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CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 I 摘 要 物競天擇 適者生存 一些不適應(yīng)社會發(fā)展在機床必將被淘汰 所以實施機床的數(shù) 控化改造是機械行業(yè)在必然趨勢 通過搜集資料 實踐研究等方法對機床就行改造即是 用較少的成本去創(chuàng)造更高的價值 而這也將極大的推動中國機械行業(yè)的發(fā)展 經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性 實用性和穩(wěn)定性 所以很 多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床 這種做法具有投資少 見效快的特點 事實證明 機床的數(shù)控化改造可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益 目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間 現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不 到 3 用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期 長 從而在國際 國內(nèi)市場上缺乏競爭力 直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品 市場 效益 影 響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機床的數(shù)控化率 本文以車床的數(shù)控改造為例 介紹了機床數(shù)控改造的方法 包括其結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計 性能與精度的選擇以及最后改造 方案的確定 關(guān)鍵字 CA6140 機床 數(shù)控化 改造 設(shè)計 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 II Abstract Natural selection survival of the fittest Have to adapt to social development will be eliminated in the machine so the implementation of the transformation of CNC machine tools in machinery industry is an inevitable trend By gathering information practical research methods such as the transformation of the machine that is on the line with less cost to create higher value And this will greatly promote the development of China s machinery industry After a lot of practice proved ordinary CNC transformation with a certain economy practicality and stability So many companies have transformed into an existing machine Economical CNC machine tools this approach has less investment quick features Facts have proved that NC transformation tools can bring considerable economic benefits for the enterprise Currently CNC transformation of the market in our country there is still much room for development is now China s machine tool CNC rate of less than 3 Out of the ordinary machining widespread poor quality products less variety low grade high cost long delivery period so uncompetitive in the international and domestic markets directly affect a company s products markets effectiveness impact business survival and development it is necessary to greatly improve the rate of CNC machine tools In this paper CNC lathe transformation for example describes a method of CNC transformation including identification of the transformation of the design of its structure the performance and accuracy of selection and the final transformation of the program Keywords CA6140 machine tools numerical control transformation design CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1 1 數(shù)控改造的背景 1 1 2 數(shù)控改造的意義 1 1 3 設(shè)計要求 2 1 3 1 給定參數(shù) 2 1 3 2 設(shè)計要求 2 第二章 改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案 4 2 1 CA6140 普通車床的組成 4 2 2 總體改造方案 5 2 2 1 機械部分改造 6 2 2 2 數(shù)控部分的改造 7 第三章 機械部分改造設(shè)計 8 3 1 滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 8 3 1 1 縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 8 3 1 2 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 13 3 2 齒輪有關(guān)計算與校核 15 3 2 1 有關(guān)齒輪計算 15 3 2 2 轉(zhuǎn)動慣量計算 15 3 2 3 所需轉(zhuǎn)動力矩計算 16 3 3 步進電機選擇與計算 17 3 3 1 步進電機選用的基本原則 17 3 3 2 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 18 3 3 3 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 18 第四章 單片機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計 20 4 1 微機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 20 4 1 1 控制系統(tǒng)的功能要求 20 4 1 2 硬件電路的組成 20 4 2 單板機控制系統(tǒng)的設(shè)計 21 4 2 1 硬件配置 21 4 2 2 存貯器空間分配 21 4 2 3 I O 口地址分配 21 4 2 4 光電隔離電路 22 4 3 存儲器擴展電路設(shè)計 22 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 IV 4 3 1 程序存儲器的擴展 22 4 3 2 數(shù)據(jù)存儲器的擴展 23 4 3 3 并行 I O 接口電路的擴展 24 4 4 譯碼電路設(shè)計 26 4 5 其他輔助電路設(shè)計 26 4 5 1 復(fù)位電路 26 4 5 2 越界報警電路 27 4 5 3 掉電保護電路 27 第五章 軟件設(shè)計部分 28 5 1 控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 28 5 2 控制 LED 顯示子程序 28 5 3 管理鍵盤子程序 30 5 4 直線插補子程序 31 第六章 總體結(jié)論 34 參考文獻 35 致謝 36 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 1 第一章 緒論 1 1數(shù)控改造的背景 數(shù)控機床與普通機床相比 增加了功能 提高了性能 簡化了結(jié)構(gòu) 較好地解決形狀復(fù)雜 精密 小批量及形狀多變零件的加工問題 能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率 其應(yīng) 用越來越廣泛 但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制 1 數(shù)控機床價格昂貴 一次性 投資巨大 中小企業(yè)常是心有力而力不足 2 目前 各企業(yè)都有大量的普通機床 完 全用數(shù)控機床替換根本不可能 而且替代下的機床閑置起來又會造成浪費 3 在國內(nèi) 訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長 往往不能滿足生產(chǎn)急需 4 通用數(shù)控機床對某 一類具體生產(chǎn)項目有多余功能 要較好的解決上述問題 應(yīng)走通用機床數(shù)控改造之路 普通機床的改造就是在普通 機床上增加微機數(shù)控裝置 使其具有一定的自動化能力 以實現(xiàn)額定的加工工藝目標 機床數(shù)控化改造的優(yōu)點 1 改造閑置設(shè)備 能發(fā)揮機床原有的功能和改造后的新 增功能 提高了機床的使用價值 可以提高固定資產(chǎn)的使用效率 2 適應(yīng)多品種 小 批量零件生產(chǎn) 3 自動化程度提高 專業(yè)性強 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 數(shù)控改造費用低 經(jīng)濟性好 6 數(shù)控改造的周期 短 可滿足生產(chǎn)急需 目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間 現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不 到 3 用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期 長 從而在國際 國內(nèi)市場上缺乏競爭力 直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品 市場 效益 影 響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機床的數(shù)控化率 普通車床 如 C616 C618 CA6140 等是金屬切削加工最常用的一類機床 普通機 床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來 通過進給箱變速后 由光杠或絲杠帶動溜板箱 縱溜箱 橫溜板移動 進給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好 改變 參數(shù)時要停車進行操作 刀架的縱向進給運動和橫向進給運動不能聯(lián)動 切削次序也由 人工控制 對普通車床進行數(shù)控化改造 主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改為用微機控制的 能 獨立運動的進給伺服系統(tǒng) 刀架改造成為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架 這樣 利用數(shù)控裝置 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進行切削加工 由于加工過程中的切削參數(shù) 切削次 序和刀具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換 再加上縱向和橫向進給聯(lián)動的功能 數(shù)控改裝后 的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件 并能實現(xiàn)多工序自動車削 從而提高了 生產(chǎn)效率和加工精度 也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工 1 2 數(shù)控改造的意義 1 節(jié)約成本 與購置新機床相比 數(shù)控化改造可以節(jié)省 60 到 80 的費用 2 性能更穩(wěn)定 所利用的床身立柱都是重而堅固的鑄件 改造后機床性能質(zhì)量好 可以做新設(shè)備使用多年 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 2 3 更好的體現(xiàn)用戶的愿望 新機床有些用戶不需要的功能 造成價值的浪費 數(shù) 控化改造可以依照用戶的需求改造 4 生產(chǎn)效率更高 5 更有利于維修和使用 購置新設(shè)備需要一個了解其性能的過程 改造后操作者 對機床的特性早已清楚 在使用和維護方面培訓(xùn)時間段 見效快 1 3設(shè)計要求 將 CA6140 普通車床改造成用 AT89S51 單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床 要求該車床 在縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能 系統(tǒng)分辨率縱向 0 01mm plus 橫向 0 005mm plus 1 3 1給定參數(shù) 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 工作行程 縱向 1000mm 橫向 500mm 導(dǎo)軌類型 縱向 綜合性導(dǎo)軌 橫向 燕尾型導(dǎo)軌 主軸轉(zhuǎn)速范圍 正轉(zhuǎn) 24 級 10 1400rpm 反轉(zhuǎn) 12 級 14 1580rpm 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 刀架快移速度 縱向 2 4m min 橫向 1 2m min 最大切削進給速度 縱向 0 6m min 橫向 0 3m min 主電機功率 7 5kW 1450rpm 啟動加速時間 30ms 機床定位精度 0 015mm 1 3 2設(shè)計要求 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 3 1 改裝后數(shù)控車床應(yīng)具有的性能 數(shù)控代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點比較法 輸入方式 增量值 絕對值通用 同時控制坐標軸數(shù) 2 坐標軸 縱向 Z 橫向 X 脈沖當(dāng)量值 縱向 0 01mm 脈沖 橫向 0 005mm 脈沖 刀具補償量 0 99 99mm 進給傳動鏈間隙補償量 縱向 0 15mm 橫向 0 075mm 自動升降速性能 有 2 改裝后數(shù)控車床的工藝范圍 具有快速定位 直線插補 順 逆圓插補 采用步進電機開環(huán)控制 4 對微機數(shù)控系統(tǒng)的要求 微機控制系統(tǒng)要有可靠性好 功能強 速度快 抗干 擾能力強 可在線編程 具有很高的性能價格比等特點 單片機型號 AT89S51 24PU SRAM 型號 IDT7164S35P 8k 8 型號 AT28C256 15PI 32k 8 PROME2 采用全譯碼方式譯碼 步進電機采用硬件環(huán)行分配 功放電路采用高低壓功放 控制系統(tǒng)的加工程序和控制命令可通過鍵盤操作實現(xiàn) 采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床的狀態(tài)等信息 具有 ISP 在線編程 功能 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 4 第二章 改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案 2 1 CA6140普通車床的組成 CA6140 普通車床的主要組成部件由圖 1 所示 圖 2 1 CA6140 車床外形圖 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 1 主軸箱 主軸箱 1 是一部件 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 四方刀架裝在小滑板上 而小滑板裝在中滑板上 縱滑板可沿床身導(dǎo)軌縱 向移動 從而帶動刀具縱向移動 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 用來帶動刀具加工端面 切斷 切槽等 小滑板可相對中滑板改變角度后帶動 刀具斜進給 用來車削內(nèi)外短錐面 3 尾座 尾座 3 可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置 其上可安裝頂尖支撐長工件的后段以加 工長圓柱體 也可以安裝孔加工刀具加工孔 尾座可橫向作少量的調(diào)整 用于加工小錐 度的外錐面 4 進給箱 進給箱 8 內(nèi)裝有進給運動的傳動及操作裝置 通過改變進給量的大小 可改變所加工螺紋的種類及導(dǎo)程 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 上并支承在 地基上 床身上安裝著機床的各部件 并保證它們之間具有要求的相互準確位置 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 床鞍 相連 溜板箱內(nèi)裝有縱 橫向機動進給的 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 5 傳動換向機構(gòu)和快速進給機構(gòu)等 2 2總體改造方案 總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型 計算機的選擇 以及傳動方式和執(zhí)行機 構(gòu)的選擇等 1 普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位 縱向和橫向的直線插補 圓弧插補功能 還要求能暫停 進行循環(huán)加工和螺紋加工等 因此 數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng) 2 車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床 在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡 化結(jié)構(gòu) 降低成本 因此 進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng) 3 根據(jù)普通車床最大的加工尺寸 加工精度 控制速度以及經(jīng)濟性要求 經(jīng)濟 型數(shù)控機床一般采用 8 位微機 在 8 位微機中 MCS 51 系列單片機具有集成度高 可 靠性好 功能強 速度快 抗干擾能力強 具有很高的性價比 因此 可選 MCS 51 系 列單片機擴展系統(tǒng) 4 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求 微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外 還包括擴展程序存儲器 擴展數(shù)據(jù)存儲器 I O 接口電路 包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤 能顯示加工數(shù) 據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器 包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路 此外 系統(tǒng)中還 應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路 5 設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路 6 縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈 它們由步進電機 齒輪副 絲杠螺母 副組成 其傳動比應(yīng)滿足機床所要求的分辨率 7 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性 選用摩擦小 傳動效率高的滾 珠絲杠螺母副 并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu) 以提高傳動剛度和消除間隙 齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè) 間隙的機構(gòu) 8 采用貼塑導(dǎo)軌 以減小導(dǎo)軌的摩擦力 9 原機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變 盡量減少改動量 以降低成本縮短改造 周期 10 機械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性 考慮正確的裝配順序 保正安裝 調(diào)試 拆卸方便 需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便 總體方案設(shè)計圖如 2 2 圖所示 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 6 圖 2 2 總體方案設(shè)計圖 圖 2 3 進給伺服系統(tǒng)總體方案框圖 2 2 1機械部分改造 1 主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的改造 CA6140 型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)都由主軸電機控制 而改造后的車床則 把主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的運動分離開 分別由各自的步進電機來控制 但是為保證車 床在車螺紋時主傳動運動與進給運動之間的聯(lián)系 所以在拆掉進給系統(tǒng)的同時 必須在 主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器 來實現(xiàn)主軸傳動和進給運動之間的聯(lián)系 同時 為了提高 機床的精度和效率 用滾珠絲杠來代替原機床的光杠 并且采用單獨的步進電機來控制 這樣不僅提高了機床的性能和精度 還提高了機床的使用性能 1 機械部分的改造 首先拆去進給箱 溜板箱 還要對車床的床鞍進行部分的改造 拆去縱向小拖板 橫向拖板 將絲杠換成滾珠絲杠 并且由一端驅(qū)動的步進電機來控制 2 刀架的改造 CA6140 普通車床的刀架不能滿足數(shù)改后的車床的性能和精度的要求 所以 必須要 換成數(shù)控自動刀架 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 7 2 進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 進給系統(tǒng)改造設(shè)計需要改動的主要部分有掛輪架 進給箱 溜板箱 溜板刀架等改 造的方案不是唯一的 以下是其中的一種方案 掛輪架系統(tǒng) 全部拆除 在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器 進給箱部分 全部拆除 在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱總成絲杠 光 杠和操作杠拆去 齒輪箱連接滾珠絲杠 滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原 來裝軸承座的部分 溜板箱部分 全部拆除 在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕 橫溜板箱部分 將原橫溜板的絲杠的 螺母拆除 改裝橫向進給滾珠絲杠螺母副 橫向進給步進電機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連 刀架 拆除原刀架 改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成 2 2 2數(shù)控部分的改造 為降低改造成本 決定采用開環(huán)控制方式對 X 軸和 Z 軸進給系統(tǒng)進行改造 經(jīng) 濟型數(shù)控結(jié)構(gòu)簡單 價格低 調(diào)試 維護方便 一般用于精度不高的經(jīng)濟型機床 本次 改造的機床主要用于粗加工 CA6140 車床的數(shù)控化改造 2 2007 05 14 13 364 2 接口箱內(nèi)減速齒輪的齒數(shù)比 該車床要求的控制精度為 Z 向 0 005mm X 向為 0 0025mm 即當(dāng)執(zhí)行一個脈沖 指令時 工件的長度和直徑均變化 0 005mm BYG550C 2 型步進電機的步距角為 0 36 每周步距數(shù)為 360 0 36 1000 步 周 X 向絲杠螺距為 4mm 脈沖當(dāng)量為 0 0025mm Z 向絲杠螺距為 6mm 脈沖當(dāng)量 0 005mm 按公式 主動輪齒數(shù) 從動輪齒數(shù) 步 周 脈沖當(dāng)量絲杠螺距則 X 向 Z 主 Z 從 1000 2 5 4000 5 8Z 向 Z 主 Z 從 1000 5 6000 5 6 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 8 第三章 機械部分改造設(shè)計 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型內(nèi)容包括 確定脈沖當(dāng)量 計算切削力 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 計算與選型 齒輪傳動計算 步進電機的計算和選型等 計算簡圖如下圖所示 圖 3 1 縱向進給 圖 3 2 進給系統(tǒng)計算簡圖 脈沖當(dāng)量是指一個進給脈沖使機床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量 它是衡量數(shù)控機 床加工精度的一個基本參數(shù) 因此 脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機床精度的要求來確定 對經(jīng)濟 型數(shù)控機床來說 常采用的脈沖當(dāng)量為 0 01mm step 和 0 005mm step 在 CA6140 的技術(shù)參 數(shù)中 要求縱向脈沖當(dāng)量 為 0 01mm step 橫向脈沖當(dāng)量為 0 005mm step pf pf 3 1滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 3 1 1縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 9 1 滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球為滾動體的螺旋傳動元件 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu) 原理示意圖如圖所示 它可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動 或者將直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運 動 因此 滾珠絲杠副既是傳動元件 也是直線運動與旋轉(zhuǎn)運動相互轉(zhuǎn)換的元件 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖 組成 主要由絲桿 螺母 滾珠和滾道 回珠器 螺母座等組成 工作原理 在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽 當(dāng)它們套裝在一起時便形成螺旋滾 道 并在滾道內(nèi)裝滿滾珠 而滾珠則沿滾道滾動 并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運動 回珠管兩端還起擋珠的作用 以防滾珠沿滾道掉出 特點 傳動效率高 機械效率可高達 92 98 摩擦力小 主要是用滾珠的滾 動代替了普通絲桿螺母副的滑動 軸向間隙可消除 也是由于滾珠的作用 提高了系 統(tǒng)的剛性 經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙 使用壽命長 制造成本高 主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料 表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度 1 最大工作荷載計算 滾珠絲杠的工作載荷 N 是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的mF 軸向力 也叫做進給牽引力 它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動體重力和作用在導(dǎo)軌 上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力 由于原普通 CA6140 車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌 則用公式 2 1 計算 工作載荷的大小 3 1 mvFKLfG 車削抗力分析 車削外圓時的切削抗力有 主切削力 與主切削速度方向一致xyFzzF 垂直向下 是計算機床主軸電機切削功率的主要依據(jù) 切深抗力 與縱向進給垂直 y 影響加工精度或已加工表面質(zhì)量 進給抗力 與進給方向平行且相反指向 設(shè)計或校核x 進給系統(tǒng)是要用它 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 10 切削時總切削力的分解 縱切外圓時 車床的主切削力 可以用下式計算 zF 3 2 zzz xFynpCafVK 5360 N 由 金屬切削原理 知 1 0 25 0 4 3 3 zxyF 得 1340 N xF 2144 N y 因為車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi) 車刀受到的車削抗力將傳遞到進給拖板和導(dǎo)軌上 車削作業(yè)時作用在進給托板的載荷 和 與車刀所受到的車削抗力有對應(yīng)關(guān)系 1Fvc 因此 作用在進給托板上的載荷可以按下式求出 托板上的進給方向載荷 1340 N 1x 托板上的垂直方向載荷 5360 N vFz 托板上的橫向載荷 2144 N cy 因此 最大工作載荷 mvKLfG 1 15 1340 0 04 5360 90 9 8 1790 68 N 對于三角形導(dǎo)軌 K 1 15 0 03 0 05 選 0 04 因為是貼塑導(dǎo)軌 G 是f f CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 11 縱向 橫向溜板箱和刀架的重量 選縱向 橫向溜板箱的重量為 75kg 刀架重量為 15kg 最大動載荷 C 的計算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷 Ca 選用 可用式 3 4 計算 3 4 3mLfF L 為工作壽命 單位為 10r L 60nt 10 n 為絲杠轉(zhuǎn)速 r min n 1000v L0 v 為 最大切削力條件下的進給速度 m min 可取最高進給速度的 1 2 1 3 L0 為絲杠的基 本導(dǎo)程 查資料得 L0 12mm 為運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 因為此時有沖擊振動 所以取 1 5 mf mf V 縱向 1 59mm r 1400r min 2226mm min n 縱向 v 縱向 1 2 L0 2226 1 2 12 92 75r min L 60nt 106 60 92 75 15000 106 83 5 則 1 5 1790 68 11740 N 3mCLfF 38 5 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格 相應(yīng)的額定動載荷 Ca 不得小于最大載荷 C 因此 有 Ca C 11740N 另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)下工作并受載 那么還需考慮其另一 種失效形式 滾珠接觸面上的塑性變形 即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 是否充分地超oaC 過了滾珠絲杠的工作載荷 Fm 一般使 2 3 oamCF 初選滾珠絲杠為 外循環(huán) 因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴 并且較難安裝 考慮到簡 易經(jīng)濟改裝 所以采用外循環(huán) 因此初選滾珠絲杠的型號為型 CD63 8 3 5 E 型 主要參數(shù)為 4 763mm 8mm 63mm 2o19 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 wD0Lmd 縱向滾珠絲杠的校核 1 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 92 3 5 tantan219 t 10 oo 2 剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化 從而影響其定位精度和運動平 穩(wěn)性 滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形 絲杠和螺母之間滾道的接觸變形 絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 12 絲杠的拉壓變形量 1 3 6 1 mFlEA 1790 68 2280 20 6 10 31 5 2 0 0064mm 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 采用有預(yù)緊的方式 因此用公式 0 0013 3 7 2 23mwyjFDZ 0 0028mm 在這里 1 3 1 3 1790 68 597Nyjm 3 14 63 4 763 41 53w dZD 41 53 3 5 1 145 36 絲杠的總變形量 0 0064 0 0028 0 0092mm3V 時 存儲器就能可靠的保持信息 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 28 第五章 軟件設(shè)計部分 5 1控制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序 系統(tǒng)設(shè)有 7 檔功能可以相互切換 分別是 編輯 空刀 自動 手動 1 手動 2 手動 3 和 回零 選中某一功能時 對應(yīng)的指示燈點亮 進入相應(yīng)的功能處理 控 制系統(tǒng)的監(jiān)控管理程序流程見圖 3 圖 3 5 2控制 LED顯示子程序 設(shè)顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH 系統(tǒng)在指定的工作狀態(tài)下 需要顯示的字 符段碼的編碼 事先存儲在 CPU 內(nèi)部的 RAM 的 6BH 73H 這 9 個字節(jié)中 已知 8279 的控制口地址為 5FFFH 數(shù)據(jù)口地址為 5FFEH 則顯示程序如下 DIR MOV DPTR 5FFFH 8279 的控制口地址 MOV A 90H 寫 8279 顯示 RAM 的命令 MOVX DPTR A 從顯示 RAM 的 00H 地址開始寫 每寫一 次 顯示 RAM 的地址自動加 1 MOV R0 6BH 顯示緩沖區(qū)的首地址為 6BH MOV R7 09H 顯示緩沖區(qū)的長度為 9 個字節(jié) MOV DPTR 5FFFH 8279 的數(shù)據(jù)口地址 DIR0 MOV A R0 從 CPU 的 RAM 中讀取顯示 段碼的編碼 ADD A 05H PC 與 DTAB 表格之間的偏 系統(tǒng)上電復(fù)位 CPU 8255 8279 等初始化 工作狀態(tài)選擇 編輯 編輯處理 回零 回零處理 N 自動 自動處理 N 手動 手動處理 N 空刀 空刀處理 N N CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 29 移量 MOVC A A PC 查表 取出顯示段碼 MOVX DPTR A 送到 8279 顯示 RAM 中指定 的字節(jié) INC R0 寫 8279 的下一個顯示 RAM DJNZ R7 DIR0 循環(huán) 9 次 完成 9 位顯示 RET 段碼 字符 編碼 DTAB DB 6FH F 00 01 DB 0DAH DB 0BEH X 02 03 DB 0E7H DB 0A3H Z 04 05 DB 0CBH DB 0D1H U 06 07 DB 0D3H DB 0DCH W 08 09 DB 0CEH DB 0DFH 0A DB 21H 0 0B DB 7BH 1 0C DB 91H 2 0D DB 19H 3 0E DB 4BH 4 0F DB 0DH 5 10 DB 05H 6 11 DB 69H 7 12 DB 01H 8 13 DB 09H 9 14 DB 20H 0 15 DB 7AH 1 16 DB 90H 2 17 DB 18H 3 18 DB 4AH 4 19 DB 0CH 5 1A DB 04H 6 1B DB 68H 7 1C CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 30 DB 00H 8 1D DB 08H 9 1E 根據(jù)系統(tǒng)需要編制字庫 當(dāng)需要顯示一組字符時 首先給顯示緩沖區(qū)的 6BH 73H 這 9 個字節(jié)賦值 然后調(diào)用 DIR 子程序即可 例如 要顯示 X 1234 56 程序如下 MOV 6BH 02H X 的一半 MOV 6CH 03H X 的另一半 MOV 6DH 0AH MOV 6E 0CH 1 MOV 6FH 0DH 2 MOV 70H 0EH 3 MOV 71H 19H 4 MOV 72H 10H 5 MOV 73H 11H 6 CALL DIR 向 8279 的顯示 RAM 寫數(shù) 顯示緩沖區(qū) CPU 內(nèi)部 RAM 6BH 6CH 6DH 6EH 6FH 70H 71H 72H 73H 顯示字符 X 1 2 3 4 5 6 字符編碼 02H 03H 0AH 0CH 0DH 0EH 19H 10H 11H 5 3管理鍵盤子程序 如圖三所示 當(dāng)矩陣鍵盤有鍵按下時 8279 即向 CPU 的 INT1 申請中斷 CPU 隨即 執(zhí)行中斷服務(wù)程序 從 8279 的 FIFO 中讀取鍵值 程序如下 CLR EX1 關(guān) CPU 的 INT1 中斷 MOV DPTR 5FFFH 指向 8279 控制口地址 MOV A 01000000B 準備讀 8279FIFO 的命令 MOVX DPTR A 寫入 8279 控制口 MOV DPTR 5FFFH 指向 8279 數(shù)據(jù)口地址 MOVX A DPTR 讀出鍵值 CJNE A KEY0 NEXT0 依次進行判別 JMP KEY0 對應(yīng)鍵進行處理 NEXT0 CJNE A KEY1 NEXT1 JMP KEY1 NEXT1 CJNE A KEY2 NEXT2 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 31 JMP KEY2 NEXT2 D A 電路輸出模擬電壓程序 如圖三所示 當(dāng) CPU 執(zhí)行寫命令時 只要選中 7FFFH 這個地址 DAC0832 與 741 組成的 D A 轉(zhuǎn)換電路即可輸出直流電壓 程序如下 MOV DPTR 7FFFH 指向 DAC0832 口地址 MOV A DATA 準備輸出的數(shù)字量 00H 0FFH MOVX DPTR A 輸出直流電壓 0 10V 步進電動機的運動控制程序 電動刀架的轉(zhuǎn)位控制程序 主軸 卡盤與切削液泵的控制程序 車床主軸的控制 就是控制主電動機的正 反 停 以及自動變速 電動卡盤需要控 制其夾緊與松開 切削液泵需要控制它的起 停 這些程序都非常簡單 對于某個動作的 控制 只要從輸出接口芯片的某個引腳輸出一個電平信號即可 現(xiàn)以主軸正轉(zhuǎn)為例 從圖三可以看出 主軸的正轉(zhuǎn)由 8255 的 PA0 來控制 當(dāng)用低電 平信號來控制主軸正轉(zhuǎn)時 程序如下 MOV DPTR 3FFFH 8255 的 PA 口地址 MOVX A DPTR 讀出 PA 口鎖存器內(nèi)容 CLR ACC 0 修改 MOVX DPTR A 置 PA0 0 直流繼電器 K 閉合 主軸正轉(zhuǎn) 5 4直線插補子程序 直線插補可以設(shè)計出多種不同的軟件程序 此處僅給出一種參考程序 參考程序如下 ORG 2300H MAIN MOV SP 60H 設(shè)置堆棧指針 MOV DPTR 9FF8H 8155 初始化 MOV A 0DH A 口輸出 B 口輸入 MOVX DPTR A C 口輸出 控制字為 00001101B MOV 4AH 00H MOV 49H 00H 偏差單元清零 MOV 48H 01H 置 z 向電機初態(tài) MOV 47H 20H 置 x 向電機初態(tài) MOV A 4EH 計算判斷終值低 8 位 ADD A 4CH 將低 8 位 x 送入 50H MOV 50H A MOV A 4DH 將 z 高 8 位與 x 高 8 位 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 32 ADDC A 4BH 相加 MOV 4FH A 作為判終值高 8 位送入 4FH MOV A 21H z 向 x 向電機上電 MOV DPTR 9FF9H 將控制字 21H 送入 8155 的 PA 口 MOVX DPTR A LP1 ACALL DL0 延時 1 ms MOV A 49H 將偏差值高 8 位賦予 A JB ACC 7 LP3 判斷 F 0 ACC 7 為符號位 如 ACC 7 1 偏差為負 值 轉(zhuǎn)移到 LP3 否則向下執(zhí)行 F 0 走一步 z ACALL ZMP ZMP 為 z 向電機正轉(zhuǎn)子程序 CLR C 清進位位 MOV A 4AH SUBB A 4CH MOV 4AH A MOV A 49H SUBB A 4BH 計算新偏差 Fi F X MOV 49H A LP2 CLR C 清進位位 MOV A 50H SUBB A 01H MOV 50H A MOV A 4FH SUBB A 00H MOV 4FH A 判終值減 1 送到 A 判斷是否為 0 ORL A 50H JNZ LP1 A 不為 0 轉(zhuǎn)移到 LP1 判斷偏差值 F 的正負 LJMP 0000H 判終值為 0 則插補結(jié)束 返回監(jiān)控程序 LP3 ACALL XMP F 0 走一步 x XMP 為 x 向電機正轉(zhuǎn)子程序 MOV A 4AH ADD A 4EH MOV 4AH 49H ADDC A 4DH 計算新偏差 Fi F z MOV 49H A SJMP LP2 轉(zhuǎn)移到 LP2 重新進行判終 DL0 MOV R2 02H D2 MOV R1 7DH CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 33 D1 DJNZ R1 D1 DJNZ R2 D2 延時子程序 RET 第六章 總體結(jié)論 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 34 這次畢業(yè)設(shè)計持續(xù)的時間為 16 周 時間相對于我們以前搞設(shè)計來說是非常非長的 這次我畢業(yè)設(shè)計的題目是 把普通車床設(shè)計成為經(jīng)濟型數(shù)控車床 剛剛接受到這個題目 的時候 感覺很難 因為以前從來沒有接觸過這方面的設(shè)計 頭腦里一個最基本的概念 都沒有 后來老師給我們大體上講了一下基本過程 再經(jīng)過我們兩個星期的研究 終于 有一點眉目 搞清楚了什么是脈沖當(dāng)量 什么是滾珠絲杠等等 還有我們?yōu)槭裁匆脑?那些這些機構(gòu) 經(jīng)過幾個星期資料搜集 包括車床的說明書等等 設(shè)計并進入了正式的 軌道 在生活逐漸自動化的今天 對加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求 因 此對機床等加工設(shè)備提出了很高的要求 以前單一的靠手工操作的機床 在很大程度上 已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的要求 數(shù)控機床的改造已經(jīng)成為一種必要 但這次機床的改造是 在原有的機床上換掉部分零部件 使它具有數(shù)控機床的基本功能 如不用手工操作能自 動控制進給量等 但又考慮到改造成的是經(jīng)濟型數(shù)控車床 所以在選材等方面 必須考 慮到經(jīng)濟這一重要問題 因此在這次設(shè)計中有些選型可能精度不是很高 但是考慮到經(jīng) 濟這一個重要的前提 就選擇了相對比較實惠的型號 因為我們以前的基礎(chǔ)知識掌握得不牢固 在這次設(shè)計中確實是遇到了很多的問題 但在這過程中 我們又學(xué)會了很多東西 在以前的小設(shè)計中 有些能馬馬虎虎過去的問 題 就糊里糊涂過去了 可這次是一切正規(guī)化 不能有半點含糊 因此壓力又大了很多 但是只要有一個明確的目標 樂在其中 特別是把以前學(xué)過的知識又溫習(xí)了一下 而且 把很多門課程都串聯(lián)在一起 形成一個大的框架 這樣確實是有一種豁然開朗 煥然一 新的感覺 通過這最后的畢業(yè)設(shè)計 我從一開始的只要完成任務(wù)的心態(tài)到后來的主動去學(xué)習(xí) 去努力的學(xué)習(xí)態(tài)度 這是一個不小的進步 并且把以前學(xué)過的知識融會貫通 看到了自 己的許多不足之處 老師在我們設(shè)計中也給我們提出了很高的要求 它要求我們每一個 零部件都要按照標準去查手冊 另外 我們也學(xué)會了互相幫助 互相學(xué)習(xí) 合作的團體 精神 嚴格要求自己 形成嚴謹治學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度 這將會帶到我們以后的工作中去 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 35 參考文獻 1 吳振彪主編 機電綜合設(shè)計 指導(dǎo) 中國人民大學(xué)出版社 2000 2 余英良主編 機床數(shù)控改造設(shè)計與實例 機械工業(yè)出版社 1997 3 機床設(shè)計手冊 編寫組編 機床設(shè)計手冊第一 三 四冊 機械工業(yè)出版 社 1998 4 明興祖主編 數(shù)控加工技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2001 5 胡占齊 楊莉主編 機床數(shù)控技術(shù) 機械工業(yè)出版社 1986 6 黃調(diào) 趙松年主編 機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 機械工業(yè)出社 1999 7 楊有君主編 數(shù)字控制技術(shù)與數(shù)控機床 機械工業(yè)出版社 1999 8 王先逵主編 機械制造工藝學(xué) 機械工業(yè)出版社 2002 9 廖念釗 古瑩庵主編 互換性與技術(shù)測量 中國計量出版社 2000 10 中國機械工程學(xué)會 中國設(shè)計大典編委會 李壯云主編 中國機械設(shè)計大典 第五 卷 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2002 11 陳碧秀等主編 實用中小電機手冊 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社 2000 12 王槐德主編 中國標準出版社 2003 13 普通 CA6140 車床的說明書 14 The Numerial Control Engine Bed Trasforms 15 邱宣懷主編 高等教育出版社 2002 16 薛嚴成 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1999 CA6140 普通車床微機數(shù)控改造設(shè)計 36 致謝 畢業(yè)設(shè)計這一兩個月來收獲頗豐 畢業(yè)設(shè)計讓我對書本上的知識有了更深的理解 也讓我把書本上學(xué)到的知識更好的應(yīng)用到實際上來 這些對于我以后的工作或?qū)W習(xí)都會 起到很大的促進作用 具體的來說 在畢業(yè)設(shè)計中我知道了如何從接到一個新課題到一步一步分析 提出 解決方案 再執(zhí)行提出的方案 最后形成成果 也知道了如何在遇到難題時調(diào)動自己的 知識儲備來分析解決難題 還讓我知道了怎樣獲取想要的急需的信息和知識 在做設(shè)計的過程中 我學(xué)會運用 AutoCAD 軟件 并按時完成了所要完成的任務(wù) 在 本次設(shè)計過程中最應(yīng)該感謝的是我們的指導(dǎo)老師 這一兩個月來老師一直不辭辛苦的耐 心的給我們講解 給我們演示 多方面給予我們支持 在他的幫助下 我克服了設(shè)計中 遇到許多難題 也少走了許多彎路 從老師身上我們不僅僅是獲取到專業(yè)知識 更重要 的是我們學(xué)到了誨人不倦 盡職盡業(yè) 一絲不茍的工作態(tài)度 這對一個工科學(xué)生來說是 非常寶貴的 同學(xué)們也給了我很大的幫助和啟發(fā) 在此一并對他們表示深切的謝意