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中 國 礦 業(yè) 大 學 本 科 生 畢 業(yè) 設 計 姓 名 李曉瑞 學 號 14030370 學 院 應用技術學院 專 業(yè) 機械工程及自動化 設計題目 普通車床的數(shù)控改造 專 題 CA6140 車床數(shù)控改造 指導教師 付俊杰 職 稱 副教授 二 O O 七年 五 月 徐州 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書 學院 應用技術學院 專業(yè)年級 機自 03 8 學生姓名 李曉瑞 任 務 下 達 日 期 2007 年 3 月 25 日 畢業(yè)設計日期 2007 年 3 月 25 日至 2007 年 6 月 15 日 畢業(yè)設計題目 普通車床數(shù)控改造 畢業(yè)設計專題題目 CA6140 車床數(shù)控改造 畢業(yè)設計主要內容和要求 對 CA6140 車床進行數(shù)控改造 要求實現(xiàn)主軸的分級無級 變速 縱向進給傳動系統(tǒng)脈沖當量為 0 01mm 脈沖 橫向進給系統(tǒng)脈 沖當量為 0 005mm 脈沖 刀架改為自動轉位刀架 四工位 從而實現(xiàn)自 動換刀 通過 MCS 51 系列 8051 單片機對數(shù)據進行計算處理 由 I O 接口輸出步進脈沖信號控制進給速度和行程 為了保持切削螺紋的功 能 要在主軸外端或其它適當部位裝上脈沖發(fā)生器 院長簽字 指導教師簽字 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計指導教師評閱書 指導教師評語 基礎理論及基本技能的掌握 獨立解決實際問題的能力 研究內容的理論依據和技術方法 取得的主要成果及創(chuàng)新點 工作態(tài)度及 工作量 總體評價及建議成績 存在問題 是否同意答辯等 成 績 指導教師簽字 年 月 日 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書 評閱教師評語 選題的意義 基礎理論及基本技能的掌握 綜合運用所 學知識解決實際問題的能力 工作量的大小 取得的主要成果及創(chuàng)新點 寫作的規(guī)范程度 總體評價及建議成績 存在問題 是否同意答辯等 成 績 評閱教師簽字 年 月 日 中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計答辯及綜合成績 答 辯 情 況 回 答 問 題 提 出 問 題 正 確 基 本 正 確 有 一 般 性 錯 誤 有 原 則 性 錯 誤 沒 有 回 答 答辯委員會評語及建議成績 答辯委員會主任簽字 年 月 日 學院領導小組綜合評定成績 學院領導小組負責人 年 月 日 摘 要 數(shù)控機床在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用 但數(shù)控機床一次性投資較大 對機床進行數(shù)控化改造不失為一良策 本設計利用數(shù)控裝置對 CA6140 普通車床進 行控制 主傳動系統(tǒng)部分 采用交流調頻主軸電動機經帶輪及分級齒輪變速箱驅動 主軸 通過變頻器和齒輪變速箱實現(xiàn)分段無級變速 進給系統(tǒng)采用步進電機通過 減速后驅動滾珠絲杠運動 在縱向進給系統(tǒng)中通過一級齒輪減速后驅動滾珠絲杠 在橫向進給系統(tǒng)中通過二級齒輪減速驅動滾珠絲杠 刀架改為自動轉位刀架 四工 位 從而實現(xiàn)自動換刀 通過 MCS 51 系列 8051 單片機對數(shù)據進行計算處理 由 I O 接口輸出步進脈沖信號控制進給速度和行程 為了保持切削螺紋的功能 要在 主軸外端或其它適當部位裝上脈沖發(fā)生器 將車床的手動尾座改造成為可控電動 尾座 本次設計的數(shù)控改造為經濟適用型 改造簡單易行 可降低勞動強度 提高 生產效率 主要介紹了經濟型數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)設計計算 闡述了CA6140普 通數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)的改進及機床縱向 橫向進給系統(tǒng)的改造設計及計算 關鍵詞 CA6140 車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 步進電動機 ABSTRACT The NC machine plays a very great role in mechanical engineering Although the investment needs a great deal of money it is a good way to try digital modification for ordinary lathe The spindle speed of CA6140 remains the manual function of shifting gears The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency but the NC Machine larger one time investment NC machine tools for the transformation of a good after all The design of the device using NC Lathe CA6140 control part of the main transmission system using AC spindle motor and graded by the pulley driven spindle gearbox through the inverter and gearbox to achieve sub Feed System used by stepper motor driven ball screw slowdown after campaign vertical feed system through a gear after the ball screw drive in the horizontal feed system through two gear driven ball screw Tool to automatically transfer tool carrier 4 position thus achieving automatic tool change by MCS 51 series 8051 data to be dealt with from the I O interface stepper pulse output signal to control the feed rate and itineraries In order to maintain the function of cutting thread to the outer end of spindle or other appropriate location loaded pulse generator Lathe will be transformed into Tailstock manually controlled electric Tailstock The design of the NC transformation of the economy the application transforming simple can reduce labor intensity improve production efficiency Introduced a major economic NC machine tool servo system design Expounded the CA6140 ordinary NC lathe spindle system improvements and vertical machine horizontal feed system of the design and calculation Keywords CA6140 lathe digital modification ball screw stepping motor 目 錄 第一章 概述 1 1 O 引言 1 1 1 經濟型數(shù)控改造的實際意義 1 1 1 1 技術分析 1 1 1 2 經濟分析 1 1 1 3 市場分析 2 1 1 4 生產分析 2 1 1 5 綜合分析 2 1 2 數(shù)控機床的基本結構及工作原理 2 1 3 數(shù)控機床的分類 4 1 3 1 按加工工藝方法分類 4 1 3 2 按控制運動的方式分類 4 1 3 3 按驅動裝置的特點分類 4 1 4 數(shù)控機床的特點及應用范圍 6 1 4 1 數(shù)控機床的加工特點 6 1 4 2 數(shù)控機床的應用范圍 7 第二章 經濟型車床數(shù)控改造總體方案的確定 8 2 1 設計任務 8 2 2 總體數(shù)控改造方案設計 8 第三章主傳動系統(tǒng)設計 10 3 1 概述 10 3 1 1 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的特點 10 3 2 主傳動系統(tǒng)的配置方式 11 3 2 1 主傳動系統(tǒng)的主軸電動機的選型 11 3 2 2 交流主軸電機的調速 12 3 2 3 分級變速齒輪箱的傳動系統(tǒng)設計 13 3 2 4 主傳動系統(tǒng)組件的結構形式 17 第四章伺服進給系統(tǒng)的結構設計與計算 19 4 1 伺服進給傳動系統(tǒng)概述 19 4 2 步進電動機及開環(huán)進給控制 20 4 2 1 步進電動機的驅動控制 20 4 2 2 步進電機的驅動放大電路 23 4 2 3 步進電動機參數(shù)說明 26 4 3 縱向進給系統(tǒng)的設計計算 27 4 3 1 設計參數(shù) 27 4 3 2 縱向進給切削力的確定 28 4 3 3 縱向進給滾珠絲杠螺母副的計算和選型 28 4 3 4 縱向進給減速齒輪的設計與校核 31 4 3 5 縱向進給步進電動機的計算和選型 32 4 4 橫向進給系統(tǒng)的設計計算 35 4 4 1 橫向進給切削力的確定 35 4 4 2 橫向進給切削力的確定 35 4 4 3 橫向進給滾珠絲杠螺母副的計算和選型 35 4 4 4 橫向進給減速齒輪的設計與校核 37 4 4 5 橫向進給步進電動機的計算和選型 40 4 5 滾珠絲杠的安裝 42 4 5 1 滾珠絲杠的安裝形式 42 4 5 2 滾珠絲杠軸承的校核 43 4 5 3 消除齒輪間隙的措施 46 第五章自動回轉刀架的設計 48 5 1 自動回轉刀架主要類型及特點 48 5 2 自動回轉刀架的設計計算 48 5 2 1 自動回轉刀架步進電動機的選用 49 5 2 2 自動回轉刀架的蝸輪蝸桿設計計算 49 第六章電動尾座的設計 53 6 1 設計方案 53 6 2 電動尾座改造部分設計計算 53 6 2 1 電動尾座驅動電動機的選擇 53 6 2 2 電動尾座用的齒輪設計 53 第七章主軸編碼器的設計 56 7 1 編碼器工作原理 56 7 2 主軸編碼器的安裝 57 第八章數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)設計 58 8 1 概述 58 8 2 計算機數(shù)控 CNC 系統(tǒng)的簡介 59 8 2 1 概述 59 8 2 2 微處理器數(shù)控 MNC 系統(tǒng)的組成 60 8 3 CNC 系統(tǒng)的硬件結構 62 8 3 1 單微處理機與多微處理機結構 62 8 3 2 大板式結構與功能模塊式結構 63 8 4 CNC 系統(tǒng)的軟件 64 8 4 1 CNC 系統(tǒng)軟件的組成與功能 64 8 4 2 CNC 系統(tǒng)軟件的特點和結構 67 8 4 3 CNC 系統(tǒng)軟件結構的分類 69 8 5CNC 系統(tǒng)的工作過程 70 8 5 1 CNC 系統(tǒng)的數(shù)據段歷程 70 8 5 2 CNC 系統(tǒng)自動工作時的總體流程 70 8 6 運動軌跡的插補原理 71 8 6 1 運動軌跡插補的概念 71 8 6 2 運動軌跡插補的方法 72 8 6 3 逐點比較法 72 結論 79 參考文獻 80 致謝 81