普通CA6140车床的经济型数控改造
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。
CA6140普通车床经济型数控改造设计
优秀设计XXXX大学毕业设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：CA6140普通车床经济型数控改造设计指导教师：职称:职称:20**年XX月XX日毕业设计（论文）任务书注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。
另，学生所做毕业设计(论文)的工作的研究成果归河北理工大学所有，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。
目录摘要 (6)Abstract (7)1绪论 (8)1.1引言 (8)1.2机床数控改造的目的 (9)1.3数控系统的产生和发 (10)1.3.1数控系统的出现和发展 (10)1.3.2数控系统的发展趋势 (11)1.4数控改造的必要性 (11)1.5数控机床改造的优点 (12)1.6数控机床改造的设计步骤 (13)1.7 CA6140的数控改造 (14)1.7.1数控系统的选择 (14)1.7.2 CPU和存储器 (15)1.7.3 I/O接口电路 (16)1.7.4其它部件的选择 (16)2数据参数的选择及其计算 (18)2.1纵向进给系统得设计计算（装配图2） (18)2.1.1选择脉冲当量： (18)2.1.2计算切削力： (18)2.1.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型： (20)2.1.4齿轮及转距的有关计算： (21)2.2横向进给系统的设计计算： (23)2.2.1切削力计算： (24)2.2.2滚珠丝杠设计计算： (24)2.2.3齿轮及设计的有关计算： (26)2.2.3步进电机的选择： (27)2.3自动刀架的设计 (29)2.3.1刀架的抬起： (29)2.3.2刀架的回转和选位 (29)2.3.2刀架的下降定位和压紧 (30)2.3.3减速机构的设计计算 (31)2.3.3蜗杆传动的设计计算 (34)2.3.4螺旋升降装置得设计计算 (38)3数控系统硬件电路设计 (43)3.1概述 (43)3.2 8088微处理器控制系统设计 (44)3.2.1主要技术特性及硬件配置 (44)3.2.2存储空间的分配 (44)3.2.3I/O地址分配 (44)3.2.4单片机部分电路设计图如图纸所示 (44)3.2.5光电隔离电路 (44)3.2.6功率放大电路 (45)3.2.7其他辅助电路 (46)4软件设计部分 (47)4.1概述 (47)4.2总体方案设计 (47)4.3插补方法的确定 (48)4.4进给控制字FCW的设置 (50)4.5环行分配器的子程序 (50)附录Ⅰ (51)附录Ⅱ (57)致谢 (62)参考文献 (63)摘要近20年来.我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。
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；
CA6140车床经济型数控改造
CA6140车床经济型数控改造摘要:了解数控机床的概念，所谓数字控制是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。
而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。
它的优点很多,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。
由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。
为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。
纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座,配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾,不占据丝杠空间。
横向进给机构的改造：拆除横向丝杠换上滚珠丝杠,由步进电机带动。
总体设计方案:CA6140车床主轴转速部分保留圆机床的手动变速功能。
车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动。
最后,根据已知条件对纵向横向伺服进给机构进行设计与计算。
关键词:数控、车床、改造Abstract:Numerical Control (NC) is any machining process in which the operations are executed automaticallu in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under computer supervision, it is called Computer Numerical Control (CNC).CNC machines have many advantages over conventional machines. For example, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite expensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The reformation of the vertical mechanism: we demolish the current smooth leading, leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevant position. The reformation of the horizontal mechanism: we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And Stepper motor drives the screw. The overall master design: the spindle’s gearshift of the CA6140 mechanism controlled by the former operating lever. The moving of the vertical table and the horizontal table is drove by theball screw, which is drove by the Stepper motors. The last, we design the vertical and horizontal mechanism on the basis of known numbers.Key word: Numerical Control、machining、information前言数控机床经济型改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。
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车床经济型数控改装的计划
(1)纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。 (2)纵向和横向步进电机的选择。 (3)主轴交流伺服电机的选择与校核。 (4)其他元件的选择。
1.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题
(1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。
1.2 机床改造的内容及意义
1.2.1 研究意义
1
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
机械机床毕业设计15CA6140型车床的经济型数控改造设计正文
机械机床毕业设计15CA6140型车床的经济型数控改造设计正文一、引言数控技术在机械制造行业的应用越来越广泛，数控机床相比传统机床具有高精度、高效率和稳定性好等优点。
为了提高15CA6140型车床的加工精度和生产效率，本文设计了一种经济型数控改造方案。
二、数控改造方案1.系统结构2.数控系统选型数控控制器选用市场上常见的高性价比控制器，如FANUC、SIMENS等。
驱动器选用与数控控制器兼容的驱动器。
运动系统选用与机床匹配的直线导轨和滚珠丝杠。
3.前置设备安装为了实现数控操作，需要在车床上安装前置设备，包括电机、编码器和传感器等。
电机用于驱动车床主轴和各个运动轴，编码器用于测量位置信息，传感器用于检测工件和刀具的状态。
4.软件开发本方案采用开发软件对数控系统进行编程和操作。
根据机床的运动特性和加工要求，编写数控程序，实现各轴的运动控制和工件加工。
三、经济性分析数控改造的经济性分析是评估改造方案是否可行的重要环节。
首先，对改造前后的成本进行对比。
改造前需要购买数控系统设备和前置设备，改造后需要进行编程和人工操作。
然后，对改造后的效益进行估算。
改造后的车床可以实现高精度加工和连续生产，一台数控车床可以替代多台传统车床，减少设备投资和人力成本。
最后，通过经济指标分析，如投资回收期、财务内部收益率等，评估改造方案的经济效益。
四、实施建议根据经济性分析结果，结合实际情况，提出以下实施建议：1.在购买数控系统设备时，选择性价比较高的设备，确保性能和价格的平衡。
2.在编写数控程序时，根据实际加工要求，合理设置加工参数，提高加工效率和加工精度。
3.在改造过程中，加强人员培训，提高操作人员的技术水平，充分发挥数控系统的性能。
结论本文设计了一种经济型数控改造方案，以提高15CA6140型车床的加工精度和生产效率。
经过经济性分析和实施建议，证明了该方案具有可行性和经济性。
数控改造能够使机械机床适应现代制造的需求，是提高机械制造水平的重要手段和途径。
C6140车床数控化改造课程设计
把 普 通 车 床 C6140 改 造 成 经 济 型 数 控 车 床 。主 要 的 任 务 要 求 如 下所列：
（1）床身上最大加工直径 400mm; （2） 最大加工长度 1000mm；
（ 3 ） X 方 向（ 横 向 ）的 脉 冲 当 量 0.005mm /脉冲，Z 方 向（ 纵 向 ）
3.2 安装电动卡盘
数控化改装的要求就是提高加工效率，同时使车床的操作简单 方 便 ，因 此 工 件 的 定 位 选 用 电 动 卡 盘 ，而 KD11250 型 电 动 三 爪 自 定 心卡盘就可以很好的实现这个要求。卡盘的控制由数控系统完成。
3.3 换装自动回转刀架
考虑到车床的加工精度和自动化程度，如果安装自动回转刀架 可以完成一次装夹多道工序，则会满足以上的要求。因此将原有的 刀 架 换成 自 动 回 转 刀 架 ，刀 架 选 用 LD4B-CK6140 型 四 工 位 立式 电 动刀架。刀架的自动换刀由相应的数控系统完成。
第四节 进给传动部件的计算和选型
纵 、横 向 进 给 传 动 部 件 的 计 算 和 选 型 主 要 包 括 ：确 定 脉 冲 当 量 、 计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机 等。
4.1 脉冲当量的确定
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的轨型元
件 。对 于 每 一 个 电 脉 冲 ，步 进 电 机 都 将 产 生 一 个 恒 定 的 步 进 角 位 移 ，
长 期 以 来 ，我 国 的 数 控 系 统 为 传 统 的 封 闭 式 体 系 结 构 ，C N C只 能 作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数 形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及 自 动 编 程 系 统 进 行 编 制 。CAD/CAM和 C N C之 间 没 有 反 馈 控 制 环 节 ， 整 个 制 造 过 程 中 C N C只 是 一 个 封 闭 式 的 开 环 执 行 机 构 。 在 复 杂 环 境 以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、 进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无 法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通 过 反 馈 控 制 环 节 随 机 修 正 CAD/CAM中 的 设 定 量 ， 因 而 影 响 CN C的 工 作 效 率 和 产 品 加 工 质 量 。 由 此 可 见 ， 传 统 CNC系 统 的 这 种 固 定 程 序 控 制 模 式 和 封 闭 式 体 系 结 构 ，限 制 了 C N C向 多 变 量 智 能 化 控 制 发 展 ， 已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必 行。
CA6140普通车床的数控化改造
摘要随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经成为衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。
采用经济型数控系统对普通机床进行数控化改造，尤其适合我国普通机床拥有量大，生产规模小的具体国情。
机电一体化技术涉及机械、电子、以及控制等多门学科，是现代工业最主要的基础技术和核心技术之一，是衡量一个国家机械装备发展水平的重要标志。
虽然这门学科还正处于发展阶段，许多理论还处于研究和完善阶段，但是它代表着机械工业技术革命的前沿方向，是综合国力的又一具体体现。
因此，我们应该重视该学科的研究，并大力发展这门学科，逐渐缩小与日美等发达国家的差距。
本次设计是对CA6140普通车床的数控化改造。
在国内，盛行普通车床改造成数控车床，此设计就是针对着这以目的而设计的，这就降低了生产成本，缩短了工业化的进程，同时为广大的生产厂家所接受。
此设计主要是结合国内的具体国情，针对于广大的用户所设计的。
远远比不上那些外国的设备所达到的精度。
当然，时代在发展，随着我国的正和国力迅速攀升，在不久的将来那些精度要求比较高的数控设备一定出现在中国的大部分企业中。
关键字：数控改造机电一体化国情学科研究AbstractAlong with the science technical fast fierce development, number's controling tool machine has already become the important marking which measures a national machine manufacture industry level.Adopt the economic number controls system to carry on a number to control to turn a reformation to the common tool machine, particularly in keeping with our country the common tool machine own to have great capacity, the small concrete state of the nation of the production scale.The machine electricity integral whole turns a technique to involve a machine, electronics, and control etc. several academicses, is one of the foundation technique and core techniques of modern and industrial most, is the important marking which measures a national development level of the machine material.Although this academics is still be placed in a development a stage, many orieses are still placed in research and perfect stage, it represents the machine industrial technique revolution of ex- follow a direction, is comprehensive another concrete body of national strength now.Therefore, we should value the research of that academics, and strongly develop this academics, contract to wait with day the United States gradually flourishing nation of margin.This design is to control to turn a reformation to the number of CA6140 common lather.At the domestic, the widely accepted common lather reforms into a number to control lather, this design is to aim at this with the purpose but design of, this lowered production cost and shortenned industrialization of the progress is a large production factory in the meantime, house accept.This design is mainly to combine local concrete state of the nation and aim at at what large customer design.Far and far can not compare with the accuracy that the equipments of those foreign countries attain.Certainly, the ages is in the development, along with our country of positive with the nationalstrength quickly increase, in the near future those greatly parts of business enterprises that the accuracy requests higher number to control an equipments and must appear in China in.Key word:The number controls a reformation The machine electricity integral whole turn State of the nation The academics study目录绪论 (1)1.数控机床的基本知识 (2)1.1数控机床的发展趋势 (2)1.2数控机床的组成 (4)1.3机床的运动性能指标 (5)1.4数控机床机械结构的组成、特点 (5)1.5数控机床主传动系统的特点及其要求 (7)2总体方案设计 (10)2.1设计任务 102.2.总体方案确定 102.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择 102.2.2计算机系统 102.2.3机械传动方式 113 电机的选择和脉冲当量的选择 (11)3.1确定系统脉冲当量 113.2电机的选择 123.2.1纵向进给步进电机的计算 123.2.2横向进给步进电机的计算 124. 导轨的设计 (13)4.1滚动导轨的优点134.2选择滚动导轨的结构形式134.3滚动导轨预紧方式的确定134.4滚动导轨几何参数的确定144.4.1滚动体尺寸和数目的选择144.4.2滚动导轨的长度144.5塑料导轨的应用154.6贴塑导轨155. 纵、横向自动走刀机床进给伺服系统机械部分的设计 155.1设计任务 155.2总体设计的方案确定 155.3 纵向自动走刀机床进给伺服系统机械部分的设计 165.3.1切削力计算175.3.2 滚珠丝杠设计计算175.3.3齿轮及转矩的有关计算：195.4横向自动走刀机床进给伺服系统机械部分的设计 215.4.1切削力计算215.4.2 滚珠丝杠设计计算215.4.3齿轮及转矩的有关计算：246 微机数控系统硬件电路的设计 (25)6.1控制系统的功能256.2采用软件环形分配器266.3.自动回转刀架的控制266.4.螺纹加工的控制 266.5地址编码 267. 安装 (27)7.1纵向进给系统安装 277.2 横向进给系统安装 277.3 刀架安装 277.4 数控系统箱安装 277.5 编码器安装 278. 结论 (28)9. 致谢 (29)10. 参考文献 (30)附图一CA6140纵向伺服进给单元装配图附图二CA6140横向伺服进给单元装配图附图三CA6140机床电气控制原理图绪论普通机床数控化改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。
CA6140车床经济型数控改造设计
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。
为此，本例中采用旧床身淬火并贴膜。
(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AbstractEconomical NC transformation of general machine tools are mainly on the premise of the reasonable selection of NC system, and then to ordinary lathe mechanical transformation of appropriate, transformation of the content mainly includes:(1) the transformation, so that the machine has good precision retentivity, except as far as possible to reduce electrical and mechanical fault at the same time, should give full consideration to the wear resistance of the machine parts, especially the machine tool guide. Therefore, in this case using the old lathe bed quenching and film.(2) the transformation, the object is direct numerical control system, so the reform is particularly important. This is among the most prominent point is the selection of ball screw instead of rolling screw, improve the transmission of sensitivity and lower power stepping motor torque loss.(3) reconstruction of the gearbox, due to the numerical control system, so the input and output shaft and gear design, and then on the transformation.(4) the transformation of the turret, CNC turret, which can be directly controlled by CNC system, and the tool has the advantages of small volume, high repetitive positioning accuracy, safe and reliable.Through the transformation of the machine tool and according to the requirements of the stepping motor as driving device, so that after the transformation of the machine tool can meet the requirements of modern processing.Keywords: Transformation of NC lathe into economic step motor control system目录1.前言 (1)2.设计总体要求及相关已知条件介绍 (2)2.1设计总体要求 (2)2.2相关已知条件 (2)3.切削力的计算与分析 (3)3.1切削力的分析与计算 (3)4.机床主电机功率计算 (4)4.1主轴的变速范围 (4)4.2主轴的电机校核 (4)5.进给伺服系统传动方案的设计\对比分析 (4)5.1减速箱体的设计 (4)6.滚珠丝杠螺母副的设计\计算与选型 (5)6.1型号的选择 (5)6.2滚珠丝杠的计算 (6)7.导轨的计算及选型 (7)8.步进电机的计算及选用 (8)8.1纵向步进电机的选择 (8)8.2横向步进电机的选择 (12)9.设计小结 (18)10.参考文献 (19)致谢 (20)1.前言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。
(完整word版)CA6140普通车床纵向进给系统的数控化改造(经济型)(20200807162232)
目录目录............................................................................ 1...一、设计任务书.................................................................. 2...二、设计要求.................................................................... 5...2.1 总体方案设计要求....................................................... 5..三、机械部分的改造设计和计算.................................................... 7..3.1 进给系统机械结构改造设计............................................... 7..3.2 纵向进给伺服系统机械部分的计算与选型................................... 7.3.2.1、传动计算....................................................... 8..3.2.2、切削力计算..................................................... 8..3.2.3、滚珠丝杠设计计算............................................... 8..3.2.4、交流伺服电机的选择............................................ 1..03.3 横向进给伺服系统机械部分的计算与选型.................................. 1. 23.3.1、传动计算....................................................................... 1..23.3.2、切削力计算....................................................................... 1..23.3.3、滚珠丝杠设计计算.............................................. 1..23.3.4、交流伺服电机的选择............................................ 1..4四、单片机型数控系统硬件电路设计............................................... 1..74.1 设计内容1..7.4.2 控制系统的功能要求1..74.3 硬件电路的组成：1..84.4 选择电气元件及电路设计................................................ 1..84.4.1 微机机型和扩展存储器的选择...................................... 1.84.4.2 确定I/O 接口2..04.4.3 键盘接口设计2..04.4.4 步进电机驱动电路设计........................................... 2..14.4.5 其它辅助电路设计............................................... 2..1五、系统控制软件的设计....................................................... 2..35.1 系统控制软件的主要内容............................................ 2.35.2 软件设计2..3.5.2.1 系统控制功能分析 ............................................... 2..35.2.2 系统管理程序控制............................................... 2..45.2.3 交流伺服电机控制子程序设计...................................... 2.45.2.4 编语言程序设计................................................. 2..6六、心得体会................................................................................ 3..0.七、参考文献................................................................................ 3..1 .亠、设计任务书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：V快=3m/min6. 快速进给速度：V进=1m / min7. 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。
CA6140普通车床改为经济型数控车床纵向进给系统设计及进给系统的润滑设计
摘要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。
而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。
这已经越来越制约着当今工业的发展。
而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。
所以对机床进行自动化改造很是必要。
本篇论文是在对普通卧式车床C6140的基础上对其进行自动化改造。
作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。
整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。
整个控制系统以单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。
关键词：机床改造；自动化机床；控制系统ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words:Machinery Tool Reform；Lathes automatic；Servo system目录第1章绪论........................................错误！未定义书签。
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普通车床的数控化改造[0008]
![CA6140普通车床的数控化改造[0008]](https://img.taocdn.com/s3/m/c288a6faf705cc175527095b.png)
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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。
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 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.Key Words: General purpose lathe, Numerical control(NC),Reform目录┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章前言--------------------------------------------- 5 §1.1 问题的提出---------------------------------------- 5 §1.1.1国内外数控系统发展概况------------------------- 5 §1.1.2国内外数控技术发展趋势------------------------- 6 §1.1.3智能化新一代PCNC数控系统---------------------- 6 §1.2 普通机床数控改造的经济性评价---------------------- 7 §1.2.1微观看改造的必要性----------------------------- 7 §1.2.2宏观看改造的必要性----------------------------- 8 §1.3 普通机床数控化改造市场---------------------------- 8 §1.3.1改造的市场 ------------------------------------ 8 §1.3.2进口设备和生产线的数控化改造市场--------------- 9 第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计要求--------- 9 §2.1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------------------ 13§3.1 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----------------- 14 §3.2.1确定系统的脉冲当量---------------------------- 15 §3.2.2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 ----------- 18 §3.3.1横向进给系统的设计计算------------------------ 19 §3.3.2 滚珠丝杠设计计算----------------------------- 20 §3.3.3 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----------------------- 25 §3.6.1 采用减速箱的目的及注意事项------------------- 25┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊§3.6.2 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 ------------------- 25 §4.1 步进电机的工作方式------------------------------- 26 §4.2 步进电机的选择----------------------------------- 26 §4.2.1 步进电机选用的基本原则----------------------- 26 §4.2.2 CA6140纵向进给系统步进电机的确定------------- 27 §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------------------------------ 28 §5.1 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-------------- 29 §6.1 数控车床及数控系统概述--------------------------- 29 §6.1.1 机床主机------------------------------------- 30 §4.1.2 驱动装置------------------------------------- 30 §4.1.3 辅助装置------------------------------------- 30 §4.1.4 数控装置系统--------------------------------- 31 §4.1.5 编程装置------------------------------------- 31 §6.2 微机控制系统硬件电路设计------------------------- 31 §6.2.1控制系统的功能要求---------------------------- 31 §6.2.2硬件电路的组成------------------------------- 31 §6.3 单板控制系统的设计------------------------------- 32 §6.3.1 硬件配置------------------------------------- 32 §6.3.2 贮存器空间分配------------------------------- 32 §6.3.3 I/O口地址分配-------------------------------- 32 §6.3.4 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------------------------------- 34 §6.5.1 程序存储器的扩展----------------------------- 34 §6.5.2 数据存储器的扩展----------------------------- 34┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊§6.6 译码电路设计------------------------------------- 38 §6.7 其他辅助电路设计设计----------------------------- 38 §6.7.1 8031的时钟电路单片机的时钟的产生方式--------- 38 §6.7.2 复位电路------------------------------------- 40 §6.7.3 越界报警电路--------------------------------- 40 §6.7.4 掉电保护电路--------------------------------- 41第七章安装调整中应注意的问题------------------------- 42 §7.1 滚珠丝杠螺母副的选择--------------------------- 42 §7.2 滚珠丝杠螺母副的调整--------------------------- 42 §7.3 联轴器的安装----------------------------------- 42 §7.4 主轴脉冲发生器的安装--------------------------- 42 第八章结束语------------------------------------------ 42 参考文献----------------------------------------------- 43 致谢--------------------------------------------------- 44第一章前言┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊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。
普通CA6140车床的经济型数控改造
图书分类号：__密级：毕业设计(论文) 普通CA6140车床的经济型数控改造学生姓名学院名称机电学院专业名称数控技术指导教师2010年5月22日摘要我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。
这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。
普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形式下将大批故障机床尤其是一大批闲置的普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这批设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。
关键字：普通车床;数控改造;步进电机;数控刀架目录1绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2数控机床的基本结构及工作原理 (1)1.2.1输入装置 (1)1.2.2数控装置 (1)1.2.3驱动装置和检测装置 (2)1.2.4辅助控制装置 (2)2普通CA6140车床数控改造总体方案的设计 (3)2.1数控系统的选择设计 (3)2.2主传动系统的改造设计 (3)2.3伺服系统的改造设计 (3)2.3.1控制方式类型选择 (3)2.3.2伺服进给机构的改造 (4)2.3.3步进电动机的选用 (4)2.3.4丝杠螺母副 (4)2.3.5机床导轨改造 (5)2.4自动转位刀架的选择设计 (5)3控系统的选择 (6)3.1概述 (6)3.1.1主控制器 (6)3.1.2 可编程接口芯片8155 (6)3.2计算机数控（CNC）系统简介 (7)3.2.1中央处理单元（CNC）和总线(BUS) (7)3.2.3输入/输出（I/O）接口电路及相应外部设备 (8)3.3数控系统硬件部分设计 (9)3.3.1 CNC系统的硬件结构 (9)3.4数控系统软件部分设计 (12)3.4.1概述 (12)3.4.3接口电路设计 (15)3.5光电隔离电路 (16)4主传动部分改造与设计 (18)4.1 概述 (18)4.2与普通机床比较，数控机床主传动系统具有以下特点 (19)4.3 数控机床主传动系统的设计要求 (19)4.4主传动部分改造设计计算 (19)4.4.1切削力参数的确定 (19)4.4.2确定变速级数Z和公比Q (20)4.4.3 主轴参数计算 (22)4.4.4分段无级变速传动方案确定 (23)4.4.5主轴编码器的选择和安装 (24)5伺服系统的改造设计 (26)5.1 概述 (26)5.2伺服进给系统的基本要求： (26)5.3 伺服进给系统结构 (26)5.4控制方式类型选择 (27)5.5伺服进给机构的设计内容和设计计算 (27)5.5.1纵向进给系统改造与计算 (28)5.5.2横向进给系统的设计计算与选型 (32)5.5.3机床导轨 (32)6自动回转刀架的选择设计 (34)6.1概述 (34)6.2数控车床刀架的选用 (34)6.3自动回转刀架的工作原理 (35)6.3.1刀架的安装 (36)参考文献 (38)结论 (39)致谢 (40)1 绪论1.1 引言我国是拥有300 多万台机床的国家,而这些机床又大量是多年积累的通用机床,自动化程度低,要想在几年内用自动化和精密设计更新现有机床。
机电一体化系统设计课程设计报告车床经济型数控改装设计
《机电一体化系统设计》课程设计题目一一、任务分析1．设计题目：CA6140车床经济型数控改装设计2．设计内容与要求：将CA6140普通车床改造成经济型数控车床。
要求该车床具有切削螺纹的功能，纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。
系统分辨率纵向：0.01mm，横向：0.005mm。
设计参数如下：最大加工直径：在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工长度：1000mm快进速度纵向 2.4m/min横行 1.2m/min最大切削进给速度纵向0.5m/min横行0.25m/min代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数 2最小指令值纵向0.01mm/pulse横行0.005mm/pulse刀具补偿量0~99.99mm进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横行0.075mm自动升降速性能有二、总体方案设计接到数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分机械部分和电气部分进行设计计算。
现以机电一体化的典型产品经济型数控机床为例，分析总体方案的拟定的内容和应该考虑的问题。
机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：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，微型计算机数控系统的选择、设计等。
应根据毕业设计任务书及要求提出系统总体方案，对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案。
1．总体设计方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在考虑总体设计方案时，应遵守的基本原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改造应尽可能少，以降低成本。
1)数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续（轮廓）控制系统。
由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控（MNC）系统采用连续控制系统。
2)伺服进给系统的选择数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。
采用直流或交流伺服电机驱动的闭环控制方案的优点是可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差、传动间隙及干扰等对加工精度的影响。
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。
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1 绪论
数控机床与普通机床相比,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、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量 和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（1） 数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（2）目前， 各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机 床闲置起来又会造成浪费；（3）在国，订购新数控机床的交货周期一般较长，往 往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。
64 0.028---6.33mm/r 64 0.014---3.16mm/r
滑板行程
横向 纵向
刀架
最大行程 最大回转角 刀杠支承面至中心的距离 刀杠截面 B×H
尾座
顶尖套莫氏锥度 横向最大移动量
..
..
320mm 650;900;1400;1900mm
普通车床（如 C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。 普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进 给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手 工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运 动不能联动，切削次序也由人工控制。
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2 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。
（1）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功
能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系
统。
（2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应
图（3）经济性数控车床进给伺服系统方案框图
2.2 设计参数
设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。
现列出 CA6140 卧式车床的技术数据：
名称
技术参数
在床身上
工件最大直径 在刀架上
400mm 210mm
..
..
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顶尖间最大距离 宋制螺纹 mm
加工螺纹围 英制螺纹 t/m 模数螺纹 mm 径节螺纹 t/m
总体方案设计图如下图（2）所示：
进给伺服系统总体方案方框图如图（3）所示：
..
..
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加电机 变速箱 工件
车床
计算机
磁带
控制计算机 功率放大器
变速箱
步进电机
图（2）数控车床改造的总体方案示意图
微 机
Z向
光
功
电
率
步进
隔
放
电机
离
大
X向
光
功
电
率
步进
隔
放
电机
离
大
床鞍及拖板 中拖板
要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。普通机床的改造就是在 普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工 工艺目标。这一工作早在 20 世纪 60 年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经 营这门业务。目前，国外已发展成为一个新兴产业部门，从美国、日本等工业化 国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有 26%的机床 经过数控化改造，中小企业则达 74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地 提供数控化改造业务。中国是拥有 300 多万台机床的国家，其部分是多年积累生 产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床， 不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化 改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备 技术改造的主要方向之一。 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。因此，我们必须走数控改造之路。
简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。
（3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经
济型数控机床一般采用 8 位微机。在 8 位微机中，MCS—51 系列单片机具有集成
度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，
可选 MCS—51 系列单片机扩展系统。
主轴
最大通过直径 孔锥度 正转转速级数 正转转速围 反转转速级数 反转转速围
进给量
纵向级数 纵向围 横向级数 横向围
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650;900;1400;1900mm 1---12(20 种)
2---24(20 种) 0.25---3(11 种) 7---96(24 种)
48mm 莫氏 6# 24 10—1400r/min 12 14---1580r/min
（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺
母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。
（7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦
小、传动效
率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副
也应有消除齿侧间隙的机构。
（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。
（4）根据系统的功能要求，微机数控系统中除了 CPU 外，还包括扩展程序存储
器，扩展数据存储器、I/O 接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，
能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电
路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。
（5）设计自动回转刀架及其控制电路。
对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制 的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，
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利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程 中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向 进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并 能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品 种复杂零件的加工。