普通车床数控化系统改造方案(doc 15页)
普通车床的数控改造方法及设计方案图
用华中Ⅰ数控系统对 C6132 车床进行数控改造 2008-4-21 20:16:00 来源：中国自动化网 网友评论 1 条 点击查看 1 机械部分的改造把 C6132 普通车床改成数控车床的主要改造部位：主电 动机和水泵电动机能分别通过 M03、M04、M05、阴刀、M09 等指 令来进行控制；把原来的手动进给改成微机控制，实现二轴联 动；为实现螺纹车削在主轴后端加一光电编码器。
机械部分的改造，在原机床的基础上，去掉挂轮箱(保留三星齿 轮>、进给箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖板、中拖板。
光电编码器的安装利用挂轮箱中的三星齿轮，找到与主轴传动比为 1:1 的传动齿轮，采用同心套通过一个固定支架与 光电编码器相联，结构示意图如图 1 所示。
纵、横向丝杠的改造去掉机床的进给传动系统，安装上 滚珠丝杠、减速器接口、步进电动机。
X 轴传动比为 5:3, Z 轴 的传动比为 1:1。
这类小型机床在中间设置一级传动结构的目 的是提高伺服电动机的使用寿命。
对于瞬时性的快速起、停起 到一定的缓冲作用。
改造后机床的传动进给示意图如图 2 所 示。
2 电控部分的改造华中Ⅰ型数控系统开放性好，所以改造非常简单。
具体 方法为全部拆除原车床的电控线路。
对单速电动机，直接从数 控系统的电控柜中出线与主轴电动机的 U2、 V2、W2 和冷却泵 电动机的 U6、V6、W6 连接。
对于双速电动机，除了直接连线以 外还应对电控柜和系统软件中的内置 PLC 系统程序 STEP.DAT 进 行相应的修改。
3 微机系统控制部分的设置对于一般车床的改造只须对以下两部分系统配置进行参 数设置就可以了。
一是轴参数，二是内置 PLC 的编码。
在华中Ⅰ型数控系统软件中输入正确的口令以后就可以 对轴参数进行设置了。
不同的用户在改造车床时步进电动机与 丝杠之间选择的传动比是不同的，同时丝杠的螺距也不同，所 以为了适用不同的传动比，华中Ⅰ型数控系统开发了一个有用 的工具，通过设置一对电子齿轮的比值来对实际的传动比进行 调整。
普通车床数控化改造
4．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。
1、同轴安装 同轴安装是指将编码器直接安装在主
轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单， 但它堵住了主轴的通孔。 2、异轴安装
异轴安装是指将编码器安装在床头箱
二、总体方案的确定
总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、 进给伺服系统的类型、数控系统的选择，以 及进给传动方式和执行机构的选择等。
（1）普通车床数控化改造后应具有单坐标 定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹 插补的功能。因此，数控系统应设计成连续 控制型。
（2）根据系统的功能要求，需要扩展 程序存储器、数据存储器、键盘与显示 电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串 行接口电路等；还要选择电动机的驱动 电源以及主轴电动机的交流变频器等。 （3）为了达到技术指标中的速度和精 度要求，纵、横向的进给传动应选用摩 擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副； 为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠 丝杠的螺母应有预紧机构等。
（4）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜 板上方安装四工位立式电动刀架。 （5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将 滑动丝杆靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度 盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴 承，换上滚珠丝杠副。 （6）将横向进给伺服电机通过法兰座安装 到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的 轴头相联。 （7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆）， 更换丝杆的右支承。
2．安装电动卡盘
为了提高加工效率，工件的夹紧 与松开采用电动卡盘，选用呼和 浩特机床附件总厂生产的 KD11250型电动三爪自定心卡 盘。卡盘的夹紧与松开由数控系 统发信控制。
普通车床的数控化改造方案
普通车床的数控化改造方案摘要：为了提高我国机床的国际竞争力，满足生产和教学需要，将普通车床进行数控化改造并提高其使用的多功能性、安全性是大势所趋，在对普通车床进行改造的同时，设计出便于工人使用的机床附属元件也是很有意义的，所以本次设计改造主要包括对普通车床进行数控化改造、“车、铣、钻复合”车床改造及安全扳手的设计改造。
车床;改造;数控化;多功能性;安全性1.引言我国是世界上机床产量最多的国家，目前机床总量380余万台，但其中数控机床总数只有11.34万台，数控化率不到3%，在国际市场竞争中处于较低水平。
所以，投入较少的资金，将普通车床改造升级为数控车床，可以为企业创造可观的经济效益，可以使学校适应现代化生产和教学的要求，同时也可提高我国机床的数控化率。
并且，在普通车床改造升级为数控车床的基础上，还要更大程度的提高该数控车床的多功能性、安全性、加工精度和生产效率，因此提出了以下改造方案。
2.改造方案2.1数控化改造方案对普通车床进行数控化改造，可以提高加工效率、加工精度和自动化程度，数控改造分为硬件设计和软件设计两个部分。
硬件设计主要包括液压卡盘、液压尾座的总体布局设计，及其主要零件形状、尺寸、材料的设计，在制造前还要对其进行有限元分析^p ，从而优化设计;软件设计主要包括PLC 和CNC系统的设计，包括CNC系统的选择及电气控制线的连接、PLC系统的选择及与CNC机床联接方式的确定，并设计与其配套的附属元件。
2.2“车、铣、钻复合”车床改造方案车铣复合是实现工件完整加工的有效方法，减少了零件在加工中重复拆卸、安装、找正所耗费的时间。
动力刀塔的设计是车铣复合车床的重要部分，它的性能将直接影响零件的加工精度、表面质量和机床生产率。
基于以上考虑，将动力刀塔设计如下：动力刀塔由步进电机、伺服电动机、横溜板、燕尾槽动导轨、立柱、动力头、刀具等组成，其中动力头是主要组成部分。
动力头部分可以安装十二把刀具，分别为车刀、铣刀、钻头、螺纹刀等;动力头安装在立柱上，可做旋转运动，方便了更换刀具;立柱可以沿着燕尾槽动导轨上下滑动，同时与主轴的旋转运动相配合，可以实现刀具与工件之间X向、Y向的相对运动。
普通车床数控化改造设计
普通车床数控化改造设计
一、引言
二、设计方案
1.机床结构设计
机床结构设计是普通车床数控化改造的关键环节之一、首先需要对原有车床结构进行分析和评估，确定是否适合改造。
然后根据数控系统的要求进行设计改造，包括添加刀塔、伺服电机、控制系统等。
同时还要考虑加工精度、刚性和工作台移动等因素。
2.操作系统选择
操作系统是数控车床的核心，直接影响数控系统的性能和稳定性。
常见的操作系统有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等，选择合适的操作系统需要考虑产品性能、技术支持和成本等因素。
3.传感器和执行器选型
传感器和执行器是实现数控车床动作控制的关键元件。
合理选择传感器和执行器可以提高系统的稳定性和精度。
常见的传感器有光栅尺、编码器等，执行器有伺服电机、步进电机等。
三、设备选型
设备选型是普通车床数控化改造的重要环节之一、根据设计方案选择合适的数控系统、传感器和执行器等设备。
1.数控系统选型
数控系统是普通车床数控化的核心设备之一、常见的数控系统有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等，根据操作系统的选择确定数控系统的型号和配置。
2.传感器和执行器选型
根据设计方案确定合适的传感器和执行器。
传感器需要具有高精度、高稳定性的特点，执行器需要具有高速度、高精度、高扭矩的特点。
五、总结。
普通车床数控化改造方案
普通车床数控化改造方案一、待改造设备明细：1、设备名称：普通卧式机床2、设备型号：CA61363、生产厂商：沈阳第一机床厂4、该设备最大工件回转直径360mm，最大工件长度750mm的普通卧式机床。
二、改造目的：1、实现锚具用的夹片的数控车床生产。
2、提高夹片的生产效率和加工精度。
3、不改变原有机床的机械结构；4、增加数控控制部分，实现机床机械加工自动化；5、增强机床的可操作性；6、提高生产效率，提高加工精度，降低劳动成本，降低工人劳动强度。
三、改造方案及配置：1、X向进给轴改造：拆除机床原有手动进给机构和小丝杠更换为精密滚珠丝杠副，大托板尾部用铣床加工后便于滚珠丝杠与驱动电机连接，尾部安装电机支座及驱动电机，用连接轴连接。
2、Z向进给部分的改造：拆除原机床的丝杠、光杠、走刀箱、溜板箱；驱动电机安装在原走刀箱位置将滚珠丝杠安装在原丝杠安装位置，用连接轴连接丝杠与电机并用销钉锁紧，大托板与丝杠副采用三角支架和直角板连接利用原溜板箱孔位用高强度内六方螺栓锁紧，3、刀架部分改造：刀架部分是机床主要功能部分，对其改造主要是为了实现多把刀连续工作，自动换刀加工。
拆除原机床刀架及小托板，换上夹片加工专用排刀架。
该刀架操作简单，经济实用、加工精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等特点。
配套刀具的选用可以选用数控机加刀具也可选用普通磨制车刀。
4、电器部分改造：数控系统采用南京公司生产的最新数控系统,驱动电机采用国产三相混合式步进电机；电机驱动模块采用南京大地数控系统内襄式驱动器；加装电器控制部分；安装数控系统与驱动电机、电机驱动器、车床主轴连接及控制单元。
取消原机床润滑系统，增加手动间歇润滑泵对两个进给导轨副、滚珠丝杠副进行润滑。
增装X、Z轴行程开关及相关附件。
5、数控系统介绍：数控系统采用高性能微处理器和大规模可编程逻辑阵列的专用数控电路，抗干扰能力强，可靠性高。
具有自诊断功能，内外部状态实时显示出现异常立刻报警。
普通车床的数控化改造设计
普通车床的数控化改造设计1.设计目的数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。
本课程设计是以机电一体化的典型课题——数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题的能力。
2.设计要求课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。
通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。
课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。
如精密执行机的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。
该课程设计的内容及方法，可以归纳如下：1)采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。
主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。
2)选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。
主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。
3)精密执行机构的设计。
主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。
4)学会使用手册及图表资料，计算机I/O接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。
二.总体方案设计1.系统运动方式：普通车床数控化改造应具有定位。
普通车床数控化改造
普通车床数控化改造普通车床数控化改造摘要：这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，设计改造后的经济型数控机床具有定位、直线插补、顺逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，且加工质量稳定可靠。
零件加工的适应性强，自动化程度高。
关键词：车床 ;数控 ;改造一、引言计算机技术与车床制造业的高速发展，特别是面向柔性制造技术的出现，使得数控车床得到了迅速普及。
这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，由于定位精度高，所以纵、横向导轨均采用贴塑导轨，传动系统采用滚珠丝杠，同时，为提高传动刚度和消除间隙，对丝杠进行预拉伸，传动齿轮采用双片错齿消隙齿轮，驱动元件采用步进电机。
为了保证加工螺纹时，主轴转一转，刀架移动一个被加工导程，主轴用脉冲发生器通过波纹管联接，并将纵向和横向进给系统用单片机控制，是其成为一个能独立运动的开环进给伺服系统。
数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器I/O 接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管，以显示加工数据及机床状态等信息。
为了达到机床要求的脉冲当量，传动系统采用步进电机齿轮减速后，带动丝杠。
二、数控改造的优点和意义数控机床是实现柔性制造、计算机系统、敏捷制造等先进制造技术的重要基础装备，它关系到一个国家发展的战略地位。
数控系统可分为开环、半闭环、闭环等几种形式。
开环具有稳定性好、环境是适应性强、造价底等特点;闭环定位精度和重复定位精度高，但造价高;而半闭环既有高档全闭环机床的加工精度，又有开环机床的稳定性和环境适应性，适合复杂零件的加工。
随着科学技术的迅速发展，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统已成为机械制造业中不可缺少的组成部分。
我国在普及应用数控技术方面近几年来取得了很大的进展，从计算机数控(CNC)发展到直接数控(DNC)，并能独立设计和制造机械加工中心及柔性制造系统(FMS)。
普通车床数控化改造总体方案设计
改造后的普通车床可以加工更复杂的 零件和更广泛的材料，拓展了其应用
领域和市场。
提升产品质量
改造后的普通车床加工精度和稳定性 提高，有助于提升产品质量和客户满 意度。
促进产业升级
普通车床数控化改造是机械制造行业 转型升级的重要方向之一，有助于推 动整个产业的升级和发展。
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伺服系统性能
根据车床的加工需求和改造重点， 选择所需的伺服系统性能，如扭矩 、转速等。
传动系统设计
主传动设计
根据车床的加工需求和改造重点 ，设计主传动系统的结构和性能
参数。
进给传动设计
根据车床的加工需求和改造重点 ，设计进给传动系统的结构和性
能参数。
其他传动设计
根据车床的加工需求和改造重点 ，设计其他必要的传动系统结构
包括机械结构改造、控制系统升级、设备调试等，预计需 要2个月时间。
改造后测试与验收阶段
对改造后的车床进行各项性能测试和安全评估，确保达到 预期效果，预计需要1个月时间。
改造实施费用预算
设备采购费用
根据所选设备的型号和配置，预计设备采购费用为XX万元。
改造施工费用
包括施工所需的人工费、工具费、材料费等，预计改造施工费用为 XX万元。
数控系统功能
根据车床的加工需求和改 造重点，选择所需的数控 系统功能，如车削、铣削 、钻孔等。
数控系统品牌
对比不同品牌数控系统的 性能、价格、可靠性等因 素，选择合适的品牌。
伺服系统设计
伺服系统类型
选择适合普通车床的伺服系统 类型，如步进电机、直流电机
、交流伺服电机等。
伺服系统精度
根据车床的加工精度要求，选择适 度的伺服系统精度。
普通车床数控化改造总体方案设计
普通车床数控化改造总体方案设计随着科技的不断发展，数控机床已经逐渐取代了传统机床成为重要的生产工具，因为其快捷、精准、自动化、高效的特点，越来越受到企业和人们的青睐。
普通车床是加工金属零件必不可少的工具，但是其性能不能够满足复杂零部件的加工要求，所以更加显示了数控机床的实用性和重要性。
今天，我们将介绍一下普通车床数控化改造总体方案设计。
一、数控化改造的优势1、提高生产效率的能力数控机床的控制系统可以对生产过程进行监测，能够及时发现生产中出现的问题并对其修复，为生产提供了坚实的基础。
特别是在复杂加工的过程中，数控机床能够快速切削、加工出想要的产品，节省了工作时间、提高了生产效率。
2、提高零件精度和质量普通车床操作难度较大，要求工人对刀具、工件、加工速度等都能够很好地控制。
而数控机床则可以通过设定刀具的路径和位置、控制加工速度、调节加工深度等，从而保证产品的精度和质量。
3、简化操作流程数控机床的主要优势在于自动化生产，通过使用数控系统，可以避免一些人工操作，对工人的技能要求也较普通车床降低。
这极大地提高了生产效率，降低了对操作人员的要求，从而减少了工作强度。
二、普通车床数控化改造的关键技术1、控制系统控制系统是整个数控化改造过程中的核心部分，其主要作用是控制数控机床的动态加工过程。
控制系统包括数控软件和控制器两个部分，数控软件是用来进行编程的，控制器则是用来执行程序的，两者的相互协调是整个控制系统的关键。
2、运动控制系统运动控制系统是数控机床实现加工运动的重要部分。
它主要包括定位控制系统、运动控制系统和位置检测系统。
定位控制系统是用于控制人工输入的程序和数控系统程序中的切削位置和切削轨迹，运动控制系统用于执行运动控制命令和切削工艺参数，位置检测系统用于检测加工过程的位置精度和误差。
三、普通车床数控化改造的总体方案设计1、优化传动系统在普通车床数控化改造中，需优化其传动部分，以适应新的数控系统。
首先需要更换一些传动零件，例如齿轮等，将其改为钢制齿轮，从而提高了转速和变速的平稳性。
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。
车床的数控化改造方案(精简)
普通车床的数控化改造方案数控化加工是机械加工行业朝高质量，高精度，高成品率，高效率发展的趋势。
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。
一、总体方案：图1 数控系统的总体框架配置总体框架说明：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步进电机运动控制卡，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、光电耦合电路是自己设计的，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C613改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等，保留原来的三爪卡盘等。
5、步进电机及其驱动器是采用南京四通公司的。
驱动器的输入电压式45V，考虑步进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。
二、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，直接采用了步进电机＋刚性联轴器＋滚珠丝杆的传动方案。
拆除原来的丝杆，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。
根据计算，要求步进电机的扭距是5 Nm。
我们选用步进电机是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。
C6140普通车床数控化改造设计方案
C6140普通车床数控化改造设计方案有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。
我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。
用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。
所以必须提高机床的数控化率。
对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。
数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。
其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。
数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。
改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。
改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。
另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。
数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。
由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
第一节 设计任务1.1题目：C6140普通车床数控化改造设计1.2 任务将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。
主要技术指标如下：（1）床身上最大加工直径mm 400;（2）最大加工长度mm 1000；（3）X 方向（横向）的脉冲当量脉冲/005.0mm x =δ，Z 方向（纵向）脉冲/01.0mm z =δ；（4）X 方向最快移动速度max 2500/min x v mm =，Z方向为m in /6000max mm v x =； （5）X 方向最快工进速度min /400max mm v f x =，Z 方向为max 700/min x f v mm =；（6）X 方向定位精度mm 01.0±，Z 方向mm 02.0±；（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；（8）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程mm 24；（9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；（10） 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；（11）自动控制冷却泵的启/停;（12）安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；（13）纵、横向安装限位开关；（14）数控系统可与PC机串行通信；（15）显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。
普通车床数控化系统改造方案
普通车床数控化系统改造方案扫描电子显微镜(SEM)是一种利用高能电子对样品进行扫描的仪器,它将样品中反射、透射、散射电子等所产生的信号转换成强度或图像形式进行分析、测量和成像。
其分辨率高、可观察范围广,适用于科研和生产中的材料组织、表面形貌、微观结构、粒度分布等方面的研究。
近年来,随着电子光学、计算机与图像处理技术的发展,SEM不仅在传统工业、冶金、矿山、化工等行业得到广泛应用,在生物医学、材料科学、微电子等领域也有着重要的地位。
SEM技术的优势:一、高分辨率: SEM理论分辨率高达0.4纳米,在实际应用中可达到1~2纳米。
相对于光学显微镜而言,SEM可分析高清晰的小颗粒、小结构、微观形貌等,使研究对象更加清晰,分析结果更加可信;二、大深度: 对于材料性质的认识需从多个角度进行剖析,最近的SEM已经可以进行三维重建,实现材料的精确切割和分析,进一步深化对材料性质的了解;三、样品不受损伤: SEM采用电子束对样品进行扫描,不会对样品造成损伤,同时能够对高温、低温、高真空等环境进行探测和分析;四、能够对样品进行电学分析: SEM可通过加电、放电等方式对样品进行电学探测和分析,可观察到样品中的电磁波和电子现象;五、自动化、信息化能力强: SEM可实现自动化、计算机控制,能够自动采集、分析、存储样品信息,使研究过程更加自动化、便捷、高效。
SEM改造前的痛点:普通SEM通常需要在低真空和高真空环境下分别进行扫描,这就导致了普通SEM系统需要具备两种不同的真空系统,高真空系统和低真空系统,并且普通SEM通常采用的是螺旋升降组件,操作不仅繁琐而且稳定性有待提高。
同时，普通SEM在扫描样品时会受到电磁泵的强烈干扰,导致噪音干扰较大,分辨率和精度较低。
SEM数控化系统改造方案:针对普通SEM的痛点,借助于数控技术、精密机械工程等专业技术手段,对普通SEM系统进行升级改造,实现普通SEM的数控化。
具体方案如下:一、全新的真空系统: 将普通SEM的高真空系统和低真空系统合并为一个全新的真空系统,同时改用泵升组件替换原有的螺旋升降组件,解决了系统繁琐、不稳定的问题。
普通车床的数控化改造
摘要随着科学技术的发展，生产和生活中自动化程度的深入。
普通机床越来越不能满足市场的需求，其劳动强度大，危险性高，且不能满足现代科学的批量生产需要，越来越多的企业将普通机床逐渐转向数控化。
本文简要的阐述了课题研究的背景和意义，对普通车床的经济型数控改造进行了分析和比较，并参考相关设计书籍，运用相关知识，提出了满足本课题要求的数控改造方案。
本设计说明书包括：概论、总体方案的拟定、伺服进给系统的改造设计、自转位刀架的选择设计以及数控系统的设计等几部分。
机床改造后，纵向、横向进给系统进行数控控制，并达到既定要求，刀架是自动控制的自转位刀架，能自动切削螺纹。
最后根据设计的计算步骤和结论绘制了零件结构图和整体装配图，并标注了加工的技术要求。
关键词：经济型；数控改造；进给系统；自动刀架AbstractWith the development of science and technology,and Automation of production and life in-depth general machine tools can not meet market demand, the labor-intensive, high-risk, and mass production can not meet the needs of modern science, more and more enterprises are turning to the ordinary numerical control machine tools .This paper briefly described the research background and significance,then lathe CNC of the economic transformation were analyzed and to some books about design and the use of some knowledge about the research,proposed to meet the requirements of this topic NC rehabilitation programs.This introduction of the design included:The draw-up of the generaloutline,the decision of the total designal projection,the reforms design to the system of serve enters,the choice and design to the knife which turn automatically and the design ofthe numerical control system, and so the Motorcycle been reformed,lengthways,horizontal enter to proceed to system the number controls the control,and meet must be the automatic control a knife which is turning automatically, and it is able to slice the thread automatically. Finally, the calculation steps of the design and conclusions drawn diagram components and overall assembly diagram, and mark the process of technical requirementsKey word: Economy;The number controls to reforms;The system of enters ;Automatic knife目录Abstract (II)1 课题的提出 (1)国内外发展情况 (1)普通车床数控化改造的目的及意义 (2)设计要求及需解决的关键问题 (4)2 总体方案设计 (5)设计任务 (5)总体方案的论证 (6)总体设计方案的确定 (8)3 进给伺服系统设计及计算 (9)确定脉冲当量 (9)切削力的计算 (9)滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型 (10)齿轮传动比计算 (19)4 步进电动机的计算和选型 (22)纵向进给步进电机的计算和选型 (22)横向进给步进电机的计算和选型 (28)5 自转位刀架 (34)数控车床刀架的基本要求 (34)自转位刀架的结构 (34)刀架的选择 (35)刀架工作原理 (35)刀架的安装 (37)6 数控系统硬件电路设计 (38)控制系统方案的确定及绘制框图 (38)单片机的选择 (39)8051单片机及扩展芯片的使用 (39)I/O接口电路及译码电路的设计 (40)数控机床操控面板 (40)技术经济性分析 (42)总结 (43)参考文献 (44)致谢 (45)1 课题的提出随着科学技术日新月异的发展，尤其是计算机技术的不断成熟和完善，数字化在现代工业方面也得到了很大的应用，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。
普通车床数控化改造设计
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。
普通车床数控化系统改造方案
普通车床数控化系统改造方案一、项目背景随着科技的不断发展，传统的普通车床正在逐渐被数控车床所取代。
数控车床具有高精度、高效率、高稳定性等优势，可以满足现代制造业对产品质量和生产效率的要求。
因此，对现有的普通车床进行数控化改造，可以提高其加工精度和生产效率，降低人力成本，提高企业竞争力。
二、目标1.提高加工精度和稳定性：通过数控系统的精确控制，实现加工精度的提高和加工过程的稳定性。
2.提高生产效率：通过数控系统的自动化控制，实现加工过程的自动化和快速完成，提高生产效率。
3.降低人力成本：通过数控系统的自动化控制，减少人工操作和监控，降低人力成本。
三、改造方案1.数控系统选型：根据企业的需求和预算，选择适合的数控系统。
可以选择开放式数控系统，以便后续的扩展和升级。
2.硬件改造：将普通车床的机械结构进行改造，增加数控系统需要的传感器和执行器。
例如，增加伺服电机、编码器、控制阀等。
3.电气改造：将车床原有的电气系统替换为数控系统所需的电气设备。
包括电源、变频器、控制器等。
4.编程与调试：根据加工工艺要求，编写数控程序，并进行相关工艺参数的设置和调试。
确保数控系统能够准确地控制车床的运动。
5.操作与维护培训：对操作人员进行相关培训，使其熟悉数控系统的操作和维护方法。
确保数控系统的正常运行和维护。
四、预期效果1.加工精度提高：通过数控系统的精确控制，可以实现加工精度的提高，减少加工误差，提高产品质量。
2.生产效率提高：数控系统具有自动化控制功能，可以实现加工过程的自动化和快速完成，提高生产效率。
3.降低人力成本：数控系统的自动化控制减少了人工操作和监控，可以降低人力成本。
4.提高企业竞争力：数控化系统能够提高产品质量和生产效率，提高企业竞争力，获得更好的市场发展空间。
五、风险与挑战1.成本风险：数控化系统改造需要一定的投资，成本较高。
需要评估投资回报率和风险控制。
2.技术难题：数控化改造涉及机械、电气、编程等多个领域的知识，对技术人员的技能要求较高。
普通车床数控化系统改造方案
依照改造后该设备加工零件的精度要求，确定选择编码器半闭环操纵系统。
③执行机构的结构的选择
执行机构的结构选择西门子伺服操纵电机。
④机械传动方式的确定
机械传动方式采纳滚珠丝杠副加一级同步带减速装置进行运动和力的传递。
⑤机械精度的修复
机械精度的修复要紧指Z向导轨精度的修复。
三、机械部分改造
2、调整向心推力球轴承的间隙时，应使丝杠的轴向窜动不大于0.02mm。在实际调整中，能够调整两个向心推力球轴承之间的内外隔环的厚度来调整轴承的游隙，进而排除丝杠的轴向窜动，已达到更高的传动精度。由于轴承安装的好坏与否，将阻碍到轴承的精度、寿命和性能。因此应按如下操作标准进行轴承安装：
(1)、清洗轴承及相关零件。对差不多脂润滑的轴承及双侧具有油封或防尘盖、密封圈的轴承安装前无需清洗。
机械部分改造………………………………………………………………………〔3〕
安装调整过程中应注意的问题……………………………………………………〔6〕
数控系统及伺服系统的改造………………………………………………………〔7〕
功能的确定及分布…………………………………………………………………〔9〕
机床的调试及验收…………………………………………………………………〔9〕
=6.67m/min
由于X向滚珠丝杠螺距为5mm，故Z轴最大进给速度为6.67 m/min；
〔2〕负载转动惯量的估算：
由于Z坐标的传动减速比差不多上n=3；因此折算到电机轴上的转动惯量可按下式估算:
JF=J1+J2+J3+JK
JF——折算到电机轴上的转动惯量〔kg·cm2〕
J1——联轴节的转动惯量〔kg·cm2〕
2、采纳数控机床，能够提高零件的加工精度，稳固产品的质量。
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普通车床数控化系统改造方案(doc 15页)修整来保证，工人的劳动强度大，已难以保证产品的加工质量。
随着新机车的发展，对机车轮毂的要求越来越高，多曲率圆弧处的曲率变化也越来越多。
先使用的普通车床已无法满足生产加工要求，必须更新设备，经多方面比较、认为对CW61100普通车床进行数控化改造比重新购买新设备可节约资金近10万元。
因此决定对CW61100普通车床进行数控化改造，以满足新型机车轮毂的加工要求。
二、改造方案的确定1、新型机车轮毂的外形特点及加工要求：新型机车轮毂的外形有多曲率圆弧处、外圆和端面及倒角做、组成，并且多曲率变化圆弧处加工精度要求高，加工难点主要是多曲率变化圆弧处；因此要求该设备改造后，该设备的Z向必须具有联动功能，由于该零件较大、重约500KG，因此对主轴转速要求不高，要求主轴以一定的转速旋转固定不变。
2、数控化改造方案的确定数控化改造方案的内容：系统运动方式的确定；数控控制系统的选择；伺服系统的选择；执行机构的结构；机械传动方式确定及机械精度的修复等内容。
应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出该造的总体方案，并对方案进行分析比较和论证。
①控制系统的选择根据新型机车轮毂的外型特点及加工要求，经对西门子数控系统比较，确定选择西门子802C控制系统，对该设备的Z向进行控制；并实现Z向的联动。
②伺服系统的选择根据改造后该设备加工零件的精度要求，确定选择编码器半闭环控制系统。
③执行机构的结构的选择执行机构的结构选择西门子伺服控制电机。
④机械传动方式的确定机械传动方式采用滚珠丝杠副加一级同步带减速装置进行运动和力的传递。
⑤机械精度的修复机械精度的修复主要指Z向导轨精度的修复。
三、机械部分改造1、Z向进给机构的改造。
拆除原机床的进给箱，利用原机床进给箱的安装孔和销孔安装滚珠丝杠丝母固定支撑架。
滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端采用固定方式支撑，中间加辅助支撑，以提高滚珠丝杠的刚性。
动力传动采用伺服控制电机加同步带减速装置传递给滚珠丝杠副，实现Z向进给运动。
伺服电机安装在机床的尾部。
由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而使Z向进给整体刚性略优于未改造前。
2、电动刀架的安装利用原小刀架位置通过垫板安装电动机刀架，以保证刀具刀点和主轴中心处于同一平面。
3、机械部分改造设计部分与相关计算（1）Z坐标传动最快运行速度Vmax计算：电机最快转速：r=2000转/min传动减速比： n=3滚珠丝杠螺距：p=10mm根据公式： Vmax=r×p/n得 Vmax=2000×10×O.OO1/3=6.67m/min由于X向滚珠丝杠螺距为5mm，故Z轴最大进给速度为6.67 m/min；（2）负载转动惯量的估算：由于Z坐标的传动减速比都是n=3；所以折算到电机轴上的转动惯量可按下式估算:JF =J1+J2+J3+JKJF——折算到电机轴上的转动惯量（kg·cm2）J1——联轴节的转动惯量（kg·cm2）J——丝杠的转动惯量（kg·cm2）2——联轴节的转动惯量（kg·cm2）J3n ——减速比（n=3）——Z向电机转子的转动惯量（kg·cm2）JK对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式进行计算： J=7.8×10-4×D4LD——圆柱零件的直径(cm)L——零件轴向长度（cm）通过计算得：=1.16kg.cm2J1J=43.41kg.cm22=2.78kg.cm2J3J=6.68kg.cm2K故总惯量=54.03kg.cm2JF（3）切削力与切削功率计算利用下面公式：切削功率 Pc=P·η·KP——电机功率18KWη——传动效率0.8K——功率系数0.96计算切削功率得：Pc=13.824KW（4）Z向摩擦阻力的估算Z向运动部件自重约：400kgZ向运动部件之间摩擦系数（铸铁对铸铁）：0.18Z向摩擦阻力；F=4000×0.18=720NMZ（5）切削功率的计算切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或转速）来计算，即Pc=(FZ×v×10-3)/60或 Pc=Tn/9550式中 FZ——主切削力（N）；v——切削速度（m/min）；T——切削转矩（Nm）；N——主轴转速（r/min）。
取v=400m/minFQ=60×Pc×103/v=60×13.824×103/400=2073.6N 在一般外圆车削时取Z向分力为:FZQ =0.6FQ=1244.16N（6）Z向坐标运动时的工作阻力 Z向坐标运动时的工作阻力：FZ = FMZ+FZQ=720+1244.16=1964.16N（7）电机扭矩的计算根据公式 Pc=60×Pc×103/v和Pc=Tn/9550得 T=9550×FZ×v×10-3/(60n)=12.613Nm选18Nm电机适合。
四、安装调整过程中应注意的问题1、利用垫片调整丝杠副的间隙时，应使调整后产生的预紧力为丝杠副最大负载的1/3为宜。
在实际调整中，可以把车床处于最大工作负载，使丝杠内部仍不产生轴向窜动，或者轴向窜动量小于0.02mm，而且运动灵活，并以此作为丝母间隙调整装置预紧量的判断标准。
2、调整向心推力球轴承的间隙时，应使丝杠的轴向窜动不大于0.02mm。
在实际调整中，可以调整两个向心推力球轴承之间的内外隔环的厚度来调整轴承的游隙，进而消除丝杠的轴向窜动，已达到更高的传动精度。
由于轴承安装的好坏与否，将影响到轴承的精度、寿命和性能。
因此应按如下操作标准进行轴承安装： (1)、清洗轴承及相关零件。
对已经脂润滑的轴承及双侧具有油封或防尘盖、密封圈的轴承安装前无需清洗。
(2)、检查相关零件的尺寸及精加工情况。
(3)、安装方法：轴承的安装应根据轴承结构、尺寸大小和轴承部件的配合性质而定，压力应直接加在紧配合的套圈端面上，不得通过滚动体传递压力，轴承安装一般采用以下几种方法：①、压入配合：轴承内圈与轴是紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压将在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内。
②、加热配合：通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。
是一种常用和省力的安装方法。
此法适合于过盈量较大的轴承的安装。
③、圆锥孔轴承的安装：圆锥孔轴承可以直接装在有锥度的轴颈上，或装在紧定套和退卸套的锥面上，其配合的松紧程度可用轴承径向游隙减小量来衡量。
因此，安装前应测量轴承径向游隙，安装过程中应经常测量游隙以达到所需要的游隙减小量为止。
安装时一般采用锁紧螺母安装，也可采用加热安装的方法。
④、推力轴承的安装：推力轴承的轴圈与轴的配合一般为过渡配合，座圈与轴承座孔的配合一般为间隙配合，因此这种轴承较易安装，双向推力轴承的中轴圈应在轴上固定，以防止相对于轴转动。
3、滚珠丝杠副的制造精度要求高，加工工艺比较复杂，都是由专业工厂按系列化进行生产的。
因此，在进行设备改造时，要按厂家的生产标准进行选择。
选择到合适的丝杠后，再决定被改造设备的其他相关部分的结构和尺寸。
五、数控系统及伺服系统的改造CW61100车床主轴电机采用原来的主轴电机，并采用微机控制其启动和停止。
对机床X轴进行伺服驱动，数控自动控制。
机床改造后X轴采用半闭环调速控制，控制比较精确。
1、整个改造工作的流程(1)改造方案的总体设计，数控系统选型、订购。
(2)系统柜设计制作。
(3)数控系统和电气系用柜内安装到位。
(4)数控系统和电气系统连线，以及和机床，机床系统柜的连线。
(5)电机及限位开关，润滑油泵电机，主轴电机，冷却液泵电机，照明工作灯与系统连接。
(6)电机和机床连接盖板的设计。
(7)梯形图编写，机床参数确定。
(8)调试，并试切验收零件。
(9)文件整理、交接。
其中改造方案的总体设计有以下原则：①、功能改造后的数控机床应具有何种功能。
目前市场上可购置的数控系统基本上可以满足用户的绝大部分功能需要。
但有些特殊功能仍需要在订货时加以声明，例如数字仿形功能、自动测试功能等。
并以功能需求出发来订购数控系统和伺服系统。
②、规模根据实际要求确定改造档次。
一般进口设备仍用进口数控系统改造；国产设备仍用国产数控系统改造。
根据功能确定I/O点数。
根据经常存储的零件加工程序的数量确定存储器的容量。
根据机床大小、进给速度、吃刀量来确定电机功率。
③、资金投入时应考虑投入产出的比例以及周期④、精度改造前机床的精度应有一定的要求，精度太低就没有必要改造，可考虑更新。
⑤、习惯制定改造方案时应考虑改造前后操作、编程的可继承性，对面板的设计和屏幕的位置要考虑操作者的习惯。
对数控系统品牌的选择要考虑使用单位的一致性，以达到培训、维护等方面的便利。
经过上述诸方面因素综合考虑，才能制定出改造的总体方案。
数控改造班子一般以4-5人为宜。
分别涉及机械改造、电气布线、PLC编程等主要领域。
最好有使用人员的配合。
改造班子里最好有一名专家，从总体规划、选型、订货、资料准备（翻译）、布线、PLC编程、机械改造、调试、验收以指导工作结束做出安排，并协调各个方面的工作，这样往往可以缩短改造周期，并保证工程质量。
2、机电匹配计算机电匹配计算是总体设计，在选型订货前首先应考虑的问题。
有些情况当然可以根据旧机床的参数作相应参考。
但最好还是能做一些匹配计算或估算，以免改造失败。
3、快行速度的核算快行速度是数控化改造后的重要指标，一般意义上来说和电机最高转速、丝杠螺距、传动比等有关。
4、精度估算精度估算至少包括两个方面，一方面为丝杠精度，一般在产品手册中标明在多少毫米范围内存在多少误差；第二方面应为机械传动环节因机械热变形引起的位置误差。
最后通过坐标轴校准（螺距补偿）对精度进行补偿，达到预期的效果。
六、功能的确定及分布一台改造以后的数控机床的功能有两类。
一类是数控系统制造商提供的功能。
早期的数控机床是通过键盘命令形式，而现代的数控机床则主要通过软键菜单形式提供，例如零件加工程序输入、编辑、存储功能、图形功能、刀补以及坐标零点设置功能，调用一个零件加工程序准备切削加工等等。
另一类功能是机床厂家或使用单位根据数控系统制造商提供的窗口二次开发后形成的功能。
它主要通过机床操作面板和可编程控制器软件提供。
例如启动、停止、自动操作按钮、速率超调、主轴启停、冷却润滑开关等等。
对最终用户而言，往往没有必要去分清到底是哪一类功能。
应该说第一类功能是死的，而第二类功能是活的。
本次数控化改造是对一台旧机床的改造，它离不开原机床的环境，不是一种从零开始的过程。
在这种背景下，考虑功能的分布必须顾及原有的环境。