CA6140普通车床横向进给系统的数控化改造设计说明书
CA6140数控改造计算说明书
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。
机电一体化课程设计-CA6140横向进给系统的数控化改造
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。
CA6140数控化改造毕业设计任务书1
数控技术课程设计任务书设计题目CA6140普通车床数控化改造(进给机构设计)学生姓名学院机电工程指导教师袁泽虎一、课程设计的主要内容进给伺服系统机械部分设计计算a) 确定脉冲当量b) 滚珠丝杆螺母副的计算和选型c) 进给伺服系统传动计算d) 步进电机计算和选用e) 进给伺服系统机械结构设计二、课程设计的主要技术指标加工最大直径：Φ400mm加工最大长度：1000mm滑板及刀架重力：纵向800N，横向600N刀架快速速度：纵向2.4m/min，横向1.2m/min最大进给速度：纵向0.6m/min，横向0.3m/min主电机功率：7.5KN启动加速时间：30m/s三、课程设计的基本要求及应完成的成果形式按照设计任务书进行设计，要求完成以下设计内容：(1) 进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图（A1）(2) 零件图1张（A3~A2）(3) 设计说明书1份。
要求字迹工整，文字通顺，设计方案应正确可行，设计计算正确。
四、课程设计的进度安排（1）方案设计；（1周）（2）运动参数设计（计算总功率，选择电机，确定传动比）；（2周）（3）草图设计（结构设计，尺寸计算等）；（3～4周）（4）完成装配图；（5周）（5）绘制零件图及编写设计说明书。
（6周）五、课程设计应收集的资料及主要参考文献（1）《机械设计手册》（第二版）第二、三、四卷，机械工业出版社；（2）《机械设计》（第二版），濮良贵主编，高等教育出版社；（3）《机械制图》，合肥工业大学工程制图教研室编，机械工业出版社；（4）有关机床、数控、步进电机等相关的资料。
CA6140数控车床改造设计说明书
设计题目：CA6140车床的数控化改造专业：设计者：指导老师：年月日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。
c6140普通卧式车床数控化改造之横向进给系统(X)轴设计说明
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。
毕业设计_CA6140车床数控改造设计说明书
CA6140车床数控改造设计说明书目录1 概论 (2)1.1 数控机床应用的局限性 (2)1.2机床数控化改造的优点 (2)2总体方案设计 (3)3 进给伺服系统机械部分设计计算与校核 (4)3.1机械结构改装设计 (5)3.1.1方案的确定 (5)3.2计算切削力 (5)3.2.1 纵车外圆 (5)3.2.2 横切端面 (5)3.3滚珠丝杠副的计算和选型 (6)3.3.1纵向进给丝杠 (6)3.3.2 横向进给丝杠 (8)3.3.3纵向及横向滚珠丝杠副几何参数 (10)3.4齿轮传动比计算 (11)3.4.1纵向进给齿轮箱传动比计算 (11)3.4.2横向进给齿轮箱传动比计算 (11)3.5步进电机的计算和选型 (12)3.5.1纵向进给步进电机 (12)3.5.2横向进给步进电机 (15)4 进给伺服系统机械部分结构设计 (19)4.1进给伺服系统总图设计 (19)4.2进给伺服系统的装配图 (19)5微机控制系统硬件电路设计 (20)5.1硬件电路一般要求 (20)5.2控制系统的组成及功能 (21)5.2.1 CPU、存储器、I/O接口电路扩展 (21)5.2.2控制系统的功能 (22)5.3步进电机控制电路 (22)5.3.1步进电机半闭环驱动原理 (22)5.3.2脉冲分配 (23)5.3.3驱动电路 (23)5.3.4其他辅助电路 (24)6 微机控制系统的软件设计 (24)7 机床的加工程序编制 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录…………………………………………………………………………………………………331概论数控机床与通用机床相比，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、小批及形状多变零件的加工问题，能够获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。
1.1 数控机床应用的局限性（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是心有余而力不足。
CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造设计说明
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
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。
CA6140车床数控化改造纵向伺服进给单元设计说明书
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。
CA6140车床横向进给轴的数控化改造
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。
CA6140车床改造说明书DOC
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。
#CA6140数控化改造的机械设计说明书
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，各国都致力和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。
卧式车床CA6140数控化改造说明书1
沈阳理工大学机电一体化课程设计计算说明书题目：卧式车床数控化改造设计所属系部：机械运载学院专业：机电一体化班级：101313学号： 10131304学生姓名：指导教师：赵晋芳2012年 6月 13日目录摘要 (2)设计题目 (3)1. 设计任务 (4)2. 总体方案的确定 (5)3. 机械系统的改造设计方案 (5)4. 进给传动部件的计算和选型 (8)4.1 脉冲当量的确定 (8)4.2 切削力的计算 (8)4.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） (9)4.4 同步带减速箱的设计（纵向） (10)4、5 步进电动机的计算与选型（纵向） (13)4.6 同步带传递功率的校核 (17)5. 绘制进给传动机构的装配图 (17)6. 控制系统硬件电路的设计 (18)7. 步进电动机驱动电源的选择 (19)8. 控制系统的部分软件设计 (20)8.1 存储器与I/O芯片地址分配 (20)8.2 控制系统的监控管理程序 (20)8.3 8255芯片初始化子程序 (21)8.4 8279芯片初始化子程序 (21)8.5 8279控制LED显示子程序 (22)8.6 8279管理键盘子程序 (24)8.7 D/A电路输出模拟电压程序 (25)8.8 步进电动机的运动控制程序 (25)8.9 电动刀架的转位控制程序 (25)8.10 主轴、卡盘与冷却泵的控制程序 (25)机电一体化课设的感受与收获 (27)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)摘要整个人类社会的文明史，就是制造技术不断演变和发展的历史。
任何国家的制造业都是国民经济的基础产业，也是国民经济的主要来源。
没有发达的制造业，就不可能有国家真正的繁荣和强大。
制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家科技水平、综合国力的重要体现，制造技术的发展是一个国家经济增长的根本动力。
而制造业中机床是其基础装备。
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车床改造说明书DOC
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、设计任务书二、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。
（9）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。
（10）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。
机经济型数控车床总体方案框图数控车床改造的总体方案示意图三、机械部分的改造设计和计算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：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。
已知条件：1.工作台重量：W ＝300N （粗估）2.滚珠丝杆导程：T ＝4mm （供参考）3.行程：S ＝190mm4.脉冲当量：δ＝0.005mm5.快速进给速度：min /5.1m V ＝快6.切削进给速度：min /5.0m V ＝进7.时间常数：t ≤100ms3.2.1、传动计算uT 360αδ=其中α表示步距角（本设计取0.75），δ表示脉冲当量（本设计是0.005mm ）所以48.0360==Tu αδ3.2.2、切削力计算主切削力N f a F p C 7.110815.05.21840184075.075.0=⨯⨯== 切深抗力N F F F c c p 4.5547.11085.05.0)6.01.0(=⨯==-= 走刀抗力N F F F c c f 4.5547.11085.05.0)7.015.0(=⨯==-=式中p a 表示切削深度，f 表示进给量，本设计取p a =2.5mm ，f =0.15mm 。
3.2.3、滚珠丝杠设计计算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 m +++=μ式中，系数K 为1.4，摩擦系数μ取0.05 所以N W F F KF F p c f m 902)3004.55427.1108(05.04.5544.1)2(=+⨯++⨯=+++=μ（1）疲劳强度计算滚珠丝杠的当量动载荷m C 为:m Q w m F F F L C 3=式中，L 为工作寿命，61060nTL =,n 为丝杠转速，T 为实用时间寿命，数控机床取)(15000h T =，故)10(135102100060106066g 6转快=⨯⨯⨯==T T V nT L w f 为载荷系数，取1.3；Q f 为精度系数，取1因此N F F F L C m Q w m 9.61079021.12.113533=⨯⨯⨯==由上述当量动载荷，且使用条件为横向进给，故选择丝杠FFB2205。
（2）刚度验算滚珠丝杠的刚度按照下式校核：[]δδδδδ≤++=321丝杠的支撑方式：一端固定，一端简支。
丝杠拉压弹性位移mm 1004.9101.25.3-20445090235211-⨯=⨯⨯⨯==）（πδAE l F m丝杠副內滚珠与滚道的接触变形m 77.1510902k F 2m 2μδ===，k 2是预紧力为额定载荷的1/3时的接触刚度，查手册得k 2=510.滚动轴承的接触变形3/23/12w 3ZD 152.0m F •=）（δ，初选推力球轴承51104,56.5=w D ，14=Z ，代入上式得，m 72.43μδ=。
又因为轴承存在预紧力，所以m m m μδδμδδμδδ36.221,89.021,26.241332211=='=='=='[]1624.1245.0'3'2'1=<=++=δδδδδ，丝杠精度取4级。
3.2.4、确定齿轮参数因为uT 360αδ=，所以48.0360==Tu αδ，取241=Z ，502=Z ，齿轮模数mm m 5.2= 因此mm mZ d mm mZ d 100502,482422211=⨯===⨯==，轴向长度mm l mm l 14,1621==3.2.5、步进电机的选择（1）负载转矩L MαηδπmL F M ⨯=180式中，η为电机到丝杠的总传递效率查机械设计手册取齿轮传递效率为0.98，滚动轴承0.99，推力轴承0.99，联轴器0.99滚珠丝杠的效率计算：导程角：。
550.4)205(tan )(tan 11=⨯==--ππγd s效率： 965.0)10550.4tan(550.4tan )tan(tan '=+=+=φλγη因此总效率：908.0965.099.098.04=⨯⨯=总η故m N F M m L ⋅⨯⨯⨯⨯=⨯=-379.0908.075.090210005.01801803παηδπ （2）滚珠丝杠副预紧引起的附加转矩0Mαδπ00F K 180M ⋅⋅⋅=式中，0F 为丝杠螺母的预紧力，K 为预紧螺母内部的摩擦系数，取0.2因此m N ⋅=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=-023.075.090210005.02.0180F K 180M 3m 0παδπ （3）加速度转矩m MJ tf f M m )(18001-=πα式中，1f 为电机工作频率，切削进给时，Hz v f 35000005.06010005.06010001=⨯⨯=⨯=δ进快速进给时，Hz v f 5000005.06010005.16010001=⨯⨯=⨯=δ快 Hz f 2000=（突跳起动频率）s t 1.0=（加速时间）])180()[()()(23222110dm J J Z Z J J J πδ++++= 式中，0J 为电机转子惯量，初取27.4cm kg ⋅对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式计算：L D J 44108.7-⨯=24414141745.06.18.4108.7108.7cm kg L D J ⋅=⨯⨯⨯=⨯=-- 2442424248.124.110108.7108.7cm kg L D J ⋅=⨯⨯⨯=⨯=--244343435616.0452108.7108.7cm kg L D J ⋅=⨯⨯⨯=⨯=-- 因此2412232221101046.8)]75.010005.0180(8.93005616.048.12[48.0745.07.4])180()[()()(m kg dm J J Z Z J J J ⋅⨯=⨯⨯⨯++++=++++=--ππδm 5316.01046.81.0200-500018075.0)(1804-01)(⋅=⨯⨯⨯=-=N Jt f f M m ）（空ππαm 1624.01046.81.0200-3500018075.0)(1804-01)(⋅=⨯⨯⨯=-=N Jt f f M m ）（进ππα因此选取)(空m M 因此cmkg N M M M M m L ⋅=⋅=++=++=336.9m 933605316.0023.0379.00。
（空）总又因为25.1/-=M M 电,取cm kg M ⋅=672.18电 根据上述转矩，查表选电机型号为110BF003。
四、单片机型数控系统硬件电路设计4.1 设计内容（1） 按照总统方案以及机械结构的控制要求，确定硬件电路的方案，并绘制系统电气控制的结构框图；（2） 选择计算机或中央处理单元的类型；（3）根据控制系统的具体要求设计存储器扩展电路；（4）根据控制对象以及系统工作要求设计扩展Ｉ／Ｏ接口电路，检测电路，转换电路以及驱动电路等；（5）选择控制电路中各器件及电气元件的参数和型号；（6）绘制出一张清晰完整的电气原理图，图中要标明各器件的型号，管脚号及参数；（7）说明书中对电气原理图以及各有关电路进行详细的原理说明和方案论证。
4.2控制系统的功能要求（1）z向和x向进给伺服运动控制（2）自动回转刀架控制（3）螺纹加工控制（4）行程控制（5）键盘及显示（6）面板管理（7）其他功能：光电隔离、功率放大、报警、急停、复位。
4.3硬件电路的组成：后面所画大图采用MCS-51系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。
电路的组成如下：（1）CPU采用8031芯片；（2）扩展程序存储器2764两片，6264一片；（3）扩展可编程接口芯片8155两片；（4）地址锁存器，译码器个一个；（5）键盘电路，显示电路；（6）光电隔离电路，功率放大功率；（7）越程报警电路，急停电路，复位电路；（8）面板管理电路。
数控系统结构框图4.4选择电气元件及电路设计4.4.1微机机型和扩展存储器的选择确定微机机型就是选择CPU。