机械5

CA6140车床经济型数控改造 摘要 数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用，但数控机床一次性投资较大，对机床进行数控化改造不失为一个良策。本设计利用数控装置对CA6140普通车床进行控制,主传动系统部分采用交流调频主轴电动机经带轮及分级齿轮变速箱驱动主轴，通过变频器和齿轮变速箱实现分段无级变速；进给系统采用步进电机通过减速后驱动滚珠丝杠运动，在纵向进给系统中通过一级齿轮减速后驱动滚珠丝杠，在横向进给系统中通过二级齿轮减速驱动滚珠丝杠；刀架改为自动转位刀架(四工位)从而实现自动换刀；通过MCS-51系列8051单片机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲信号控制进给速度和行程；为了保持切削螺纹的功能，要在主轴外端或其它适当部位装上脉冲发生器；将车床的手动尾座改造成为可控电动尾座。 本次设计的数控改造为经济适用型，改造简单易行，可降低劳动强度，提高生产效率。主要介绍了CA6140普通数控车床的主轴系统的改进及机床纵向、横向进给系统的改造设计及计算。 关键词： CA6140车床；数控改造；滚珠丝杠；步进电动机 ABSTRACT The NC machi
ne plays a very great role i
n mecha
nical e
ngi
neeri
ng．Although the i
nvestme
nt
needs a great deal of mo
ney，it is a good way to try digital modificatio
n for ordi
nary lathe.The spi
ndle speed of CA6140 remai
ns the ma
nual fu
nctio
n of shifti
ng gears．The alteratio
n is easy a
nd it ca
n reduce labor i
nte
nsity a
nd improve productive efficie
ncy． but the NC Machi
ne larger o
ne-time i
nvestme
nt, NC machi
ne tools for the tra
nsformatio
n of a good after all. The desig
n of the device usi
ng NC Lathe CA6140 co
ntrol, part of the mai
n tra
nsmissio
n system usi
ng AC spi
ndle motor a
nd graded by the pulley drive
n spi
ndle gearbox, through the i
nverter a
nd gearbox to achieve sub; Feed System used by stepper motor drive
n ball screw slowdow
n after campaig
n vertical feed system through a gear after the ball screw drive, i
n the horizo
ntal feed system through two gear-drive
n ball screw; Tool to automatically tra
nsfer tool carrier (4-positio
n), thus achievi
ng automatic tool cha
nge; by MCS-51 series 8051 data to be dealt with. from the I / O i
nterface stepper pulse output sig
nal to co
ntrol the feed rate a
nd iti
neraries; I
n order to mai
ntai
n the fu
nctio
n of cutti
ng thread, to the outer e
nd of spi
ndle or other appropriate locatio
n loaded pulse ge
nerator; Lathe will be tra
nsformed i
nto Tailstock ma
nually co
ntrolled electric Tailstock. The desig
n of the NC tra
nsformatio
n of the eco
nomy - the applicatio
n, tra
nsformi
ng simple, ca
n reduce labor i
nte
nsity, improve productio
n efficie
ncy. I
ntroduced a major eco
nomic NC machi
ne tool servo system desig
n. Expou
nded the CA6140 ordi
nary NC lathe spi
ndle system improveme
nts a
nd vertical machi
ne, horizo
ntal feed system of the desig
n a
nd calculatio
n. Keywords：CA6140 lathe；digital modificatio
n；ball screw；steppi
ng motor 目录 摘要i ABSTRACT ii 1概述1 1.1经济型数控改造的实际意义1 1.1.1技术分析1 1.1.2经济分析1 1.1.3市场分析2 1.1.4生产分析2 1.1.5综合分析2 1.2数控机床的工作原理2 1.3数控机床的特点及应用范围3 1.3.1数控机床的加工特点3 1.3.2数控机床的应用范围4 2经济型车床数控改造总体方案的确定5 2.1总体数控改造方案设计5 3主传动系统设计6 3.1概述6 3.1.1数控机床主传动系统的特点6 3.1.2数控机床主传动系统的设计要求6 3.2主传动系统的配置方式6 3.2.1主传动系统的主轴电动机的选型6 3.2.2交流主轴电机的调速7 3.2.3分级变速齿轮箱的传动系统设计8 3.2.4主传动系统组件的结构形式11 4伺服进给系统的结构设计与计算12 4.1伺服进给传动系统12 4.2步进电动机及开环进给控制12 4.2.1步进电动机的驱动控制13 4.2.2步进电机的驱动放大电路13 4.3纵向进给系统的设计计算16 4.3.1设计参数16 4.3.2纵向进给切削力的确定16 4.3.3纵向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型17 4.3.4纵向进给减速齿轮的设计与校核19 4.3.5纵向进给步进电动机的计算和选型21 4.4横向进给系统的设计计算24 4.4.1横向进给切削力的确定24 4.4.2横向进给切削力的确定24 4.4.3横向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型25 4.4.4横向进给减速齿轮的设计与校核27 4.4.5横向进给步进电动机的计算和选型30 4.5滚珠丝杠的安装33 4.5.1滚珠丝杠的安装形式33 4.5.2滚珠丝杠轴承的校核33 4.5.3消除齿轮间隙的措施： 34 5自动回转刀架的设计36 5.1自动回转刀架的设计36 5.1.1自动回转刀架步进电动机的选用36 5.1.2自动回转刀架的蜗轮蜗杆设计计算37 6电动尾座的设计40 6.1设计方案40 6.2电动尾座改造部分设计计算40 6.2.1电动尾座驱动电动机的选择40 6.2.2电动尾座用的齿轮设计40 7主轴编码器的设计43 7．1编码器工作原理43 7．2主轴编码器的安装44 8数控车床数控系统设计45 8.1概述45 8.2计算机数控（CNC）系统的简介45 8.2.1概述45 8.2.2微处理器数控（MNC）系统的组成45 8.3 CNC系统的硬件结构45 8.3.1单微处理机与多微处理机结构45 8.4 CNC系统的软件46 8.4.1 CNC系统软件的组成与功能46 8.4.2 CNC系统软件的特点和结构49 8.4.3 CNC系统软件结构的分类50 8.5 CNC系统的工作过程50 8.5.1 CNC系统的数据段历程50 8.5.2 CNC系统自动工作时的总体流程51 8.6运动轨迹的插补原理52 8.6.1运动轨迹插补的概念52 8.6.2运动轨迹插补的方法52 8.6.3逐点比较法53 结论60 参考文献61 外文文献63 中文翻译72 致谢79 1概述 由于现代工业的飞速发展，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。如果设备全部更新换代，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。所以最经济的办法就是对普通机床的数控改造，这样既可以提高生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，采用此方法对中、小型企业来说十分理想。 1.1经济型数控改造的实际意义 目前，各企业一般都有不少普通车床，完全用数控车床加以替换根本不可能。解决这个问题，必须走普通车床数控改造之路。日本大企业中有26%的机床经过数控化改造，而中小企业则占74%;美国有许多数控专业化公司为用户提供数控改造服务。我国拥有300万台机床，其中大量的是通用车床。因此，普通车床的数控改造，大有可为。 数控改造一般是指对普通车床某些部位作一定的改造，配上数控装置，从而使车床具有数控加工能力。