CA6140普通车床的数控化改造设计毕业设计
CA6140普通车床数控改造word资料3页
CA6140普通车床数控改造数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题。
但目前大力发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多职业类学校和中小型企业难以承受。
再者普通车床经过多次大修后，故障率仍然较高，且维修费用成本较高。
因此普通车床进行数控改造势在必行。
一、改造方案本文结合我校教学实际，针对CA6140车床机床进行数控改造。
对于普通车床的经济型数控改造，总体改造方案应遵循的原则是：数控车床的改造目的是要求车床稳定可靠，合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。
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：首先，机床基础件必须有足够的刚性。
其次，改造的费用要合适，经济性好。
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。
为实现主轴自动无级变速，在主轴上增加交流异步电动机变频调速系统、主轴脉冲发生器，从而不需进行机械换档。
（1）数控部分的改造。
第一，数控系统运动方式的确定。
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。
点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。
由于CA6140车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。
第二，伺服进给系统的设计改造。
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。
闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。
但它结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。
半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。
但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。
经过以上比较，由于所改造的CA6140车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
机械机床毕业设计35CA6140普通车床进行数控改造设计
一、绪论1.1引言随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加速，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换。
生产的需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速的发展起来。
从第一台数控机床（1952年美国）问世至今，机床的数控化率在不断的提高。
世界各工业国家已普遍生产和应用，日本生产机床的数控化率在1988年就已达到70%。
我国从开放搞活以来，加快了数控机床技术的引进，促使我国的机床数控技术的普及和发展。
当前普遍应用的微型计算机数控机床，它综合了电子技术、计算机技术、自动化技术、测量技术和机械制造等方面的最新成果，是一种灵活高效的自动化机床，是机电一体化的典型产品之一。
各大企业不断设置数控机床扩大再生产和替换陈旧设备。
数控机床的普及率不断提高，这种情况下，普通机床的数控改造是否必要可从以下几点说明。
数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题，能够稳定的加工质量和提高生产效率，但是应用数控机床还是受到其他条件的限制。
⑴数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是力不从心。
⑵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，而且替代的机床闲置起来又造成浪费。
⑶国内订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。
⑷通过数控机床对具体生产有多余功能。
要较好地解决上述问题，应走普通车床数控改造之路，从一些工业化国的经验者，机床的数控改造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。
如：日本的大企业中有近30%的机床经过数控改造，中小企业则是70%以上。
在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供机床数控改造服务。
我国作为机床大国-为了提高机床的数控化率对普通机床进行数控改造不失为一种良策。
一些发达国家如德国、美国、日本等就非常重视对旧机床的改造，而且已形成了一个完善的产学研结合的改造体系。
机械机床毕业设计12CA6140普通车床的数控技术改造
前言时光匆匆，大学四年的学习和生活即将结束。
为了全面检验四年来我们理论知识学习的质量和培养走向工作岗位独立自主的工作能力，按照学院的教学大纲要求，我们进行了大学生活中最重要的教学环节——毕业设计。
在本次设计中，我的设计题目是：CA6140普通车床的数控技术改造（机械部分）。
在设计中，就我个人而言，我希望能在这次设计中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下以各良好的基础。
使自己得到了最基本的技能训练，尤其是运用CAD制图，使我有机会把本专业的知识同计算机知识结合在一起。
此次设计是在指导老师张振金老师的悉心指导下，充分发挥自己独立思考的能力而完成的。
在设计中，我查阅了大量有关资料，多次到沈阳机床厂的生产一线调研，充分了解了本设备的实际运行情况。
由于本人理论水平有限，缺乏现场工作经验，在设计中，难免有这样或那样的错误与缺点，在此我诚恳希望各位老师给予我最直接的批评与指正，以便使我以后取得更大的进步。
最后，特向在本次设计中给予我帮助的老师们表示我由衷的感谢。
设计者：年6月20日目录前言-------------------------------------------------- 1 摘要-------------------------------------------------- 5 ABSTRACT ---------------------------------------------- 6 第一章绪论------------------------------------------- 7 一数控系统发展及趋势--------------------------------- 7 （一）国内外数控系统发展概况------------------------- 7 （二）数控技术发展趋势 ------------------------------ 7 （三）智能化新一代PCNC数控系统--------------------- 10 二普通机床数控改造的必要性-------------------------- 11 （一）微观看改造的必要性---------------------------- 11 （二）宏观看改造的必要性---------------------------- 12 三数控改造的内容及优缺点---------------------------- 12 （一）国外改造业的兴起 ----------------------------- 12 （二）数控化改造的内容 ----------------------------- 13 （三）机床数控化改造的优缺点------------------------ 13 四数控机床机构组成、特点及分类 ---------------------- 14 （一）数控机床的组成 ------------------------------- 14 （二）数控机床机构的特点---------------------------- 16 （三）数控机床的分类 ------------------------------- 19 五普通机床数控化改造市场---------------------------- 22 （一）改造的市场 ----------------------------------- 22 （二）进口设备和生产线的数控化改造市场-------------- 22 第二章 C6140普通车床数改的总体方案------------------- 24 一总体方案------------------------------------------ 24 （一）主传动系统和进给系统的改造-------------------- 24 （二）主轴脉冲发生器 ------------------------------- 25 （三）主轴脉冲发生器的结构及原理-------------------- 26 第三章数改C6140车床传动装置设计 -------------------- 27 一滚珠丝杠螺母副------------------------------------ 27（一）滚珠丝杠副的工作原理、特点及类型-------------- 28 （二）滚珠丝杠副的结构 ----------------------------- 29 二纵向进给系统的设计与计算-------------------------- 32 （一）纵向进给系统的设计计算------------------------ 32 （二）滚珠丝杠设计计算 ----------------------------- 34 （三）齿轮及转距的有关计算-------------------------- 39 三横向进给系统的设计与计算-------------------------- 42 （一）横向进给系统的设计计算------------------------ 43 （二）滚珠丝杠设计计算 ----------------------------- 44 （三）齿轮及转矩有关计算---------------------------- 46 四滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧方法 ---------------- 47 五滚珠丝杠副的安装结构------------------------------ 50 （一）支承结构 ------------------------------------- 50 六进给系统传动齿轮间隙的消除------------------------ 51 （一）采用减速箱的目的及注意事项-------------------- 51 （二）减少或消除空程的必要性和方法------------------ 51 第四章数改C6140自动刀架设计------------------------ 53 一自动刀架的分类------------------------------------ 53 二自动刀架的设计------------------------------------ 53 第五章数改6140步进电机的设计 ----------------------- 56 一步进电机的工作方式-------------------------------- 56 二步进电机的选择------------------------------------ 56 （一）步进电机选用的基本原则------------------------ 56 （二）数改C6140纵向进给系统步进电机的确定---------- 58 （三）数改C6140横向进给系统步进电机的确定---------- 58 第六章数改6140车床导轨设计------------------------- 60 一导轨的作用---------------------------------------- 60 二塑料导轨软带-------------------------------------- 60 第七章数控系统硬件电路设计-------------------------- 63 一数控系统基本硬件组成------------------------------ 63二单板机控制系统的设计------------------------------ 64 第八章 CA6140生产成本及经济技术分析------------------ 66 第九章结论----------------------------------------- 67 参考文献--------------------------------------------- 68 专题：----------------------------------------------- 70 高速切削的刀具材料及切削技术的应用------------------ 70 附录Ⅰ:外文文献---------------------- 错误！未定义书签。
CA6140车床的经济型数控改造设计 机械 毕业设计
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。
CA6140型普通车床的数控化改造设计解析
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、问题的提出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。
企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。
购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐；同时目前大多数企业还有数量众多，而且还具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，生产自适应性差，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。
而改造现有旧机床、配备与之相适应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，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，在我国成为世界制造业中心及制造强国的进程中，占有一席之地。
二、数控车床改造的意义数控车床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，其发展的原因是多方面的，主要有技术、经济、市场和生产上的原因。
我国是拥有300多万台机床的国家。
而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的。
CA6140型普通车床横向进给数控化改造
I、毕业设计(论文)题目：CA6140型普通车床横向进给数控化改造II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料(数据)：系统的输入电网电压为交流：（220±22V），频率为50Hz，电流为1.5A。
主电机功率为7.5Kw。
加工最大直径：在床面上，φ400mm；在床鞍上φ210mm。
加工最大长度：1000mm刀架快速速度：横向1.2m/min最大进给速度：横向0.3m/min设计技术要求：1）机床定位精度：0.015mm2）系统运行平稳，有安全超程限位保护装置。
I I I、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：1．收集、查阅有关资料，外文翻译(6000字符)，撰写开题报告；2.17～3.14 4周2．选择合适的电机 3.17～3.28 2周3．选择合适的零部件，进行横向的机械改造 3.31～5.02 5周4．电机驱动模块设计 5.05～5.23 3周5．撰写毕业论文、毕业论文审查、毕业答辩。
5.26～6.13 3周Ⅳ、主要参考资料：[1] 高安邦．机电一体化系统实用设计案例精选．北京：中国电力出版社, 2010年[2] 鲁远栋．机床电气控制技术．北京：电子工业出版社, 2013年[3] 高志．机械设计．北京：高等教育出版社, 2009年[4] 王自强．步进电机应用技术．北京：科学出版社, 2010年[5] 王丰．机电传动控制．北京：清华大学出版社, 2011年[6] ROBERT L.MOTT．MACHINE ELEMENTS IN MECHANICAL DESIGN FOURTH北京：电子工业出版社, 2007年航空与机械工程系机械设计制造及其自动化专业类1081021班学生（签名）：填写日期：2014 年 2 月17日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：航空与机械工程系主任（签名）：附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。
(完整word版)CA6140普通车床纵向进给系统的数控化改造(经济型)(20200807162232)
目录目录............................................................................ 1...一、设计任务书.................................................................. 2...二、设计要求.................................................................... 5...2.1 总体方案设计要求....................................................... 5..三、机械部分的改造设计和计算.................................................... 7..3.1 进给系统机械结构改造设计............................................... 7..3.2 纵向进给伺服系统机械部分的计算与选型................................... 7.3.2.1、传动计算....................................................... 8..3.2.2、切削力计算..................................................... 8..3.2.3、滚珠丝杠设计计算............................................... 8..3.2.4、交流伺服电机的选择............................................ 1..03.3 横向进给伺服系统机械部分的计算与选型.................................. 1. 23.3.1、传动计算....................................................................... 1..23.3.2、切削力计算....................................................................... 1..23.3.3、滚珠丝杠设计计算.............................................. 1..23.3.4、交流伺服电机的选择............................................ 1..4四、单片机型数控系统硬件电路设计............................................... 1..74.1 设计内容1..7.4.2 控制系统的功能要求1..74.3 硬件电路的组成：1..84.4 选择电气元件及电路设计................................................ 1..84.4.1 微机机型和扩展存储器的选择...................................... 1.84.4.2 确定I/O 接口2..04.4.3 键盘接口设计2..04.4.4 步进电机驱动电路设计........................................... 2..14.4.5 其它辅助电路设计............................................... 2..1五、系统控制软件的设计....................................................... 2..35.1 系统控制软件的主要内容............................................ 2.35.2 软件设计2..3.5.2.1 系统控制功能分析 ............................................... 2..35.2.2 系统管理程序控制............................................... 2..45.2.3 交流伺服电机控制子程序设计...................................... 2.45.2.4 编语言程序设计................................................. 2..6六、心得体会................................................................................ 3..0.七、参考文献................................................................................ 3..1 .亠、设计任务书1. 工作台重量：W = 800N （粗估）2. 滚珠丝杆导程：T= 6mm （供参考）3. 行程：S= 640mm4. 脉冲当量：=0.01mm5. 快速进给速度：V快=3m/min6. 快速进给速度：V进=1m / min7. 时间常数：t< 100ms学生应完成的工作：1. 机械结构装配图A1图纸2张，要求视图基本完整、符合标准2. 数控系统组成框图（或画在设计说明书里面）A2图纸1张。
CA6140普通车床数控化改造设计
CA6140普通车床数控化改造设计摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。
但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。
如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。
因此，普通机床的数控化改造大有可为。
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。
通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。
这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。
本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。
而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰写格式，这篇论文对我两年半的大学学习的一次全面总结。
关键词：车床数控改造进给系统主轴传动系统目录引言.................................................... 错误！未定义书签。
1.绪论................................................ 错误！未定义书签。
1.1数控机床优势概述.............................................. - 2 -1.2车床数控改造的现状与国内背景.................................. - 6 -1.3车床数控改造的必要性与可行性.................................. - 8 -2车床数控改造的总体构思与技术方案.................................. - 9 -2.1设计任务...................................................... - 9 -2.2总体方案的论证................................................ - 9 -2.3总体改造方案的确定........................................... - 10 -2.6机械部分的改造............................................... - 10 -2.7数控部分的改造............................................... - 11 -3普通车床主要结构的数控改造....................................... - 11 -3.1数控系统..................................................... - 11 -3.2纵向（Z向）进给系统的改造 ................................... - 13 -3.3横向（X向）进给系统的改造 ................................... - 17 -3.4刀架......................................................... - 18 -3.5主轴传动系统与滑动导轨副的改造............................... - 18 -3.6编码器....................................................... - 19 -4光栅尺安装与调试................................................. - 20 -4.1光栅尺的安装................................................. - 20 -4.2光栅尺的校正................................................. - 20 -5参考点的建立..................................................... - 20 -6如何提高数控机床精度?精度不够如何改进? ........................... - 21 -7结论............................................................. - 23 -引言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结构复杂，精密，批量小，多变零件的加工问题，且能稳定产品的和、加工质量。
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目录一、课程设计的目的和要求 (2)二、总体方案的设计 (3)三、机械部分设计 (5)四、数控系统设计 (10)五、总结与参考书 (14)第一章课程设计的目的和要求一.课程设计的目的机床数控系统课程设计是机械类专业机电一体化课程的重要实践性教学环节之一.是综合运用所学过的机械、电子和计算机知识而进行的一项机电结合的基本训练。
其目的是：1.能够正确运用机床数控技术等课程的基本理论和有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算。
2.通过对设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法以及正确的结构设计方法。
3.通过设备的数控系统硬件和软件设计，掌握简单数控系统硬件及软件设计的基本方法。
4.通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养分析问题和解决问题的能力。
5.提高应用手册、标准及编写文件等资料的能力。
二．课程设计的内容完成一台CA6140普通车床的数控化改造。
利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量0.01mm，横向脉冲当量0.005mm。
刀架采用电动自动转位刀架，主轴变速采用电磁离合器有极变速。
具体内容如下：1.总体方案的分析、比较、论证。
2.机械部分设计。
重点是进给传动系统机构的结构设计及伺服电机的选择计算。
3.数控系统设计。
硬件部分完成微机控制系统电气原理图设计；软件部分包括主要程序框图和部分汇编程序设计。
4.编写课程设计说明书说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，电气部分的设计说明，选用元器件及其参数的说明，软件设计及其说明等。
5.图纸（1）机械结构装配图A1图纸2张，要求视图基本完整、符合标准。
其中应有一个坐标轴的完整剖视图。
（2）数控系统组成框图A2图纸1张（3）数控系统电气原理图A1图纸1张（4）软件框图A2图纸1张6.课程设计时间分配建议本课程设计用3周时间完成，各部分所占时间分配大致如下：（1）方案论证1天（2）机械部分设计6天（3）电气部分设计4天（4）软件设计2天（5）编写说明书1天（6）准备答辩及答辩1天第二章总体方案的确定普通机床的数控化改造。
一般是将普通机床配置上经济型数控系统。
并对机床的某些部分作一定的改造，使机床具有数控加工能力，从而提高机床的自动化程度、和加工精度和生产效率。
一、机械部分的改造机械结构的改造，主要包括进给传动系统的改造、主传动系统的改造及刀架结构的改造三部分。
其中，进给传动系统是机床数控化改造的核心部分。
1.进给系统改造方案的确定为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，对进给系统通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。
在进给系统的改造设计中应考虑一下几点：（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。
如采用滚珠丝杠螺母副、滚动导轨或塑料导轨等。
（2）尽量消除传动间隙。
包括丝杠、齿轮的传动间隙，轴承游隙及键联接的间隙等。
（3）缩短传动链。
缩短传动链不仅可以减小传动误差，还可以提高系统的传动刚度。
此外，滚动副预紧也是提高系统传动刚度的常用方法，例如用加预载荷的滚珠丝杠副和滚动导轨及滚动轴承等。
丝杠支撑设计成两端轴向固定，并加预拉伸的结构等也可提高传动刚度。
2.主变速系统的改造方案主变速系统的改造有几种方案可供选择：（1）手动变速在自动化程度要求不高，加工对象较固定且变速较少的场合，机床主轴变速部分可不作改动，仍采用原手动变速机构，数控系统仅控制主轴电机的起、停和正、反转。
这种方案可大大降低改造成本。
（2）有极自动变速是普通车床数控化改造较常用的方案。
滑移齿轮与电磁离合器或液压拨叉结合科实现自动变档。
如果采用双速电机，可进一步增加变速级数。
（3）变频变速对于加工精度和自动化程度要求较高，经常要变速且要求变速特性较好的场合，可采用交流异步电机变频调速系统，实现连续变速。
3.刀架改造刀架是车床的一个重要组成部分，刀架用于夹持切削刀具，其结构直接影响机床切削性能和效率。
车床数控改造应将原机床的普通手动转位刀架替换成自动转位刀架，并由数控系统控制。
自动转位刀架由专业厂生产，可直接选用。
二、伺服系统的选择开环伺服系统在负荷不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。
开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。
但开环系统结构简单，调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。
三、计算机系统的选择计算机数控系统一般由微处理器、存贮器、外设接口电路、机床辅助控制接口电路及伺服驱动电路等几部分组成。
在经济型数控系统中，大多采用8位微处理器的微型计算机。
如可采用Z80Cpu 或McS-51单片机组成的微机应用系统。
第三章 机械设计部分机械部分的改造设计重点是进给系统的结构改造设计。
改造内容：1. 进给系统改进设计——采用伺服驱动（位置控制）2. 主传动系统改进设计——采用自动变速（速度控制）3. 刀架系统改进设计——采用自动转位刀架具体分解为（1）减速器及电机部分（2）滚珠丝杠副及支撑部分（3）平轨及滑台部分（基本保留原结构，改进摩擦特性，要正确绘出导轨结构，间隙调整）一、横向进给系统的设计计算工作台重量 W=300N （粗估） 滚珠丝杠导程 T=4mm （供参考） 行程 S=190mm 脉冲当量 δ=0.005mm快速进给速度 min5.1m V =快切削进给速度 min5.0mV =进时间常数 t 《100ms横向运动的导轨形式常为燕尾形导轨，其轴向力的实验公式为：)2(W F F KF F P c f a +++=μ，系数K=1.4，摩擦系数μ的取值见纵向导轨。
1. 传动计算uT a360=δ，式中 δ——脉冲当量 a —步距角T ——丝杠螺距 u —齿轮传动比48.05*75.0005.0*360360===aT δμ 2. 切削力计算本设计采取,3.0,5.2mm f mm a p ==并取c f c p F F F F 5.05.0,==，横向进给量为纵向进给量的21，则切削力也约为纵向的21由《金属切削原理》知，车削时（外圆车削、横车、内孔车削） 主切削力75.01840*5.0fa F p c ==0.5**2.5*75.03.0=932.33N切深抗力c p F F )6.0~1.0(*5.0==0.5*.66*0.5=466.17N 走刀抗力c f F F )7.0~15.0(*5.0==0.5*.66*0.5=466.17N3. 滚珠丝杠设计计算原机床横向进给丝杠直径为19mm ，所以选择滚珠丝杆的直径为19mm ，初选型号为FFZD2005横向运动的导轨形式常为燕尾形导轨，)2(W F F KF F P c f a +++=μ=1.4*466.17+0.17（932.33+2*466.17+300）=1020.6N（1） 疲劳强度计算滚珠丝杠的当量动负荷m C 为a Q w m F f f L C 3=，其中L 为工作寿命，L=61060nT =6105000*150*60=45，min 150575.0*1000T V 1000r n ===w f 为载荷系数时选择1.5~2.5.此次计算取2，Q f 为精度系数，3、4级取1.1，所以N F f f L C a Q w m 36.79866.1020*1.1*2*4533===所选择的FFZD2005型号的滚珠丝杠的额定动载荷是10KN ，所以疲劳强度符合要求。
（2） 刚度验算滚珠丝杠的刚度按下式校核][210*3161δδδδ≤++=r a K F l 其中1δ——丝杠拉压弹性位移，滚珠丝杠按一端固定，一端自由或简支的丝杠：AEl F a 4*11=δ，a F 为轴向载荷，A 是丝杠内径截面积，E 是弹性模量，钢的E=2.1*5102mm N，l 是螺母至轴固定端的最远距离。
2δ——是丝杠副内滚珠与滚道的接触变形。
raK F =2δ，a F 是预紧力为额定载荷31时的接触刚度， 3δ——滚动轴承的接触变形，推力球轴承：323123*)1(52.0a w F ZD =δ（)m μ，Z 是滚动体数目，w D 是滚动体直径，a F 是轴向载荷的31。
1δ：A=4)5.319(*2-π=188.62mm ，51110*1.2*6.188*4*6.1020l =δ 所以m um l l l 44.6*10*1.2*6.188*4*10*6.102010*1516161==δum K F r a 33.17706.10202==δ 3δ：=w D 4.736 ，Z=12323123*)1(52.0a w F ZD =δ=5.798um 所以m um K F l r a 669.102798.533.144.6210*3161=++=++=δδδ所以所选择的滚珠丝杠符合3级的弹性变形允许的行程误差，3级允许的行程误差为12mum.（3） 滚珠丝杠的支持方式一端轴向固定一端自由二．步进电机的规格选择计算加在电机上的总转矩M 由以下几部分组成：M=m l M M M ++0 1.负载转矩l M ).(*180m N F M al αηδπ=，η为从电机到丝杠的总传动效率，82.0=η，α为步距角，δ为脉冲当量。
m N M l .4757.082.0*75.010*6.1020*005.0*1803==-π2.滚珠丝杠副预紧引起的附加转矩0M αδπ00*180F K M =（N.m ），0F 为丝杠螺母的预紧力，K 为预紧螺母内部的摩擦系数，K=0.1~0.3.m N M .026.075.010*6.1020*31*005.0*2.0*18030==-π 3.加速度转矩m M ).()(18001m N J tf f M m -=πα1f 为电机工作频率，切削进给时1f 按最高进给速度计算，快速运动时1f 按空行程速度计算；0f 为突跳起动频率，取200HZ ，t 为加速时间，取0.1s ，J 为传动系统折算到电机轴上的等效转动惯量，对于一级齿轮传动系统，23222110)180()()()(παδm J J Z Z J J J ++++=，0J 是电机转子惯量，21~J J 分别是齿轮21~Z Z 的转动惯量，3J 是丝杠转动惯量，m 是工作台总质量，δα\是步距角和脉冲当量。
切削进给时HZ 1167005.0*605.0*100060V *10001===δ进进f快速运动时HZ 3501005.0*605.1*100060V *10001===δ快快f对于盘类零件：ρπL D J 432=，L 为齿轮宽度， ==11D L d φ 0.5*48=24 mmmmL 195242=-=251241.10*75.910*8.7*24*48*32m kg J --==π231242.10*45.110*8.7*19*100*32m kg J --==π251243.10*310*8.7*300*19*32m kg J --==π240.10*7.4m kg J -=所以24232423222110.10*12.9)75.0*14.3005.0*180(1030010*48.1)5024(10*675.5)180()()()(m kg m J J Z Z J J J ---=++=++++=παδ所以，切削进给时m N J t f f M m .1154.010*12.9*)1.02001167(18075.0*14.3)(180401=-=-=-πα快速进给时m N J t f f M m .3939.010*12.9*)1.02003501(18075.0*14.3)(180401=-=-=-πα所以M=m l M M M ++0=0.4757+0.026+0.3939=0.8956N.m计算出各部分的转矩及总转矩后，依据运行矩频特性选步进电机型号为110BF003。