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1、南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 罗 毅 学 号： 201080426 系 部： 机械工程学院 专 业： 机械电子专业 题 目： CK6125型半闭环系统数控车床设计 指导者： 李雪讲师 评阅者： 2012 年06月 南 京南京工程学院毕业设计说明书（论文）摘 要CK6125数控车床由主传动系统，进给系统和控制系统三部分组成。设计中首先进行总体方案的确定，画出简易的传动系统图，根据给定的设计参数对主传动设计主传动了吗？和进给系统中的主要传动件进行了校验计算。进给系统由步进电机驱动滚珠丝杠实现进给。控制系统是由CPU、键盘，显示，接口电路，脉冲分配器和电机驱动部分组成。CK6
2、125通过单片机反馈补偿实现半闭环控制。最后进了技术经济分析得出设计生产该产品是经济合理的。关键词：数控 车床 设计Half a closed loop system of CK6125 CNC lathe designAbstractCK6125 CNC lathe is made up by three parts ,that is main transmission system, feeding system and control system . In the design scheme for the first, draw the simple transmission sys
3、tem graph, according to the design parameters of a transmission and the main transmission system into the calibration calculation. Feeding system by stepping motor drive the ball screw realize feed.Control system consists of CPU, keyboard, display, interface circuit, pulse distributors and motor dri
4、ving part. Through the feedback compensation of the single-chip microcomputer CK6125 realize half closed loop control .Finally into the technical and economic analysis of the design and production of the product is reasonable in economy .Keywords: the numerical controllathedesignII目录第一章 前 言1第二章 总体方案
5、设计22.1设计参数22.2总体方案的确定22.3 基本参数的确定22.3.1运动参数32.3.2动力参数32.4传动原理4第三章 传动系统设计73.1 齿轮设计73.2轴的初步确定103.3切削力的计算113.4滚珠丝杠的设计计算123.4.1纵向丝杠的设计123.4.2横向(床鞍)进给丝杠设计143.5 步进电机选择153.5.1 纵向步进电机选择153.5.2横向步进电机选择16第四章 校核174.1键的校核174.2轴的校核174.3轴承的校核20第五章 数控系统硬件电路设计215.1 微机控制系统硬件组成215.2 确定硬件电路方案215.3 8031储存器扩展电路设计245.3.1
6、 程序存储器扩展245.3.2 数据存储器扩展245.3.3 联线方式255.3.4 地址锁存器74LS373255.3.5 I/O口扩展电路设计255.3.6 键盘，显示器，接口电路265.4 步进电机驱动电路设计265.4.1 计算机接口275.4.2 脉冲分配器275.4.3 隔离电路的设计295.5 其它辅助电路设计325.5.1 8031时钟电路325.5.2 复位电路325.5.3 越程报警电路335.5.4光电编码器34第六章 技术经济分析366.1 提高技术经济价值：366.2 机械零件的设计366.3 结构的设计36总 结38参考文献39附 录40致 谢41II南京工程学院毕
7、业设计说明书（论文）第一章 前 言据了解，2001年中国机床产值已进入世界前10名的第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。 随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微处理器为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国
8、批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周
9、期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。机床工业被称之为装备工业，装备工业又是技术密集、技术更新速度十分快的行业，数控机床是现代制造业的关键设备，一个国家数控机床的产量和技术水平在某种程度上就代表这个国家的制造业水平和竞争力。面对入世和世界经济一体化的进程，我们必须在新一轮经济结构调整中找准自己的位置，加快发展、更新的频率，用限普增数来加快集约化进程，促进装备工业的发展，参与世界经济竞争。缩小与世界先进水平的差距。 第二章 总体方案设计方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以及基本的运动动力参数。2.1设计参数设计任务给出各项指标如下：1加工对象：45号钢2主轴
10、转速：502000rad/min3工作台行程：X450mm Z130mm4脉冲当量：0.015异步电机驱动2.2总体方案的确定CK6125型数控车床的主要参数：床身上最大工件回转直径 250mm；最大工件长度 500mm；最小设定单位 x轴0.001mm z轴0.001mm；回转刀架工位数 4 ；主电机功率 3.0kw；机床净重 1200kg 。主要特点：CK6125数控车床的导轨耐磨性好，精度高，主轴采用变频无级调速控制，可自动完成对零件的内外柱面、端面、任意锥面、圆弧面及公英制螺纹切削等工序连续加工。2.3 基本参数的确定通过主轴孔最大棒料直径床身宽度经济合理的工件或刀具直径按照以下几种经
11、验公式估定 2.3.1运动参数可通过类比实验和计算等方法综合确定 、为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。、是机床的最低、最高转速，其中常用经济加工切削速度硬质合金刀具精车中碳钢,取,取高速钢刀具精车丝杠。取.计算额定转速2.3.2动力参数据下列公式及数据估算电机功率。（公斤力）单位切削面积上的切削力，取硬质合金刀加工中碳钢=200（公/）；切削深度； 进给量。V_切削速度。切削深度及进给量取半精车中碳钢，故取1；取0.2；取=2972.4传动原理此次设计的CK6125只用于精加工和半精加工,初步确定主轴箱部分为六级变速（手动），用一个三联齿轮和二联齿轮来实现六级变速，而后用传动比为一
12、比一的齿轮带动编码器，采用双速电机，异步电机的同步转速为1000rad/min其实际转速为960rad/min，可得车床有32=6级变速。而对其的选择方案有两种，如下所述：方案一：采用结构式：，其，故合适。 方案二：采用结构式：，其，大于8，故不合适。对方案一和方案二进行比较，方案一远优于方案二（因为方案二不合理），故选用方案一。再根据方案一画出其转速图。其转速图如下：图2-1 转速图如上图可知皮带轮的降速比为：，由此可知皮带的降速比也合适，故此方案可行。再就是纵向和横向进给是靠丝杠来实现的，丝杠用步进电机来带动。因为脉冲当量小于0.01。所以在步进电机和丝杠之间我们用传动比为1：1的齿轮带来
13、连接。大带轮与带轮轴连接采用卸荷方式，可以使大带轮的重量不压在轴上，减轻了轴的负荷，使传动更平稳。主轴箱内有两对滑移齿轮，把它们分别放在第一二根轴上，将第一二根轴做成花键轴，使整体结构更紧凑，更合理。主轴与编码器连接采用齿轮一比一传动，这样方便计算主轴转一圈时丝杠进给量。纵、横向进给系统选择的步进电机步距角都为0.36，纵向进给的最小进给量为0.002，横向进给的最小进给量为0.01，所以必须通过减小步距角来实现这个最小进给量。减小步距角可以通过同步齿形带传动来减小，选择齿轮传动来减小步距角。传动要求:1）传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。 2) 应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。
14、3) 主轴的转速范围为502000RPM，采用双速电机传动,然后采用手动六级调速,从而实现502000RPM的转速范围.4) 脉冲当量为0.01毫米/分钟，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单。5) 主传动系统需要一个变速电机通过带轮带动主轴，从而完成主传动运动。进给部分也相对简单，当一个脉冲信号传给步进电机时，步进电机转过一个相应的步进角，通过一个一级或二级减速器将动力传递给丝杠完成工作台（刀架）横、纵向进给运动。另外，反馈系统保证更高的精度可以增加。6) 进给部分采用滚珠丝杠副有如下特点：1）运动平稳，无爬行现象，精度高；2）有可逆性；3）磨损小，寿命长；但制作困难，要求自身精度高。所以，采用滚珠丝杠副优点相对较多，比较合理。滚珠丝杠的循环方式采用外循环方式，这种方式制造加工比较容易，经济性好。表2-1 设计参数C6125主要技术参数项 目单 位参 数床身上最大工件回转直径mm250最大工件长度mm750
