1、廣西學院橋成為上流人士上學結束工作(論文)標題CA6140普通車床微機數(shù)控改造設計研究所：機械工程部專業(yè)化：機電一體化技術類級別：學號：學生姓名：地圖老師：2014年5月20日摘褥子普通機床的經(jīng)濟數(shù)控改造主要是合理選擇數(shù)控系統(tǒng)，然后對普通車床進行適當?shù)臋C械改造。改造的內容主要包括：(1)床的改造要保持改造后機床的精度，在盡量減少電氣和機械故障的同時，要充分考慮機床部件的耐磨性，特別是機床導軌。(2)拖帶的改造、拖帶是CNC系統(tǒng)的直接控制對象，對其改造尤其重要。其中最引人注目的一點是，通過選擇滾珠絲杠而不是滾動螺絲，提高了驅動器的靈敏度，減少了功率步進電動機的力矩損失。(3)變速箱體的改造由于數(shù)

2、控，設計了輸入輸出軸和減速齒輪后，對箱體進行改造。(4)可直接用CNC系統(tǒng)控制的刀架轉換，使用CNC刀架，小刀柄，高重復位置精度，安全可靠。根據(jù)需要，使用步進電動機作為驅動元件改造加工刀具，變形加工刀具基本上可以滿足現(xiàn)代加工要求。關鍵詞：普通車床數(shù)控轉換步進電機經(jīng)濟數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控刀架目錄第一章總體方案設計1.1整體方案設計.1.2 CA6140車床改造的整體方案.佐原健二車床進給伺服系統(tǒng)的機械部分設計計算2.1車床進給伺服系統(tǒng)機械部分改造設計.2.2水平進給系統(tǒng)改造設計.2.3縱向進給系統(tǒng)改造設計.2.4主軸系統(tǒng)設計.2.5數(shù)控車床的傳動設計.2.6飼料伺服系統(tǒng)機械裝配圖的繪制.第三章數(shù)控零件轉

3、換3.1整體方案設計.3.2設計說明.3.3 CA6140普通車床的計算機數(shù)控系統(tǒng).3.4步進電動機的計算機控制.第一章總體方案設計1.1總體方案設計要求這個課題來自生產(chǎn)實踐。將CA6140普通車床轉換為經(jīng)濟型CNC車床需要實現(xiàn)CA6140車床的現(xiàn)有功能，不僅可以保持機器的準確性、性能等原始狀態(tài)，還需要改進。在整個設計過程中，滿足以下要求：將x軸(水平)、z軸(垂直)更改為微機控制，并使用步進電動機或直流伺服電動機驅動、滾珠螺釘驅動器。x軸(水平)脈沖當量：0.005mm/脈沖z軸(垂直)脈沖當量：0.010mm/脈沖實施功能：車削外部圓、端點、弧、圓錐和螺紋加工作業(yè)要求：開始、點、單步運行、

4、自動循環(huán)、暫停、停止。1.2 CA6140車床轉換通用程序由于是經(jīng)濟數(shù)控轉換，考慮特定方案的基本原則是滿足使用要求，同時通過盡可能少的機床變更來降低成本?；贑A6140車床相關資料和數(shù)控機床轉換經(jīng)驗，以8031單片機為核心的數(shù)控設備控制加工過程。微型計算機通過I/O接口將光電子隔離到步進電動機的驅動控制線，驅動控制線接受CNC車床控制系統(tǒng)的供給脈沖信號，并將該信號轉換為控制步進電動機的每個定子繞組依次通電和斷電的信號，從而使步進電動機工作。步進電動機的轉子驅動滾珠絲杠，移動工作臺，實現(xiàn)垂直和水平進給運動。在主軸上安裝主軸脈沖編碼器以加工螺紋。步進電機需要更高的驅動電壓和電流，因此將I/O輸出

5、信號直接連接到功率放大器會產(chǎn)生高功率干擾，輕會影響單片機程序的運行，結果是發(fā)生了單片機接口電路的損壞，因此在接口電路和功率放大器之間添加了絕緣電路，實現(xiàn)了電氣隔離。完整的轉換程序結構圖如圖1-1所示。飼料伺服系統(tǒng)的完整框圖見圖1-2。圖1-1數(shù)控車床整體轉換程序結構圖圖1-2進給伺服系統(tǒng)整體方框圖完整幀說明：計算機：8031單片機可以滿足該系統(tǒng)的控制要求。光電隔離：對外部干擾信號對計算機的信號沖擊進行隔離，起到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。主軸脈沖編碼器：螺絲加工工作。橫向(縱向)對工作臺：在CA6140上進行了改造，刪除了原來的絲綢之路、幻燈片箱、變速器等。步進電動機及其驅動器必須滿足0.005mm

6、的加工精度要求。佐原健二車床進給伺服系統(tǒng)的機械部分設計計算2.1車床進給伺服系統(tǒng)機械部分改造設計進料系統(tǒng)轉換設計所需的主要部分包括吊框、進料框、滑箱、滑座等。改造方案不是唯一的。以下是其中之一。(1)主傳動系統(tǒng)保持原機床主軸手動變速。主馬達僅負責驅動主主軸，將轉換后的主運動和進給運動分開。為了控制原來制動裝置的制動停車，添加了接收數(shù)控系統(tǒng)關機制動信號的電磁離合器。加工螺紋或螺桿時，為了確保主軸的角度旋轉，刀具必須移除切入系統(tǒng)，在原始車輪活動軸上安裝光電脈沖編碼器作為主軸位置信號的反饋元素。脈沖編碼器使用等軸測掛載，在角度位移信號傳遞的同時，吸收車床主軸的部分振動，使主軸脈沖編碼器能夠平穩(wěn)、準確

7、地傳遞信號。(2)進給系統(tǒng)原始機床的輪機構、進給箱、滑動箱、滑動螺釘、光桿和工作桿全部移除，垂直進給系統(tǒng)由增加單齒輪減速扭矩后由滾珠絲杠驅動的步進電機驅動。滾珠絲杠采用原螺桿位置，通過支架在床鞍底部安裝螺母，在滾珠絲杠兩端安裝套筒、拉桿和支撐。連接到床尾步進電機。步進電機減速后用滾珠絲杠和套筒耦合連接。側進給系統(tǒng)保持原來的手動結構，拆卸原來十字板上螺釘?shù)穆菽?，改造側進給滾珠絲杠螺母對、側進給步進電機和齒輪箱組件安全性安裝在十字板背面，與滾珠絲杠連接。2.2.1水平輸送系統(tǒng)設計經(jīng)濟型數(shù)控車床的改造通常是步進電機減速后驅動滾珠絲杠，螺母固定在滑箱上，驅動刀架橫向運動。步進電機安裝在大型拖帶的后部，

8、使用法蘭絨連接步進電機和車床拖把，保證同軸線性，提高了傳輸精度。結構圖如圖2-1所示。圖2-1側結構圖2.2.2水平輸送系統(tǒng)的設計計算已知條件：工作臺重量(根據(jù)圖形粗略計算)W=30kgf=300N時間常數(shù)T=25ms毫秒滾珠螺釘基本引線L=4mm左撇子筆劃S=230mm脈沖當量=0.005mm/step步長角度=0.75 /step快速進給率max=1mm/min(1)切削力計算參考文獻1顯示，水平供應量為縱向的1/2到1/3，取1/2時切削力為縱向的1/2左右。F=(1/2)152.76=76.38kgf=763.8N中斷工件時：f=0.5f=0.5076.38=38.19 kgf=381

9、.9n(2)滾珠絲杠的設計計算強度計算對于燕尾服軌道：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壽命值L=13.5最大行程載荷Q=1.2174.74=213.55kgf=2135.5N根據(jù)最大動態(tài)載荷q的值，可以選擇滾珠絲杠的模型。請注意，選擇型號在WL2004-2.5X1B左側，額定負載為6100N，因此具有足夠的強度。效率計算螺旋上升角度=339 ，摩擦角度=10 傳遞效率=0.956剛度檢查工作負載p對滾珠絲杠的鉛變化量L=L=5.9610-6厘米扭矩引起的滾珠絲杠的簧片變化量 L2可以忽略，例

10、如 l= l。因此，簧片變形的總誤差為= l=5.9610-6=14.9 m/m調查表知道，e級精度螺桿的公差1米長為15m/m，因此剛度足夠。穩(wěn)定性檢查選擇滾珠絲杠的直徑與原始螺桿的直徑相同，但支承在原始一端固定，一端懸空，一端固定，一端變?yōu)榘霃街С?，提高了穩(wěn)定性而無需檢查。(3)齒輪和扭矩相關計算A.與齒輪計算相關齒輪比i=因此Z=18 Z=30M=2mm b=20mm =20D=36mm d=60mmD=40mm d=64mm a=48mmB.慣性矩計算表格質量會轉換為馬達軸的慣性矩JI=()2W=()2300.01=0.0439kgfcm2螺桿慣性矩JS=7.810-42450=0.6

11、24kgfcm2齒輪的慣性矩J=7.810-43.642=0.262kgfcm2J=7.810-4642=2.022kgfcm2電動機慣性矩可以忽略，因此總慣性矩是J=1.258kgfcm2C.計算所需的轉動力矩N=41617r/minM=Nm=2.23kgfcmM=0.1775kgfcm2=所以快速空載啟動所需的轉矩是切削時所需的力矩：快速進給時所需的力矩：如上計算所示，最大轉矩發(fā)生在快速啟動時。=2.633kgfcm=26.33Ncm2.2.3選擇步進電動機CA6140水平進給系統(tǒng)步進電動機的確定選擇電動機3相6位操作方法，可以知道：因此，步進電動機的最大靜態(tài)轉矩為：步進電動機最大工作頻率

12、為了設計和計算，使用110BF003 3三相6位步進電動機滿足要求。2.3縱向進給系統(tǒng)改造設計從原始機床的縱向進給部分卸下進給箱、滑動箱、滑動螺釘、光桿等，將步進電動機和減速箱放置在原始安裝的螺釘支架上。步進電機減速后，驅動螺桿螺母機構運動，左右移動大型拖板，步進電機安裝在縱向螺釘?shù)挠叶?。結構圖如圖2-2所示。圖2-2縱向結構圖2.3.2縱向輸送系統(tǒng)的設計計算已知條件：工作臺重量(根據(jù)圖形粗略計算)W=30kgf=300N時間常數(shù)T=25ms毫秒滾珠螺釘基本引線L=4mm左撇子筆劃S=650mm脈沖當量=0.010mm/step步長角度=0.36 /step快速進給率max=2mm/min(1)切削力計算最大切削功率3360W1L2005 P切削=P主p切削=(7.50.8)kW=6kW切削功率必須以在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或扭矩)和最大切削速度(或速度)計算p切削=對于一般外部圓形車削：