CA6140车床的经济型数控改造设计机械 毕业设计new.docx

摘要我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形式下将大批故障机床尤其是一大批闲置的普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这批设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。此次毕业设计中，我主要改造的部分是自动刀架、传动机构的滚珠丝杠的加入，实现了单片机控制，并对步进电机进行了选择，并加入了主轴脉冲发生器,使车床的精度，安全性得到了一定的提高，同时节省了操作时间。关键词: 滚珠丝杠 单片机 脉冲发生器 自动刀架目 录第1章 绪论-1 1.1 国内外车床发展概况及存在的问题-11.2 数控化改造的内容-21.3 数控机床的发展趋势-2第2章 C6140普通车床数改的总体方案-42.1 总体改造方案-42.2 主传动系统和进给系统的改造-42.2.1 机械部分的改造-52.2.2 刀架的改造-5第3章 数改C6140车床传动装置设计-53.1 传动装置总体设计-53.2 滚珠丝杠螺母副选择-63.2.1 滚珠丝杠副的特点及类型-73.2.2 滚珠丝杠副的结构-83.3 纵向进给系统的设计与计算-93.3.1 纵向进给系统的设计计算-93.3.2 滚珠丝杠设计计算-113.3.3 齿轮及转矩的有关计算-153.4 横向进给系统的设计计算-193.4.1 横向进给系统的设计计算-193.4.2 滚珠丝杠设计计算-203.4.3 齿轮及转矩有关计算-223.5 滚珠丝杠副的安装结构-243.6 进给系统传动齿轮间隙的消除-253.6.1 采用减速箱的目的及注意事项-253.6.2 减少或消除空程的必要性和方法-25第4章 数改C6140自动刀架设计-264.1 自动刀架的分类-264.2 自动刀架的设计-27 4.2.1 刀架抬起-274.2.2 刀架转位-274.2.3 刀架定位-274.2.4 夹紧刀架-28第5章 数改C6140步进电机的选择-295.1 步进电机的工作方式-295.2 步进电机的选择-29 5.2.1 数改C6140纵向进给系统步进电机的确定-29 5.2.2 数改C6140横向进给系统步进电机的确定-305.3 主轴脉冲发生器-305.4 主轴脉冲发生器的结构及原理-315.5 数控系统基本硬件组成-325.6 单片机控制系统的设计-33 5.6.1 硬件配置-33 5.6.2 存贮器空间分配-33 5.6.3 I/O口地址分配-34 5.6.4 光电隔离电路-34第一章 绪论1.1国内外车床发展概况及存在的问题随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。1.2数控化改造的内容机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：（1）是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；（2）进行数控改造，用单片机控制步进电机输出动力（3）改造传动装置，加装滚珠丝杠及滚珠丝杠螺母副（4）把传统刀架改装成六方自动对刀刀架1.3.数控机床的发展趋势 数控系统在性能上、市场的适应性和体系结构等方面有如下几个发展趋势: (1)高速、高精度、高效、高可靠性 要提高加工效率，首先必须提高切削速度和进给速度，同时，还要缩短加工时间;要确保加工质量，必须提高机床部件运动轨迹的精度，而可靠性则是上述目标的基本保证。目前先进的数控机床进给速度已达 80-120m/min，加工精度可以达到 。01 um，可以直接进行纳米级精度的加工。 (2)集成化、柔性化 70年代末出现了计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System, CIMS)的概念，是通过网络、数据库等支撑工具把计算机辅助设计、制造、管理等自动化单元有机地连接起来，解决市场上多变的批量生产自动化问题0 80年代初，国际上又出现了柔性制造系统(Flexible Manufacture System, FMS)，为适应制造自动化的发展，向FMC,FMS和CIMS提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还能够具备自动测量，自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿，自动诊断、进线和联网功能，特别是依据用户的不同要求，可方便地灵活配置及集成。 (3)智能化 智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化，如前馈控制，电机参数的自适应运算，自动识别负载自动选定模型，自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。 (4)普及性和个性化 为了适应数控机床多品种、小批量的特点，数控系统又要尽可能扩大批量，为此，数控系统生产厂家不仅应能生产通用的普及型数控系统，而且更应能生产带有个性化的数控系统，特别是设计、生产能够由用户自己增加专有功能的普及型数控系，这是市场份额最大的数控系统，也是最有竞争力的数控系统，这也是适应性的体现。 (5)开放性 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统。例如，美国的 NGC和 OMAC计划;欧共体的OSACA计划;日本的OSEC计划等。NGC的体系结构是在虚拟机械的基础上建立起来的，通过虚拟机械把子系统和模块链接到计算机平台上。 随着科学技术的进步和先进制造技术的发展，对数控技术和装备的要求越来越高，其中对控制精度和加工速度方面的要求尤为突出。这不仅要求数控系统能实现高速多轴联动控制，而且必须具有亚微米级的控制精度，这样才能高效完成复杂轮廓的高精度加工和在线检测。此外，越来越多的数控机床将采用直线电机驱动技术，彻底冲破了常规驱动方法的速度和精度上限，对数控系统控制精度和速度方面的指标不断提出新的挑战。 近20年来，我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。为适应国内外市场需要，我国数控、专用、成套等高技术产品发展较快。数控机床的品种已从“七五”时期的二百种增加到五百种以上，新产品中达到九十年代初水平的占40% ，数控机床已经覆盖金属切机床的大多数品种，为国民经济提供了一批先进适用的技术装备，数控机床己经成为我国机床行业的新的经济增长点。第二章 C6140普通车床数改的总体方案2.1总体改造方案由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。根据C6140车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。2.2主传动系统和进给系统的改造C6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开。分别由各自的步进电机来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。同时，为了提高机床的精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。2.2.1. 机械部分的改造首先拆去进给箱、溜板箱；还要对车床的床鞍进行部分的改造，拆去纵向小拖板、 横向拖板的丝杠换成滚珠丝杠，并且由一端驱动的步进电机来控制。2.2.2刀架的改造C6140普通车床的刀架不能满足数改后的车床的性能和精度的要求。所以，必须要换成数控自动刀架。详细设计说明书及设计图纸 联系qq：1285906077