CA6140车床经济型数控改造设计

横向进给系统图

CA6140车床经济型数控改造
摘要
数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用，但数控机床一次性投资较大，对机床进行数控化改造不失为一个良策。本设计利用数控装置对CA6140普通车床进行控制,主传动系统部分采用交流调频主轴电动机经带轮及分级齿轮变速箱驱动主轴，通过变频器和齿轮变速箱实现分段无级变速；进给系统采用步进电机通过减速后驱动滚珠丝杠运动，在纵向进给系统中通过一级齿轮减速后驱动滚珠丝杠，在横向进给系统中通过二级齿轮减速驱动滚珠丝杠；刀架改为自动转位刀架(四工位)从而实现自动换刀；通过MCS-51系列8051单片机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲信号控制进给速度和行程；为了保持切削螺纹的功能，要在主轴外端或其它适当部位装上脉冲发生器；将车床的手动尾座改造成为可控电动尾座。
本次设计的数控改造为经济适用型，改造简单易行，可降低劳动强度，提高生产效率。主要介绍了CA6140普通数控车床的主轴系统的改进及机床纵向、横向进给系统的改造设计及计算。
关键词： CA6140车床；数控改造；滚珠丝杠；步进电动机
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
目录
摘要i
ABSTRACT ii
1概述1
1.1经济型数控改造的实际意义1
1.1.1技术分析1
1.1.2经济分析1
1.1.3市场分析2
1.1.4生产分析2
1.1.5综合分析2
1.2数控机床的工作原理2
1.3数控机床的特点及应用范围3
1.3.1数控机床的加工特点3
1.3.2数控机床的应用范围4
2经济型车床数控改造总体方案的确定5
2.1总体数控改造方案设计5
3主传动系统设计6
3.1概述6
3.1.1数控机床主传动系统的特点6
3.1.2数控机床主传动系统的设计要求6
3.2主传动系统的配置方式6
3.2.1主传动系统的主轴电动机的选型6
3.2.2交流主轴电机的调速7
3.2.3分级变速齿轮箱的传动系统设计8
3.2.4主传动系统组件的结构形式11
4伺服进给系统的结构设计与计算12
4.1伺服进给传动系统12
4.2步进电动机及开环进给控制12
4.2.1步进电动机的驱动控制13
4.2.2步进电机的驱动放大电路13
4.3纵向进给系统的设计计算16
4.3.1设计参数16
4.3.2纵向进给切削力的确定16
4.3.3纵向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型17
4.3.4纵向进给减速齿轮的设计与校核19
4.3.5纵向进给步进电动机的计算和选型21
4.4横向进给系统的设计计算24
4.4.1横向进给切削力的确定24
4.4.2横向进给切削力的确定24
4.4.3横向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型25
4.4.4横向进给减速齿轮的设计与校核27
4.4.5横向进给步进电动机的计算和选型30
4.5滚珠丝杠的安装33
4.5.1滚珠丝杠的安装形式33
4.5.2滚珠丝杠轴承的校核33
4.5.3消除齿轮间隙的措施： 34
5自动回转刀架的设计36
5.1自动回转刀架的设计36
5.1.1自动回转刀架步进电动机的选用36
5.1.2自动回转刀架的蜗轮蜗杆设计计算37
6电动尾座的设计40
6.1设计方案40
6.2电动尾座改造部分设计计算40
6.2.1电动尾座驱动电动机的选择40
6.2.2电动尾座用的齿轮设计40
7主轴编码器的设计43
7．1编码器工作原理43
7．2主轴编码器的安装44
8数控车床数控系统设计45
8.1概述45
8.2计算机数控（CNC）系统的简介45
8.2.1概述45
8.2.2微处理器数控（MNC）系统的组成45
8.3 CNC系统的硬件结构45
8.3.1单微处理机与多微处理机结构45
8.4 CNC系统的软件46
8.4.1 CNC系统软件的组成与功能46
8.4.2 CNC系统软件的特点和结构49
8.4.3 CNC系统软件结构的分类50
8.5 CNC系统的工作过程50
8.5.1 CNC系统的数据段历程50
8.5.2 CNC系统自动工作时的总体流程51
8.6运动轨迹的插补原理52
8.6.1运动轨迹插补的概念52
8.6.2运动轨迹插补的方法52
8.6.3逐点比较法53
结论60
参考文献61
外文文献63
中文翻译72
致谢79

1概述
由于现代工业的飞速发展，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新换代，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。所以最经济的办法就是对普通机床的数控改造，这样既可以提高生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，采用此方法对中、小型企业来说十分理想。
1.1经济型数控改造的实际意义
目前，各企业一般都有不少普通车床，完全用数控车床加以替换根本不可能。解决这个问题，必须走普通车床数控改造之路。日本大企业中有26%的机床经过数控化改造，而中小企业则占74%;美国有许多数控专业化公司为用户提供数控改造服务。我国拥有300万台机床，其中大量的是通用车床。因此，普通车床的数控改造，大有可为。
数控改造一般是指对普通车床某些部位作一定的改造，配上数控装置，从而使车床具有数控加工能力。

电气原理图

目录

调隙式齿轮

主轴箱装配图

装配图

自动回转刀架

纵向进给系统图