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课程设计说明书

题目：CA6140车床横向进给轴的数控化改造

院、 系： 机电工程学院

学科专业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 王军 学 号： 110210114 指导教师： 王沁

2014 年 7 月

机电系统设计课程设计任务书

（2013 — 2014 学年 第 2 学期）

课 题 名 称 适用专业 课程设计时间 CA6140车床横向进给轴的数控化改造 机械设计制造及自动化 班级 110209 2014 年 6 月 23日起 2014 年 7 月4日止 1．课题内容简介及要求 本课程设计要求学生在熟悉典型车床（CA6140）进给机构的基础上，对其进行数控化改造。使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，由此不但可以提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短。具体要求如下： （1）在综合考虑资金投入、车床性能的基础上，将普通车床的横向进给轴进行数控改造，确定系统改造方案； （2）按照系统改造方案，应用提供的设计参数，选择、校核驱动电机、滚珠丝杠和传动齿轮，并对其他相关机械结构进行设计，设计完成时要求绘制出横轴的装配图，并撰写设计说明书。 注意：横轴结构设计要考虑与CA6140主体的安装问题。 2. 主要设计参数 滑架重量 300N; 直线脉冲当量 0.01mm /p; 最大工进速度：0.3m/min； 最快移动速度1.0m/min; 工作载荷 1000N; 摩檫系数：0.1; 横向最大行程：300mm. 驱动元件采用步进电机，运动转换元件采用滚珠丝杠副。 3 进度安排 ① 设计准备0.5天 (包括题目讲解说明2小时) ② 总体方案设计 2天(包括资料搜集、系统分析与方案设计) ③ 伺服系统设计 5.5天(包括伺服机械传动系统计算，选型，校核、装配图绘制) ④ 编写设计说明书 1天 ⑤、答辩 1天 4. 工作量要求 ① 说明书字数：1.2万字 ② 图纸工作量：1张A1图纸 指导教师 王沁

2014 年 6 月 23 日

CA6140车床横向进给轴的数控化改造

目录

摘要 ............................................................................................................................... 1 一 车床数控化改造的背景及其意义 ......................................................................... 2

1.1数控机床的产生............................................................................................... 2 1.2、数控机床的发展............................................................................................ 2 1.3、我国数控机床的发展概况............................................................................ 3 1.4、数控机床的发展趋势.................................................................................... 3 1.5、数控机床改造的意义.................................................................................... 4 二 总体方案的拟定 ..................................................................................................... 4

2.1“黑箱”法表示系统........................................................................................ 4 2.2 功能元.............................................................................................................. 5 2.3形态学矩阵....................................................................................................... 6 2.4总体方案确定................................................................................................... 6 2.5 CA6140车床的设计参数 ................................................................................ 7 三 进给伺服系统机械部分的设计和计算 ................................................................. 8

3.1进给系统机械结构改造设计........................................................................... 8 3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型....................................................................... 8 3.3横向滚珠丝杠副几何参数。......................................................................... 12 3.4齿轮传动比计算............................................................................................. 13 四 CA6140车床进给部分电机的选择 ...................................................................... 13

4.1横向进给步进电机计算................................................................................. 13

4.1.1等效传动惯量计算............................................................................. 14 4.1.2电机力矩计算..................................................................................... 14 4.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率......................... 15

五 单片机型数控系统硬件电路设计 ....................................................................... 16

5.1 设计内容...................................................................................................... 16 5.2控制系统的功能要求..................................................................................... 16 5.3硬件电路的组成：......................................................................................... 16 5.4选择电气元件及电路设计............................................................................. 17

5.4.1微机机型和扩展存储器的选择......................................................... 17 5.4.2确定I/O接口..................................................................................... 19 5.4.3键盘接口设计..................................................................................... 20 5.4.4 步进电机驱动电路设计.................................................................... 20 5.4.5 其它辅助电路设计............................................................................ 20

六 安装调整中应注意的问题 ................................................................................... 21

6.1滚珠丝杠螺母副的选择：............................................................................. 21

6.2滚珠丝杠螺母副的调整：............................................................................. 21 6.3联轴器的安装：............................................................................................. 21 6.4主轴脉冲发生器的安装：............................................................................. 21 结 论 .................................................................................................................... 21 谢 辞 .................................................................................................................... 22 参考文献 .............................................................................................................. 23