精品CA6140车床数控化改造.docx

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精品CA6140车床数控化改造

CA6140车床数控化

改造

CA6140车床数控化改造

内容摘要

车床数控化改造研究是提高我国技术装备水平的重要项目。

我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新。

由于资金受限，相比于添置新的数控车床，对车床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。

车床的数控化改造具有针对性强、大大节约原材料和资金以及扩大机床应用范围等优点，主要内容包括总体设计方案的确定、对车床导轨进行改造设计和自动回转刀架的选型与安装等。

关键词：

车床改造数控化节约

Abstreet

CNClathetransformationresearchistoimprovetheleveloftechnicalequipmentofourimportantprojects・Extendedactivedutyinourcountrynowhasalargenumberofobsoletemachinesandtechnologythatneedtobeupdated.BecauseoflimitedfundszcomparedtoprocurenewCNClathe,theCNClathefortransformationisasavings,Expresslaunchedaneffectiveway.CNClathehastargetedtransformation,substantialsavingsinrawmaterialsandcapitalandtoexpandthescopeofapplicationadvantagessuchasmachinetools,includingthemaincontentsoftheprogramtodeterminetheoveralldesignofthelatheguidethedesignandautomaticallytransformtherotarytoolholderoftheSelectionandInstallationandsoon.

Keywords:

CNCLathesaving

第一章绪论5

1.1数控机床的发展史5

1.2机床数控化改造的意义5

1.3数控化改造后机床的优越性5

1.4机床数控化改造的内容6

第二章设计要求8

2.1总体方案设计要求8

2.2设计参数8

2.3其他要求……9

第三章车床改造的结构特点10

3.1滚珠丝杆10

3.2导轨副10

3.3安装电动卡盘10

3.4脉冲发生器10

第四章设计进给系统

第一节设计纵向进给系统9

第二节设计横向进给系统3

五.主轴交流伺服电机14

5.1机床主运动电机的确定14

5.2主轴的变速范围14

5.3初选主轴电机的型号14

5.4主轴电机的校核15

六•微机控制系统硬件电路设计16

6.1控制系统的功能要求16

6.2硬件电路的组成16

6.3设计说明16

七•安装调整中应注意的问题19

7.1滚珠丝杠副的特点19

7.2滚珠丝杠螺母副的选择19

7.3滚珠丝杠螺母副的调整19

7.4联轴器的安装19

7.5主轴脉冲发生器的安装19

致谢21

参考文献22

一.绪论

1.1数控机床的发展史

1946年诞生了世界上第一台电子计算机。

6年后，即在1932年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。

从此，传统机床产生了质的变化。

近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

（注：

两个阶段：

数控NC阶段和讣算机数控CNC阶段。

六代：

即电子管时代、晶体管时代、小规模集成电路时代、小型计算机时代、微处理器时代和基于PC时代）。

必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。

因此，数控技术经过了近30年的发展才走向普及应用。

1.2机床数控化改造的意义

机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微型计•算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。

众所周知，企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本，制造出满足市场需求、性能合适的产品。

U前,采用先进的数控机床已成为我国制造技术发展的总趋势。

购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径，而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的另一条有效途径。

机床数控化改造的市场LI前在我国有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。

用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高等不良因素，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。

近年来，美国、日本、德国、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。

机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成了用数控技术改造机床和生产线的新的行业和领域。

1.3数控化改造后机床的优越性

1）机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。

2）机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者不能加工的复杂型面零件。

3）机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高3、7倍。

4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运，降低工件的定位误差。

5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好的调节了机床加工状态。

还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。

6）数控加工降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了匸装，缩短了新产品试制周期很生产周期，并可对市场需求做出快速反应。

1.4机床数控化改造的内容

1）精度恢复和机械传动部分的改进。

随着机床使用的役龄的增加，机床的机械传动部件，如导轨、丝杠、轴承等都有不用程度的磨损。

因此，机床改造过程中的首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。

2）选定数控系统和伺服系统。

根据要求进行数控化改造机床的控制功能要求，选择合适的数控系统是至关重要的。

选择是，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。

伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。

3）数控机床辅助装置的选取。

辅助装置指的是数控机床的一些必须的配套部件。

如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。

4）电控柜的设计和制作。

在进行机床数控化改造时，原机床的电器控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。

数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。

5）整机联接调试。

旧机床上述各个部件的改造过程完成后，就可对组装后改造机床各个部件进行调试。

一般先对电气控制部分进行调试，看单个动作是否正常，然后再进行联机调试阶段。

经数控化改造的机床就成为了数控机床，具有数控机床的特点，如数控机床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特点。

但是改造后的机床也具有一定的局限性，主要有机床原有结构精度限制了改造后机床的加工精度和加工性能；机床原有的结构形式限制了改造后机床的加工范禺和数控化程度。

这些不利条件最终影响了改造后机床的速度和精度。

随着数控产业整体水平的提高，数控系统的性能、伺服电动机及其驱动装置等配套产品的性能也提高很多，对数控化改造中机床速度和精度的提高都非常有利。

二.设计要求

2.1总体方案设计要求

总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式，伺服系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。

（1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系统。

（2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。

（3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般釆用8位微机。

在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高.可鼎性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选MCS-51系列单片机扩展系统。

（4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路：

包括能输入加丄程序和控制命令的键盘，

能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。

（5）设计自动回转刀架及其控制电路。

（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们山步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。

（7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

（8）釆用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。

2.2设计参数

设讣参数包括车床的部分技术参数和设讣数控进给伺服系统所需要的参数。

改造CA6140机床设计参数如下：

2.3其他要求

（1）原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本缩短改造周期。

（2）机械结构改装部分应注意装配的匸艺性，考虑正确的装配顺序，保正安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。

三・车床改造的结构特点

3.1滚珠丝杆

滚珠丝杆必须采用三点支承形式。

步进电动机的布置可放在丝杠的任一端，山于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置步进电动机和减速齿轮，也可在滚珠丝杆的左端设计一个专用轴承支承座，而在丝杠托架处布置步进电动机和减速箱。

3.2导轨副

为减少运动部件移动时的摩擦阻力，尤其是减少静摩擦阻力，滑板和刀架移动部件的导轨可粘贴摩擦系数低的聚四氛乙烯软带

3.3安装电动卡盘

为了提高经济型数控机床的加工效率，还可考虑用电动三爪自定心卡盘装置，这种装置也可与数控装置的信号电路相配合，实现自动夹紧、松开，提高加工过程的自动化程。

3.4脉冲发生器

改造后的简易数控车床需要自动化加工螺纹时，可以在主轴后端同轴安装或者异轴安装一个主轴脉冲发生器，作为主轴位置的信号反馈元件，LI的是用来检测主轴转角的位置，并且将其变化情况输送给数控装置，使其能按照所加丄螺纹的螺距值进行处理。

四•步进电动机的计算与选型

4.1步进电动机的选用原则

选用步进电动机时，通常希望步进电动机的输出转距，启动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。

但增大转距也快速运行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此实际选用时，必须全面考虑。

1）首先，应考虑系统的精度和速度的要求。

为了提高精度，希望脉冲当量小。

但是脉冲当量越小，系统的运行速度越低。

故因兼顾精度也速度的要求来选定系统的脉冲当量。

在脉冲当量确定以后，又可以为依据来选择步进电动机的步距角和传动机构的传动比。

2）其次，对位移误差的要求。

步进电动机的步距角从理论上说是固定的，但实际上还是有误差的。

此外，负载转距也将引起步进电动机的定位i吴差。

应将步进电动机的步距i吴差、负载