CA6140车床经济型数控改造设计[毕业论文+CAD图纸]

数控毕业论文：CA6140车床经济型数控改造设计含论文，CAD图纸

CA6140车床经济型数控改造设计[毕业论文+CAD图纸]

摘 要

当前我国的机械制造业中拥有大量的普通机床，这些机床在加工中常常会出现加工精度达不到要求的现象，并且自动化程度低，生产效率不高，已经不能满足现代化的生产需要。但是用自动化程度高的数控机床代替现有设备，不仅成本较高，并且大量闲置下来的普通机床也会造成巨大的浪费，因此，对普通车床进行数控化改造不失为一种良策。本次改造对象是CA6140型普通卧式车床，利用微机对车床的纵、横向进给伺服系统进行开换控制，纵向脉冲当量为0.01mm/p，横向脉冲当量为0.005mm/p，驱动元件采用步进电动机，并能控制主轴的开、停、无级变速；刀架的自动转位；各种螺纹的加工；尾座的自动顶紧及一些辅助功能。改造后的机床能完成一般车削及加工任意锥面、球面、螺纹等加工工序，使加工实现自动化。改造的主要内容有：

1. 系统运动方式的确定；

2. 伺服系统的选择；

3. 执行机构及传动方式的确定；

4. 计算机系统的选择；

关键词：滚珠丝杠 步进电动机 传感器 电动尾座

ABSTRACT

At present, China's machinery manufacturing industry has an abundance of general machine tools, machine tools in the processing of these often appear in the processing precision can not meet the requirementphenomenon, and the low degree of automation, production efficiency is not high, has been unable to meet modern production needs. But with a high degree of automation of CNC machine tools to replace existing equipment, not only high cost of idle down and a large number of general machine tools will cause huge waste, so the general transformation of CNC lathes for after all, a good policy. The transformation of ordinary objects is CA6140 horizontal lathe, computer use on the lathe vertical and horizontal feed servo control system for open, vertical pulse equivalent to 0.01 mm / p, horizontal pulse equivalent to 0.005 mm / p, a stepper motor drive components, and control of a spindle, Stop, CVT; Holders of the automatic places; various threads of processing; Tailstock the automatic top tight and some auxiliary functions. After transformation of general machine tools to complete the processing and turning arbitrary cone, spherical, thread, such as processing, automated processing.such as the choice of content:

1. Mode of movement system to be confirmed;

2. Servo system of choice;

3. Implementing agencies and the transmission mode of determining;

4. The choice of computer systems;

Key words: Ball Screw Stepper motor Sensors Electric Tailstock

目 录

1 数控机床概述……………………………………………………………………
1.1数控机床的概念…………………………………………………………
1.1.1数控机床的产生和发展简史…………………………………………
1.1.2数控机床的特点………………………………………………………
1.2数控机床的工作原理及组成……………………………………………
1.2.1数控机床的工作原理…………………………………………………
1.2.2数控机床的组成………………………………………………………
1.3机床数控化改造…………………………………………………………
1.3.1机床数控化改造的必要性……………………………………………
1.3.2普通机床数控化改造的内容…………………………………………
1.3.3普通车床数控化改造总体方案的确定………………………………
2 伺服进给系统的结构设计与计算………………………………………………
2.1纵向进给系统的设计计算………………………………………………
2.1.1纵向进给切削力Fc的确定……………………………………………
2.1.2滚珠丝杠副的计算和选型……………………………………………
2.1.3减速齿轮的设计与校核………………………………………………
2.1.4步进电动机的选择……………………………………………………
2.2横向进给系统的设计计算………………………………………………
2.2.1横向进给切削力Fc的确定……………………………………………
2.2.2滚珠丝杠副的计算和选型……………………………………………
2.2.3减速齿轮的设计与校核………………………………………………
2.2.4步进电动机的选择……………………………………………………
2.3进给系统典型系统部件简介……………………………………………
2.3.1步进电动机……………………………………………………………
2.3.2滚珠丝杠副……………………………………………………………
3 主轴脉冲发生器…………………………………………………………………
3.1脉冲发生器的分类………………………………………………………
3.2脉冲发生器的安装………………………………………………………
3.2.1安装方式………………………………………………………………
3.2.2注意问题………………………………………………………………
4 自动转位刀架的设计……………………………………………………………
4.1自动换刀装置的主要类型和特点………………………………………
4.2自动回转刀架的设计……………………………………………………
4.2.1自动回转刀架类型的选择……………………………………………
4.2.2自动回转刀架的设计计算……………………………………………
4.3位置和速度传感器的使用………………………………………………
4.3.1位置和速度传感器的概述……………………………………………
4.3.2位置传感器的应用……………………………………………………
4.3.3位置传感器的安装和调试……………………………………………
4.3.4速度传感器……………………………………………………………
5 电动尾座的设计…………………………………………………………………
5.1设计方案…………………………………………………………………
5.2电动尾座的工作原理……………………………………………………
6 车床数控系统设计………………………………………………………………
6.1CNC系统概述………………………………………………………………
6.1.1CNC系统的总体结构……………………………………………………
6.1.2CNC系统各部分的功能…………………………………………………
6.2车床改造的数控系统设计………………………………………………
6.2.1数控系统单片机的选择………………………………………………
6.2.2MCS-51单片机硬件结构及各部分功能………………………………
6.2.3MCS-51单片机扩展存储器的设计……………………………………
6.2.4MCS-51 I/O的扩展……………………………………………………
6.2.5MCS-51与键盘、显示器的接口设计…………………………………
6.3普通车床数控化改造实现的功能………………………………………
结论…………………………………………………………………………………
参考文献……………………………………………………………………………
翻译部分……………………………………………………………………………
英文原文………………………………………………………………………
中文原文………………………………………………………………………

绪 论

近年来随着我国经济建设步伐的快速前进，机械制造业也如雨后春笋般呈现出一片勃勃生机。快速的发展必然对相应的硬件设备提出了较高的要求，机床首当其冲。如今我国的车床多数是普通的车床，无论是效率还是精度都很难适应社会的发展需要，而数控机床的高昂价格也让人望而却步。如今对普通车床进行数控化改造势在必行。可喜的是，近几年来，我国在实用化和产业化等方面已取得了很好的成绩。本次我是对本校现有的CA6140型普通卧式车床进行数控化改造。

1 数控机床的概述

1.1数控机床的概念

数控机床是装备了数控系统的机床，既包括了NC机床，也包括CNC机床。数字控制机床(Numerical Controlled Machine Tool)，简称NC机床。数控系统是一种控制系统，它能控制机床的运动和加工过程。计算机数控机床(Computerized Numerical Controlled Machine Tool)，简称CNC机床，是利用具有专门存储程序的计算机来实现对机床的全部或部分控制功能。工作原理是:将数控加工程序输入到数控装置，再由数控装置控制主运动的变速、进给运动的方向、速度和位移大小，以及诸如刀具的选择、交换、工件夹紧、送开和冷却的起、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格按数控程序的要求进行工作。

1.1.1数控机床的产生及发展简史

1.数控机床的产生

随着科学技术的发展，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品零部件的生产设备——机床也相应地提出了高性能、高精度与高自动化的要求。
在机械产品中，单件与小批量产品占到70%~80%，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上需要人工操作，难以提高生产效率和保证生产质量。特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
数字控制机床就是为了解决单件、小批量，特别是复杂型面零件加工的自动化，并保证质量要求而产生的。

2.数控机床的发展简史

1946年诞生了世界上第一台电子计算机。6年后，即在1952年，计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经理了两个阶段和六代的发展。

第一阶段:数控(NC)阶段(1952~1970年)。早期采用数字逻辑电路组合成一台机床，专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控(HARDWIREDNC)，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代——电子管时代;1959年的第二代——晶体管时代;1965年的第三代——小规模集成电路时代。

第二阶段:计算机数控(CNC)阶段(1970年~现在)。到1970年，通用小型计算机作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段。到1971年，美国INTEL公司第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器(MICROPROCESSOR)，又可称为中央处理单元(简称CPU)。

到1974年，微处理器被应用于数控系统。到了1990年，PC的性能已发展到较高的水平，从8位、16位，发展到32位，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控的发展也经历了三代。即1970年的第四代——小型计算机;1974年的第五代——微处理器和1990年的第六代——基于PC(国外称为PC—BASED)。必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。因此，数控技术经过了近30年的发展才走向普及应用。

1.1.2数控机床的特点

数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用，是因为它具有如下特点：

1）能适应不同零件的自动加工。数控机床是按照被加工零件的数控程序来进行加工的，当改变加工零件时，只要改变数控程序，不必用凸轮、靠模、样板或钻镗磨等专用工艺装备。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。

2）工序集中。数控机床在结构和功能设计时，充分考虑了工序集中，使机床在粗加工时有足够的刚度，在精加工时又有可靠的精度。因此，一次装夹可实现粗加工到精加工的不同工序，减少了机床、夹具的数量，也减少了因重新装夹造成的误差，同时嫩够缩短等待和装夹等辅助时间。

3）生产效率和加工精度高、加工质量稳定。在数控机床上，可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。还有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量。所以，比普通机床的生产率高3~4倍，甚至更高。同时，由于数控机床的精度较高，可以利用软件进行精度校正和补偿，又因为它是根据数控程序自动进行加工，可以避免认人为的误差。因此，不但加工精度高，而且质量稳定。

4）能完成复杂型面的加工。数控机床几乎可以实现任何轨迹的运动和任何形状的空间曲面的加工，如用普通机床难以加工的螺旋桨、汽轮机的叶片等空间曲面，采用数控机床则能较好地完成这些曲面的加工。能实现复杂型面加工是数控机床较突出的优点。

5）减轻工人的劳动强度。由于数控机床实现自动化或半自动化加工，许多辅助动作均由机床完成，因此工人的劳动量减少。

1.2数控机床的工作原理及组成

1.2.1数控机床的工作原理

具体而言,数控机床的工作过程，即加工零件的过程,其主要步骤是：

①根据被加工零件图中所规定的零件的形状、尺寸、材料及技术要求等，制定工件加工的工艺过程，刀具相对元件的运动轨迹、切削参数以及辅助动作顺序等，进行零件加工的程序设计；

②用规定的代码和程序格式编写零件加工程序单；

③按照程序单上的代码制作穿孔带（控制介质）；

④通过输入装置（如光电阅读机）把孔带上的加工程序输入给数控装置；

⑤启动机床后，数控装置根据输入的信息进行一系列的运算和控制处理，将结果以脉冲形式送往机床的伺服机构；

⑥伺服机构驱动机床的运动部件，使机床按程序预定的轨迹运动，从而