普通CA6140车床的经济型数控改造
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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
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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
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。
（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。
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：
..
..Baidu Nhomakorabea
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加工工件形状
编程
手工输入
步进电机 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
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。
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
.
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
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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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。
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
（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。
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。
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
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320mm 650;900;1400;1900mm
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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
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。
（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。
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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..Baidu Nhomakorabea
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加工工件形状
编程
手工输入
步进电机 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
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。
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
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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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。
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
（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。
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。