毕业设计（论文）-将CA1650普通车床改造成cs-51系列单片机控制的经济型数控机床.doc

第一章 设计任务及总体方案的确定 1.设计任务 将CA1650普通车床改造成cs-51系列单片机控制的经济型数控机床。要求该机床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能，在纵向和横向有直线和圆弧插补功能，系统分辨率纵向0.001mm。横向0.005mm。 设计参数如下： 最大加工直径： 在床面上：360mm 在床面上：210mm 最大加工长度： 快进速度： 纵向： 2.4m/min 横向： 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向：0.5m/min 横向：0.3m/min 主电机功率：7.5kw 启动加速时间：30ms 机床定位精度：±0.015mm 最小指令值： 纵向：0.1mm/脉冲 横向：0.005mm/脉冲 自动升降性能：有 2.总体方案的确定 ①系统的伺服系统与与运动方式的选择 由于改造后的数控经济型车床应具有定位，直线插补顺圆和逆圆插补，暂停和循环加工。公英制螺纹加工工艺功能。故应选择连续控制系统。考虑到经济型数控机床加工精度要求不高。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统。 ②计算机系统 根据机床要求，采用8位微机，由于MSC—51系列单片机具有集成度高。可靠度好，功能强速度快，抗干扰能力强。性能价格比等特点，决定采用MSC-51系列的8031单片机扩展系统。 ③机械传动方式 为了实现机床所需求的分辨率，采用步进电动机，经齿轮减速再传动丝杆。为了保证一定的精度和平稳性，减小摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加紧负荷齿轮传动，也要采用消除齿侧间隙的结构。 第二章 机床进给伺服系统机械部分设计计算 伺服系统机械部分设计计算，内容包括确定系统的负载确定系统的脉冲当量，运动部分惯性计算空载启动及切削力矩的计算，确定伺服电动机传动及单向元件的设计计算及运用，绘制机械部分装配图及零件工作图等 第一节 确定系统脉冲当量 一个进给脉冲使机床运动部件产生的位移量称为脉冲当量，也称机床最小设定单位，脉冲当量衡量机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床采用的脉冲当量是0.01~0.005每脉冲，经济型数控车床常采用的脉冲当量是0.002~0.001每脉冲，在本设计中，根据机床精度要求确定其脉冲当量纵向0.01mm/step,横向：0.005mm/step。 第二节 切削力的计算 在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件选用伺服电动机等需要利用到切削力，下面就以切削力，用三种方法计算，并取其平均值做主切削力。 用经验公式计算切削力： 1.纵切外圆： Fz=0.67D 式中：D max---车床床身加工的最大直径（mm） Fz=(0.67×3601.5)N =4576N 求出切削力Fz后，在按照下比例分别求出Fx和FY Fz：Fx：Fy=1：0.25：0.4 Fx=4576×0.25=1144N FY=4576×0.4=1830N 2.横切断面： 主切削力Dz可取横切削力的1/2 Fz、= Dz×1/2=2280N 此时走刀抗力为Fy、（N），吃刀抗力的Fx、（N）仍按上述比例粗略计算： Fz、： Fx、： Fy、=1：0.25：0.4 Fx、=2288×0.25=572N Fy、=2288×0.4=915 N 二．按切削力计算切削力 下面介绍的按经验公式按求计算切削力的方法是比较简单而使用的，但对于不同的专用机床来说，计算结果不一定准确。所以对某一指定了专门用途的数控机床，应该根据具体加工条件，不同的工况选用合理的切削用量。用切削力计算公式来计算切削力。 1.外圆车削切削力的计算 Fz=9.8/( Fz－aPDz fzfz fz(60v)n FzKFz Fx =9.8/( Fx－aPx fx fx fx(60v) n F xKFx FY =9.8/( FY－aPy fy fy fy (60) n FYKFY 式中; Fz、 Fx、 FY——主切削力进给抗力切削抗力（N） aP——切削深度(mm) V——切削速度（m/s） f——进给量（mm/v） KFz、 KFx、KFY——总修正系数包括由于工件材料强度、硬度的改变，刀具材料的改变。刀具几何角度不同等因素，对切削力的修正系数。 三．按照机床主电机的功率计算： 上面介绍了切削量计算切切削力虽然比较准确，但只能是用于加工某种工件的专用机床，对于普通机床的数控化改造或涉及通用的经济型数控机床来说，切削用量的范围较大，这样就导致了切削力计算结果差别很大，这里介绍的三种方式，就是按照需要进行数控及改造设计的普通车床的主电动机功率来计算切削力，其具体方法如下： Pe：PY 式中： Pe——切削功