【正文】 e problems of modern machinery manufacturing plex structure,recision and small batch and changeable parts processing. and CNC machine tool can stabilize the quality of their products and greatly improve the production ,it is cost that panies spend a lot of money to get new CNC machine is the economic burden for enterprises and the machine is a mon scrapped a great , transformation of the NC machine tools would be a good design is for the mon reform CA6140 lathe for CNC machine tools to meet the requirements of NC transmission system retain the original manual transmission system reform are based on the stepper motor through gears drive the ball cutter dismantle cutter with four automatic transfers to change location of the pulse generator to achieve the function of cutting 51 singlechip control system is selected for Nc system. Key words: CA6140 lathe。 ball screws。 數(shù)控機床是多學科、新技術的合成體，是自動化程度很高的機床 。 因此數(shù)控機床 以其適應性強、加工質量穩(wěn)定、效率高、精度高的特點產品生產中得到了廣泛的應用。該論文 主要介紹了普通臥式車床機械部分的數(shù)控改造化，闡述了 CA6140 車床橫、縱向進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造設計。 這時，多品種單件小批生產的特點顯得愈來愈突出。企業(yè)獲得數(shù)控機床有兩種途徑：一是對現(xiàn)有機床進行技術改造，把傳統(tǒng)式的機床改造成數(shù)控機床 ；二是購置全新的數(shù)控機床。 綜合 以上 各個方面的因數(shù)，企業(yè)選擇對現(xiàn)有舊機床進行數(shù)控化改造是一個最好的選擇，其優(yōu)點體現(xiàn)在以下方面： 、交貨期短 ，具有顯著的經濟效益。此外還具有 針對性強、適應性廣、投入少、XX 學校 畢業(yè)設計 2 見效快 的特點，但有些情況特殊，如高速主軸、刀具自動交換裝置、托盤自動交換裝置的制作與安裝往往會使改造成本提高 2 ~ 3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50%左右。購買全新的數(shù)控機床， 企業(yè)勞動者 不熟悉設備，需要經過專門培訓才能熟練操作和維修機床，耗費時 間。機床一經改造安裝好后，就能實現(xiàn)滿負荷運轉。普通機床與數(shù)控機床相比，形狀復雜的、噸位重的基礎零件，如底座、工作臺、床身、立柱、頂梁和滑枕等都是必不可少的。再加上企業(yè)原有舊機床役齡長，相應的這些基礎件的自然時效也 長，內應力的消除使得機床主要基礎零件的精度穩(wěn)定性好。 XX 學校 畢業(yè)設計 3 2 經濟型數(shù)控改造總體方案的確定 設計任務 本次畢業(yè)設計任務是對 CA6140 普通車床進行數(shù)控化改造，主要對 CA6140 普通車床 的機械部分進行數(shù)控化改造。 總體 方案的論證 與確定 CA6140 型 普通車床為 臥式車床 ， 主要加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件，主軸水平安裝，刀具在水平面內做縱、橫向進給運動 ，其 通用性較大，但結構較復雜且自動化程度低，加工過程中的輔助時間較多，適用于單件、小批生產及修理車間等。 數(shù)控 系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的關鍵功能部件， 更具不同 分類特點有不同分類方法，下面就其中兩種分類特點選擇數(shù)控系統(tǒng)。 ① 點位控制系統(tǒng)，控制機床運動部件的精確位置，保證點與點之間準確位置 ，此類控制系統(tǒng)主要用于數(shù)控鉆床、鏜床、沖床、測量機及某些加工中心。 ③ 連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)，采用該控制系統(tǒng)的機床能加工曲面、凸輪、錐度等復雜形狀的零件，多用于銑床、能加工曲面的車床、繪圖機。 （ 2）按伺服系統(tǒng)的類型分類可以分為：閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)精密加工中心、鏜銑床、超精密車床、超精密磨床等。半閉環(huán)控制系統(tǒng)介于開環(huán)與閉環(huán)之間，精度雖沒有閉環(huán)高，調試卻比閉環(huán)方便，因此廣泛用于各類連續(xù)控制的數(shù)控系統(tǒng)中。指令發(fā)出后不再反饋回來。開環(huán)控制系統(tǒng)機構簡單，技術簡單、造價低，維護容易，因此在數(shù)控機床發(fā)展過程中占有重要的地位，特別是舊機床改造中所占地位更為突出。 由 上述 所選擇的數(shù)控系統(tǒng)特點 可以采用 8 位微機，因為 MCS15 系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、抗干擾能力強、運行速度快、高性價比的優(yōu)點，所以采用 MCS15 系列的 8031 單片機擴展系統(tǒng)。系統(tǒng)的加工程序與控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用兩排數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。在改造中需要拆除原有的掛輪、進給箱、溜板箱、光杠，在原縱、橫向絲杠處安裝滾珠絲杠 。拆除原有刀架換裝電動刀架以實現(xiàn)自動換刀功能，降低輔助時間，提高生產效率。 由以上數(shù)控系統(tǒng)的選擇和機械部分的數(shù)控化設計改造與選擇，可以確定本次對XX 學校 畢業(yè)設計 5 CA6140 型普通車床改造成經濟型數(shù)控車床的總體結構，其總體結構圖如圖 圖 CA6140 數(shù)控化改造 成經濟型數(shù)控車床的總體結構圖 XX 學校 畢業(yè)設計 6 3 主傳動系統(tǒng)的設計改造 機床主傳動的作用是把電動機的轉速和轉矩通過變速箱傳遞給主軸，使工件或刀具以各種不同的速度 ，其 CA6140 的主傳動鏈見傳動圖如 。數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)廣泛采用交直流主軸電動機，這就是的主傳動的功率和調速范圍 較普通機床大為增加。盡管如此，數(shù)控機床的主傳動變速機構仍 較以往的普通機床有了極大的簡化，主軸箱內各種零件如軸、齒輪、軸承等的數(shù)量都大大減少，這使得可能出現(xiàn)機械故障的部位也大為的減少。因此在對 CA6140 車床進行數(shù)控改造時，應保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速機構，這樣既保留了機床原有的功能，又降低了改造的工作量。它與主軸相連 時，主軸每轉中發(fā)出固定數(shù)目的脈沖，數(shù)控裝置將這些脈沖按傳動要求加以分頻和倍頻后分配給步進電機，由此可以得到所要求的主軸每轉的走刀量。在對 CA6140 進行數(shù)控改造時，保留原有主傳動系統(tǒng)，而用主軸編碼器隨之轉動作為反饋元件，構成一個簡單的閉環(huán)系統(tǒng)，用于螺紋或絲杠的加工。根據(jù)主軸編碼器光電碼盤上的刻線條數(shù)分為 1024 線、2048 線等，在本次設計改造中選擇 1024 線 就足夠了。同軸安裝的結構簡單，聯(lián)接方便。而異軸安裝 則沒有這個缺陷。 主軸編碼器的安裝見圖 圖 主軸編碼器的安裝 XX 學校 畢業(yè)設計 8 5 機床滑動導軌的改造 導軌在機床中的功能是導向和承載。同事要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。此類材料若不采取措施，在使用過程中會出現(xiàn)摩擦系數(shù)大，自潤滑性與耐摩擦性差，且導軌易于磨損、 研傷、不易修理等缺陷。 XX 學校 畢業(yè)設計 9 6 進給傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造設計 在本次設計中，對 CA6140 型普通車床數(shù)控化改造主要集中在其進給傳動系統(tǒng)上。 CA6140 機床原技術參數(shù)如下： 工件最大回轉直徑：在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 工件長度： 100mm 主軸孔徑： 48mm 主軸前端孔錐度： 莫氏 6號 主軸轉速： 正轉 （ 24 級） 10~1400r/min 反轉（ 12 級） 14~1580r/min 加工螺紋范圍： 公制（ 44 種） 1~192mm 英制（ 20種） 2~24牙 /英寸 模數(shù)（ 39 種） ~48mm 徑 節(jié)（ 37 種） 1~96 徑節(jié) 進給量范圍： 縱向： 細化 ~~ mm/r 加大 ~ 橫向： 細化 ~~ mm/r 加大 ~刀架快速移動速度： 縱向 4m/min 橫向 2 m/min 主電機： 功率 轉速 1450r/min 快速電機： 功率 370w 轉速 2600r/min L 冷卻泵： 功率 90w 流量 25l/min CA6140 機床設計參數(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 最大進給速度： 縱向 溜板及刀架重力： 縱向 1000 N 橫向 600 N 主軸電動機功率： XX 學校 畢業(yè)設計 10 啟動加速時間： 30ms 控制坐標軸數(shù)： 2 最小脈沖當量： 縱向 進給傳動鏈間隙補償量： mm 縱向進給傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造設計 切削力的確定 主 切削力 ZF （ N） 用經驗公式估算， 縱車外圓時車床的主切削力 ZF = 式中 maxD —— 車床床身上加工最大直徑（ mm） 此處 maxD =400mm 則 ZF = =5360N 由《機床設計手冊》可知，在外圓車削時 XF =(～ ) ZF YF =(～ ) ZF 取其比例 XF ： YF ： ZF =1： ： 則 XF = 5360N=1340N YF = 5360N=2630N 滾珠絲杠螺母副的設計計算與選型 ⑴ 滾珠絲杠螺母副結構的選型 ① 螺旋滾道型面的選擇 螺旋滾道型面的形狀：單圓弧型面 、雙圓弧型面 選擇方案：雙圓弧型面 選擇原因：單圓弧型面接觸角 α隨負載的大小而變化，因而軸承剛度和承載能力也隨之變化。 ② 滾珠絲杠副的鋼球的循環(huán)方式選擇 XX 學校 畢業(yè)設計 11 鋼球的循環(huán)方式：螺旋槽式外循環(huán)、插管式外循環(huán)、鑲塊式內循環(huán) 選擇方案：插管式外循環(huán) 選擇原因：插管式外循環(huán)結構簡單，工藝性好，彎管可制成鋼球流暢性好的通道，經濟性好，應用范圍廣泛 ③ 滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊方法選擇 消除螺紋間隙和調整預緊方法： 雙螺母墊片調整式、雙螺母螺紋調整式、雙螺母齒差調整式 選擇方案： 雙螺母墊片調整式 選擇原因：裝卸方便，結構簡單，剛性好 ⑵ 計算進給牽引力 （最大 工作載荷） mF （ N） 由《機床設計手冊》中進給牽引力的試驗公式計算，縱向導軌為三角形導軌 mF = k XF ＋ f（ ZF ＋ G） 式中 XF —— 縱向切削分力 k—— 顛覆力矩影響實驗的系數(shù) f— — 滑動導軌摩擦因數(shù) G—— 溜板及刀架重力 則 mF = 1340＋ （ 5360＋ 1000） N = N ⑶ 計算最大動載荷 C(N) C=3L wf Hf mF 其中 L —— 工作壽命 以 610 r為 1單位 L =610n60T n —— 絲杠轉速（ r/min） n =osPV1000 sV —— 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，取 sV = oP —— 絲杠導程（ mm） wf —— 運轉系數(shù) 按一般運轉 wf =～ 取 wf = Hf —— 硬度系數(shù) 查表取 Hf = XX 學校 畢業(yè)設計 12 T —— 使用壽命 （ h） 一般機床可取 T =10000h 數(shù)控機床可取 T=15000h 考慮到絲杠對加工精度和經濟性的影響 oP 應優(yōu)先取 8mm系列 ① 選擇基本導程 oP =4mm 則 絲杠轉速 n =osPV1000 = 4 ? r/min=75 r/min 工作