CA6140车床微机数控系统总体设计方案
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；
毕业设计_CA6140车床数控改造设计说明书
CA6140车床数控改造设计说明书目录1 概论 (2)1.1 数控机床应用的局限性 (2)1.2机床数控化改造的优点 (2)2总体方案设计 (3)3 进给伺服系统机械部分设计计算与校核 (4)3.1机械结构改装设计 (5)3.1.1方案的确定 (5)3.2计算切削力 (5)3.2.1 纵车外圆 (5)3.2.2 横切端面 (5)3.3滚珠丝杠副的计算和选型 (6)3.3.1纵向进给丝杠 (6)3.3.2 横向进给丝杠 (8)3.3.3纵向及横向滚珠丝杠副几何参数 (10)3.4齿轮传动比计算 (11)3.4.1纵向进给齿轮箱传动比计算 (11)3.4.2横向进给齿轮箱传动比计算 (11)3.5步进电机的计算和选型 (12)3.5.1纵向进给步进电机 (12)3.5.2横向进给步进电机 (15)4 进给伺服系统机械部分结构设计 (19)4.1进给伺服系统总图设计 (19)4.2进给伺服系统的装配图 (19)5微机控制系统硬件电路设计 (20)5.1硬件电路一般要求 (20)5.2控制系统的组成及功能 (21)5.2.1 CPU、存储器、I/O接口电路扩展 (21)5.2.2控制系统的功能 (22)5.3步进电机控制电路 (22)5.3.1步进电机半闭环驱动原理 (22)5.3.2脉冲分配 (23)5.3.3驱动电路 (23)5.3.4其他辅助电路 (24)6 微机控制系统的软件设计 (24)7 机床的加工程序编制 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录…………………………………………………………………………………………………331概论数控机床与通用机床相比，增加了功能，提高了性能，简化了结构，较好地解决形状复杂、精密、小批及形状多变零件的加工问题，能够获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。
1.1 数控机床应用的局限性（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小企业常是心有余而力不足。
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车床数控化改造纵向伺服进给单元设计新版说明书
第一章微机数控系统总体设计方案确定第一节总体方案设计内容机床数控系统总体方案确定应包含以下内容: 系统运动方法确定、伺服系统选择、实施机构结构及传动方法确定、计算机系统选择等内容。
具体包含:一、数控系统总体设计方案确定（1）系统运动方法确定。
（2）伺服系统选择。
（3）实施机构传动方法确定。
（4）计算机选择。
应依据设计任务和要求, 参考现有同类型数控机床, 进行综合分析、比较和论证, 确定以上内容。
二、进给伺服系统机械部分设计计算（1）进给伺服系统机械部分设计方案确定。
（2）确定脉冲当量。
（3）滚珠丝杠螺母副计算和选型。
（4）导轨计算和选型。
（5）进给伺服系统传动计算。
（6）步进电动机计算和选择。
（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴机械装配图。
三、微机控制系统设计（1）控制系统方案确定及框图绘制。
（2）MCS-51系列单片机及扩展芯片选择。
（3）I/O接口电路及译码电路设计。
（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。
四、数控加工程序编制（1）零件工艺分析及确定工艺路线。
（2）选择数控机床设备。
（3）确定工件装夹方法及对刀点。
（4）选择刀具。
（5）确定切削用量。
（6）编制零件加工程序。
第二节总体设计方案确定一、系统运动方法确定数控系统按运动方法可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。
假如工件相对于刀具移动过程中不进行切削, 可选择点位控制系统。
比如数控钻床, 在工作台移动过程中不进行钻孔加工, 所以可选择点位控制系统。
对点位控制系统要求是快速定位, 确保定位精度。
若要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定函数关系, 则为连续控制系统, 应含有控制刀具以给定速率沿加工路径运动功效。
含有这种控制能力数控机床能够加工多种外形轮廓复杂零件, 所以连续控制系统又称为轮廓控制系统。
比如数控铣床、数控车床等均属于此种运动方法。
还有部分采取点位控制数控机床, 比如数控镗铣床等, 不仅要求工作台运动终点坐标, 还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工件。
毕业设计(论文)-CA6140车床总体布局及主轴箱的设计
毕业设计说明书（论文）中文摘要金属切削机床在是人类改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的，它是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，是制造机器的机器。
CA6140车床可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹，所以在各个领域中应用越来越广泛。
本文首先介绍了金属切削机床的基本概念，以及在国内外的发展现状。
其次具体阐述CA6140车床主轴箱的功用，组成及各部分特点。
然后根据课题的要求及给定的设计参数，对CA6140车床主轴箱的主传动系统进行了方案设计。
最后文章分别对主轴箱中的各轴，以及轴上的齿轮和轴承进行了详细的计算和校核，并给出了各轴的装配图和主轴箱的总装配图。
关键词金属切削机床主轴箱设计传动系统装配图全套图纸加V信 sheji1120或扣 3346389411毕业设计说明书（论文）外文摘要目录1 绪论 (1)1.1 课题简介 (1)1.2 CA6140机床的说明 (2)1.3 CA6140主轴箱 (3)1.4 选题依据 (4)1.5 本设计的意义和应用价值 (4)1.6 研究内容及方法 (4)2 传动方案及传动系统图的拟定 (5)2.1 电动机的选择 (5)2.2 传动路线及转速图的拟定 (5)3 主轴箱主要零件的设计及校核 (10)3.1 主轴箱箱体尺寸的确定 (10)3.2 传动轴Ⅰ各主要零件的设计 (12)3.3 传动轴II各主要零件的设计 (25)3.4 传动轴III各主要零件的设计 (29)3.5 传动轴IV各主要零件的设计 (33)3.6 传动轴V各主要零件的设计 (38)3.7 传动轴VI各主要零件的设计 (42)4 结论与展望 (49)1 绪论1.1 课题简介1.1.1 金属切削机床国内外研究状况金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称“工作母机”或“工作机”，习惯上称“机床”[1]。
金属切削机床是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生很发展起来的。
CA6140车床数控化改装控制系统设计
专科毕业设计论文CA6140车床数控化改装控制系统设计作者姓名指导教师所在院系专业班级提交日期2010年8月CA6140车床数控化改装控制系统设计摘要本文介绍了普通车床的数控改造条件, 同时介绍了对CA6140车床进给传动系统等进行的数控化改造的控制系统设计的过程。
改造后的数控车床的加工能力、自动化水平和加工精度明显提高。
如今科学技术发展迅速，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。
实践已经证明普通车床的经济型数控改造具有重大的实际价值。
本文来源于生产实践，将CA6140 型普通车床改造成经济型数控车床，实现CA6140 车床原有功能，在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。
关键词：普通车床，数控系统，数控改造，生产实践目录第1章. 绪论 (1)1.1 数控系统的发展趋势 (1)1.2 数控机床的组成和工作原理 (2)1.3 数控机床改造的必要性 (6)第2章. 机床数控化改造总体方案设计 (8)2.1 数控系统运动方式的确定 (8)2.1.1 机械部分改造介绍 (8)2.1.2 数控系统部分总体设计 (9)2.1.3 进给传动系统 (11)2.2 伺服进给系统的选择要求 (12)第3章. 步进电机的计算和选用 (14)3.1 计算转矩 (14)3.2 初选步进电机型号 (14)3.3 校核步进电机转矩 (15)3.4 步进电动机的控制与驱动 (17)第4章. 微机控制系统电路设计 (19)4.1 机床硬件电路组成 (19)4.2 选择中央处理器的类型 (20)4.3 存储器扩展电路设计 (24)4.3.1 扩展对外总线 (24)4.3.2 外部程序存储器的扩展 (25)4.3.3 外部数据存储器的扩展 (27)4.4 外部I/O口的扩展 (28)4.5 键盘与LED显示管理 (30)4.5.1 选择管理芯片 (30)4.5.2 键盘管理 (33)4.5.3 LED显示控制 (37)第5章. 总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)第1章绪论1.1 数控系统的发展趋势随着微电子技术、计算机技术、紧密制造技术及检测技术的发展，数控机床性能日益完善，数控系统应用领域日益扩大。
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普通车床微机数控化改装设计(说明书)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要针对大多数企业,具有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低、不能批量生产，自动化程度不高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰。
数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。
购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。
为此把普通机床数控化改造，不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径，提升企业竞争力，在我国成为制造强国的进程中，占有一席之地。
本文的主要内容有：1．对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通车床数控化改造方案；2．对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号选择，步进电机选择等进行了详细研究；3．对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号，提出选择方法；4．根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造CJK6140-A的数控系统对比分析，形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术图；5.为保持切削螺纹的功能，仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型，脉冲发生器直接与主轴间连接方法，并形成了相应的技术图；6.拆卸普通机床，甩掉原有进给箱等，对主传动系统的进行大修，滑板贴塑与铲刮调试，对机床相关部件和参数进行测绘、测量；7.绘出相应的零件图和装备图；8．给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。
关键词：普通车床、数控、改造ABSTRACTMost enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprise’s production.As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining.Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises’ equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises’ competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country.The main contents is:1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle.2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed.3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought upa choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming.4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140’s electricity control system and principle with the reforming CJK6140-A’s NC system.5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram.6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe.7. Draw out parts diagrams and assemble diagram.8 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform目录┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章前言------------------------------------------------------- 6 1.1 问题的提出---------------------------------------------------- 61.1.1国内外数控系统发展概况------------------------------------- 61.1.2国内外数控技术发展趋势------------------------------------- 71.1.3智能化新一代PCNC数控系统---------------------------------- 7 1.2 普通机床数控改造的经济性评价---------------------------------- 81.2.1微观看改造的必要性----------------------------------------- 81.2.2宏观看改造的必要性----------------------------------------- 9 1.3 普通机床数控化改造市场---------------------------------------- 91.3.1改造的市场------------------------------------------------- 91.3.2进口设备和生产线的数控化改造市场-------------------------- 10 第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计要求------------------ 102.1设计要求------------------------------------------------------ 10 2.2主传动系统和进给系统的改造------------------------------------ 11 2.3主轴脉冲发生器------------------------------------------------ 12 第三章进给伺服系统机械部分设计与计算---------------------------- 143.1 进给系统机械结构改造设计------------------------------------- 14 3.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型----------------------------- 143.2.1确定系统的脉冲当量---------------------------------------- 153.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择与校核步骤---------------- 15 3.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤------------------------ 193.3.1横向进给系统的设计计算------------------------------------ 193.3.2 滚珠丝杠设计计算----------------------------------------- 203.3.3 齿轮及转矩有关计算--------------------------------------- 22 3.4滚珠丝杠螺母副的精度等级-------------------------------------- 23 3.5滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧-------------------------------- 23 3.6 进给系统传动齿轮间隙的消除----------------------------------- 253.6.1 采用减速箱的目的及注意事项------------------------------- 253.6.2 减少或消除空程的必要性和方法----------------------------- 25 第四章 CA6140数控改造步进电机的设计------------------------------ 264.1 步进电机的工作方式------------------------------------------- 26 4.2 步进电机的选择----------------------------------------------- 264.2.1 步进电机选用的基本原则----------------------------------- 264.2.2 CA6140纵向进给系统步进电机的确定------------------------- 27┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.2.3 CA6140横向进给系统步进电机的确定------------------------- 28 第五章自动回转刀架的选型---------------------------------------- 285.1 数控车床刀架的基本要求--------------------------------------- 28 5.2 自动回转刀架的工作原理--------------------------------------- 29 第六章CA6140普通车床数控化改造的数控系统------------------------ 296.1 数控车床及数控系统概述--------------------------------------- 296.1.1 机床主机------------------------------------------------- 304.1.2 驱动装置------------------------------------------------- 304.1.3 辅助装置------------------------------------------------- 304.1.4 数控装置系统--------------------------------------------- 314.1.5 编程装置------------------------------------------------- 31 6.2 微机控制系统硬件电路设计------------------------------------- 316.2.1控制系统的功能要求---------------------------------------- 316.2.2硬件电路的组成-------------------------------------------- 31 6.3 单板控制系统的设计------------------------------------------- 326.3.1 硬件配置------------------------------------------------- 326.3.2 贮存器空间分配------------------------------------------- 326.3.3 I/O口地址分配-------------------------------------------- 326.3.4 光电隔离电路--------------------------------------------- 33 6.4 8031单片机简介----------------------------------------------- 33 6.5 存储器扩展电路设计------------------------------------------- 346.5.1 程序存储器的扩展----------------------------------------- 346.5.2 数据存储器的扩展----------------------------------------- 34 6.6 译码电路设计------------------------------------------------- 38 6.7 其他辅助电路设计设计----------------------------------------- 386.7.1 8031的时钟电路单片机的时钟的产生方式--------------------- 386.7.2 复位电路------------------------------------------------- 406.7.3 越界报警电路--------------------------------------------- 406.7.4 掉电保护电路--------------------------------------------- 41第七章安装调整中应注意的问题----------------------------------- 427.1 滚珠丝杠螺母副的选择--------------------------------------- 427.2 滚珠丝杠螺母副的调整--------------------------------------- 427.3 联轴器的安装----------------------------------------------- 427.4 主轴脉冲发生器的安装--------------------------------------- 42┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第八章结束语---------------------------------------------------- 42 致谢------------------------------------------------------------- 43 参考文献----------------------------------------------------------44第一章前言1.1问题提出┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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。
CA6140普通车床数控化改造设计书
CA6140普通车床数控化改造设计书1.绪论数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。
但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。
如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。
因此，普通机床的数控化改造大有可为。
金属切削机床是加工机器零件的一个主要设备。
它担负的工作量，约占机器总制造量的40-60%。
机床的计术水平直接影响机械制造工业和劳动生产率。
金属切削机床是人类在改造自然的长起生产实践中，不断改进生产工具的基础上发展起来的。
近些年来我国机床工业已取得很大成就。
但和世界先进水平相比，还有较大的差距。
主要表现在大部分高精度和超密机床的性能还不能满足要求。
精度保持性也很差。
特别是高效自动化和数控机床的产量，技术水平和质量等方面都明显落后。
我国的技术人员素质还跟不上现代机床技术飞速发展的需要。
通过写这次毕业设计，学会了综合运用机械课程设计和其它课程地理论和实际知识，掌握了机械设计的一般能力，树立了正确的设计思想，培养了分析和解决问题的能力。
学会了从机械功能的要求出发，会合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算的工作能力。
确定它的尺寸，形状，结构及材料，并考虑制造工艺，使用，维护，经济和安全等问题，培养机械设计能力，机床设计是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的劳动。
随着生产的发展，使用部门对机床的要求也在不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使机床的设计与制造获得了迅速的发展。
机床设计也是从低级到高级发展的。
在开始设计机床的最初阶段，主要考虑这样两点：首先，为了加工出一定形状的工件，必需保证刀具与工件之间具有一定的相对运动关系；其次是机件要有足够的强度。
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。
车床总体改造方案设计
车床总体改造方案设计1.机械部分的改造设计ca6140车床的主轴以及进给系统都是由法兰式电动机拖动。
普通车床主轴传动系统部分改造难度大、成本高，且精度提高有限，所以在改造此类机床时，摇臂钻床要选那些主轴各方面性能能满足使用要求的。
改造时，保留原主轴系统，对进给传动系统及电气控制系统进行改造。
进给传动系统的传动精度及效率也是数控机床性能的重要组成部分。
原机床进给箱为交换齿轮箱，结构复杂、反向间隙大、传动精度差。
在改造过程中，采用步进电动机与滚珠丝杠，并装有减速机构的传动方式，通过减速机构可得到所需的减速比并增大驱动力矩。
普通车床原机床是用滑动丝杠，传动误差大，因此在数控化改造中将其更换为滚珠丝杠。
滚珠丝杠的传动效率高、无爬行、预紧后可消除反向间隙、精度高。
改造后ca6140车床的横向、纵向传动方式为：步进电动机一消隙齿轮一滚珠丝杠螺母副一工作台的传动方式。
ca6140车床垂直方向的传动方式为：步进电动机一圆锥齿轮一滚珠丝杠螺母副一工作台。
同时，垂直方向还应考虑滚珠丝杠的自锁，采用超越离合器的自动平衡装置实现自锁。
ca6140车床的导轨是采用铸铁-铸铁或铸铁—淬火钢滑动导轨，其静摩擦因数大，摇臂钻床动、静摩擦因数相差较大，低速时易出现爬行，力矩损失大，影响运动的平稳性和定位精度。
若是将导轨改造成滚动导轨或静压导轨，工艺复杂、费用大、周期长；所以在对ca 6140车床改造时采用在普通车床原导轨上粘接聚四氟乙烯软带的方法。
聚四氟乙烯软带是以聚四氟乙烯树脂为基材与耐磨填充料复合后，在常温下用模压法成型烧结、车削和活化处理制得。
其特点是摩擦因数低，抗磨损，静、动摩擦因数差值小，定位准确，防振消声运行平稳，低能耗，具有耐老化和足够的力学性能，对提高机械加工精度、延长导轨副使用寿命也有一定的作用。
这种方法比较方便，费用低，动、静摩擦因数相差小，耐磨性和抗咬伤力强，具有良好的自润滑和抗振性，进给运动无爬行，运动平稳。
课程设计--CA6140普通车床纵向进给系统的数控化改造(经济型)
目录目录 (1)一、设计任务书 (2)二、设计要求 (3)2.1总体方案设计要求 (3)三、机械部分的改造设计和计算 (4)3.1进给系统机械结构改造设计 (4)3.2纵向进给伺服系统机械部分的计算与选型 (5)3.2.1、传动计算 (5)3.2.2、切削力计算 (5)3.2.3、滚珠丝杠设计计算 (6)3.2.4、步进电机的选择 (7)四、单片机型数控系统硬件电路设计 (9)4.1 设计内容 (9)4.2控制系统的功能要求 (9)4.3硬件电路的组成： (10)4.4选择电气元件及电路设计 (10)4.4.1微机机型和扩展存储器的选择 (10)4.4.2确定I/O接口 (12)4.4.3键盘接口设计 (12)4.4.4 步进电机驱动电路设计 (13)4.4.5 其它辅助电路设计 (13)五、系统控制软件的设计 (14)5.1 系统控制软件的主要内容 (14)5.2 软件设计 (14)5.2.1 系统控制功能分析 (14)5.2.2 系统管理程序控制 (15)5.2.3步进电机控制子程序设计 (15)5.2.4 编语言程序设计 (18)六、心得体会 (22)七、参考文献 (23)一、设计任务书课程设计题目CA6140普通车床纵向进给系统的数控化改造（经济型）学院 机械工程学院 专业 机械制造及其自动化 年级 2010已知参数和设计要求：1.工作台重量：W ＝800N （粗估）2.滚珠丝杆导程：T ＝6mm （供参考）3.行程：S ＝640mm4.脉冲当量： ＝0.01mm5.快速进给速度：min /3m V ＝快6.快速进给速度：min /1m V ＝进 7.时间常数：t ≤100ms学生应完成的工作：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。
2.数控系统组成框图(或画在设计说明书里面) A2图纸1张。
3.数控系统电气原理图 A1图纸1张。
目前资料收集情况（含指定参考资料）：1.机床设计图册 哈工大 华中纺织工业大学2.机床设计手册 机械工业出版社3.机械设计手册 化学工业出版社4.微机接口设计参考书5.现代机械设计师手册 机械工业出版社课程设计的工作计划：1.方案论证 1.5天2.机械部分设计 6.5天3.电气部分设计 3.5天4.软件设计 1.5天5.编写说明书 1天（约8000字）6.准备答辩及答辩 1天任务下达日期 2013 年 12 月 23 日 完成日期 年 月 日 指导教师 林利红 （签名）学 生 （签名）二、设计要求2.1总体方案设计要求总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。
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目录摘要 (ⅰ)Abstract (ⅱ)绪论 (1)第一章 CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟订 (3)1-1 总体方案确定 (3)1-2 设计X—Y数控工作台及其控制系统 (4)第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5)2-1 脉冲当量的选择 (5)2-2 切削力的计算 (5)2-3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6)2-4 齿轮传动比的计算 (14)2-5 步进电机的计算与选型 (15)2-6 设计绘制进给伺服系统机械装配图 (19)第三章 CA6140 车床微机数控系统硬件电路的设计 (20)3-1 单片机微机数控系统电路设计内容 (20)3-2 MCS-51 系列单片机简介 (21)3-3 存储器扩展电路的设计 (28)3-4 I/O 接口电路及辅助电路设计 (37)3-5 典型零件加工程序设计 (46)总结 (49)参考文献 (50)致谢 (51)外文资料及中文翻译 (52)[摘要]针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。
本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。
采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。
结合我国实际国情，经济型数控车床是我国从普通车床向数控车床发展的及其重要的台阶。
利用现有的普通车床，对其进行数控化改造是一条低成本，高效益的途径。
数控车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，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。
我国作为机床大国，数控机床的占有率还不足百分之三，但是在欧美等发达国家数控机床的占有率达到了百分之三十六以上，单从数字上来看我过和欧美等发达国家还有相当大的距离。
其主要原因为数控车床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。
对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。
在金属加工行业中车床在所有加工设备中占有最大比重，例如最常见的轴类零件，就是由车床加工而成本论文针对目前国内企业现状，以CA6140普通车床为例提出简易型经济数控改造思路和设计方法。
关键词：数控机床，单片机数控系统，改装设计，CA6140 伺服电机传动系统控制系统电气控制线路经济实惠数控改造，NC overview of the application[Abstract]To remedy the defects of ordinary lather CA6140, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine’s usage, and to improve production rate。
This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。
We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。
After transmittingand slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。
Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。
Keyword numerical control machine tool, single chip microcomputer systemChina's actual conditions and economic CNC lathe is from the ordinary to the lathe and NC lathe important development e of existing ordinary lathe, NC transformation is its low cost and highly efficient C lathe as a typical electromechanical integration products, machinery manufacturing plays an enormous role,good solution to the structural complexity of modern machinery, precision, small batches, changeable parts processing,able to stabilize the quality of the processing products, a significant increase in production efficiency.As the big machine, CNC machine tools was less than 3.0% share.However, in Europe and the United States and other developed countries to achieve the 36% share of the CNC machine moreI can see from the figures over Europe and the United States and other developed countries there is still a considerable distance.The main reason for the higher prices of CNC lathe, a one-time investment to fill larger C transformation of the ordinary would be a better the in the metal processing industry accounts for the largest proportion of all processing equipment, for example, the most common shaft.Papers from the machining cost is the present status of domestic enterprises.Simple CA6140 made to the general economic NC lathe ideas and design methods.Essential character numerical control machine tool, single chip microcomputer system，reform design，The CA6140 servo electrical machinery transmission system control system electricity control line economical numerical control changes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、数控机床的产生数控机床最早是从美国开始研制的。
1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。
1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。
并于1952年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。
这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。
经过三年改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。
一直到20世纪50年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。
到了60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。
数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。
二、数控机床的发展自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。
第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。
第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。
第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。
第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。
第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统。
目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。
它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。
这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。
这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。
随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。
近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。
所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。