（毕设全套）CA6140普通车床数控改造设计（含CAD图纸）

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，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。

主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够高的精度抗振性，热变形和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。

操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。

结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。

.主传动系统的配置方式主传动系统的主轴电动机的选型数控机床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。

在主传动系统中，目前多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。

为了扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，也经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合的调速方式。

我们选用交流主轴电动机配以齿轮变速箱实现分级无级调速。

由于交流调速电机体积小，转动惯性小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少。

在中小功率领域已占优势，故本次设计选用交流调速电动机。

通过调节供电频率的办法调速。

功率特性见下图主轴电动机在额定转速时输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率和转矩将发生变化。

在额定转速至最低转速为恒转矩速度范围，在额定转速至最高转速为恒功率速度范围。

恒功率的速度范围只有的速度比。

当电动机速度超过定值之后，其功率速度曲线又会向下倾斜，不能保持恒功率。

交流主轴电机的调速交流主轴电动机属于交流感应电动机，当定子三相绕组通上交流电时，将建立起旋转磁场，其主磁通的空间转速为同步转速，其值为式中定子供电电源频率旋转磁场极对数感应电动机转子的转数为式中转差数，由上式可知，调速方法可分为两类。

第类是改变同步转数的调速，它分为两种方法，是改变电动机极对数。

由于是整数，所以只能得到级差很大的有级调速，不能满足数控机床的要求二是改变电动机的供电频率。

可得到平滑的无级调速，是种高效型交流调速，范围宽，精度高。

第二类是不改变同步转速的调速，常用的有调压调速和电磁调速。

由于有转差功率损耗，效率低，特性软，不适合数控机床调速。

在实际调速时，单纯改变电源频率是不够的，因为由“电动机学”可知，旋转磁场以速度切割定绕组，同在每相绕组感应电势为.式中定子每相绕组等效匝数每极磁通量定子相电压所以.由上式可知，如在变频调速中，只保持定子电压不变，则主磁通大小将会发生变化。

如果频率从工频往下调节，则上升，将导致铁心过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。

因此，必须在降低频率的同时，降低电压，以保持不变。

这就是所谓的恒磁通变频调速中的“调速控制”。

只能用变频调速，并且是有效方法。

变频调速的主要环节是为交流电机提供变频变压电源的变频器，变频器分为•交直交变频器分电压型和电流型。

电压型先将电网的交流电经整流器变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可变的交流电压。

电流型是切换串方波，方波电流供电，用于大功率。

•交交变频器该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率和电压都可变的交流电。

目前对于中小功率电机，用得最多的是电压型交直交变频器。

分级变速齿轮箱的传动系统设计在设计数控机床主传动时，必须考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。

由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率范围，所以在主轴之间要串联个分级变速箱，以扩大其恒功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。

我们先设定主轴的最高转速为，最低转速为了，计算转速为，最大切削功率为.，交流主轴电机额定转速为，最高转速为.主轴要求的恒功率变速范围.电动机的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机所能提供的恒功率变速范围，故必须配以分级变速箱。

取变速箱的公比等于电动机的恒功率变速范围，即，功率特性图是连续的，无缺口无重合的。

如变速箱的变速级数为，则主轴的恒功率变速范围等于故变速箱的变速级数.取变速齿轮箱采用级变速三对齿轮副数，齿数分别为高速级中速级低速大转矩级利用原车床主轴箱内的第三轴和主轴，查车床图册，两轴的中心距为。

因所选用电机与原电机功率相同，故轴不必另行校核。

三副齿轮只校核低速重载齿轮副即可。

校核如下已知电动机输出功率为.，额定转速为，则经同步带传动，第三根轴的转速为。

经传动后，主轴转速为.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η齿轮传动效率取.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。

传动系统图见下图转速图见下图主轴转速从至由在段连接而成，属电动机的恒功率区，从降至上图中的段为恒转矩区。

如取总效率η.，则电动机功率.。

可选用北京数控设备厂的型交流主轴电动机，连续额定输出功率为.。

主传动系统组件的结构形式在检查原有主轴轴承完