CE6152普通车床数控化改造

目录CE6152 普通车床数控化改造摘要 .IIIAbstract .IV第 1 章 绪 论 .11.1 本文选题的背景及意义 .11.1.1 概述 .11.1.2 数控机床的优越性 .11.1.3 数控机床在我国的发展现状 .21.2 机床进行数控化改造的必要性 .31.2.1 从微观上看改造的必要性 .31.2.2 从宏观上看改造的必要性 .41.3 机床数控化改造的现状 .41.3.1 国外机床改造业的现状 .41.3.2 我国机床改造业现状 .51.3.3 目前我国数控化改造市场的现状 .51.3.4 数控化改造是发展我国数控设备的一个重要方面 .61.4 卧式车床数控化改造的特点 .6第 2 章 数控化改造方案 .92.1 总体设计方案的拟定 .92.2 设计参数 .92.3 总体方案确定 .9第 3 章 介绍 CE6152 普通车床 .113.1 CE6152 机床的组成和主要技术参数 .113.2 加工范围及特点 .133.2.1 加工范围 .133.2.2 CE6152 车床的加工特点 .133.3 传动系统的介绍 .143.3.1 主运动传动系统 .143.3.2 进给传动系统 .143.3.3 刀架纵横向移动 .153.3.4 机动进给量的计算 .153.3.5 车削螺纹 .15第 4 章 数控系统软、硬件的设计 .174.1 数控系统的特点 .174.2 硬件设计 .174.2.1 单片机的选择 .174.2.2 存储芯片的选择 .184.2.3I/O 接口芯片 .184.3 软件设计 .204.3.1 监控模块 .204.3.2 插补计算模块 .214.3.3 步进电动机控制模块 .214.3.4 误差补偿模块 .214.3.5 系统软件的抗干扰设计 .21第 5 章 进给伺服系统的设计计算 .225.1 纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算 .225.1.1 切削力计算 .225.1.2 滚珠丝杠的设计计算 .235.1.3 计算进给牵引力 .23)(NFm5.1.4 计算最大动载荷 C（N） .245.1.5 选择滚珠丝杠螺母副 .245.1.6 滚珠丝杠的验算 .255.1.7 确定齿轮传动比 .275.1.8 步进电动机的计算与选择 .285.2 横向机械传动部分的数控化改造和设计计算 .315.2.1 切削力计算 .315.2.2 滚珠丝杠的设计计算 .325.2.3 计算进给牵引力 .32)(NFm5.2.4 计算最大动载荷 C（N） .325.2.5 选择滚珠丝杠螺母副 .335.2.6 滚珠丝杠的验算 .335.2.7 确定齿轮传动比 .355.2.8 步进电动机的计算与选择 .36第 6 章 其他装置的安装 .396.1 主轴脉冲发生器的安装 .396.2 自动回转刀架 .396.3 丝杠导轨的自动润滑 .406.4 对车床导轨和床鞍配合滑动面的改造、密封、加防护罩 .406.5 车床加防护罩及密封 .40参考文献 .41致谢 .43附 录 .44CE6152 普通车床数控化改造摘要机床的概念，所谓数控是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它的优点很多,如可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。在 CE6152 普通车床上采用适合现场实时控制的 8031 单片机为控制器，以运行特性好、可靠性高的步进电机为驱动执行元件进行数控改造。本论文拟定了 CE6152 普通车床数控化改造总体设计方案，介绍了 CE6152 机床的组成、主要技术参数、加工范围及特点和传动系统，进行了 CE6152 普通车床数控化改造数控系统软、硬件的设计，纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算，横向机械传动部分的数控化改造和设计计算以及其他装置的安装设计计算。改造后的 CE6152 车床有如下优点：(1)可以加工卧式车床加工不了的曲线曲面等复杂零件。(2)可以实现加工柔性自动化，效率比靠凸轮或挡块等实现自动化的机床高 3 7 倍。(3)加工精度高，尺寸分散小，易于装配。(4)可实现多工序集中加工，提高了相关的加工精度，同时减少了被加工零件在机床间的频繁搬运。(5)拥有自动补偿等多种功能，对于批量较大的，简化了传统机床加工工艺中的工序，机床利用率得以大幅度提高。(6)由于采用了自动化加工技术，可以大大降低操作者的劳动强度，减少废品的产生，提高工作效率。关键词：数控，车床，改造，CE6152，8031 单片机，步进电机TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLGYCOLLEGE: Institute of Electrical and MechanicalNAME: Liu Xiaoming STUDENT NUMBER: 200822130128CLASSES AND GRADES IN SCHOOL: Mechanical design and manufacturing automation 0811INSTRUCTOR: Jia YuqinAbstractNumerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automatically in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is going to need a lot of money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The overall master design: The way to NC improvement of general machine tool CE6152 was introduced that using single-chip computer 8031 to realize the real-time control and driving by step motor. This paper took up the overall design scheme for common lathes NC transformation,introduced its consitions,main technological parameters,work range and specialty and transmission system,as well as, the design of soft&hard ware for CE6152 has been done in this article.The longitudinal mechanical transmission part of the numerical control transformation and design calculation were also done;Horizontal mechanical transmission part of the numerical control transformation and design calculation and design and calculation for other device.After the transformation,this machine has many advantages as follows:(1) complex curves and surfaces which characteristics cannot be done by common lathe but this transformed lathe can.(2) realize flexible automathic machining,efficiency has been highly improved 37 times than CAM or block piece lathes.(3) Processing of high accuracy, scattered size is small, easy to assemble.(4) can achieve multiple operation concentrated processing,improve relative machining accuracy,reduce the processing in the machine tool parts between the frequent handling at the same time.(5) own autocompensation and other functions,for large batch simplify the process of common lathe.(6) use automatic processing technology, greatly reduce the labor intensity of the operator, reduce the waste generated, improve the work efficiencyKey word: Numerical Control，machining，improvement，CE6152，single-chip computer 8031，step motor 第 1 章 绪 论1.1 本文选题的背景及意义1.1.1 概述整 个 人 类 社 会 的 文 明 史 ， 就 是 制 造 技 术 不 断 演 变 和 发 展 的 历 史 。 任 何 国 家 的 制 造业 都 是 国 民 经 济 的 基 础 产 业 ， 也 是 国 民 经 济 的 主 要 来 源 。 没 有 发 达 的 制 造 业 ， 就 不 可能 有 国 家 真 正 的 繁 荣 和 强 大 。 制 造 技 术 是 制 造 业 的 技 术 支 柱 ， 是 一 个 国 家 科 技 水 平 、综 合 国 力 的 重 要 体 现 ， 制 造 技 术 的 发 展 是 一 个 国 家 经 济 增 长 的 根 本 动 力 。 而 制 造 业 中机 床 是 其 基 础 装 备 。 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 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 1 。1.1.2 数控机床的优越性 2-5数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性是显而易见的,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,且自动化程度极高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位愈来愈显得重要。1.1.3 数控机床在我国的发展现状我国是世界上机床产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势,一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求,而另一方面却有不少国产机床滞销积压,国外机床产品充斥市场。90 年国外数控机床在我国市场的占有率仅达 15%左右,而 95 年已达 77%。严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现,除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外,一个主要的原因是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进,新产品(包括基型、变型和专用机床)的开发周期长,从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说,这个问题反映在下列五个方面:(1) 我国机床厂目前开发基型产品的周期约为 1518 个月,其中设计时间约为58 个月,占总周期的 40%左右。而国外一些先进机床厂同类基型产品的开发周期为69 个月,其中设计大约 1.5 2 个月,只占 25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。(2) 我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及机床性能测试装置等),自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计,使设计一次成功的把握性降低,往往需要反复试制才能定型,从而可能错过新产品推向市场的良机。(3) 用户根据使用需要,在订货时往往提出一些特殊要求,甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求,这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外,这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周,而在我国机床厂用手工操作就至少需1 2 个月 ,且由于这些图纸和文件涉及多个部门,常会出现漏改和失误的现象,影响了产品的质量和交货期。(4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数,他们的专业知识和实际经验不足, 又担负着开发的重任。(5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立,缺乏有效的协同开发的模式,不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见,容易造成产品的反复修改,延长了开发的周期。为解决这些问题,必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术,发展优化和仿真技术,提高产品结构性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境,使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面,使企业取得良好的经济效益。1.2 机床进行数控化改造的必要性1.2.1 从微观上看改造的必要性从微观上看，数控机床同传统机床相比有如下突出的优越性，而且优越性都来自数控系统计算机的威力。(1)可以加工传统机床加工不出来的曲线，曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。(2)可以实现价格的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 37 倍。由于计算机具有记忆力和存储能力，可以见输入的程序记住和存储下来，然后按照程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化，从而使单件和小批量生产得以自动化，故被成为实现了“柔性自动化” 。(3)加工零件的精度高，尺寸分散小，使装配容易，不需要再“修配” 。(4)可以实现多工序的集中，减少零件在机床间频繁搬运。(5)拥有自动报警，自动监控，自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条优越性派生的好处是降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床） ，减少了工装，缩短了新产品试制和生产周期，可对市场需求做出快速反应等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为大的突破。此外，数控机床还推行FMC（柔性制造单元） ，FMS（柔性制造系统）以及 CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已成为制造业自动化的核心技术和基础技术。1.2.2 从宏观上看改造的必要性从宏观上看，20 世纪 70 年代末，80 年代初，工业发达的国家的军，民机械工业一开始大规模应用数控技术。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军，民机械工业）进行技术改造。除在制作过程中采用数控技术。FMC，FMS 外，还在产品开发中推行CAD，CAM ，CAE，虚拟制造，在生产管理中推行 MIS（管理信息系统）,CIMS 等，在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我国在信息技术改造传统产业方面比发达国家落后 20 年。如我国机床拥有量中，数控机床的比例（数控化率）到 1995 年只有 1.9%，而日本在1994 年已达到 20.8%，因此，每年都有大量机电产品进口。这也是从宏观上说明机床数控化改造的必要性 6 。1.3 机床数控化改造的现状 7-10 1.3.1 国外机床改造业的现状在美国，日本和德国等发达国家，他们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床及其技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的话题。在美国，日本，德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线改造的新的行业。在美国，机床改造也称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche 工程公司，Ayton 机床公司，Develieg-Bullavd（得宝）服务集团，US 设备等。美国得宝公司已在我国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting ）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团，岗三机械公司，千代田工机工司，野崎工程公司，滨田工程公司，山本工程公司等。数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型，超小型化；在智能化基础上，综合了计算机，多媒体，模糊控制，神经网络等多学科技术，实现了高速，高精，高效控制，加工过程中可以自动修正，调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。以 FANUC 和 SIEMENS 为代表的数控系统生产商已在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的 RS232 接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。1.3.2 我国机床改造业现状我国的数控系统以传统的封闭式体系结构为主。在传统的封闭式结构中，CNC 只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及自动编程系统进行编制。CAD/CAM 和 CNC 之间没有反馈控制环节，整个制造过程中 CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合，工件材料，主轴转速，进给速率，刀具轨迹，背吃刀量，步长，加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正 CAD/CAM 的设定量，因而影响 CNC 的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统 CNC 系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了 CNC 向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制作过程，因此，对数控机床实行改革势在必行。1.3.3 目前我国数控化改造市场的现状(1)机床数控化改造的市场现状目前我国机床总量 380 万台，而其中数控机床只有 11.34 万台，即我国机床数控化率不到 3%。2000 年以来，我国数控机床年产量为 0.6 0.8 万台，年产值约 18 亿元，机床年产量数控化率为 6%。我国机床役龄 10 年以上的占 60%以上；10 年以下的机床中，自动，半自动机床不到 20%，FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60%以上） 。国内传统旧有机床的数控化改造是一个潜力巨大的市场。(2)进口设备和生产线的数控化改造市场我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术，设备和生产线进行技术改造。据统计，1979 1988 年 10 年间，全国引进技术改造项目就有 18446 项，大约 165.8 亿美元。这些项目中，大部分项目为我国经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备和生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响。一些设备，生产线从国外引进后，由于备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备，工艺，管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的以能耗高，产品合格率低造成亏损；有的已引进了较长时间，需进行技术更新。这些不能使用的设备，生产线是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。1.3.4 数控化改造是发展我国数控设备的一个重要方面国务院关于加快装备制造业的若干意见 （以下简称若干意见 ）的发布和实施，是提高我国国际竞争力，实现国名经济全面，协调和可持续发展的战略举措。 若干意见把发展数控装备和数控系统及其功能部件作为振兴装备制造业重大突破的 16 个关键领域之一，对我国机床工具行业发展，具有重要指导意义。数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石。国际上一些发达国家一直把高性能数控机床作为战略物资而严加控制，限制我国进口高性能数控机床；国外装备制造业的发展经验证明，发展装备制造业，数控机床是基础。 “十五”期间，我国机床工业连续几年快速发展，到 2005 年我国机床产值从“九五”末期列世界第八位，跃居到世界第三位。但从总体上看，我国机床工业同世界先进水平相比，差距仍然十分明显：一是国内高档数控机床在品种，水平和数量上远远满足不了国内的发展需求，高档数控机床目前仍要大量依赖进口；二是数控机床功能部件和数控系统发展滞后，成为我国数控产业发展的瓶颈；三是机床制造企业技术装备水平不高，制造能力，综合管理和服务能力等方面不能满足市场快节奏发展的要求；四是大型国有企业旧的设备比例大，设备更新所需资金缺口大。1.4 卧式车床数控化改造的特点目前，我国车床主要是卧式车床，与发达国家相比，型号陈旧，技术水平落后，严重影响了生产发展。采用先进的数控车床，已成为当今世界制造业的发展趋势。鉴于国内制造业中普通机床的占有率较高，提高车床数控化率有两个可行的途径，一是购置新的数控车床；二是把卧式车床改为数控车床。根据国内目前的经济情况，花大量的资金更换全新的数控车床花费过高，给企业造成的经济负担较大，同时报废大量普通车床是一个很大浪费。因此各个企业根据自身的情况，酌情进行数控化的提高，可以购置一批精度高，性能强的数控机床，或数控改造化一批尚有一定精度的卧式车床。卧式车床数控化改造的特点如下：(1)车床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为车床的改造方案是根据原机床中存在的问题提出的，要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能与生产结合，可以直接将科学技术转化为生产力，使企业有积极性。(2)车床改造可以充分利用原机床的绝大部分零部件，大大节约原材料和资金，见效快，改造周期短，可满足生产急需。因为旧车床数控化改造大部分床身，立柱等基础件和许多传动部分不需更换，与购买新车床相比，费用只需其 1/15 1/10，工期大大缩短，节约了成本，解决了生产急需。(3)改造后的车床性能稳定可靠，车床应用范围得到扩大，适应多品种，小批量零件生产。这是因为车床的大型构件都是铸铁制成的，而铸铁件年代越久时效越充分，精度比新铸铁更加稳定。改造不需要改变支撑类大型构件，只需修复和更换中小型部件就可以获得与新机床类似的效果。改造后的车床功能有较大提高。除了保有功能外，还可以满足各种复杂型面类零件加工，极大的扩展了车床的应用范围。(4) 经过数控化改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。因为改造时根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量。(5)可以充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的积极性；同时对工人技术水平要求不高。(6)在改造期间，通过拆除旧机床，装配新的零部件等改造过程，间接培养了数控人才，对机床特性有了详细的了解，在操作使用和维护方面培训时间短，见效快。通过车床数控化改造，可以使其与卧式车床相比有如下优点：(1)可以加工卧式车床加工不了的曲线曲面等复杂零件。(2)可以实现加工柔性自动化，效率比靠凸轮或挡块等实现自动化的机床高 37 倍。(3)加工精度高，尺寸分散小，易于装配。(4)可实现多工序集中加工，提高了相关的加工精度，同时减少了被加工零件在机床间的频繁搬运。(5)拥有自动补偿等多种功能，对于批量较大的，简化了传统机床加工工艺中的工序，机床利用率得以大幅度提高。(6)若购置一台新的数控车床，国内数控车床价格也要 7 万 8 万，进口设备有的近二十万元；而对卧式车床进行数控化改造也能满足实际生产需求，改造的成本只有 2 万 3万。(7)由于采用了自动化加工技术，可以大大降低操作者的劳动强度，减少废品的产生，提高工作效率。第 2 章 数控化改造方案本毕业设计为应用数控技术对 CE6152 卧式车床进行自动化和精密化的改造，经改造后的机床完全能实现外圆，锥度，螺纹，端面等加工的自动控制，提高了原机床生产效率，降低了劳动强度。本数控化改造主要围绕在车床上增设数控装置和执行元件，选择合适的机床伺服系统等方面进行。2.1 总体设计方案的拟定要求将 CE6152 卧式车床改造成用 MCS-51 系列单片机控制的经济型数控机床，采用步进电机开环控制，纵向和横向均有直线和圆弧插补功能。要求该车床增配自动回转刀架和主轴编码器，具有螺纹切削的功能。系统横向分辨率达到 0.005mm。2.2 设计参数最大加工直径（mm）： 在床身上：520 最大加工长度（mm）： 1500 溜板及刀架重量（N）： 纵向：1000 横向：500 刀架快移速度（m/min）：纵向：2 横向：1 最大进给速度（m/min）：纵向：0.6 横向：0.3 最小分辨率 （mm）： 纵向：0.01 横向：0.005脉冲当量(mm/步)： 纵向：0.01 横向：0.005定位精度（mm）： 0.02主电机功率（KW）： 5.5 起动加速时间(ms）： 352.3 总体方案确定(1)系统的运动方式和伺服系统的选择。由于改造后的数控车床应具有定位，直线插补，圆弧插补，暂停，循环加工，米/英制螺纹加工等功能，故选择连续控制系统。根据设计要求，采用步进电动机开环控制系统。(2)计算机控制系统的选择。根据系统运行方式，可以采用 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，具有很高的性价比等特点，故采用 MCS51 系列的 8031 单片机扩展系统。该控制系统由微机部分，键盘及显示器，I/O 接口及光电隔离电路，步进电动机功率放大器组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用双排数码管显示加工数据及机床状态信息。(3)机械传动方式。为实现机床所要求的分辨率，采用齿轮丝杠的减速方式；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副取代原车床丝杠；为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加荷载的结构；齿轮传动也采用消除侧间隙的结构。经济型数控车床总体结构框图见图2.111。图 2.1 经济型数控车床总体机构框图第 3 章 介绍 CE6152 普通车床3.1 CE6152 机床的组成和主要技术参数1.CE6152 车床的主要组成部件由图 3.1 所示。图 3.1 CE6152 车床外形图1主轴箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿 6溜板箱 7左床腿 8进给箱 1主轴箱 主轴箱 1 是一部件，由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动，也可以安装前尖顶通过拨盘带动工件旋转。2刀架 四方刀架装在小滑板上，而小滑板装在中滑板上，纵滑板可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动，用来车外圆、镗内孔等。而中滑板相对于纵滑板作横向移动，用来带动刀具加工端面、切断、切槽等。小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给，用来车削内外短锥面。3.尾座 尾座 3 可沿其导轨纵向调整位置，其上可安装顶尖支撑长工件的后段以加工长圆柱体，也可以安装孔加工刀具加工孔。尾座可横向作少量的调整，用于加工小锥度的外锥面。4.进给箱 进给箱 8 内装有进给运动的传动及操作装置，通过改变进给量的大小，可改变所加工螺纹的种类及导程。 5.床身及床腿 床身 4 是机床的支承件，它安装在左床腿 7 和右床腿 5 上并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件，并保证它们之间具有要求的相互准确位置。床身上面有纵向运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。6.溜板箱 溜板箱 6 与纵向滑板（床鞍）相连，溜板箱内装有纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。2.CE6152 车床的主要技术参数，如表 3.1表 3.1 CE6152 车床的主要技术参数床身上最大工件回转直径 520mm刀架上最大工件回转直径 300mm最大工件长度 750、1000、1500、2300、3000mm主轴中心至床身平面导轨距离 262mm最大车削长度 650、900、1400、2200、2900mm主轴孔径 52mm正转（24 级） 12 1400r/min主轴转速反转（12 级） 141400r/min刀架纵向及横向进给量 各 35 种纵向 一般进给量0.08 1.69mm横向 一般进给量0.027 0.6mm刀架纵向快速移动速度 4m/min米制螺纹（36 种） 1 96mm英制螺纹（20 种） 2 24 牙/in模数螺纹（31 种） 0.5 24mm车削螺纹范围径节螺纹（37 种） 1 96 牙/in功率 5.5kw主电动机转速 1440r/min功率 250kw快速电动机转速 1360r/min3.2 加工范围及特点 3.2.1 加工范围CE6152 车床的工艺范围很广，它能完成车削内外圆柱面、圆锥面、车削端面、各种螺纹、成形回转面和环形槽等多种多样的加工工序。也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。CE6152 车床加工精度可达 IT7 级，加工工件表面粗糙度 Ra值能达到 1.6m。其能加工的典型表面如图 3.2 所示。CE6152 车床主运动由工件随主轴旋转来实现，而进给运动由刀架的横向运动来完成。由于机械产品中回转表面的零件很多。车床的工艺范围又较广泛，因此 CE6152 车床使用十分广泛 12。3.2.2 CE6152 车床的加工特点1.加工范围较大。 2.加工时，主运动是工件和旋转运动，进给运动是刀具的纵向和横向移动。3.正常情况下，在车削加工过程中，切削力比较稳定，加工比较平稳。4.在车削加工过程中切屑和刀具之间的剧烈挤压和摩擦，以及刀具与工件之间的摩擦，产生了大量的切削热，但大部分热量被切屑带走，所以 CE6152 在加工过程中一般可以不使用切削液。5.在一般情况下，这种机床多用于粗加工和半精加工。3.3 传动系统的介绍CE6152 车床的传动系统，由主运动传动系统、车螺纹进给传动系统组成，见附录图 3.2 车床加工的典型零件B。3.3.1 主运动传动系统(1)传动路线主轴运动由电动机经皮带轮和三角皮带传至床头箱中的 I 轴。I 轴上装有一个双向片式摩擦离合器，用于控制主轴正反向及停车。当离合器向左压紧时，运动通过齿轮 1-6或 2-7 使轴得到两级正转，若离合器向右压紧，运动通过中间齿轮传到轴，使轴得到一级反转。轴上有一个三联滑动齿轮，分别与轴上固定齿轮 8、9 或 10 相啮合，将运动从轴传到轴。从轴开始，运动分两条线路传到轴（主轴） ，一条是由齿轮14 直接传到轴左边的齿轮 27（高速传动路线） ；另一条是由齿轮 15-17 或 16-18 传到轴，再经 19-22 或 20-21 传到轴，最后经齿轮 23 传到轴右端齿轮 24（低速传动路线） 。轴（主轴）上两个齿轮 27 和 24 都是空套在主轴上的，它们通过离合器与轴相连，当离合器向左移动时，通过 14-27 使主轴获得 6 种高转速；若离合器向右移动，则主轴得到 24 种低转速，主轴总共可获得 30 种转速，但其中 6 种是重复的，实际只有 24种转速可供选用。(2)主轴转速的传动计算式（正转）在这里列举最低和最高两种转速的计算式，其余各级转速可类推。最低转速计算式是 min/1264