C6140普通车床锥面轴类零件专机改造设计
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C6140普通车床进给装配图.dwg
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步进电机.dwg
电路原理图.dwg
调节盘.dwg
齿轮.dwg
摘 要
利用单片机系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的机床除了能加工平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。
本文介绍了一种C6140车床数控专机改造的一种方案。改造后机床利用微型计算机控制伺服电机转动，纵横向进给运动改造成分别用伺服电机来控制。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。
关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机
Abstract
Utilizing NC system reforms lathes is an important method to heighten the rate of old equipments. The innovated lathe characterizes high precision .high efficiency and wide-machining and so forth， and it can save workload .Only some machining program input ，the corresponding result will be done.
This article introduces a way of economic NC reform of C6140 lathe at its mechanical system .The reformed system uses microcomputer to control the servo electromotor. The x-axis and y-axis forward-moving systems are controlled by respective electromotor . The ordinary screw lever will be changed into a pair of gears and rolling-bead screw lever. The servo motor will drive gear to move ， and then spread the kinetic energy to rolling-bead screw lever， and the rolling-bead screw lever run and move the gears .In the end .making an analysis on the error margin and the precision and giving methods for amelioration and advice . words: NC reform， Mechanical system， Open-hoop system， Servo motor
目 录
绪论…………………………………………………………………………………1
1总体设计方案的确定………………………………………………………….....2
2机械部分的改造设计………………………………………………………….....2
2.1主传动系统的选择…………………………………………………………....2
2.2进给传动系统的改造设计…………………………………………………....2
2.2.1纵向进给机构的改造设计………………………………….......................2
2.2.2横向进给机构的改造设计………………………………….......................3
2.2.3刀架的选择与改造………………………………………….......................3
2.3纵向（Ｘ向）进给机构的计算……………………………………….….…..3
2.3.1工作台质量的估算………………………………………….......................3
2.3.2切削力的计算……………………………………………….......................3
2.3.3纵向滚珠丝杠设计计算与校核…………………………….......................4
2.3.4纵向齿轮设计计算与校核………………………………….......................4
2.4横向（Y向）进给机构的计算与校核…………………………......................4
2.4.1横向切削力的计算…………………………………………………………5
2.4.2横向滚珠丝杠设计计算与校核………………………………………......5
2.4.3横向齿轮设计计算与校核………………………………………………..6
2.5步进电机的选用……………………………………………………………….6
2.5.1步进电动机结构和分类…………………………………………………....6
2.5.2纵横向步进电机的计算与选择…………………………………………....6
3机床数控部分的设计改造……………………………………………………......7
3.1设计原理……………………………………………………………………….7
3.2数控系统硬件改造的设计………………………………………………...…7
3.2.1主控制器的设计………………………………………………………......8
3.2.2存储器扩展电路………………………………………………………......8
3.2.3扩展I/O接口……………………………………………………………….9
3.2.4步进电机驱动电路………………………………………………………..9
3.3统软件部分的设计……………………………………………………….....10
3.3.1软件系统应具有的功能………………………………………………....10
3.3.2软件系统设计……………………………………………………….…...10
4分析轴类零件加工工艺和编写程序…………………………………………...13
4.1轴类零件的加工工艺分析……………………………………………….….13
4.1.1设计轴类零件………………………………………………………….…13
4.1.2确定零件的加工基准和装夹工具…………………………………….…14
4.2刀具的选择与刀具参数的确定………………………………………….….14
4.2.1刀具的选择……………………………………………………….............14
4.2.2刀具参数的确定………………………………………………….............15
4.3确定零件的加工工序………………………………………………………..16
4.4编写加工程序…………………………………………………………..........16
4.4.1分析轴类零件的外轮廓……………………………………………….…16
4.4.2粗精车零件刀具的轨迹设计…………………………………………….17
结束语………………………………………………………………………….….19
致谢…………………………………………………………………………….….19
参考文献……………………………………………………………………….….20
绪 论
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[1]。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，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。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。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
1总体设计方案的确定
C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为单片机控制专机机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。
一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的专机车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破[6]。
本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造，用步进电机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。所以实用开环控制。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架[5]。
2机械部分的设计改造
2.1 主传动系统的选择
主传动系统不变，为保证车螺纹时严格的运动关系，在主轴箱上安装GD7072 光电脉冲发生器，通过主轴--脉冲发生器--数控系统--步进电机的信息转换系统，实现主轴转一周，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。
2.2 进给传动系统的设计改造
2.2.1 纵向进给机构的设计改造
拆掉原机床的进给箱和拖板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装步进电机和一对齿轮的箱体。滚珠丝杆仍安置在原丝杠的位置[3]。采用一级齿轮减速，见下图1所示：
结束语
本改造方案充分运用了单片机和C6140车床的相关知识，改造后的车床具有很高的自动运行能力。不仅节省了人的手工操作，而且大大提高了零件的生产速率。降低生产了成本，从而使该起床较普通机床具有很明显的优势。
致谢
本文是在指导老师的悉心指导下完成的。指导老师具有严谨的治学态度，丰富的实践经验，在治学及做人方面使我受益非浅。衷心感谢帮助过我的每一位老师和同学。
参考文献
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