毕业论文：CA6140普通车床数控改造设计 ㊣ 精品文档 值得下载

较方便，并且具有很好的稳定性。

目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成体，使结构更加紧凑。

闭环控制数控机床闭环控制数控机床的特点是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。

混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床。

混合控制系统又分为两种形式开环补偿型控制方式。

其特点是基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加个校正电路。

通过装在工作台上的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。

半闭环补偿型控制方式。

其特点是用半闭环控制方式取得高速度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统。

数控机床的特点及应用范围数控机床的加工特点加工精度高目前数控机床的脉冲当量普遍达到了，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿。

数控机床的加工精度由过去的提高到。

定位精度年代初中期已达到。

对加工对象的适应性强在数控机床上改变加工零件时，只需重新编制更换程序，输入新的程序后就能实现对新零件的加工。

自动化程度高，劳动强度低数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板装卸零件关键工序的中间测量以及观察机床的运行外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到了相应的改善。

生产效率高数控机床能有效的减少机动时间与辅助时间，每道工序都能选用最有利的切削用量，选用了很高的空行程运动时间。

因而消耗在快进快退和定位的时间比般机床少得多。

良好的经济效益在单件小批量生产的情况下，可以节省工艺装备费用辅助生产工时生产管理费用及降低废品率等，因此能够获得良好的经济效益。

有利于现代化管理用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具半成品的管理工作。

这些特点都有利于使生产管理现代化。

数控机床的应用范围数控机床最适合加工具有以下特点的零件多品种小批量生产的零件形状结构比较复杂的零件精度要求高的零件需要频繁改型的零件价格昂贵，不允许报废的关键零件需要生产周期短的急需零件批量较大，精度要求高的零件。

第二章经济型车床数控改造总体方案的确定设计任务采用标准语言，绝对增量方式混合编程。

连续方式控制，向二轴。

脉冲当量向，脉冲向脉冲。

快速定位速度轴为，轴为。

最大编程尺寸士，位数码管。

最大加工速度直线为，圆弧为。

螺纹加工公制，英制牙吋。

数控系统程序存储器和数据存储器各。

总体数控改造方案设计本次设计属于经济型数控化改造，基本原则是在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。

总体方案为本设计利用数控装置对普通车床进行控制，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系列单片机对数据进行计算处理，由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。

第三章主传动系统设计概述主传动系统是用来实现机床主运动的传动系统，它应具有定的转速和定的变速范围，并能方便地实现运动的开停变速换向和和制动。

主传动系统包括电动机传动系统和主轴部件，相比普通车床的主传动系统在结构上比较简单，因为变速功能由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，只有二级或三级齿轮变速系统用以扩大电动机无级调速的变速范围。

数控机床主传动系统的特点与普通机床比较，数控机床主传动系统具有下列特点转速高功率大。

使数控机床能进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。

变速范围宽。

般，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率加工精度和表面质量。

主轴变速迅速可靠。

数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。

主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。

数控机床主传动系统的设计要求主轴具有定的转速和足够的转速范围转速级数，能够实现运动的开停变速换向和和制动。

主电动机具有足够的功率，全部机构和元件磨损小寿命长维护简单，使用寿命是普通滑动丝杠的倍。

传动具有可逆性不能自锁，由于摩擦因数小，不能自锁因而使该机构的传动具有可逆性，即不仅可以把旋转运动转化为直线运动，而且还可以把直线运动转化为旋转运动。

同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。

有专业厂生产，选用配套方便，目前滚珠丝杠不仅广泛应用于数控机床，而且越来越多地代替普通丝杠螺母机构，用于各种精密机床和精密装置。

计算进给牵引力式中考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取滑动导轨摩擦系数，取溜板及刀架重力，。

计算最大动负载，。

式中滚珠丝杠导程，初选。

最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的，此处使用寿命，数控机床用滚动丝杠寿命运转系数，按般运转取寿命，以为单位，纵向进给滚珠丝杠螺母副的选型滚珠丝杠副选择的主要依据是工作动负荷必须小于滚珠丝杠的额定动负荷，即必须满足。

公称直径越大，承载能力和刚度越大，数控机床常用进给丝杠的公称直径为取滚珠丝杠副按其使用范围及要求分为个精度等级，即，级最高，其余依次降低般选用级，数控机床及精密机械可选级，滚珠丝杠副的精度直接影响定位精度承载能力和接触刚度，故选择级精度。

查表可采用外循环双螺母垫片预紧的双螺母滚珠丝杠副。

字母含意外循环插管垫片预紧插管埋入式。

其几何参数如下公称直径导程钢球直径螺旋角丝杠外径循环列圈数额定动载荷额定静压载荷刚度传动效率计算丝杠副传动效率η式中螺旋升角滚珠丝杠摩擦角。

滚动摩擦系数。

丝杠的刚度验算工作时受轴向力和扭转作用，因丝杠受扭时引起的导程变化很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量式中丝杠导程进给牵引力弹性模量滚珠丝杠截面积按外径确定则丝杠长度上导程变形总误差总三级精度滚珠丝杠允许误差为故刚度足够。

丝杠的稳定性计算滚珠丝杠失稳时临界负载式中丝杠轴端系数，两端铰支取丝杠长度，取丝杠弹性模量，对钢材质取丝杠截面惯性矩，对实心圆柱体许用安全系数稳定性安全系数故滚珠丝杠满足稳定性要求不失稳。

纵向进给减速齿轮的设计与校核齿轮的设计传动比的选定对于步进电机，当脉冲当量确定，并且滚珠丝杠导程和电机步距角选定后，则该轴伺服传动系统的传动比•齿轮的设计大小齿轮均采用钢并进行调质处理，选小齿轮硬度，大齿轮硬度，精度选级。

，齿宽，齿轮传动效率η齿轮几何尺寸计算齿轮校核小齿轮转矩式中电动机的输出功率电动机效率取则小齿轮的转速小齿轮的圆周速度动载荷系数式中使用系数取动载荷系数取齿向载荷系数取齿向载荷分配系数由查表并插值得则许用弯曲应力式中弯曲疲劳极限弯曲寿命系数尺寸系数取安全系数取则齿要弯曲疲劳强度校核计算由式式中齿形系数应力修正系数重合度系数则故齿根弯曲强度足够，满足要求。

纵向进给步进电动机的计算和选型等效转动惯性量计算传动系统折算到电机轴上总的转动惯量式中步进电机转子转动惯量齿轮，的转动惯量滚珠丝杠转动惯量参考同类机床，初选磁滞式反应式步进电机，其转子转动惯量对材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量计算式中圆柱形零件直径零件轴向长度，查表查出长丝杠转动惯量为，则，得则总的转动惯量负载转矩计算及最大静转矩选择快速空载起动时所需力矩式中快速起动时所需力矩快速空载时折算到电动机轴上的最大加速力矩折算到电动机轴的摩擦力矩丝杠预紧时折算到电动机轴上的附加摩擦力矩当工作台快速移动时，电动机转速折算到电动机轴上的摩擦力矩η式中导轨的摩擦力垂直方向切削力η主传动效率ηη附加摩擦力矩ηη式中滚珠丝杠预加负荷取η滚珠丝杠未预紧时的传动效率取为快速移动时所需力矩最大切削负载时所需力矩式中折算到电动机轴上的切削负载力矩η则从上面计算可以看出，三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大。

以此项作为初选步进电机的依据。

查表，查表，当步进电机为五相十拍时。

最大静力矩按此最大静转矩，查表，型最大静转矩为。

大于所需最大静力矩，可作为初选型号，但还必须进步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。

计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率步进电动机的最高工作频率型步进电机允许的最高空载起动频率为，运行频率为。

由步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线看出当步进电机起动时，时，。

远不能满足此机床所需求的空载起动力矩，直接使用则会产生失步现象，所以必须采用升降速控制用软件实现，将运动频率降到时，起动力矩可增到，然后在电路上采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大倍左右。

当快速运动和切削进给时，型步进电机运行频率特性完全可以满足要求。

根据计算综合考虑选型步进电动机磁阻式步进电动机技术数据型号相数步距角电压相电流最大静转矩空载起动频率空载运行频率电感电阻分配方式五相十拍外形尺寸质量纵向进给机构改造时拆除原机床的进给箱及丝杠，将步进电机减速齿轮箱安装在原机床的尾端，滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端仍采用原固定方式，这样可以减小改装工作量，并由于滚珠丝杠的磨擦系数小于原丝杠，从而使纵向进给机构整体刚度增大。

为了便于安装滚珠丝杠副，丝杠轴不是整体的，而是分移式的，用套筒刚性联接。

采用级齿轮减速。

横向进给系统的设计计算横向进给切削力的确定设计参数溜板及刀架重力横向刀架快速速度横向最大进给速度横向主电动机功率主起动加速时间机床定位精度。

第章概述引言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