车床数控改造论文设计

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1、目录第一章车床数控改造的总体构思与技术方案1.1设计任务1.2总体方案的论证1.3总体改造方案的确定1.4机械部分的改造1.5数控部分的改造第二章普通车床主要结构的数控改造2.1数控系统2.1.1数控系统的选择2.1.2电气控制原理2.2纵向（Z向）进给系统的改造2.2.1改造思路2.2.3纵向进给切削力的确定2.2.4纵向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型2.2.5实施步骤2.3横向（X向）进给系统的改造2.3.1改造思路2.3.2实施步骤2.4刀架2.4.1改造思路2.4.2实施步骤2.5主轴传动系

2、统与滑动导轨的改造2.5.1改造思路2.5.2实施步骤2.5.3滑动导轨2.6编码器2.6.1改造思路共27页第27页2.6.2实施步骤第三章光栅尺安装与调试3.1光栅尺的安装3.2光栅尺的校正第四章CA6140数控改造步进电机的设计4.1步进电机的工作方式4.2步进电机的选择4.2.1CA6140纵向进给系统步进电机的确定4.2.2CA6140横向进给系统步进电机的确定第五章数控机床精度的控制5.1反向偏差5.2定位精度第六章设计总结致谢参考文献共27页第27页第一章车床数控改造的总体构思与技术方

3、案本次改造的普通车床型号为CA6140，长度750毫米（如图2.1）。数控改造主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。为简化结构、降低成本，拟采用步进电机开环控制系统。通过控制纵、横进给系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。图2.1CA6140车床实物图1.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开

4、环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。1.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。(1)控系统运动方式的确定共27页第27页数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）

5、伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：a)时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；b)可扩展存储器的容量

6、与数控功能的强弱相关；c)I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM

7、的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。1.3总体改造方案的确定CA6140车床主要用于对中小型轴类、盘类及螺纹零件的加工，加工这些零件工艺上要求机床应完成的工作内容有：能够控制主轴正反转，实现不同切削速度的主轴变速；刀架能够实现纵向和横向的进给运动，并具有在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具的功能；加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个加工螺纹的螺距或导程。这些内容就是数控化改造后数控系统需要控制的

8、对象。数控机床由机床、数控系统和外围技术三部分组成。普通车床改造的目的是利用数控系统控制车床自动完成机械加工任务，提高车床的加工精度和生产效率。在考虑经济型数控机床改造具体方案时，所遵循的原则是在满足需要的前提下，对原有车床尽可能减少改动，以降低改成本。改造中需要解决的问题是：将机械传动的进给和手动控制的转位刀架改造成数控装置控制的自动转位刀架和自动进给的数控加工车床。根据CA6140A车床的有关资料，确定总体方案为：共27页第27页利用数控系统对输入的加工程序进行运