C6130横向进给系统的数控化改造设计
摘 要
本次设计课题是 C6130 数控卧式车床。该数控车床包括床身、伺服系统、床头箱和 主轴、转塔刀架、尾座、工作执行设备。
此次设计包括机床的总体布局设计，进给设计，其中还包括齿轮模数计算及校核， 主轴刚度的校核等。异步电动机和变频器互相联系，从而 能够进行变频调速。水平进给到 纵向进给与所有电气系统中提供动力的步进电机相连，是经过 电气系统用滚珠丝杠螺母副 执行水平进给到纵向进给。进给运动从步进电机到电气系统，通过下降速度很快的齿轮提 升到滚珠丝杠螺母副，从而调动刀架完成进给运动。控制系统部分包括步进电机的选用及 硬件电路设计和软件系统设计，说明了芯片的扩展，键盘显示接口的设计等等。
关键词：数控；车床；变频器；滚珠丝杠螺母副；主轴
1 绪论
1．1 数控车床在国内外的发展现状
从 20 世纪 90 年代后期起，由于工业现代化和国防与高技术工业的快速发展，对先进 制造装备的数控机床提出了旺盛的需求（图 1-1）。从 1992～2004 年 12 年间，数控机床 产量和消费量的平均年增长率分别为 17.5%和 17.7%，而 1998～2004 年 6 年间的年平均 增长率却分别达 39.3%和 34.9%。本世纪数控机床进口量占消费量的比例，也由上个世纪
90 年代的 55%降至 45%左右。在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动和国家 科技计划引导与支持，中高档数控机床的开发也取得了较大的进展。在五轴联动、复合加 工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大 型、五轴联动数控机床，精密及超精密数控机床和一些成套生产线，并形成了一批中档数 控机床产业化基地。在良好的发展形势下，一些统计数据也提示着需要注意的现象：首先 ， 从 2000 年起数控机床的产量虽有大幅增长，但从数量的满足率来讲，近 4 年来一直徘徊 在 55%左右，而未呈现进一步增长的趋势。
其次从市场消费额来看，进口数控机床的金额近几年一直占消费额的 70%以上，2004 年估测可达 73% 大量的高档数控机床的进口，主要用于以下三个领域：高新技术和国防 工业领域、重大基础装备制造领域和国民经济支柱产业领域。 在高新技术和国防工业领 域，如航空航天、舰船、轨道交通和核工业等关键零件加工需用的五轴联动高速大重型专 门化或专用数控机床，涡轮盘高速铣床，激光陀螺和核聚变用镜片的超精控机床等。 在 重大基础装备制造领域，如大型发电设备、大型工程机械、石化和冶金装备所需的大重型
复合加工数控机床、高效五轴联动叶片加工数控机床等。 在国民经济支柱产业领域，如
汽车制造业、IT 制造业和模具制造业等关键零件加工需用的高效精密数控机床、高速五 轴联动模具铣床和磁盘磁鼓超精密数控机床等。 上述领域中，汽车发动机及关键零件加 工的成套生产线设备 70%以上依赖进口，一些大重型专门化或专用的高性能数控机床基 本上需从国外引进。
自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了 六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为 NC 阶段；第二个阶段为 CNC 阶段，从 19
74 年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近 20 多年内，在生产中，实 际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本 性的提高。从 20 世纪 90 年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC 微机 的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化 越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在 在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于 PC 微机的数控系统，即 PCNC 系统，它被 划入为所谓的第六代数控系统。
数控技术的发展趋势：
1.性能方面的发展趋势
（1）高速高精度高效
（2）柔性化
（3）工艺复合和轴化
（4）实时智能化
2.功能发展方面
（1）用户界面图形化
（2）科学计算可视化
（3）插补和补偿方式多样化
（4）内置高性能 PLC
（5）多媒体技术应用
3.体系结构的发展
（1）集成化
（2）模块化
（3）网络化
（4）开放式闭环控制模式
目 录
1 绪论.................................................................... 1
1．1 数控车床在国内外的发展现状............................................ 1
1．2 课题的研究的目的和意义................................................ 2
2 总体方案设计......................................................... 3
3 机械部分设计计算说明..................................................... 4
3.1 主轴系统计算...........................................................4
3.1.1 参数的确定......................................................... 4
3.1.2 传动设计........................................................... 5
3.1.3 转速图的拟定....................................................... 7
3.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定.......................................... 11
3.1.5 传动件的估算和验算................................................ 19
3.1.6 展开图设计........................................................ 35
3.2 进给系统设计.......................................................... 45
3.2.1 纵向进给丝杠设计.................................................. 45
3.2.2 驱动电机的选用.................................................... 49
4 控制系统设计............................................................ 50
4.1 数控系统的组成和功用..................................................50
4.2 可编程控制器(PLC)在控制系统中的设计...................................50
4.2.1 PLC 的硬件设计.................................................... 50
4.2.2 车床电气控制系统的 PLC 配线图..................................... 51
4.3 PLC 的程序设计........................................................ 52
4.3.1 程序要求分析...................................................... 52
4.3.2 基于 PLC 的车床电气控制系统程序................................... 52
4.4 主电路图分析..........................................................53
结论......................................................................55
致谢......................................................................56
参考 文 献................................................................57
参 考 文 献
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