CA6140车床主轴箱的数控化改造 - 图文

毕 业 设 计

题 目：CA6140车床主传动变速箱的数控

改造设计 系 别：机电工程学院 班 级： 姓 名： 指导教师：

职 称：工 程 师

日 期：2007年5月16日 目 录

前言……………………………………………………… (2) 摘要……………………………………………………… (3) 设计任务及要求………………………………………………… (4)

一 车床主传动变速箱结构分析…………………………… (5)

二 数控车床头箱结构分析……………………………………(6)

2.1 主传动系统 2.2 进给传动系统 2.3 自动回转刀架 2.4 机床尾座

三 伺服系统及步进电动机的设计和计算……………………… (7) 3.1伺服系统结构改造设计方案

3.2 进给伺服机构机械部分的设计计算

四 同步带传动设计……………………………………… (14)

4.1 同步齿形带的选择和校核 4.2 主轴组件的设计

五 数控系统驱动的电路设计…………………………… (19)

5.1硬件电路的基本组成 5.2 控制系统的功能

六 润滑系统的改造……………………………………… (22)

体会………………………………………………………… (23) 参考文献…………………………………………… (23)

前 言

本次毕业设计主要是对机床机械部分进行改造,以步进电机驱动横向进给运动、纵向进给运动以及刀架的快速换刀,使传动系统变得十分简单，传动链大大缩短,传动件数减少,从而提高机床的精度。

设计中，我们对有关数控机床及数控改造的相关书籍、刊物进行大量阅读,收集了很多资料,了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成及其工作原理，扩大了我们的知识面。

随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛使用是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。 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，导致了使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。计算机的出现和使用，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使用，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。

数控机床和普通机床相比，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。

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。但是，国产数控机床和先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。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。

CA6140型车床主轴箱的数控化改造设计

摘要:了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床(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,可以在同一机我国现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。纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠和丝杠以及安装座,配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾,不占据丝杠空间。横向进给机构的改造：拆除横向丝杠换上滚珠丝杠,由步进电机带动。总体设计方案:CA6140车床主轴转速部分保留圆机床的手动变速功能。车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动。最后,根据已知条件对纵向横向伺服进给机构进行设计和计算。

关键词:数控、车床、改造

CA6140普通车床主轴箱数控化改造设计的任务及设计要求 （一） 设计任务 1.主要内容

对CA6140车床主传动变速箱进行数控改造。研究内容包括CA6140车床主传动变速箱结构分析、数控车床头箱结构分析、步进电机选择、主轴结构设计、齿形带传动设计、驱动方案和驱动电路设计等。 2.技术指标 （1）主轴调速范围：0～2000r/min； （2）步进电机开环控制。 （二）设计要求

1.毕业设计（论文）一份：有200字左右的中英文摘要，正文后有5篇左右的参考文献，正文中要引用3篇以上文献，并注明文献出处。论文字数在8000字以上；

2.主轴零部件图、驱动方案框图、驱动电路图等相关图纸 （三）总体方案的确定

由于被改装的机床本身的机械结构不是按数控机床的要求设计的，其精度和刚度等性能指标往往不能满足数控机床的要求，因此将普通机床改造为全功能的数控机床，一味追求先进指标则会得不偿失，所以确定总体方案的原则应当是在满足生产需要的前提下，对原机床尽可能减少机械部分的改动量，选择简单易用的数控系统，达到合理的性价比。本次改造设计要求就是根据这一原则提出的。根据设计要求、依据设计参数及机床数控改造的理解，总体方案确定如下：

1.系统的运动方式和伺服系统的选择

由于改造后的经济型数控机床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。

2.计算机系统

根据机床要求，采用8位微机。由于MCS—51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，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。

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、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。

3.机械传动方式

为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝 杆，为保证一定的传动精度和平稳度，尽量减少摩擦量力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。

一、CA6140车床主传动变速箱结构分析