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1、山东大学毕业论文本科毕业设计 论文名称：普通车床CA6140的数控车床的经济性改装考生姓名：张凯考生地市：山东省青岛市联系电话：13553094986邮 编：266100摘要 针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。论文的说明了普通车床的数控化改造的设计过程，也比较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向的进进给运动。 【关键词】 数控机床，单片机数控系统，改装设
2、计。AbstractToremedythedefectsofordinarylatherCA6140,adesignofdataprocessingsystemanditssinglechipmicrocomputersystemprogramisputforwardtoraisetheprocessingprecisionandextendthemachinesusage,andtoimproveproductionrate。Thispaperpresentstheprocessofdesigningnumericalcontrolreform，andexplicitlyintroduces
3、thedesignofmechanicalandnumericalcontrolsystemreformsWeadoptcontrolsystemwhichhas8031ascputocopewiththesignal，andoutputthesteppulsethroughtheI/Ointerface。Aftertransmittingandslowingdownbyforce1gear,thesteppulsesdrivetheleadingscrewtorollThusachievetheverticalmovementandthecrosswisemovement。Keyword：n
4、umericalcontrolmachinetool,singlechipmicrocomputersystem，reformdesign。 目录第一章 引言.6 1.1 概述. 6第二章 总体方案的设计.7 2.1 设计任务7 2.2 总体方案的论证8 2.3 总体方案的确定9第三章 进给伺服系统机械部分的设计与计算.9 3.1 进给系统机械结构改造设计.9 3.2 进给伺服机械部分的计算与选型.10 3.2.1 确定系统的脉冲当量.113.2.2 纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤.123.2.3 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤.17第四章 步进电动机的计算与选型.19 4.1
5、 步进电动机的工作原理.19 4.2步进电动机和选用的基本原理.21 4.2.1 步距角.22 4.2.2精度.22 4.2.3 转距.22 4.2.4 启动频率.23第五章 主轴交流伺服电动机.24 5.1 主轴的变速范围24 5.2 初选主轴电机型号25 5.3 主轴电动机恒功率调速范围25 5.4 主轴交流电动机的性能25第六章微机数控系统硬件电路设计26 6.1 微机数控系统硬件电路总体方案设计26 6.2 输入/输出（I/O）口线27 6.3 信号控制线RST/VPD28 6.4 8255A可编程并行I/O展片28第七章CA6140改装后电气控制线路的要求和设计30 7.1 CA61
6、40普通车床的电力拖动与控制要求.30 7.2 电气控制分析31第八章 绘制进给伺服系统的机械装配图.32第九章 数控机床对刀具和夹具的要求.34 9.1 数控机床对夹具的要求34 9.2 数控机床对刀具的要求34第十章 数控机床的精度检验.34 10.1 机床几何精度检验.35 10.2 数控柜外观的检查.36 10.3 机床定位精度检验.37 10.4 机床切削精度检查.38第十一章 数控车床工件加工实例.38第十二章 数控机床的日常维护与养护43 12.1 保持设备的清洁43 12.2 定期对各部位检查44 12.3 进行必要的调整与更换44结束语.46参考文献.47 第一章引言 1.1
7、概述 机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松
8、开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，
9、特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的
10、经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。第二章 总体方案的设计 2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉
11、冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。 2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；
