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1、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，然后再对普通机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。为此，本例中采用旧床身淬火并贴膜。(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
2、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。关键词：普通机床，数控改造，步进电机，经济型数控系统，数控刀架AbstractCNC machine tools, general transformation of the economy mainly in the rational choice under the premise of numerical control system, and then on the lathe appropriate mechanical tr
3、ansformation, transformation should include: (1) the transformation of bed, for the transformation of post-precision machine tools have better retention, in addition to as much as possible to reduce the electrical and mechanical failures at the same time, should give full consideration to the wear r
4、esistance of machine parts, especially the Machine Tool . To this end, in this case the old bed quenching, and foil. (2) the transformation of extension units, extension units is the direct control of CNC system object, so its transformation utmost importance. This is the middle of the most prominen
5、t point is chosen instead of rolling screw ball screw to improve the sensitivity of the transmission and torque stepper motor to reduce power losses. (3) The gearbox of the transformation, due to adopt numerical control system, so the input and output shaft as well as the reduction gear design, whic
6、h then transform to the box. (4) the transformation of tool carrier, using CNC turret, so that you can use the direct control of CNC system, and knife small size, high repeat positioning accuracy, safe and reliable. Through the transformation of machine tools and are required to use stepper motor as
7、 the driving element, so that after transformation, modernization of machine tools will be able to basically meet the processing requirements. Keywords: Ordinary lathe, numerical control transformation, stepper motor, economical CNC system, CNC turret目 录第一章 绪论1第二章 设计要求32.1 总体方案设计要求32.2 设计参数42.3 其它要求
8、5第三章 进给伺服系统机械部分设计与计算63.1 进给系统机械结构改造设计63.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型63.2.1 确定系统的脉冲当量73.2.2 纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择雨校核步骤73.2.3 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤103.2.4 齿轮有关计算12第四章 步进电动机的计算与选型194.1 步进电动机选用的基本原则194.1.1 步距角194.1.2 精度194.1.3 转矩194.1.4 启动频率204.2步进电动机的选折204.2.1 CA6140纵向进给系统步进电机的确定204.2.2 CA6140横向进给系统步进电机的确定20第五章 主轴交流伺服电
9、机225.1 主轴的变速范围225.2 初选主轴电机的型号225.3 主轴电机的校核22第六章 微机控制系统硬件电路设计236.1 控制系统的功能要求236.2 硬件电路的组成236.3 设计说明23第七章 机床改造的结构特点26第八章 安装调整中应注意的问题27结 论28致 谢29参考文献30第一章 绪论数控机床与普通机床相比,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、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（2）目前，各企业都
10、有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费；（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。这一工作早在20世纪60年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，国外已发展成为一个新兴产业部门，从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有26%的机床经过数控化改造，中小企业则达74%。在美国
11、有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务。中国是拥有300多万台机床的国家，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。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
12、）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。因此，我们必须走数控改造之路。普通机床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。对普通机床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，机床就可以按预先输入的加工指
13、令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的机床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。第二章 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）普通机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）机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
14、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）根据普通机床最大的加工尺寸、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，MCS51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 MCS51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
15、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。总体方案设计图如下图2-1所示：图2-1数控机床改造的总体方案示意图进给伺服系统总体方案方框图如图2-3所示：图2-2进给伺服系统总体方案方框图2.2 设计参数设计参数包括机床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。现列出CA6140卧式机床的技术数据：名称 技术参数 在床身上 400mm工件最大直径在刀架上 210mm顶尖间最大距离 650;900;1400;1900mm宋制螺纹 mm 1-12(20种)加工螺纹范围 英制螺纹 t/m 2-24(20
