CA6140普通车床的数控化改造设计毕业设计

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 min 5.1m

V =快 切削进给速度 min

5.0m V =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 a 360

=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