CA6140车床的数控化改造毕业设计说明书

1、论文题目: 姓名:学号:班级:年级:专业:学院:指导教师: 完成时间:W cA e o 弓武目Z学及WUCHANG INSTITUTE OFTECHNOLOGY本科毕业设计（论文）CA6140车床的数控化改造饶兵兵1130040106166班2011 级机械设计制造及其自动化机械工程学院程友联教授2015年5月12日武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽 窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计） 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业 论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担

2、。毕业论文（设计）成果归武昌工学院所有。特此声明作者专业:机械设计制造及其自动化作者学号 ：113004010616作者签名:2015年 月 日武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸CA6140车床的数控化改造饶兵兵CA6140NC Tvans formation Of LatheRao, bingbing2015年5月10日武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸摘要针对大多数企业，具有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低、不能 批量生产，自动化程度不高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，乂不能马上 被淘汰。购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径，但是成本高，许多企业在短时

3、 间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床数控化改造，不失为一 条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径，提升企业竞争力，在我国成为制造强国的进 程中，占有一席之地。数控化改造成经济型车床后的车床自动化程度高，专业性强，加工精度及生产率高； 对提高工业生产具有重要意义。低成本普通车床数控化改造是一项适合我国实际情况的先 进适用技术，也是一项提升我国机床数控化的有效途径。关键词： 普通机床；数控改造；济型；意义武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸AbstractFor most companies, with a large number of general machine to

4、ols and long service life, Its machuung piecision is low, not mass pioduction and high degree of automation, adaptability is poor, but considermg the cost of mvestment, uidustnal contmuity, they can not mimediately be eliminated Buy a new CNC machine tools is an mipoitant way to mipiove product qual

5、ity and efficiency, but the lugh costs, many compames can not achieve in a short time, which senously hamper the pace of updatmg business equipment. To this end the ordinary CNC tiansformation, after all, a small uivestment, improve product quality and production efficiency of shortcuts to eiiliance

6、 the competitiveness of enteipiises in China lias become the manufactunng powerhouse in the process, placeCNC lathes lugh degree of automation tiansformed mto a lathe after economic, professional and strong, precision and high productivity； to improve industrial production is mipoitant. Low cost con

7、unon NC lathe is suited to Chinas actual situation of an advanced and applicable technologies, but also Chinas CNC machine tools an effective way to eiilianceKey VVOrd：NC transfonnation;geneial maclnne economy;significance武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸1引言-1 -1.1数控车床发展概况及趋势 1一1.2机床数控化改造的优点一2一1.3机床数控改造的市场前景及意义一2一2

8、关于CA6140的简单介绍-3-2. 1.机床的组成和主要技术参数一3一2. 2加工范围及特点一5 一2.3 CA6140传动系统的介绍一6一3CA6140普通车床数控改造总体的方案的确定-8-3. 1总体方案设计要求 8一3.2 CA6140车床改造的总体方案一8一4车床进给伺服系统机械部分改造设计与计算- 10 -4.1横向进给系统改造设计 10一4.2纵向进给系统改造设计13 一-18 -4. 3主轴系统的设计16一数控部分的改造5.1总体方案设计5.3 CA6140普通车床的微机数控系统-18 -20 -6自动回转刀架的选型-22-6. 1数控车床刀架的基本要求 22一6.2自动回转刀

9、架的工作原理 22一7安装调整中应注意的问题-23-7. 1滚珠丝杠螺母副的选择 23一7. 2滚珠丝杠螺母副的调整 23一7. 3联轴器的安装 23 一-24 -7. 4主轴脉冲发生器的安装23一主要参考文献就昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸1引言1.1【控车床发展概况及趋势1.1.1数控系统发展概况机床作为机械制造业的重要基础装备，由于欧、美等工业强国投资巨大，计算机技术 得到了较快的发展，针对现代研究和开发制造技术，制造模式也得到了不断的更新。当前 数控技术作为现代化制造系统中的核心技术之一，由于其具有高精度、高效率、高可靠性 等特点，可以实现自动化、合成化、智能化在制造业方面，柔性在该

10、领域也有着重要功用, 数控系统在目前主流的高集成化、高智能化、网络化的背景下，超薄型、超小型化的产品 也得到了快速的发展；由于其高速、高精、高效控制的特性，这样就使得其能够自动修正 调节与补偿加工过程中的各项参数；通过机床联网将集成CAD/CAM与数控技术为一体化系 统，同时大大发展了群控加工由中央集中控制。固有的封闭式一直是国内数控系统主要模式，当生产为数控加工时，作为非智能型的 CNC控制器，都会很大程度上影响其工作效率和产品质量。一般的具有固定程序控制模式 和封闭式体系结构的CNC极大的影响了其向多变量的发展，这恰巧阻滞了当前复杂制造的 发展，因此必须对数控技术进行变革。1.1. 2数控

11、技术发展趋势(1) 高速化为保证主轴转速和进给速度能够满足目前加工要求，这就使得数控装置及伺服系统的 功能有非常大的进步。由于切削时间和非切削时间被大量缩减。这使得主轴转速在加工中 心可以达到8500-12500r/min,其至可以达到99000r/min以上，磨床的砂轮线速度提高到 90-190m/So(2) 高精度化目前市场对产品精度的要求在不断的提高，这也使得数控车床的精度得到了大大的提 高。由于新型、多功能的数控系统在车床上得到了广泛的应用。其分辨率可达0.lum,有 的可达到0. Olum,实现了高精度加工。(3) 多功能化由于快速发展的CNC装置功能得到提高，高度发达的自动化水平的

12、数控车床也得到了 大大的发展。这样使得其能够进行二维图形显示，还能够满足三维彩色显示动态图形的要 求；有的其至可以实现无人化运行。(4) 加工功能复合化在多工序、多方法一体机加工的模式上成为未來发展的趋势。最近小型化、高精度、 高工作效率的复合化数控机床在市场上也越來越被重视。(5) 结构新型化武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸最近由于在并联机床上研制的成功。其或者被称为虚拟轴机床，在不使用导轨和滑台的 情况下，能够保证多坐标进行联动加工，其具有复杂的控制系统，比普通机床提高了 3-8 倍的加工效率。这种数控机床的出现将给数控机床技术带來巨大改革和创新。(6) 数控系统的智能化智能化主要包括四

13、个方面： 智能化能够满足工作效率和产品质量的方面； 在连接方面也要能够实现智能化； 智能化还体现在简单可控的编程； 其系统还应该具备自动诊断、智能监控等特性。(7) 数控系统的开放性利用通用微机来增强数控系统的模块化，为能够保障其更具有小型化的特点，可以使 得将多个晶体管集成在一个芯片上，这样在很大程度上提高了系统的可靠性。同时还可以 釆用更多的CPU,來保障自动排除故障，使通信能力进一步得到加强。1. 2机床数控化改造的优点(1) 改造闲置设备，提高了机床的使用价值；(2) 适应多品种、小批量零件生产；(3) 自动化程度提高、加工精度高、生产效率高；(4) 降低对工人的操作水平的要求；(5)

14、 具有低廉的数控改造费；(6) 数控改造的周期短。1. 3机床数控改造的市场前景及意义1. 3.1机床数控改造的市场前景我国机床行业由于改革开放得到了快速的发展，数控智能化的生产机床在我国目前己 经达到了 420余万台，其中约70%的机床是可以进行数控化改造的，对这些机床实行一定 的数控化改造，对促进我国经济的发展具有重要作用。1. 3. 2提高数控机床的安全水平我国机床目前还仍然处于普通车床为主流的状态，因为其比较庞大的数量，导致在生 产中各种安全问题不断发生，生产中的安全问题己经严重阻碍着我国机床的发展。提高机 床的数控化，减少生产的安全事故，己迫在眉睫。普通机床完成一定的数控化改造以后，

15、 不仅可以提高机床的加工效率和自动化，也可有效减低安全风险，同时还能够带來不错的 经济效益。1. 3.3减少机床成本，提高加工效率与购买新数控机床相比，普通机床进行数控化改造在提高原有机床的利用率的同时还 能够避免浪费大量的成本，还可以减少能源消耗和污染排放。机床改造以后，不仅可以减 少大量劳动力，同时产品合格率也得到了大大提高，给生产企业带来了非常可观的的效益。-2-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸2关于CA6140的简单介纟?2.1. 机床的组成和主要技术参数2.1.1. 机床的组成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进给箱图1.1CA6140车床外形图（1）主轴箱由

16、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，纵向滑板可沿床身导 轨纵向移动，从而拖动刀具纵向移动，用来车外圆、镇内孔等。而中滑板相对于纵滑板作 横向移动，刀具有足够的动力來加工端面等。（3）尾座尾座可沿其导轨纵向调整位置，其上可安装顶尖來支撑长工件的后半部分用來工长圆 柱体，同时还可以装夹刀具的加工孔。当要求进行小锥度的外锥面加工时，可以能够横向 调节尾座。（4）进给箱将具有进给作用的传动装置以及操作装置安装在进给箱

17、内，当要改变加工螺纹的种类 时，可以调节进给量的大小來实现。-3-就昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸（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上并在固定在地基上。床身上 安装着机床的各个构件，并确保它们之间具有符合规范的相互准确位置。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与纵向滑板相互连接，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。2.1.2. CA6140车床的主要技术参数如表2. 1所示表2.1 CA6140车床的主要技术参数床身上最大工件的回转直径（mm）400刀架上最大工件的回转直径（mm）210最大工件长度75

18、0、 1000、 1500mm主轴中心至床身平面导轨距离（mm）205最大车削长度650、 900、 1400mm主轴孔径48mm主轴转速正转(r/min)101400反转(r/min)141580刀架纵向及横向进给量各64种纵向一般进给量0. 081 59mm小进给量0. 0280. 054mm加大进给量1. 71 6. 33mm横向一般进给量0. 040. 79mm小进给量0. 0140. 027mm加大进给量0. 863. 16mm刀架纵向快速移动速度（m/min）4车削螺纹范围米制螺纹1192mm英制螺纹224牙/in模数螺纹0. 2548mm经节螺纹196牙/in主电动机功率7. 5

19、kw转速1450r/min快速电动机功率250kw转速2800r/min-4-戎昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸2. 2加工范围及特点2. 2.1加工范围CA6140加工工艺范围非常广，不仅可以完成车削内外圆柱面、圆锥面、各种螺纹、成 形回转面和环形槽等多种多样的加工工序，能够进行钻孔、滚花等工作。主要是通过工件 跟随主轴旋动來完成CA6140车床的主运动，利用刀架的横向移动來实现进给运动。因此 CA6140车床加工范围十分广泛。其典型表如图2. 1所示。主电动机一圖M(左) (正转)56瓦_51143.（右）5034（反转）3430394130502258_111635020、20、80IV

20、805051l5ojV 右移）450 1400r/mui一 IV （主轴）105OQr/mm图2.1车床加工的典型零件2. 2. 2 CA6140车床的加工特点(1) 加工范围广(2) 在进行加工时工件的旋转运动作为主运动，刀具的纵、横向移动作为进给运动。(3) 在车削加工过程中，切削力比较稳定，加工比较平稳。(4) CA6140多用于粗加工和半精加工。-5-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸2. 3 CA6140传动系统的介绍2. 3.1主运动传动系统通常情况下，CA6140的主要由主运动和车螺纹进给的传动系统组成的其传动系统。（1）主运动：电动机带轮1 -Ml （实现主轴正、反转以及停止）

21、（2） I - Ml左离合一 56/38或51/43-11 （两种转速） IMl右离合50/34-齿轮30-11 （一种转速） I - Ml中位，运动不能传至II。1 Q|快移电动机一XXII XXIII2429*个409 QXXIV竺一XXVZ12/齿条80M6 T3048“ I 40 M6 Jx4859XXVHI旋XXIX花一横向丝亦XX30 48J Lt48“ I 40 30I I 30 48J主传动链传动系统表达式可根据各滑移齿轮的啮合状态求得各主轴转速，在图示处于啮合位置时，主轴的转速为n =1450 x1 Or/niin1305122202026X一X 一X一X 一X2230435

22、8808058 2. 2. 2车螺纹进给传动系统在进行螺纹的车制过程中，尤其是在主轴与刀架之间保持运动关系，这就使得当主轴 转一周时，刀具机会移动一个螺纹的导程L。车螺纹传动链运动平衡式为：1 主轴 xt/xq 二 LU：主轴至丝杠间的总传动比；L丝:机床丝杠的导程，CA6140型车床的丝杠导程厶幺幺.= 12伽；L：工件螺纹的导程（mm）。2. 2.3纵向、横向进给（1）纵向机动进给量（32种）r,58336310025.2536 .28 3632440 28一 一腹E5833 1007536“ 3625f:,56 325629 48 80-6-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸=0711如

23、倍（2）横向机动进给量（64种）=0355韧倍横向机动进给量为纵向机动进给量的一半。2. 2.4刀架的快速移动为保证能够缩短辅助时间，使刀架能够快速的纵向和横向移动。为避免仍在转动的光 杠和快速电动机同时传动轴XXII,在齿轮56与轴XX之间装有超越离合器。184快移电动机一 一 XXII 一 XXIII一x一30 48J-XXIV-XXV-Z12/S-xxvin-xxix-tax-7-刀架武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸3 CA6140普通车床数控改造总体的方案的确定3.1总体方案设计要求在整个设计过程中满足以下几点要求：第一 横向的X轴、纵向的Z轴改用微机进行控制，利用步进电机进行驱动。

24、第二X轴（横向）脉冲当量：0.005mm./脉冲第三Z轴（纵向）脉冲当量：0. 010mm/脉冲实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止。3. 2 CA6140车床改造的总体方案基于对改造的成本的考虑，基于CA6140车床相关技术资料及改造经验，确定总体方 案为：数控控制装置用的核心为8031的单片机，在加工过程中，步进脉冲经由微机利用I/O 接口进行发出，通过光电隔离然后驱动控制线路，然后驱动控制线路将该信号转为控制电 机定子绕组的通、断电信号，用來控制电机进行运转。滚珠丝杠由电机來带动使之进行转 动，这样就能够使工作台移动。为加工螺

25、纹，在主轴上加装主轴脉冲编码器。改造方案的总体结构如图3. 1所示。总体的进给伺服系统方案如图3. 2所示：纵向工作台图3.1总体改造方案结构示意图-8-就昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸微机：釆用8031单片机；光电隔离：主要是避免微机的信号被外部信号干扰；主轴脉冲编码器：实现螺纹加工；横（纵）向工作台：拆除CA6140原來的丝杆，溜板箱，变速箱等。步进电机应该能够达到加工精度为0. 003mm的要求。-9-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸4车床进给伺服系统机械部分改造设计与计算4.1横向进给系统改造设计4.1.1横向进给系统的设计横向系统主要是完成减速齿轮、滚珠丝杠等的设计，在此同时还要

26、完成步进电机的选 择以及各种切削力的计算。4.1. 2横向进给系统的设计计算己知条件：工作台重（根据图纸粗略计算）w = 30kgf = 300N时间常数T二2 5ms滚珠丝杠导程L二4mm左旋行程 S=230mm脉冲当量 厲二0.005mm/步步距角 a =0. 75 /步快速进给速度 v max二lmm/min（1）切削力计算查参考文献1知，横向进给量为纵向的，1/21/3取1/2则切削力约为纵向的1/2。F. = (1/2) X 152. 76=76. 38kgf二763. 8N切断工件时：F.=0. 5F.=0. 50X76. 38=38. 19kg f=381.9N(2)滚珠丝杠设计

27、计算强度计算燕尾型导轨：P二K *Fy+f (F;+W)取 K二 1.4i 二0.2，那么P=1.4X38. 19+0. 2X (76. 38+30)=74.74kg f二747. 4N使用寿命值：(式 4. 1)(式 4.2)(式 4.3)(式 4.4)-10-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸= 60V7 = 60x15106（式 4.5）最大动负载Q二3松二XI. 2X1X74. 74=213. 55kg f二2135. 5N（式 4. 6）根据最大动负荷0的值，可选择滚珠丝杠的型号。查参考文献2得，选用型号为W厶2004-2.5X/B左，额定动负荷为6100/

28、V,所以强度够用。效率计算螺旋升角丫二3 39,摩擦角巾二10那么传动效率：_竺_ = _空空=0. 956fg（y + 0） /g（338+l（y）（式 4.7）刚度验算滚珠丝杠随工作负载P变化引起导程的变化范围:74.74x10x0.4x4-EF _3.14x20.6xl06xl.76192二 596Xl（Tcm（式 4.8）由于 L=AL1O所以，导程变形总误差为二型 L二型 X 5. 96X 10二 14. 9 u m/mJ 0.4（式 4.9）查表可知E级精度丝杠允许的螺距误差M长为故刚度满足条件。稳定性验算由于本改进所用的滚珠丝杠与原丝杠具有相同的直径，为增强稳定性，支承方式改为

29、可固定可支承的形式，因此其具有足够的强度。（3）齿轮及转矩有关计算齿轮计算传动比i二上皿心=?十7（式4. 10）36妨360x0.0053因此取Z产18Z?二30m=2mmb二20mm a =20di二36mm d2 =60mm-11-武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸d“i=40mm da2 =64mm a=48mm转动惯量计算换算工作台质量到电机轴上的转动惯量：JF （） 2W= （ 18xO 3）-X30X0. 01=0. 0439kgf-cm:兀（p3.14x0.75丝杠转动惯量Js=7. 8 X 10_, X 2 X 50=0. 624kgf-cm2齿轮的转动惯量J：产7. 8X1

30、0_,X3. 6X2二0. 262kgf-cm2J =7. 8 X 10_, X 64 X 2=2. 022kgf-cm2 因为电机转动惯量很小可忽略，因此，总体转动惯量：1 丫J= (A +A.)+Z1+A = - X(0.624+ 2.022)+ 0.262+ 0.0439 厂15丿=1. 258kgf-cm2关于转动力矩的计算：max11000x23=41607r/mina max1.258x41679.6x0.025x 10一4 = 0.2184N m二2. 23kgf-cmnJ 1000/z 1000x100x0.15x5/nt = = = 33.17r/mmLo ttDLo 3.1

31、4x60x4x3M =L2E 33.17 x0T=0oi74N m=0 i775kgf.cm g 9.6x0.025Mf =垃=止=x.4x3 = Q2&lk pctn = 002时加2切2 切 2x3.14x0.8x5Mo =3819x04x36x3.14x0.8x5（l-0.92）=0.11 dcgfcm = 0.01 lN-m竺=38.19x0.4x3 = Q179曲2 切 2x3.14x0.8x5（式 4. 11）（式 4. 12）（式 4. 13）（式 4. 14）（式 4. 15）（式 4. 16）（式 4. 17）（式 4. 18）（式 4. 19）（式 4. 20）（式 4.2

32、1）（式 4. 22）-12-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸所以，快速空载启动所需转矩M = Mam3X + M, += 2.23+ 0.287+ 0.116= 2.63%gf cm = 26.33Ncm（式 4. 23）切削时所需力矩：M = Mat+Mf+Mo+Mt =0.1774+ 0.287+ 0.116+1.824= 2.404cgfcm = 24.04Ncm（式 4. 24）（式 4. 25）进行快速进给需的力矩：M = Mf + Mo = 0.2 8 7+ 0.116= OAOkcm = 4.03Ncm根据上式可知：快速启动时将会有最大的转矩,-2. 633kgf cm=26

33、. 33N- cm4.1.3步进电机的选择CA6140横向进给系统步进电机的选择:0.42.633x1004= 65285Nc加（式 4.26）0.866空竺= 76.0叭加0.866（式 4. 28）根据电动机的工作方式为三相六拍可知:（式 4. 27）所以步进电机最大静转矩M汕为:步进电机最大工作频率:100060x0.005=33333Hz（式 4. 29）为了便于设计和计算，选用110BF003型三相六拍步进电机，可以满足使用要求。4. 2纵向进给系统改造设计4.2.1纵向进给系统的设计演算己知条件：工作台重（估计）W=30kg f=300N时间常数T二25ms滚珠幺幺杠导程L二4mm

34、左旋-13-武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸行程 S=650mm脉冲当量,=0. 010mm/步步距角Q二0.36 /步快速进给速度 v max二2mm./min(1) 切削力的计算最大切削功率：必2加 P沪P主n则尸沪(7.5X0.8) kW=6kW切削功率按照最大转矩和最大转速來计算：_FvlO-3r切60一般外圆车削时，C=(0. 1 0. 55)凡 E=(o. 15 0. 65)E,取 冷 0. 48尺二 0. 48 X3600N=1728N月二0. 58E二0. 58 X 3600N=2088N(2) 滚珠丝杠的计算和选定因为纵向进给为综合性导轨，所以丝杠轴向进给切削力。其中K =

35、 1.15 ,取f =0.16 , 则Fm = kFf + ffc + W) = 1.15x 172 8+ 0.16x (3 603 8 OQ)7V = 2 6912N最大切削力下的进给速度匕可取最高进给速度的1/21/5 (般 取为1/2),纵向最大进给速度为0.6/7?/nun ,丝杠导程厶=6mm丝杠使用寿命时间通常取为r = 15000A ,则丝杠的计算寿命L：60/710660x5(k/mmxl500 力1045(10)根据工作负载凡、寿命L,可以计算出滚珠丝杠所能副承受的最大动载荷，其中G取 f二 1.2, f =1 则:空-亟竺竺f 4867“ 1可以根据副产品样本来参照滚珠丝杠

36、c,”，调整预紧的双螺母滚珠丝杠副是通过用 VV/L4006外循环螺纹來实现的，2.5圈为1列，16400N为其额定的动负载，选用5级精度 且还要能保证足够的强度。其几何参数如下：山二40mm作为公称直径，L。二6mm作为导程，dw=3. 969mm作为钢球直径，山二35. 984mm作为螺 杆内径。-14-武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸校验丝杠螺母副的传动效率=酬=绘?y=0.94fg(/+0)/g(244 + io)L = 1500肋作为其支承间距。均要对丝杠螺母及轴承进行预紧，其中轴向负荷的1/3作为 预紧力。计算丝杠的变形量如下： 滚珠丝杠截面积，按丝杠螺纹的底径确定：A = x3

37、5.9842 mm2 = 1016.9/wn24由于工作负载化所引起的导程厶.其变化量厶可用下式计算：则丝杠的拉伸后压缩变形量&：q = X/ = 771xl0 加X1500= 1.92X1 (T2厶6mm1000v1000 x 0.6imn / niuix 0.5 “ .Lq6mm因为角接触轴承被用于两端，因为有对丝杠进行了预紧，所以其提高4借的拉压刚 度，在于一端固定的丝杠对比时。但是其变形量却只有比原來减少了的四分之三。滚珠与螺纹滚道间接触变形几y = aic tg - = 2 44冕=0.0013 你， =0.0013x(269129 = 0 0093/?加_仏咤(3.969x2088

38、x(笞窘因预紧力加在丝杠上，当最大负载的1/3为预紧力时，可使得减少原來的一半，所 以其实际所拥有的变形量为：& = 0.0093/2 = 0.0465 xlO-2 wwn用8107型推力球轴承來进行支承滚珠丝杠的轴承，几何参数为：滚动体直径 心=35加7, Ze = 18为滚动体的数量。&为轴承轴向变形dQ = 635mmW土笞二2鳥竄爲严】。讪-15-武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸5 =0.0024 -5=0.0024x31 2691 11111= 0.001 Snm3帆Z：V 6.3 5x18-因施加预紧力，故实际变形量送=1/2为=1/2x0.007別=0.0039“？根据以上计算

39、结果，总变形量：5 = 4+送+送=0.0040.004651- 0.0039= 0.01335/?/?因为15um./m是三级精度丝杠所能够允许的螺距误差，所以可以满足其刚度。将推力球轴承用到滚珠丝杠两端并加以预紧，失稳现象是不会产生的，因此没有必要 校核其稳定性。(3) 减速齿轮设计依据0.02mm为给定的纵向进给的脉冲当量，L0=6mm是滚珠丝杠的导程，一开始用距角为1.50的步进电动机，可计算出传动比：.360x0.02 心I = 0.81.5x6选取齿轮齿数为Z严40、Z尸40,模数m二2.4. 2.2步进电动机的选择考虑整个设计，纵向进给系统选用150002型步进电动机。4. 3主

40、轴系统的设计主轴系统依然用原來的电动机驱动，在安装一个光电编码器在这上面，经由主轴、编 码、数控、到步进电机來完成工件的旋转。为实现车削螺纹的运动，刀具的进给应该与一 个导程具有相互运动的关系，。4. 3.1主轴箱的改造(1) 主传动通过带传动进行；(2) 把原先离合器换成电磁离合器；(3釆用异轴安装主轴脉冲编码器。4. 3. 2主传动形式的选择通常都是将主传动由带传动应用于小型数控机床上。同步带可以进行带传动、齿轮传动及链传动，因为其是利用带上齿轮进行动力传递的, 而且同步带具有准确得传动比，高精度的传递效果，经常用于高速物件的传动。4. 3. 3电磁离合器的选择原先主轴上的双向摩擦片离合器

41、仅仅起到控制车床主轴起停和正反转在数控改造后 不能接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车，因此需要把原先的双摩擦 片离合器换成安装尺寸一样的电磁离合器，可选用DLM5有滑环湿式多片电磁离合器。4. 3.4主轴脉冲编码器-16-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸数控车床车螺纹时，螺矩是随着主轴的旋转车刀來进行移动的，应该同步动作主轴和 丝杠。为避免每次吃刀出现乱扣情况,要有反馈元件安装在主轴的后端，其为一个主轴的 脉冲编码器。本设计用异轴进行安装。异轴安装时应按1: 1无间隙柔性的将脉冲编码器的引出轴 与主轴联接。当实际工作时，主轴转速不能超脉冲编码器所允许的转速。为能够保证角位 移

42、信号传递的可靠性，同样是用异轴來安装脉冲编码器，这样还能将主轴的部分振动吸收 掉，保证了传递信号的准确平稳。图4. 1为主轴脉冲编码器的异轴安装.图4.1主轴脉冲编码器的异轴安装-17-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸5数控部分的改造5.1总体方案设计5.1.1数控系统的功能要求（1）z和x向进给伺服运动控制；（2）螺纹加工控制；（3）行程控制；（4）键盘及显示；（5）面板管理;（6）其他：光电隔离、功率放大、报警、急停、复位。5.1.2硬件电路的组成采用MCS-51系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图如图5-1 （见附录）所示。 电路的组成如下：（1）核心CPU采用8031芯片；（2）扩

43、展程序存储器2764两片，6264 片；（3）扩展可编程接口芯片8155两片；（4）键盘电路，显示电路；（5）地址锁存器，译码器各一个；（6）越程报警电路，急停电路，复位电路；（7）光电隔离电路，功率放大功率；（8）面板管理电路。5. 2设计说明5. 2.1系统主机8031芯片8031单片机的基本特征：（1）具有8位处理单元。（2）总共有128个字节RAM。（3）时钟发生电路装在片内。（4）有4个I/O接口，32根I/O线。（5）有2个16位定时器/计时器。（6）能够将64K字节的外部数据寻址。（7）共有21个特殊功能寄存器。（8）有5个中断源，配备两个优先级。（9）具有一个全双工串行接口。-

44、18-戎昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸8031的引脚功能如下:电源引脚：Vss：接地端。Vcc：电源端,接+5V。P0. 0P0. 7：通道0是一个8位的双向I/O通道。P1. 0P1. 7：通道1是一个8位的准双向I/O通道。P2. 0P2. 7：通道2是一个8位的准双向I / 0通道。P3. 0P3. 7：通道3是一个8位的准双向I / 0通道。P3. 0 (RXD)：串行输入口。P3. 1 ( INTO)：外接中断输0入口。P3.2 (Ml)：外接中断输1入口。P3. 3 (TXD)：串行输入口。P3.4 (TO)：定时/计数器0外部脉冲输入端。P3.5 (T1)：定时/计数器L部脉冲

45、输入端。P3.6 (阪)：外部数据存储器写脉冲。P3.7 (而)：外部数据存储器读脉冲。存储器：8031单片机具有设计简单、结构紧凑的特点。其可以满足简单的应用场合。其主要有 由多个部件组成，这包括CPU、RAM、ROM/EPROM. I/O 口、串行口等。利用片内的单一总 线将上述多个部分串接起來。其仍然是利用在CPU上加入外围芯片的结构模式。其在控制 功能单元的上却用了具有特殊功能的寄存器(S77?)来进行集中控制。单片机主要有电源、复位等管脚，为了能够完善系统而设置了很多其他的管脚。主 要是采用三总线形式來构成这些管脚，也就是所说的地址总线。程序存储器可直接寻址64K字节范围的内容。单片

46、机8051/8071对片内有ROM/EPRON, 以=0时，则指向片外，当= l时，指向片内。控制或与其它电源复位引脚8031单片机有40个引脚，8031引脚图见图5-2(见附录) RST/UPD：主要是使单片机进行复位功能。XTAL1：引脚18,此端口主要是用來进行外部振荡信号输入用的。XTAL2：引脚19,此端口主要是用來进行外部振荡信号输入用的。5. 2.2 74LS373地址锁存器74厶S373芯片是八D锁存器，若要使得三态门处于导通状态，应该将其信号线OE为-19-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸低电平，允许（008）输出到0 UT18,若要求输出三态门断开时，应当使得0E为咼电平

47、。其引脚图5. 2如下：012345 6 7 E DDDDDDDDOG74LS37301234567QQQQQQQQ图51 74LS373结构5.3 CA6140普通车床的微机数控系统l=i它是用MCS-51系列单片机组成的开环控制系统，该系统扩展2片2764芯片，1片芯 片为6264 , 2片8155的芯片可编程并行0 口。（1）控制系统的功能Z向和X向进给伺服运动；键盘显示；自动转刀架控制；螺纹加工控制；面板管理；行程控制；报警；隔离；急停等。（2）螺纹加工的控制当要进行螺纹加工时，螺纹和零位螺纹信号将通过编码器分别传入8331 （1）的PB6。 若要加工不同螺距的螺纹，可以设置时间来实现

48、。地址编码。存储器及I/O地址编码，由表5. 1示：-20-武昌工学院毕业论文（设计）专用稿纸表5. 1芯片地址编码芯片接74LS138引脚地址选择线片内地址 单元（字节）地址编码2746 (1)YOooox XXXX XXXX XXXX8K0000H1FFFH2746 (2)Y1OO1X XXXX XXXXXXXX8K2000H3FFFH6264Y2O1OX XXXX XXXX XXXX8K4000H5FFFH8155(1)RAMY30111 1110 XXXX XXXX2567E00H7EFFHI/OY3oiu mi mi ixxx67FF8H7FFDH8155(2)RAMY410011110 XXXX XXXX2569E00H9EFFHI/OY4iooi mi mi ixxx69FF8H9FFDH-21-武昌工学院毕业论文(设计)专用稿纸6自动回转刀架的选型针对数控化改造普通的一般车床，首先是用自动转位刀架来替换原來的手动转位刀 架。因为自动转位刀架是经过数控系统控制，所以其具有效率高的特点。6. 1数控车床刀架的基本要求数控车床的重要组成之一就是车床的刀架。要评定一个车床的设计和制造技术水平， 首先刀架的结构和性能应该是考虑