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第一节 设计任务 ..................................... 错误!未定义书签。
题目： .......................................... 错误!未定义书签。 任务 ........................................... 错误!未定义书签。 第二节 总体方案的确定 ............................... 错误!未定义书签。 第三节 机械系统的改造设计方案 ....................... 错误!未定义书签。
主轴系统的改造方案 .............................. 错误!未定义书签。 安装电动卡盘 .................................... 错误!未定义书签。 换装自动回转刀架 ................................ 错误!未定义书签。 螺纹编码器的安装方案 ............................ 错误!未定义书签。 进给系统的改造与设计方案 ........................ 错误!未定义书签。 第四节 进给传动部件的计算和选型 ..................... 错误!未定义书签。
脉冲当量的确定 .................................. 错误!未定义书签。 切削力的计算 .................................... 错误!未定义书签。 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 ...................... 错误!未定义书签。 同步带减速箱的设计 .............................. 错误!未定义书签。 步进电动机的计算与选型 .......................... 错误!未定义书签。 同步带传递效率的校核 ............................ 错误!未定义书签。 第五节 绘制进给传动机构的装配图 ..................... 错误!未定义书签。 第六节 控制系统硬件电路设计 ......................... 错误!未定义书签。 第七节 步进电动机驱动电源的选用 ..................... 错误!未定义书签。 第八节 控制系统的部分软件设计 ....................... 错误!未定义书签。 参考文献 ............................................ 错误!未定义书签。
第一节 设计任务
设计方案的确定：
C6140普通车床数控化改造设计。
C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。
一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。
本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造，用微机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。
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）
?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方向最快工进速度vxmaxf?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，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程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、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。
第二节 总体方案的确定
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。由于是对车床进行数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。
1． 普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以
及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 2． 普通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，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统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、I/O接口电路、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． 计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有
消间隙机构。
7． 选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。
第三节 机械系统的改造设计方案
主轴系统的改造方案
对普通机床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵
机构，这样可以减少机械改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。
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时，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）。
C6140车床数控化改造课程设计
