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中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué) 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 姓 名 李曉瑞 學(xué) 號(hào) 14030370 學(xué) 院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目 普通車床的數(shù)控改造 專 題 CA6140 車床數(shù)控改造 指導(dǎo)教師 付俊杰 職 稱 副教授 二 O O 七年 五 月 徐州 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 機(jī)自 03 8 學(xué)生姓名 李曉瑞 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2007 年 3 月 25 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期 2007 年 3 月 25 日至 2007 年 6 月 15 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 普通車床數(shù)控改造 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目 CA6140 車床數(shù)控改造 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求 對(duì) CA6140 車床進(jìn)行數(shù)控改造 要求實(shí)現(xiàn)主軸的分級(jí)無(wú)級(jí) 變速 縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為 0 01mm 脈沖 橫向進(jìn)給系統(tǒng)脈 沖當(dāng)量為 0 005mm 脈沖 刀架改為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 四工位 從而實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)換刀 通過(guò) MCS 51 系列 8051 單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理 由 I O 接口輸出步進(jìn)脈沖信號(hào)控制進(jìn)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(dāng)部位裝上脈沖發(fā)生器 院長(zhǎng)簽字 指導(dǎo)教師簽字 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握 獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力 研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 工作態(tài)度及 工作量 總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī) 存在問(wèn)題 是否同意答辯等 成 績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) 選題的意義 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握 綜合運(yùn)用所 學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力 工作量的大小 取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn) 寫(xiě)作的規(guī)范程度 總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī) 存在問(wèn)題 是否同意答辯等 成 績(jī) 評(píng)閱教師簽字 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 回 答 問(wèn) 題 提 出 問(wèn) 題 正 確 基 本 正 確 有 一 般 性 錯(cuò) 誤 有 原 則 性 錯(cuò) 誤 沒(méi) 有 回 答 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī) 答辯委員會(huì)主任簽字 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī) 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人 年 月 日 摘 要 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用 但數(shù)控機(jī)床一次性投資較大 對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造不失為一良策 本設(shè)計(jì)利用數(shù)控裝置對(duì) CA6140 普通車床進(jìn) 行控制 主傳動(dòng)系統(tǒng)部分 采用交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶輪及分級(jí)齒輪變速箱驅(qū)動(dòng) 主軸 通過(guò)變頻器和齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)分段無(wú)級(jí)變速 進(jìn)給系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)通過(guò) 減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠運(yùn)動(dòng) 在縱向進(jìn)給系統(tǒng)中通過(guò)一級(jí)齒輪減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠 在橫向進(jìn)給系統(tǒng)中通過(guò)二級(jí)齒輪減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠 刀架改為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 四工 位 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀 通過(guò) MCS 51 系列 8051 單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理 由 I O 接口輸出步進(jìn)脈沖信號(hào)控制進(jìn)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(dāng)部位裝上脈沖發(fā)生器 將車床的手動(dòng)尾座改造成為可控電動(dòng) 尾座 本次設(shè)計(jì)的數(shù)控改造為經(jīng)濟(jì)適用型 改造簡(jiǎn)單易行 可降低勞動(dòng)強(qiáng)度 提高 生產(chǎn)效率 主要介紹了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 闡述了CA6140普 通數(shù)控車床的主軸系統(tǒng)的改進(jìn)及機(jī)床縱向 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)及計(jì)算 關(guān)鍵詞 CA6140 車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 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(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的實(shí)際意義 1 1 1 1 技術(shù)分析 1 1 1 2 經(jīng)濟(jì)分析 1 1 1 3 市場(chǎng)分析 2 1 1 4 生產(chǎn)分析 2 1 1 5 綜合分析 2 1 2 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 2 1 3 數(shù)控機(jī)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(yùn)動(dòng)的方式分類 4 1 3 3 按驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)分類 4 1 4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 6 1 4 1 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn) 6 1 4 2 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 7 第二章 經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控改造總體方案的確定 8 2 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 8 2 2 總體數(shù)控改造方案設(shè)計(jì) 8 第三章主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 3 1 概述 10 3 1 1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 10 3 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式 11 3 2 1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的主軸電動(dòng)機(jī)的選型 11 3 2 2 交流主軸電機(jī)的調(diào)速 12 3 2 3 分級(jí)變速齒輪箱的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3 2 4 主傳動(dòng)系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)形式 17 第四章伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 4 1 伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)概述 19 4 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及開(kāi)環(huán)進(jìn)給控制 20 4 2 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制 20 4 2 2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)放大電路 23 4 2 3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)說(shuō)明 26 4 3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 4 3 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 27 4 3 2 縱向進(jìn)給切削力的確定 28 4 3 3 縱向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 28 4 3 4 縱向進(jìn)給減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核 31 4 3 5 縱向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 32 4 4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 35 4 4 1 橫向進(jìn)給切削力的確定 35 4 4 2 橫向進(jìn)給切削力的確定 35 4 4 3 橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 35 4 4 4 橫向進(jìn)給減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核 37 4 4 5 橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)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(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì) 48 5 1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架主要類型及特點(diǎn) 48 5 2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)計(jì)算 48 5 2 1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 49 5 2 2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算 49 第六章電動(dòng)尾座的設(shè)計(jì) 53 6 1 設(shè)計(jì)方案 53 6 2 電動(dòng)尾座改造部分設(shè)計(jì)計(jì)算 53 6 2 1 電動(dòng)尾座驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇 53 6 2 2 電動(dòng)尾座用的齒輪設(shè)計(jì) 53 第七章主軸編碼器的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 58 8 1 概述 58 8 2 計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(jié)構(gòu) 62 8 3 1 單微處理機(jī)與多微處理機(jī)結(jié)構(gòu) 62 8 3 2 大板式結(jié)構(gòu)與功能模塊式結(jié)構(gòu) 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(diǎn)和結(jié)構(gòu) 67 8 4 3 CNC 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的分類 69 8 5CNC 系統(tǒng)的工作過(guò)程 70 8 5 1 CNC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)段歷程 70 8 5 2 CNC 系統(tǒng)自動(dòng)工作時(shí)的總體流程 70 8 6 運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)原理 71 8 6 1 運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)的概念 71 8 6 2 運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)的方法 72 8 6 3 逐點(diǎn)比較法 72 結(jié)論 79 參考文獻(xiàn) 80 致謝 81