CA6140車床的數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計說明書.doc

本科畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目：CA6140車床的數(shù)控化改造姓名：饒兵兵學(xué)號：113004010616班級：6班年級：2011級專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)院：機械工程學(xué)院指導(dǎo)教師：程友聯(lián) 教 授完成時間：2015年 5 月12日 武昌工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）專用稿紙作者聲明本畢業(yè)論文（設(shè)計）是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下由本人獨立撰寫完成的，沒有剽竊、抄襲、造假等違反道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和其他侵權(quán)行為。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。因本畢業(yè)論文（設(shè)計）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。畢業(yè)論文（設(shè)計）成果歸武昌工學(xué)院所有。特此聲明作者專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化作者學(xué)號：113004010616作者簽名：2015 年 月 日CA6140車床的數(shù)控化改造饒兵兵CA6140NC ransformation fatheRao，bingbing2015年 5 月10日摘要針對大多數(shù)企業(yè),具有數(shù)量眾多和較長使用壽命的普通機床，其加工精度較低、不能批量生產(chǎn)，自動化程度不高，自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性，又不能馬上被淘汰。購買新的數(shù)控機床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑,但是成本高，許多企業(yè)在短時間內(nèi)無法實現(xiàn)，這嚴重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的步伐。為此把普通機床數(shù)控化改造，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的捷徑，提升企業(yè)競爭力，在我國成為制造強國的進程中，占有一席之地。數(shù)控化改造成經(jīng)濟型車床后的車床自動化程度高，專業(yè)性強，加工精度及生產(chǎn)率高；對提高工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。低成本普通車床數(shù)控化改造是一項適合我國實際情況的先進適用技術(shù)，也是一項提升我國機床數(shù)控化的有效途徑。關(guān)鍵詞：普通機床；數(shù)控改造；濟型；意義 - 0 -AbstractFor most companies, with a large number of general machine tools and long service life, Its machining precision is low, not mass production and high degree of automation, adaptability is poor, but considering the cost of investment, industrial continuity, they can not immediately be eliminated. Buy a new CNC machine tools is an important way to improve product quality and efficiency, but the high costs, many companies can not achieve in a short time, which seriously hamper the pace of updating business equipment. To this end the ordinary CNC transformation, after all, a small investment, improve product quality and production efficiency of shortcuts to enhance the competitiveness of enterprises in China has become the manufacturing powerhouse in the process, place. CNC lathes high degree of automation transformed into a lathe after economic, professional and strong, precision and high productivity; to improve industrial production is important. Low cost common NC lathe is suited to Chinas actual situation of an advanced and applicable technologies, but also Chinas CNC machine tools an effective way to enhance.Key word:NC transformation;general machine economy;significance - 0 -目 錄1 引言11.1數(shù)控車床發(fā)展概況及趨勢11.2機床數(shù)控化改造的優(yōu)點31.3機床數(shù)控改造的市場前景及意義32 關(guān)于CA6140的簡單介紹42.1.機床的組成和主要技術(shù)參數(shù)42.2加工范圍及特點62.3 CA6140傳動系統(tǒng)的介紹73 CA6140普通車床數(shù)控改造總體的方案的確定93.1 總體方案設(shè)計要求93.2 CA6140車床改造的總體方案94 車床進給伺服系統(tǒng)機械部分改造設(shè)計與計算114.1 橫向進給系統(tǒng)改造設(shè)計114.2 縱向進給系統(tǒng)改造設(shè)計144.3主軸系統(tǒng)的設(shè)計175 數(shù)控部分的改造195.1總體方案設(shè)計195.3 CA6140普通車床的微機數(shù)控系統(tǒng)216 自動回轉(zhuǎn)刀架的選型236.1數(shù)控車床刀架的基本要求236.2自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理237 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題247.1滾珠絲杠螺母副的選擇247.2滾珠絲杠螺母副的調(diào)整247.3聯(lián)軸器的安裝247.4主軸脈沖發(fā)生器的安裝24主要參考文獻25- 0 -1 引言1.1數(shù)控車床發(fā)展概況及趨勢1.1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況機床作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，由于歐、美等工業(yè)強國投資巨大，計算機技術(shù)得到了較快的發(fā)展，針對現(xiàn)代研究和開發(fā)制造技術(shù)，制造模式也得到了不斷的更新。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代化制造系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，由于其具有高精度、高效率、高可靠性等特點，可以實現(xiàn)自動化、合成化、智能化在制造業(yè)方面，柔性在該領(lǐng)域也有著重要功用，數(shù)控系統(tǒng)在目前主流的高集成化、高智能化、網(wǎng)絡(luò)化的背景下，超薄型、超小型化的產(chǎn)品也得到了快速的發(fā)展；由于其高速、高精、高效控制的特性，這樣就使得其能夠自動修正調(diào)節(jié)與補償加工過程中的各項參數(shù)；通過機床聯(lián)網(wǎng)將集成CAD/CAM與數(shù)控技術(shù)為一體化系統(tǒng)，同時大大發(fā)展了群控加工由中央集中控制。固有的封閉式一直是國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)主要模式，當(dāng)生產(chǎn)為數(shù)控加工時，作為非智能型的CNC控制器，都會很大程度上影響其工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。一般的具有固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)的CNC極大的影響了其向多變量的發(fā)展，這恰巧阻滯了當(dāng)前復(fù)雜制造的發(fā)展，因此必須對數(shù)控技術(shù)進行變革。1.1.2數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(1)高速化為保證主軸轉(zhuǎn)速和進給速度能夠滿足目前加工要求，這就使得數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)的功能有非常大的進步。由于切削時間和非切削時間被大量縮減。這使得主軸轉(zhuǎn)速在加工中心可以達到8500-12500r/min，甚至可以達到99000r/min以上，磨床的砂輪線速度提高到90-190m/s。(2)高精度化 目前市場對產(chǎn)品精度的要求在不斷的提高，這也使得數(shù)控車床的精度得到了大大的提高。由于新型、多功能的數(shù)控系統(tǒng)在車床上得到了廣泛的應(yīng)用。其分辨率可達0.1um，有的可達到0.01um，實現(xiàn)了高精度加工。 (3)多功能化由于快速發(fā)展的CNC裝置功能得到提高，高度發(fā)達的自動化水平的數(shù)控車床也得到了大大的發(fā)展。這樣使得其能夠進行二維圖形顯示，還能夠滿足三維彩色顯示動態(tài)圖形的要求；有的甚至可以實現(xiàn)無人化運行。(4)加工功能復(fù)合化 在多工序、多方法一體機加工的模式上成為未來發(fā)展的趨勢。最近小型化、高精度、高工作效率的復(fù)合化數(shù)控機床在市場上也越來越被重視。(5)結(jié)構(gòu)新型化 最近由于在并聯(lián)機床上研制的成功。其或者被稱為虛擬軸機床，在不使用導(dǎo)軌和滑臺的情況下，能夠保證多坐標進行聯(lián)動加工，其具有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，比普通機床提高了3-8倍的加工效率。這種數(shù)控機床的出現(xiàn)將給數(shù)控機床技術(shù)帶來巨大改革和創(chuàng)新。(6)數(shù)控系統(tǒng)的智能化智能化主要包括四個方面:智能化能夠滿足工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的方面；在連接方面也要能夠?qū)崿F(xiàn)智能化；智能化還體現(xiàn)在簡單可控的編程；其系統(tǒng)還應(yīng)該具備自動診斷、智能監(jiān)控等特性。(7)數(shù)控系統(tǒng)的開放性 利用通用微機來增強數(shù)控系統(tǒng)的模塊化，為能夠保障其更具有小型化的特點，可以使得將多個晶體管集成在一個芯片上，這樣在很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。同時還可以采用更多的CPU，來保障自動排除故障，使通信能力進一步得到加強。1.2機床數(shù)控化改造的優(yōu)點(1)改造閑置設(shè)備，提高了機床的使用價值；(2)適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；(3)自動化程度提高、加工精度高、生產(chǎn)效率高；(4)降低對工人的操作水平的要求；(5)具有低廉的數(shù)控改造費；(6)數(shù)控改造的周期短。1.3機床數(shù)控改造的市場前景及意義1.3.1機床數(shù)控改造的市場前景我國機床行業(yè)由于改革開放得到了快速的發(fā)展，數(shù)控智能化的生產(chǎn)機床在我國目前已經(jīng)達到了420余萬臺，其中約70%的機床是可以進行數(shù)控化改造的，對這些機床實行一定的數(shù)控化改造，對促進我國經(jīng)濟的發(fā)展具有重要作用。1.3.2提高數(shù)控機床的安全水平 我國機床目前還仍然處于普通車床為主流的狀態(tài)，因為其比較龐大的數(shù)量，導(dǎo)致在生產(chǎn)中各種安全問題不斷發(fā)生，生產(chǎn)中的安全問題已經(jīng)嚴重阻礙著我國機床的發(fā)展。提高機床的數(shù)控化，減少生產(chǎn)的安全事故，已迫在眉睫。普通機床完成一定的數(shù)控化改造以后，不僅可以提高機床的加工效率和自動化，也可有效減低安全風(fēng)險，同時還能夠帶來不錯的經(jīng)濟效益。1.3.3減少機床成本，提高加工效率與購買新數(shù)控機床相比，普通機床進行數(shù)控化改造在提高原有機床的利用率的同時還能夠避免浪費大量的成本，還可以減少能源消耗和污染排放。機床改造以后，不僅可以減少大量勞動力，同時產(chǎn)品合格率也得到了大大提高，給生產(chǎn)企業(yè)帶來了非常可觀的的效益。2 關(guān)于CA6140的簡單介紹2.1.機床的組成和主要技術(shù)參數(shù)2.1.1機床的組成 1主軸箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿6溜板箱 7左床腿 8進給箱圖1.1 CA6140車床外形圖 （1）主軸箱 由箱體、主軸、傳動軸、軸上傳動件、變速操縱機構(gòu)、潤滑密封件等組成。主軸通過前端的卡盤或者花盤帶動工件完成旋轉(zhuǎn)作主運動，也可以安裝前尖頂通過撥盤帶動工件旋轉(zhuǎn)。（2）刀架 中形滑板上固定在小滑板，而在小滑板上固定在四方形的刀架，縱向滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動，從而拖動刀具縱向移動，用來車外圓、鏜內(nèi)孔等。而中滑板相對于縱滑板作橫向移動，刀具有足夠的動力來加工端面等。（3）尾座 尾座可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖來支撐長工件的后半部分用來工長圓柱體，同時還可以裝夾刀具的加工孔。當(dāng)要求進行小錐度的外錐面加工時，可以能夠橫向調(diào)節(jié)尾座。（4）進給箱 將具有進給作用的傳動裝置以及操作裝置安裝在進給箱內(nèi)，當(dāng)要改變加工螺紋的種類時，可以調(diào)節(jié)進給量的大小來實現(xiàn)。 （5）床身及床腿 床身4是機床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并在固定在地基上。床身上安裝著機床的各個構(gòu)件，并確保它們之間具有符合規(guī)范的相互準確位置。床身上面有縱向運動導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動的導(dǎo)軌。（6）溜板箱 溜板箱6與縱向滑板相互連接，溜板箱內(nèi)裝有縱、橫向機動進給的傳動換向機構(gòu)和快速進給機構(gòu)等。2.1.2CA6140車床的主要技術(shù)參數(shù)如表2.1所示表2.1 CA6140車床的主要技術(shù)參數(shù)床身上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑（mm）400刀架上最大工件的回轉(zhuǎn)直徑（mm）210最大工件長度750、1000、1500mm主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離（mm）205最大車削長度650、900、1400mm主軸孔徑48mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)（r/min）101400反轉(zhuǎn)（r/min）141580刀架縱向及橫向進給量各64種縱向一般進給量0.081.59mm小進給量0.0280.054mm加大進給量1.716.33mm橫向一般進給量0.040.79mm小進給量0.0140.027mm加大進給量0.863.16mm刀架縱向快速移動速度（m/min）4車削螺紋范圍米制螺紋1192mm英制螺紋224牙/in模數(shù)螺紋0.2548mm經(jīng)節(jié)螺紋196牙/in主電動機功率7.5kw轉(zhuǎn)速1450r/min快速電動機功率250kw轉(zhuǎn)速2800r/min2.2加工范圍及特點 2.2.1加工范圍CA6140加工工藝范圍非常廣，不僅可以完成車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序，能夠進行鉆孔、滾花等工作。主要是通過工件跟隨主軸旋動來完成CA6140車床的主運動，利用刀架的橫向移動來實現(xiàn)進給運動。因此CA6140車床加工范圍十分廣泛。其典型表如圖2.1所示。圖2.1 車床加工的典型零件2.2.2 CA6140車床的加工特點(1)加工范圍廣 (2)在進行加工時工件的旋轉(zhuǎn)運動作為主運動，刀具的縱、橫向移動作為進給運動。(3)在車削加工過程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。(4)CA6140多用于粗加工和半精加工。2.3 CA6140傳動系統(tǒng)的介紹2.3.1主運動傳動系統(tǒng) 通常情況下，CA6140的主要由主運動和車螺紋進給的傳動系統(tǒng)組成的其傳動系統(tǒng)。（1）主運動：電動機帶輪M1（實現(xiàn)主軸正、反轉(zhuǎn)以及停止） （2） M1 左離合 56/38 或 51/43（兩種轉(zhuǎn)速） M1 右離合 50/34齒輪30（一種轉(zhuǎn)速） M1 中位， 運動不能傳至。 主傳動鏈傳動系統(tǒng)表達式 可根據(jù)各滑移齒輪的嚙合狀態(tài)求得各主軸轉(zhuǎn)速，在圖示處于嚙合位置時，主軸的轉(zhuǎn)速為2.2.2車螺紋進給傳動系統(tǒng)在進行螺紋的車制過程中，尤其是在主軸與刀架之間保持運動關(guān)系，這就使得當(dāng)主軸轉(zhuǎn)一周時，刀具機會移動一個螺紋的導(dǎo)程L。車螺紋傳動鏈運動平衡式為：=L U：主軸至絲杠間的總傳動比； L絲 ：機床絲杠的導(dǎo)程，型車床的絲杠導(dǎo)程絲； L：工件螺紋的導(dǎo)程（mm）。2.2.3縱向、橫向進給（1） 縱向機動進給量(32種) （2）橫向機動進給量(64種)橫向機動進給量為縱向機動進給量的一半。2.2.4刀架的快速移動為保證能夠縮短輔助時間，使刀架能夠快速的縱向和橫向移動。為避免仍在轉(zhuǎn)動的光杠和快速電動機同時傳動軸 ，在齒輪56與軸之間裝有超越離合器。3 CA6140普通車床數(shù)控改造總體的方案的確定3.1 總體方案設(shè)計要求在整個設(shè)計過程中滿足以下幾點要求：第一 橫向的X軸、縱向的Z軸改用微機進行控制，利用步進電機進行驅(qū)動。第二 X軸（橫向）脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖第三 Z軸（縱向）脈沖當(dāng)量：0.010mm/脈沖實現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止。3.2 CA6140車床改造的總體方案基于對改造的成本的考慮，基于 車床相關(guān)技術(shù)資料及改造經(jīng)驗,確定總體方案為：數(shù)控控制裝置用的核心為8031的單片機，在加工過程中，步進脈沖經(jīng)由微機利用I/O接口進行發(fā)出，通過光電隔離然后驅(qū)動控制線路，然后驅(qū)動控制線路將該信號轉(zhuǎn)為控制電機定子繞組的通、斷電信號，用來控制電機進行運轉(zhuǎn)。滾珠絲杠由電機來帶動使之進行轉(zhuǎn)動，這樣就能夠使工作臺移動。為加工螺紋,在主軸上加裝主軸脈沖編碼器。改造方案的總體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示?？傮w的進給伺服系統(tǒng)方案如圖3.2所示： 圖3.1 總體改造方案結(jié)構(gòu)示意圖 圖3.2 進給伺服系統(tǒng)總體方案框圖總體框架說明：微機：采用8031單片機； 光電隔離：主要是避免微機的信號被外部信號干擾；主軸脈沖編碼器：實現(xiàn)螺紋加工；橫（縱）向工作臺：拆除CA6140原來的絲桿，溜板箱， 變速箱等。步進電機應(yīng)該能夠達到加工精度為0.003mm的要求。4 車床進給伺服系統(tǒng)機械部分改造設(shè)計與計算4.1 橫向進給系統(tǒng)改造設(shè)計4.1.1 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計 橫向系統(tǒng)主要是完成減速齒輪、滾珠絲杠等的設(shè)計，在此同時還要完成步進電機的選擇以及各種切削力的計算。4.1.2 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算已知條件：工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） 時間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程 L=4mm左旋行程 S=230mm脈沖當(dāng)量 =0.005mm/步步距角 =0.75 /步快速進給速度 max=1mm/min(1)切削力計算 查參考文獻1知，橫向進給量為縱向的,取則切削力約為縱向的。F=(1/2)152.76=76.38kg f=763.8N （式4.1）切斷工件時：F=0.5F=0.5076.38=38.19kgf=381.9N （式4.2）(2)滾珠絲杠設(shè)計計算 強度計算 燕尾型導(dǎo)軌： P=K *Fy+f(F+W) （式4.3） 取K=1.4 f=0.2,那么 P=1.438.19+0.2（76.38+30） =74.74kg f=747.4N （式4.4）使用壽命值：L =13.5 （式4.5）最大動負載 Q=1.2174.74=213.55kg f=2135.5N （式4.6）根據(jù)最大動負荷的值，可選擇滾珠絲杠的型號。查參考文獻得，選用型號為左，額定動負荷為，所以強度夠用。 效率計算螺旋升角=339，摩擦角=10那么傳動效率： =0.956 （式4.7） 剛度驗算滾珠絲杠隨工作負載變化引起導(dǎo)程的變化范圍：L=5.9610-6cm （式4.8）由于L=L。所以，導(dǎo)程變形總誤差為 =L=5.9610-6=14.9m/m （式4.9） 查表可知級精度絲杠允許的螺距誤差長為，故剛度滿足條件。 穩(wěn)定性驗算由于本改進所用的滾珠絲杠與原絲杠具有相同的直徑，為增強穩(wěn)定性，支承方式改為可固定可支承的形式，因此其具有足夠的強度。 (3) 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算 齒輪計算 傳動比 i= （式4.10） 因此取Z=18 Z=30 m=2mm b=20mm =20 d=36mm d=60mm d=40mm d=64mm a=48mm 轉(zhuǎn)動慣量計算換算工作臺質(zhì)量到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：JI=（）2W=（）2300.01=0.0439kgfcm2 （式4.11） 絲杠轉(zhuǎn)動慣量 JS=7.810-42450=0.624kgfcm2 （式4.12）齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J=7.810-43.642=0.262kgfcm2 （式4.13）J=7.810-4642=2.022kgfcm2 （式4.14）因為電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略，因此，總體轉(zhuǎn)動慣量：J= =1.258kgfcm2 （式4.15）關(guān)于轉(zhuǎn)動力矩的計算： n=41607r/min （式4.16） M=Nm=2.23kgfcm （式4.17） （式4.18） m=0.1775kgfcm （式4.19） = （式4.20） （式4.21） (式4.22)所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩 (式4.23) 切削時所需力矩： （式4.24)進行快速進給需的力矩： （式4.25） 根據(jù)上式可知：快速啟動時將會有最大的轉(zhuǎn)矩， =2.633kgfcm=26.33Ncm4.1.3 步進電機的選擇CA6140橫向進給系統(tǒng)步進電機的選擇： （式4.26）根據(jù)電動機的工作方式為三相六拍可知： （式4.27）所以步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩為： （式4.28）步進電機最大工作頻率： （式4.29）為了便于設(shè)計和計算，選用型三相六拍步進電機，可以滿足使用要求。4.2 縱向進給系統(tǒng)改造設(shè)計4.2.1 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計演算 已知條件： 工作臺重（估計） W=30kg f=300N 時間常數(shù) T=25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程 L=4mm左旋 行程 S=650mm 脈沖當(dāng)量 =0.010mm/步 步距角 =0.36 /步 快速進給速度 max=2mm/min(1)切削力的計算 最大切削功率:W1L2005 P切=P主 則P切=（7.50.8）kW=6kW 切削功率按照最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)速來計算： P切=一般外圓車削時，F(xiàn)f=(0.10.55)Fc,Fp=(0.150.65)Fc，取 Ff=0.48Fc=0.483600N=1728N Fp=0.58Fc=0.583600N=2088N (2)滾珠絲杠的計算和選定 因為縱向進給為綜合性導(dǎo)軌，所以絲杠軸向進給切削力。其中，取，則最大切削力下的進給速度可取最高進給速度的（一般 取為），縱向最 大進給速度為，絲杠導(dǎo)程絲杠使用壽命時間通常取為，則絲杠的計算壽命L：根據(jù)工作負載Fm、壽命L,可以計算出滾珠絲杠所能副承受的最大動載荷，其中Cm取fw=1.2，fa=1 則：可以根據(jù)副產(chǎn)品樣本來參照滾珠絲杠，調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副是通過用外循環(huán)螺紋來實現(xiàn)的，圈為1列，為其額定的動負載，選用級精度且還要能保證足夠的強度。其幾何參數(shù)如下：d0=40mm作為公稱直徑，L0=6mm作為導(dǎo)程，dW=3.969mm作為鋼球直徑，d1=35.984mm作為螺桿內(nèi)徑。校驗絲杠螺母副的傳動效率作為其支承間距。均要對絲杠螺母及軸承進行預(yù)緊，其中軸向負荷的作為預(yù)緊力。計算絲杠的變形量如下：滾珠絲杠截面積,按絲杠螺紋的底徑確定:由于工作負載所引起的導(dǎo)程，其變化量可用下式計算：則絲杠的拉伸后壓縮變形量1： 因為角接觸軸承被用于兩端，因為有對絲杠進行了預(yù)緊，所以其提高4倍的拉壓剛度，在于一端固定的絲杠對比時。但是其變形量卻只有比原來減少了的四分之三。 滾珠與螺紋滾道間接觸變形2因預(yù)緊力加在絲杠上，當(dāng)最大負載的1/3為預(yù)緊力時，可使得減少原來的一半，所以其實際所擁有的變形量為：用型推力球軸承來進行支承滾珠絲杠的軸承，幾何參數(shù)為：滾動體直徑，為滾動體的數(shù)量。1為軸承軸向變形因施加預(yù)緊力，故實際變形量根據(jù)以上計算結(jié)果，總變形量：因為15um/m是三級精度絲杠所能夠允許的螺距誤差，所以可以滿足其剛度。將推力球軸承用到滾珠絲杠兩端并加以預(yù)緊，失穩(wěn)現(xiàn)象是不會產(chǎn)生的，因此沒有必要校核其穩(wěn)定性。(3)減速齒輪設(shè)計 依據(jù)0.02mm為給定的縱向進給的脈沖當(dāng)量，L0=6mm是滾珠絲杠的導(dǎo)程，一開始用距角為1.50的步進電動機，可計算出傳動比： 選取齒輪齒數(shù)為z1=40、z2=40，模數(shù)m=2. 4.2.2步進電動機的選擇考慮整個設(shè)計，縱向進給系統(tǒng)選用型步進電動機。4.3主軸系統(tǒng)的設(shè)計 主軸系統(tǒng)依然用原來的電動機驅(qū)動，在安裝一個光電編碼器在這上面，經(jīng)由主軸、編碼、數(shù)控、到步進電機來完成工件的旋轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)車削螺紋的運動，刀具的進給應(yīng)該與一個導(dǎo)程具有相互運動的關(guān)系，。4.3.1 主軸箱的改造(1)主傳動通過帶傳動進行；(2)把原先離合器換成電磁離合器；(3采用異軸安裝主軸脈沖編碼器。4.3.2 主傳動形式的選擇 通常都是將主傳動由帶傳動應(yīng)用于小型數(shù)控機床上。 同步帶可以進行帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動，因為其是利用帶上齒輪進行動力傳遞的，而且同步帶具有準確得傳動比，高精度的傳遞效果，經(jīng)常用于高速物件的傳動。4.3.3電磁離合器的選擇 原先主軸上的雙向摩擦片離合器僅僅起到控制車床主軸起停和正反轉(zhuǎn)在數(shù)控改造后不能接收數(shù)控系統(tǒng)的停機制動信號以控制原制動裝置制動停車，因此需要把原先的雙摩擦片離合器換成安裝尺寸一樣的電磁離合器，可選用DLM5有滑環(huán)濕式多片電磁離合器。4.3.4 主軸脈沖編碼器 數(shù)控車床車螺紋時,螺矩是隨著主軸的旋轉(zhuǎn)車刀來進行移動的，應(yīng)該同步動作主軸和絲杠。為避免每次吃刀出現(xiàn)亂扣情況,要有反饋元件安裝在主軸的后端，其為一個主軸的脈沖編碼器。本設(shè)計用異軸進行安裝。異軸安裝時應(yīng)按1：1無間隙柔性的將脈沖編碼器的引出軸與主軸聯(lián)接。當(dāng)實際工作時，主軸轉(zhuǎn)速不能超脈沖編碼器所允許的轉(zhuǎn)速。為能夠保證角位移信號傳遞的可靠性，同樣是用異軸來安裝脈沖編碼器，這樣還能將主軸的部分振動吸收掉，保證了傳遞信號的準確平穩(wěn)。圖41為主軸脈沖編碼器的異軸安裝.圖4.1 主軸脈沖編碼器的異軸安裝5 數(shù)控部分的改造5.1總體方案設(shè)計5.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的功能要求 （1）z和x向進給伺服運動控制； （2）螺紋加工控制； （3）行程控制； （4）鍵盤及顯示； （5）面板管理； （6）其他：光電隔離、功率放大、報警、急停、復(fù)位。5.1.2 硬件電路的組成 采用系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖（見附錄）所示。電路的組成如下：（1）核心CPU采用8031芯片；（2）擴展程序存儲器兩片，一片；（3）擴展可編程接口芯片8155兩片；（4）鍵盤電路，顯示電路；（5）地址鎖存器，譯碼器各一個；（6）越程報警電路，急停電路，復(fù)位電路；（7）光電隔離電路，功率放大功率；（8）面板管理電路。5.2 設(shè)計說明5.2.1系統(tǒng)主機8031芯片8031單片機的基本特征： （1）具有8位處理單元。 （2）總共有128個字節(jié)RAM。 （3）時鐘發(fā)生電路裝在片內(nèi)。 （4）有4個IO接口，32根IO線。 （5）有2個16位定時器計時器。 （6）能夠?qū)?4K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)尋址。 （7）共有21個特殊功能寄存器。 （8）有5個中斷源，配備兩個優(yōu)先級。 （9）具有一個全雙工串行接口。8031的引腳功能如下：電源引腳： Vss：接地端。 Vcc：電源端，接+5V。P0.0P0.7：通道0是一個8位的雙向I/O通道。P1.0P1.7：通道1是一個8位的準雙向I/O通道。 P2.0P2.7：通道2是一個8位的準雙向IO通道。 P3.0P3.7：通道3是一個8位的準雙向IO通道。 P3.0（RXD）：串行輸入口。 P3.l（）：外接中斷輸0入口。 P3.2（）：外接中斷輸1入口。 P3.3（TXD）：串行輸入口。 P3.4（TO）：定時計數(shù)器0外部脈沖輸入端。 P3.5（T1）：定時計數(shù)器L部脈沖輸入端。 P3.6（）：外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖。 P3.7（）：外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖。存儲器: 8031單片機具有設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。其可以滿足簡單的應(yīng)用場合。其主要有由多個部件組成，這包括CPU、RAM、ROM/EPROM、I/O口、串行口等。利用片內(nèi)的單一總線將上述多個部分串接起來。其仍然是利用在上加入外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式。其在控制功能單元的上卻用了具有特殊功能的寄存器來進行集中控制。 單片機主要有電源、復(fù)位等管腳，為了能夠完善系統(tǒng)而設(shè)置了很多其他的管腳。主要是采用三總線形式來構(gòu)成這些管腳，也就是所說的地址總線。 程序存儲器可直接尋址64K字節(jié)范圍的內(nèi)容。單片機8051/8071對片內(nèi)有ROM/EPRON，時，則指向片外，當(dāng)時，指向片內(nèi)?？刂苹蚺c其它電源復(fù)位引腳8031單片機有40個引腳，8031引腳圖見圖5-2（見附錄） RSTUPD：主要是使單片機進行復(fù)位功能。 XTAL1：引腳18，此端口主要是用來進行外部振蕩信號輸入用的。XTAL2：引腳19，此端口主要是用來進行外部振蕩信號輸入用的。5.2.2 74LS373地址鎖存器 芯片是八D鎖存器，若要使得三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，應(yīng)該將其信號線為低電平，允許輸出到，若要求輸出三態(tài)門斷開時，應(yīng)當(dāng)使得OE為高電平。其引腳圖5.2如下： 圖5.1 74LS373結(jié)構(gòu)5.3 CA6140普通車床的微機數(shù)控系統(tǒng)它是用系列單片機組成的開環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)擴展片芯片，片芯片為，片的芯片可編程并行口。（1）控制系統(tǒng)的功能 Z向和X向進給伺服運動； 鍵盤顯示； 自動轉(zhuǎn)刀架控制； 螺紋加工控制； 面板管理； 行程控制； 報警；隔離；急停等。 （2）螺紋加工的控制 當(dāng)要進行螺紋加工時，螺紋和零位螺紋信號將通過編碼器分別傳入8331（1）的PB6。若要加工不同螺距的螺紋，可以設(shè)置時間來實現(xiàn)。地址編碼。存儲器及I/O地址編碼，由表5.1示：表51 芯片地址編碼芯片接引腳地址選擇線片內(nèi)地址單元（字節(jié)）地址編碼2746（1）Y0000X XXXX XXXX XXXX8K0000H1FFFH2746（2）Y1001X XXXX XXXX XXXX8K2000H3FFFH6264Y2010X XXXX XXXX XXXX8K4000H5FFFH8155（1）RAMY30111 1110 XXXX XXXX2567E00H7EFFHI/OY30111 1111 1111 1XXX67FF8H7FFDH8155（2）RAMY41001 1110 XXXX XXXX2569E00H9EFFHI/OY41001 1111 1111 1XXX69FF8H9FFDH 6 自動回轉(zhuǎn)刀架的選型針對數(shù)控化改造普通的一般車床，首先是用自動轉(zhuǎn)位刀架來替換原來的手動轉(zhuǎn)位刀架。因為自動轉(zhuǎn)位刀架是經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)控制，所以其具有效率高的特點。6.1數(shù)控車床刀架的基本要求數(shù)控車床的重要組成之一就是車床的刀架。要評定一個車床的設(shè)計和制造技術(shù)水平，首先刀架的結(jié)構(gòu)和性能應(yīng)該是考慮的很大一部分，具體要求如下：(1)轉(zhuǎn)位準確可靠，工作安全平穩(wěn)；(2)能夠就近原則選擇線路；(3)重復(fù)定位精度比較高；(4)防水、防屑，密封性好；(5)要求你具有較高的夾緊剛性，能夠滿足重負荷切削的要求。6.2自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 一旦數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出將要進行換刀的信號，渦輪蝸桿減速機構(gòu)在電動機正轉(zhuǎn)的驅(qū)動下開始進行轉(zhuǎn)動，螺桿升降機構(gòu)由于在驅(qū)動力的作用下開始旋轉(zhuǎn)并使上刀架開始緩慢上升。在上升過程