CA6140型普通车床改造成经济型数控车床的设计(机电一体化)

本课题来源于生产实践。将CA6140型普通车床改造成经济型数控车床，应能实
现CA6140车床原有功能，在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。在整个设计过程中满足以下几点要求：
a．横向（X向） 进给脉冲当量为0.005mm /脉冲；
b．进给速度范围：向 3 ～ 1000mm/min （无级调速）
快进速度：X向 1000 ～ 3000mm/min内任意设定；
c.原车床的主传动系统予以保留，横向进给系统由微机实现开环控制，两轴联动；
d.刀架采用自动转位刀架，具有切削螺纹的功能；
e.改造方便，成本低。
该设计的总体思路是采用以8031单片机为核心的数控装置控制加工过程。微机通过I/O接口发出驱动脉冲，经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠转动，从而使工作台产生移动，实现纵向、横向的进给运动。由于步进电机需要的驱动电压较高，电流较大，如果将I/O输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，轻则影响单片机程序运行，重则导致单片机接口电路的损坏，所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路，实现电气隔离。

对机床机械部分改造总体方案设计
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。
另外，车床数控改造的总体原则是在满足使用要求的前提下，对原机床的改动尽可能减少，以降低成本。改造过程中，为了充分发挥改造后数控系统的技术性能，保证改造后车床在系统控制下有较高的重复定位精度，减少低速爬行，并使其外型美观，性能稳定，机械装置的合理改造就显得异常重要。其中进给系统的改造又是整个机械装置改造的关键。一般进给系统改造方案是：用步进电机作为驱动元件，解除原传动系统，通过一级减速齿轮和滚珠丝杠螺母副带动工作台移动，保留手动进给机构用于微进给和机床刀具的对零操作。

经过经济型数控改造后的CA6140型普通车床，采用以8031单片机为核心的数控装置对加工过程进行控制处理，其横向（X向） 进给脉冲当量为0.005mm /脉冲，进给速度范围为 3 ～ 1000mm/min （无级调速），快进速度可以在1000 ～  3000mm/min内任意设定。而且运行可靠，抗干扰能力强。
改造后的经济型数控车床不但实现了CA6140型普通车床的原有功能，而且在机床的加工精度、性能、自动化程度等方面也有所提高，利用数控方法可以准确地加工任意面的旋转体。它满足了现代加工工艺的要求,提高了劳动生产率，大大降低了工人的劳动强度，给企业带来了巨大的经济效益。
和选用新的数控车床相比，经济型数控车床为企业节约了大量的购买资金，还节约了订购新的数控车床的交货周期的时间，而且没有造成原有设备的闲置浪费。因此，它适合于中小企业的车床改造。

目       录
1 前言•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2
2 对机床机械部分改造总体方案设计•••••••••••••••••••••3
2.1横向进给机构的改造•••••••••••••••••••••••••••••••3
2.2纵向进给机构的改造•••••••••••••••••••••••••••••••4
3 机械部分改造设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••4
3.1 横向进给系统的设计与计算••••••••••••••••••••••••4
3.2纵向进给系统改造设计 ••••••••••••••••••••••••••••8
3.3数控车床的传动装置设计••••••••••••••••••••••••••11
(毕业设计)
3.4自动转位刀架的设计••••••••••••••••••••••••••••••18
4结论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
参考文献••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
致谢•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••22
附录•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23

附    录
1  CA6140型车床经济型数控改造（横向）装配图    CAJJX6140-02-00    A0        
2  透盖                                        CAJJX6140-02-01    A3             
4  联接套                                      CAJJX6140-02-03    A4
5  轴                                          CAJJX6140-02-04    A3     
6  联接支架                                    CAJJX6140-02-05    A3     
7  套                                          CAJJX6140-02-06    A4     
8  螺母座                                      CAJJX6140-02-07    A3                  
9  轴                                          CAJJX6140-02-08    A3                   
10 法兰盘                                      CAJJX6140-02-09    A3