CA6140车床数控化改造解析
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型普通车床的数控化改造设计解析
绪论随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。
这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。
它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。
一、问题的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。
而改造现有旧机床、配备与之相适应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，不失为一条投资少、提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提升竞争力，在我国成为世界制造业中心及制造强国的进程中，占有一席之地。
二、数控车床改造的意义数控车床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，其发展的原因是多方面的，主要有技术、经济、市场和生产上的原因。
我国是拥有300多万台机床的国家。
而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的。
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。
CA6140车床数控化改造设计解析
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；
选择纵向滚珠丝杠螺母副
故滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载 荷Ca不得小于最大载荷C;因此有 Ca＞C=11740N 因此初选外循环滚珠丝杠的型号为型 CD63×8-3.5-E型 经过传动效率计算、刚度验算、压杆稳定性 验算等一系列验证此型号滚珠丝杠符合纵 向传动要求。
选择横向滚珠丝杠螺母副
• 根据最大负载Q值，可选择滚珠案 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。
3．螺纹编码器的安装方案
螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。 数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发 生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件， 它与车床主轴同步转动；通常直接安装在主 轴后端，与主轴同轴比较方便
4．进给系统的改造与设计方案
首先拆去进给箱、溜板箱、光杠；还要 对车床的床鞍进行部分的改造，拆去纵向小 拖板、 横向拖板，将丝杠换成滚珠丝杠，并 且由一端驱动的步进电机来控制。
CA6140普通车床的数控化改造设计
摘要普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括：(1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。
(2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。
这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。
(3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。
(4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。
通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。
关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架一绪论我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。
由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。
如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。
如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。
机床数控化改造的优点：（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，可以提高固定资产的使用效率；（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）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。
CA6140数控化改造(完美版)解析
西安工业大学机电一体化课程设计CA6140横向进给系统的数控化改造学生：学号：110209专业：机械设计制造及其自动化日期：2014.7.1摘要目前大多数企业还有数量众多，而且还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。
而把普通机床改装成数控机床不失为一条投资少，提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提升竞争力，在我国成为机械制造强国的进程中占有一席之地。
数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，产品质量稳定、可靠，生产效率高，可加工形状复杂的零件，改善劳动条件，有利于生产管理和机械加工自动化的发展。
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。
目前机床数控化改造的市场在我国有很大发展空间，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、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，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。
本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能以及最后改造方案的确定。
关键字：机床，数控化，改造一、总体改造方案的确定1.CA6140普通车床简介车床基本组成如下图所示：2.改造内容及要求本课程设计要求在熟悉CA6140进给机构的基础上，对其进行数控化改造，使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，由此不但可以提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短。
具体要求如下：（1）在综合考虑资金投入、车窗性能的基础上，将普通车床的横向进给轴进行数控化改造，确定系统改造方案；（2）按照系统改造方案，应用提供的设计参数，选择、校核驱动电机、滚珠丝杠和传动齿轮，并对其他相关机械结构进行设计，设计完成时要求绘制出横向轴的装配图，并撰写设计说明书。
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车床的数控化改造解读
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。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，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、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，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。
本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。
关键字：机床、数控化、改造、意义目录第一章数控化改造的好处第二章数控化改造方案第三章介绍C6140普通车床第一节简单介绍 (4)第二节加工范围及特点 (6)第三节传动系统的介绍 (7)第四章设计进给系统第一节设计纵向进给系统 (9)第二节设计横向进给系统 (18)第五章改造车床主轴及控制系统第一节改进主轴电机 (26)第二节主轴脉冲编码器的运用 (26)第三节改进刀架 (28)第四节改进机床导轨 (29)第五节坐标系的建立X、Z轴的限位和参考返回电路 (30)第六节安装用键和变频器 (31)第七节机床的安装、调试、精度检验 (31)第一章数控化改造的好处一、有利于企业技术的提高，成本的节约数控机床与普通机床相比，有很大的优势，数控机床具有高度柔性，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；而普通机床精度低，效率低，适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。
CA6140型普通车床数控化改造
CA6140型普通车床数控化改造李 园,阮 健(浙江工业大学机电学院,杭州310014)摘要:以C A6140型普通车床为例,从机械和电气2方面详细阐述了数控化改造的方法。
改造后的车床投入使用后,运行稳定,加工精度明显提高,取得了极大的经济效益。
关键词:普通车床;数控化改造;SI NUMERIK 802S base line 中图分类号:TG 659 文献标志码:B 文章编号:100320794(2007)1220152203Numerical Control T ransform ation of CA6140Common LatheLI Yu an ,RUAN Jian(C ollege of Mechanical &E lectrical Engineering ,Zhejiang University of T echnology ,Hangzhou 310014,China )Abstract :T akes C A6140type comm on lathe as an exam ple ,has explained the NC trans formation method from machinery and electric tw o respects in detail.A fter trans forming ,the new lathe runs steadily ,the machining accuracy is obviously im proved ,has made the great technological economic benefits.Key w ords :comm on lathe ;NC trans formation ;SI NUMERIK 802S base line1 总体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,因此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。
CA6140型普通车床的数控化改造设计精讲
CA6140型普通车床的数控化改造设计系别：机电工程系年级：10机电一体化2班专业：机电一体化姓名：学号：指导教师：评阅人：2013年 5 月15 日摘要随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。
这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。
它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。
关键字：数控机床，伺服驱动，机床控制目录第一章 CA6140车床数控系统总体设计方案 (5)§1—1总体方案的确定 (5)§1—1—1系统的运动方式与伺服系统的选择 (5)§1—1—2计算机系统 (5)§1—1—3机械传动方式 (5)§1—2 设计X-Y数控工作台及其控制系统 (6)第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计 (7)§2—1系统脉冲当量的选择 (7)§2—2 滚珠丝杠螺母副的选型 (7)§2—3 纵向及横向滚珠丝杠副几何参数 (8)§2—4 齿轮传动比计算 (9)§2—4—1.纵向进给齿轮箱传动比计算 (9)第三章 CA6140车床数控系统硬件电路设计 (12)§3-1单片机数控系统的设计内容 (12)§3—1—1硬件电路设计内容 (121)§3—1—2机床数控系统软件设计 (12)3-2 MCS-80C51单片机及其扩展 (13)§3—2—1 80C51单片机的简介 (13)§3—3 存储器扩展电路设计 (15)§3—3—1 单片机的系统扩展概述 (15)§3—3—2 存储器扩展 (17)§3—4 I/O接口电路及辅助电路设计 (18)§3—4—1 I/O口的扩展 (18)§3—4—2 步进电机驱动电路 (18)§3—4—3液晶显示控制器 (18)§3—4—4控制面板 (23)§3—5典型零件加工程序设计 (24)参考文献 (26)第一章CA6140车床数控系统总体设计方案1．1总体方案的确定1.1.1系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动，所以不能选用点位系统，因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中不进行切削。
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普通车床数控化改造
目录绪论---------------------------------3第1章数控机床改造的目的---------------3 1数控系统发展简史及趋势--------------3 2数控改造的必要性------------------------5第2章数控机床改造的方法及原理----------------7 1机床数控系统总体方案的设计-----------------7第3章机床伺服系统机械部分设计计算------------9第4章、单片机微机数控系统硬件电路设计内容--------21体会与感受-----------------------------25参考资料-------------------------------26绪论近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。
在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。
2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。
但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。
近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。
出口的数控机床品种以中低档为主。
数控机床是机械、电子、自动化及电机拖动于一体化的装备。
它是有计算机作为控制核心，来控制异步电机，从而控制机床的换刀、走刀、停顿的。
随着数控机床的发展，使机械制造进入一个崭新的阶段，是机械制造业中的一次技术革命。
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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。
（3）高效率完成加工：为了提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批工序特别复杂零件车削全过程的自动化。
1.2 数控车床的组成数控车床一般由输入/输出装置、CNC装置、伺服单元、驱动装置、可编程控制器及电器控制装置、辅助装置、机床本体和测量装置组成。
图3-1是数控车床的组成框图。
其中除机床本体之外的部分统称为CNC系统图1-2 数控车床的组成数控车床各个方面的性能比普通车床优越，如：结构刚性好，能适应高速和强力车削需要；可靠性好能适应精密加工和长时间连续工作主轴回转精度，直接影响到零件的加工精度；数控车床的导轨结构有传统的滑动导轨（金属型），也有新型的滑动导轨（贴塑导轨）。
贴塑导轨的摩檫系数小，耐磨性、耐腐蚀性及吸振性好，润滑条件优越；机械传动机构比普通车床简单，传动链短；刀架是数控车床普遍采用的一种最简单的自动换刀设备；辅助装置:可配有对刀仪、位置检测反馈装置、自动编程系统及自动排屑装置等。
1.程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。
在对零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；以及辅助装置的动作。
这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工的数控程序单，编制程序的工作可由人工进行，或者在数控机床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。
编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、录音磁卡、软磁盘等，采用那种存储载体，取决于数控装置达到设计类型。
2.输入装置它的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。
根据程序存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、录音机或软盘驱动器。
有些数控机床，不用任何程序存储器，而是将数控程序单的内容通过数控装置上的键盘，用手工的方式（MDI方式）输入，或者将数控程序由编程计算机由通信的方式传到数控装置。
3.数控装置及强电控制装置数控装置是数控机床的核心，它接受输入装置送来的脉冲信号，经过算术装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。
这些控制信号中最基本的信号是：经插补运算决定的各坐标轴（即作进给运动的各执行部件）的进给速度、进给方式和位移方向和位移量指令，送伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动。
其他还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号；控制冷却、润滑的启停。
工件和机床部件松开、夹紧、分度工作台转位等辅助指令信号等。
强电控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。
其主要作用是接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择转换、辅助装置动作多功能指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作。
此外还有开关信号经它送到控制装置进行处理。
4.伺服驱动系统及位置检测装置伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。
每一个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。
伺服驱动系统有开环、半闭环和闭环之分。
在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。
5.机床的机械部件数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给执行部件如工作台，拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件，此外，还有冷却、润滑转位和夹紧等辅助装置。
数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。
第二章机床改造的总体方案设计2．1基本思路总体方案内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定等。
对于普通车场的经济型数控化改造，在考虑总体改造的方案时，应遵循的基本原则是在满足改造要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。
图2-1 基本思路图2．2总体方案设计1．主轴系统改造保留了原来的主轴变速箱，不采用变频器，使用皮带＋主轴＋编码器。
该系统的主轴速度也是有级调速，共12个档位24级，速度可以从40rpm到1200rpm，不过每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。
可以用数字量控制电机的正，反转，停止及各档速度。
本系统采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S命令来控制。
软件可以读取G代码。
2．进给系统的设计考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。
本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了伺服电机＋刚性联轴器＋丝杆的传动方案。
保留原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装伺服电机及丝杆螺母副。
根据计算，伺服电机的扭矩是5 Nm。
我们选用伺服电机是FANUC公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭矩是7.5Nm。
驱动器的型号是SH20806，输入电压是45V。
3．刀架结构本次改造仍采用旋转式刀架，拆除原手动刀架和小托板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架，根据车床的型号及主轴中心高度，我们将实训车间的闲置的CAK6140数控车床上能正常使用的LD4B-CK6140型电动刀架，该刀架内带120W三相交流异步电动机用于驱动正转换刀。
4．控制部分中硬件的改造（1）PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
（2）运动控制卡。
我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。
该卡是一种高速三轴伺服电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴联动。
因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
（3）光电耦合电路是从学院闲置数控机床中拆得的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
（4）机床本体是由C6140改造而来，拆除原来的光杆，溜板箱等，保留原来的三爪卡盘等。
（5）伺服电机及其驱动器是采用FANUC公司的。
驱动器的输入电压式45V，考虑伺服电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。
完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
（6）各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。
减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
5．控制系统的软件部分该车床控制系统的软件部分采用VC＋＋6.0编写，该软件的加工界面如图。
其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工（包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位等功能。
它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。
该软件的操作平台是Windows98。
该软件的操作过程是首先读入*.NC 或*.TXT的G代码文件；然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示；有错误可也立即修改；然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。
在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。
加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。
加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
2．3改造要点将学院实习工厂现有一台旧车床CA6140改造成接近当前数控车床主流产品技术指标的使用数控车床。
改造后能实现车削外圆柱面、圆弧面等回转表面。
纵向进给精度±0.01mm,横向精度±0.005mm，空载快速进给速速V=2m/min,主切削力p=2254N,横向拖板刀架质量W=465.5N,大拖板刀架质量W=1039N。
不要求保留原有手动操作功能。
控制部分要求运动可靠，防尘，抗干扰，维修方便。
改造成本低。
图2-2 CA6140普通车床2.4 改造内容改造后的数控车床应当把主轴传动和进给传动系统分离为两个互不相关的系统，为了便于编程，保证加工精度，要求车床纵向脉冲当量为0.01，横向脉冲当量为0.005，那么车床需要改造的部分有：挂轮架系统全部拆去；进给齿轮箱箱体内的零件全部拆去；溜板箱部分应拆去箱体，光杆及操纵杆，并增加支撑架，利用原有丝杆。