CA6140普通车床微机数控改造设计任务书

1、广西学院桥成为上流人士上学结束工作(论文)标题CA6140普通车床微机数控改造设计研究所：机械工程部专业化：机电一体化技术类级别：学号：学生姓名：地图老师：2014年5月20日摘褥子普通机床的经济数控改造主要是合理选择数控系统，然后对普通车床进行适当的机械改造。改造的内容主要包括：(1)床的改造要保持改造后机床的精度，在尽量减少电气和机械故障的同时，要充分考虑机床部件的耐磨性，特别是机床导轨。(2)拖带的改造、拖带是CNC系统的直接控制对象，对其改造尤其重要。其中最引人注目的一点是，通过选择滚珠丝杠而不是滚动螺丝，提高了驱动器的灵敏度，减少了功率步进电动机的力矩损失。(3)变速箱体的改造由于数

2、控，设计了输入输出轴和减速齿轮后，对箱体进行改造。(4)可直接用CNC系统控制的刀架转换，使用CNC刀架，小刀柄，高重复位置精度，安全可靠。根据需要，使用步进电动机作为驱动元件改造加工刀具，变形加工刀具基本上可以满足现代加工要求。关键词：普通车床数控转换步进电机经济数控系统数控刀架目录第一章总体方案设计1.1整体方案设计.1.2 CA6140车床改造的整体方案.佐原健二车床进给伺服系统的机械部分设计计算2.1车床进给伺服系统机械部分改造设计.2.2水平进给系统改造设计.2.3纵向进给系统改造设计.2.4主轴系统设计.2.5数控车床的传动设计.2.6饲料伺服系统机械装配图的绘制.第三章数控零件转

3、换3.1整体方案设计.3.2设计说明.3.3 CA6140普通车床的计算机数控系统.3.4步进电动机的计算机控制.第一章总体方案设计1.1总体方案设计要求这个课题来自生产实践。将CA6140普通车床转换为经济型CNC车床需要实现CA6140车床的现有功能，不仅可以保持机器的准确性、性能等原始状态，还需要改进。在整个设计过程中，满足以下要求：将x轴(水平)、z轴(垂直)更改为微机控制，并使用步进电动机或直流伺服电动机驱动、滚珠螺钉驱动器。x轴(水平)脉冲当量：0.005mm/脉冲z轴(垂直)脉冲当量：0.010mm/脉冲实施功能：车削外部圆、端点、弧、圆锥和螺纹加工作业要求：开始、点、单步运行、

4、自动循环、暂停、停止。1.2 CA6140车床转换通用程序由于是经济数控转换，考虑特定方案的基本原则是满足使用要求，同时通过尽可能少的机床变更来降低成本。基于CA6140车床相关资料和数控机床转换经验，以8031单片机为核心的数控设备控制加工过程。微型计算机通过I/O接口将光电子隔离到步进电动机的驱动控制线，驱动控制线接受CNC车床控制系统的供给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电动机的每个定子绕组依次通电和断电的信号，从而使步进电动机工作。步进电动机的转子驱动滚珠丝杠，移动工作台，实现垂直和水平进给运动。在主轴上安装主轴脉冲编码器以加工螺纹。步进电机需要更高的驱动电压和电流，因此将I/O输出

5、信号直接连接到功率放大器会产生高功率干扰，轻会影响单片机程序的运行，结果是发生了单片机接口电路的损坏，因此在接口电路和功率放大器之间添加了绝缘电路，实现了电气隔离。完整的转换程序结构图如图1-1所示。饲料伺服系统的完整框图见图1-2。图1-1数控车床整体转换程序结构图图1-2进给伺服系统整体方框图完整帧说明：计算机：8031单片机可以满足该系统的控制要求。光电隔离：对外部干扰信号对计算机的信号冲击进行隔离，起到提高系统稳定性的作用。主轴脉冲编码器：螺丝加工工作。横向(纵向)对工作台：在CA6140上进行了改造，删除了原来的丝绸之路、幻灯片箱、变速器等。步进电动机及其驱动器必须满足0.005mm

6、的加工精度要求。佐原健二车床进给伺服系统的机械部分设计计算2.1车床进给伺服系统机械部分改造设计进料系统转换设计所需的主要部分包括吊框、进料框、滑箱、滑座等。改造方案不是唯一的。以下是其中之一。(1)主传动系统保持原机床主轴手动变速。主马达仅负责驱动主主轴，将转换后的主运动和进给运动分开。为了控制原来制动装置的制动停车，添加了接收数控系统关机制动信号的电磁离合器。加工螺纹或螺杆时，为了确保主轴的角度旋转，刀具必须移除切入系统，在原始车轮活动轴上安装光电脉冲编码器作为主轴位置信号的反馈元素。脉冲编码器使用等轴测挂载，在角度位移信号传递的同时，吸收车床主轴的部分振动，使主轴脉冲编码器能够平稳、准确

7、地传递信号。(2)进给系统原始机床的轮机构、进给箱、滑动箱、滑动螺钉、光杆和工作杆全部移除，垂直进给系统由增加单齿轮减速扭矩后由滚珠丝杠驱动的步进电机驱动。滚珠丝杠采用原螺杆位置，通过支架在床鞍底部安装螺母，在滚珠丝杠两端安装套筒、拉杆和支撑。连接到床尾步进电机。步进电机减速后用滚珠丝杠和套筒耦合连接。侧进给系统保持原来的手动结构，拆卸原来十字板上螺钉的螺母，改造侧进给滚珠丝杠螺母对、侧进给步进电机和齿轮箱组件安全性安装在十字板背面，与滚珠丝杠连接。2.2.1水平输送系统设计经济型数控车床的改造通常是步进电机减速后驱动滚珠丝杠，螺母固定在滑箱上，驱动刀架横向运动。步进电机安装在大型拖带的后部，

8、使用法兰绒连接步进电机和车床拖把，保证同轴线性，提高了传输精度。结构图如图2-1所示。图2-1侧结构图2.2.2水平输送系统的设计计算已知条件：工作台重量(根据图形粗略计算)W=30kgf=300N时间常数T=25ms毫秒滚珠螺钉基本引线L=4mm左撇子笔划S=230mm脉冲当量=0.005mm/step步长角度=0.75 /step快速进给率max=1mm/min(1)切削力计算参考文献1显示，水平供应量为纵向的1/2到1/3，取1/2时切削力为纵向的1/2左右。F=(1/2)152.76=76.38kgf=763.8N中断工件时：f=0.5f=0.5076.38=38.19 kgf=381

9、.9n(2)滚珠丝杠的设计计算强度计算对于燕尾服轨道：P=P=KFy f(Fz W)如果K=1.4 f=0.2P=1.438.19 0.2(76.38 30)=74.74kgf=747.4N寿命值L=13.5最大行程载荷Q=1.2174.74=213.55kgf=2135.5N根据最大动态载荷q的值，可以选择滚珠丝杠的模型。请注意，选择型号在WL2004-2.5X1B左侧，额定负载为6100N，因此具有足够的强度。效率计算螺旋上升角度=339 ，摩擦角度=10 传递效率=0.956刚度检查工作负载p对滚珠丝杠的铅变化量L=L=5.9610-6厘米扭矩引起的滚珠丝杠的簧片变化量 L2可以忽略，例

10、如 l= l。因此，簧片变形的总误差为= l=5.9610-6=14.9 m/m调查表知道，e级精度螺杆的公差1米长为15m/m，因此刚度足够。稳定性检查选择滚珠丝杠的直径与原始螺杆的直径相同，但支承在原始一端固定，一端悬空，一端固定，一端变为半径支承，提高了稳定性而无需检查。(3)齿轮和扭矩相关计算A.与齿轮计算相关齿轮比i=因此Z=18 Z=30M=2mm b=20mm =20D=36mm d=60mmD=40mm d=64mm a=48mmB.惯性矩计算表格质量会转换为马达轴的惯性矩JI=()2W=()2300.01=0.0439kgfcm2螺杆惯性矩JS=7.810-42450=0.6

11、24kgfcm2齿轮的惯性矩J=7.810-43.642=0.262kgfcm2J=7.810-4642=2.022kgfcm2电动机惯性矩可以忽略，因此总惯性矩是J=1.258kgfcm2C.计算所需的转动力矩N=41617r/minM=Nm=2.23kgfcmM=0.1775kgfcm2=所以快速空载启动所需的转矩是切削时所需的力矩：快速进给时所需的力矩：如上计算所示，最大转矩发生在快速启动时。=2.633kgfcm=26.33Ncm2.2.3选择步进电动机CA6140水平进给系统步进电动机的确定选择电动机3相6位操作方法，可以知道：因此，步进电动机的最大静态转矩为：步进电动机最大工作频率

12、为了设计和计算，使用110BF003 3三相6位步进电动机满足要求。2.3纵向进给系统改造设计从原始机床的纵向进给部分卸下进给箱、滑动箱、滑动螺钉、光杆等，将步进电动机和减速箱放置在原始安装的螺钉支架上。步进电机减速后，驱动螺杆螺母机构运动，左右移动大型拖板，步进电机安装在纵向螺钉的右端。结构图如图2-2所示。图2-2纵向结构图2.3.2纵向输送系统的设计计算已知条件：工作台重量(根据图形粗略计算)W=30kgf=300N时间常数T=25ms毫秒滚珠螺钉基本引线L=4mm左撇子笔划S=650mm脉冲当量=0.010mm/step步长角度=0.36 /step快速进给率max=2mm/min(1)切削力计算最大切削功率3360W1L2005 P切削=P主p切削=(7.50.8)kW=6kW切削功率必须以在各种加工情况下经常遇到的最大切削力(或扭矩)和最大切削速度(或速度)计算p切削=对于一般外部圆形车削：