c6140车床数控化改造课程设计

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1、C6140车床数控化改造设计目录第一节设计任务21.1题目：21.2任务2第二节总体方案的确定2第三节机械系统的改造设计方案33.1主轴系统的改造方案33.2安装电动卡盘33.3换装自动回转刀架33.4螺纹编码器的安装方案43.5进给系统的改造与设计方案4第四节进给传动部件的计算和选型54.1脉冲当量的确定54.2切削力的计算54.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型64.4同步带减速箱的设计84.5步进电动机的计算与选型104.6同步带传递效率的校核13第五节绘制进给传动机构的装配图14第六节控制系统硬件电路设计15第七节步进电动机驱动电源的选用16第八节控制系统的部分软件设计17参考文献21第

2、22页共22页C6140车床数控化改造设计第一节设计任务1.1设计方案的确定：C6140普通车床数控化改造设计。C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造，用微机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进

3、行的加工尺寸是粗、半精加工。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。1.2任务将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下：（1）床身上最大加工直径;（2）最大加工长度；（3）X方向（横向）的脉冲当量，Z方向（纵向）；（4）X方向最快移动速度，Z方向为；（5）X方向最快工进速度，Z方向为；（6）X方向定位精度，Z方向；（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；（8）安装螺纹编

4、码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程；（9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；（10）自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；（11）自动控制冷却泵的启/停;（12）安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；第22页共22页C6140车床数控化改造设计（1）纵、横向安装限位开关；（2）数控系统可与PC机串行通信；（3）显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。第二节总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。由于是对车床进行数控改造，所以在考虑具体方案

5、时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。1．普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。2．普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。3．根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。4．根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘

6、与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等，还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。5．为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。6．计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有消间隙机构。7．选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。第三节机械系统的改造设计方案3.1主轴系统的改造方案对普通机床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可以减少机械改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数

7、控系统来控制。若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用2~4速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。第22页共22页C6140车床数控化改造设计改造C6140车床时，若采用有级变速，可选用浙江超力有限公司生产的YD系列变级多速