CA6140車(chē)床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 . 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目：CA6140車(chē)床的數(shù)控化改造：饒兵兵學(xué)號(hào)：6班級(jí)：6班年級(jí)：2011級(jí)專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師：程友聯(lián) 教 授完成時(shí)間：2015年 5 月12日- 23 - / 30作者聲明本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下由本人獨(dú)立撰寫(xiě)完成的，沒(méi)有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)和其他侵權(quán)行為。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成果歸武昌工學(xué)院所有。特此聲明作者專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化作者學(xué)號(hào)：6作者簽名：2015 年 月 日CA6

2、140車(chē)床的數(shù)控化改造饒兵兵CA6140NC ransformation f atheRao，bingbing2015年5月10日摘要針對(duì)大多數(shù)企業(yè),具有數(shù)量眾多和較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床，其加工精度較低、不能批量生產(chǎn)，自動(dòng)化程度不高，自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性，又不能馬上被淘汰。購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑,但是成本高，許多企業(yè)在短時(shí)間無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的步伐。為此把普通機(jī)床數(shù)控化改造，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的捷徑，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中，占有一席之地。數(shù)控化改造成經(jīng)濟(jì)型車(chē)床后的車(chē)床自動(dòng)化程度高，專(zhuān)業(yè)

3、性強(qiáng)，加工精度與生產(chǎn)率高；對(duì)提高工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。低成本普通車(chē)床數(shù)控化改造是一項(xiàng)適合我國(guó)實(shí)際情況的先進(jìn)適用技術(shù)，也是一項(xiàng)提升我國(guó)機(jī)床數(shù)控化的有效途徑。關(guān)鍵詞：普通機(jī)床；數(shù)控改造；濟(jì)型；意義AbstractFor most companies, with a large number of general machine tools and long service life, Its machining precision is low, not mass production and high degree of automation, adaptability is poor, but

4、 considering the cost of investment, industrial continuity, they can not immediately be eliminated. Buy a new CNC machine tools is an important way to improve product quality and efficiency, but the high costs, many companies can not achieve in a short time, which seriously hamper the pace of updati

5、ng business equipment. To this end the ordinary CNC transformation, after all, a small investment, improve product quality and production efficiency of shortcuts to enhance the competitiveness of enterprises in China has become the manufacturing powerhouse in the process, place. CNC lathes high degr

6、ee of automation transformed into a lathe after economic, professional and strong, precision and high productivity; to improve industrial production is important. Low cost common NC lathe is suited to China's actual situation of an advanced and applicable technologies, but also China's CNC m

7、achine tools an effective way to enhance.Key word:NC transformation;general machine economy;significance目 錄1 引言11.1數(shù)控車(chē)床發(fā)展概況與趨勢(shì)11.2機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)31.3機(jī)床數(shù)控改造的市場(chǎng)前景與意義32 關(guān)于CA6140的簡(jiǎn)單介紹42.1.機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù)42.2加工圍與特點(diǎn)62.3 CA6140傳動(dòng)系統(tǒng)的介紹73 CA6140普通車(chē)床數(shù)控改造總體的方案的確定93.1 總體方案設(shè)計(jì)要求93.2 CA6140車(chē)床改造的總體方案94 車(chē)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算1

8、14.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)114.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)144.3主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)175 數(shù)控部分的改造195.1總體方案設(shè)計(jì)195.3 CA6140普通車(chē)床的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)216 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型236.1數(shù)控車(chē)床刀架的基本要求236.2自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理237 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題247.1滾珠絲杠螺母副的選擇247.2滾珠絲杠螺母副的調(diào)整247.3聯(lián)軸器的安裝247.4主軸脈沖發(fā)生器的安裝24主要參考文獻(xiàn)251 引言1.1數(shù)控車(chē)床發(fā)展概況與趨勢(shì)1.1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，由于歐、美等工業(yè)強(qiáng)國(guó)投資巨大，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了較快的發(fā)展，針對(duì)現(xiàn)代研究和開(kāi)發(fā)

9、制造技術(shù)，制造模式也得到了不斷的更新。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代化制造系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，由于其具有高精度、高效率、高可靠性等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、合成化、智能化在制造業(yè)方面，柔性在該領(lǐng)域也有著重要功用，數(shù)控系統(tǒng)在目前主流的高集成化、高智能化、網(wǎng)絡(luò)化的背景下，超薄型、超小型化的產(chǎn)品也得到了快速的發(fā)展；由于其高速、高精、高效控制的特性，這樣就使得其能夠自動(dòng)修正調(diào)節(jié)與補(bǔ)償加工過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)；通過(guò)機(jī)床聯(lián)網(wǎng)將集成CAD/CAM與數(shù)控技術(shù)為一體化系統(tǒng)，同時(shí)大大發(fā)展了群控加工由中央集中控制。固有的封閉式一直是國(guó)數(shù)控系統(tǒng)主要模式，當(dāng)生產(chǎn)為數(shù)控加工時(shí)，作為非智能型的CNC控制器，都會(huì)很大程度上影響其工作效率和產(chǎn)

10、品質(zhì)量。一般的具有固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)的CNC極大的影響了其向多變量的發(fā)展，這恰巧阻滯了當(dāng)前復(fù)雜制造的發(fā)展，因此必須對(duì)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行變革。1.1.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(1)高速化為保證主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度能夠滿(mǎn)足目前加工要求，這就使得數(shù)控裝置與伺服系統(tǒng)的功能有非常大的進(jìn)步。由于切削時(shí)間和非切削時(shí)間被大量縮減。這使得主軸轉(zhuǎn)速在加工中心可以達(dá)到8500-12500r/min，甚至可以達(dá)到99000r/min以上，磨床的砂輪線(xiàn)速度提高到90-190m/s。(2)高精度化 目前市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品精度的要求在不斷的提高，這也使得數(shù)控車(chē)床的精度得到了大大的提高。由于新型、多功能的數(shù)控系統(tǒng)在車(chē)床上得到了廣泛的

11、應(yīng)用。其分辨率可達(dá)0.1um，有的可達(dá)到0.01um，實(shí)現(xiàn)了高精度加工。 (3)多功能化由于快速發(fā)展的CNC裝置功能得到提高，高度發(fā)達(dá)的自動(dòng)化水平的數(shù)控車(chē)床也得到了大大的發(fā)展。這樣使得其能夠進(jìn)行二維圖形顯示，還能夠滿(mǎn)足三維彩色顯示動(dòng)態(tài)圖形的要求；有的甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化運(yùn)行。(4)加工功能復(fù)合化 在多工序、多方法一體機(jī)加工的模式上成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。最近小型化、高精度、高工作效率的復(fù)合化數(shù)控機(jī)床在市場(chǎng)上也越來(lái)越被重視。(5)結(jié)構(gòu)新型化 最近由于在并聯(lián)機(jī)床上研制的成功。其或者被稱(chēng)為虛擬軸機(jī)床，在不使用導(dǎo)軌和滑臺(tái)的情況下，能夠保證多坐標(biāo)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)加工，其具有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，比普通機(jī)床提高了3-8倍的加

12、工效率。這種數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來(lái)巨大改革和創(chuàng)新。(6)數(shù)控系統(tǒng)的智能化智能化主要包括四個(gè)方面:智能化能夠滿(mǎn)足工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的方面；在連接方面也要能夠?qū)崿F(xiàn)智能化；智能化還體現(xiàn)在簡(jiǎn)單可控的編程；其系統(tǒng)還應(yīng)該具備自動(dòng)診斷、智能監(jiān)控等特性。(7)數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性 利用通用微機(jī)來(lái)增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的模塊化，為能夠保障其更具有小型化的特點(diǎn)，可以使得將多個(gè)晶體管集成在一個(gè)芯片上，這樣在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)還可以采用更多的CPU，來(lái)保障自動(dòng)排除故障，使通信能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)。1.2機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)(1)改造閑置設(shè)備，提高了機(jī)床的使用價(jià)值；(2)適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；(3)自

13、動(dòng)化程度提高、加工精度高、生產(chǎn)效率高；(4)降低對(duì)工人的操作水平的要求；(5)具有低廉的數(shù)控改造費(fèi)；(6)數(shù)控改造的周期短。1.3機(jī)床數(shù)控改造的市場(chǎng)前景與意義1.3.1機(jī)床數(shù)控改造的市場(chǎng)前景我國(guó)機(jī)床行業(yè)由于改革開(kāi)放得到了快速的發(fā)展，數(shù)控智能化的生產(chǎn)機(jī)床在我國(guó)目前已經(jīng)達(dá)到了420余萬(wàn)臺(tái)，其中約70%的機(jī)床是可以進(jìn)行數(shù)控化改造的，對(duì)這些機(jī)床實(shí)行一定的數(shù)控化改造，對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要作用。1.3.2提高數(shù)控機(jī)床的安全水平我國(guó)機(jī)床目前還仍然處于普通車(chē)床為主流的狀態(tài)，因?yàn)槠浔容^龐大的數(shù)量，導(dǎo)致在生產(chǎn)中各種安全問(wèn)題不斷發(fā)生，生產(chǎn)中的安全問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙著我國(guó)機(jī)床的發(fā)展。提高機(jī)床的數(shù)控化，減少生產(chǎn)的

14、安全事故，已迫在眉睫。普通機(jī)床完成一定的數(shù)控化改造以后，不僅可以提高機(jī)床的加工效率和自動(dòng)化，也可有效減低安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還能夠帶來(lái)不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。1.3.3減少機(jī)床成本，提高加工效率與購(gòu)買(mǎi)新數(shù)控機(jī)床相比，普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造在提高原有機(jī)床的利用率的同時(shí)還能夠避免浪費(fèi)大量的成本，還可以減少能源消耗和污染排放。機(jī)床改造以后，不僅可以減少大量勞動(dòng)力，同時(shí)產(chǎn)品合格率也得到了大大提高，給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了非?？捎^的的效益。2 關(guān)于CA6140的簡(jiǎn)單介紹2.1.機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù)2.1.1機(jī)床的組成 1主軸箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿6溜板箱 7左床腿 8進(jìn)給箱圖1.1 CA6140車(chē)床外形圖

15、（1）主軸箱 由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、軸上傳動(dòng)件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封件等組成。主軸通過(guò)前端的卡盤(pán)或者花盤(pán)帶動(dòng)工件完成旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，也可以安裝前尖頂通過(guò)撥盤(pán)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。（2）刀架 中形滑板上固定在小滑板，而在小滑板上固定在四方形的刀架，縱向滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，從而拖動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來(lái)車(chē)外圓、鏜孔等。而中滑板相對(duì)于縱滑板作橫向移動(dòng)，刀具有足夠的動(dòng)力來(lái)加工端面等。（3）尾座 尾座可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖來(lái)支撐長(zhǎng)工件的后半部分用來(lái)工長(zhǎng)圓柱體，同時(shí)還可以裝夾刀具的加工孔。當(dāng)要求進(jìn)行小錐度的外錐面加工時(shí)，可以能夠橫向調(diào)節(jié)尾座。（4）進(jìn)給箱 將具有進(jìn)給作用的傳動(dòng)裝置以與操作裝置安裝

16、在進(jìn)給箱，當(dāng)要改變加工螺紋的種類(lèi)時(shí)，可以調(diào)節(jié)進(jìn)給量的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （5）床身與床腿 床身4是機(jī)床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并在固定在地基上。床身上安裝著機(jī)床的各個(gè)構(gòu)件，并確保它們之間具有符合規(guī)的相互準(zhǔn)確位置。床身上面有縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動(dòng)的導(dǎo)軌。（6）溜板箱 溜板箱6與縱向滑板相互連接，溜板箱裝有縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)換向機(jī)構(gòu)和快速進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。2.1.2CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)如表2.1所示表2.1 CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)床身上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑（mm）400刀架上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑（mm）210最大工件長(zhǎng)度750、1000、1500mm主軸中心至床身平面導(dǎo)

17、軌距離（mm）205最大車(chē)削長(zhǎng)度650、900、1400mm主軸孔徑48mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)（r/min）101400反轉(zhuǎn)（r/min）141580刀架縱向與橫向進(jìn)給量各64種縱向一般進(jìn)給量0.081.59mm小進(jìn)給量0.0280.054mm加大進(jìn)給量1.716.33mm橫向一般進(jìn)給量0.040.79mm小進(jìn)給量0.0140.027mm加大進(jìn)給量0.863.16mm刀架縱向快速移動(dòng)速度（m/min）4車(chē)削螺紋圍米制螺紋1192mm英制螺紋224牙/in模數(shù)螺紋0.2548mm經(jīng)節(jié)螺紋196牙/in主電動(dòng)機(jī)功率7.5kw轉(zhuǎn)速1450r/min快速電動(dòng)機(jī)功率250kw轉(zhuǎn)速2800r/min2.2加工圍

18、與特點(diǎn)2.2.1加工圍CA6140加工工藝圍非常廣，不僅可以完成車(chē)削外圓柱面、圓錐面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序，能夠進(jìn)行鉆孔、滾花等工作。主要是通過(guò)工件跟隨主軸旋動(dòng)來(lái)完成CA6140車(chē)床的主運(yùn)動(dòng)，利用刀架的橫向移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。因此CA6140車(chē)床加工圍十分廣泛。其典型表如圖2.1所示。圖2.1 車(chē)床加工的典型零件2.2.2 CA6140車(chē)床的加工特點(diǎn)(1)加工圍廣(2)在進(jìn)行加工時(shí)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作為主運(yùn)動(dòng)，刀具的縱、橫向移動(dòng)作為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。(3)在車(chē)削加工過(guò)程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。(4)CA6140多用于粗加工和半精加工。2.3 CA6140傳動(dòng)系統(tǒng)的介紹

19、2.3.1主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 通常情況下，CA6140的主要由主運(yùn)動(dòng)和車(chē)螺紋進(jìn)給的傳動(dòng)系統(tǒng)組成的其傳動(dòng)系統(tǒng)。（1）主運(yùn)動(dòng)：電動(dòng)機(jī)帶輪M1（實(shí)現(xiàn)主軸正、反轉(zhuǎn)以與停止） （2）M1 左離合 56/38 或 51/43（兩種轉(zhuǎn)速） M1 右離合 50/34齒輪30（一種轉(zhuǎn)速） M1 中位， 運(yùn)動(dòng)不能傳至。主傳動(dòng)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)表達(dá)式 可根據(jù)各滑移齒輪的嚙合狀態(tài)求得各主軸轉(zhuǎn)速，在圖示處于嚙合位置時(shí)，主軸的轉(zhuǎn)速為2.2.2車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)在進(jìn)行螺紋的車(chē)制過(guò)程中，尤其是在主軸與刀架之間保持運(yùn)動(dòng)關(guān)系，這就使得當(dāng)主軸轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具機(jī)會(huì)移動(dòng)一個(gè)螺紋的導(dǎo)程L。車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)平衡式為：=LU：主軸至絲杠間的總傳動(dòng)比；L絲

20、 ：機(jī)床絲杠的導(dǎo)程，型車(chē)床的絲杠導(dǎo)程絲；L：工件螺紋的導(dǎo)程（mm）。2.2.3縱向、橫向進(jìn)給（1） 縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(32種)（2）橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(64種)橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量為縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量的一半。2.2.4刀架的快速移動(dòng)為保證能夠縮短輔助時(shí)間，使刀架能夠快速的縱向和橫向移動(dòng)。為避免仍在轉(zhuǎn)動(dòng)的光杠和快速電動(dòng)機(jī)同時(shí)傳動(dòng)軸 ，在齒輪56與軸之間裝有超越離合器。3 CA6140普通車(chē)床數(shù)控改造總體的方案的確定3.1 總體方案設(shè)計(jì)要求在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：第一 橫向的X軸、縱向的Z軸改用微機(jī)進(jìn)行控制，利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。第二 X軸（橫向）脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖第三 Z軸（縱向）脈沖當(dāng)量

21、：0.010mm/脈沖實(shí)現(xiàn)功能：車(chē)削外圓、端面、圓弧、圓錐與螺紋加工操作要求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止。3.2 CA6140車(chē)床改造的總體方案基于對(duì)改造的成本的考慮，基于 車(chē)床相關(guān)技術(shù)資料與改造經(jīng)驗(yàn),確定總體方案為：數(shù)控控制裝置用的核心為8031的單片機(jī)，在加工過(guò)程中，步進(jìn)脈沖經(jīng)由微機(jī)利用I/O接口進(jìn)行發(fā)出，通過(guò)光電隔離然后驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路，然后驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路將該信號(hào)轉(zhuǎn)為控制電機(jī)定子繞組的通、斷電信號(hào)，用來(lái)控制電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。滾珠絲杠由電機(jī)來(lái)帶動(dòng)使之進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就能夠使工作臺(tái)移動(dòng)。為加工螺紋,在主軸上加裝主軸脈沖編碼器。改造方案的總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示?？傮w的進(jìn)給伺服系統(tǒng)方案如圖3

22、.2所示：圖3.1 總體改造方案結(jié)構(gòu)示意圖圖3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案框圖總體框架說(shuō)明：微機(jī)：采用8031單片機(jī)； 光電隔離：主要是避免微機(jī)的信號(hào)被外部信號(hào)干擾；主軸脈沖編碼器：實(shí)現(xiàn)螺紋加工；橫（縱）向工作臺(tái)：拆除CA6140原來(lái)的絲桿，溜板箱， 變速箱等。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該能夠達(dá)到加工精度為0.003mm的要求。4 車(chē)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)4.1.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)橫向系統(tǒng)主要是完成減速齒輪、滾珠絲杠等的設(shè)計(jì)，在此同時(shí)還要完成步進(jìn)電機(jī)的選擇以與各種切削力的計(jì)算。4.1.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：工作臺(tái)重（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算） 時(shí)間常數(shù) T=2

23、5ms滾珠絲杠導(dǎo)程 L=4mm左旋行程 S=230mm脈沖當(dāng)量 =0.005mm/步步距角 =0.75 °/步快速進(jìn)給速度 max=1mm/min(1)切削力計(jì)算 查參考文獻(xiàn)1知，橫向進(jìn)給量為縱向的,取則切削力約為縱向的。F=(1/2)×152.76=76.38kg f=763.8N （式4.1）切斷工件時(shí)：F=0.5F=0.50×76.38=38.19kgf=381.9N （式4.2）(2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 強(qiáng)度計(jì)算 燕尾型導(dǎo)軌： P=K *Fy+f(F+W) （式4.3） 取K=1.4 f=0.2,那么P=1.4×38.19+0.2×（76

24、.38+30）=74.74kg f=747.4N （式4.4）使用壽命值：L =13.5 （式4.5）最大動(dòng)負(fù)載 Q=×1.2×1×74.74=213.55kg f=2135.5N （式4.6）根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。查參考文獻(xiàn)得，選用型號(hào)為左，額定動(dòng)負(fù)荷為，所以強(qiáng)度夠用。 效率計(jì)算螺旋升角=3°39，摩擦角=10那么傳動(dòng)效率：=0.956 （式4.7） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠隨工作負(fù)載變化引起導(dǎo)程的變化圍：L=5.96×10-6cm （式4.8）由于L=L。所以，導(dǎo)程變形總誤差為=L=×5.96×10-6=14

25、.9m/m （式4.9） 查表可知級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差長(zhǎng)為，故剛度滿(mǎn)足條件。 穩(wěn)定性驗(yàn)算由于本改進(jìn)所用的滾珠絲杠與原絲杠具有一樣的直徑，為增強(qiáng)穩(wěn)定性，支承方式改為可固定可支承的形式，因此其具有足夠的強(qiáng)度。(3)齒輪與轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比 i= （式4.10） 因此取Z=18 Z=30 m=2mm b=20mm =20° d=36mm d=60mm d=40mm d=64mm a=48mm 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算換算工作臺(tái)質(zhì)量到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JI=（）2W=（）2×30×0.01=0.0439kgfcm2 （式4.11）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS=7.8×

26、;10-4×24×50=0.624kgfcm2 （式4.12）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=7.8×10-4×3.64×2=0.262kgfcm2 （式4.13）J=7.8×10-4×64×2=2.022kgfcm2 （式4.14）因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此，總體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J= =1.258kgfcm2 （式4.15）關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算： n=41607r/min （式4.16） M=Nm=2.23kgfcm （式4.17） （式4.18） m=0.1775kgfcm （式4.19） = （式4.20） （式4.21）

27、(式4.22)所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩(式4.23) 切削時(shí)所需力矩： （式4.24)進(jìn)行快速進(jìn)給需的力矩： （式4.25） 根據(jù)上式可知：快速啟動(dòng)時(shí)將會(huì)有最大的轉(zhuǎn)矩， =2.633kgfcm=26.33Ncm4.1.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的選擇： （式4.26）根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作方式為三相六拍可知： （式4.27）所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為： （式4.28）步進(jìn)電機(jī)最大工作頻率： （式4.29）為了便于設(shè)計(jì)和計(jì)算，選用型三相六拍步進(jìn)電機(jī)，可以滿(mǎn)足使用要求。4.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 4.2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)演算 已知條件： 工作臺(tái)重（估計(jì)） W=3

28、0kg f=300N 時(shí)間常數(shù) T=25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程 L=4mm左旋 行程 S=650mm 脈沖當(dāng)量 =0.010mm/步 步距角 =0.36 °/步 快速進(jìn)給速度 max=2mm/min(1)切削力的計(jì)算 最大切削功率:W1L2005 P切=P主 則P切=（7.5×0.8）kW=6kW 切削功率按照最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算： P切=一般外圓車(chē)削時(shí)，F(xiàn)f=(0.10.55)Fc,Fp=(0.150.65)Fc，取 Ff=0.48Fc=0.48×3600N=1728N Fp=0.58Fc=0.58×3600N=2088N (2)滾珠絲杠的計(jì)算和選定

29、因?yàn)榭v向進(jìn)給為綜合性導(dǎo)軌，所以絲杠軸向進(jìn)給切削力。其中，取，則最大切削力下的進(jìn)給速度可取最高進(jìn)給速度的（一般 取為），縱向最 大進(jìn)給速度為，絲杠導(dǎo)程絲杠使用壽命時(shí)間通常取為，則絲杠的計(jì)算壽命L：根據(jù)工作負(fù)載Fm、壽命L,可以計(jì)算出滾珠絲杠所能副承受的最大動(dòng)載荷，其中Cm取fw=1.2，fa=1 則：可以根據(jù)副產(chǎn)品樣本來(lái)參照滾珠絲杠，調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副是通過(guò)用外循環(huán)螺紋來(lái)實(shí)現(xiàn)的，圈為1列，為其額定的動(dòng)負(fù)載，選用級(jí)精度且還要能保證足夠的強(qiáng)度。其幾何參數(shù)如下：d0=40mm作為公稱(chēng)直徑，L0=6mm作為導(dǎo)程，dW=3.969mm作為鋼球直徑，d1=35.984mm作為螺桿徑。校驗(yàn)絲杠螺母副的

30、傳動(dòng)效率作為其支承間距。均要對(duì)絲杠螺母與軸承進(jìn)行預(yù)緊，其中軸向負(fù)荷的作為預(yù)緊力。計(jì)算絲杠的變形量如下：滾珠絲杠截面積,按絲杠螺紋的底徑確定:由于工作負(fù)載所引起的導(dǎo)程，其變化量可用下式計(jì)算：則絲杠的拉伸后壓縮變形量1： 因?yàn)榻墙佑|軸承被用于兩端，因?yàn)橛袑?duì)絲杠進(jìn)行了預(yù)緊，所以其提高4倍的拉壓剛度，在于一端固定的絲杠對(duì)比時(shí)。但是其變形量卻只有比原來(lái)減少了的四分之三。滾珠與螺紋滾道間接觸變形2因預(yù)緊力加在絲杠上，當(dāng)最大負(fù)載的1/3為預(yù)緊力時(shí)，可使得減少原來(lái)的一半，所以其實(shí)際所擁有的變形量為：用型推力球軸承來(lái)進(jìn)行支承滾珠絲杠的軸承，幾何參數(shù)為：滾動(dòng)體直徑，為滾動(dòng)體的數(shù)量。1為軸承軸向變形因施加預(yù)緊力，故

31、實(shí)際變形量根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，總變形量：因?yàn)?5um/m是三級(jí)精度絲杠所能夠允許的螺距誤差，所以可以滿(mǎn)足其剛度。將推力球軸承用到滾珠絲杠兩端并加以預(yù)緊，失穩(wěn)現(xiàn)象是不會(huì)產(chǎn)生的，因此沒(méi)有必要校核其穩(wěn)定性。(3)減速齒輪設(shè)計(jì) 依據(jù)0.02mm為給定的縱向進(jìn)給的脈沖當(dāng)量，L0=6mm是滾珠絲杠的導(dǎo)程，一開(kāi)始用距角為1.50°的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可計(jì)算出傳動(dòng)比： 選取齒輪齒數(shù)為z1=40、z2=40，模數(shù)m=2. 4.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇考慮整個(gè)設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。4.3主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主軸系統(tǒng)依然用原來(lái)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在安裝一個(gè)光電編碼器在這上面，經(jīng)由主軸、編碼、數(shù)控、到步進(jìn)電機(jī)來(lái)完

32、成工件的旋轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)車(chē)削螺紋的運(yùn)動(dòng)，刀具的進(jìn)給應(yīng)該與一個(gè)導(dǎo)程具有相互運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，。4.3.1 主軸箱的改造(1)主傳動(dòng)通過(guò)帶傳動(dòng)進(jìn)行；(2)把原先離合器換成電磁離合器；(3采用異軸安裝主軸脈沖編碼器。4.3.2 主傳動(dòng)形式的選擇通常都是將主傳動(dòng)由帶傳動(dòng)應(yīng)用于小型數(shù)控機(jī)床上。 同步帶可以進(jìn)行帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)，因?yàn)槠涫抢脦淆X輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞的，而且同步帶具有準(zhǔn)確得傳動(dòng)比，高精度的傳遞效果，經(jīng)常用于高速物件的傳動(dòng)。4.3.3電磁離合器的選擇 原先主軸上的雙向摩擦片離合器僅僅起到控制車(chē)床主軸起停和正反轉(zhuǎn)在數(shù)控改造后不能接收數(shù)控系統(tǒng)的停機(jī)制動(dòng)信號(hào)以控制原制動(dòng)裝置制動(dòng)停車(chē)，因此需要把原先的雙摩擦

33、片離合器換成安裝尺寸一樣的電磁離合器，可選用DLM5有滑環(huán)濕式多片電磁離合器。4.3.4 主軸脈沖編碼器 數(shù)控車(chē)床車(chē)螺紋時(shí),螺矩是隨著主軸的旋轉(zhuǎn)車(chē)刀來(lái)進(jìn)行移動(dòng)的，應(yīng)該同步動(dòng)作主軸和絲杠。為避免每次吃刀出現(xiàn)亂扣情況,要有反饋元件安裝在主軸的后端，其為一個(gè)主軸的脈沖編碼器。本設(shè)計(jì)用異軸進(jìn)行安裝。異軸安裝時(shí)應(yīng)按1：1無(wú)間隙柔性的將脈沖編碼器的引出軸與主軸聯(lián)接。當(dāng)實(shí)際工作時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速不能超脈沖編碼器所允許的轉(zhuǎn)速。為能夠保證角位移信號(hào)傳遞的可靠性，同樣是用異軸來(lái)安裝脈沖編碼器，這樣還能將主軸的部分振動(dòng)吸收掉，保證了傳遞信號(hào)的準(zhǔn)確平穩(wěn)。圖41為主軸脈沖編碼器的異軸安裝.圖4.1 主軸脈沖編碼器的異軸安裝5

34、 數(shù)控部分的改造5.1總體方案設(shè)計(jì)5.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的功能要求（1）z和x向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)控制； （2）螺紋加工控制； （3）行程控制； （4）鍵盤(pán)與顯示； （5）面板管理； （6）其他：光電隔離、功率放大、報(bào)警、急停、復(fù)位。5.1.2 硬件電路的組成采用系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖（見(jiàn)附錄）所示。電路的組成如下：（1）核心CPU采用8031芯片；（2）擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器兩片，一片；（3）擴(kuò)展可編程接口芯片8155兩片；（4）鍵盤(pán)電路，顯示電路；（5）地址鎖存器，譯碼器各一個(gè)；（6）越程報(bào)警電路，急停電路，復(fù)位電路；（7）光電隔離電路，功率放大功率；（8）面板管理電路。5.2 設(shè)計(jì)說(shuō)

35、明5.2.1系統(tǒng)主機(jī)8031芯片8031單片機(jī)的基本特征： （1）具有8位處理單元。 （2）總共有128個(gè)字節(jié)RAM。 （3）時(shí)鐘發(fā)生電路裝在片。 （4）有4個(gè)IO接口，32根IO線(xiàn)。 （5）有2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)時(shí)器。 （6）能夠?qū)?4K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)尋址。 （7）共有21個(gè)特殊功能寄存器。 （8）有5個(gè)中斷源，配備兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。 （9）具有一個(gè)全雙工串行接口。8031的引腳功能如下：電源引腳： Vss：接地端。 Vcc：電源端，接+5V。P0.0P0.7：通道0是一個(gè)8位的雙向I/O通道。P1.0P1.7：通道1是一個(gè)8位的準(zhǔn)雙向I/O通道。 P2.0P2.7：通道2是一個(gè)8位的準(zhǔn)雙向IO通道

36、。 P3.0P3.7：通道3是一個(gè)8位的準(zhǔn)雙向IO通道。 P3.0（RXD）：串行輸入口。 P3.l（）：外接中斷輸0入口。 P3.2（）：外接中斷輸1入口。 P3.3（TXD）：串行輸入口。 P3.4（TO）：定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部脈沖輸入端。 P3.5（T1）：定時(shí)計(jì)數(shù)器L部脈沖輸入端。 P3.6（）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖。 P3.7（）：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖。存儲(chǔ)器: 8031單片機(jī)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。其可以滿(mǎn)足簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合。其主要有由多個(gè)部件組成，這包括CPU、RAM、ROM/EPROM、I/O口、串行口等。利用片的單一總線(xiàn)將上述多個(gè)部分串接起來(lái)。其仍然是利用在上加入外圍芯片的結(jié)

37、構(gòu)模式。其在控制功能單元的上卻用了具有特殊功能的寄存器來(lái)進(jìn)行集中控制。 單片機(jī)主要有電源、復(fù)位等管腳，為了能夠完善系統(tǒng)而設(shè)置了很多其他的管腳。主要是采用三總線(xiàn)形式來(lái)構(gòu)成這些管腳，也就是所說(shuō)的地址總線(xiàn)。 程序存儲(chǔ)器可直接尋址64K字節(jié)圍的容。單片機(jī)8051/8071對(duì)片有ROM/EPRON，時(shí)，則指向片外，當(dāng)時(shí)，指向片?？刂苹蚺c其它電源復(fù)位引腳8031單片機(jī)有40個(gè)引腳，8031引腳圖見(jiàn)圖5-2（見(jiàn)附錄） RSTUPD：主要是使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位功能。 XTAL1：引腳18，此端口主要是用來(lái)進(jìn)行外部振蕩信號(hào)輸入用的。XTAL2：引腳19，此端口主要是用來(lái)進(jìn)行外部振蕩信號(hào)輸入用的。5.2.2 74LS

38、373地址鎖存器芯片是八D鎖存器，若要使得三態(tài)門(mén)處于導(dǎo)通狀態(tài)，應(yīng)該將其信號(hào)線(xiàn)為低電平，允許輸出到，若要求輸出三態(tài)門(mén)斷開(kāi)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使得OE為高電平。其引腳圖5.2如下：圖5.1 74LS373結(jié)構(gòu)5.3 CA6140普通車(chē)床的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)它是用系列單片機(jī)組成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)擴(kuò)展片芯片，片芯片為，片的芯片可編程并行口。（1）控制系統(tǒng)的功能 Z向和X向進(jìn)給伺服運(yùn)動(dòng)； 鍵盤(pán)顯示； 自動(dòng)轉(zhuǎn)刀架控制； 螺紋加工控制； 面板管理； 行程控制； 報(bào)警；隔離；急停等。 （2）螺紋加工的控制 當(dāng)要進(jìn)行螺紋加工時(shí)，螺紋和零位螺紋信號(hào)將通過(guò)編碼器分別傳入8331（1）的PB6。若要加工不同螺距的螺紋，可以設(shè)置時(shí)間

39、來(lái)實(shí)現(xiàn)。地址編碼。存儲(chǔ)器與I/O地址編碼，由表5.1示：表51 芯片地址編碼芯片接引腳地址選擇線(xiàn)片地址單元（字節(jié)）地址編碼2746（1）Y0000X XXXX XXXX XXXX8K0000H1FFFH2746（2）Y1001X XXXX XXXX XXXX8K2000H3FFFH6264Y2010X XXXX XXXX XXXX8K4000H5FFFH8155（1）RAMY30111 1110 XXXX XXXX2567E00H7EFFHI/OY30111 1111 1111 1XXX67FF8H7FFDH8155（2）RAMY41001 1110 XXXX XXXX2569E00H9EFFHI/OY41001 1111 1111 1XXX69FF8H9FFDH6 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型針對(duì)數(shù)控化改造普通的一般車(chē)床，首先是用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架來(lái)替換原來(lái)的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。因?yàn)樽詣?dòng)轉(zhuǎn)位刀架是經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)控制，所以其具有效率高的特點(diǎn)。6.1數(shù)控車(chē)床刀架的基本要求數(shù)控車(chē)床的重要組成之一就是車(chē)床的刀架。要評(píng)定一個(gè)車(chē)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，首先刀架的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)該是考慮的很大一部分，具體要求如下：(1)轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作安全平穩(wěn)；(2)能夠就近原則選擇線(xiàn)路；(3)重復(fù)定位精度比較高；(4)防水、防屑，密封性好；(5)要求你具有較高的夾緊剛性，能夠滿(mǎn)足重負(fù)荷切削的要求。6.2自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原