1、本科毕业论文（20 届）CA6140 车床进给系统数控化改造设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： CA6140 车床进给系统数控化改造设计 1 课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解 CA6D140车床横、纵向进给伺服系统的设计计算方法、以及进给系统数控化改造的总体方案设计，为学生在毕业后从事普通机床数控化改造技术工作打好基础。2 主要任务（1）文献检索，了解与本课
2、题相关的国内外研究现状；（2）根据文献检索，编写毕业设计开题报告；（3）数控改造总体方案设计；（4）横、纵向进给伺服系统设计计算；（5）绘制横向及纵向进给系统装配图（改造后） ；（6）完成数控系统电路原理图；（7）撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。3主要参考文献1 赵美林.CA6l40 车床的数控改造J.机床与液压，2006，4：208-211.2 胡旭兰.cA6140 车床进给系统的数控改造J.机床与液压，2004，3：167-168.3 刘任需,李园.机械工业中的机电一体化技术J.北京,机械工业出版社，1991.
3、5：1-10.4 姚兴岭，郭娟.CA6140 车床经济型数控改造的方案论证J.东方教育 2003， 6：203-204.5 明兴祖，李文元.基于单片机控制的普通车床数控化改造设计J.机床与液压，2005 年 05 期.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告3 月 3 日至 3 月 23 日审核人： 年 月 日2 完成横、纵向进给伺服系统设计计算 3 月 24 日至 4 月 13 日3 完成数控系统电路原理图，完成中期检查 4 月 14 日至 5 月 4 日4 绘制横向及纵向进给系统装配图（改造后） 5 月 5 日至 6 月 1 日5 撰写毕业论文，
4、准备答辩 6 月 2 日至 6 月 22 日ICA6140 车床进给系统数控化改造设计摘 要：在最近的 20 年里，我国数控车床技术走过了三个历程，分别为引进技术、消化技术和利用技术。目前，我国还存在着数量众多的普通机床，迫切需要更新，但是由于资金方面受限，所以最直接有效的途径就是对现有这些普通机床进行数控化改造，机床数控改造的研究已经成为增强我国制造技术水平的重大项目。本文首先详细阐述了普通车床数控化改造在国内外的研究现状，根据我国普通车床数控化改造的现状，明确指出普通车床数控化改造的目的意义以及优点。然后主要对 CA6140 普通车床的横纵向进给系统进行数控化改造，改造过程主要是对车床的计
5、算机系统和伺服系统进行合适的选型，改造后的车床能够达到预期的功能和精度，提高生产效率，降低劳动强度。关键词：车床，机构，数控改造The Numerical Control Transformation Design ofFeed System for CA6140 LatheAbstract：In the recent 20 years, the technology of CNC lathe in our country has gone through three stages, it is the introduction of technology, the digestion of
6、technology and the utilization of technology. At present, there are still a large number of ordinary machine tools need to be updated urgently, but because of the limited funds, the most direct and effective way is to take the numerical control reform of these existing ordinary machine tools, and th
7、e study on CNC transformation has been a major projects of enhancing manufacturing level of our country. The research status of ordinary NC lathe at home and abroad is elaborated in this paper at first. Then the purpose and significance of the NC transformation for ordinary lathes are pointed out. F
8、inally, transverse feed system and longitudinal feed system for CA6140 Lathe are carried on the NC transformation, The transformation process is to have a proper selection of computer system and servo system for lathe. After the transformation of lathe, it can achieve the expected function and accur
9、acy , it can also improve the efficiency of production and reduce the labor intensity.Key words: Lathe，Mechanism，NC transformationII目 录1 绪论 .11.1 引言 .11.2 数控系统的产生和发展 .11.2.1 数控系统的出现和发展 .11.2.2 数控系统的发展趋势 .21.3 数控机床的组成及特点 .31.3.1 数控机床的组成 .31.3.2 数控机床特点 .31.4 机床数控改造的目的 .41.5 国内外的研究进展 .51.5.1 数控机床发展简史 .
10、51.5.2 国外机床数控改造的状况 .51.5.3 国内机床数控改造的状况 .61.6 数控机床改造的优点 .62 设计改造方案 .72.1 数控机床改造的设计步骤 .72.2 CA6140 普通车床 .82.3 总体方案的确定 .92.3.1 设计任务 .92.3.2 确定总体方案 .92.3.3 进给系统的改造与设计方案 .103 数据参数的选择及其计算 .123.1 纵向进给系统的设计与计算 .123.1.1 纵向进给系统的改造设计 .123.1.2 纵向进给系统设计计算 .123.2 横向进给系统的设计与计算 .183.2.1 横向进给系统的改造设计 .183.2.2 横向进给系统设
11、计计算 .183.3 步进电机的选择 .223.3.1 纵向进给系统步进电机的确定 .223.3.2 横向进给系统步进电机的确定 .233.4 减速机构的设计计算 .233.4.1 选择齿轮齿数及材料 .233.4.2 几何尺寸计算 .24III3.4.3 按齿面接触疲劳强度设计 .243.4.4 校核齿根弯曲疲劳强度 .263.5 本节总结 .274 数控系统设计 .284.1 概述 .284.2 硬件电路的组成 .284.3 CPU 和存储器 .284.3.1 8031 概述 .284.3.2 外部程序存储器的扩展 .294.3.3 外部数据存储的扩展 .304.4 外部 I/O 口的扩展
12、 .324.5 键盘接口电路 .334.5.1 键输入原理 .334.5.2 矩阵式键盘接口电路设计 .334.6 显示电路 .344.6.1 LED 数码管的结构 .344.6.2 LED 数码显示器的接口方法及驱动方式 .354.7 其他辅助电路设计 .354.7.1 光电隔离电路 .354.7.2 功率放大电路 .364.7.3 报警电路 .374.8 本节总结 .37结束语 .38参考文献 .39致谢 .4111 绪论1.1 引言随着时代的前进，社会生产力和科学技术在快速进步，在机械方面也是如此，机械产品的质量，工作效率在不断提高，产品也在快速的更新。所以就要求机床具体较高的工作效率和
13、工作精度，并且要能适应产品的快速更新和零件的变换。社会生产要求普通机床向数控机床变更。所以随着计算机技术的发展，数控机床也跟着快速发展起来。数控，就是利用数字信号控制需要控制的对象，则数控车床就是利用数字信号控制车床进行生产工作。相比较于普通车床，在功能、性能、生产的产品质量上都有很大的提高，并且对于形状复杂和要求精度非常高的小零件都有天然优势。我国目虽然前拥有 380 万以上的机床，但是其中的数控机床只占有机床总数不到 3%。这说明我国的机械制造行业绝大多数利用的是普通的传统机床，并且具有效统计，都是一些超龄服役的旧机床，存在很多问题。用这种机床生产加工出来的产品具有很多缺点，并且成品率并不
14、高，不仅消耗工作时间，拖慢工作效率，而且产品的质量并不高，因此就这些产品而言，在国内外的市场上，都缺乏竞争力，使得国内机械制造行业相比国外企业生存和发展更为困难。在国外的发达国家，他们的机床改造正作为一个新的行业在迅速崛起，作为一个新的经济增长行业在迅速发展。并且都处在一个黄金期。他们的传统机床都在向数控机床发展，技术也在不断进步，并且改造出来的机床也一代比一代强。似乎他们对此乐此不疲。但是在美国、德国等发达国家机床数控化改造的行业有很广阔的前景。发达国家的机床数控化改造行业被称为机床再生业。从事再生业的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton 机床公司、Devlieg-BuUavd
15、（得宝）服务集团、US 设备公司等。1.2 数控系统的产生和发展1.2.1 数控系统的出现和发展第二次世界大战过后，美国首先开始研究新型数控机床，为的是革新飞机制造行业的加工设备。1952 年，美国帕森斯公司Parsons Co.)与麻省理工学院伺服机构实验室(Serve Mechanics Laboratory of TheMassachusetts Institute of 2Technology)合作，研制成功第一代数控系统。是一台拥有三坐标的立式铣床，采用脉冲乘法器对其插补，控制系统用真空管组成。1959 年，一项重大发明问世，即晶体管。由于数控机床中有大量的电路，所以晶体管被广泛的运
16、用其中，从此，数控系统进入第二个时代。1965 年，集成电路问世，虽然是小规模的集成电路，但是拥有体积小、功耗低、脉冲还原度强等优点，所以再次被广泛的运用在数控系统中，使得数控系统的可靠度不断提高，数控系统理所当然的进入第三代。这三次升级都是硬件的升级，所以被称为普通数控系统（NC） 。最为关键的一次升级在数控系统的第四次升级上，这时出现了用小型计算机代替硬件装置的系统。数控系统的能力得到了很大的提高，第三代数控系统被称为计算机数控系统（CNC） 。1970 年前后，美国英特尔（Intel）公司首次出现了四位的微处理器，1974 年，美国等发达国家紧跟着研制出以微处理器为核心的数控系统，在这个
17、时期，数控系统的集成电路也从小规模扩展到大规模集成电路，不仅可靠度高，而且主要是价格低廉，所以研制出的微处理器在数控系统中就被广泛应用，这就是微处理器数控系统，至此数控系统顺利进入到第五代。现代的数控系统在前代的数控系统中又有了更强的功能出现，增强了数控系统各个方面的能力。例如可靠性，实时控制等方面。而且现代数控系统都是采用的多个微处理器，处理器的功能和运算能力也有了质的飞跃。如 siemens 公司的sinumerik84 和日本 fanuc 公司 faunc of 系列等。1.2.2 数控系统的发展趋势（1）向高速度、高精度发展现代机床所采用的数控系统，都采用多位 CPU 和 CPU 并行
18、技术，在运算速度和性能方面都有可观性的增强。现代数控机床采用更为高效的伺服系统，机交流伺服系统，而且很多硬件装置都实现了数字化。数控系统能够控制的硬件装置更多，使之能够加工更为复杂的零件，生产速度更快，产品精度更高。（2）可靠性的提高现代数控系统都是通过各个模块形成的，所以在通用化，标准化方面都有很大优势，所以加工出来的产品都有质量保证。集成电路也更为复杂，但是所用的元器件并没有增加，反而在减少。提高了可靠性。（3）采用自动程序编制技术现代数控系统拥有很强的运算能力，例如上文中提到过的 sinumerik84 系3统。就拥有很强的自动编程的功能，在一些新型的数控系统还存在一个个数据库，其中有各
19、种工艺，各种零件的加工过程，使得在加工过程中可以实现在线零件程序的自动编程。数控系统能自己判断加工零件所需的最佳加工工艺。实现加工要求。（4）具有更高的通信功能在数控机床的加工过程中，由现代发展自动技术的需要，不同的厂家需要联网功能，现代机床数控系统的通信功能不断加强，不少系统具有远程诊断功能和 Ethernet interface 接口。使得厂家能够远程通讯，美国通用汽车公司在1983 年提出这 MAP 这一协议，并且成为行业发展最迅速的。MAP 提供的局部网络以开放性为基础，使得不同厂家不同设备能够相互连接实现通讯功能，统一标准化。1.3 数控机床的组成及特点1.3.1 数控机床的组成(1)输入输出设备输入输出设备主要有键盘和显示器等原件，可以实现程序编制，数据录入和显示、程序数据存储等功能。(2)数控装置数控装置，可以说是机床的心脏，通过数控装置来运算数据和逻辑判断等，还能控制各种硬件装置，实现控制功能。(3)伺服系统伺服系统可以接受指令来驱动机床的来运动部件。伺服系统其实就是电路和电机的组成系统，而且伺服系统要求响应速度越快越好，能够快速并准确的响应指令，控制元件。(4)测量反馈装置该装置即为反馈装置和测量装置。测量数控装置各个部件的数据，并且将测量结果反馈到数控装置，形成一个封闭的控制路径。(5)机床本体数控机床主体，完成机械加工部分。1.3.2 数控机床特点
