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1、徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书第1章 概述1.1本文的选题及主要研究内容1.1.1本文的选题我们对已报废的两台CA6140进行数控化改造。通过改造，其目的就是要提高机械设备的数控化率，以便进行推广。分析现在经济型数控车床容易出现安全性故障的原因，经过反复的论证，在设计过程中，所有限位保护电路均采用负逻辑，如发生电路开路或接触不良时会立即报警，防止意外事故发生:设定了特殊的限位控制装置，使刀架在特定的位置不能换刀，保证了生产安全。数控加工过程中，程序的编制和输入调试是很重要也很烦琐的一个环节，工人的水平直接影响到生产效率的高低，同时也影响到产品的质量，如何降低对操作人员的要求，这是值得研究的
2、问题，我们利用系统资源，依据特征参数，编写成组工艺，按照成组工艺编写若干程序存储在RAM中，输入相关零件的参数，即可调用程序，进行加工。非常适合于一般操作人员，对操作者的要求不高，大大提高了生产效率。合理的设计控制系统，利用原机床的电机作为主电机，节约了购买机的费用。1.1.2主要研究内容1、 CA6140改造总体机械部件设计。2、主要部件的设计和选用。对机床的改造部位是：拆掉手动刀架和小拖板装上数控刀架；拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；主轴后端加一光电编码器用波纹管连接，供加工螺纹使用； 热点模具网。数控系统选用江苏东方数控新技术公司生产的NIM-9702数控系统。 驱
3、动系统的设计：由于改造设计的是简易型经济数控，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减小改动量，以降低成本。 3、提供常用零件的成组工艺及数控程序模板，使用户只需根据零件特征，输入相关零件的参数，即可调用程序，进行加工。4、创新设计数控机床限位保护装置。使设备发生电路开路或接触不良时，应立即报警，防止意外事故发生，提高设备使用的安全性。5、设计双限位保护开关，使刀架在特定的位置不能换刀。6、满足设备的各项性能指标。7、对完成改造后的机床进行调试，使其达到用户使用要求。1.1.3数控机床的发展预测1、 数控机床推广应用逐步由经济型为主向普及型为主转变。2、 数控金切机
4、床的构成比逐渐趋于合理。数控机床工序集中的加工特点，将使具有复合功能的高效数控机床的需求增长，这将导致数控机床拥有量和市场消费量中各类数控机床的构成比不同于传统的机床构成比。1.1.4 数控改造的意义我国作为机床大国.为了提高机床的数控化率.对普通机床进行数控化改造不失为一种良策。一些发达国家在机床的数控化改造方面已走在了我们的前面.如德国、美国、口木等国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.在世界机床行业不景气的今天.机床改造成为新的经济增长行业.生意盎然.处于黄金时代。由于机床与技术的不断进步.机床改造已成为一个“永恒”的课题。我国应在这方而加大重视和宣
5、传.走出一条适合我国国情的机床的数控化改造之路。第2章 总体方案设计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运行方式，伺服系统的类型，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、车床数控化改装设计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，经济型数控车床一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列
6、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，具有很高的性能价格比。因此，可选择MCS-51系列单片机扩展系统。4、根据系统的功能要求，微机数控系统控制中除了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，能相识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驱动电路。此外系统中还应该包括螺纹加工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、丝杆螺母副组成，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
7、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。图2.1总体改造方案2.2设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的数。以CA6140改装为例，设计参数如下：最大加工直径 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm最大加工长度 1000mm快进速度 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min最大切削进给速度 纵向 0.5m/min 横向 0.25m/min溜板及刀架重力 纵向 800N 横向 600N主
8、电动机功率 7.5kw代码制 ISO 脉冲分配方式 逐点比较法输入方式 增量值，绝对值通用控制坐标数 2最小指令值（脉冲当量） 纵向 0.01mm/冲 横向 0.005脉冲机床定位精度 0.015mm刀具补偿量 0mm99.99mm进给传动链京戏补偿量 纵向 0.15mm 横向 0.075mm自动升降速性能 有2.3具体的机械改装CA6140车床主要用于对中小型轴类、盘类及螺纹零件等的加工。这些加工工艺要求机床应完成的工作内容有:控制主轴正反转和急停;刀架能实现纵向和横向的进给运动，并能在换刀点自动改变四个工位，以便选择刀具;冷却泵的启停;润滑泵的开与关等。当加工螺纹时，保证主轴转一转，刀架能
9、移动一个被加工螺纹的导程S;能实现直线和圆弧插补等。同时，这些工作内容，就是数控系统控制的对象。为满足以上要求，对机床的改造部位是:将手动刀架改造成数控刀架;拆掉丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副;在主轴后端加一编码器，以便加工螺纹。第3章 机械部分设计纵向进给机构的改造。拆除原机床的进给箱，利用原机床进给箱的安装孔和销孔安装齿轮箱体。滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端采用原固定方式，这样可减小改装现场，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而使纵向进给整体刚性略优于以前。 横向进给机构改造。保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，步进电机、齿轮箱体安装在中拖板的后侧。纵
10、、横向进给机构都采用了一级齿轮减速，并用双片齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙，因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。当负载较大时，弹簧弹力显得小，起不到自动消除间隙的作用；当负载较小时，弹簧弹力又显得大，则加速齿轮的磨损。为此采用人工定期调整螺钉紧固的办法来消除间隙。刀架的改造。拆除原刀架和小拖板，换上数控刀架。3.1传动系统改装设计与计算3.1.1 纵向进给系统步进电动机的确定纵向进给系统的设计(如图3.1)图3.1纵向进给系统装配图1、 向进给系统的计算2、己知条件:工作台重量:W = 80Kg=800N时间常数:T=25ms滚珠丝杠导程:L=10mm行程:S = 65
11、0mm脉冲当量:8 p=0.01mm/P步距角: =0.36o /P快速进给速度: =2.4m/mi n3、切削力计算纵切外圆时，车床的主切削力可以用下式计算：=0.67D (N)=0.67（400）=5360走刀方向切削力分为和垂直走刀方向切削分力可按以下比列求出：=1：0.25：0.4所以 =0.25 =1340N =0.4 4、滚珠丝杠设计与计算综合导轨车床丝杠的轴向工作负载采用下面公式计=1.151340+0.16(5360+800)=2526.6N强度计算(滚珠丝杠)寿命值L=60nT/1000000n=n主f/L=1000vf/DL=10001000. 2/ (3. 14806)=
12、19.9r/minL=6019.9 15000/1000000=18000000r最大动负载C= = 1.22526.6 =8538NL为工作寿命，单位为106r,n为丝杆转速（r/min）,r为最大切削力条下的进给速度（m/min）可取最高进给速度的，为运转状态系数，无冲击取11.2，t为额定使用时间，可取t=1500h选用FC1B326-5-E2滚珠丝杠，其额定动负荷为10689N，与上面算果相比，强度足够。5、效率计算根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为 为丝杆螺旋升角， 为摩擦角。6、刚度验算滚珠丝杠在工作负载作用下的变形量=2526.60.6/20600000(2.8031/2
13、)3.14=16.7因扭矩M引起的导程变形量L2很小，可忽略，即L=L1。所丝杠长度为1000mm时，导程变形总误差为=100L/L0=10016.7E-6/1=2.77m/m查有关手册得知E级精度丝杠允许的螺距误差为15m/m，故刚度够。7、稳定性验算由于机床原丝杠直径为30mm，现选用的滚珠丝杠直径为32mm，支承向式不变，所以稳定性不存在问题。8、齿轮及转矩的计算采用同步带轮(1)有关带轮计算传动比i=360p/L=3600.001/0.361=1取Z1=20 Z2=20 =20 m=3mm b=28mm(带轮壁厚)dl= d2=pz/3.14=9.52520/3.14=60.66mm(2)转动惯量计算工作台质量折算到电动机轴上的转动惯量=（1800.001/3.140.75）280 =4.6N.cm2丝杠的转动惯量:Js=7.810-4 D4L=7.810-43.24100 =8.1789kg/cm2=81.789N/cm带轮的转动惯量:Jz1=Jz2=7.810-4D4L=7.810-460.60 42.8=2.957N.cm电动机转动惯量很小，忽略不计。总的转动惯量J为J=i2(Js+Jz2)+Jz1+J1=12(81.
