毕业论文：CA6140车床主轴箱的数控化改造设计 ㊣ 精品文档 值得下载

使原来相互啮合的齿轮副分开了。

读展开图时，首先应弄清楚传动关系。

卸荷带轮电动机经皮带将运动传至轴左端的带轮见图的左上部分。

带轮与花键套用螺钉连接成体，支承在法兰内的两个深沟球轴承上。

法兰固定在主轴箱体上，这样带轮可通过花键带动轴旋转，皮带的拉力则经轴承和法兰传至箱体。

轴的花键部分只传递转距，从而可避免因皮带拉力而使轴产生弯曲变形。

这种带轮是卸荷的既把径向载荷卸给箱体。

二数控车床头箱结构分析数控车床的典型结构。

主传动系统数控车床主运动要求速度在定范围内可调，有足够的驱动功率，主轴回转轴心线的位置准确稳定，并有足够的刚性与抗振性。

如下图所示为济南第机床厂生产的型数控车床的传动系统图。

进给传动系统数控车床进给传动系统是用数字控制坐标轴的直接对象，工件最后的尺寸精度和轮廓精度都直接受进给运动的传动精度灵敏度和稳定性的影响。

为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量等。

为使全功能型数控车床进给传动系统要求高精度快速响应低速大转矩，般采用交直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。

刀架的快速移动和进给移动为同条传动路线。

如图所示，数控车床的进给传动系统分为轴进给传动和轴进给传动。

自动回转刀架数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率。

回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转﹑分度和定位，实现机床的自动换刀。

回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转位速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率。

按照回转刀架的回转轴相对于机床主轴的位置，可分为立式和卧式回转刀架。

立式回转刀架卧式回转刀架机床尾座如右图所示为数控车床出厂时配置的标准尾座结构简图。

从它上面我们可以看出，对车床的改造的方向。

三机床进给伺服系统机械部分以及步进电动机的设计和计算进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案纵向进给机械结构改造方案拆除原机床的进给像溜板箱滑动丝杠光杠等，装上步进电机齿轮减速箱和滚珠丝杠螺母副。

为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。

齿轮间隙采用双薄片调隙方式。

利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。

滚珠丝杆仍安置在原来的位置，两端仍采用原固定方式。

这样可减少改装工作量，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，且外径比原先的大，从而使纵向进给整体刚度只可能增大。

纵向进给机构都采用了级齿轮减速。

双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙。

因为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。

当负载大时，弹簧弹力显小，起不到消除间隙之目的当负载小时，弹簧弹力又显大，则加速齿轮的磨损。

因此，采用定期人工调整螺钉紧固的办法消除间隙。

纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩，以保持机床原外观，起到美化机床的效果，在溜板箱上安装了纵向快速进给和急停按钮，以适应机床调整时的操作需要和遇到意外情况时的急停处理需要。

横向进给机械结构改造方案拆除原中拖板丝杆，安装滚珠丝杆副，为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。

步进电机齿轮箱安装于机床后侧，为了使减速机构不影响走刀，同时消除传动过程的冲击，减速机构采用二级传动，从动轮采用双薄片错位消除间隙。

二进给伺服机构机械部分的设计计算选择脉冲当量根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向步，横向步半径计算切削力纵车外圆主切削力按经验公式估算按切削力各分力比例横切端面主切削力ˊ可取纵切的ˊ此时走刀抗力为ˊ，吃刀抗力为ˊ。

仍按上述比例粗略计算ˊˊ滚珠丝杆螺母副的计算和选型纵向进给丝杆计算进给牵引力纵向进给为综合型导轨ˊ式中考虑颠复力距影响的实验系数，综合导轨取ˊ滑动导轨摩擦系数溜板及刀架重力计算最大动负荷式中滚珠丝杆导程，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，按运转系数，按般运转取寿命以为单位。

滚珠丝杆螺母副的选型查阅表，可用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杆副，列圈，其额定动负载为，精度等级按表选为级大致相当老标准级。

传动效率计算η同步带强力层为钢丝绳的质量和许用拉力模数单位宽度每米长度的质量单位宽度的许用拉力同步带的齿数长度和宽度齿数模数名义长度宽度宽度系列主轴组件的设计主轴在改造过程中还可以选用原来的主轴，因为主轴在精度力学性能和经济性上都能满足改造后的要求。

轴的支撑轴颈配合轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的旋转精度与工作状态。

车床主轴支撑轴颈和配合轴颈的尺寸精度通常为级公差，特别精密的轴颈为级，甚至更高。

在力学性能上由于主轴在工作时，应力集中在主轴心部，而车床主轴采用空心形状大大减小了应力的集中，使轴的刚度有很大提高。

主轴支撑是主轴组件的重要组成部分，主轴支撑是指主轴轴承支撑座及其相关零件的组合体，其中核心元件是轴承。

滚动轴承的主要优点是适应转速和载荷变动的范围大能在零间隙或负间隙条件下稳定运转，具有教高的旋转精度和刚度轴承润滑容易，维修供应方便，摩擦因数小等。

主轴悬伸量的确定。

主轴悬伸量是指主轴前支撑径向支反力的作用点到主轴前端面之间的距离，它对主轴组件刚度影响较大。

根据分析和试验，缩短伸量可以显著提高主轴组件的刚度和抗振性。

因此，设计时在满足结构要求的前提下，尽量缩短悬伸量。

前轴径后轴径根据结构定悬伸长求轴承刚度主轴最大输出转矩床身上最大加工直径约为最大回转直径即故半径为故总切削力为先暂取初值为即暂取的初值为前后支撑支反力和分别为取前后支撑刚度为求悬体跨距初算时可假设主轴当量外径为前后轴颈的平均值，即故惯性矩为则查下图得值与原假设值相近，符合要求。

五数控系统驱动的电路设计硬件电路的基本组成任何个数控系统都由硬件和软件两部分组成。

硬件组成系统的基础，其性能的好坏，直接影响到系统的工作性能。

有了硬件，软件才能有效地运行，是可工作的控制系统。

机床数控系统的硬件电路概括起来由以下四部分组成。

中央处理器。

总线，包括数据总线地址总线和控制总线。

存储器，包括只读可编存储器和随机读写存储器。

输入输出接口电路。

其中是数控系统的核心，是控制其它各部分协调工作的大脑，其作用是进行数据运算处理和控制各部分电路协调工作。

存储器用于存放系统软件应用程序监控程序和运行中所需的各种数据。

接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。

三总线则是与存储器接口以及其它转换电路联接的纽带，是与外界进行信息交换和通讯的必由之路。

数控系统硬件框图如下所示。

根据总体方案及机械结构的控制要求，确定硬件电路基本组成如下图所示系统的构成及工作原理该系统是由机和自行开发的数控控制板两级控制组成，其组成如图所示。

主要功能部件有数控控制板。

考虑到经济型数控改造的特点，数控板没有采用常见的总线插卡，而是结合本课题的具体情自行开发块以单片机为核心的数控控制板。

它主要成实性任务，如机床状态检测紧急情况处理细插补运算脉冲分配等。

机利用标准并行打印口与进行通信，将预处理后的数控加工信息通过数控控制板完成对机床的控这种结构省去了打开机箱的麻接口光电隔离功率放大器步进电机外设外设设键盘显示器及其它烦，方便安装和维护。

为提靠性和处理速度，采用硬件环形分配器产生脉冲控机的运转。

为增强系统的抗干扰能力，输入输出信号要经电隔离。

驱动电路。

采用离低压驱动方式，自行设计步进电机驱动电路板。

接口硬件设计机的标准并行打印口是个具有个引脚，个端址的控制接口。

本系统只需把机插补后的数据快速的下传，而上传的只是机床的少量状态信息，机床的动作主要由来控制完成。

这种情况很适合打印机接口的通信特点。

利用打印机接口在和数控控制板之间通信，不需增加额外硬件，只要把并行打的个端口根据数控加工的需要重新定义即可利用，尤其适于经济型数控改造。

数控控制板的有关组成电路如图所示。

二控制系统的功能和存储器采用芯片芯片內部具有字节数据存储器，地址为佳，用作工作寄存器。

堆栈，软件标志和数据缓冲器，对内部有较为有效的操作指令。

另加有字节的特殊功能寄存器，地址为。

是用于对片内各功能模块进行管理，控制，监视等。

芯片内部虽然没有程序存储器，只有字节，在组成该系统时不够用。

现外接片芯片来扩展的存储器。

是个无的。

单片机的不能满足设计要求，不能够成完整的计算机。

外接两片，片作为系统存储器，片作为加工程序存储器。

的输入输出口线不多，不能满足设计要求，现外接两片芯片以扩展口。

芯片的和接口用来传送外部存储器的地址和数据。

口传送高位地址，口传送低位地址和数据，故要采用地址锁存器，锁存底位。

作为选通信号，当为高电平，锁存器的输入和输出透明，既输入的低位存储器地址在输出端出现。

此时不需锁存。

当从高电平变为低电平，出现下降沿时，低位地址存入地址锁存器重中，的输出不再随输入变化，即地质被锁存。

这样口就可以传送读写的树据。

芯片的口和送出的口共同组成它的地址，和芯片都是，需要根地址线。

低接芯片的输出，接芯片的，系统采用全地译码，两片芯片片选信号分别接译码器的和，系统复位以后从开始执行。

芯片的片选信号接的。

单片机扩展系统允许程序存储器和数据存储器编址即地址重叠。

在本次设计并没有地址重叠。

芯片的控制信号接的引脚，作为外部程序存储器的选通信号。

读写控制信号和分部接芯片的和。

以实现对外部数据存储器的读写。

由于芯片内部无，故要选外部程序存储器，且其必须接地。

接口电路二隔离电路和功率放大电路在步进电机驱动电路中，脉冲信号经功率放大电路后控制步进电机励磁绕组。

由于步进电机需要的驱动电压较高，电流较大几安到几十安，如果将输出信号与功率放大器直接相联，将会起强电干扰。

轻则影响计算机程序的正常工作，重则导至计算机和接口电路损坏。

所以般在接口电路与功率放大电路之间接上隔离电路，采用的光电隔离电路。

功率放大电路分为单电源和双电源型。

单电源型线路简单，效率不高，所以选双电源型。

双电源型采用高低压供电电路。

在功率放大器导通初始，均导通，并使脉冲变压器的副边产生定宽度的脉冲电流，使导通。

高压电源通告为步进电机相绕组供电，使其电流上升沿变逗。

经过时间后脉冲电流消失，使截止，高电压电源与绕组之间被切断，通过为绕组供电，提供所需的额定电流。

通过调节脉冲变压器的磁芯和可改变高压供电的时间宽度。

以上是从原理上