【正文】 stepping motorof feeding system is designed.3. The import and domestic NC systems were pared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming.4. The plete electricity control diagram was drawn out according to the result of paring CA6140’s electricity control system and principle with the reforming CJK6140A’s NC system.5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram.6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe.7. Draw out parts diagrams and assemble diagram.8 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform 目 錄 第一章 前言 6 問題的提出 6 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 6 國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 7 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 7 普通機床數(shù)控改造的經(jīng)濟性評價 8 微觀看改造的必要性 8 宏觀看改造的必要性 9 普通機床數(shù)控化改造市場 9 改造的市場 9 進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 10第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計要求 10 設(shè)計要求 10 主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)的改造 11 主軸脈沖發(fā)生器 12第三章 進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計與計算 14 進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 14 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 14 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 15 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號選擇與校核步驟 15 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟 19 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 19 滾珠絲杠設(shè)計計算 20 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算 22 滾珠絲杠螺母副的精度等級 23 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 23 進給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除 25 采用減速箱的目的及注意事項 25 減少或消除空程的必要性和方法 25第四章 CA6140 數(shù)控改造步進電機的設(shè)計 26 步進電機的工作方式 26 步進電機的選擇 26 步進電機選用的基本原則 26 CA6140 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 27 CA6140 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 28第五章 自動回轉(zhuǎn)刀架的選型 28 數(shù)控車床刀架的基本要求 28 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 29第六章 CA6140 普通車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng) 29 數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)概述 29 機床主機 30 驅(qū)動裝置 30 輔助裝置 30 數(shù)控裝置系統(tǒng) 31 編程裝置 31 微機控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 31 控制系統(tǒng)的功能要求 31 硬件電路的組成 31 單板控制系統(tǒng)的設(shè)計 32 硬件配置 32 貯存器空間分配 32 I/O 口地址分配 32 光電隔離電路 33 8031 單片機簡介 33 存儲器擴展電路設(shè)計 34 程序存儲器的擴展 34 數(shù)據(jù)存儲器的擴展 34 譯碼電路設(shè)計 38 其他輔助電路設(shè)計設(shè)計 38 8031 的時鐘電路單片機的時鐘的產(chǎn)生方式 38 復(fù)位電路 40 越界報警電路 40 掉電保護電路 41第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 42 滾珠絲杠螺母副的選擇 42 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 42 聯(lián)軸器的安裝 42 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 42第八章 結(jié)束語 42致謝 43參考文獻44第一章 前言 問題提出數(shù)控車床作為機電液氣一體化的典型產(chǎn)品，是現(xiàn)代機械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、零件多變的加工問題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。數(shù)控機床作為機電液氣一體化的典型產(chǎn)品，能解決機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量、零件多變的問題，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。而改造現(xiàn)有舊機床、配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機床改裝成數(shù)控機床，是當(dāng)前許多企業(yè)對現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提高機床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強國的進程中，占有一席之地。CAD/CAM 和CNC 之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中 CNC 只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)控技術(shù)軸，西門子 880 系統(tǒng)控制軸數(shù)可達 24 軸。 普通機床數(shù)控化改造經(jīng)濟性評價根據(jù)對市場的調(diào)研，目前新的經(jīng)濟數(shù)控車床， 萬/臺，普通新車床 CA6140，售價 萬/臺，使用壽命 810 年，而已使用了 68 年的舊車床 CA6140，估價 萬/臺，通過改造還可使用 46 年。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。 進口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進行技術(shù)改造。這也是一個極大的改造市場。 （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。設(shè)計參數(shù)如下：最大加工直徑：在床面上 400mm在床鞍上 210mm最大加工長度： 1000mm快進速度縱向 橫行 最大切削進給速度縱向 橫行 代碼制 ISO脈沖分配方式 逐點比較法輸入方式 增量值、絕對值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2最小指令值縱向 橫行 刀具補償量 0~進給傳動鏈間隙補償量縱向 橫行 自動升降速性能 有 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。主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及 I/O 接口送給數(shù)控裝置（CNC） ，脈沖發(fā)生器及光柵編碼器安裝位置如圖光柵編碼器安裝位置主軸脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理:脈沖發(fā)生器的組成部分包括白熾燈、聚光鏡、光柵盤、光闌板、光敏管及其光電整形放大電路組成。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。pf 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號選擇與校核步驟（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。 ②摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動代替了普通絲桿螺母副的滑動。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。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。方式 兩端端自由 一端固定一端自由兩端固定 兩端簡支zF 由 且 =, E= Mpa, ,L=2800mm 為絲2zkfEIL??zf ?44()6ldIm??杠的長度由于 I=519614mm ? =276276 27614985kN???所以絲杠很穩(wěn)定。 N???根據(jù)最大負(fù)載 Q 值，可選擇滾珠絲杠的型號,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預(yù)緊式的滾珠絲杠，型號為 2022——3 左，其中額定動載荷為 14200N，所以強度夠用。滾珠絲杠副的軸向間隙直接影響其傳動剛度和傳動精度，尤其是反向傳動精度。用兩個鎖緊螺帽2 能使螺母相對絲杠作軸向移動。兩螺線的軸向相對位置發(fā)生變化從而實現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力。在本次設(shè)計過程中我們采用減速齒輪來聯(lián)結(jié)滾珠絲杠和步進電機，以達到改變慣性矩的目的。只有按一定的規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進電機才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。為提高步進電機輸出轉(zhuǎn)矩、工作頻率和穩(wěn)定性，可選用多相步進電機，并采用 2m 拍工作方式。⑤啟動頻率由于步進電機的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足： topmf?????式中： ——極限啟動頻率；tf ——要求步進電機最高啟動頻率；opm????．2 CA6140 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 ..5LqMNcm??:為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：；/?所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)距 為：??:步進電機最高工作頻率： Hz????綜合考慮，查表選用 130BF003 型直流步進電動機，能滿足要求。刀架上端的發(fā)信盤中對應(yīng)每個刀位都安裝一個霍爾傳感器元件，當(dāng)(1電動機；2固定安裝絲杠；3安全離合器；4刀架)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時，該刀架上霍爾元件輸出高電平。它是一種控制系統(tǒng)，能自動閱讀讀入載體事先給定的數(shù)字值，并將其譯碼，從而控制機床動作，進行零件加工。圖 62 數(shù)控機床進給機構(gòu)伺服系統(tǒng)1)開環(huán)伺服系統(tǒng)。 輔助裝置數(shù)控機床和非數(shù)控機床類似，包括液壓和氣動裝置，冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、自動排屑裝置、防護裝置等。對于點位加工或形狀不太復(fù)雜的零件，編程計算較簡單，程序段不多，用手工即可實現(xiàn)。 硬件電路的組成后面所畫大圖采用 MCS51 系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。I/O 接口芯片選用 8155 可編程 I/O 擴展接口，它的 A 口做為 X、Y 進給系統(tǒng)步進脈沖的輸出口，其中 PA0~PA2為 X 向的輸出口，PA 3~PA5為 Y 向輸出口。輕則影響計算機程序的正常工作，重則導(dǎo)致計算機和接口電路損壞。對于簡單的應(yīng)用場合，MCS51 系列的最小系統(tǒng)用一片 8031 外擴一片 EPROM 就能滿足功能的要求，對于復(fù)雜的應(yīng)用場合，可利用 MCS51 的擴展功能，構(gòu)成功能強、規(guī)模較大的系統(tǒng)。其引腳及與 8031 芯片連接見下圖：其真值表見下表：E G D QL H H HL H L LL L X 0注釋： L—低電平；H—高電平；X—不定態(tài)；—建立穩(wěn)態(tài)前 Q 的電平；0G—輸入端，與 8031ALE 連高電平：暢通無阻；低電平：關(guān)門所存—使能端，接地OE 當(dāng) G=“1”時，74LS373 輸出端 1Q~8Q 與輸入端 1D~8D 相同 當(dāng) G 為下降沿 時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。8255：可編程的通用并行接口電路（3 個 8 位口） 。1 個 14 位可編程定時/計數(shù)器和 256B 的靜態(tài) RAM，能方便的進行 I/O 擴展和 RAM 擴展，其引腳下圖：8155 共有 40 個引腳，按其功能特點分類說明如下：（1）地址數(shù)據(jù)線： 是低八位地址和數(shù)據(jù)共用輸入口，當(dāng)07AD:時，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。TIMOU2)8155 的工作方式（1）作為 256B RAM 使用時，將 引腳置低電平，這時 8155 只能作片外IOMRAM 使用，其尋址范圍由片選線 和 決定，與應(yīng)用系統(tǒng)中其他數(shù)據(jù)存儲CE0~7AD器統(tǒng)一編址。采用 74LS138 譯碼器，其引腳圖如下： 其他輔助電路設(shè)計 8031 的時鐘電路單片機的時鐘的產(chǎn)生方式 8031 的時鐘電路單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。 越界報警電路為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位開關(guān)。在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，掉電時難免的，能不能在掉電的情況下，保持 RAM 中的信息呢？掉電保護電路就是為了解決此目的而設(shè)計的。 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的 1 / 3 為宜。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的生產(chǎn)實際，我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。參考文獻:[1] ：化學(xué)工業(yè)出版社，2022.[2] ：化學(xué)工業(yè)出版社，20