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1、叢蓉戸费科二普逋MA61虹I车床的痉 丈住来文件夹-毕业设计任务书I喝I觀凿车磁控改造DWG I AutoCAD 閨形电气原理阍 AutoCAD 圉形101 KB主轴箱展开圉 AutoCAD 閣那201 KB总装配图 AutoCAD 圉形 134 KB擂向装配閤 AutoCAD 图形110 KB旦动R架装配郵AutoCAT 国形91 KE纵向进给装配團AutoCAJ 明形89 KE主釉AutoCAD 图形141 KEd总体布置图 =AutoCAD 图那DWG- 72 比1叹车床数控改造中 南大学Microsoft Wm记 9.如驶数控改造有程 序Microsuft Word 9.卷逋车床的经济
2、型数 控改谨Mi crosoft Word 9e .任务书Microsoft Word 9.20 KB目 录一.普通车床简易数控化改造设计的任务及设计要求（一）设计任务（二）设计要求二总体方案（一）设计方案的确定（二）总体方案的确定1系统的运动方式与伺服系统的选择2. 计算机系统3机械传动方式三机床进给伺服系统机械部分的设计和计算（一）进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案1. 纵向进给机械结构改造方案2横向进给机械结构改造方案（二）进给伺服机构机械部分的设计计算1选择脉冲当量2计算切削力1）纵车外圆2）横切端面3. 珠丝杆螺母副的计算和选型3.1纵向进给丝杆3.1.1计算进给牵引力Fm (N
3、)3.1.2计算最大动负荷C3.1.3滚珠丝杆螺母副的选型3.1.4传动效率计算3.1.5刚度验算A. 丝杠的拉伸或压缩变形量51B. 珠与螺纹滚道间接触变形5qC. 滚珠丝杆轴承的轴向接触变形533.1.6稳定性校核。3.2横向进给丝杆3.2.1计算进给牵引力Fm (N)3.2.2计算最大动负荷C3.2.3滚珠丝杆螺母副的选型3.2.4传动效率计算3.2.5刚度验算A. 丝杠的拉伸或压缩变形量51B. 珠与螺纹滚道间接触变形5qB. 支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3.2.6稳定性校核4. 传动比计算4.1纵向进给齿轮箱传动比计算4.2横向进给齿轮箱传动比计算5. 步进电机的计算和选型5.1纵
4、向进给步进步电机计算5.1.1等效传动惯量计算5.1.2计算最大动负荷A快速空载启动力矩M起B.快速移动时所需力矩M快快C快速切削负载时所需力矩M切切5.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率5.2纵向进给步进电机计算5.2.1等效传动惯量计算5.2.2电机力矩计算A快速空载起动力B. 快速切削负载时所需力矩M 切切C. 快速移动时所需力矩M快5.2.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率2）横向进给步进电机计算和选型 等效转动惯量计算 电机力矩计算A. 快速空载起动力矩MB. 快速移动时所需力矩M 快。快C最大切削福载时所需力矩M切切 计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频
5、率 四数控系统硬件电路设计（一）硬件电路的基本组成（二）控制系统的功能（三）CPU和存储器（四）1/0接口电路（五）隔离电路和功率放大电路（六）辅助电路（七）地址分配及编码五软件设计（一）主程序（二）自动升降控程序CA6140型普通车床数控化改造设计一.普通车床简易数控化改造设计的任务及设计要求（一）设计任务本次设计任务是将CA6140型普通车床进行简易数控化改造与设计。利用 微机对纵、横向进给系统进行开环控制。根据工作量及时间要求完成以下内 容：1. 确定总体方案2完成纵、横向进给伺服系统机械部分的设计、计算。绘制纵、横向坐 标轴机械传动装配图；3. 完成单片微机数控系统的硬件电路设计，绘制
6、数控系统硬件电气原理 图；4用汇编语言编制三个子程序；5. 绘制系统结构框图及程序流程图各一张；6. 编制备10000字左右的设计说明书一份；（二）设计要求本次设计要求是将一台CA6140型普通数控车床改造成微机数控车床。 采用8031单片微机控制系统，步进电机驱动，开环控制。要求改造后的车床 及数控系统具有以下功能：1纵、横向直线，圆弧插补；2螺纹切削；3. 刀架自动回转换刀；4. 件环分，软件自动变速驱动步进电机5盘现场输入、修改程序数据。树码实时显示6编辑、空运行、自动、手动、回零工作方式选择7.回零、连续、暂停运行方式设置8掉电保护、越位报警、急停、复位等辅助功能二总体方案（一）设计方
7、案的确定根据CA6140型普通车床的原始数据及数控改造设计要求，确定主要设计参数如下：最大加工直径：最大加工长度:快进速度:车床身上:车床鞍上:纵向横向最大切削进给速度:纵向横向400mm210mm1000mm2.4m/min1.2m/min0.6m/min0.3m/min脉冲当量:纵向0.01mm/step横向0.005mm/step脉冲分配方式：逐点比较法控制坐标数：2机床定位精度： 0.015溜板及刀架重力：纵向：800N横向：600N自动生降速性能：有起动加速时间：30ms主电机功率：7.5Kw（二）总体方案的确定由于被改装的机床本身的机械结构不是按数控机床的要求设计的，其精 度和刚度
8、等性能指标往往不能满足数控机床的要求，因此将普通机床改造为 全功能的数控机床，一味追求先进指标则会得不偿失，所以确定总体方案的 原则应当是在满足生产需要的前提下，对原机床尽可能减少机械部分的改动 量，选择简单易用的数控系统，达到合理的性价比。本次改造设计要求就是 根据这一原则提出的。根据设计要求、依据设计参数及机床数控改造的理解, 总体方案确定如下：1系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控机床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到 属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步 进电机开环控制系统
9、。2. 计算机系统根据机床要求，采用8位微机。由于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，具有很高的性能价格比等特点, 决定采用MCS51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、1/0接口及光电隔离电路、步进电 机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显 示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。3机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳度，尽量减少摩擦量力，选用滚珠丝杆螺 母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传 动也要采用
10、消除齿侧间隙的结构。系统总体方案参见CA6140型简易数控机床系统结构框图。三机床进给伺服系统机械部分的设计和计算（一）进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案1.纵向进给机械结构改造方案拆除原机床的进给像、溜板箱、滑动丝杠、光杠等，装上步进电机、齿 轮减速箱和滚珠丝杠螺母副。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加 止推轴承支承方式。齿轮间隙采用双薄片调隙方式。利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。滚珠丝杆仍安置在 原来的位置，两端仍采用原固定方式。这样可减少改装工作量，并由于滚珠 丝杠的摩擦系数小于原丝杠，且外径比原先的大，从而使纵向进给整体刚度 只可能增大。纵向进给机构都采用了一级
11、齿轮减速。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。当负载大时，弹簧弹力显 小，起不到消除间隙之目的；当负载小时，弹簧弹力又显大，则加速齿轮的 磨损。因此，采用定期人工调整、螺钉紧固的办法消除间隙。纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩，以保持机床原外观，起到美化机床的效 果，在溜板箱上安装了纵向快速进给和急停按钮，以适应机床调整时的操作 需要和遇到意外情况时的急停处理需要。2横向进给机械结构改造方案拆除原中拖板丝杆，安装滚珠丝杆副，为提高横向进给系统刚度，支承 方式采用两端装止推轴承。步进电机、齿轮箱安装于机床后侧，为了使减速 机构不影响走刀，同时消除传动过程的冲击，减速
12、机构采用二级传动，从动 轮采用双薄片错位消除间隙。（二）进给伺服机构机械部分的设计计算1.选择脉冲当量 根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/步，横向：0.005mm/步（半径）2计算切削力2.1纵车外圆主切削力F (N)按经验公式估算：ZF =0。67D 1。5=0。67*4001。5=5360 Zmax按切削力各分力比例：F/F /F =1/0.25/0.4Z X YF =5360 x 0.25=1340XF=5360 x 0.4=2144Y2.2横切端面主切削力F (N)可取纵切的0.5ZF / =0.5F=2680ZZ此时走刀抗力为F (N),吃刀抗力为Fx(N)。仍按上述
13、比例粗略计Y算：F/F /F =1/0.25/0.4Z X YF =2680 x 0.25=670YF =2680 x 0.4=1072X3. 滚珠丝杆螺母副的计算和选型3.1纵向进给丝杆3.1.1计算进给牵引力Fm (N)纵向进给为综合型导轨Fm=KF +f (Fz+G )x=1.158 x 1340+0.16 x( 5360+800 )=2530式中K考虑颠复力距影响的实验系数，综合导轨取K=1.15;f滑动导轨摩擦系数：0.150.18;G溜板及刀架重力：G=800N3.1.2计算最大动负荷CC=3 丿Lf FW ML=60 x n x t/106N=1000 x V/Ls o式中L 滚
14、珠丝杆导程，初选L=6mm;oV 最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（1/21/3），s此处 V =0.6m/minsT使用寿命，按15000h;f 运转系数，按一般运转取F=1.21.5;wL 寿命、以106为一单位。n=1000V /L =1000 x 0.6 x 0.5/6=50r/mins oL=60 xNx T/106=60 x 60 x 15000/106=45C=3Lf F=3 V 45 x 1.2 x 2530=10798.7Nw m3.1.3滚珠丝杆螺母副的选型查阅表，可用WL400b外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杆副，1列12.5圈，其额定动负载为16400N，精度等级按表4-15选为3级（大致相当老标准E级）。3.1.4传动效率计算n =tg y /tg（ y + ）试中Y螺旋升角，WL400bY=2 44 -摩擦角10 滚动摩擦系数0.0030.004n =tg y /tg( y + )=tg2 44 / /tg
