基于CA6140车床数控化改造
车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计
车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计1.摘要本论文针对车床CA6140主轴系统进行数控化改造及仿真设计，旨在提高车床的加工精度和生产效率。
首先，对车床的主轴系统进行了详细分析，并确定了改造的目标和需求。
然后，基于数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。
最后，通过仿真模拟对改造方案进行了验证，并使用实际加工试验进行了实验验证。
实验结果表明，通过数控化改造，主轴系统的加工精度和生产效率得到了显著提高。
2.引言车床是传统机械加工设备中常用的一种，但是由于其控制方式落后，存在加工精度低、生产效率不高等问题。
因此，对车床进行数控化改造是提高其加工精度和生产效率的重要手段。
主轴系统作为车床的核心部件之一，其控制精度对整个车床的加工效果起着重要作用。
本论文针对车床CA6140主轴系统进行了数控化改造及仿真设计，旨在提高其加工精度和生产效率。
3.车床CA6140主轴系统的分析与改造目标首先，对车床CA6140主轴系统的结构和工作原理进行了详细分析，发现其存在传动链路复杂、加工精度不稳定等问题。
基于此，确定了改造目标为提高主轴系统的加工精度和稳定性，并提高其生产效率。
4.数控控制系统的设计根据数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。
首先，选取了适合主轴系统控制的数控设备，并设计了相应的控制算法和程序。
然后，对数控编程进行了详细设计，并使用仿真软件进行了仿真验证。
5.改造方案的仿真与验证为了验证改造方案的有效性，使用仿真软件对其进行了仿真模拟。
首先，建立了CA6140主轴系统数学模型，并将其运行参数与改造后的数控控制系统进行了耦合。
然后，通过调整控制系统的参数，对加工过程进行了仿真模拟，并对加工结果进行了分析和评估。
最后，使用实际加工试验进行了实验验证，并与仿真结果进行了对比分析。
6.结论通过车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真设计，本论文有效提高了主轴系统的加工精度和生产效率。
CA6140车床数控化改造设计
计算切削力
纵向切削力计算 查阅相关资料计算得： 车削时最大工作载荷 Fm KFL f ( Fv G) =1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8) =1790.68(N) 最大动载荷 C L f F 3 = 83.5 ×1.5×1790.68=11740（N）
3 m m
•
步进电机选择原则纵向驱动电源自选择横向电机选择五、数控系统的选择
• 现在国内数控设备使用的数控系统也是有不少的
品牌和种类，大体分为国产系统和进口系统，现 在国内厂家主流系统有：广州数控，北京KND， 华兴数控，华中数控，蓝天系统等，台湾系统有： 新代系统，宝元系统等，进口系统有：三菱系统， 西门子系统，发那科系统。 但是进口系统在某些性能上的确有其过人之处， 但是价格比较昂贵。从数控化改造的经济性和系 统的稳定性及综合性能上考虑我们选用广数的 GSK 980TDb系统，作为数控改造的系统，用来控 制机床的运行。
总体方案设计图
三、机械系统的改造设计方案 1．主传动系统的改造方案 对普通车床进行数控化改造时， 一般可保留原有的主传动机构和 变速操纵机构，这样可减少机械 改造的工作量。
2．换装自动回转刀架
为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道 工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转 刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公 司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动 刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路， 由数控系统完成。
CA6140普通车床改造成经济型数控车床。 主要参数如下： （1）床身上最大加工直径400 mm； （2）最大加工长度1000 mm； （3）X方向(横向)的脉冲当量δx = 0.005 mm/ 脉冲，Z方向(纵向)δz = 0.01 mm/脉冲； （4）X方向最快移动速度Vxmax = 3000 mm/min，Z方向为Vzmax = 6000 mm/min； （5）X方向最快工进速度Vxmaxf = 400 mm/min，Z方向为Vzmaxf = 800 mm/min；
CA6140普通车床的数控化改造设计
CA6140普通车床的数控化改造设计把普通机床改造成经济型数控机床，既可以整合原有资源，使原有普通机床得到充分利用，减少投资费用，又能利用改造后的机床提高质量和效率。
事实证明，普通机床的数控改造能够给企业带来新的前景。
本文根据企业大量存在的CA6140普通机床，从机械部分和电气部分分析和设计入手，把普通车床改造成经济适用性的数控机床。
1机床数控化改造的意义一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性：（1）可以加工出传统机床不易加工的曲线、曲面等复杂的零件；（2）可以实现机加工自动化，而且是柔性自动化，所以效率可比传统型机床提高3～7倍；（3）加工的零件精度高，尺寸分散度小，使装配更容易；（4）可完成多工序的集中加工，减少零件搬运次数；（5）拥有自动监控、自动报警、自动补偿等自律功能，因而可实现一定时间无人看管的加工。
2总体设计方案（1）拆掉原车床的横向和纵向溜板箱、丝杠光杠及挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替换滑动丝杠；（2）纵向齿轮减速装置和驱动电机安装在机床的右端，横向齿轮减速器和驱动电机安装在床鞍的后部（相对操作者）；（3）拆除手动刀架，在小拖板上安装数控转位刀架，实现自动换刀；（4）增加数控装置系统，使机床数控化；（5）在挂轮箱内安装主轴脉冲编码器，以实现对主轴转速的同步检测和加工螺纹功能。
3縱向进给系统的设计改造纵向进给传动系统的改造如图3-1所示。
纵向步进电机1通过一对减速齿轮2把动力传递给纵向滚珠丝杠3，再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台4做往复移动。
原车床的进给箱保留，滚珠丝杠左端仍然采用原固定支承结构，支撑轴6通过套筒联轴器5与滚珠丝杠3相连。
4横向进给系统的设计改造横向滚珠丝杠也采用一端固定，一端浮动，三点支承的形式，也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，如图3-2所示。
横向步进电机1及减速器2安装在床鞍的后部。
靠近操作者一端，布置一根支撑短轴11，通过套筒联轴器10与滚珠丝杠7连接起来。
CA6140车床数控化改造设计解析
CA6140车床数控化改造设计解析一、背景介绍：CA6140车床是一种常见的传统车床，它通过手动操作来控制工件加工过程，由于操作依赖于操作人员的经验和技能水平，加工效率低且容易受到人为因素的影响。
为了提高加工效率和加工精度，以及减少人为错误带来的质量问题，对CA6140车床进行数控化改造是一个重要的研究方向。
二、数控化改造的目标：1.提高加工效率：通过数字控制系统控制各个工作参数，实现工件的自动化加工，提高加工效率。
2.提高加工精度：通过数控系统的精确控制，保证工件加工的精度和一致性。
3.降低人为错误：将操作人员对机床的依赖度降低，减少人为错误对产品质量的影响。
4.增加功能灵活性：数控系统可以灵活地调整参数，以适应不同工件的加工需求。
三、设计方案：1.数控系统选型：选择一款适合CA6140车床的数控系统，该系统应具有稳定可靠的性能和完善的功能，能够满足车床加工的需求。
2.导轨和滑块改造：对原有的导轨和滑块进行改造或更换，以提高加工精度和稳定性。
3.主轴改造：对原有的主轴进行改造或更换，以提高转速控制的精度和可靠性。
4.伺服电机安装：在车床的各个轴向上安装伺服电机，由数控系统控制其运动，以实现自动化加工。
5.完善的自动化装置：设计并安装自动换刀装置、自动送料装置等，以提高加工效率和减少人为操作。
6.编程软件开发：根据数控系统的特点，开发适合CA6140车床的编程软件，以便操作人员能够方便地进行程序编写和调整。
7.操作界面设计：设计一个简洁明了的操作界面，方便操作人员进行监控和调整。
四、预期效果：1.加工效率提高：数控系统实现了工件的自动化加工，大大提高了加工效率，减少了人为操作的时间。
2.加工精度提高：通过对各个工作参数的精确控制，加工精度得到了显著的提高。
3.缩短交期：由于加工效率提高，交货期可以相应缩短，提高了客户的满意度。
4.减少人为错误：数控系统的自动化控制减少了人为错误的可能性，提高了产品的质量稳定性。
CA6140型普通车床的数控化改造
CA6140型普通车床的数控化改造王国明张国友（山东轻工业学院山东济南250353；寿光市技工学校山东潍坊262700）数控化改造的必要性和迫切性衡量一个国家机械制造业水平的一个重要指标是机床拥有量中的数控化机床的比重。
在这方面,我国与发达国家存在着极大的差距。
改革开放以来,国外先进的生产技术对我国的机械制造业产生了巨大的冲击，为了抓住机遇、迎接挑战,我们就必须提高我国的数控化水平。
但是,数控机床价格较贵,一次性投资大,不易被中小型企业所接受；各企业又都拥有大量的普通机床,用数控机床替换下来的旧机床又会造成浪费,而将普通机床进行数控化改造可以说是一条经济实用之路。
CA6140 车床，主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工。
对该机床的数控化改造分为机械和数控两部分，具体方案如下：一、机械部分改造1.主传动系统为了降低改装费用，保持原机床精度，主传动系统基本不变，保留原机床的主轴手动变速，改造后使主运动和进给运动分离，数控系统只控制主轴的起、停和正、反转及冷却液开、关。
主传动系统仍采用原电机驱动，只是安装一个光电脉冲编码器，通过“主轴——编码器——数控系统——步进电机”的信息转换系统来实现“工件转一转，刀具进给一个导程”的运动关系，以便完成车削螺纹运动。
2.进给系统原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除，纵向进给系统以步进电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。
滚珠丝杠仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承，与床身尾部步进电机相联接。
步进电机经减速后和滚珠丝杠用套筒联轴器连接。
横向进给系统中保留原手动机构，在原支承部位安装滚珠丝杠螺母副后，步进电机及减速器安装在横向溜板后方。
3.刀架部分拆除原手动刀架和小拖板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架，效率高，工艺性能可靠。
根据改造车床的型号及主轴中心高度，选用常州宏达机床数控设备厂生产的LD4—C6140型四工位电动刀架，利用系统内置固定式PLC控制刀架的运动。
CA6140车床的数控化改造
CA6140车床的数控化改造CA6140车床的数控化改造摘要：数控化加工是机械行业向着高质量、高精度和高效率发展的必然趋势，对现有CA6140车床进行数控化改造能够在满足生产需要的基础上降低新设备的购置成本，提高企业的经济效益。
本文就其改造过程进行了论述。
关键词：CA6140 车床改造数控机床是典型的机电一体化产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，解决了机械制造过程中对精密件和复杂结构件的加工。
就我们企业目前面临的现状来说，大部分工厂在其生产过程中使用的还是CA6140等普通车床，如果一次性购备数控机床所需要的资金较多，企业心有余而力不足。
为此对普通车床进行数控化改造解决企业生产过程中遇到的技术和经济问题，为技术人员提供参考依据是非常必要的。
1 数控机床改造的必要性数控机床是利用数字化信息对机床的运动和加工过程进行控制的一种设备，主要由机床主机、驱动装置、辅助装置、CNC装置和编程装置等部分组成。
按照加工工艺的不同，可以分为金属切削类数控机床、特种加工类数控机床以及板材加工各类数控机床;按照控制运动轨迹的不同可以分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床;按照驱动装置的不同分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床和混合控制数控机床。
随着科学技术的不断进步，数控机床越来越受到企业的青睐，跟普通车床相比，数控机床的优点主要有：(1)加工精度高，质量稳定。
数控机床的定位精度为±0.01 mm，重复定位精度为±0.005 mm，特别适用于加工精度较高的产品。
(2)数控机床的主传动和进给传动采用了独立的电机，二者能够单独运动，也可以多坐标联动，在加工复杂曲面和形状复杂的零件过程中具有较高的精度。
(3)数控车床采用了自动回转刀架，在加工过程中能够实现自动换刀，和一次换刀完成多道工序的加工。
(4)数据机床在加工过程中预先将程序输入机床，其加工过程无需人工操作，大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。
对CA6140普通车床的数控化改造
对CA6140普通车床的数控化改造1.1 CA6140普通车床基本结构和技术参数简介1.2 CA6140普通车床的主要结构部件主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。
主轴箱中等主轴是车床的关键零件。
主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。
进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。
丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。
丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。
同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。
溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。
刀架、尾架和床身。
1.3 CA6140车床具有以下技术参数床身上最大工件回转直径： 400 mm刀架上最大工件回转直径： 210 mm最大工件长度： 750-2000 mm主轴转速等级： 24级主轴的正转转速(RPM)： 10-1400进给的等级： 64纵向进给量： 0.028-6.33mm/rev. 横向进给量： 0.014-3.16mm/rev. 车削螺纹范围：米制螺纹 1-192 mm英制螺纹： 2-24 TPI径节螺纹： 1-96 D.P.模数螺纹： 0.25-48 MOD.孔通过主轴： 50mm圆锥主轴： 6 Morse主电机功率： 7.5KW4.2 改造总体方案设计4.2.1 CA6140数控化改造主要有以下几点（1）恢复精度：通过中小修，首先对CA6140车床存在的故障部分进行诊断并恢复,再对X ，Z方向导轨、主轴承精度进行恢复。
CA6140普通车床数控化改造毕业设计论文
设计目的通过本课程设计的训练，使学生在学完《数控机床结构及维修》和《数控原理与系统》课程之后，能够运用所学的知识独立完成数控车床进给传动系统的自动控制系统设计，从而使我们更进一步加深和巩固对所学的知识的理解和掌握，并提高学生的实际操作能力。
（1）运用所学的理论知识,进行车床数控化改造的初步训练,培养我的设计能力；（2）了解普通车床的机械部分的数控化改造与电气部分的数控化改造方法（3）掌握查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；（4）掌握编写技术说明书的能力。
摘要数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，改善劳动条件，利于生产管理现代化。
普通机床的缺点：普通机床靠齿轮和普通丝杠螺母传动。
由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确，因此重复精度较低。
普通机床测量时需停车后手工测量，测量误差较大，而且效率低下。
适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。
它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工资水平高。
在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。
因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。
也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
物竞天择，适者生存。
一些不适应社会发展在机床必将被淘汰，所以实施机床的数控化改造是机械行业在必然趋势。
通过搜集资料、实践研究等方法对机床就行改造即是用较少的成本去创造更高的价值。
而这也将极大的推动中国机械行业的发展。
经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。
所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。
事实证明：机床的数控化改造可以为企业带来可观的经济效益。
关键词：CA6140普通车床；数控化改造；数控车床目录第一节普通车床数控化改造绪论1.1 概述 (1)1.2 数控机床在我国的发展概况 (1)1.3 数控机床的发展趋势 (2)第二节机械设计部分 (3)2.1C A6140普通车床的数控化改造设计方案的拟定 (3)2.2总体方案确定 (3)2.3设计参数 (4)2.4 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5)2.5步进电机拖动的开环系统 (15)第三节 PLC程序设计部分 (16)3.1系统配置 (16)3.2程序设计 (16)3.3程序设计及调试运行程序 (17)第四节体会收获 (21)第五节参考文献 (22)第一节普通车床数控化改造绪论1.1 概述1．机床数控化改造的目的：用数控装置、伺服系统、滚珠丝杠副及其他辅助装置等对普通机床进行数控化改造，将其有机结合，使普通机床基本具备同类数控机床的性能的数控机床。
ca6140车床数控化改造
直改造总体方案的确定
由于普通机床的数控化改造中经济成本是一个重要因素，因此改造过程中一般采用无测量反馈装置的开环控制方式。该方式的驱动装置主要是步进电动机、电液脉冲马达等。数控机床的控制过程是由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。加工中心系统位移精度主要取决于步进电动机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度。该方式不具有反馈装置，对实际位移量不进行检测，无反馈与原指令值进行比较，不进行误差校正，系统的位移精度低，但具有结构简单、调试维修方便、ca6140成本低、易改装等特点。除了重要的控制系统外，还有以下几点在改造过程中也是要注意的。
在数控化改造中，电气系统的设计改造主要有两方面的工作：
1)将数控装置及伺服系统驱动装置接人电气系统。
2)改造电气线路，加工中心更换原有电器元件。ca6140电器元件可保留使用原机床中的变压器、自动断路器等。拆除原电控箱，原位安装改造后的电控箱，各接线口严格按照说明书接好。
CA6140车床数控化改造解析
摘要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。
且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。
但数控机床价格昂贵，一次性投入对企业来说负担很大。
另一方面，在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。
不仅能节省很大一部分资金，还能提升其市场竞争力。
具有极大的经济潜力。
对于职业院校的数控实训教学而言，通过闲置的普通车床进行数控化改造，可盘活资产，实现资产优化配置，同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。
对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。
我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000，通过对该机床的结构特点进行分析，对机械和电气进行数控化改造，改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。
第一章数控机床的结构和工作原理1.1数控车床工作原理及加工特点以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床，简称为数控机床。
数字控制系统是相对于模拟系统而言：数字控制系统中的信息是数字量，而模拟控制系统中的信息是模拟量。
随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控（CNC）系统。
图1-1 数控车床1．数控车床的工作原理数控车床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。
将数控程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2．数控车床的加工特点（1）高难度零件加工：“口小肚大”的内成型面零件，有仅在普通车床上难以加工，还难以测量。
（2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。
CA6140车床的数控改装
CA6140车床的数控改装绪论数控机床的发展史1946年诞生了世界上第一台电子计算机。
6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。
从此，传统机床产生了质的变化。
近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
（注：两个阶段：数控NC阶段和计算机数控CNC 阶段。
六代：即电子管时代、晶体管时代、小规模集成电路时代、小型计算机时代、微处理器时代和基于PC时代）。
必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。
因此，数控技术经过了近30年的发展才走向普及应用。
机床数控化改造的意义机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微型计算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。
众所周知，企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出满足市场需求、性能合适的产品。
目前,采用先进的数控机床已成为我国制造技术发展的总趋势。
购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的另一条有效途径。
机床数控化改造的市场目前在我国有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高等不良因素，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
近年来，美国、日本、德国、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。
机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成了用数控技术改造机床和生产线的新的行业和领域。
数控化改造后机床的优越性1)机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。
2)机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者不能加工的复杂型面零件。
CA6140车床数控化改造设计
确保数控系统与车床电气系统的连接 稳定可靠，包括信号线、电源线等。
数控系统功能
根据车床加工需求，选择具有插补、 补偿、固定循环等功能的数控系统。
主轴系统改造
01
02
03
主轴电机更换
根据需要，更换更高功率 和转速的主轴电机，提高 加工效率。
主轴轴承调整
优化主轴轴承配置，提高 主轴刚性和回转精度。
主轴冷却系统改造
结构简单、操作方便、加工精度高、 适用范围广。
CA6140车床工作原理
操作流程
工件固定在机床工作台上，刀具旋转并沿轴线移动，通过刀具和工件的相对运动实现切削加工。
主要结构
由主轴箱、进给系统、工作台、润滑系统等部分组成。
Hale Waihona Puke CA6140车床现有问题加工精度不足
由于机械传动链误差和 热误差，导致加工精度
通过改进车床的附件配置，拓展其加 工范围，满足更多类型零件的加工需 求。
加强环保性能
优化车床的冷却和排屑系统，减少加 工过程中的噪音和粉尘排放，提高环 保性能。
对其他车床改造的启示
重视技术升级
对于其他车床改造，应重视数控技术的升级和应用，以提高加工 精度和生产效率。
强化自动化程度
在改造过程中，应尽可能提高设备的自动化程度，减轻工人的劳 动强度。
难以保证。
自动化程度低
手动操作和调整较多， 加工效率低下，工人劳
动强度大。
维护成本高
机械部件磨损较快，维 修保养成本较高。
生产安全性差
存在机械伤害的风险， 对工人安全构成威胁。
03
数控化改造方案
数控系统选择
数控系统类型
数控系统连接
选择适合ca6140车床的数控系统，如 FANUC、SIEMENS等知名品牌。
CA6140车床进给系统的数控化改造
CA6140车床进给系统的数控化改造背景介绍随着现代制造技术的发展，传统的机械加工方式已经无法满足高精度、高效率的生产需求。
数控加工技术则因其高效、高精度和可编程性等特点，被广泛采用。
CA6140车床是我国一种普及的机械加工设备，但其进给系统采用机械式手动控制，操作不方便，且精度较难保证。
因此，为了提高车床的加工效率和精度，对其进给系统进行数控化改造成为当务之急。
数控化改造方案设计方案CA6140车床进给系统的数控化改造设计方案如下：1.更换数控系统：选择一种先进的数控系统，对车床进给系统进行控制和编程。
2.替换进给电机：替换高精度的数控电机，提高进给系统精度和稳定性。
3.安装编码器：在球螺杆上安装编码器，实现工件的位置反馈和位置精度控制。
4.加装液压缸：安装液压缸控制刀架的上下移动，提高车床的加工效率和精度。
具体实施1.数控系统的更换：选择适合CA6140车床进给系统的数控系统，如Fanuc、Siemens等，实现进给系统的数控化改造。
2.进给电机的替换：选购高精度的数控电机，根据车床进给系统的工作需求，选用对应的电机。
3.安装编码器：在球螺杆上安装编码器，并且利用数控系统的位置控制功能，实现工件位置的反馈和位置精度控制。
4.加装液压缸：在刀架上加装液压缸，并且与数控系统相连，实现刀架的自动上下移动。
数控化改造的优势经过数控化改造后，CA6140车床进给系统具有了如下优势：1.进给系统的精度提高：在替换高精度电机的同时，利用编码器控制球螺杆的旋转，提高了进给系统的精度。
2.操作更便捷：采用数控系统进行操作和编程，效率和精度都比机械式操作更高。
3.加工效率提高：加装液压缸控制刀架的上下移动，提高了车床的加工效率。
4.提高生产效益和降低成本：数控化改造后，车床加工效率和精度提高，生产效益更高，同时由于可以自动工作，减少了人力成本。
CA6140车床进给系统的数控化改造，既提高了加工精度和效率，又增加了生产效益，为我国机械加工行业的发展做出了一定的贡献。
CA6140普通车床数控改造
当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。
制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。
当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。
此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。
总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1.1问题提出数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。
企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。
购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐；同时目前大多数企业还有数量众多，而且还具有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相对较低、不能批量生产，生产的自动化程度不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性和转型周期，又不能马上淘汰。
CA6140普通车床的数控化改造设计毕业设计
目录一、课程设计的目的和要求 (2)二、总体方案的设计 (3)三、机械部分设计 (5)四、数控系统设计 (10)五、总结与参考书 (14)第一章课程设计的目的和要求一.课程设计的目的机床数控系统课程设计是机械类专业机电一体化课程的重要实践性教学环节之一.是综合运用所学过的机械、电子和计算机知识而进行的一项机电结合的基本训练。
其目的是：1.能够正确运用机床数控技术等课程的基本理论和有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算。
2.通过对设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法以及正确的结构设计方法。
3.通过设备的数控系统硬件和软件设计，掌握简单数控系统硬件及软件设计的基本方法。
4.通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养分析问题和解决问题的能力。
5.提高应用手册、标准及编写文件等资料的能力。
二．课程设计的内容完成一台CA6140普通车床的数控化改造。
利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量0.01mm，横向脉冲当量0.005mm。
刀架采用电动自动转位刀架，主轴变速采用电磁离合器有极变速。
具体内容如下：1.总体方案的分析、比较、论证。
2.机械部分设计。
重点是进给传动系统机构的结构设计及伺服电机的选择计算。
3.数控系统设计。
硬件部分完成微机控制系统电气原理图设计；软件部分包括主要程序框图和部分汇编程序设计。
4.编写课程设计说明书说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，电气部分的设计说明，选用元器件及其参数的说明，软件设计及其说明等。
5.图纸（1）机械结构装配图A1图纸2张，要求视图基本完整、符合标准。
其中应有一个坐标轴的完整剖视图。
（2）数控系统组成框图A2图纸1张（3）数控系统电气原理图A1图纸1张（4）软件框图A2图纸1张6.课程设计时间分配建议本课程设计用3周时间完成，各部分所占时间分配大致如下：（1）方案论证1天（2）机械部分设计6天（3）电气部分设计4天（4）软件设计2天（5）编写说明书1天（6）准备答辩及答辩1天第二章总体方案的确定普通机床的数控化改造。
CA6140车床的数控改造
CA6140车床的数控改造摘要我国数控机床产量持续高速增长，数控机床在加工精度、自动化程度、生产效率、劳动强度等诸方面都有普通机床无法比拟的优势，但购买新的数控机床特别是大型数控机床费用很高，常使许多用户望而怯步，对普通机床实施数控化改造，不仅实用性能良好、周期短，而且可以节约大量资金。
本文主要论述了普通车床改造的项目、步骤和需要进行改造的主要部件。
重点讨论了CA6140机床的主轴系统、进给系统、丝杠、刀架以及导轨的改造。
通过对老机床实施数控化的改造，可以节约成本，提高工作效率。
关键词：普通机床数控化改造目录第一章数控车床的简介 (1)第二章数控机床的改造概述 (5)第三章数控机床的改造 (11)第四章机床数控系统的选择 (32)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录A××××× (37)第一章数控车床简介1.1数控机床概述数控机床及由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，它的发展一直备受人们关注。
数控机床以其卓的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。
它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。
通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用，促进了数控机床性能和质量的进一步提升，使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。
我国数控机床产量持续高速增长，根据市场需求和技术发展趋势，应重点推进高效、精密为核心的数控机床“μm”级工程，加强发展高性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等相应的关键技术。
近6年来，我国数控金切机床（简称数控机床）产量一直以年均增长超过30%速度发展。
据初步统计，2004年数控机床的产量为51860台，同比增长40.8%,数控机床的消费量约74000台，同比增长32%。
CA6140车床纵向进给轴的数控化改造
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机电系统设计课程设计任务书.. (2)一、引言 (3)二、总体方案的设计 (5)2.1设计题目 (5)2.3总体设计 (6)2.3.1原理方案设计 (6)2.3.2结构方案设计 (10)三、进给伺服系统机械部分设计与计算 (13)3.1进给伺服系统机械部分的计算与选型 (13)3.1.1确定系统的脉冲当量 (13)3.1.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 (14)3.2齿轮有关计算 (18)3.3步进电动机的计算与选型 (23)3.4齿轮间隙的消除 (26)四、机床导轨改造及自动转位刀架选用 (28)五、微机数控系统硬件电路设计 (31)5.1数控系统的组成 (31)5.2机床硬件电路的组成 (31)六、小结 (32)七、致谢 (33)八、参考文献 (33)机电系统设计课程设计任务书（2013 —2014 学年第 2 学期）指导教师王沁2014年6月23日一、引言随着社会生产力和科学技术的不断发展，也带动了机械加工设备性能和质量不断提升。
同时机械加工设备的更新换代也不断加快。
因此对新的机械加工设备，不仅要求具有较高的加工精度和生产率，而且还能迅速适应零件加工的变更及零件的装夹定位。
由于生产加工的需求促使了数控加工设备的诞生，数控加工设备相对于中小企业来说比较昂贵，靠单纯的全部购买新的数控化产品是不现实的。
为了减少投资降低成本，提高原有普通机床的利用率，对普通机床进行数控化改造是一种可行有效的方案。
普通机床经数控化改造后机床设备具有以下几个特点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固有资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造经费低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可以满足生产急需。
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CA6140车床数控化改造目录1引言 (3)1.1 机床数控改造研究背景 (4)1.2机床数控化改造的意义 (5)1.3本文所研究的主要内容 (5)2车床机械部分改造方案 (5)2.1主传动系统的改造 (7)2.1.1主轴无级变速的实现 (7)2.1.2主轴脉冲编码器的选择与安装 (8)2.2纵横向进给传动系统的改造 (9)2.2.1纵向进给传动系统的改造 (9)2.2.2横向进给系统的改造 (10)2.2.3齿轮传动间隙的消除 (11)2.3刀架部分的改造 (11)3电气控制系统整体方案设计 (12)3.1数控系统的类型及品牌选择 (12)3.1.1数控系统的类型 (12)3.1.2数控系统的品牌选择 (12)3.2 SINUMERIK 802S base 1ine数控系统特点 (13)3.3电柜设计及电源选用 (14)4数控系统各部分单元具体设计 (16)4.1数控系统各部分的连接及接口设计 (16)4.1.1系统的接线 (16)4.1.2接口布置 (17)4.1.3 PLC输入输出接口定义 (18)4.1.4接口连接 (19)4.2步进电机的连接 (24)4.3回参考点配置 (25)4.4驱动电流设定 (26)4.5主轴变频器的选用 (26)4.6主控电路的设计 (29)结论 (32)参考文献 (33)摘要所谓数字控制机床是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作。
数控机床是集机械制造技术和计算机、液压、检测传感、信息处理、光机等技术于一体的典型机电一体化产品。
它很好地解决了形状结构复杂、精度要求高、小批量及多变零件的加工问题且能稳定产品的加工质量，降低工人劳动强度，大幅度提高生产效率。
数控机床的技术水平高低及拥有量的多少己成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志之一。
我国目前机床总量约400万台，其中数控机床总数只有20万台。
我国役龄10年以上的机床占总数的60%以上，而役龄10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%。
用这种装备加工出来的产品普遍在质量差、品种少、成本高、供货期长等现象，因而在国际、国内市场上缺乏竞争力。
而对于企业而言，单纯依靠购买全新数控机床，所需初始投资较大，致使许多企业，特别是中小型民营企业心有余而力不足。
而且替换下来的机床闲置起来又会造成浪费。
如果对旧机床进行数控化改造，其投资少，见效快，是在短期内提高我国机床数控化率的一条有效途径。
关键字：数控机床，数控化改造，步进电机，经济型数控系统1引言1.1 机床数控改造研究背景机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。
为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术及制造业的发展战略。
作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。
(1)我国现有的、数以万计的陈旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行业产生的现实基础我国是一个发展中国家，由于长期自身机制的不适应性，经济实力过低、技术落后、设备陈旧，极大地制约着国民经济的发展。
为尽快改变我国机械制造业的落后状态，近二十多年来，我们在艰难地发展民族机床制造业的同时，积极地引进了世界先进技术与设备。
一方面与世界先进机床制造厂合作，不断生产出具有世界先进水平的各类机床；另一方面直接购进了大量的各类机床。
这一切都为我国国民经济的快速发展起到了巨大的作用。
但是，机床长期运转甚至超负荷使用，同时又缺少认真的维修与保养，造成机床严重磨损，丧失了精度；有些机床则由于企业人员及产品结构的改变，或由于技术力量不足而被长期闲置，需要使用时却发现早已锈迹斑斑，电控系统不能起动；由于新产品制造的需要，原有机床性能已不能满足使用要求，急需更新升级改造；由于世界计算机及网络技术的飞速发展，造成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快，原有产品过早停产，给备件更换与维修带来一定困难；况且数控系统的使用寿命一般在5～10年，而我国大多数机床都在超期服役。
这些诸多因素都需要对机床进行大修及数控化升级改造。
(2)新进的大批二手机床成为机床大修及数控化改造行业的催化剂自改革开放以来，许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床，虽然有一部分尚能满足使用要求，但是多数由于缺少经验、技术、资料及备件等因素，造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。
其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。
这里多数的二手机床只要再有适当的资金投入，经过大修改造即可发挥作用。
(3)显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力对于机床拥有者来说，只需花费购买相同新机床30%以下的费用即可获得相同的使用效果。
根据国际该行业的记载，即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60%左右的价格。
机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。
为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术及制造业的发展战略。
作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。
1.2机床数控化改造的意义般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性。
1.可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
2.可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。
3.加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要工人“修配”。
4.可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。
5.拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
6.降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
数控技术现已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
1.3本文所研究的主要内容1、根据数控化改造后车床所具备的功能，制订了车床总体改造方案，并绘制了改造后车床总体装配图;2、为使改造后的车床主轴能够实现无级变速，本次改造采用了变频器驱动主轴电机的方式，本文对主轴变频器的计算和选型作了深入研究;3、为使改造后的车床能够加工螺纹，在改造时，在主轴端部通过异轴安装方式加装了主轴脉冲编码器，本文对脉冲编码器的安装方法作了详细论述;4、在利用填充聚四氟乙烯软带对原车床导轨贴塑的工作中，粘接工艺的好坏将直接影响改造后导轨的性能。
本文对粘接工艺的控制作了深入研究;5、在电气改造方面，设计了车床主控电路原理图及数控系统PLCI/O口接线图，对纵横向步进电机的计算和选型也作了详细阐述;2车床机械部分改造方案数控化改造设计时，在满足车床总体布局的前提下要尽可能利用原来的零部件，尽量减少改动量。
尤其是对车床上较大的部件，例如床身、床鞍、工作台等，尽量利用原来的部件，只做少量的加工改造，这样可以大大的降低成本，缩短制造周期。
例如，CA6140普通车床横向丝杠的名义直径为22cm，改进设计时，横向进给丝杠直径可取20cm或25cm，这样就可以利用原有的床鞍，不致于因滚珠丝杠直径选得太大，在原来的空间里放不下。
CA6140型普通车床数控化改造后主要用于中小型轴类、盘类以及螺纹零件的粗加工或半精加工，这些零件加工工艺要求机床应实现的功能主要有:（1）控制主轴正反转和实现主轴的无级变速以提供不同的切削速度；（2）刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成刀具选择；（3）加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距(单头螺纹加工)或导程(多头螺纹加工)。
要实现以上功能，确定总体改造方案如下:(1)拆除原车床的纵向和横向丝杠光杠、溜板箱及挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替换原有普通滑动丝杠，将选取的纵向滚珠丝杠副通过托架安装在原溜板箱与床鞍连接的部位上，纵横向滚珠丝杠两端尽可能利用原固定和支承方式。
为便于安装滚珠丝杠副，丝杠采用分体式，用套筒联轴器实现刚性连接；(2)横向驱动电机及齿轮减速器安装在床鞍的后部(相对操作者)，纵向驱动电机及齿轮减速装置安装在机床的右端，靠近尾座的位置；(3)要实现自动换刀，需拆除原手动刀架，在小拖板上安装数控转位刀架；(4)为了使改造后的车床能够加工螺纹，需要加装主轴脉冲编码器，以实现对主轴转速的同步检测，编码器安装在挂轮箱内；(5)为使加工过程中不超程，纵横向要安装行程限位开关；(6)为实现回参考点的动作，须在纵横向安装接近开关；(7)纵、横向齿轮箱和丝杠全部加防护罩，以防赃物、油污和切屑等进入，机床整体也要加装防护罩，以防止加工过程中的切屑飞溅伤人；(8)考虑到改造的成本，尽可能采用可靠性高的经济型数控系统。
车床总体改造如图2-1所示。
1-向滚珠丝杠副向 2-减速器3.向滚珠丝杠副数控转位刀架4-尾座5-Y向减速器6-Z向电机7-支架8-X向电机10-主轴脉冲编码器图2-1CA6140普通车床数控化改造示意图2.1主传动系统的改造2.1.1主轴无级变速的实现CA6140车床的主轴变速为手动、有级变速(正转24级、反转12级)。
考虑到数控车床在自动加工的过程中负载切削力随时会发生变化，为了保证工件表面加工质量的一致性、提高工件加工质量，主轴要能实现恒切削速度切削。
这就要求主轴能实现无级变速。
目前实现无级变速主要有两种方式，其一是采用变频器驱动电机的方式；其二是直接采用伺服电机实现无级变速。
采用方式二需要重新购买主轴伺服电机，另外主轴箱也要做相应的改造以安装伺服电机。
考虑到改造的成本，我们决定采用第一种方式，这样可以利用原车床的三相异步电动机。
即由数控系统控制变频器，变频器驱动异步电动机实现主轴无级变速。
交流异步电动机的转速与电源频率f，电动机磁极对数p以及转差率s之间的关系式为:n=60f/px(1-s)原电机的磁极对数p=2，转差率s=0.05，则电动机转速n与频率f之间的关系为:N=28.5f。
因此，改变电源频率f即可改变电动机的转速n。
变频器能方便地与数控系统连接，控制电动机的正转、反转、停止和变速。
经过分析，选用日本三菱变频器FR-A54O-7.5K-CH。
为保证电机的转速,输出转矩(功率)特性与机床主轴的转速,转矩(功率)特性相匹配,根据无级变速主传动系统的设计原则,主轴转速采用四档无级CA6140/BQ主轴转速图变速,所设计的CA6140/BQ的主轴转速图如下图所示CA6140/BQ主轴转速图2.1.2主轴脉冲编码器的选择与安装根据前面所选择的车床数控系统GSK980TA的技术参数可知，普通车床普通车床普通车床普通车床主轴应加装1024P／，光电编码器。
结合脉冲编码器每转进给脉冲数(即分辨率)对螺纹加工范围、机床配件机床配件机床配件机床配件加工精度和车螺纹时步进电动机运行频率及主轴转速的影响，以及加工常见多头螺纹的需要，脉冲编码器每转进给脉冲数应尽可能取较大值，再结合环境特性，最后根据机床主轴转速不允许超过主轴机床配件脉冲发生器的最高许用转速的原则，普通车床选择长春三峰传感技术有限公司生产的常规型实心轴光电编码器PIE一1024一(305C编码器，其分辨率为人二1024P／r。