（全套CAD）用微机数控系统改造C6132型车床的设计（终稿）

对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。

这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。

由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。

毕业设计是学生在校学习阶段的最后个教学环节，也是学生完成工程师基本训练的重要环节。

其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决本专业般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。

毕业设计说明书不只反映了设计的思想内容，方法和步骤，而且还反映了学生的文理修养和作风。

本说明书介绍了此次设计的任务，将普通卧式车床改造为经济型数控车床有关经济型数控车床改造总体方案确定及框图进给伺服系统机械部分设计计算及校核数控系统硬件电路的设计加工程序编制。

设计方案.总体方案的确定系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控车床应具有定位直线插补顺圆和逆圆插补暂停循环加工公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。

考虑到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构降低成本，采用步进电机开环控制系统。

计算机系统根据机床要求，采用位微机。

由于系列单片机具有集成度高，可靠性好功能强速度快抗干扰能力强性能价格比高等特点，决定采用系列的单片机扩展系统。

控制系统由微机部分键盘及显示器接口及光隔离电路步进电机功率放大电路等组成。

系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。

机械传动方式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杆。

为了保证定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。

选用滚珠丝杆螺母副。

同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。

齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。

微机，数控系统，改造车床，设计，毕业设计，全套，图纸，下载摘要数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。

数控机床的发展，方面是全功能高性能另方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。

经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，结构简单，系统的定位精度较高。

普通车床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动纵溜板横溜板的移动。

进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作，刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。

对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为微机控制的，能独立运动的进给系统，刀架改造为能自动换刀的回转刀架。

这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。

由于切削过程中切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动运行，调节和更换，再加上纵向和横向联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复查的回转零件，并能实现多工序自动加工车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适合小批量多品种复查零件的加工。

车床改造属于经济型数控车床的改造，主要针对进给系统进行数控化改造，利用数控系统对纵横向进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电动机，车床通过步进电动机带动滚珠丝杠转动。

关键词微机控制伺服系统回转刀架自动车削计算机系统机械传动方式.系统运动方式的确定.伺服系统的选择.执行机构传动方式的确定.计算机的选择.总体方案框图绘制横向进给伺服系统机械部分计算与校核.计算切削力.滚珠丝杆螺母副的设计计算选型计算进给牵引力计算最大动负载滚珠丝杆螺母副的选型传动效率计算刚度验算稳定性校核横向滚珠丝杆副的几何参数.齿轮传动比计算.横向步进电机计算和选型初选步进电机校核步进电机转矩.横向进给伺服系统机械部分结构设计横向进给伺服系统总图设计进给伺服系统的装配图纵向进给伺服系统机械部分计算与校核.计算切削.滚珠丝杆螺母副的计算和造型计算进给牵引力计算最大动负载滚珠丝杆螺母副的选型传功效率计算刚度验算稳定性校核纵向滚珠丝杆副几何参数.齿轮传动比计算进给齿轮箱传比计算.步进进电机的计算和选型初选步进电机校核步进电机转矩.纵向进给伺服系统机械部分结构设计纵向进给伺服系统总图设计进给伺服系统的装配图微机数控系统硬件电路的设计.硬件电路般要求.控制系统的组成及功能存储器接口电路扩展控制系统的功能.步进电机控制电路步进电机开环驱动原理脉冲分配驱动电路其他辅助电路微机控制系统的软件设计.监控程序.直线圆弧插补程序设计.升降速处理软件.步进电机的软件控制及转程序设计机床的加工程序编制致谢参考文献附录前言经济型数控是我国年代科技发展的产物。

这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造车床，投资少见效快，成为我国“七五”“八五”重点推广的新技伺服系统的机械装配图，用以表达，设计者构思，设计特点及计算结果。

纵向进给伺服系统总图设计纵向进给机构，在原机床装进给箱的位置，将进给箱拆除，装伺服系统齿轮箱，在箱体的左面装步进电机，滚珠丝杆右端轴承座仍装在原机床滑动丝杆后轴承座处。

滚珠丝杆装有挡板，以防止切屑掉下损坏滚珠丝杠。

将床的溜板箱拆除，在滚珠螺母座前面有控制板，装有急停，电源开关等几个按钮，便于工人操作。

总图上还必须画出此车床上加工螺纹的部件光电编码器在经济型数按车床上，利用光电编码器装在主轴或在主轴箱与主轴保持定传动比的伸出轴上，当主轴旋转圈时，光电编码器就发出定数量的脉冲，输入计算中，经过计算的运算，控制步进电机，带功滚珠丝杠，使刀架进给定的螺距。

而光电编码器用弯板装在主轴箱左端面，通过弹性联轴器与主轴箱中伸出轴相连，因伸出轴不可能与弹性联轴器的尺寸完全致，故中间还要设计个中间过渡套。

进给伺服系统的装配图经过计算，已知此纵向进给系统采用型步进电机，经过对齿轮减速，齿轮系数。

。

模数滚珠丝杆公称直径为。

滚珠丝杠螺母副先用的是外循环沟槽式垫片凋隙。

进行结构设计进，注意考虑以下问题进行改造设计时，将原车床进给箱挤掉，利用原来的安装基面安装齿轮箱体。

因而必须注意齿轮箱体螺钉中心距的尺寸，应保证箱的安装螺钉和销钉均在原来的安装基础面上，床尾的轴承座仍要装在原车床尾部轴承的加面上。

为保证滚珠丝杠与导轨平行设计时，应注意使齿轮箱体的丝杠中心，与床尾轴承座中心线距安装基面尺寸致以保证水平面的丝杠与导轨平行。

齿轮箱体在床身上的安装螺钉的位置与车尾轴承座螺钉在床身上的安装位置必须根据床身具体情况确定，以保证在垂直面内丝杆与导轨平行。

水平面内的平行度达不到要求可刮研齿轮箱体或床尾轴承座的安装基面，如垂直面内平行度达不到要求，可安装螺钉的过孔进行调整，调好后，插入定位销。

保证滚珠丝杠转动平稳，轻快，必须使滚珠丝杆螺母座板定与丝杠两端支承同轴，设计时，在螺母座与弯板之间设计垫片，装调时可以修磨垫片来保证螺母座在平面内与两面端支承同轴，垂而直面内的同轴，靠螺钉地过孔来的调整，调好后，打入销钉。

在水平面内应使丝杠中心线距轨的距离尽量小，否则将层产生颠复力矩，增大磨擦力，使运动不平稳，利用床身的凹面，使齿轮箱体背面比安装基面突出。

就使丝杠中心距安装基面尺寸为。

不用此床身的凹入面，因为型步进电机外圆直径为，就会使丝杆中心距安装基面尺寸至少为这样设计是不合理。

Ⅰ等效转动惯量计算计算简图见图，根据表，经二对齿轮降速时，传动系统折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算式中齿轮及其轴的转动惯量齿轮的转动惯量丝杆转动惯量丝杆导程工件及工作台重量齿轮轴丝杆等圆柱体惯量计算表所示圆柱体转动惯量计算公式如下对于钢材，式中圆柱体质量圆柱体直径圆柱体长度或原长钢材的密度为因此基本满足惯量匹配的要求。

电机转矩计算机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算快速空载起动转矩在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例较大，具体计算如下式中快速空载起动转矩空载起动时折算到电机轴上的摩擦转矩折算到电机轴上的摩擦转矩由于丝杆预紧时折算到电机轴上的附加摩擦转矩在采用丝杆螺母副传动时，上述各种转矩可用下式计算式中传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量电机最大角速度电机最大转速运动部件最快速度脉冲当量步进电机的步距角运动部件从停止到起动加速到最大快进速度所需时间起动加速时间折算到电机轴上的摩擦转矩式中导轨的摩擦力垂直方向的切削力运动部件的总重量导轨摩擦系数，取.齿轮降速比传动链总效率，般可取附加摩擦转矩式中滚珠丝杆预加负荷，般取，为进给牵引力滚珠丝杆导程滚珠丝杆未预紧时的传动效率，般取上述三项合计快速移动时所需转矩最大切削负载时所需要的转矩式中折算到电机轴上的切削负载转矩从上面计算看出三种工况下，以快速空载所需转矩最大，即以此项作为校核步进电机转矩的依据。

从表查出，当步进电机为五相十拍时为则最大静转矩为从表查出最大转矩为为，大于所需最大静转矩，可以满足此项要求。

Ⅱ校核步进电动机起动矩频特性和运行矩频特性前面已经计算出机床最大快移时，需步进电机的最高起动频率为.，切削进给时所需步进电机运行频率为.从表中查出型步进电机允许的最高空载起动频率为，运行频率为，再从图，查出步进电机起动矩频特性和运行矩频特性如图所示。

当快速运动和切削进给时，型步进电机起动矩频特性和运行矩频特性可以满足要求。

图电机起动矩频特性和运行矩频特性.横向进给伺服系统机械部分结构设计机械部分结构设计的任务是画出进给伺服系统的装配图，用以表达设计构思设计特点及计算结果，进给伺服系统总图设计。

横向进给伺服系统总图设计横向进给机构可以从俯视图看出，横向进给的齿轮箱和步进电机装在床鞍后面，滚珠丝杆也需用盖板保护。

横向进给的手柄可以拆除也可保留，将原机的方刀架拆除，改装自动回转刀架，由计算机控制，根据程序，自动转位夹紧。

从总图中可以看到带动刀架回转的微型电机齿轮箱。

.系统运动方式的确定数控系统运动方式可分为点位控制系统点位直线系统和连续控制系统。

.伺服系统的选择伺服系统可分为开环控制系统半闭环控制和闭环控制系统。

开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向送的。

指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。

开环系统主要由步进电机驱动。

闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。

闭环系统多采用直流伺服电机或位流伺服电机驱动。

半闭环控制系统与闭环系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是用检测元件出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能