（图纸+论文）C6132型车床用微机数控系统改造的设计（全套完整）

由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。

对于原有老的经济型数控车床，特别是年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。

是金属切削机床加工中比较常用的类机床。

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。

当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面，圆锥面，端面，螺纹面等，借助于成型刀具，还能加工各种回转表面。

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。

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丝杆导程.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。

从综合作业指导书表查出，当步进电机为五相十拍时为则最大静转矩为查表中型步进电机最大转矩为.，大于所需最大转静转矩，可以满足要求。

Ⅱ校核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。

已计算出机床最大快移时需步进电机的最高起动频率为，切削进入时所需步进电机运行频率为.。

从综合作业指导书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，再从综合作业指导书图，查出步进电机起动矩频特性和运行矩频特性曲线如图所示，当步进电机起动时，时，.，不能满足此机床所要求的空载起动力矩.。

直接使用则会施行失步现象，所以必须采取开降进控制用软件实现，将起动频率到起动转矩可增高到，然后电路上再采用高低压驱动电路，可将电机输出转矩扩大倍左右。

当快速运动和切削进给时，型步进电机运行矩频特性图完全可以满足要求如图图电机运行矩频特性.纵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。

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计算进给牵引力纵向进给选为综合导轨。

参考表.，.两表机床设计手册.查书综合作业指导书在正常情况下考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取.滑动导轨磨擦系数溜板及刀架重力查综合作业指导书表，取.计算最大动负载参考机床设计手册.选用滚珠丝杆导轨式中寿命，以转为单位丝杆转速为最大切削条件下进给速度，可取最高进给速度的取丝杆导程初选为使用寿命，对于数控机床取运转系数，查表般取.滚珠丝杆螺母副的选型查阅附录表，可采用外循环垫片调隙双螺母珠丝杆副，列.圈，其额定功动负载为，精度等级按表综合作业指导书表选为级。

传功效率计算式中螺旋升角，.磨擦角取滚动磨擦系数刚度验算先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图如图所示，最大牵引力.。

支承间距，丝杆螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷。

图纵向进给滚珠丝杠支承方式.丝杠的拉伸或压缩变形量查综合作业指导书图，根据查出可算出由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杆进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高倍。

其实际变形量为.滚珠与螺纹滚道间接触变形查综合作业指导书表，系列列.圈滚珠和螺纹滚道接触变形量.因进行预紧.支承滚珠丝杆轴承的轴向接触变形采用型推力球轴承滚动体直径.，滚动体数量，注意此公式中单位应为因施加预紧力，故根据以上计算定位精度.可以满足要求，考虑此经济型数按车床有可能使用较大的切削用量，应该先稍大转矩的步进电机，以留有定的余量，另方面，与国内同类型机床进行类比，决定采用步进电机，但从表中看出步进电机最高空载起动频率为，不能满足的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件开降速程序来解决。

校核步进电机转矩前面所初步电机的转矩计算，均为估算，初迭之后，应该进行校核计算。

Ⅰ等效转动惯量计算计算简图见图，根据综合作业指导书表，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滚珠丝杆转动惯量丝杆导程工件及工作台重量参考同类型机床，初步反应式步进电机，其转子转动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代入公式可得考虑步进电机与传动系统惯车匹配问题满足惯量匹配的要求。

电机转矩的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.的要求。

校核步进电机转矩前面所述初选步进电机的转矩计算，均为估算，初选后，应该进行校核计算。

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