沈 阳 理 工 大 学
机电一体化
课程设计计算说明书
题 目： 卧式车床数控化改造设计 所属系部： 机械运载学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师：
2011年 6月 13日
目 录
摘 要 .......................................................... 2 设计题目 .......................................................... 3 1. 设计任务 ....................................................... 4 2. 总体方案的确定 .................................................. 5 3. 机械系统的改造设计方案 .......................................... 5 4. 进给传动部件的计算和选型 ........................................ 8 4.1 脉冲当量的确定 ................................................. 8 4.2 切削力的计算 ................................................... 8 4.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） ............................. 9 4.4 同步带减速箱的设计（纵向） .................................... 10 4、5 步进电动机的计算与选型（纵向） ............................... 13 4.6 同步带传递功率的校核 .......................................... 17 5. 绘制进给传动机构的装配图 ....................................... 17 6. 控制系统硬件电路的设计 ......................................... 18 7. 步进电动机驱动电源的选择 ....................................... 19 8. 控制系统的部分软件设计 ......................................... 20 8.1 存储器与I/O芯片地址分配 ...................................... 20 8.2 控制系统的监控管理程序 ........................................ 20 8.3 8255芯片初始化子程序 ......................................... 21 8.4 8279芯片初始化子程序 ......................................... 21 8.5 8279控制LED显示子程序 ....................................... 22 8.6 8279管理键盘子程序 ........................................... 24 8.7 D/A电路输出模拟电压程序 ...................................... 25 8.8 步进电动机的运动控制程序 ...................................... 25 8.9 电动刀架的转位控制程序 ........................................ 25 8.10 主轴、卡盘与冷却泵的控制程序 ................................. 25 机电一体化课设的感受与收获 ....................................... 27 结论 ............................................................. 28
谢辞 ............................................................ 29 参考文献 ........................................................ 30
摘 要
整个人类社会的文明史，就是制造技术不断演变和发展的历史。任何国家的制造业都是国民经济的基础产业，也是国民经济的主要来源。没有发达的制造业，就不可能有国家真正的繁荣和强大。制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家科技水平、综合国力的重要体现，制造技术的发展是一个国家经济增长的根本动力。而制造业中机床是其基础装备。我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。
（机电一体化系统设计课程设计指导书）
设计题目：——卧式车床数控化改造设计
普通车床（如C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630等）是金属切削加工最常用的一类机床。C6140普通车床的结构布局如图所示。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，借助成型刀具，还能加工各种成形回转表面。
C6140普通车床的结构布局图
1-床脚 2-挂轮 3-进给箱 4-主轴箱 5-纵溜板 6-溜板箱 7-横溜板8-刀架 9-上溜板 10-尾座 11-丝杠 12-光杠 13-床身
机床实体图
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，由光杆或丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。进给参
数依靠手工调整，改变参数时需要停车。刀架的纵向进给和横向进给不能联动，切削次序需要人工控制。
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成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。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。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具都可按程序自动进行调节和更换，再加上纵、横向的联动进给功能，所以，改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序集中车削，从而提高生产效率和加工精度。
1. 设计任务
题目：C6140普通车床数控化改造设计
任务：将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下 （1）床身上最大加工直径400 mm； （2）最大加工长度1000 mm；
（3）X方向(横向)的脉冲当量?x = 0.005 mm/脉冲,Z方向(纵向)?z = 0.01 mm/脉冲；
（4）X方向最快移动速度vxmax = 3000 mm/min，Z方向为vzmax = 6000 mm/min； （5）X方向最快工进速度vxmaxF= 400 mm/min，Z方向为vzmxF= 800 mm/min； （6）X方向定位精度± 0.01 mm，Z方向± 0.02 mm； （7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；
（8）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为24 （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、反转与停止，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。
卧式车床数控化改造设计范本
