C6140卧式车床数控化改造设计 主要技术指标如下：
1）床身上最大加工直径400mm；
2）最大加工长度1000mm；
3）X方向（横向）的脉冲当量?x=0.005mm/脉冲， Z方向（纵向）的脉冲当量?z=0.01mm/脉冲；
4）X方向最快移动速度vxmax=3000mm/min,Z方向为vxmax=6000mm/min； 5）X方向最快共进速度vxmaxff=400mm/min，Z方向为vxmaxf=800mm/min；
6）X方向定位精度?0.01mm，Z方向?0.02mm；
7）可以车削柱面，平面，锥面与球面等；
8）安装螺纹编码器，可以车削米/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为24mm；
9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；
10） 自动控制主轴的正转，翻转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号;
11） 自动控制冷却泵的启/停；
12） 安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；
13） 纵横向安装限位开关；
14） 数控系统可与PC机串行通信；
15） 显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。
目
录
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一：总体方案的确定
二：机械系统的改造设计方案
三：进给传动部件的计算和选型
四：绘制进给传动的机构的装配图
五：控制系统硬件电路设计 ·
六：步进电动机驱动电源的选用
一：总体方案的确定
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计算项 计算内容和说明 计算的主要目 结果 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式，进给伺服系统的类 型，数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 1）卧式车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补，圆可弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 2）卧式车床经数控化改造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，进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。 3）根据技术指标中的最大加工尺寸，最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS—51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS—51系列8位机具有功能多，速度快，抗干扰能力强，性/价比高等优点。 4）根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器，数据存储器，键盘与显示电路，D/A转换电路，串行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。 5）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵横向的进给传动应选用摩擦力小.传动效率高的滚珠丝杠螺母副，为了消除传动间隙.提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。 6）计算选择步进电机，为了园整脉冲当量，能需要减速轮副，且应有消间隙机构。 7）选择四工位自动回转刀架与电机卡盘，选择螺纹编码器等。
二：机械系统的改造设计方案
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计算项 计算内容和说明 计算的主要目 结果 1）主传对卧式车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动 动系统机构和变速操纵机构，这样可减少机械改造的工作量。主轴的的改造正转反转和停止可由数控系统来控制。 方案 若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速， 可用2~4速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电 动机仍不能满足要求是，可用交流变频器来控制主轴电动机， 以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作 频率低于70Hz，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的 功率应比电动机大）。 本课程中，当采用有级变速时，可选用天津市西玛电机有 限公司生产的YD系列7.5Kw变极多速三相异步电动机，YD 系列变极多速三相异步电动机是Y系列(1P44)三相异步电动机 主要派生系列之一。该系列电动机由于具有可随负载性质的要 求而有级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和简化变速系 统的特点，是机械系统节约能耗的理想动力之一。在机床、矿 山、冶金、纺织、印染、化工、农机等工农业部门得到广泛的 应用。 YD系列变极多速三相异步电动机对于国内同类型其他 系列电动机具有效率高、堵转转矩大、噪声低、振动小、运行 安全可靠等特点。电动机符合“YD系列(1P44)变极多速三相 异步电动机技术条件JB/T7127-93\的规定。 YD系列变极多速 三相异步电动机采用B级绝缘，额定电压为380V，额定频率 为50Hz，外壳防护等级为IP44，冷却方式为IC411，连续工作 (S1)。当采用无极变速时，应加装交流变频器，可采用武汉信 通机电设备有限公司生产的F1000-G0075T3B惠丰变频器采用 电机驱动芯片，应用空间电压矢量控制方法。强化电磁兼容， 完全自动化贴片工艺，具有良好的的可靠性与稳定性。它具有 电压利用率高，功率因数高、动态性能好、精度高、噪音低、 转矩大等优点。可广泛应用于纺织、印染、食品、制药、机械 电子等领域的电机调速及其系统改造和更新。 2）安装为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，可电动卡选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定盘 心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。 3）换装采 为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将自动回转刀架车车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用佛山市明 锋机电设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式 电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系
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统统完成。 4）螺纹 螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或园光栅。数控车床加工螺编码器的安装纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反方案 馈元件，它与车床主轴同步转动。 本课程中，改造后的车床能够加工的最大螺纹导程24mm， Z向的进给脉冲当量是0.01mm/脉冲，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不小于24mm/（0.01mm脉冲?1）=2400脉冲，考虑到编码器的输出有相应差为90?的A，B相信号，可将A，B经逻辑异或后获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到1200线（A，B信号）。另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。 基于上述要求，本课程选择螺纹编码器的型号为：ZLF—1200Z—05VO—15—CT电压输出，轴头直径15mm，生成厂家为长春光机数显技术有限公司。 螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在床头箱的的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为1:1的同步齿形带与主轴连接起来。需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性连接，且车床组、主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。
三：进给传动部件的计算和选型
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