畢業(yè)設計（論文）-ca6140普通車床經濟型數控改造（全套圖紙）

1、<p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　摘　　要１</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1緒論3</b></p><p><b>　　1.1引言3</b></p>

2、;<p>　　1.2機床數控改造的目的4</p><p>　　1.3數控系統(tǒng)的產生和發(fā)5</p><p>　　1.3.1數控系統(tǒng)的出現和發(fā)展5</p><p>　　1.3.2數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢6</p><p>　　1.4數控改造的必要性6</p><p>　　1.5數控機床改造的優(yōu)點7<

3、;/p><p>　　1.6數控機床改造的設計步驟8</p><p>　　1.7 CA6140的數控改造9</p><p>　　1.7.1數控系統(tǒng)的選擇9</p><p>　　1.7.2 CPU和存儲器10</p><p>　　1.7.3 I/O接口電路11</p><p>　　1.7.4其

4、它部件的選擇11</p><p>　　2數據參數的選擇及其計算13</p><p>　　2.1縱向進給系統(tǒng)得設計計算（裝配圖2）13</p><p>　　2.1.1選擇脈沖當量：13</p><p>　　2.1.2計算切削力：13</p><p>　　2.1.3滾珠絲杠螺母副的計算和選型：15</p&

5、gt;<p>　　2.1.4齒輪及轉距的有關計算：16</p><p>　　2.2橫向進給系統(tǒng)的設計計算：18</p><p>　　2.2.1切削力計算：19</p><p>　　2.2.2滾珠絲杠設計計算：19</p><p>　　2.2.3齒輪及設計的有關計算：21</p><p>　　2.

6、2.3步進電機的選擇：22</p><p>　　2.3自動刀架的設計24</p><p>　　2.3.1刀架的抬起：24</p><p>　　2.3.2刀架的回轉和選位25</p><p>　　2.3.2刀架的下降定位和壓緊26</p><p>　　2.3.3減速機構的設計計算26</p>&

7、lt;p>　　2.3.3蝸桿傳動的設計計算30</p><p>　　2.3.4螺旋升降裝置得設計計算33</p><p>　　3數控系統(tǒng)硬件電路設計38</p><p><b>　　3.1概述38</b></p><p>　　3.2 8088微處理器控制系統(tǒng)設計39</p><p>

8、;　　3.2.1主要技術特性及硬件配置39</p><p>　　3.2.2存儲空間的分配39</p><p>　　3.2.3I/O地址分配39</p><p>　　3.2.4單片機部分電路設計圖如圖紙所示39</p><p>　　3.2.5光電隔離電路39</p><p>　　3.2.6功率放大電路40&l

9、t;/p><p>　　3.2.7其他輔助電路41</p><p>　　4軟件設計部分42</p><p><b>　　4.1概述42</b></p><p>　　4.2總體方案設計42</p><p>　　4.3插補方法的確定43</p><p>　　4.4進給控制字

10、FCW的設置45</p><p>　　4.5環(huán)行分配器的子程序45</p><p><b>　　附 錄 Ⅰ46</b></p><p><b>　　附 錄 Ⅱ52</b></p><p><b>　　致 謝57</b></p><p>&

11、lt;b>　　參考文獻58</b></p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　近20年來.我國數控技術和數控機床走過了引進技術、消化吸收和實現產業(yè)化的歷程。目前.數控機床己經成為機床行業(yè)的新的經濟增長點.發(fā)展迅速,正方興未艾。</p><p>　　應用數控技術對C A 6140普通車床進行自動化和精密

12、化的改裝，改裝技術主要為:在車床上附加數控裝置和執(zhí)行元件，選擇合適的機床伺服系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)等.結果表明:經改造后的機床完全能實現加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動控制，提高了原機床的生產效率，降低了勞動強度采用數控技術改造的有效途徑.術對企業(yè)原有機床進行改造，即發(fā)展經濟型的數控機床是當前工礦企業(yè)的成功之路。</p><p>　　關鍵詞：車床 數控技術 技術改造</p><p><

13、;b>　　Abstract</b></p><p>　　In the recent 20 years.Our country numerical control technology and the numerical control engine bed passed through the introduction technology, the digestion have absorbe

14、d and realize the industrial production course. At present.Numerical control engine bed oneself after becomes the engine bed profession the new economical point of growth.Develops rapidly,Is being on the rise. </p>

15、<p>　　The application numerical control technology 6140 conventional lathes carries on automated and the precision re-equipping to C the A, the re-equipping technology mainly is:Attaches the numerical control inst

16、allment and the functional element on the lathe, chooses the appropriate engine bed servosystem and the computer system and so on.The result indicated that,Definitely can realize the processing outer annulus, the taper,

17、the thread, the end surface after the transformation engine bed and so on</p><p>　　KeyWords：Lathe; Numerical control technology;Technological transformations</p><p><b>　　1緒論</b></

18、p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　提高數控車床的可靠性已成為當前數控車床制造企業(yè)自身生存和發(fā)展的關鍵。在市場競爭日趨激烈的情況下,只有那些可靠性高的數控車床才能受到用戶的青睞。數控車床是否可靠成為廣大用戶選購數控車床的重要標準。我國數控機床近年來在生產和應用領域都有較快的發(fā)展,但與工業(yè)發(fā)達國家相比,仍存在較大差距。數控技術是現代制造技術中最關

19、鍵的環(huán)節(jié)之一。我國數控技術的研究應用水平還很低,嚴重制約著我國制造水平的提高。發(fā)展民族數控事業(yè)是迫在眉睫的大事。</p><p>　　隨著社會生產和科學技術的迅速發(fā)展，機械產品的性能和質量不斷提高，產品的更新換代也不斷加速，因此對機床不僅要求具有較高的精度和生產率，而且應能迅速地適應產品零件的變換。生產的需要促使了數控機床的產生，隨著電子技術，特別是計算機技術的發(fā)展，數控機床迅速的發(fā)展起來。</p>

20、<p>　　從第一臺數控機床（1952年 美國）問世至今，機床的數控化率在不斷的提高。世界各工業(yè)國家已普遍生產和應用，日本生產機床的數控化率在1988年就已達到70%。</p><p>　　我國從開放搞活以來，加快了數控機床技術的引進，促使我國的機床數控技術的普及和發(fā)展。當前普遍應用的微型計算機數控機床，它綜合了電子技術、計算機技術、自動化技術、測量技術和機械制造等方面的最新成果，是一種靈活高效的自動

21、化機床，是機電一體化的典型產品之一。各大企業(yè)不斷設置數控機床擴大再生產和替換陳舊設備。數控機床的普及率不斷提高，這種情況下，普通機床的數控改造是否必要可從以下幾點說明。</p><p>　　數控機床可以較好地解決形狀復雜、精密、小批多變零件的加工問題，能夠</p><p>　　穩(wěn)定的加工質量和提高生產效率，但是應用數控機床還是受到其他條件的限制。</p><p>　

22、?、艛悼貦C床價格昂貴，一次性投資巨大，對中小企業(yè)常是力不從心。</p><p>　?、颇壳案髌髽I(yè)都有大量的普通機床，完全用數控機床替換根本不可能，而且</p><p>　　替代的機床閑置起來又造成浪費。</p><p>　　⑶國內訂購新數控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產需要。</p><p>　?、韧ㄟ^數控機床對具體生產有多余功能。

23、</p><p>　　要較好地解決上述問題，應走普通車床數控改造之路，從一些工業(yè)化國的經驗者，機床的數控改造也必不可少，數控改造機床占有較大比例。如：日本的大企業(yè)中有近30%的機床經過數控改造，中小企業(yè)則是70%以上。在美國有許多數控專業(yè)化公司為世界各地提供機床數控改造服務。我國作為機床大國-為了提高機床的數控化率對普通機床進行數控改造不失為一種良策。一些發(fā)達國家如德國、美國、 日本等就非常重視對舊機床的改造，

24、而且已形成了一個完善的產學研結合的改造體系。 由于技術的不斷進步，機床改造已成為一個永恒的課題。 我國應在這方面加大宣傳力度， 走出一條適合我國國情的機床的數控改造之路。機床數控改造節(jié)省資金，同購置新機床相比一般可節(jié)省60％~80％的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的 1/3 即使將原機床的結構進行徹底改造升級， 也只需花費購買新機床60％的費用， 并可以利用現有地基。性能穩(wěn)定可靠， 因原機床各基礎件經過

25、長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。機床經數控改造后， 即可實現加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3-7倍。對復雜零件而言， 難度越高， 功效提高得越多。 且可</p><p>　　1.2機床數控改造的目的</p><p>　　設備是企業(yè)發(fā)展生產技術和實現經營目標的物質基礎。設備的技術性能</p><p>　　和技術狀態(tài)不但直接影響產品質量，還關系工時、材料和

26、能源的有效利用，同時對企業(yè)的經濟效益也會產生深遠影響。設備的技術改造和更新直接影響企業(yè)的技術進步、產品開發(fā)和市場開拓。因此，從企業(yè)產品更新替代、發(fā)展品種、提高質量、降低能耗，提高勞動生產率和經濟效益的實際出發(fā)，進行充分的技術分析，有針對性的用新技術改造和更新現有設備，是提高企業(yè)素質和市場競爭力的一種有效方法。</p><p>　　據全國工業(yè)普查的統(tǒng)計資料介紹，截止到2000年底，數量較多涉及面較寬的金屬加工機床的

27、擁有量約為384萬臺，其中役齡在6~ 15年約為153. 2萬臺，約占39. 9%，役齡在16a以上約為133. 7萬臺，約占34. 8%。這表明我國工業(yè)制造業(yè)的裝備，乃至各行各業(yè)的設備仍有相當大數量比較落后，有待改造或更新。鑒于此，采用數控技術對普通機床進行數控改造，尤其適合我國機床擁有量大，生產規(guī)模小的具體國情。</p><p>　　1.3數控系統(tǒng)的產生和發(fā)展</p><p>　　1.

28、3.1數控系統(tǒng)的出現和發(fā)展</p><p>　　第二次世界大戰(zhàn)后，美國為革新飛機制造業(yè)中用于仿形機床的靠模和樣件的加工設備，開始研制新型機床。1952年，美國帕森斯公司〔Parsons Co.)與麻省理工學院伺服機構實驗室(Serve Mechanics Laboratory of TheMassachusetts Institute of Technology)合作，研制成功第一代數控系統(tǒng)。用于三坐標立式銑床

29、。其插補裝置采用脈沖乘法器，整個控制裝置由真空管組成。1959年，晶體管元件問世，數控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印制板電路，從此數控系統(tǒng)進入第二代。 1965年，出現了小規(guī)模集成電路，由于其體積較小，功耗低，抗干擾能力較強，使數控系統(tǒng)的可靠性得到進一步提高，數控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。上述三代數控系統(tǒng)均為硬接線數控系統(tǒng)，稱為普通數控系統(tǒng)(NC)o隨著計算機技術的發(fā)展，出現了以小型計算機替代專用硬接線裝置，以控制軟件實現數控功能的計算機數控系統(tǒng)(C

30、NC)，使數控系統(tǒng)進入第四代。1970年前后，美國英特爾(Intel)公司首先開發(fā)和使用了四位微處理器，1974年美、日等國首先研制出以微處理器為核心的數控系統(tǒng)，由于中、大規(guī)模集成電路的集成度</p><p>　　1.3.2數控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　1、向高速度、高精度發(fā)展</p><p>　　現代機床數控系統(tǒng)多采用32位CPU和多CPU并行技術，使運

31、算速度得了很大的提高。與高性能數控系統(tǒng)相配合，現代數控機床采用了交流數字伺服系統(tǒng)。伺服電機的位置、速度和電流環(huán)都實現了數字化。數控系統(tǒng)的聯動軸數多達9個，使機床可以加工較復雜的空間線型或型面。</p><p><b>　　2、可靠性的提高</b></p><p>　　由于現代數控系統(tǒng)的模塊化、通用化和標準化，便于組織批量生產，故可保證產品質量?，F代數控系統(tǒng)大量采用大規(guī)

32、模集成電路，采用專用芯片及混合式集成電路，提高了集成度，減少了元器件數量，提高了可靠性。</p><p>　　3、采用自動程序編制技術</p><p>　　現代數控系統(tǒng)利用其自身很強的存貯及運算能力，(如SINUMERIK 840DCPU采用Pent iumIII處理器)把很多自動編程功能植入數控系統(tǒng)。在一些新型的數控系統(tǒng)中，還裝入了小型工藝數據庫，使得數控系統(tǒng)不僅具有在線零件程序編制功能

33、，而且可以在零件程序編制過程中，根據機床性能，工件材料及零件加工要求，自動選擇最佳刀具及切削用量。</p><p>　　4、具有更高的通信功能</p><p>　　為了適應自動技術的進一步發(fā)展，適應工廠自動化的規(guī)模越來越大的要求，為了滿足不同廠家不同類型數控系統(tǒng)的聯網需要，現代機床數控系統(tǒng)的通信功能不斷加強，不少系統(tǒng)具有遠程診斷功能和Ethernet interface接口。實現遠程通訊功

34、能。美國通用汽車公司在1983年提出的制造自動化協(xié)議(MAP-Manufacture Automation Protocol)是眾多通信標準中發(fā)展最快的一個。MAP的主要特點是提供以開放性為基礎的局部網絡，使來自許多廠房的設備可以通過相同的通信協(xié)議而相互連接，由于MAP的出現，推動了通信標準化的進程。</p><p>　　1.4數控改造的必要性</p><p>　　數控機床可以較好地解

35、決形狀復雜，精密，小批及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工和提高生產率，但是數控機床的應用也受到其他條件的限制。</p><p>　　1 數控機床價格昂貴，一次性投資巨大，對中小企業(yè)常是心有余而力不足。</p><p>　　2 目前，個企業(yè)都是大量的普通機床，完全用數控機床替換根本不可能，而且替代下的機床閑置起來有會造成浪費。</p><p>　　3在國內，訂購新數控

36、機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產急需。</p><p>　　4 通用數控機床對具體生產有多余功能。</p><p>　　要較好地解決上述問題，應走普通車床數控改造之路，在國外已發(fā)展成為一個新興的工業(yè)部門，早在60年代已經開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經營這們業(yè)務。從美國，日本等工業(yè)化國家的經驗看，機床的數控改造也必不可少，數控改造機床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%的機床經過數控

37、改造，中小企業(yè)則是74%。在美國有許多數控專業(yè)化公司為世界各地提供數控改造業(yè)務。我國是擁有300萬臺機床的國家，而這些機床又大量是多年累計生產的通用機床，自動化程度低，要想在近幾年內用自動化和精密設備更新現有機床，不論是資金還是我國機床制造廠的能力都是辦不到的。因此，普通機床的數控改造，大有可為。它適合我國的經濟水平，教育水平和生產水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。</p><p>　　1.5數控機床改造

38、的優(yōu)點</p><p>　　數控機床改造一般是指對普通機床某些部位做一定的改造，配上數控裝置，從而使機床具有數控加工能力。其改造的優(yōu)點有：</p><p>　　1 從提高資本效率出發(fā)，改造閑置設備，能發(fā)揮機床的原有功能和改造后的新增功能，提高機床的使用價值。</p><p>　　2 適應多品種，小批量零件生產。</p><p>　　3 自動化

39、程度高，專業(yè)性強，加工精度高，生產效率高。</p><p>　　4 降低對工人技術水平的要求。</p><p>　　5 數控改造費用低，經濟性好。</p><p>　　6數控改造的周期短，可滿足生產急需</p><p>　　1.6數控機床改造的設計步驟</p><p>　　將普通機床改造為數控機床，是一項技術性很強的工

40、作，必須根據加工對象的要求和工廠實際情況，確定切實可行的技術改造方案，搞好機床的改造設計。其改造設計的一般工程如下</p><p>　　1 對加工對象進行工藝分析，確定工藝方案，被加工工件既是機床改造的依據，又是機床改造后加工的對象。不同形狀，不同技術要求工件，其加工方法就不同，對機床的要求也不相同。例如，對于圓柱形狀的零件可用車削，外圓磨等方法加工，而平面則一般用銑削，平面磨等方法加工；對精度，表面粗糙度要求一

41、般的外圓柱表面，常用車削加工；而精度高和表面粗糙度要求低時則要在外圓磨床上加工。在工藝分析基礎上，繪制工序圖，初步選定切削用量，刀具運動路線，計算生產率。然后計算切削力及切削功率，從而計算出進給系統(tǒng)需要的功率和力矩等。這是選擇方案及驅動部件的依據，目前多用類比法或測定法完成。</p><p>　　2 分析被改造機床，確定被改造機床類型 ，改造機床和設計機床是不同的 ，機床設計是根據設計任務書，對機床的整機進行設計

42、，然后將機床的各組成零，部件逐一地制造，最后裝成機床，而機床改造則是圍繞某臺機床進行工作，不僅要考慮機床本身結構的改造，還要考慮工藝系統(tǒng)中的刀具，夾具及其它輔具的改進，以滿足生產的需要。在制定機床改造方案時，可先根據指定的工藝方案，初步選定被改造機床的類型，然后對被選定的機床進行認真分析，了解被改造機床的技術規(guī)格，技術狀況，各部聯系尺寸等，分析機床強度和剛度，分析被改造機床能否適應改造要求以及經濟性等。最后確定被改造機床的型號。<

43、/p><p>　　3 擬定技術措施，制定改造方案 根據加工對象的要求和被改造機床的實際情況，擬定應采取的措施，指定出機床的改造方案，選用外購件時，一定要保證質量。在擬定技術措施，指定改造方案的過程中，應充分進行技術經濟分析，力求改造的機床不僅能滿足技術性能的要求，還要獲得最佳的經濟效益，使技術的先進性與經濟性較好地統(tǒng)一起來。</p><p>　　4 設計或選用數控裝置 在滿足加工零件要求的

44、同時，盡量使設計的數控裝置功能強，穩(wěn)定可靠，通用性好，價格低，或選用國內生產較好的專用數控裝置。</p><p>　　5 進行機床改造的技術設計</p><p>　　6 繪制機床改造的工作圖。</p><p><b>　　7 整機安裝調試。</b></p><p>　　數控機床在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,但數控機床一

45、次性投資較大,對機床進行數控化改造不失為一良策。闡述了CA6140普通數控車床的主軸系統(tǒng)的改進及機床控制系統(tǒng)的改造, 主要介紹了對CA6 14 0車床進行經濟型數控改造 ,主要包括縱向、橫向進給系統(tǒng)及刀架的改造 ,CA6 14 0車床主軸轉速部分保留原車床的手動變速功能。改造簡單易行 ,可降低勞動強度 ,提高生產效率.</p><p>　　1.7 CA6140的數控改造</p><p>　

46、　本設計任務是對CA6140普通車床進行數控改造。利用微機數控系統(tǒng)改造縱、橫向進給系統(tǒng)，進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量0.01mm/脈沖，橫向為0.005mm/脈沖。驅動元件采用直流步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠</p><p>　　1.7.1數控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　數控系統(tǒng)是機床的核心，在選擇時， 要對其性能、 經濟性及維修服務等進行綜合考慮，盡量選用名牌產品。 根據被改機床的結

47、構、 性能及被加工零件的精度來選擇數控系統(tǒng)。 既要功能相匹配，又要盡量減少過剩的數控功能。 這樣一方面可避免資金浪費，另一方面也可避免因數控系統(tǒng)復雜而增加的故障率。</p><p>　　目前數控系統(tǒng)主要有三種類型：步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)；異步電機或直流電機拖動光柵測量反饋的閉環(huán)數控系統(tǒng)； 交 / 直流伺服電機拖動編碼器反饋的半閉環(huán)數控系統(tǒng)。其中步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)， 其伺服驅動裝置主要是步進電機、 功率步進電機

48、、 電液脈沖馬達等。該系統(tǒng)位移精度較低， 但結構簡單、 調試維修方便、質量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強、 對環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。 適用于精度要求一般的中小型機床的改造，也是目前數控改造中應用最為廣泛的一種。 異步電機或直流電機拖動光柵測量反饋的閉環(huán)數控系統(tǒng)控制精度高，但在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜， 工作量大，成本也高， 調試困難， 一般不采用。 交 / 直流伺服電機拖動編碼器反饋的半閉環(huán)數控系統(tǒng)， 其精度介于前二者之間，結構

49、與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單，適用于控制精度要求較高的大、 中型機床的改造。</p><p>　　總體方案確定為用一個完全緩沖的8088微處理器對數據進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經一級齒輪減速，帶動滾珠絲杠轉動，從而實現縱橫向進給運動。示意圖如圖1所示。</p><p>　　圖1.1 總體方案</p><p>　　在一個大的系統(tǒng)中，總線必須經過緩沖，這是因為

50、8086/8088微處理器只能驅動10個負載，而大系統(tǒng)常常有更多的負載。由于設計的是經濟型車床的改造，所以在考慮具體的方案時，其本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減少改動量，以降低成本。</p><p>　　8088微處理器在數控改造應用較普通，各種應用軟件較多，系統(tǒng)開發(fā)較容易，且其價格低廉，抗干擾性強，可靠性高，速度快，指令系統(tǒng)的效率高，體積小，最適宜用來開發(fā)簡易和小型專用的數控裝置。</p>

51、;<p>　　1.7.2 CPU和存儲器</p><p>　　由于8088微處理器是無片內程序存儲器,需要擴展外部程序存儲器,同時,8088微處理器內部只有128字節(jié)的數據存儲器,也不能滿足控制系統(tǒng)的要求,故擴展了兩片2764的程序存儲器和一片6264數據存儲器。8088微處理器的A0-A19和D0-D7用來傳送外部存儲器的地址和數據,一個經過完全緩沖的8088微處理器，有8個地址引腳A15-A8，

52、使用的是74LS244八緩沖器；8個數據總線引腳D7-D0，使用的是74LS245雙向總線緩沖器；控制總線信號IO/M，RD，WR，使用的是74LS244緩沖器。一個經過完全緩沖的8088系統(tǒng)，需要兩片74LS244，一片74LS245和兩片74LS373。74LS245的方向由DT/R信號控制，由DEN信號允許和禁止。8088微處理器的A8-A15和74LS373送出的八位地址共同組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要

53、13根地址線,A0~A12接8088微處理器的13根地址總線,系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764芯片片選信號CE分別接74LS138譯碼器的Y0和Y1,系統(tǒng)復位后程序從0000H開始執(zhí)行。6264的片選信號CE也接74LS</p><p>　　1.7.3 I/O接口電路</p><p>　　由于8088微處理器的 I/O接口使用不能滿足輸入輸出口的需求,因而系統(tǒng)擴展了兩片8155可編程輸入輸

54、出接口電路。8155的片選信號CE分別接74LS138的Y3和Y4,74LS138譯碼器的三個輸入端A、B、C分別接到8088微處理器的A13、A14、A15。I/O接口與外設的聯接是這樣安排的:8155(1)芯片的PA0~PA5為面板上的選擇開關;PB0~PB7是各種運行的點動控制;PC0~PC3發(fā)出刀位信號,控制刀架電機回轉,到達指定的刀位,刀架夾緊之后,發(fā)出換刀回答信號,經8155(1)的PB5輸入計算機,控制刀架開始進給。815

55、5(2)芯片的PA0~PA7為Z、X向電機輸出驅動脈沖,PB0~PB3是鍵盤掃描輸入,PB4~PB7的輸出是X!Y向的限位控制,PC0~PC5是顯示器的位選信號,顯示器的段選信號由8088微處理器的D0-D7控制。</p><p>　　1.7.4其它部件的選擇</p><p>　　直流步進電動機參照《金屬切削機床設計簡明手冊》選取。滾珠絲杠選取FC系列，江漢機床廠的產品樣本。為內循環(huán)雙螺母

56、墊片預進，其優(yōu)點是結構簡單，裝卸方便、剛度高。</p><p>　　縱向進給機構的改造。拆除原機床的進給箱和溜板箱，在原機床進給箱處安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，采用原固定方式。</p><p>　　橫向進給機構改造。拆除原手動機構，用于微進給和機床刀具對零件操作，原有的支承結構也保留。步進電機、齒輪箱體安裝在機床后側。</p><p>　　縱橫向進給機

57、構都采用了一級齒輪（調隙齒輪傳動）減速，調隙齒輪（可調拉彈簧式）用于消除齒輪傳動中的間隙，以提高數控機床進給系統(tǒng)的驅動精度。</p><p>　　在原溜板箱處安裝縱、橫向快速進給按鈕和急停按鈕，以適應機床調整時的操作需要和遇到意外情況時的緊急處理需要。CA6140數控改造的總體方案示意圖</p><p>　　圖1.2 普通車床數控改造的總體方案</p><p>　

58、　2數據參數的選擇及其計算</p><p>　　2.1縱向進給系統(tǒng)得設計計算（裝配圖2）</p><p>　　工作臺重量：80kg</p><p>　　時間常數：T=25ms </p><p>　　滾珠絲杠導程：S=6mm</p><p>　　行程：L=1200 mm</p><p>　　脈沖當

59、量：σ=0.018mm/step</p><p>　　步距角：φ=0.75°/step</p><p>　　快速進給速度： =2m/min</p><p>　　加工最大直徑：φ=400 mm</p><p>　　加工最大長度：1000 mm</p><p>　　溜板及力架重力：800N</p>

60、<p>　　刀架快段速度：2.4 m/min</p><p>　　最大進給速度：0.6 m/min</p><p>　　主電機功率：7.5KW</p><p>　　起動加速時間：30 ms</p><p>　　機床定位精度±0.015 mm</p><p>　　2.1.1選擇脈沖當量：</p&

61、gt;<p>　　根據機床精度要求確定，縱向0.01mm/步。</p><p>　　2.1.2計算切削力：</p><p><b>　?、倏v車外圓;</b></p><p>　　由文獻可知切削功率=Nηk式中：</p><p>　　N——電動機功率7.5KW</p><p>　　η—

62、—主動系統(tǒng)總功率一般為0.6~0.7 取η=0.65</p><p>　　K——進給系統(tǒng)功率系數：取0.96</p><p>　　=NηK=7.5×0.65×0.96=4.68Kw</p><p>　　又因= 有=6120</p><p>　　式中V——切削速度取100m/min</p><

63、p>　　主切削力=6120×4.68/100=286.416kgf=2806.88N</p><p>　　由參考文獻三可知，主切削力</p><p>　　查表: =188kgf mm</p><p>　　XFz=1 YFZ=0.75 KTfz=1</p><p><b>　　則可計算如下表:</b&g

64、t;</p><p>　　當=283.7 kgf時，切削深度=3mm，走刀量f=0.4 mm，此參數作為下邊計算用，由參考文獻三得一般外圓車削時</p><p>　　=(0.1～0.6) =(0.15～0.7) </p><p>　　=0.5 =0.5×286.416=143.208 kgf=1403.44 N </p><

65、;p>　　=0.6 =0.6×286.416=171.8496 kgf=1684.1 N</p><p><b>　?、跈M切端面：</b></p><p>　　主切削力′（kgf）可取縱切的1/2</p><p>　　=′ ×1/2=143.208 kgf=1403.44 N</p><p>　

66、　取′=0.6 ′=0.6×143.208=85.9248 kgf=842.06 N</p><p>　　′=0.5=0.5×143.208=71.604 kgf=701.72 N</p><p>　　2.1.3滾珠絲杠螺母副的計算和選型：</p><p><b>　　縱向進給絲杠</b></p><p&

67、gt;　　計算進給率引力（N）</p><p>　　縱向進給為綜合導軌=K+f′（+G）</p><p>　　式中K——考慮顛覆力矩影響的實驗系數綜合導軌取K=1.15</p><p>　　f′——滑動導軌摩擦系數0.15~0.18，取0.16</p><p>　　G——溜板及力架重力：800 N</p><p>　　

68、=K+f′(+ G)=1.15×1403.44+0.16(2806.88+800)=2191.06 N</p><p><b>　　計算最大的負載C</b></p><p>　　C= ·fw·L1/3 其中 </p><p>　　其中 L0——滾珠絲杠導軌。 初選L0=6 mm</p>&

69、lt;p>　　Vs——最大切削力F的進給速度可取最高進給速度的（1/2~1/3），此外Vs=0.6m/min。</p><p>　　T——使用壽命 按15000h</p><p>　　——運轉系數。按一般運轉取f w=1.2~1.5。</p><p>　　L——壽命以106轉為1單位。</p><p>　　N=1000Vs/ L0=10

70、00×0.6×0.5/6=50r/min</p><p>　　L=60nT/10=60×50×15000/10=45</p><p>　　Q= Fm ·fw·L1/3=451/3×1.2×2191.06=9352.04 N</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的選型。</p>

71、<p>　　根據最大動負荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如。滾珠絲杠參照江漢機床廠的產品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為30mm，型號為,其額定動載荷是10689N,所以強度足夠用。</p><p><b>　　傳動效率計算</b></p><p>　　γ—螺旋升角2 °44′</p><p><b>　　=0.

72、94</b></p><p><b>　　剛度計算：</b></p><p>　　滾珠絲杠受工作負載Fx引起的導程L0的變化量ΔL1= Fm Fm/E F</p><p>　　其中：——在工作負載Fx作用下引起每一導程的變化量mm）</p><p>　　——工作負載即進給率引力N</p><

73、;p>　　——滾珠絲杠的導程（mm）</p><p>　　E——材料彈性模數對鋼E為20.6×104（N/ mm2）</p><p>　　S——滾珠絲杠截面積（內徑）（mm2）</p><p>　　S=π（d′/2）2 d′=d0+2e-2Rs=36.3789</p><p>　　S=π（d′!/2）2=(36.379/2

74、) 2 ×3.14=10.38mm</p><p>　　其中=（0.51~0.56）=1.836</p><p>　　e=0.707(-)=0.025</p><p>　　故 ΔL = =2191.06×0.6/20.6×106×10.38=6.1428×10-6cm</p><p>　　滾

75、珠絲杠受扭轉引起的導程變化量 = +φ很小，忽略不計。 所以 ΔL= +=</p><p>　　Δ= =100/0.6×6.1428×10-6=10.238μm</p><p>　　查表知E紋精度絲杠允許誤差15μm</p><p>　　10.238μm＜15μm剛度夠</p><p><b>　?、薹€(wěn)

76、定性校核：</b></p><p>　　滾珠絲杠兩端用推力球軸承，支承基本不變，穩(wěn)定性不存在問題。</p><p>　　2.1.4齒輪及轉距的有關計算：</p><p>　　設計計算公式均來自參考文獻三</p><p>　　縱向傳動有關齒輪計算，傳動比i</p><p>　　=0.75×6/360

77、×0.01=1.25</p><p>　　——滾珠絲杠導程 φ——步距角 ——脈沖當量</p><p>　　故取 =32 =40 m=2mm b=18 =20° =m=64mm</p><p>　　= mZ2=80mm =+2ha*=68mm =84mm</p><p>

78、　　=d1-2hf=59mm =75mm d=+/2=72mm</p><p><b>　　轉動慣量的計算</b></p><p>　　(Ⅰ)工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量</p><p>　　=(180δp/πφ) 2·W=（180×0.001/3.14×0.75）2×80=0.468kg

79、f·cm2</p><p><b>　　(Ⅱ)絲杠轉動慣量</b></p><p>　　=7.8×10－4×4.04×150.0=29.95kg·cm2</p><p>　　(Ⅲ)齒輪的轉動慣量</p><p>　　=7.8×10－4×6.44

80、5;1.8=2.355kg·cm2</p><p>　　=7.8×10－4×8.04×1.8=5.75kg·cm2</p><p>　　(Ⅳ)電機轉動慣量很小可以忽略</p><p><b>　　總的轉動慣量為J</b></p><p>　　J=1/22（J2+J4）+J

81、1+J3=1/1.252（29.95+5.75）+2.355+0.468=22.586kg·cm2</p><p>　　3）所需轉動力矩計算</p><p>　　<1>快速空載啟動時所需力矩M起</p><p><b>　　=++</b></p><p>　　<2>最大切削負載時所需力矩

82、</p><p><b>　　M=+++</b></p><p>　　<3>快速進給時所需力矩M= Mf+</p><p>　　式中 ——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩</p><p>　　——折算到電機軸上的摩擦力力矩</p><p>　　——由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸

83、上的附加摩擦力力矩</p><p>　　——切削時折算到電機軸上的加速度力矩</p><p>　　——折算到電機軸上的切削負載力矩</p><p>　　=J·n/9.6T×10-4N·m</p><p><b>　　當n=時， = </b></p><p>　　= =

84、2000×1.25/6=416.7r/min</p><p>　　=22.586×416.7/9.6×0.025×10-4=40.0138kgf·cm</p><p>　　當n=時， s---導程6mm</p><p>　　=1000×100×0.4×1.25/3.14×

85、80×6=33.17r/min</p><p>　　=22.58×33.17/9.6×0.025×10-4=0.3112N·m=3.175kgf·cm</p><p>　　當η=0.8，f′=0.16時</p><p>　　=0.16×80×0.6/2×3.14×0.

86、8×25=1.223kgf·cm</p><p>　　=0.9，預加載荷,則</p><p>　　=143.208×0.6×(1-0.92)/6×3.14×0.8×1.25=0.866kgf·cm</p><p>　　=143.208×0.6/2×3.14×

87、0.8×1.25=13.68kgf·cm</p><p>　　所以，快速空載啟動所需力矩</p><p>　　M= + + =40.0138+1.223+0.866=42.10kgf·cm</p><p><b>　　切削時所需力矩</b></p><p>　　M= + + + =3.175

88、+1.223+0.866+13.68=18.95kgf·cm</p><p>　　快速進給時所需力矩：</p><p>　　M=+=1.223+0.866=2.089kgf·cm</p><p>　　從以上數據分析，所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時。</p><p>　　2.2橫向進給系統(tǒng)的設計計算：</p>

89、;<p>　　由于橫向進給系統(tǒng)的設計計算與縱向類似。所用的公式不在詳細說明</p><p>　　工作臺重量：30kg</p><p>　　時間常數 ：T=25ms</p><p>　　滾珠絲杠導程：S=6mm</p><p>　　行程：L=226mm</p><p>　　脈沖當量：δp=0.005mm/

90、step</p><p>　　步距角：φ=0.75°/step</p><p>　　快速進給速度： =1m/min</p><p>　　加工最大直徑：φ210mm</p><p>　　刀架快移速度：1.2m/min</p><p>　　最大進給速度：0.3m/min</p><p>　

91、　主電機功率：7.5kw</p><p>　　2.2.1切削力計算：</p><p>　　橫向進給量為縱向的1/3~1/2，取1/2。則切削力約為縱向的1/2</p><p>　　=1/2×286.416kgf=143.208kgf</p><p>　　在切斷工件時=0.6=0.6×143.208=85.925kgf<

92、;/p><p>　　=0.5=0.5×143.208=71.604kgf</p><p>　　2.2.2滾珠絲杠設計計算：</p><p><b>　　強度計算</b></p><p>　　對于燕尾型導軌P=k+f′(+W+2)</p><p>　　取k=1.4 f′=0.2 則&

93、lt;/p><p>　　Fm=1.4×71.604+0.2×(143.2+30+2×85.925)=169.26kgf</p><p>　　n=1000 =30r/min</p><p>　　X壽命值：L=60ntT/10 6 則</p><p>　　L=60×n×T/106=60&#

94、215;30×15000/106=27</p><p>　　Q=271/3×1.2×169.26=609.33=5971.4N</p><p>　　根據最大動負荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如。滾珠絲杠參照江漢機床廠的產品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為25mm，型號為左,其額定動載荷是7596N,所以強度足夠用。</p><p>&

95、lt;b>　　效率計算</b></p><p>　　螺旋開角r=3°39′ 摩擦角 φ=10′</p><p>　　η=tgr/tg(r+φ)=tg3°39′/tg(3°39′+10′)=0.956</p><p><b>　　剛度驗算</b></p><p>　　橫向絲

96、杠支撐方式如下圖4，最大牽引力為169.25kgf,支撐間距L=450mm</p><p>　　圖2.1 橫向絲杠支撐圖</p><p>　　滾珠絲杠受工作負載P引起的導程L0的變化量為：</p><p>　　d=+2e-2=25+2×0.02×0.6×5×0.707-2×0.52×0.6×5=2

97、1.96mm</p><p>　　其中 L0=5mm E=20.6×106N/cm2</p><p>　　F=π（d/2）2=3.79cm2</p><p>　　=169.25×9.8×0.5/20.6×106×3.79 =10.62×10-6</p><p>　　滾珠絲杠

98、受扭距引起的導稱變化量很小，可以忽略，故</p><p>　　Δ=×=21.3μm/m</p><p>　　三級精度絲杠允許誤差為15μm，所以剛度不夠，滾珠絲杠直徑亦不加大，采用貼塑導軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則</p><p>　　Q=1.4×71.6+0.04×（143.208+30+2×85.925）=114.5k

99、gf</p><p>　　ΔL=114.05×9.8×0.5/20.6×106×3.79=7.16×10-6</p><p>　　Δ=7.16×10-6/0.5=14.32μm/m</p><p><b>　　此時剛度夠用</b></p><p><b&g

100、t;　　穩(wěn)定性計算</b></p><p>　　由于選用的絲杠直徑和以前機床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問題。</p><p>　　2.2.3齒輪及設計的有關計算：</p><p>　　傳動比：i=φ·s/360×0.005=0.75×5/360×0.005=2.08</p><p>

101、　　取 Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm =20° d1=48mm d2=100mm d1=52mm d2=104mm df1=43mm df1=95mm d=74mm</p><p><b>　　(1)轉動慣量計算</b></p><p>　　工作臺質量折算到電機軸上的轉動

102、慣量</p><p>　　=（180×0.005/3.14×0.75）2×30=0.0438kgf·cm2</p><p><b>　　絲杠轉動慣量</b></p><p>　　=7.8×-4×2.54×45=1.37kg·cm2</p><p&

103、gt;<b>　　齒輪的轉動慣量</b></p><p>　　=7.8×-4×4.84×2=0.828 kg·cm2</p><p>　　=7.8×-4×104×2=15.6 kg·cm2</p><p>　　電動機轉動慣量忽略，總轉動慣量</p>&

104、lt;p>　　J=1/22×（JS+JZ2）+ JZ1+ JS</p><p>　　=1/2.082×（1.371+15.6）+0.8281+0.0438</p><p>　　=4.79kg·cm2</p><p>　　(2)所需轉動力矩計算</p><p>　　= =1000×2.08/5=41

105、6r/min</p><p>　　= =4.79×416×10-4/9.6×0.025=0.83N·m=8.47kgf·cm</p><p>　　= =1000×100×0.15×2.08/3.14×80×5=24.84 r/min</p><p>　　=4.79&#

106、215;24.84×10-4/9.6×0.025=0.0495 N·m=0.506 kgf·cm</p><p>　　= =F’WS/2πηi=0.2×30×0.5/2×3.14×0.8×2.08=0.287 kgf·cm</p><p>　　=85.925×0.5（1-0.92）

107、/2×3.14×0.8×2.08=0.781 kgf·cm</p><p>　　=85.925×0.5/2×3.14×0.8×2.08=4.111 kgf·cm</p><p>　　快速空載起動所需轉矩</p><p>　　= + +=8.47+0.287+0.781=9.53

108、8 kgf·cm</p><p><b>　　切削時所需轉矩</b></p><p>　　= +M+ +=0.506+0.287+0.781+4.111=5.685 kgf·cm</p><p><b>　　快速進給時所需轉矩</b></p><p>　　= =0.287+0.7

109、81=1.068kgf·cm</p><p>　　從以上計算可知：最大轉矩發(fā)生在快速啟動時</p><p>　　=9.538kgf·cm=95.38N.cm</p><p>　　2.2.3步進電機的選擇：</p><p>　?。ㄒ唬?步進電機選用的基本原則</p><p>　　合理選用步進電機是比較

110、復雜的問題，需要根據電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經過分析才能正確選擇。現僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：</p><p>　　1 步距角a 步距角應滿足：</p><p>　　式中 i-----傳動比</p><p>　　-----系統(tǒng)對步進電機所驅動部件的最小轉角。</p><p>　　2 精度 步進電機的精度可用步距誤差

111、或積累誤差衡量。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用。所選用的步進電機應滿足</p><p>　　式中 -----步進電機的積累誤差；</p><p>　　-----系統(tǒng)對步進電機驅動部分允許的角度誤差。</p><p>　　3 轉距 為了使步進電機正常運行（不失步，不越步），正常啟動并滿

112、足對轉速度的要求，必須考慮：</p><p>　　1） 啟動力矩 一般啟動力矩選取為：</p><p>　　式中 -------電動機啟動力矩</p><p>　　------電動機靜負載力矩。</p><p>　　根據步進電機的相數和拍數，啟動力矩選取如表7-2所示。為步進電機的最大靜轉距，是步進電機技術數據中給出的，如表7-3，表7

113、-4，表7-5所示。表在參考文獻三</p><p>　　2） 在要求的運行頻率范圍內，電動機運行力矩應大于電動機的靜栽力矩與電動機轉動慣量（包括負載的轉動慣量）引起的慣性距之和。</p><p>　　4 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足；</p><p>　　式中 -----極

114、限啟動頻率；</p><p>　　------要求步進電機最高啟動頻率。</p><p>　　（二） 步進電機的選擇</p><p>　　1 CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定</p><p>　　為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知： =0.866所以，步進電機最大靜轉距為：</p>

115、<p>　　步進電機最高工作頻率</p><p>　　綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。</p><p>　　2 CA6140橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定</p><p>　　電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：</p><p>　　所以，步進電機最大靜轉距為：</p><p>

116、;　　步進電機最高工作頻率</p><p>　　為了便于設計和采購，仍然選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求</p><p>　　2.3自動刀架的設計</p><p>　　經濟型數控車床一般都配有四工位自動回轉刀架,它是據微機數控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機床設備的需要,同時兼顧刀架機床上能夠獨立控制的需要而設計的。現有自動回轉刀,其結構主要有插銷式和端齒盤式。由于

117、刀架生產廠家無一標準,因此,結構、尺寸各異。由于目前使用較多的是端齒盤式四工位自動刀架,所以就選用端齒盤式四工位自動刀架。</p><p>　　從自動轉位刀架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動完成抬起，回轉，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動作。下面依次討論刀架要完成上述過程的設計原理。</p><p>　　2.3.1刀架的抬起：</p><p>

118、;　　利用螺紋傳動將旋轉運動變成軸向直線運動，從而達到抬起刀架的目的，在這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。在刀架的抬起過程中要防止刀架轉動這可通過設計一個帶有斜面的粗定位銷和定位銷槽的配合來完成，并使斜面間摩擦力產生的阻力矩，大于上述轉動摩擦力矩。</p><p>　　2.3.2刀架的回轉和選位</p><p>　　刀架由一個微電機通過傳動系統(tǒng)來帶動刀架的轉動，軸線是豎直的而轉速比起

119、微電機來要慢的多，由于電機空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉動軸線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動比較適合于這場合刀架從抬起變成轉動的動作原理是：當刀架抬起到特定位置時由一個正在旋轉的撥塊帶動刀架轉動，因此刀架的抬起運動和轉動由同一傳動系統(tǒng)來先后完成。 </p><p>　　刀架轉過一定角度后要選位看一看轉到這個位置的刀具是否符合加工要求，這一切是由于微機程序來實現具體的說當刀架轉動此位置時程序自動地將改位置

120、的編碼與所需刀具編碼加以比較，若相同，該刀具就選定此位，否則再移動，重復上述過程。</p><p>　　每次轉過的角度大小，由刀架的面體數量來確定由于設計的四工位刀架，每次轉360/4=90；對于五方刀架，每次轉360/5=72；對于六方刀架，每次轉360/6=60度。刀架編碼位數也各不相同。對于四方刀架，由兩位二進制數即可表示完全，四個刀位編碼分別為00，01，10，11。對于五方刀架，必須由三位二進制數表示，

121、即000，001，011，110，111。六方刀架編碼為000，001，011，100，110，111。刀架編碼信號的發(fā)出，是由于裝在隨刀架一起轉動的微機電源開關來實現的。微機開關的觸頭朝外，它的開頭狀態(tài)由一個內表面凸輪來控制。凸輪實際上是只有一定半徑差的兩個內圈弧表面。微動開關觸頭與小半徑差的兩個內圓弧表面接觸，開關便接通；與大半徑內圓弧表面接觸，開關便中斷與此對應的信號分別是0和1。所需要的微動開關數目，等于編碼的位數。即四方刀架有