CA6140普通车床的数控化改造设计
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
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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型普通车床数控化改造设计
7、可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度,及时提提高生产设备自动化水平和效率，提高机床质量和档次,将旧机床改造成当今水平的机床。自动化程度高、专业性强、加工精度高、生产效率高。
8、增强了功能，如圆弧加、锥度加工，这是传统加工方法难以完成的。
9、交货期短，可满足生产急需。
六、 数控改造的设计步骤
1.旧机床的设备选型
通常对一台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对该设备进行估价，这也就是设备选型。已判断该设备是否有改造价值，改造后不能满足需求，改造后的可能性等，这些都于设备的选择密切相关，所以设备选型是设备改造的重要环节，应重点考虑几个重要参数:设备的型号规格、生产厂家和国别、投产时间、目前运行状况、剩余价值(机械、电气)、改造后可达到的预期效果。数控改造应尽可能采用20世纪80年代后生产的机床，因为这类机床由于使用年限短，其几何精度相对高一些，改造效果也要好一些。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
（二）从宏观上看，数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。 1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
CA6140型普通车床数控化改造
CA6140型普通车床数控化改造［摘要］以C6140型普通车床为例，从机械和电气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；SINUMERIK802S base I ineNumerical Control Transformation of C6140 CommonLatheAbstract ：Takes CA6140 type common lathe as an example ,has explained the NC transformation method from machinery and electric two respects in detail. After transforming, the new lathe runs steadily, the machining accuracy is obviously improved, has made the great technological economic benefits.Key words： common lathe; NC transformation; SINUMERIK802S base line目录引言 (1)第一章概述 (2)第二章总体方案的设计 (4)2.1设计任务 (4)3.2总体方案的论证 (4)4.3总体方案的确定 (4)2.4数控系统的选择 (5)第三章机械部分改造 (6)5.1机械传动方式 (6)3.2数控机床进给伺服系统的设计计算 (6)3.2. 1 选择脉冲当量: (6)3. 2.2算切削力： (6)3. 3滚珠丝杠螺母副的计算和选型横向进给丝杠： (7)3.3.1计算进给牵引力Fm (N) (7)3. 3.2计算最大动负载C： (7)3. 3.3选择滚珠丝杠螺母副： (7)3. 3.4传动效率计算： (7)3. 3. 5刚度验算 (8)3. 3. 6校核93.4齿轮传动比计算： (14)3. 5步进电机的计算和选型： (14)3. 5.1等效转动惯量计算： (14)3. 5.2电机力矩的计算机： (15)3. 5.3步进电机空载启动频率和切削时的工作频率： (17)3.6纵向进给系统 (17)3. 6. 1 设计参数 (18)3. 6.2 齿轮传动比计算 (18)3. 6.3滚珠丝杠的计算及选择 (18)3. 6.4 校核 (20)3.7机械部分改造 (23)4.8主轴脉冲编码器的安装 (25)第四章数控系统选择 (26)4.1西门子数控系统的优点 (26)4.2数控连线图 (27)5.3步进电动机的控制 (27)1.1.1 (3). 1步进电动机的开环控制 (28)1.1.2步进电动机传动控制 (29)1.1.3步进电动机的PLC传动控制 (31)4.4PLC数控系统需解决的问题 (33)4.5PLC输入、输出(I/O)点数确定 (35)4.6驱动程序(梯形图)设计 (35)4.6.2手动程序梯形图设计 (36)4. 7电气部分改造 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。
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。
普通车床数控化改造总体方案设计方案
普通车床数控化改造总体方案设计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。
CA6140普通车床数控化改造设计.
CA6140普通车床数控化改造设计摘要应用成熟的数控技术理论和成功经验，以低廉的成本对普通旧机床进行数控化改造，可以恢复甚至提高原机床的精度，适应工业高速跨越式发展的要求，为此机床数控化改造在国际国内作为新的经济增长行业获得了很大的发展。
本文以CA6140机床为研究对象，对该机床进行了数控化改造，主要研究内容如下：对数控伺服系统的工作原理进行分析研究，简单了解了数控化改造过程中数控系统的选型，分析研究了CA6140机床的数控化改造方案，重点介绍了本课题采用的GSK980TD系统。
根据机械、动力学及电气设计原理，采用交流变频电机变频调速，对数控机床的主传动系统进行了设计和校核。
根据进给系统的要求，对切削力和滚珠丝杠进行了计算，并选配了合适的齿轮和进给电机。
对CA6140车床电气控制部分进行了PLC设计，绘制了主轴及伺服系统的梯形图，编制了PLC可编程控制器工作程序；给出整机电气线路改造方案。
对改造后的机床精度进行了恢复，并给出伺服系统典型部件改造方案。
数控化改造后的机床实际应用效果良好，取得了良好的加工质量和经济效益。
此次研究，为企业技术人员实现传统CA6140型车床数控化改造提供了行之有效的科学方法，对于企业其他传统设备的技术改造也有借鉴和参考价值。
关键词：数控改造；伺服系统；PLC；CA6140车床目录绪论 .......................................................................................................................................1.1数控机床改造的背景和意义 .........................................................................................1.1.1数控机床在我国发展的现状 ................................................................................1.1.2车床数控化改造的意义 ........................................................................................1.1.3普通车床数控化的优点...........................................................1.2 车床数控化改造的内容 ............................................................. 错误!未定义书签。
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普通车床进行数控改造设计(全套图纸)
目录一、绪论1．1 引言.............................. (1)1．2机床数控改造的目的.......................... (2)1．3数控系统的产生和发展....................... .. (2)1．3．1数控系统的出现和发展 (2)1．3．2数控系统的发展趋势 (2)1．4CA6140的数控改造............... . (4)1．4．1数控系统的选择 (4)1．4．2CPU和存储器 (5)1．4．3I/O接口线路 (6)1．4．4其他部件的选择 (6)二、数据参数的选择及其计算2．1 纵向进给系统的设计计算............. (7)2．1．1选择脉冲当量 (7)2．1．2计算切削力 (7)2．1．3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (8)2．1．4齿轮及步进电机的有关计算 (10)2．2横向进给系统的设计计算 (12)2．2．1 切削力计算 (12)2．2．2滚珠丝杠设计计算 (12)2．2．3齿轮及步进电机的有关计算 (14)2．3 自动刀架的设计 (15)2．3．1刀架的回转和选位................... . (16)2．3．2减速机构的设计计算..................... (17)2．3．3蜗杆传动的设计计算..................... (20)2．3．4螺旋升降装置的设计计算 (23)三、数控系统硬件电路设计3．1概述............................ . . . (27)3．2单片机控制系统设计 (28)3．2．1主要技术特性及硬件配制 (28)3．2．2存储空间的分配 (28)3．2．3 I/O地址分配 (28)3．2．4单片机部分电路设计图如图纸所示 (29)3．2．5光电隔离电路 (29)3．2．6功率放大电路 (29)3．2．7其他辅助电路........................... (30)四、软件设计部分4．1概述................................. . . . . (30)4．2总体方案设计 (31)4．3插补方法的确定 (31)4．4进给控制字FCW的设置 (33)致谢 ............................... . (34)参考文献 (35)一、绪论1.1引言随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加速，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换。
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普通车床的数控技术改造
第一章概论1.1 数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。
它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。
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。
1.2 国内数控机床状况分析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、- 1 -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。
1.3 数控系统的发展趋势1. 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。
至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。
PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。
远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。
2. 向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。
3. 向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。
CA6140车床数控化改造—纵向进给单元设计
CA6140车床数控化改造—纵向进给单元设计首先，我们需要了解纵向进给单元的作用。
在车床加工过程中，纵向进给单元主要负责工件在纵向方向上的运动。
数控化改造后的车床需要具备数控操作功能，通过编程实现工件的自动加工过程，而纵向进给单元就是负责按照程序要求实现工件在纵向方向上的运动。
纵向进给单元的设计需要考虑以下几个方面：第一，选用合适的传动方式。
常用的传动方式有导轨传动、滚珠丝杆传动和液压传动等。
导轨传动适用于需求较高的切削工作，滚珠丝杆传动则适用于较粗的进给速度，液压传动可以实现较大的进给力。
根据实际需求选择合适的传动方式。
第二，确定合适的进给速度和进给力。
进给速度是指工件在纵向方向上每分钟移动的距离，进给力则是指工件在运动过程中受到的力。
这两个参数需要根据具体的加工需求和工件材料来确定。
一般来说，进给速度要根据加工工艺和切削条件进行选择，进给力则需要根据工件材料的硬度和切削速度来决定。
第三，设计合适的控制系统。
纵向进给单元的数控化改造需要设计一个可靠的控制系统来实现工件的自动加工。
控制系统需要包括控制器、编码器和电机等组成部分。
控制器负责接收编程指令，并将其转化为电机运动控制指令。
编码器则负责监测电机的运动状态，并将其反馈给控制器。
电机则负责实现工件在纵向方向上的运动。
最后，需要对纵向进给单元进行测试和调试。
在数控化改造完成后，需要对纵向进给单元进行测试和调试，以确保其正常运行和准确性。
测试主要包括工件的加工精度、加工速度和加工质量等方面的检验。
同时，还需要对控制系统进行调试，确保其稳定性和可靠性。
综上所述，CA6140车床的数控化改造中的纵向进给单元设计是一个重要的环节。
设计时需要考虑传动方式、进给速度和进给力等参数，并设计合适的控制系统。
完成设计后还需要进行测试和调试，以确保纵向进给单元的正常运行和准确性。
CA6140普通机床的数控化改造设计
CA6140普通车床的数控化改造设计成绩评定表摘要针对现有常规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。
关键词CA6140普遍车床数控改装数控化改造进给运动目录第一章概述 (1)第二章总体方案的设计 (3)2.1设计任务 (3)2.2总体方案的论证 (3)2.3总体方案的确定 (4)第三章微机数控系统硬件电路设计 (5)3.1 微机数控系统硬件电路总体方案设计 (5)3.2 8255A可编程并行I/O口扩展芯片 (6)3.3 8255A端口的寻址 (7)3.4可编程键盘，显示器接口——Intel8279 (9)3.5 地址锁存器74LS373 (10)3.6 部分硬件接口电路及辅助电路设计 (11)4.1 本数控系统软件设计任务 (15)4.2进给伺服系统X轴与Z轴步进电机控制 (15)4.3 主轴电机的控制 (15)4.4 自动刀架的控制 (15)4.5 螺纹加工工作原理和加工程序 (16)第五章数控机床的机械部分设计 (22)5.1 数控机床的传动装置设计 (22)5.2 机械部分的设计与计算 (24)5.3 自动刀架的设计 (28)第六章数控改造方案的改进 (32)结论 (33)参考文献 (33)第一章概述机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。
随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。
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。
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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。
右端仍利用原支承横向进给丝杠的滑动轴承支座作为径向支承，并对原支承处作适当改造，布置一对推力球轴承12，以承受双向轴向力。
左端则将原车床的悬空结构改为支承结构，用一个联轴套4和一根连接短轴6把滚珠丝杠7与减速器输出轴3连接起来，并通过一对圆螺母5实现对整个丝杠的预拉伸和锁紧，以提高其轴向刚度。
螺母通过螺母座9直接固定在中拖板8上。
5数控车床刀架的基本要求
数控车床的刀架是车床的重要组成部分。
刀架用于夹持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了车床的设计和制造技术水平，所以有如下要求：（1）转位准确可靠，工作平稳安全；（2）按最短线路就近选择，转位时间短；（3）重复定位精度高；（4）防水、防屑，密封性能优良；（5）夹紧刚性高，适宜重负荷切削。
6 CA6140车床数控系统的改造
数控装置系统是数控机床的灵魂，包括CRT显示器、运算和存储等计算机硬件、操作面板和键盘、不同形式纷输入输出装置，以及相应配套的运算控制软件等。
综合考虑后决定使用中国自主生产的GSK980TD数控装置系统，此系统具有车削的等大部分功能，故障率低，价格便宜，满足经济型改造的要求。
它能在一般车间环境下运行，工作环境的温度为0-45℃，相对湿度75%有时可达95%，电网电压波动为10%～15%，通过对使用的实际统计，GSK980TD系统的故障率仅为0.008，很好地满足了国内市场的需求。
7结论
将CA6140普通车床改造成经济型GSK980TD数控车床，除了实现斜线、圆弧、自动换刀、螺纹加工等功能，降低了对工人技术等级的要求、减少了辅助加工时间和工人造成的报废率，还留有通信（网络）接口，可以进行离线编程加工，还可以把多台车床形成网络化，构成CIMS系统，实现高精度、高速、高效率、自动化、智能化加工。
普通车床改造成数控车床是企业提高效率的重要手段，也是企业进行设备升级换代的捷径。