C6140普通车床改造
CA6140普通车床数控改造word资料3页
CA6140普通车床数控改造数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中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。
但目前大力发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多职业类学校和中小型企业难以承受。
再者普通车床经过多次大修后，故障率仍然较高，且维修费用成本较高。
因此普通车床进行数控改造势在必行。
一、改造方案本文结合我校教学实际，针对CA6140车床机床进行数控改造。
对于普通车床的经济型数控改造，总体改造方案应遵循的原则是：数控车床的改造目的是要求车床稳定可靠，合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。
并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：首先，机床基础件必须有足够的刚性。
其次，改造的费用要合适，经济性好。
加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。
为实现主轴自动无级变速，在主轴上增加交流异步电动机变频调速系统、主轴脉冲发生器，从而不需进行机械换档。
（1）数控部分的改造。
第一，数控系统运动方式的确定。
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。
点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。
由于CA6140车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。
第二，伺服进给系统的设计改造。
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。
闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。
但它结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。
半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。
但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。
经过以上比较，由于所改造的CA6140车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
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。
CA6140车床改造说明书
目录第一章设计任务--------------------------------------------------- 1 第二章总体体方案的确定------------------------------------------- 1 第三章主传动系统的改造方案--------------------------------------- 2 3.1主传动系统的改造方案------------------------------------------ 2 3.2换装自动回转刀架---------------------------------------------- 2 3.3螺纹编码器的安装方案------------------------------------------ 3第四章进给传动部件的计算和选型----------------------------------- 4 4.1脉冲当量的确定------------------------------------------------ 4 4.2切削力的计算-------------------------------------------------- 4 4.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型（纵向）---------------------------- 4 4.4同步带减速箱的设计（纵向）------------------------------------ 6 4.5步进电动机的计算和选型（纵向）-------------------------------- 6 4.6同步带传递功率的校核----------------------------------------- 12 第五章控制系统硬件电路设计------------------------------------- 14 第六章步进电动机驱动电源的选用--------------------------------- 16 第七章控制系统的部分软件设计--------------------------------- 16 总结------------------------------------------------------------- 22 参考文献----------------------------------------------------------22第一章设计任务题目：C6140普通车床数控化改造设计任务：将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床，主要技术指标如下：1.床身最大加工直径400mm；2.最大加工长度1000mm；3.X（横向）方向定位精度±0.01mm，Z（纵向）方向±0.02mm；4.X方向最快移动速度vxmax =3m/min，Z方向为vzmax=6m/min；5.X方向最快工进速度vxmaxf =0.3m/min，Z方向为vzmaxf=0.6m/min；6.可以采用LED液晶数码管显示；7.冷却泵自动启动/停止；8.制动控制主轴正反转、停止；9.纵横向安装限位开关；10.选择51系列的单片机作为控制系统的CPU，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装换电路等。
CA6140普通车床数控化改造解析
第一章前言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。
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。
1.1.1国内外数控系统发展概况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。
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。
CA6140普通车床的数控技术改造
抚州职业技术学机电系2011届机电一体化及数控技术专业毕业论文CA6140普通车床的数控技术改造（机械部分）姓名：邱顺军学号：08321414专业：数控技术班级：08级（083214）指导老师：王良生2011年5月1.3.1 主要研究内容1.机械部分改造2.电气部分改造3.软件设计（编程）2 机械部分改造2.1 设计方案的确定利用数控装置对纵横进给系统进行开环控制，以步进电机为驱动元件，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架，对CA6140普通车床进行技术改造就可以组成一个经济型数控车床，实现微机控制下的自动加工。
改造后的车床把车床的主运动和进给运动分离开来。
主电机的作用仅仅是带动工件旋转，而刀架的进给运动则是由步进电机直接带动车床的纵横丝杠来实现。
其改造后结构原理示意图如图2-1所示。
图2-1 CA6140型车床的数控化改造结构原理图操作时，根据零件的加工工艺，按数控系统的规定的方式编制零件的加工程序，通过数控装置上的键盘输入微机，微机对加工程序处理后发出一系列脉冲信号，经过功率放大器放大后驱动2台步进电机，按规定的方向、速度和位移量，完成刀架纵横两个方向的进给，使车刀实现直线或圆弧的切削。
在加工螺纹时，通过主轴脉冲发生器发生进给运动，从而加工出各种标准螺纹。
换刀时，微机发出换刀信号，刀架控制箱继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构，将上刀体上升至一定位置，带动刀体旋转到所选刀位，然后定位，完成换刀动作。
[20]2.2机械部分改造[4]2.2.1纵向进给系统的计算与设计1. 纵向进给系统的设计经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。
步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。
对车床改造来说，外观不必像产品设计要求的那么高，而从改造方便，实用方面来考虑。
一般都把步进电机放在纵向丝杠的右端，如图2-2所示。
图2-2 数控改造的总体方案示意图2. 纵向进给系统的设计计算已知条件：工作台重量： W=750N 时间常数： T=28ms 滚珠丝杠基本导程： 0L =8mm 行程： S =700mm 脉冲当量: δp=0.02mm/step 步距角： α=0.75º/step 快速进给速度：maxV =2.5m/min(1) 切削力计算 由《机床设计手册》可知，切削功率K N N c η= （2-1）式中 N ——电机功率，查机床说明书，N=4kW ；η——主传动系统总效率，一般为0.6～0.7取65.0=ηK ——进给系统功率系数，取为K=0.96。
C6140车床数控化改造
1、确定系统的脉冲当量 脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机 床加工精度的一个基本参数。因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。
2、纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择 （1）滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副
的结构原理示意图如图所示
四、进给传动部件的计算和选型
初选型号
其公称直径为40 mm，基本导程为6 mm，双螺母滚珠总圈数为3 × 2 = 6 圈，精度等级取4级，额定动载荷为 13200 N，满足要求。
六、控制系统硬件电路设计
控制系统的操作面板布置如图所示。面板设置了48个微动按键， 三个船形开关，一只急停按钮，显示器包括1组数码显示管和7只发 光二极管。
三、机械系统的改造设计方案
1．主传动系统的改造方案
保留原有的主传 动机构和变速操纵 机构
用2～４速的多速电动机代替原有的单速主电动机； 用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速
采用有级变速时，可选用7.5kW变极多速 三相异步电动机，实现2～４档变速；
2．安装电动卡盘
选用电动三爪自定心卡盘
3、横向滚珠丝杠螺母副的型号选择
经济型数控改造的横向进给的设计比较简单，一
般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动
。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机
床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。
4滚珠丝杠螺母副的精度等级： 数控机床根据定位精度的要求通常选用1---5级精度的滚珠丝杠，
一、C6140普通车床数控化改造设计
主要技术指标如下：
（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,
最新《C6140型普通车床改造数控机床正文》
C6140普通车床改造数控正文第一章设计方案的确定C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。
经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。
一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。
本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造，用微机对纵、横进给系统进行控制。
系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。
驱动原件采用步进电动机。
系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。
刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。
一总体设计方案的确定由于是对车床进行数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。
根据这一原则，决定数控系统采用开环控制；传动系统采用滚珠丝杠螺母传动；驱动元件采用步进电动机；数控系统采用JWK型系统；刀架采用自动转位刀架。
这样车床既保留原有功能，又减少了改造数量。
二机械部分的改造设计与计算将普通车床改造成数控机床，除了增加控制系统外，机械部分也应进行相应的改造，其中包括：纵向和横向进给系统的设计选型，以及自动转位刀架的选型。
（一）纵向进给系统的设计选型1、经济数控车床的改造，采用步进电动驱动纵向进给，有两种方案：一种是步进电机驱动丝杠螺母固定在溜板箱上；第二种是纵丝杠固定、电机安装在溜板箱上，驱动螺母传动。
对于车床的改造而言，采用第一种方案显然简单易行。
所以步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。
从改装方便，实用等方面考虑，所以将步进电机放在丝杠的左端。
2、纵向进给系统的设计计算，已知条件：工作台重量：W=80kgf=800N时间常量： T=25ms行程： s=640mm步驱角： 2=0.75o/step快速进给速度：Vmax=2m/ms脉冲当量： 8p=0.01mm/8tep（1）切削力的计算由《机床设计手册》得公式 No=Ndη（公式一）其中 N O—为传动件的额定功率Nd—主电机的额定功率，见使用说明书得：Nd=4.5 kwη—从电机到所计算的传动轴的传动效率（不含轴承的效率）从电机到传动轴经过皮带轮和齿轮两种传动件传动，所以η=n 1×n 2 由《机床设计手册》得n 1 =0.96 n 2=0.99 所以：η=0.96×0.99=0.9504 取 η=0.95η即N=4×0.95=3.8（kw ）又因为主传动系统效率一般为0.6～0.7 之间，所以取0.65 所以N C （进给效率）=3.8×0.65=2.47（kw ）由《机械加工工艺手册》得Pm=31060⨯⨯VsFZ ×9.8 （公式二）≈6120VsFz ⨯ 式中Vs ——切削速度，设当其为中等转速，工件直径为中等 时，如D=40mm 时，取Vs=100m/min 主切削力F Z =6120 2.47100⨯ =151.164（Rgf ）=1511.64N由《机床设计手册》得主切削力F Z =CFza p xfx×f yfz×kfz(经验公式) CFza p xfxf yfzkfz (公式三) 对于一般切削情况，切削力中的指数xfx ≈1ŋFZ =0.75 Kfz ≈0 CFZ=188kg/㎜2=1880Mpa F2的计算结果如下：ap(㎜)2 2 23 3 3 f(㎜) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 Fz(N)10515241891168122872837为便于计算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2㎜走刀量f=0.3㎜为以下计算以此为依据。
C6140普通车床改造数控车床设计(实用)文档
C6140普通车床改造数控车床设计(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑欢迎下载）C6140普通车床改造数控车床设计(有全套图纸）目录前言 (2)一、设计方案的确定 (3)1.1 总体设计方案的确定 (3)1.2 机械部分的改进设计与计算 (3)纵向进给系统的设计选型 (3)横向进给系统的设计与计算 (10)二、步进电动机的选择 (14)2.1 步进电动机选用原则…………………………………………142.2 步进电机的选型……………………………………………15C6140纵向进给系统步进电机的确定 (15)C6140横向进给系统步进电机的确定 (15)110BF003型直流步进电动机主要技术参数 (16)110BF004型直流步进电动机主要技术参数 (16)三、经济型数控系统选型 (17)四、电动刀架的选型 (18)五、编制零件工序及数控程序实例 (19)5.1 机床改造参数的选择 (19)车床纵向运动由z向步进电动机控制 (19)车床横向运动由X向步进电动机控制 (19)5.2 程序设计 (19)数控机床参数及约定 (19)编程参数说明 (19)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)毕业设计是对机械设计制造及其自动化专业课程学习的一个总结。
针对学习的课程和实际工作，选择了蜗杆传动设计。
蜗杆传动减速机设计包含了轴类零件、齿轮类零件、箱体类零件等典型零件设计，能够比较全面地运用所学知识，巩固所学习的专业知识。
减速机是在原动机和工作机之间的闭式传动装置，蜗杆减速机是一种常用的减速机，用于交错轴间传动运动及动力，特点是传动比大，工作较平稳，噪声低结构紧凑，可以自锁。
在起重机械中常采用蜗杆传动，此减速机是根据引航员软梯卷车而设计的，通过联轴器联接，由气动马达驱动减速机，带动引水员卷车的卷盘转动，卷盘转动从而实现软梯的收放、升降。
引水员利用软梯上船，指导船到按正确航海道到达岸上。
毕业设计过程中，得到了机械系老师的精心指导，为我的设计提出了很多宝贵意见，对此表示感谢！设计者：丛日旭2007-7-7第一章设计方案的确定C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。
CA6140普通车床的数控化改造毕业设计论文
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。
C6140普通车床数控化改造
Ｎｕ ｅ ｉａｌｃ ｎｔ ｏ ｎ ｖ ｔｏ ｆ Ｃ６ ４ ｏ ｍｏ ａ ｈ ｍ ｒｃ ｏ ｒ ｌｉ ｎｏ ａ ｉ ｎ ｏ １ ０ ｃ ｍ ｎ ｌｔ ｅ
Ｙａ ｈ —ｅ ｌ Ｓ ｉ ｌｉ．Ｈｅ Ｐ ｉｊ ｎ ｌ ｅ— ｕ
（ ．Ｌ ｉｕ ｉ ｎａ ｄｓ ｅ ｇ ｏｐ， ｈ ｉｏｇ Ｃ ． Ｌｄ Ｌ ｉ ｕＳ ａ ｄ ｎ ２ １ ０ Ｃ ｉ １ ａｗ ｏ ｎ ｅｌ ｒｕ Ｔ ａｄ ｎ ｏ ， ｔ ， ａｗ ｈ ｎ ｏ ｇ ７ １４， ｈｎ ｒ ｔ ａ；
车床 ， 为了节约资金 ， 降低成本 ， 利用原来精度高、 操 作性能好 的部分普通机床进行数控化改造 ， 提高机械 设备的数控化率以下阐述改造方案及实施措施。 普 通机 床进行 数控 改造后 ， 系统应 能控制 主轴转 速并 实 现其 正反转 ； 控制 工 作 台实 现 纵 向 、 向和垂 横 直方向的进给运动 （ 车床刀架能实现纵 向和横 向的 进给运动并 自动转位换刀 ； 加工螺纹时应保证 主轴转 １ ， 转 刀架移动 １ 个被加工螺纹的导程） 通过键盘输 ； 人加工程序 ； 由显示器显示加工状态等 。因此 ， 普通 机 床 的数控 改造 内容 有 以下 两大部 分 。
２ 机械部分改造
２ １ 主传 动 系统 ．
在原机床的主轴电机上加变频器， 使其实现通过 操作界面控制主轴转速， 同时改造后使其主运动和进
给运动分离 ， 主电机作用仅为带动主轴旋转。增加一
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
如加工螺纹或丝杠 时， 为保证主轴每转一转 ， 刀 具准确移动一个导程， 须配置主轴脉冲发生器作 为主 轴位置信号的反馈元件 。因此车床主要用于加工法 兰， 加工螺纹几乎不用 ， 因此此车床改造未配置主轴 脉冲发生器 ， 在此简单带过不再赘述。
C6140普通车床数控化改造设计
目录第一节设计任务 (3)1.1题目： (3)1.2 任务 (3)第二节总体方案的确定 (4)第三节机械系统的改造设计方案 (5)3.1主轴系统的改造方案 (5)3.2安装电动卡盘 (5)3.3换装自动回转刀架 (5)3.4螺纹编码器的安装方案 (6)3.5进给系统的改造与设计方案 (6)第四节进给传动部件的计算和选型 (7)4.1脉冲当量的确定 (7)4.2切削力的计算 (7)4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (8)4.4同步带减速箱的设计 (10)4.5步进电动机的计算与选型 (12)4.6同步带传递效率的校核 (16)第五节绘制进给传动机构的装配图 (16)第六节控制系统硬件电路设计 (17)第七节步进电动机驱动电源的选用 (19)第八节控制系统的部分软件设计 (19)参考文献 (26)前言我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有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、国内市场上缺乏竞争了，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。
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。
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。
通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。
这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。
本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。
而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰写格式，这篇论文对我两年半的大学学习的一次全面总结。
关键词：车床数控改造进给系统主轴传动系统目录引言.................................................... 错误！未定义书签。
1.绪论................................................ 错误！未定义书签。
1.1数控机床优势概述.............................................. - 2 -1.2车床数控改造的现状与国内背景.................................. - 6 -1.3车床数控改造的必要性与可行性.................................. - 8 -2车床数控改造的总体构思与技术方案.................................. - 9 -2.1设计任务...................................................... - 9 -2.2总体方案的论证................................................ - 9 -2.3总体改造方案的确定........................................... - 10 -2.6机械部分的改造............................................... - 10 -2.7数控部分的改造............................................... - 11 -3普通车床主要结构的数控改造....................................... - 11 -3.1数控系统..................................................... - 11 -3.2纵向（Z向）进给系统的改造 ................................... - 13 -3.3横向（X向）进给系统的改造 ................................... - 17 -3.4刀架......................................................... - 18 -3.5主轴传动系统与滑动导轨副的改造............................... - 18 -3.6编码器....................................................... - 19 -4光栅尺安装与调试................................................. - 20 -4.1光栅尺的安装................................................. - 20 -4.2光栅尺的校正................................................. - 20 -5参考点的建立..................................................... - 20 -6如何提高数控机床精度?精度不够如何改进? ........................... - 21 -7结论............................................................. - 23 -引言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，且能稳定产品的和、加工质量。
C6140车床的经济型数控改造【毕业作品】
任务书设计题目：C6140车床的经济型数控改造1．设计的主要任务及目标主要任务：了解C6140普通车床的结构及工作原理，数控车床传动传动系统及结构。
完成C6140普通车床简易数控横向、纵向传动系统的结构设计。
目标：机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。
设计机床的目标就是选用技术先进。
经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
2．设计的基本要求和内容(1)查阅文献，收集资料，文献综述等；(2)论述简易数控化改造的依据。
(3)分析C6140车床改造成经济型数控车床的相关技术参数及精度分析；(4)完成机械结构设计，对主要零件进行验算；(5)运用AUTOCAD绘制机械结构装配图和主要部件图2张；3．主要参考文献[1] 张新义主编·经济型数控机床系统设计·北京：机械工业出版社，1995[2] 张柱银主编数·数控原理与数控机床·北京：化学工业出版社，2003[3] 李培江·普通机床的数控改造研究·机械管理开发·2002.2第1期·61-62[4] 唐宗军.机械制造基础［M］. 第2版. 北京：机械工业出版社，1988.[5] 周鹏翔、刘振魁主编.《工程制图》第二版高等教育出版社，2000年5月4．进度安排C6140车床数控化改造之机械系统改造摘要:利用数控系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。
改造后的机床除了能加工平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。
本文介绍了一种C6140车床数控改造的机械系统部分改造的一种方案。
论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。
CA6140型普通车床的数控改造
第1章绪论1.1 数控系统发展及趋势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。
1.1.1数控（NC）阶段（1952～1970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。
人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。
随着元器件的发展，这个阶段经历了三代，即1952年的第一代—电子管；1959年的第二代—晶体管；1965年的第三代—小规模集成电路。
1.1.2计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。
于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。
到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件—运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。
到1974年微处理器被应用于数控系统。
这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。
而且当时的小型机可靠性也不理想。
早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。
由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。
到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。
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。
C6140C1普通车床的数控化改造设计
四、改造效果分析
四、改造效果分析
经过数控化改造后，C6140普通车床可以显著提升加工精度和效率。首先，数 控系统的精确控制使得加工精度得到了大幅提高，有效避免了人为误差和经验误 差。其次，数控化改造使得车床自动化程度提高，减少了人工干预和调整的时间， 从而提高了生产效率。此外，改造后的车床可以适应多种复杂零件的加工需求， 拓展了车床的应用范围。
二、数控化改造方案
针对普通车床的不足，我们可以采取以下数控化改造方案： 1、硬件方面：将车床主轴、进给系统、传动系统等进行升级，提高车床的刚 性和稳定性。同时，安装数控系统所需的硬件设备，如数控装置、伺服电机等。
二、数控化改造方案
2、软件方ห้องสมุดไป่ตู้：采用先进的数控编程软件，如Mastercam、SolidWorks等，对 加工零件进行精确的三维建模和编程。此外，操作界面改为数字化显示，方便工 人进行参数调整和程序选择。
3、控制模块：基于数控系统和专用软件，实现对车床的精确运动控 制以及加工过程的实时监控。
3、经济效益：经过数控化改造后，C6140C1普通车床在降低生产成本的同时， 提高了加工效率和产品质量。改造后的车床为企业带来了显著的经济效益。
参考内容
内容摘要
随着科技的不断发展，制造业正在快速变革，向着更高精度、更高效率的目 标迈进。在这个过程中，普通车床的数控化改造成为了制造业转型升级的重要手 段。本次演示将介绍C6140普通车床数控化改造的背景和意义，分析普通车床的 不足，提出数控化改造方案，并举例说明编程方式及改造效果。
C6140C1普通车床的数控 化改造设计
01 引言
03 设计思路
目录
02 需求分析 04 参考内容
引言
引言
C6140普通车床改造
=0.0077mm
因施加预紧力，故
根据以上计算：
（6）、稳定性校核
滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。
2、横向进给丝杠
（1）、计算进给牵引力
横向导轨为燕尾型，计算如下：
（2）、计算最大动负载C
5）初选步进电机型号
根据估算出的最大静转矩Tjmax在表2-23中查出130BF001最大静转矩为931N.cm>Tjmax可以满足要求，但考虑到此经济型数控车床有可能使用较大的切削用量，选稍大转矩的步进电机，以留有一定的余量。另一方面，与国内同类型机床进行类比，决定选用150BF002步进电机。但从表中看出，150BF002步进电机最高空载起动频率为2800HZ不能满足fk(4000HZ)要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件升降速程序来解决。
2、横向进给步进电机
（1）初选步进电机
1）计算步进电机负载转矩
式中 —脉冲当量（mm/step）；
—进给牵引力(N);
—步距角，初选双拍为0.75°
—电机-丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99和0.94。
（2）校核步进电机转矩
1）等效惯量计算
计算简图，根据综合指导作业书表3-24，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量 （kg.cm2）可由下式计算：
式中 —步进电机转子转动惯量（kg.cm2）；
、 —齿轮Z1、Z2的转动惯量（kg.cm2）；
—滚珠丝杠转动惯量（kg.cm2）；
参考同类机床,初选反应式步进电机150BF002，其转子转惯量 =10kg.cm2
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L=
C=
（3）、选择滚珠丝杠螺母副
查阅《实用数控机床技术手册》，可采用W1L2005 1列3.5圈，其型号为W1L2005—3.5×1/ELH
（4）、传动效率计算
（5）、刚度验算
横向进给丝杠支承方式如图所示，最大牵引力为2417.2N,则在此力下引起
每一导程的变化量 为
1）丝杠的拉伸或压缩变形量 为：
16.788
接触直径
dz
36.0355
16.835
螺母
螺纹直径
D
44.016
23.212
内径
D1
40.7938
20.635
（三）齿轮传动比计算
1、纵向进给齿轮箱传动比计算
已确定纵向进给脉冲当量 ，滚珠丝杠导程 =6mm,初选步距角0.75，可计算出传动比 ：
可选定齿轮齿数为：
2、横向进给齿轮箱传动比计算
f ——滑动导轨摩擦系数：f 取0.16；
G——溜板及刀架重力，取1400N。
（2）、计算最大动负载C
式中 ——滚珠丝杠导程，初选6mm;
—最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的1/2～1/3，此处VS为0.5m/min;
—使用寿命，按15000h;
——运转系数，按一般运转取1.2～1.5，取1.4；
—摩擦角取10＇滚动摩擦系数0.003～0.004
η= = =0.94
（5）、刚度验算
先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，最大牵引力为2572.3N，则在此力下引起每一导程的变化量ΔL为：
—滚珠丝杠的导程
——材料的弹性模量
——滚珠丝杠截面积
1）丝杠的拉伸或压缩变形 为
δ1= ×L= ×1600=1.6×10-2mm
2、横向进给步进电机
（1）初选步进电机
1）计算步进电机负载转矩
式中 —脉冲当量（mm/step）；
—进给牵引力(N);
—步距角，初选双拍为0.75°
—电机-丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99和0.94。
C6140普通车床改造
摘要：
本文系统阐述了对C6140普通车床改造成经济数控车床设计的主要内容，包括项目改造的意义，改造内容，改造技术参数，机床进给伺服系统机械部分设计计算，数控系统硬件电路设计，电气原理设计等。
C6140车床改造成的经济性数控机床，采用MCS-51系列单片机控制，采用开环伺服系统，步进电机作驱动元件，系统的定位精度一般可达到 ±0.005至0.01mm，已能满足一般通用数控机床的加工要求和普通车床改造后加工零件的要求。
步进电机
相数
三相
四相
五相
六相
拍数
3
6
4
8
5
10
6
12
0.5
0.866
0.707
0.707
0.809
0.951
0.866
0.866
4)步进电机运行频率fe和最高起动频率fk(HZ)
式中 —最大脉冲当量（m/min），本例为0.5m/min；
—最大快移速度（m/min）,本例为2.4m/min；
—脉冲当量，取0.01mm/step。
2）滚珠与螺纹滚道间接触变形
查综合作业指导书图3-6以W系列1列3.5圈滚珠螺纹滚道接触变形量 为 =7.5µm
因进行了预紧
3)支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形
采用8102推力球轴承，dQ=4.763 z=12 d=15
考虑到进行了预紧,故
综合以上几项变形量之和：
的要求,应采取相应的措施修改设计,因横向进给定位精度应为纵向进给定位精度的 ,应为0.011175小于机床定位精度.
（6）、稳定性校核
计算临界负载FK(N)
式中E－材料弹性模量(N/cm2),钢为20.6×106N/cm2;
I－截面惯性距(cm4)，对于丝杠为 (d1为丝杠内径)；
L－丝杠两支承端距离(cm);
fZ－丝杠支承方式系数，从综合指导作业书表3.15中查出一端固定、一端简支fz为2.00.
一般[nk]=2.5～4
40
20
25
分度圆
64
80
48
80
40
50
齿顶圆
68
84
52
844454齿圆597543
75
35
45
齿宽
20
20
20
20
20
20
中心距
72
64
45
（四）步进电机的计算和选型
1、纵向进给步进电机
（1）、初选步进电机
1）计算步进电机负载转矩Tm
式中 —脉冲当量（mm/step）；
Fm——进给牵引力（N）；
此滚珠丝杠不会产生失稳.
3、纵向及横向滚珠丝杠副几何参数见下表：
参数名称
符
号
关系式
W1L4006
W1L2005
螺纹
滚道
公称直径
40
20
导程
6
5
接触角
ß
钢球直径
3.969
3.175
滚道法面半径
R
2.064
1.651
偏心距
e
0.056
0.045
螺纹升角
=arctan
螺杆
外径
d
39
19.4
内径
d1
35.984
—寿命以106转为1单位。
n= = =41.67r/min;-
L= = =37.5
（3）、滚珠丝杠螺母副的选型
查阅《实用数控机床技术手册》，可采用W1L4006外循环螺纹调整预紧的双螺珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动载荷为16400N，精度等级按表3—17选为3级。
（4）、传动效率计算
η=
式中γ—螺旋升角，W1L4006γ=2044＇
最大加工直径：在床面上φ400mm
在床鞍上φ210mm
加工最大长度：1000mm
溜板及刀架重量：纵向1400N
横向800N
刀架快移速度：纵向2.4m/min
横向1.2m/min
最大进给速度：纵向0.5m/min
横向0.25m/min
主电机功率：7.5kw
起动加速时间：30ms
最小指令值：纵向0.01mm/脉冲
参考文献·································································22
一、C6140车床技术参数
将一台CA6140普通车床改造成经济型微机数控车床，采用MCS—51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，设计参数如下：
折算到电机轴上的摩擦转矩
—导轨的摩擦力（N）；
—运动部件的总重量（N）；
—导轨摩擦系数；
—齿轮降速比；
—传动链总效率，一般取0.7 0.85。
附加摩擦转矩
式中 —滚珠丝杠预加负荷，一般取 ， 为进给牵引力（N）；
—滚珠丝杠预紧时的传动效率，一般取 0.9；
所以
b、快速移动时所需转矩
c、最大切削负载时所需转矩
G=1400N
代入上式：
考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。
基本满足惯量匹配的要求。
2）电机转矩计算
机床在不同的工况下，其所需转矩不同，下面分别按各阶段计算：
a、快速空载起动转矩M
在快速空载起动阶段，加速转矩占的比例最大，具体计算公式如下：
将前面数据代入，式中各符号意义同前。
起动加速时间ta=30ms
采用8107型推力球轴承，d1=35mmm滚动体直径dQ=6.35mm,滚动体数量z=18,
=0.0077mm
因施加预紧力，故
根据以上计算：
（6）、稳定性校核
滚珠丝杠两端采用推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。
2、横向进给丝杠
（1）、计算进给牵引力
横向导轨为燕尾型，计算如下：
（2）、计算最大动负载C
（四）、步进电机的计算和选型··············································11
三、自动换刀机构·····················································20
总结······································································21
已确定横向进给脉冲当量 =0.005mm/step,滚珠丝杠导程 =5mm,初选步进电机步距角0.75°可计算传动比 :
考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程，故此处可采用两极齿轮降速：
则 , , ,
因进给运动齿轮受力不大,模数为2.有关参数请参照下表
齿数
Z
32
40
24
—步距角,初选双拍制为0.75°；
—电机一丝杠的传动效率，为齿轮、轴承、丝杠效率之积，分别为0.98、0.99、0.99和0.94。
2）估算步进电机起动转矩
3）计算最大静转矩Tjmax
查表3-22，如取五相十拍时，则步进电机启动转矩和最大静转矩的关系如下表
最大静转矩Tjmax与启动转矩的关系如下表，Tjmax和步进电机通电方式有关。
（一）、计算切削力·························································4
（二）、滚珠丝杠螺母副的设计，计算和选型·································4
（三）、齿轮传动比的计算··················································10