o =1000×0.6×0.5/6=50r/min L=60×N ×T/106=60×60×15000/106=45 C=3√Lf w F m =3√45×1.2×2530=10798.7N
3.1.3滚珠丝杆螺母副的选型 查阅表，可用W 1L400b 外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杆副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N ，精度等级按表4-15选为3级（大致相当老标准E 级）。
3.1.4传动效率计算 η=tg γ/tg(γ+φ)
试中γ—螺旋升角，W 1L400b γ=2o44ˊ
φ—摩擦角10ˊ滚动摩擦系数0.003--0.004
η=tg γ/tg(γ+φ)
=tg2o44ˊ/tg(2o44+10ˊ)=0.94
3.1.5刚度验算
最大牵引力为2530N 。支撑间距L=1500mm 螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。
A. 丝杠的拉伸或压缩变形量δ1
根据P m =2530N ，D 0=40mm ，查出ΔL/L=1.2×10-5
可算出：
δ1=δL/L ×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2
由于两端采用向心推力球轴承，且丝杆又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量 δ1(mm)为：
δˊ1=0.25×10-2
B ．滚珠与螺纹滚道间接触变形δq
W 系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量δq ：
δq =6.4μm
因进行了预紧， δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2μm
C ．支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形δ3
采用8107型推力球轴承，d
1=35mm，滚动体直径d
q
=6.34mm，滚动体
数量Z=18，δ
c =0.0024×3√F
m
2/(d
q
×Z2)
=0.0024×3√2532/(6.35×182)
注意，此公式中F
m
单位为kgf
应施加预紧力，故
δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.0038mm
根据以上计算：δ= δ
1+δ
2
+δ
3
=0.0045+0.0032+0.0038
=0.0115mm＜定位精度
3.1.6稳定性校核。
滚珠丝杆两端推力轴承，不会产生产生失稳现象不需作稳定性校核。
3.2横向进给丝杆
3.2.1计算进给牵引力Fˊ
m
横向导轨为燕尾形，计算如下：
Fˊ
m =1.4×Fˊ
y
+fˊ(F
z
+2Fˊ
x
+Gˊ)
=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N
3.2.2计算最大动负荷C
n=1000×V
3/L
=1000×0.3×0.5/5=30
L=60×n×T/106=60×30×15000/106
C=3√Lf
w Fˊ
m
=3√27×1.2×2030=7283N
3.2.3选择滚珠丝杠螺母副
从附录A表3中查出，W
1
L20051列2.5圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为8800N，可满足要求，选定精度为3级。
3.2.4传动效率计算
η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4o33ˊ/tg(4o33ˊ+10ˊ)=0.965
3.2.5刚度验算
横向进给丝杠支承方式如图所示，最大牵引力为2425N，支承间距L=450mm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。
计算如下：
A.丝杠的拉伸或压缩变形量δ
1
(mm)
查图4-6，根据Fˊ
m =2032N，D
=20MM，查出δ
L
/L=5×10ˉ5可算出
δ1= δL /L×L=4.2×10‐5 ×450=1.89×10‐2mm
显然系统应进行预拉伸，以提高刚度
故δˊ=0.25δ
1
=4.7×10—3
B.滚珠与螺纹滚道间接触变形
查资料（《机床数控改造设计与实例[M]．1版》，）。δ
q
=8.5μm
因进行了预紧δ
2=0.5δ
q
=0.5×8.5=4.25μm
C.支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8103型推力球轴承，d
q
=5
Z=13
d=17mm
δc=0.00243√F m2/(d q×Z2)
=0.00243√202.3/5×132=1.3×10ˉ3考虑到进行了预紧，故
δ
3=0.5 δ
c
=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4
综合以上几次变形量之和得：
δ=δˊ1δ2δ3=4.7×10ˉ3+4.25×10ˉ3/+
=0.0096＜0.015（定位精度）
3.2.6稳定性校核
滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。传动比计算
4.传动比计算
4.1纵向进给齿轮箱传动比计算
已确定纵向进给脉冲当量δ
p =0.01，滚珠丝杠导程L
=6mm，初选步进电机
步距角0.75。可计算出传动比i
i=360δ
p / θ
b
L
=390×0.01/0.75×6=0.8
可选定齿轮齿数为：
I =Z
1/Z
2
Z
1=32，Z
2
=40 ，或Z
1
=20，Z
2
=25
4.2横向进给齿轮箱传动比计算
已确定横向进给脉冲当量δ
p =0.005，滚珠丝杠导程L
=5mm，初选步进电机
步距角0.75o。可计算出传动比i
I=360δ
p / θ
b
L
=360×0.005/0.75×5=0.48
考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两级齿轮降速：
i=Z
1Z
2
/Z
3
Z
4
=3×4/5×5=24×20/40×25
Z 1=24，Z
2
=40，Z
3
=20，Z
4
=25
5.
5.1纵向进给步进电机计算
5.1.1等效传动惯量计算
方法计算如下，传动系统折算到电机轴上的总传动惯量J
Σ(kg?cm 2)可有下式
计算：
J
Σ=J m+J1+（Z1/Z2）2〔(J
2
+J
s
)+G/g(L
/2π)2〕
式中：J
m
—步进电机转子转动惯量(kg?cm2)
J 1，J
2
—齿轮Z
1
、Z
2
的转动惯量(kg?cm2)
J
s
—滚珠丝杠传动惯量(kg?cm2)
参考同类型机床，初选反应式步进电机150BF，其转子转动惯量J
m
=10(kg
?cm2)
J 1=0.78×10-3×d 14·L 1=0.78×10-3×6.42×2=2.6 kg ?cm 2 J 2=0.78×10-3×d 24·L 2=0.78×10-3×82×2=6.39 kg ?cm 2 J s =0.78×10-3×44×150=29.952 kg ?cm 2 G=800N
代入上式：
J Σ=J m +J 1+（Z 1/Z 2）2〔(J 2+J s )+G/g(L 0/2π)2〕
=10+2.62+(32/40)2〔(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2π)2〕
=36.355 kg ?cm 2
考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。 J m /J Σ=10/36.355=0.275 基本满足惯量匹配的要求。
5.1.2电机力矩计算
机床在不同的工况下，其所需转距不同，下面分别按各阶段计算：
A.快速空载启动力矩M 起
在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下： M 起=M amax +M f +M a
M amax =J Σ·ε= J Σn nax ×10-2
/(60×t a /2π) = J Σ×2π·n max ×10-2/(60×t a )
n max =νmax ·θb /δp ·360
将前面数据代入，式中各符号意义同前。
n max =νmax ·θb /δp ·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/min
启动加速时间t a =30ms
M amax =J Σ×2π·n max ×10-2/(60×t a )
=36.355×2π×500×10-2/(60×0.03) =634.5N ·cm
折算到电机轴上的摩擦力距M f ：
M f =F O L 0/2πηi=f 1(P z +G)×L 0/(2πηZ 2/Z 1)
=0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.25)=94N ·cm 附加摩擦力距M 0
M O =F PO L 0(1-η02)/2πηi=1/3×F t ×L 0(1-η02)/(2πηZ 2/Z 1) =1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8×1.25) =805.3×0.19=15.3N ·cm
上述三项合计：
M 起=M amax +M f +M a =634.5+94+15.3=743.8N ·cm
B ．快速移动时所需力矩M 快。
M 快=M f +M 0=94+15.3=109.3N ·cm
C ．快速切削负载时所需力矩 M 切
M 切=M f +M 0+M t =M f +M 0+ F O L 0/2πηi
=94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25) =94+15.3+127.96 =237.26N ·cm
从上面计算可以看出，M 起、M 快和M 切三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选步进电机的依据。
从有关手册[《[机床数控改造设计与实例[M]》]查出，当步进电机为五相
十拍时λ=M
q /M
jmax
=0.951
最大静力矩M
jmax
=743.8/0.951=782N·cm
按此最大静力矩从有关手册中查出，150BF002型最大静转矩为13.72N·m。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还需进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。
5.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率
F
k =1000V
max
/60δ
p
=1000×2.4/60×0.01=4000Hz
F
e =1000V
s
/60δ
p
=1000×0.6/60×0.01=1000Hz
从下表中查出150BF002型步进电机允许的最高空载起动频率为2800Hz运行频率为8000Hz,再从有关手册中查出150BF002型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线。当步进电机起动时，f
起
=2500时，M=100N·cm,远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩（782N·cm）直接使用则会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现），将起动频率降到1000Hz时，起动力矩可增加到5884N·cm，然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大一倍左右。
当快速运动和切削进给时，150BF002型步进电机运行矩频特性完全可以满足要求。
5.2纵向进给步进电机计算
5.2.1等效传动惯量计算
横向传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量J可由下式计算
J
Σ=J m+J1+（Z1/Z2）2{(J
2
+J
3
)+Z
3
/Z
ф〔(Jφ+Jξ)+G/g(L0/2π)
2〕}
式中各符号意义同前，其中
J 1=0.78×10-3×d
1
4·L
1
=0.78×10-3×4.82×2=0.83kg?cm2
J 2=0.78×10-3×d
2
4·L
2
=0.78×10-3×84×2=6.4 kg?cm2
J 3=0.78×10-3×d
2
4·L
3
=0.78×10-3×44×2=0.4 kg?cm2
J 4=0.78×10-3×d
2
4·L
4
=0.78×10-3×54×2=0.98 kg?cm2
J
s
=0.78×10-3×24×45=0.56kg?cm2
G=600n
J
m
=4.7 （初选反应式步进电机为110BF）代入上式为：
J
Σ=J m+J1+（Z1/Z2）2{(J
2
+J
3
)+Z
3
/Z
ф〔(Jφ+Jξ)+G/g(L0/2π)
2〕}
=4.7+0.83+(24/10)2{(6.4+0.4)+(20/25)2[(0.98+0.56)+600/10(0.5/2π)2]}
=8.42kg·cm2
考虑到步进电机与传动系统惯量的匹配问题
J m /J
Σ=4.7/8.42=0. 558
基本满足惯量匹配要求
5.2.2电机力矩计算
A.快速空载起动力矩M
M
起=M
amax
+M
f
+M
a
M amax =J
Σ·ε= JΣn nax×10
-2/(60×t
a
/2π)
= J
Σ×2π·n max×10-2/(60×t
a
)
式中： n
max =ν
max
·θ
b
/δ
p
·360
=1200×0.75/(0.005×360)=500r/min
t
a
=30ms
M amax =J
Σ×2π·n max×10
-2/(60×t
a
)
=8.42×2π×500×10-2/(60×0.03)=147N·cm
折算到电机轴上的摩擦力矩M
f
M f =F
O
L
/2πηi=f1(P
z
+G)×L
/(2πηZ
2
/Z
1
)
=0.2×(2680+600)×0.5×0.48/(2π×0.8) =31.3N·cm
附加摩擦力矩M
M
O =F
PO
L
(1-η
2)/2πηi=1/3×Fˊ
t
×L
(1-η
2)/(2πηZ
2
/Z
1
)
=1/3×2023×0.5×0.48×(1-0.92)/( 2π×0.8)
=6.1N·cm
上述三项合计：
M
起=M
amax
+M
f
+M
a
=147+31.3+6.1=184.4N·cm
B．快速移动时所需力矩M
快
。
M
快=M
f
+M
=31.3+6.1=37.4N·cm
C.最大切削福载时所需力矩M
切M
切
=M
f
+M
+M
t
=M
f
+M
+ F
O
L
/2πηi
=37.4+1072×0.5×0.48/(2π×0.8)
=88.6N·cm
由上面计算可以看出, M
起、M
快
和M
切
三种工况下，以快速空载起动所需力矩最
大，故以此项作为选择步进电机的依据。根据步进电机转矩M
q 与最大静转矩M
jmax
的关系可知，当步进电机为三相六拍时：λ=M
q /M
jmax
=0.866
最大静力矩M
jmax
=184.4/0.866=213N·cm
查BF反应式步进电机技术参数得，110BF003型步进电机最大静转矩为7.84N·m。大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。
5.2.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率
F
k =1000V
max
/60δ
p
=1000×2.4/60×0.01=4000Hz
F
e =1000V
s
/60δ
p
=1000×0.6/60×0.01=1000Hz
由110BF003型步进电机的技术参数可知其最高空载起动频率为1500Hz，运行频率为7000Hz。根据110BF003型电机的起动距频特性和运行矩频特性曲线可以看出，当步进电机起动时F=1500Hz，M=98N·cm，小于机床所需的起动力矩（184.4N·cm），直接使用会产生失步现象，所以必须采用升降速控制（用软件实现）。将起动频率将为1000Hz时，既可满足要求。当机床快速起动和切削进给时，则完全满足运行矩频要求。
四、同步带传动设计
1．同步齿形带的选择和校核
在车床改造时中，步进电动机与四缸传动副之间装有减速机构，通过减速机构可得到所需的脉冲当量和增大的驱动力矩。通常采用齿轮传动或同步齿形带传动机构。同步齿形带传动是一种新型的带传动，其利用同步带的齿型与带轮的轮齿传递运动，无相对滑动，无噪声，无需润滑，传动精度和效率高，同步带传动的带速高达40~80m/s.传递功率可达100KW，传动比可达10~20，传动效率98%。因此在这次数控改造中我们采用同步齿形带来传递运动。
同步带传动的设计步骤为： （1）模数
根据表1.12 1.6 6.510.4c A P K P ==?=kw m=4
（2）齿数 1min Z Z ≥
查表1.3选130Z = 2130 1.545Z Z i ==?=
（3）带轮节圆直径为：
1122430120445180d mz mm d mz mm
==?===?=
（4）带速为： 11
3000601000
601000
D n V ππ??
=
=
=??
（5）中心距为：
12120.7()2()d d a d d +<<+则210〈a<600取a=500 （6）带长为： 2
1221()()214732
4d d d d L a mm a
π+-=+
+
=
（7）小带轮啮合齿数：
211min 12
6n d d Z Z Z a -??
≈-≥ ???min min (2,4;2,6)m Z m Z ≤=>= 则
114Z ≥
（8）带宽 []()
1000100010.4
()0.9515c z i c P b k k p F ?=
=
-?-
1.21同步带模数的选择参考《机械设计》教材 1.22同步带传动工作情况系数A K
载荷性质
一天运转时间/h <10 10～16 >16 载荷平稳 1 1.1 1.2 载荷变动小 1.2 1.4 1.6 载荷变动大
1.4 1.7 2
1.23小带轮最小齿数
Z
min
小带轮转速n1(r/min) 模数m/mm
1.5 2
2.5,3 4 5 7 10
<1000 12 14 16 18 20 22 24 1000～3000 14 16 18 20 22 24 26 >3000 16 18 20 22 24
1.24传动比系数k1
n1/n2 ≥1/1.25 <1/1.25～1/1.7 <1/1.7～1/2.5 <1/2.5～1/3.5 <1/3.5
k1 1 0.95 0.9 0.85 0.8
1.25聚氨酯同步带（强力层为钢丝绳）的质量和许用拉力
模数m/mm 1.5 2 2.5 3 4 5 单位宽度每米长度的质量18 24 30 35 48 60
单位宽度的许用拉力 4 6 8 10 15 25
1.26同步带的齿数、长度和宽度
齿数
模数m
z
1.5 2
2.5 3 4 5
名义长度L
35 164.9 219.2 274.9 329.9
40 188.5 251.3 314.2 377 502.7 628.3 50 235.6 314.2 392.7 471.2 628.3 785.4 60 282.7 377 471.2 565.5 754 942.5 70 329.9 439.8 549.8 659.7 879.7 1099.6 80 377 502.7 628.3 754 1005.3 1256.6 90 424.1 565.5 706.9 848.2 1131 1413.7 100 471.2 628.3 784.4 942.5 1256.6 1570.8 宽度b 8～32 10～15 12～60 12～60 16～80 20～80 宽度系列8、10、12、16、20、25、32、40、50、60、80
2．主轴组件的设计
主轴在改造过程中还可以选用原来的主轴，因为主轴在精度、力学性能和经
济性上都能满足改造后的要求。轴的支撑轴颈、配合轴颈是轴类零件的主要表面，
它影响轴的旋转精度与工作状态。CA6140车床主轴支撑轴颈和配合轴颈的尺寸
精度通常为IT6~9级公差，特别精密的轴颈为IT5级，甚至更高。在力学性能上
由于主轴在工作时，应力集中在主轴心部，而CA6140车床主轴采用空心形状大
大减小了应力的集中，使轴的刚度有很大提高。
主轴支撑是主轴组件的重要组成部分，主轴支撑是指主轴轴承、支撑座及其
相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。滚动轴承的主要优点是适应转速和载
荷变动的范围大；能在零间隙或负间隙条件下稳定运转，具有教高的旋转精度和
刚度；轴承润滑容易，维修、供应方便，摩擦因数小等。
主轴悬伸量的确定。主轴悬伸量a是指主轴前支撑径向支反力的作用点到主轴前端面之间的距离，它对主轴组件刚度影响较大。根据分析和试验，缩短伸量可以显著提高主轴组件的刚度和抗振性。因此，设计时在满足结构要求的前提下，尽量缩短悬伸量a。
前轴径D1＝115mm 后轴径D2＝80mm
根据结构定悬伸长a=115mm
(1) 求轴承刚度
主轴最大输出转矩
Mn=9550
6.6
n
?=1260.6N m
床身上最大加工直径约为最大回转直径60％即：240mm 故半径为0.12m
FZ=1260.6
0.12
=10505N
Fy=0.5 FZ=5252.5N
故总切削力为F
＝11745N
先暂取初值为：
l0
a
=2.5即暂取L0的初值为2.5×115＝287mm 前后支撑支反力PA和PB分别为：
PA ＝F
l0+a l0 =11745?
345120
15830345
+≈N Pb=F ?
a
l0 =11754120
3085345
?
≈N 取前后支撑刚度为KA ＝1530N ／μm
KB=1030 N ／μm
(2) 求悬体跨距
KA KB
=1530
1030 =1.495
初算时可假设主轴当量外径D 为前后轴颈的平均值，即：
D ＝ （115+80）／2＝98mm
故惯性矩为： I ＝ 0.005?（0.0984-0.0484）＝581?10-8 m 4
则 118363
2.110581100.521530100.115A EI K a η-???===??
查下图得0
2.6
2.6115300o l a l mm
==?=
0l /a 值与原假设值相近，符合要求。
五．数控系统驱动的电路设计
一、硬件电路的基本组成
任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件组成系统的基础，其性能的好坏，直接影响到系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行，是可工作的控制系统。
机床数控系统的硬件电路概括起来由以下四部分组成。
（1）中央处理器CPU。
（2）总线，包括数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。
（3）存储器，包括只读可编存储器和随机读写存储器。
（4）I/O输入、输出接口电路。
其中CPU是数控系统的核心，是控制其它各部分协调工作的“大脑”，其
CA6140普通车床数控化改造设计
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。
CA6140车床滤油器体的设计(有cad图)
目录 序言 (1) 一、零件的分析及生产类型的确定 (1) 1、零件的作用 (1) 2、零件的工艺分析 (3) 3、零件的生产类型 (3) 二、零件毛坯的设计 (4) 1、选择毛坯 (4) 2、毛坯尺寸公差与机械加工余量的确定 (4) 3、确定毛坯尺寸 (5) 4、设计毛坯图 (7) 三、零件的加工工艺设计 (9) 1、定位基准的选择 (9) 2、零件表面加工方法的选择 (9) 3、拟订工艺路线 (10) 4、工艺方案的比较与分析 (12) 四、工序设计 (14) 1、选择加工设备与工艺装备 (14) 2、确定工序尺寸 (17) 3、数控加工工序 (21) a)夹具的设计 (22) 1、工件的定位 (22) 2、夹紧装置 (25) 3、定位误差分析 (25) 4、对刀装置 (26) 5、夹具体 (26) 6、结构特点 (27) 六、设计小结 (27) 七、参考文献 (28)
序言 综合模块（机制工艺及夹具）毕业设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。 这次毕业设计中，我所选的零件是“CA6140车床滤油器体”，完成该零件的机械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计，滤油器在车床上是个必不可少的部件，它有着过滤油液及缓冲的作用。因此在加工时，零件的配合部分需进行精加工，保证其配合准确，提高车床的综合性能，又因为被加工零件的结构比较复杂，加工难度大，需进行专用夹具的设计与装配。 由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指教。 一、零件的分析及生产类型的确定 4、零件的作用 “CA6140车床滤油器体”如图1所示。它位于车床主轴箱上
车床数控化机械部分的改造设计
车床数控化机械部分的改造设计 发表时间：2018-12-26T12:35:56.377Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：王德顺 [导读] 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展。 济宁市技师学院山东省济宁市 272000 摘要：近几年，我国生产制造行业得到了迅速的发展。在生产制造业发展过程中数控机床的市场需求也不断增加，对于普通机床的改造成为时代发展的主要趋势。在实际普通车床数控化改造过程中，电极参数选择不精确、数控系统功能不合理等问题频繁发生，影响了普通车床数控化改造的精确度。因此为了保证改造后数控机床的应用效率，对具体改造过程进行进一步分析非常必要。 关键词：普通车床；机械结构；数控化改造 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展，数控车床逐渐取代了原本的普通车床，但是，普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高，很多企业无法负担，所以，需要对普通车床的机械结构进行数控化改造，以增强普通车床的自动加工能力，提高加工精度。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造，提高普通车床的加工精度。 一、车床数控化改造的必要性 相比较于传统机床，通过数控机床，能够对繁琐复杂的零件开展加工工作；能够显著提高机床工作效率，确保机床加工自动化月柔性自动化的实现；数控机床所加工的零件具有非常高的精准度，尺寸计算能力更强，有利于安装与配置工作的开展，不需要开展有关修配工作；能够集中起多个工序，降低零件的搬运频率；能够自主开展有关报警监控与补偿等工作等等；使工人劳动强度得到显著降低，有效缩减新产品试制与生产周期。与此同时，在企业信息化改造过程中，机床数控化发挥着重要的基础作用，数控技术既是制造业自动化的核心技术，更是其重要的基础技术。 二、车床数控化改造的特点 1、车床改造方案的制定，是通过车床中存在的问题来进行的。在改造车床的过程中，具有较强的针对性，确保符合有关生产的要求与规定。在改造旧车床数控化过程中，大多数基础件与很多传动部分无需进行更换，应当将这些零部件予以高效利用，在减少原材料与资金费用开支的同时，能够有效缩短改造时间，确保生产工作的迅速开展。 2、通常情况下，车床大型构件的制造运用的是铸铁，相比较于新铸件其稳定性更加突出，只需对中小型部件开展修复或更换工作即可。应当满足多品种、小批量零件生产的需要，扩大车床应用范围。通过车床数控化改造，能够实现生产设备自动化水平与能力的提升，强化设备质量。此过程中，更加需要注入科学技术的力量，让科学技术的应用促进车床数控化的改造，以促进改造目的的实现。 三、机床精度、质量检测与调试 1、精度调试。普通车床机械部分数控化改造后，必须进行精度调试。数控车床精度主要体现在：主轴跳动、刀塔精度、丝杠精度三方面可以用主轴千分表测量主轴精度、刀塔两项精度；跳动、圆度精度不合格的通过主轴卡头重新装配或车卡头来实现精度调整； X、Z 轴丝杠精度可通过调节伺服电机的齿轮比及精修丝杠和调节反向间隙及刀塔装配位置调整，反向间隙调试时要选用千百分表；进行几何精度调试时，可选择用角尺，平尺，千分表；当进行定位误差调试时，必须用激光干涉仪对定位精度进行测量，然后，根据情况进行适当的补偿，可以大大提高机床的定位精度和加工精度。重复定位精度不合格，要通过调整丝杠和丝杠母间隙或更换丝杠和轴承。精度调试是一个比较复杂的过程，一般是机械和电气部分都改造好后再调试。不同的机型调试也有差异，要根据机型特点进行调试，一般都要反复调几次，直到调好为止。 2、质量检测与调试 （1）质量检测。质量检验指机床性能和功能的检验，普通车床数控化改造后，机床性能检验项目主要有主轴性能、进给性能、机床噪声、润滑等。主轴性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）；进给性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）、软硬限位、回原点；数控功能检验项目有准备功能、辅助功能、操作功能、显示功能等方面。 （2）检测与调试。质量检测与调试包括空运转检测调试、动作检测调试、功能检测调试及试切削检测调试等。空运转检测调试：让机床主运动由低、中、高运转，观察主轴轴承温度是否稳定，再输入程序做连续运动，如果正常可连续运转不少于48h。动作检测调试：按数控系统安装手册进行主轴变挡指令调试，检测各轴正负两个方向的超程。功能检测调试：用指令对机床的功能进行调试，检查动作的灵活性和功能的可靠性。然后做进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、程序暂停、程序删除、回基准点，程序序号显示和检索、直线插补、直线切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等调试。试切削检测调试：把事先准备好的零件程序输入系统，进行试切削加工，检测机床数控化改造后的加工性能和精度的稳定性。 四、车床数控化改造 1、普通车床床身导轨的改造。我国大部分普通车床的床身材料为铸铁，在进行数控化改造时，为了提高床身导轨的精度，可以在铸铁导轨上粘贴塑料软带。塑料软带能够提高车床导轨的润滑性，使导轨上的主刀行进得更加流畅，从而保证车床的加工精度。在改造过程中，也可以将传统的铸铁导轨改造为滚动导轨，滚动导轨的摩擦系数比较小，不会影响机械加工的几何精度。 2、滚珠丝杠的改造。滚珠丝杠主要是由滚珠、丝杠、回珠管等构成的，它可以将车床机械部件的回转运动转化为直线运动。普通车床中的滚珠丝杠可以提高车床的传动效率，使车床刀轴的行进过程更加平稳。因为滚珠丝杠在运行过程中不会产生较大的振动，所以，不会产生过大的摩擦阻力。对滚珠丝杠进行数控化改造时，需要测量滚珠丝杠的齿差缝隙、丝杠转速和滚珠直径等，以保证改造完成后车床不会出现直线行进失稳的情况。 3、主轴传动系统的数控化改造。普通车床的主轴是由电动机带动皮带使主轴旋转。在数控化改造时，尽量不要破坏原本的主轴箱，主要改造电机的变速系统。因此，可以用双速或者四速电动机代替原本的电动机，以增强主轴传动系统的传动能力。在改造过程中，可以在主轴传动系统中增加脉冲编码器，标记主轴运行的初始位置，为主轴传动编码，让主轴每转动一圈编码器自动调整一次主轴刀具的位置。一般情况下，脉冲编码器安装在主轴箱中，并与电动机的传动齿轮1∶1 连接，从而实现主轴与编码器的同步运行。 4、车床进给系统的数控化改造。在改造进给系统时，需要加装步进电机，并在进给系统的步进电机上安装减速器。减速器通过连接装
CA6140普通车床的数控化改造毕业设计论文
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) 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，
CA6140车床数控化改造解析
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
CA6140机床主轴箱的设计
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 目录 第一章引言 第二章机床的规格和用途 第三章机床主要参数的确定 第四章传动放案和传动系统图的拟定 第五章主要设计零件的计算和验算 第六章结论 第七章参考资料编目
第一章引言 普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。 CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。 进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。 丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。 溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。 第二章机床的规格和用途 CA6140机床可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。 主轴三支撑均采用滚动轴承；进给系统用双轴滑移共用齿轮机构；纵向与横向进给由十字手柄操纵，并附有快速电机。该机床刚性好、功率大、操作方便。 第三章主要技术参数 工件最大回转直径： 在床面上………………………………………………………-----……………400毫米在床鞍上…………………………………………………………-----…………210毫米工件最大长度（四种规格）……………………………----…750、1000、1500、2000毫米主轴孔径…………………………………………………-----……………………… 48毫米主轴前端孔锥度…………………………………………-----…………………… 400毫米主轴转速范围： 正传（24级）…………………………………………----…………… 10～1400转/分反传（12级）……………………………………---…-……………… 14～1580转/分加工螺纹范围：
C6140普通车床数控化改造设计方案
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
CA6140车床主轴箱的设计-外文翻译
南京理工大学 毕业设计(论文)外文资料翻译 学院（系）：机械工程学院 专业：机械工程及自动化 姓名：朱仁勇 学号： 0501500241 外文出处：Industrial Electronics,Control and (用外文写) Industrumental, 1991,https://www.360docs.net/doc/243152010.html, 附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。
附件1：外文资料翻译译文 CNC和PLC他们对于机床是同一概念吗？ 摘要 设计一个计算机数字控制器（CNC）,传统做法是将装置分为三个实体:一个可编程控制器（PLC）,一个可以称之为CNC控制器（CNCD）的黑盒子，一个包含CNC轴向控制器和可以简单描述为轴向实体的合成体。我们将指出这一机构的缺点，展示一种新机构并介绍他的优势所在。最后，在对比传统PLC和新机构之后，我们认为CNC就是一种改进的PLC。 PLC装置 传统的可编程控制器（PLC）是基于两个主要模块：控制台和执行器。控制台向操作者提供了一个交互式设计的人机界面，由于这个原因，他不能实现实时约束。执行器控制基本任务的时序以使PLC工作和确保相关的时间约束。执行器启动并管理不同的循环周期。控制台的目标是人机界面而执行器的目标是时序安排。可以这样说，在大多数情况下，PLC的主要目标是在没有控制台的情况下单机运行。 CNC使用的分类 CNC对所有机床的应用本质上分为三个不同的种类：本地使用，直接数字化控制(DNC)和远程使用。 在本地使用中，操作者在机床附近。他直接输入命令，通过按下按钮来控制机床和加工过程。他也可以创建和修改刀具描述符和零件加工程序，这些是以CNC的标准代码或类似代码写入的。 在这一背景下，对零件的设计和辅助制造也是可能的，尽管此类活动显得与机床周围糟糕的环境质量（比如噪音，高温，灰尘）格格不入。 DNC（直接数字化控制）使用添加了从主机下载（向主机上传）零件加工程序的功能，主机汇集了零件加工程序，可以被看作是一个文件服务器。这些操作仍然完全在位于机床附近的人工操作员的控制下。在某些情况下，在远距离的操作者之间可能会使用邮件服务器。这一类CNC使用方式，除了能向服务器传输零件加工程
C6132普通车床数控化改造设计
C6132普通车床数控化改造设计 摘要 机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要项目，在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。 本文对C6132普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机床结构的设计、对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。结果表明:经改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度。 关键词:普通车床，数控改造，步进电机，经济型数控系统，MCS-51
C6132 NC lathe design of ordinary ABSTRACT S tudy on machine tool numerical control transformation of important project is to improve the level of technical equipment in China, with large extended serviceand technology in China urgently needs to be updated of the old machine tool case, because the NC machine tool processing capacity and funding is limited, of machine tool numerical control transformation is a saves money, fasted effective way. C6132 lathe NC system to rebuild this article to be an in-depth study, including machine tools retrofitting feasibility analysis, calculation of parameters of the key parts of machine tool design, machine tool, machine too l structure rebuilding scheme optimal selection, choose a suitable machine tools servo system and computer system, and matters for attention in the reform are discussed in detail. Results: after the transformation has reached the expected functionality and accuracy of machine tool, fully able to realize process of cylindrical, conical, thread, automatic control at the end, improve the efficiency of the original production of machine tools, lower labor intensity KEY WORDS：Lathe, numerical control transformation, stepping motors, CNC system, MCS-51
CA6140车床结构拆装
CA6140车床结构拆装 一、实训目的与要求 1、了解和分析机床传动系统及部件结构与调整，掌握机床使用与调整方法。 2、全面了解机床的用途与性能、组成与布局、传动与构造、润滑与冷却。 二、实验课时：4 三、实训装置及工量具 CA6140型普通车床 四、实训内容 1、熟悉机床的用途、总体布局、各操纵手柄的作用及其操作方法，并开车（空运转）观察机床部件的运动，了解机床的主要技术参数。 2、主轴箱（揭开主轴箱盖，结合机床传动系统图和主轴箱装配图） 1）了解主传动系统的传动路线，包括主轴的正转、反转、停止、高速传动、低速传动等。 2）找出各传动轴及主轴的空间位置，并考虑如此安排对主轴的受力情况有何影响。 3）操纵有关手柄了解主轴箱中滑移齿轮的位置、数量、用途。 4）观察主轴部件的支承结构，了解轴承的作用及间隙的调整方法。 5）观察主轴上齿轮离合器的构造，主轴右端空套斜齿轮的螺旋方向；了解主轴端部结构。 6）根据装配图分析卸荷式带轮是如何卸荷和传递扭矩的。 7）了解主轴箱的润滑系统及各传动件的润滑部位和方式，分析两个油标的作用。 3、进给箱 1）了解挂轮架的结构，用途和调整方法。 2）弄清基本组操纵机构工作原理。 3）弄清增倍组操纵机构工作原理。 4）了解车削不同种类螺纹的转换机构及丝杠、光杠传动的操纵机构。 4、溜箱板 1）了解超越离合器和安全离合器的工作原理。 2）了解机动进给、开合螺母和快速移动的操作机构。 3）了解互锁机构的作用及互锁原理。 5、刀架 了解刀架部件组成及各部分作用，了解方刀架动作原理。 6、尾架 了解尾架的作用，尾架在床身上的夹紧方法以及尾架套筒的夹紧方法；了解调整顶尖中心线与主轴中心线在水平面的同心度的方法；了解偏移尾架车削锥度的方法。 7、床身 了解床身整体结构，床身导轨的分组情况及其作用。 五、实训原理 CA6140结构图 CA6140车床传动系统图
C6140卧式车床数控化改造毕业设计论文
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
CA6140普通车床数控化改造
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
车床的数控化改造
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
普通车床的数控化改造设计
普通车床的数控化改造设计 摘要 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造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。由于切削参数，切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造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切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量，多品种复杂零件的加工。 本设计主要对横向进给系统的数控改造，其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨，把螺纹丝杠改成滚珠丝杠，一把的异步电动机改成伺服电动机（步进电动机），最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。 关键词：进给伺服系统，回转刀架，滚珠丝杠，导轨
目录 前言 (1) 第1章横向进给传动链的设计计算 (6) 1.1 主切削力及其切削分力的计算 (6) 1.2 导轨摩擦力的计算 (6) 1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7) 1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 (7) 1.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (7) 第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10) 2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷 F的校验 (10) c 2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 n的校验 (10) c 2.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 (11) 第3章计算机械传动系统的刚度 (12) 3.1 计算机械传动系统的刚度 (12) (13) 3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K φ 第4章驱动电动机的选型与计算 (14) 4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (14) 4.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 (14) 4.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩 T (15) ap 4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩16 4.5 选择驱动电动机的型号 (16) 第5章机械传动系统的动态分析 (18) 5.1 计算丝杆—工作台纵向振动系统的最低固有频率 ω (18) nc 5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 ω (18) nt 第6章机械传动系统的误差计算与分析 (19) 6.1 计算机械传动系统的反向死区? (19) 6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 δ (19) k max 6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (19)
普通车床的数控化改造培训资料(doc 36页)
普通车床的数控化改造培训资料(doc 36页)
普通车床的数控化改造 第一章绪论 1.1 本文选题的背景及意义 1.1.1 金属切削机床及其在国民经济中的地位 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，他是制造机器的机器，所以又被称为“工作母机”或“工具机”。 机床的母机属性决定了它在国民经济中的地位。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪器和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。可见，机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床则是机械制造工业的基础。一个国际机床工业的技术水平在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。
出一些特殊要求,甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求,这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外,这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周,而在我国机床厂用手工操作就至少需1～2个月,且由于这些图纸和文件涉及多个部门,常会出现漏改和失误的现象,影响了产品的质量和交货期。 (4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数,他们的专业知识和实际经验不足, 又担负着开发的重任。 (5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立,缺乏有效的协同开发的模式,不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见,容易造成产品的反复修改,延长了开发的周期。 为解决这些问题,必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术,发展优化和仿真技术,提高产品结构性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境,使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有