摘 要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床CA6140的基础上对其进行机电一体化改造。作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，丝杠选用摩擦损失小，效率高，精度高，寿命长的滚珠丝杠,电机选用步进电机,电动机与滚珠丝杠用齿轮减速；刀架改造成能自动换刀的回转刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹；整个控制系统以JKW-15T型号的单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。关键词：机床改造； 自动化机床； 控制系统ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather CA6140 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. Screw on the choice of friction loss, high efficiency, high precision, long life of the ball screw, the electrical selected stepper motor, motor and the ball screw with gear deceleration.The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of JKW-15T is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system 目 录第一章 绪 论11.1机电一体化的发展11.1.1机电一体化技术11.1.2机电一体化发展概述21.2机电一体化改造的必要性31.2.1机床改造的意义31.2.2机床改造的市场41.3机电改造的内容61.4本文的选题及主要研究内容81.4.1本文的选题81.4.2主要研究内容81.5车床总体改造方案91.5.1设计基本思路91.5.2设计要求10第二章车床改造的机械部分设计132.1进给系统机械结构改造设计132.2进给伺服系统机械部分的计算与选型152.2.1确定系统的脉冲当量152.2.2切削力计算162.3滚珠丝杠的设计计算与选用172.3.1滚珠丝杠简介172.3.2纵向滚珠丝杠的设计与计算182.3.3横向滚珠丝杠的设计与计算262.3.4滚珠丝杠的安装与使用332.4电机与滚珠丝杠连接用减速齿轮的设计与校核362.4.1齿轮传动362.4.2纵向减速齿轮的设计与校核372.4.3横向减速齿轮的设计与校核412.5进给系统的步进电动机的计算与选择452.5.1步进电动机452.5.2纵向电机的计算与选择482.5.3横向电机的计算与选择512.6电动刀架选择与介绍55第3章 主轴脉冲发生器介绍与选型583.1光电编码器原理583.2主轴脉冲发生器的安装603.3主轴脉冲发生器的选择60第四章 控制装置的选用634.1 JWK-15T的简介634.2 功能分配654.3程序设计67第五章 结论78参考文献79英文原文81中文译文90致 谢971第一章 绪 论1.1机电一体化的发展1.1.1机电一体化技术机电一体化的实质是机械工程技术与微电子技术的结合。机电一体化技术是一门跨学科的综合性的复合技术，它随机械工程技术、微电子技术、计算机技术、激光技术、材料工程技术的发展而进步。机电一体化的一些共性关键技术有：信息处理技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服传动技术、精密机械技术、系统总体技术等。把机电一体化技术应用于生产和生活所开发出来的新产品叫做机电一体化产品。数控机床、机器人、全自动智能洗衣机等是典型的机电一体化产品。在发达国家中，机床的数控化已达25%以上，而我国还不到1%。但是，随着国民经济的发展，各行业对数控机床的需求量将增加。世界机器人的拥有量在未来10年将以25%30%的速度增长，将进入生产自动化、航天、深海以及军事、农业、办公、医院、家庭、社区等诸多领域。像全自动智能洗衣机这样生活领域中的许许多多机电一体化产品已经被人们所喜爱，还在被大量地开发出来。以信息为主要工作对象，既有控制功能的系统工程可称为机电一体化系统。比如，CIMS是比较大的机电一体化系统工程。它将制造系统、设计系统、经营管理系统、信息数据系统通过计算机系统及通信网络联系起来。它是一个闭环反馈系统，输入的是关于产品的概念和需要，输出的是经检验合格可交付使用的产品，实现机械工厂综合自动化。1.1.2机电一体化发展概述人类用机器体系代替手工劳动生产是在1785年蒸汽机在纺织工厂的使用而开始的。1873年出现的第一台凸轮控制车床，开始了机械自动化的进程。19101920年美国福特汽车公司通过设计制造大量专用机床，首先建立生产流水线，创造平均每分钟生产一辆汽车的记录，并使生产成本大大降低。20世纪40年代后期，人们利用机器的、电气的和液压的自动化装置，设计制造出各种高效的自动化机床，并用自动输送带将各个单独的机床连接成自动生产线，从而使单一的品种大量生产为特征的刚性自动化生产达成成熟阶段。自动化生产对提高劳动生产率、保证产品质量，降低产品成本和推动社会进步起了不可估量的作用。20世纪40年代世界上诞生了第一台数字计算机，使数控技术（Numerical Control-NC）的出现成为可能，1952年美国麻省理工学院首先研制成专用电子计算机控制的三坐标立式数控铣床，解决了单件小屁生产自动化问题，开创了将计算机应用于机械装备自动控制的新时代。1958年，第一台具有自动换刀装置和刀库的数控机床即加工中心（Machining Center-MC）在美国研制成功，进一步提高了数控机床的自动化程度。第一台工业机器人（Industrial Robot）于1959年出现于美国。最早的工业机器人是极坐标式的，它的出现对自动化制造技术具有很大的意义。工业机器人可自动进程装配、焊接、喷漆、热处理、清砂、浇注铸件以及在恶劣环境中工作等。1960年，美国研制成功自适应控制机床（Adaptive Control Machine Tools），使机床具有一定的智能，可以有效提高加工质量。1962年和1963年又相继在美国出现了圆柱坐标式工业机器人和计算机辅助设计及绘图系统（Computer Aided Design-CAD），后者为自动化设计与制造之间的集成奠定了基础。进入20世纪70年代以来，以大规模集成电路和微型电子计算机为代表的微电子技术，迅速地被应用到机械工业中，促进了机械工业突飞猛进发展，出现了种类繁多的微电子技术控制的机械、仪器和军械装备，以及柔性制造线FML、柔性制造系统FMS和自动化制造系统，这样就大幅度地提高了产品质量和劳动生产率，适应了市场对产品多样化的要求，丰富了热门类的物质文明。今天，机械装备的面貌已焕然一新，成为机与电高度融合的整体，不仅成为人类体力的延伸，而且成为人类智力的延伸。1.2机电一体化改造的必要性1.2.1机床改造的意义通常说“机床的真正价值在于使用”。随着科学技术的发展，即使原来属于新颖，先进的机床也会逐渐变得陈旧，落后，满足不了产品种类的日益增加，质量不断提高的需要，因此，“技术老化”是客观规律。 据有关资料报导，在一些工业发达国家里，设备的平均役龄控制在1020年之间，设备的“技术老化”期已短于10年，10年役龄以内的设备能够达到设备总数的50%左右。由此可见，设备速度相当快，一是用技术更为先进的新设备来代替技术性能“老化”了的旧设备；另一是进行有效的技术改进，使旧设备适应新的生产需要。例如，美国和西欧的一些工业先进国家，在钢铁企业中虽然早已实现了现代化，可是旧设备并没有全部毁弃，而是通过技术改造的方法，使一些旧的设备能够达到使用新技术，新工艺的需要，继续生产出具有竞争能力的优质产品。目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在“技术老化”的问题设备役龄在15年以上的，所占比重相当大，面对这么多陈旧设备应该怎么办？这是一个急待解决的大问题。为实现工业现代化，我们同样要创造和引进新技术，新工艺，新设备，进行必要的设备更新。另一方面动员机械制造业的广大职工，坚持自力更生和勤俭本企业的方针，大搞技术革新，挖掘设备潜力，更具有现实意义。而改造机床是深受大家欢迎的一种革新形式，为满足生产的需要已经做出了重大的贡献。例如，某机械厂生产的只要产品是板框压滤机，生产批量很大，仅虑