机电一体化课程设计-C6140卧式车床数控化改造设计

C6140卧式车床数控化改造设计

机电一体化 课程设计 说明书

设计题目：C6140卧式车床数控化改造设计 班级：班 设计者： 学号： 指导教师：

目录

1设计任务 ................................................................................................................................ 2 2设计要求 ................................................................................................................................ 3 2.1总体方案设计要求 ........................................................................................................ 3 2.2设计参数 ........................................................................................................................ 4 2.3.其它要求 ....................................................................................................................... 5

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C6140卧式车床数控化改造设计

3进给伺服系统机械部分设计与计算 .................................................................................... 6 3.1进给系统机械结构改造设计 ........................................................................................ 6 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 ........................................................................ 6 3.2.1确定系统的脉冲当量 ..................................................................................................... 6 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 ..................................................................... 6 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 ...................................................................10 4步进电动机的计算与选型 .................................................................................................. 13 4.1步进电动机选用的基本原则 ...................................................................................... 14 4.1.1步距角α .......................................................................................................................14 4.1.2精度 ...............................................................................................................................14 4.1.3转矩 ...............................................................................................................................14 4.1.4启动频率 .......................................................................................................................14 4.2步进电动机的选择 ...................................................................................................... 14 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 .......................................................................14 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 .......................................................................15 5电动刀架的选择 .................................................................................................................. 15 6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电路原理图 .................................................................................................................. 16 6.4

主轴正反转与冷却泵启动梯形图 .......................................... 错误！未定义书签。

7总结 ...................................................................................................................................... 18 8参考文献 .............................................................................................................................. 18

1设计任务

设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。

主要技术指标如下：

1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm

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C6140卧式车床数控化改造设计

3) X方向（横向）的脉冲当量 ? x ? 0 . 01 mm/脉冲，Z方向（纵向）脉冲

当量 ? z ? 0 .02 mm/脉冲

4) X方向最快移动速度vxmax=3100mm/min，Z方向为vzmax=6000mm/min 5) X方向最快工进速度vxmaxf=370mm/min，Z方向为vzmaxf=730mm/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，最大导程为25mm

9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变

速信号

10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关

12) 数控系统可与PC机串行通讯

13) 显示界面采用LED数码管，编程采用相应数控代码

2设计要求

2.1总体方案设计要求

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。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，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采用8位微机。在8位微机中，MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、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；包括能输入加工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，它们由步进电机、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

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消除齿侧间隙的机构。

（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。

2.2设计参数

设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。 由《机械加工工艺手册》表8.1-1可列出C6140卧式车床的技术数据如下：

名称 技术参数

在床身上 工件最大直径 在刀架上 顶尖间最大距离

宋制螺纹 mm 加工螺纹范围 英制螺纹 t/m 模数螺纹 mm 径节螺纹 t/m

最大通过直径 孔锥度 主轴 正转转速级数 正转转速范围 反转转速级数 反转转速范围

纵向级数 进给量

纵向范围 横向级数

横向范围

滑板行程 横向 纵向 最大行程 刀架

最大回转角

刀杠支承面至中心的距离

刀杠截面B×H

4

400mm

210mm

650;900;1400;1900mm 1---192

2---24

0.25---48 1---96

48mm 莫氏6号 24

10—1400r/min 12

14---1580r/min 64

0.08---1.59mm/r 64

0.04---0.79mm/r 320mm

650;900;1400;1900mm 140mm ±90° 26mm 25×25mm

C6140卧式车床数控化改造设计

尾座

顶尖套莫氏锥度 5号

横向最大移动量 ±10mm

2418×1000×1267mm 0.01mm 200:0.02 0.02/φ300mm 1.6---3.2μm 7.5kw

外形尺寸 长×宽×高 圆度 工作精度

电动机功率

总功率 圆柱度 平面度 表面粗糙度Ra 主电动机

7.84kw

改造设计参数如下:

最大加工直径 在床面上 460mm

在床鞍上

最大加工长度 快进速度

纵向 横向

最大切削进给速度 纵向

横向

溜板及刀架重力 纵向

横向

脉冲当量 纵向 横向 定位精度

210mm 1150mm 6000mm/min 3100mm/min 730mm/min 370mm/min 800N 600N 0.02mm/脉冲 0.01mm/脉冲

纵向 ±0.02mm 横向 ±0.01mm

2.3.其它要求

（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工艺性，考虑正确的装配顺序，保证 安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。

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