CA6132型普通车床数控化改造设计.doc

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1、摘要数控机床价格昂贵，一些企业要做一次性投资购买全新的数控机床经济上负担不起。针对这种情况，本课题提出对普通车床进行数控化改造，寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法。本设计论文以CA6132为例，阐述了普通数控车床的主轴系统的改进及机床控制系统的改造。机械部分的设计主要根据机械工业部的相关标准进行设计，并尽可能的选用标准件，以使总体成本下降，提高其通用性和经济性。对主轴箱的改造采用了电磁离合器来改变齿轮的传动路线，同时结合变速手板的不同位置来达到主轴不变速要求。采用滚珠丝杆对原动机床的纵向、横向进给系统进行改造，驱动装置为

2、步进电机。在主轴安装了主轴脉冲发生器，由脉冲发生器发出脉冲信号到CNC系统，再由CNC系统控制步进电机，实现进给运动。电气控制部分考虑到实际情况，单片机在国应用较为广泛，且用户反映普遍较好,价格也不昂贵。8031单片机是整个数控装置的核心。关键词:CA6132车床数控改造滚珠丝杠8031单片机目录第一章绪论41.1机床的数控化改造41.1.1机床进行数控化改造的现状41.1.2机床进行数控化改造的必要性51.2数控机床与数控技术71.2.1数控机床71.2.2数控技术92.3轴联动加工和复合加工机床快速发展15第二章设计方案和

3、基本方案的确定212.1设计任务212.2总体方案设计的容212.2.1伺服驱动电机的选择212.2.2控制芯片的选择222.2.3微机数控制系统功能222.3数控系统各部件的结构及其工作原理232.3.1主控器232.3.2选择芯片252.3.3地址分配器及译码262.4接口电路及辅助电路具体设计27第三章进给伺服系统传动计算323.1确定系统脉冲当量323.2切削力的确定323.3滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型333.3.1计算进给牵引力333.3.2计算最大动负载C343.3.3传动效率计算353.3.4刚度计算353

4、.4进给伺服系统传动计算363.4.1确定传动比363.4.2齿轮参数的计算363.5步进电机的计算和选用363.5.1转动惯量的计算363.5.2电机力矩的计算383.5.3步进电机的选择40结论42致谢43参考文献44第一章绪论1.1机床的数控化改造1.1.1机床进行数控化改造的现状目前，关于机床改造方面的报道比较多，其方法多种多样，具体表现在:1.根据用户的需求可以选择不同的数控系统。2.根据要求可以进行经济性数控化改造，也可以进行智能化数控机床改造。不管哪种形式的数控改造，最基本的思路是要满足用户的基本使用需求。但目前

5、对车床的数控化改造，主要是经济性数控化改造。在改造过程中，主要沿用系统供应商提供的外部接线要求进行控制电路设计，没有对系统进行深入的分析研究，不能结合实际应用解决当前同类机床存在的问题，比如:现在的机床普遍采用正逻辑控制，当限位保护电路，如发生电路开路或接触不良时，不会立即报警，容易造成事故。针对目前同类数控机床使用中存在的问题，经过仔细的研究和分析系统特性，在改造机床时所有限位保护电路均采用负逻辑，如发生电路开路或接触不良时会立即报警，防止意外事故发生；设定了特殊的限位控制装置，使刀架在特定的位置不能换刀，保证了生产安全。这

6、一技术已经申请了国家发明专利。另外，我们知道车床加工的主要任务是承担轴类、套类、盘类等零件的加工。成本、质量、生产率和产量、交货期是衡量企业生产能力和市场竞争能力的4个要素，采用传统的非数控生产方式只有达到一定闭值的大批量的规模生产才能取得上述4个方面的统一。但在当前激烈的市场竞争环境下，以生产为中心，企业为主导的卖方市场已转向以市场需求为中心用户为主导的买方市场，产品需求呈现多样化和个性化，且产品经济寿命大大缩短，这首先将形成以多品种变批量的生产方式为主流的生产环境；其次，衡量企业竞争力的首位因素也由成本转为交货期。为此，发

7、展柔性结构体系的数控制造装备及制造系统是实现在快速多变的市场环境中对用户驱动的市场需求作出灵活、快速响应的关键。所谓制造装备及制造系统的柔性化是指当产品的品种的需求发生变化时，它们仍能在满足经济性的前提下，实现及时转换生产的适应能力。同时，持续地提高经济加工精度也是适应市场竞争的另一个主要目标。因而作为评定数控机床及系统效能的基本指标也将由传统的工作精度和切削能力改为用高效柔性和高精化的程度来衡量。高效柔性化和高精化分别反映了制造业在竞争激烈的市场环境下的两个最主要的要求，即产品生产变换的灵捷性和产品质量的持续提高。如何达到上

8、述要求，进一步提高其生产的柔性化，达到操作的简便易行，在改造过程中利用成组技术，来把单件多品种生产转变成变品种的批量生产，设计共用化的程序存入系统，减少编程的麻烦，提高了加工效率。这一创新思路是目前市场上没有的，该技术己申请专利。同时采用无级变速方式，使其转速提高到2000r