第一章：绪 论
§1.设计目的:
通过本课程设计的训练,使学生在学完机床数控技术及相应的机床电器及PLC等课程之后,能够运用所学的知识独立完成数控车,数控铣和加工中心的进给系统的自动控制系统设计,从而使学生进一步加深和巩固对所学的知识的理解和掌握,并提高学生的实际操作能力。
⑴ 运用所学的理论知识,进行数控系统设计的初步训练,培养学生的综合设计能力；
⑵ 掌握三相反应式步进电机进给驱动的原理和控制方法；
⑶ 掌握PLC控制系统设计的基本技能,具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；
⑷ 基本掌握编写技术的能力 §2 毕业设计的内容：
1、微机数控系统总体设方案的拟定： （1）系统运动方式的确定 （2）伺服系统的选择。
（3）执行机构传动方式的确定。 （4）计算机的选择。
2、进给伺服系统机械部分设计计算：
（1）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。 （2）确定脉冲当量。
（3）滚珠丝杠螺母副的选型。 （4）滚动导轨的选型。
（5）进给伺服系统传动计算。 （6）步进电机的计算和选用。
（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。 （8）设计绘制进给伺服系统的一张或两张零件图。 3、微机控制系统的设计：
（1）控制系统方案的确定及框图绘制。 （2）MCS-51系列单片机及扩展芯片的选用。 （3）I/O接口电路及译码电路的设计。
（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。 4、数控加工程序的编制：
（1）零件工艺分析及确定工艺路线。 （2）选择数控机床设备。 （3）确定对刀点。 （4）选择刀具。
（5）确定切削用量。 （6）编制加工程序。
5、直线的逐点比较法插补软件程序流程框图的绘制。
第二章 CA6140卧式车床简介
1．机床的特点与用途
CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。加工范围较广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成形面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花和压光等工作。 2. 机床的主要结构
CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。
图1-1 CA6140外形结构图
1、11．床腿 2.进给箱 3.主轴箱 4.床鞍 5.中滑板 6.刀架 7．回转盘 8.小滑板 9.尾座 10.床身 12.光杠 13.丝杠 14.溜板箱 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。
进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。
丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板
箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。
溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。
第三章、进给系统机械部分设计计算：
电动机的选型与计算
1、计算折算在电动机轴上的负荷惯量 （1）计算滚珠丝杠的转动惯量Jr。
已知滚珠丝杠的密度?=7.8?10-3kg/cm3，则由式（2-63）得
nJr??0.78?10j?1?32?3DjLj44424?0.78?10??2.5?10?3.2?36?2.5?12.5?kg?cm
?3.63kg?cm（2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量JL
已知机床纵向进给系统执行部件的总质量m=81.63kg；丝杠轴每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离L=0.6cm，则由式（2-65）得
?L??0.6?22JL?m??81.63????kg?cm?0.75kg?cm
?2???2?3.14?22（3）计算各齿轮的转动惯量。
nJr??0.78?10j?1?32?3DjLj44424?0.78?10??2.5?10?3.2?36?2.5?12.5?kg?cm
?3.63kg?cm（4）由式（2-66）计算加在电动机轴上总负载转动惯量Jd。
Jd?JZ1?1i12(JZ2?JZ3)?1i2(JZ4?Jr?JL)
11??2??0.4???1.5?0.4????2.6?3.63?0.75??kg?cm
1.966.25???2.5kg?cm
22、计算折算到电动机轴上的负载力矩
（1）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩Tc。
已知在切削状态下的轴向负载力Fa?Famax?2340.34N。丝杠每转一圈机床执行部件轴向移动距离L=6mm=0.006m，进给传动系统的传动比i=2.5，进给传动系统的总效率?=0.85，则由式（2-54）得
Tc?FnL2??i?2340.34?0.0062?3.14?0.85?2.5N?m?1.05N?m
（2）计算折算到电动机轴上的摩擦负载力矩T?。
已知在不切削的状态下的轴向负载力F?0=360N，则由式（2-55）得
F?0L2??i360?0.0062?3.14?0.85?2.5T?=
?N?m?0.162N?m
(3)计算由滚珠丝杠预紧力 产生的并折算到电动机轴上的附加负载力矩Tf. 已知滚珠丝杠螺母副的效率?0，滚珠丝杠螺母副的预紧力Fp为 Fp?Fama?x13?2340.N34?78N0. 11
则由式（2-65）的
Tf?FpL02??i?1???20
?780.1?12?3.1?40.0062??1?0.94?N?m?0.?852.5
0.N04?m1（4）折算到电动机轴上的负载力矩T的计算。
①空载时（快进力矩），由式（2-57a）得
2 TKJ?T?Tf??0.16?e0.?0N4?1?mN0?.20 3m②切削时（工进力矩），由式（2-57b）得
TGJ?Te?Tt??1.05?0.041?N?m?1.091N?m
3、计算折算到电动机轴上的加速力矩Tap
根据以上计算结果和表A-5，初选110BF003型反应式步进电动机，其转动惯量
Jm=4.0kg?cm ；而进给传动系统的负载惯量Jd=2.5kg?cm；对开环系统，一般侵权去
22加速时间ta=0.05s。当机床执行部件一最快速度v=2400mm/min运动时电动机的最高转速
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