CA6140普通车床经济型数控改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 近 20 年来 化吸收和实现产业化的历程。目前 发展迅速 ,正方兴未艾。 应用数控技术对 C A 6140 普通车床进行自动化和精密化的改装，改装技术主要为 :在车床上附加数控装置和执行元件，选择合适的机床伺服系统和计算机系统等 经改造后的机床完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度采用数控技术改造的有效途径 发展经济型的数控机床是当前工矿企业 的成功之路。 关键词： 车床 数控技术 技术改造 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 n 0 At of s on 140 on , on so so on to to on to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . 1 . 2 1 绪论 . 5 言 . 5 床数控改造的目的 . 6 控系统的产生和发 . 7 控系统的出现和发展 . 7 控系统的发展趋势 . 8 控改造的必要性 . 8 控机床改造的优点 . 9 控机床改造的设计步骤 . 10 数控改造 . 11 控系统的选择 . 11 存储器 . 12 （装配图 2） . 15 择脉冲当量： . 15 算切削力： . 15 珠丝杠螺母副的计算和选型： . 17 轮及转距的 有关计算： . 18 向进给系统的设计计算： . 20 削力计算： . 21 珠丝杠设计计算： . 21 轮及设计的有关计算： . 23 进电机的选择： . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 动刀架的设计 . 26 架的抬起： . 26 架的回转和选位 . 26 架的下降定位和压紧 . 27 速机构的设计计算 . 28 杆传动的设计计算 . 31 旋升降装置得设计计算 . 35 3 数控系统硬件电路设计 . 40 述 . 40 088 微处理器控制系统设计 . 41 要技术特性及硬件配置 . 41 储空间的分配 . 41 地址分配 . 41 片机部分电路设计图如图纸所示 . 41 电隔离电路 . 41 率放大电路 . 42 他辅助电路 . 43 4 软件设计部分 . 44 述 . 44 体方案设计 . 44 补方法的确定 . 45 给控制字 设置 . 47 行分配器的子程序 . 47 附 录 . 48 附 录 . 54 致 谢 . 59 参考文献 . 60 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1 绪论 言 提高数控车床的可靠性已成为当前数控车床制造企业自身生存和发 展的关键。在市场竞争日趋激烈的情况下 ,只有那些可靠性高的数控车床才能受到用户的青睐。数控车床是否可靠成为广大用户选购数控车床的重要标准。我国数控机床近年来在生产和应用领域都有较快的发展 ,但与工业发达国家相比 ,仍存在较大差距。数控技术是现代制造技术中最关键的环节之一。我国数控技术的研究应用水平还很低 ,严重制约着我国制造水平的提高。发展民族数控事业是迫在眉睫的大事。 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加速，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地 适应产品零件的变换。生产的需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速的发展起来。 从第一台数控机床（ 1952 年 美国）问世至今，机床的数控化率在不断的提高。世界各工业国家已普遍生产和应用，日本生产机床的数控化率在 1988 年就已达到 70%。 我国从开放搞活以来，加快了数控机床技术的引进，促使我国的机床数控技术的普及和发展。当前普遍应用的微型计算机数控机床，它综合了电子技术、计算机技术、自动化技术、测量技术和机械制造等方面的最新成果，是一种灵活高效的自动化机床，是机电一体化的典 型产品之一。各大企业不断设置数控机床扩大再生产和替换陈旧设备。数控机床的普及率不断提高，这种情况下，普通机床的数控改造是否必要可从以下几点说明。 数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题，能够 稳定的加工质量和提高生产效率，但是应用数控机床还是受到其他条件的限制。 数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是力不从心。 目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且 替代的机床闲置起来又造成浪费。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 国内订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。 通过数控机床对具体生产有多余功能。 要较好地解决上述问题，应走普通车床数控改造之路，从一些工业化国的经验者，机床的数控改造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。如：日本的大企业中有近 30%的机床经过数控改造，中小企业则是 70%以上。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供机床数控改造服务。我国作为机床大国 些发达国家如德国、美国、 日本等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。 由于技术的不断进步，机床改造已成为 一个永恒的课题。 我国应在这方面加大宣传力度， 走出一条适合我国国情的机床的数控改造之路。机床数控改造节省资金，同购置新机床相比一般可节省 60 80的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3 即使将原机床的结构进行彻底改造升级， 也只需花费购买新机床 60的费用， 并可以利用现有地基。性能稳定可靠， 因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。机床经数控改造后， 即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高 3复杂零件而言， 难度越高， 功效提高 得越多。 且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。因此，普通机床的数控不但存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小企业更是如此 。 床数控改造的目的 设备是企业发展生产技术和实现经营目标的物质基础。设备的技术性能 和技术状态不但直接影响产品质量，还关系工时、材料和能源的有效利用，同时对企业的经济效益也会产生深远影响。设备的技术改造和更新直接影响企业的技术进步、产品开发和市场开拓。因此，从企业产品更新替代、发展品种、提高质量、降低能耗，提高劳动生产率和经济效益的实际出发，进行充 分的技术分析，有针对性的用新技术改造和更新现有设备，是提高企业素质和市场竞争力的一种有效方法。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 据全国工业普查的统计资料介绍，截止到 2000 年底，数量较多涉及面较宽的金属加工机床的拥有量约为 384 万台，其中役龄在 6 15 年约为 153. 2 万台，约占 39. 9%，役龄在 16a 以上约为 133. 7 万台，约占 34. 8%。这表明我国工业制造业的装备，乃至各行各业的设备仍有相当大数量比较落后，有待改造或更新。鉴于此，采用数控技术对普通机床进行数控改造，尤其适合我国机床拥有量大，生产规模小的具体国情。 控 系统的产生和发展 控系统的出现和发展 第二次世界大战后，美国为革新飞机制造业中用于仿形机床的靠模和样件的加工设备，开始研制新型机床。 1952 年，美国帕森斯公司 o.)与麻省 理 工 学 院 伺 服 机 构 实 验 室 (作，研制成功第一代数控系统。用于三坐标立式铣床。其插补装置采用脉冲乘法器，整个控制装置由真空管组成。 1959 年，晶体管元件问世，数控系统中广 泛采用晶体管和印制板电路，从此数控系统进入第二代。 1965 年，出现了小规模集成电路，由于其体积较小，功耗低，抗干扰能力较强，使数控系统的可靠性得到进一步提高，数控系统发展到第三代。上述三代数控系统均为硬接线数控系统，称为普通数控系统(NC)o 随着计算机技术的发展，出现了以小型计算机替代专用硬接线装置，以控制软件实现数控功能的计算机数控系统 (使数控系统进入第四代。 1970 年前后，美国英特尔 (司首先开发和使用了四位微处理器， 1974 年美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统，由于 中、大规模集成电路的集成度和可靠性高、价格低廉，所以微处理器数控系统得到了广泛应用。这就是微机数控系统，从而使数控系统进入了第五代。现代数控系统为了进一步扩展功能，增强实时控制能力和可靠性，常采用多微处理器结构，如 司的40D 和日本 司 列等。由多个微处理器构成功能模块，各功能模块之间的互连与通信，或采用共享总线结构，或采用共享存贮器结构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 控系统的发展趋势 1、向高速度、高精度发展 现代机床数控系统多采用 32 位 多 行技术 ，使运算速度得了很大的提高。与高性能数控系统相配合，现代数控机床采用了交流数字伺服系统。伺服电机的位置、速度和电流环都实现了数字化。数控系统的联动轴数多达 9个，使机床可以加工较复杂的空间线型或型面。 2、可靠性的提高 由于现代数控系统的模块化、通用化和标准化，便于组织批量生产，故可保证产品质量。现代数控系统大量采用大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集成电路，提高了集成度，减少了元器件数量，提高了可靠性。 3、采用自动程序编制技术 现代数控系统利用其自身很强的存贮及运算能力， (如 40理器 )把很多自动编程功能植入数控系统。在一些新型的数控系统中，还装入了小型工艺数据库，使得数控系统不仅具有在线零件程序编制功能，而且可以在零件程序编制过程中，根据机床性能，工件材料及零件加工要求，自动选择最佳刀具及切削用量。 4、具有更高的通信功能 为了适应自动技术的进一步发展，适应工厂自动化的规模越来越大的要求，为了满足不同厂家不同类型数控系统的联网需要，现代机床数控系统的通信功能不断加强，不少系统具有远程诊断功能和 口。实现远程通讯功 能。美国通用汽车公司在 1983 年提出的制造自动化协议 (众多通信标准中发展最快的一个。 来自许多厂房的设备可以通过相同的通信协议而相互连接，由于 动了通信标准化的进程。 控改造的必要性 数控机床可以较好地解决形状复杂，精密，小批及多变零件的加工问题。能够稳定加工和提高生产率，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 1 数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企 业常是心有余而力不足。 2 目前，个企业都是大量的普通机床，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有会造成浪费。 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 通用数控机床对具体生产有多余功能。 要较好地解决上述问题，应走普通车床数控改造之路，在国外已发展成为一个新兴的工业部门，早在 60 年代已经开始迅速发展，并有专门企业经营这们业务。从美国，日本等工业化国家的经验看，机床的数控改造也必不可少，数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有 26%的机床经过数控改造，中小 企业则是 74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控改造业务。我国是拥有 300 万台机床的国家，而这些机床又大量是多年累计生产的通用机床，自动化程度低，要想在近几年内用自动化和精密设备更新现有机床，不论是资金还是我国机床制造厂的能力都是办不到的。因此，普通机床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平，教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。 控机床改造的优点 数控机床改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的优点有： 1 从 提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。 2 适应多品种，小批量零件生产。 3 自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。 4 降低对工人技术水平的要求。 5 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 控机床改造的设计步骤 将普通机床改造为数控机床，是一项技术性很强的工作，必须根据加工对象的要求和工厂实际情况，确定切实可行的技术改造方案，搞好机床的改造设计。其改造设计的一般工程如下 1 对加工对象进行工艺分析，确定工艺方 案，被加工工件既是机床改造的依据，又是机床改造后加工的对象。不同形状，不同技术要求工件，其加工方法就不同，对机床的要求也不相同。例如，对于圆柱形状的零件可用车削，外圆磨等方法加工，而平面则一般用铣削，平面磨等方法加工；对精度，表面粗糙度要求一般的外圆柱表面，常用车削加工；而精度高和表面粗糙度要求低时则要在外圆磨床上加工。在工艺分析基础上，绘制工序图，初步选定切削用量，刀具运动路线，计算生产率。然后计算切削力及切削功率，从而计算出进给系统需要的功率和力矩等。这是选择方案及驱动部件的依据，目前多用类比法或测定法 完成。 2 分析被改造机床，确定被改造机床类型 ，改造机床和设计机床是不同的 ，机床设计是根据设计任务书，对机床的整机进行设计，然后将机床的各组成零，部件逐一地制造，最后装成机床，而机床改造则是围绕某台机床进行工作，不仅要考虑机床本身结构的改造，还要考虑工艺系统中的刀具，夹具及其它辅具的改进，以满足生产的需要。在制定机床改造方案时，可先根据指定的工艺方案，初步选定被改造机床的类型，然后对被选定的机床进行认真分析，了解被改造机床的技术规格，技术状况，各部联系尺寸等，分析机床强度和刚度，分析被改造机床能否适应改 造要求以及经济性等。最后确定被改造机床的型号。 3 拟定技术措施，制定改造方案 根据加工对象的要求和被改造机床的实际情况，拟定应采取的措施，指定出机床的改造方案，选用外购件时，一定要保证质量。在拟定技术措施，指定改造方案的过程中，应充分进行技术经济分析，力求改造的机床不仅能满足技术性能的要求，还要获得最佳的经济效益，使技术的先进性与经济性较好地统一起来。 4 设计或选用数控装置 在满足加工零件要求的同时，尽量使设计的数控装置功能强，稳定可靠，通用性好，价格低，或选用国内生产较好的专用数控装置。 5 进行 机床改造的技术设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 6 绘制机床改造的工作图。 7 整机安装调试。 数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用 ,但数控机床一次性投资较大 ,对机床进行数控化改造不失为一良策。阐述了 通数控车床的主轴系统的改进及机床控制系统的改造 , 主要介绍了对 4 0 车床进行经济型数控改造 ,主要包括纵向、横向进给系统及刀架的改造 ,4 0 车床主轴转速部分保留原车床的手动变速功能。改造简单易行 ,可降低劳动强度 ,提高生产效率 . 数控改造 本设计任务是对 通车床进行 数控改造。利用微机数控系统改造纵、横向进给系统，进行开环控制，纵向脉冲当量 冲，冲。驱动元件采用直流步进电机，传动系统采用滚珠丝杠 控系统的选择 数控系统是机床的核心，在选择时， 要对其性能、 经济性及维修服务等进行综合考虑，尽量选用名牌产品。 根据被改机床的结构、 性能及被加工零件的精度来选择数控系统。 既要功能相匹配，又要尽量减少过剩的数控功能。 这样一方面可避免资金浪费，另一方面也可避免因数控系统复杂而增加的故障率。 目前数控系统主要有三种类型：步 进电机拖动的开环系统；异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统； 交 / 直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统， 其伺服驱动装置主要是步进电机、 功率步进电机、 电液脉冲马达等。该系统位移精度较低， 但结构简单、 调试维修方便、质量稳定可靠、成本低、抗干扰性能强、 对环境室温要求不高，易改装成功。 适用于精度要求一般的中小型机床的改造，也是目前数控改造中应用最为广泛的一种。 异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统控制精度高，但在结构上比开环进给系统复杂， 工作量大，成本也高， 调试困难， 一般不采用。 交 / 直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统， 其精度介于前二者之间，结构与调试都较闭环系统简单，适用于控制精度要求较高的大、 中型机床的改造。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 总体方案确定为用一个完全缓冲的 8088 微处理器对数据进行计算处理，由I/O 接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵横向进给运动。示意图如图 1所示。 图 总体方案 在一个大的系统中，总线必须经过缓冲，这是因为 8086/8088 微处理器只能驱动 10 个负载，而大系统常常有更多的负载。 由于设计的是经济型车床的改造，所以在考虑具体的方案时，其本原则是在满足需要的前提下，对于机床尽可能减少改动量，以降低成本。 8088 微处理器在数控改造应用较普通，各种应用软件较多，系统开发较容易，且其价格低廉，抗干扰性强，可靠性高，速度快，指令系统的效率高，体积小，最适宜用来开发简易和小型专用的数控装置。 存储器 由于 8088 微处理器是无片内程序存储器 ,需要扩展外部程序存储器 ,同时 ,8088 微处理器内部只有 128 字节的数据存储器 ,也不能满足控制系统的要求 ,故扩展了两片 2764 的程序存储器 和一片 6264数据存储器。 8088 微处理器的 来传送外部存储器的地址和数据 ,一个经过完全缓冲的 8088 微处理器，有 8个地址引脚 用的是 748 个数据总线引脚用的是 74向总线缓冲器；控制总线信号 ， 用买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 的是 74冲器。一个经过完全缓冲的 8088 系统，需要两片 74片 74474T/ 8088 微处理器的 74出的八位地址共同组成 16 位地址 ,2764 和 6264 芯片都是 8要 13 根地址线 ,12 接 8088 微处理器的 13根地址总线 ,系统采用全地址译码 ,两片 2764 芯片片选信号 40 和 统复位后程序从 0000H 开始执行。 6264 的片选信号 接74码器的 8088 微处理器控制信号 M/ 2764 的 脚 ,读写控制信号 264芯片的 E,以实现外部数据存储器的读写。 ,因而系统扩展了两片 8155 可编程输入输出接口电路。 8155的片选信号 别接 743 和 4码器的三个输入端 A、 B、 C 分别接到 8088 微处理器的I/O 接口与外设的联接是这样安排的 :8155(1)芯片的 控制刀架电机回转 ,到达指定的刀位 ,刀架夹紧之后 ,发出换刀回答信号 ,经 8155(1)的 入计算机 ,控制刀架 开始进给。 8155(2)芯片的 Z、 X 向电机输出驱动脉冲 ,键盘扫描输入 ,输出是 X!Y 向的限位控制 ,显示器的位选信号 ,显示器的段选信号由 8088 微处理器的 它部件的选择 直流步进电动机参照金属切削机床设计简明手册选取。滚珠丝杠选取列， 江汉机床厂的产品样本 。为内循环双螺母垫片预进，其优点是结构简单，装卸方便、刚度高。 纵向进给机构的改造。拆除原机床的进给箱和溜板箱，在原机床进给箱处安装齿轮箱体，滚珠丝杠仍安装在原 丝杠位置，采用原固定方式。 横向进给机构改造。拆除原手动机构，用于微进给和机床刀具对零件操作，原有的支承结构也保留。步进电机、齿轮箱体安装在机床后侧。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 纵横向进给机构都采用了一级齿轮（调隙齿轮传动）减速，调隙齿轮（可调拉弹簧式）用于消除齿轮传动中的间隙，以提高数控机床进给系统的驱动精度。 在原溜板箱处安装纵、横向快速进给按钮和急停按钮，以适应机床调整时的操作需要和遇到意外情况时的紧急处理需要。 控改造的总体方案示意图 加工工件图纸数 控 程 序 的 编 制手 工 输 入 计 算 机磁带控制计算机功率放大器步进电机变速箱步进电机变速箱车床尾座工件或图 普通 车床数控改造的总体方案买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 2 数据参数的选择及其计算 向进给系统得设计计算（装配图 2） 工作台重量： 80间常数： T=25滚珠丝杠导程： S=6程： L=1200 冲当量： =距角： =：m/工最大直径： =400 工最大长 度： 1000 板及力架重力： 800N 刀架快段速度： 2.4 m/大进给速度： 0.6 m/电机功率： 动加速时间： 30 床定位精度 选择脉冲当量 ： 根据机床精度要求确定，纵向 。 算切削力： 纵车外圆 ; 由文献可知切削功率 k 式中： N 电动机功率 主动系统总功率一般为 取 = 进给系统功率系数：取 K=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 又因1206120 切削速度取 100m/切削力 6120 00=参考文献三可知，主切削力 查表 :88 则可计算如下表 : pa(2 2 2 3 3 3 F(z( 283.7 ，切削深度刀量 f=0.4 参数作为下边计算用，由参考文献三得一般外圆车削时 .5 .6 横切端面： 主切削力 （ 取纵切的 1/2 1/2= 取=0.6 = =0.5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 珠丝杠螺母副的计算和选型： 纵向进给丝杠 计算进给率引力N） 纵向进给为综合导轨xF+f（ G） 式中 K 考虑颠覆力矩影响的实验系数综合导轨取 K=f 滑动导轨摩擦系数 溜板及力架重力： 800 N xF+f ( G)=00)= 计算最大的负载 C C= 其中 106001000s 其中 滚珠丝杠导轨。 初选 s 最大切削力 F 的进给速度可取最高进给速度的（ 1/21/3） ，此外 T 使用寿命 按 15000h 运转系数。按一般运转取 f w= L 寿命以 106 转为 1 单位。 N=1000000 =50r/=600=60 50 15000/10=45 Q= =451/3 滚珠丝杠螺母副的选型。 根据最大动负荷 Q 的 值，可选择滚珠丝杠的型号。例如。滚珠丝杠参照江汉机床厂的产品样本选取 珠丝杠直径选为 30号为21 54*20 ,其额定动载荷是 10689N,所以强度足够用。 传动效率计算 ) 螺旋升