CA6140普通车床数控化改造

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。

本文以普通车床CA6140数控化改造为案例，从普通车床数控改造的经济性

进行评价入手，对数控技术在普通车床CA6140数控化改造应用作了深入研究与探

索，形成相应的技术方案及要点。主要内容为：

1．对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，应用模糊优化设计中的综合

评判原理，确定普通车床数控化改造方案；

2．对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号

选择，步进电机选择等进行了详细研究；

3．对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造

的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号，提出选择方法；

4．根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造

CJK6140．A的数控系统对比分析，形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术

图；

5．为保持切削螺纹的功能，仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型，脉

冲发生器直接与主轴间连接方法，并形成了相应的技术图；

6．拆卸普通机床，甩掉原有进给箱等，对主传动系统的进行大修，滑板贴塑

与铲刮调试，对机床相关部件和参数进行测绘、测量：

7．设计机床防护罩的结构，并绘出相应的零件图和装备图；

8．给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。

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将普通车床CA6140数控化改造，主轴采用有级变速(正转32级、反转16

级)，可实现直线插补、圆弧插补、固定循环、复合循环、恒线速度车削、刀尖半

径自动补偿功能，刀具功能，进给速度功能，并能实现冷却液控制辅助功能和手

动工作方式。零件加工精度(加工误差X向小于0．02m m,Z向小于0．04m m，圆柱度

小于0．01m m)提高，零件加工效率可提升20．30％。

关键词：普通车床，数控，改造

Ⅱ

ablstraet

ABSTRACT

Most enterprises still have large amounts general—purpose machine tools which have longevity of service，low precision,call not adapt to mass production，low

automatization and adaptability,but call 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 lli 曲

efficiency,and call solve problems such as complex structure，hi曲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 updatmg 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 call takes its place in OUr way to a powerful manufacturing country．

The economical efficiency of the reform and the application of NC technology in General purpose lathe CA6 1 40’S numerically controlled reforming is researched in this

paper according to oBr practice of CA6140’s numerically controlled reforming．And the

reforming scheme and main points are formed．The main contents is：

1．The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’S synthesize adjudicate principle．2．The ball screw’S type，assembling，supporting，bearing type，and stepping motor of feeding system is designed．

3．The import and domestic NC systems were compared carefully,brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming．

4．The complete electricity control diagram WaS drawn out according to the result of comparing CA6140’S electricity control system and principle with the reforming CJK6 1 40．A's‘NC system．

5．In order to protect the function of cutting a scl'ew)we carefully studied the impulse regulator and its cormection with the principal axis，and draw out a technique III

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diagram．

6．Disassembled the lathe，throw away the old feeding system，repaired the main driving system，covered plastics on sliding surface，shoveling or scraping and testing，counted or measured the parts of the lathe．

7．Designed the protection cover’s construction,and draw out parts diagrams and assemble diagram．

8．Methods of installing and testing of general purpose lathe’S numerically

controlled reforming were put forward．

Reforming general purpose lathe CA61 40 to a numerically controlled lathe，the main drive adopt step speed change(forward direction 32 kinds，negative direction 1 6

kinds)，and it Can realize line interpolation,circular interpolation，fixed cycle，composite

cycle，invariable line speed turning，tool radius offset，tool function,f-eed function,

cooling fluid control function and jog mode．Manufacturing accuracy are improved(X<0．002m m，Z

IV

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工

作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地

方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明

确的说明并表示谢意。

签名：日期：纩y年r月彩日

关于论文使用授权的说明

本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文

的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁

盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文

的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或

扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)

签名：导师签名：圣釜垂

日期：纱以年r月彩日

1．1问题提出

第一章前言

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。

目前，采用先进的数控机床，已成为我国制造技术发展的总趋势。

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。为此结合我院下达的Ch6140普通车床数控化改造的学院重大科研课

题，拟对我校实习工厂现有50台普通车床进行数控化改造，实现普通车床改造换

代。

1．2普通机床数控化改造经济性评价D1

根据对市场的调研，目前新经济型数控车床，8．5万，台，普通新车床CA6140，

售价3．8万／台，使用寿命8．10年，而已使用了6．8年的旧车床CA6140，估价O．5 万／台，通过改造还可使用4-6年。普通车床CA6140每台数控化改造所需价格大

约3万，数控加工的生产率可提高20．30％。因此需要对普通车床的数控化改造进

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行经济性评价。

设备现代化改造是指应用现代技术成就和先进经验，适应生产的需要，改变

现有设备的结构(包括更换新部件、新装置、新附件等)，改善现有设备的技术性

能，使之全部或局部达到新设备的性能。

设备现代化改造是广义设备更新的一种方式，因此，研究现代化改造的经济

性与设备更新的其他方式相比较。一般情况下，与现代化改造并存的可行方案有：

继续使用旧设备、旧设备大修理、原型设备更换和更新新设备。决策的任务就是

要在各种可行方案中选择设备使用总成本最小的方案。各种方案的设备使用总成

本，根据参考文献【1】，机械工程手册的经济分析，选用下列公式计算：

巴2玄否％，：，(1-1)

巳2玄(疋+否％乃一厶。)(1-2)

c册=麦(k+否n‰。一k_r：『)(1-3)

乞=万1(如+；％，：，)(1-4)

Q。万1(群+善巳。)0-5)

1 乃=南(I-6)

式中：

C∞——旧设备到J年的使用总成本；

C二——原型新设备到j年的使用总成本：

c册——高效率新设备到j年的使用总成本：

c埘——现代化改装后设备到j年的使用总成本；

C玎——大修理后设备到j年的使用总成本：

尾——旧设备继续使用时的劳动生产率系数；

尾——原型新设备的劳动生产率系数；

风——高效率新设备的劳动生产率系数；

2

前言

风——现代化改装后的劳动生产率系数；

历——大修理后的劳动生产率系数；

K。——原型新设备的价值；K。——高效率新设备的价值；

疋——旧设备现代化改装的价值：

K．——设备大修理费用：

C。，——旧设备在j年的使用费用；

C耐——原型新设备在j年的使用费用；

C棚，——高效率新设备在j年的使用费用；

C。，——现代化改装后在j年的使用费用；

C一——大修理后在j年的使用费用：

乙。——原型新设备使用j年后的残值；

￡M——高效率设备使用J年后的残值；

-——第j年的现值系数，i为贴现利率；j——设备使用年限，(j=l，2，3，．．.’n)。比较各种方案的设备使用总成本，取总成本最小的方案。各种方案投资成本

及生产率以及各年使用成本列于表1．1所示：

表1．1 各种更新方案的投资和各年使用费用(万元)

基本劳动生产各年使用费用

序号可行方案

投资力系数1 2 3 4 5 6 7 8 9

旧车床继

1 K=o 80式- 0．25 0．5 0．75 l 1．25 1．5 1．75

2 2．25

续使用

更换为全

2 K=3．5 尼=l 0．0

3 0．07 O．11 0．15 0．19 0．23 0．27 0．3l 0．35

新普通机床

更换为全

3 k=6．5 凡=1．6 0．02 0．0

4 O．06 0．08 0．1 0．12 O．14 0．16 0．18

新数控机床

改装为数

4 蚝=3．2 玩=1．2 O．1 O．18 O．26 O．34 0．42 O．

5 O．58 0．6

6 0．74

控机床

旧机床大

5 墨=1．8 8，躏。9 0．1 0．19 0．28 0．37 0．4

6 0．55 0．64 0．73 0．82

修理

新设备残值厶=k=O．5万元，旧设备残值乞=k=O，利率i=8％

将上表所列数据代入各计算公式得出各种方案逐年使用成本见表1-2：

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表1-2 各种方案逐年设备使用总成本汇总表单位：(万元)

＼

＼专份l 2 3 4 5 6 7 8 9

方赛＼

巳0．33 0．94 1．79 2．84 4．06 5．4I 6．87 8．41 10．02

巳3．59 3．59 3．68 3．79 3．9l 4．06 4．22 4．38 4．56

％ 4．07 4．10 4．13 4．16 4．20 4．25 4．30 4．36 4．41

乞2．74 2．87 3．04 3．25 3．49 3．75 4．04 4．33 4．64

巳2．10 2．28 2．53 2。83 3．18 3．57 3．98 4．42 4．87

注：上表中灰色表格内为该使用年限时各方案中使用总成本最低者。

由以上计算结果，比较各项更新方案中使用总成本最小者为优。如果设备只

使用3年，以继续使用原设备方案为最佳；如果使用4-6年，则对原设备进行大修理的方案为佳；如果设备使用6年以上到8年，则最佳方案是将原旧机床改装为数控化机床；如果使用9年以上，则可更将普通机床更换为全新数控机床为最佳方案。

因此通过以上经济性评价，对使用6．8年的普通车床，将其改造为数控化车床，是比较经济和可行的。

4

第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

第二章CA61 40普通车床数控改造总体方案的设计

2．1设计任务

对CA6140普通车床进行数控化改造的车床能进行生产加工，其加工质量和精

度(误差万≤o．03ram)达到或超过改造前车床出厂时的水平，接近同档次数控车床的水平，数控改造的车床其生产效率、安全性超过改造前普通车床出厂时的水平。2．2数控机床改造的方案设计

2．2．1项目调研

通过到数控机床制造厂家，如：宜宾机床厂、自贡长征机床厂等实地考察，

走访相关专家、技术员，以及网上访问、网上查资料等形式，基本搞清楚了用普通车床改为数控车床的形式、大体技术规范、数控系统与相关配件及零件等种类、型号、性能及大体价格，为方案初步设计及预算创造了条件，并为以后项目实施作亍技术准备。

2．2．2方案设计论证

根据各机床制造厂对普通车床进行数控改造的主要形式，并结合我院现有车

床型号和实际情况，设计出以下两种改造方案：

2．2．2．1方案I

见附件卜普通车床数控化改造方案I图。

(1)主要配置

该方案采用广州数控CSK928一TC系统，主轴电机为5-200Hz的5．5KW变频电机，并配台湾台达VFD055A43B型变频器(日本技术)，主轴传动直接实现无级变速：纵向、横向采用混合式步进电机驱动，由滚珠丝杠螺母传动实现自动进给；配置4工位电动刀架，可实现自动换刀控制：带螺纹加工方式：整机采用半防护设计，外形美观大方、操作方便。

(2)技改要点

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主传动甩掉现有车床主轴箱(包括主轴)、进给箱、溜板箱、刀架等，只保留

床身导轨、溜板、尾座等，从新设计制造主轴(高转速)及箱体。

进给传动采用半闭环伺服系统。这一类系统的位置检测元件从机械传动链的

中间取得信号，检测元件大多是装在伺服电动机后端或滚珠丝杠驱动端。由于位置反馈信号不包括滚珠丝杠一螺母副及工作台等执行部件误差因素影响，能获得比闭环伺服系统稳定性好的控制特性，而且也较经济。当采用高分辨率的检测元件，且半闭环外的传动部件(滚珠丝杠副、导轨以及工作台等工作部件)又有足够高的工作精度时，即使在半闭环数控机床上也可以获得较满意的精度和运动速度。但在加工使用中，环境温度变化和滚珠丝柱工作温度变化引起的热变形，机械原点漂移等未消除时，常成为高精密加工的主要误差因素。进给箱变为纵向步进电机支撑箱，需重新设计制造；两台步迸电机支撑件、联接件，两丝杠支撑与溜板联接件，电动刀架联接件、电气柜、防护罩等主要件需设计制作：各主要部件需装配、安装与调整。

(3)技术难点

主轴和主轴箱技术要求高，设计难度大，我们无设计条件、经验和设计时间，

其制造难度也大，一般加工企业无法加工；两丝杠的支撑、联接技术与安装调整工艺要求较高；两步进电机j：撑、联接技术要求较高。

(4)资金预算

资金预算见表2-1所示。

表2-1数控机床改造方案l资金预算

序号部件、项目名称单位数量金额(元) 备注

1 数控装置(广州数控) 套1 10000 购买

2 变频器、变频电机套1 8000 购买

3 步进电机

厶

口2 3000 购买

4 滚珠螺母丝杠副2 3000 购买

5 电动刀架套1 2500 购买

6 光电编码器个1 1000 购买

7 主轴与主轴箱套1 7000 购买与外协加工

8 电器柜个1 800 外协加工

9 防护罩副1 5000 外协加工

6

第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

10 附属非标零件2000 外协加工

11 电器配件及标准件1000 购买

12 拆卸、装配、调试费3000

其它费用(包括不可预见费

13 3000

用)

合计50300

2．2．2．2方案II

见附件2一普通车床数控化改造方案II图

(1)主要配置

该方案采用广州数控CSK928--TC系统，主轴传动不变，实现的有限级变速；

纵向、横向采用混合式步进电机驱动，由滚珠螺母丝杠传动实现自动进给；配置4 工位电动刀架，可实现自动换刀控制：带螺纹加工方式；整机采用床身前后半防

护设计，外形较美观大方、操作较方便。

(2)技改要点

主传动保留主轴箱、床身导轨、溜板、尾座，而甩掉现有车床进给箱、溜板

箱、刀架等。

进给传动采用开环伺服系统，开环伺服系统没有检查机械运动的检测元件，

即没有来自位置传感器的反馈信号。由步进电动机或电液脉冲马达驱动，运动速

度和精度较低，运动中容易产生振荡、丢步等现象，因此主要用于经济型或简易

型数控机床，其精度和速度的提高受到限制。进给箱变为纵向步进电机支撑，需

重新设计制造；两台步进电机支撑件、联接件，两丝杠支撑与溜板联接件，电动

刀架联接件、电气柜、防护等主要件需设计制作；各主要部件需装配、安装与调整。

(3)技术难点

两丝杠的支撑、联接技术与安装调整工艺要求较高：两步进电机支撑、联接技

术要求较高。

(4)资金预算

资金预算见表2-2。

7

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表2—2数控机床改造方案2资金预算

序号部件、项目名称单位数量金额(元) 备注

1 数控装置(广州数控) 套1 8000 购买

2 步进电机厶口2 2000 购买

3 滚珠螺母丝杠副2 2800 购买

4 电动刀架套l 2500 购买

5 光电编码器个l 800 购买

6 电器柜个1 800 外协加工

7 防护罩副l 800 外协加工

8 附属非标零件1200 外协加工

9 电器配件及标准件800 购买

10 拆卸、装配、调试费1200

其它费用(包：舌不可预见费

11 i000

用)

合计22800

2．2．2．3两方案评价与综合选择

(1)方案基本比较

以上两方案比较见表2-3所示

8

第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

表2-3两方案比较

序号比较项目或内容方案一方案二

1 主轴变速无级变速有级变速

2 螺纹加工有有

3 纵向、横向溜板采用步进电机驱动是是

4 操作方便较方便

5 防护罩整机半防护床身半防护

6 项目难度难相对容易

7 所需时间长较长

8 费用50300元22800元

(2)方案综合选择

在对数控机床改造方案选择时，首先是进行方案评价，但一些具有模糊概念

的评价指标很难用确切的数字来表达，这时可以借助模糊数学这一工具。用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价，称为模糊综合评价法。根据结构的不同，模糊综合评价法可分为单层次模糊综合评价方法和多层次模糊综合评价方法，本文主要采用单层次综合评价法。

模糊评价法具有结果清晰，系统性强，较好解决模糊的、难以量化的问题，非

常适合各种非确定性问题。但是，它同综合评价法有同样的要求，即需要借助其它方法先确定其评价因素的权重指标系数向量，确定权重的方法有专家评分法、层次分析法、神经网络法等。针对不同的评价问题可以选用不同的权重确定方法。本文利用层次分析法，通过两两成对的重要性比较建立判断矩阵，然后求解矩阵特征值。

1)建立因素类集

根据数控机床改造方案确定评价指标体系如表2-4所示，由评价指标体系可

建立因素类集。

9

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表2-4数控机床改造方案评价指标

序号指标名称指标编号

1 主轴变速Ul

2 螺纹加工U2

3 纵向、横向溜板采用步进电机驱动U3

4 操作U

5 防护U6

6 项目难度U6

7 所需时间U7

8 费用U8

2)首先利用层次分析法计算各指标的权重系数

(a)构造两两比较判断矩阵。聘请了该领域评审专家(宜宾职业技术学院数

控专业带头人王甫茂、宜宾市机电研究所高级工程师、宜宾机床厂高级工程师等)

代表采用1-9标度值(见表2—5)法对评价指标的相对重要性进行量化，构造如表

2-6所示判断矩阵。

表2-5标度的含义

标度含义

1 表示两个元素相比，具有同样重要性

3 表示两个元素相比，前者比后者略重要

5 表示两个元素相比，前者比后者重要

7 表示两个元素相比，前者比后者明显重要

9 表示两个元素相比，前者比后者绝对重要

2，4，6，8 表示介于上述相邻判断的中间值

10

第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

表2-6判断矩阵表

U Ul U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8

Ul 1 2 2 1／5 1／3 1／8 1／6 1／9

U2 1／2 1 1 1／3 1／2 1／6 1／5 1／8

U3 1／2 1 1 1／3 1／2 1／6 1／5 1／8

U 5 3 3 l 1／2 1／4 1／3 1／5

U5 3 2 2 2 1 1／5 1／4 1／6

U6 8 6 6 4 5 1 2 1／2

U7 6 5 5 3 4 1／2 1 1／4

U8 9 8 8 5 6 2 4 1

(b)计算单一准则下元素的相对重要性及一致性检验

，，根据参考文献[16]的方根法来计算最大特征根入。和特征向量W，并根据一致

性指标a公式

善CI：等(2一1)

‘。甩一I

：和一致性比例CR公式

：傩：黑(2—2)

砒

进行一致性检验。

计算结果见表2—7所示

表2-7判断矩阵计算表

8 一r M=1一wf U Ul U2 U3 U· Us Ue U7 U暑nb wj (彳∥》2√渺．『-1 ●●_J j=i

U1 1 2 2 1／5 1／3 1／8 1／6 1／9 0．00062 0．40 0．033 0．289

U2 1／2 1 1 1／3 1／2 1／6 1／5 1／8 0．00035 0．37 0．030 0．253

U3 1／2 1 1 1／3 1／2 1／6 1／5 1／8 0．00035 O．37 0．030 0．253

U· 5 3 3 1 1／2 1／4 I／3 1／5 0．37500 O．88 0．073 0．640

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续表2—7判断矩阵计算表

8 一『M=_iw一f U UI U2 U3 U| U5 U5 U7 U皇n幻m (么矿l 2√珥如Σ一_，_l

j=l

U5 3 2 2 2 1 1／5 1／4 1／6 0．20000 O．82 0．067 o．582

U6 8 6 6 4 5 1 2 1／2 5760 2．95 0．243 2．003

U7 6 5 5 3 4 1／2 1 1／4 225 1．97 0。162 1．363

UB 9 8 8 5 6 2 4 1 138240 4．39 0．361 3．045

所以计算出

．÷(彳缈)』1，0．289 0．253 0．253 0．64 0．582 2．003 1．363 3．045、^m缸=．7一=一卜一十一十一十一十一十一十一+一●智8w,8、0．033 0．03 0．03 0．073 0．067 0．243 0．162 0．361

7

=8．5

进行一致性检验：

CI：—2ma—x-8：堕兰：0．07

8一l 8一l

并由矩阵阶数n=8，查表2-8得到RI=I．41，所以有

钾：旦：业：0．05

彤1．4l

因此判断矩阵有满意的一致性。最后得各指标的权重向量为：

w=(O．033，0．03，0．03，0．073，0．067，0．243，0．162，0．361)

表2-8平均随机一致性指标

矩阵阶数1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

R．I． O O O。58 0．90 1．12 1．24 1-32 1．41 1．4c5 1．49

(3)模糊综合评判

组成lO人专家对两方案的各个因素指标给出评语，，评价情况如表2-9和2—10

所示。

12

第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

表2-9专家打分表(一)

专家人数占专家总数的

专家人数

比例

序号比较指标方案一

很较’。—_ 很较

好差好差

好好般好好般

l 主轴变速无级变速8 2 O O O O．8 O．2 0 0 O

2 螺纹加工有10 O O 0 0 1 O O O O

纵向横向用步

3 是10 0 O O 0 l 0 0 0 O

进电机驱动

4 操作方便8 1 1 O O O．8 0．1 O．1 O 0

5 防护整机半防护5 4 l 0 O O．5 O．4 0．1 O 0

6 项目难度难O l l 4 4 0 0。l 0．1 O．4 0．4

7 所需时间长0 1 4 1 4 O O．1 O．4 O．1 O．4

8 费用50300元0 2 2 4 2 O O．2 0．2 0．4 O．2

表2-10专家打分表(二)

专家人数占专家总数的

专家人数

比例

序号比较指标方案二

很较很较

好差好差

好好般好好般

1 主轴变速有级变速

2 5 2 l O O．2 O．5 O．2 O．1 0

2 螺纹加工有10 O O 0 O 1 O 0 0 O

3 纵向、横向步进电机驱动是10 0 0 0 O l 0 0 0 O

4 操作较方便4 4 2 O O 0．4 O．4 0．2 0 O

5 防护床身半防护2 4 2 2 O O．2 0．4 0．2 0．2 0

6 项目难度相对容易2 4 2 2 0 0．2 O．4 0．2 O．2 O

7 所需时间较长1 4 4 l O O．1 O．4 O．4 O．1 0

8 费用33100元2 5 2 1 0 0．2 0．5 0．2 O．1 O

评判矩阵分别为：

方案一：

13

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方案二：

墨=

恐=

O．8 0．2 0 0 0

1 0 0 0 O

l O O O 0

0．8 0．1 0．1 O 0

0．5 0．4 O．1 O 0

0 O．1 0．1 0．4 0．4

0 O．1 0．4 0．1 0．4

O O．2 O．2 0．4 0．2

O．2 O．5 0．2 O．1 O

1 O 0 0 O

l 0 O O O

O．4 0．4 0．2 0 0

0．2 0．4 0．2 0．2 0

0．2 0．4 0．2 0．2 0

O．1 O．4 0．4 0．1 O

0．2 0．5 O．2 0．1 0

两方案评判集各为：

Bl=A·RI=(0．1783，0．1534，0．1753，0．2578，0．2342)

B2=A·R2=(0．2462，0．415，0．2202，0．1366，0)

(4)打分

假若给“很好’’打1分，“好"打0．8分，“较好’’打0．6分，“一般”打0．4 分，“差”打0．2分。即

C=(1，O．8，O．6，0．4，0．2)

则两方案最终得分为：

方案一最终得分：

5

Dl=Σc』彰=o．556

』ll

方案二最终得分：

5

D2=ΣCj霹=0．765

J=l

比较两方案综合得分，CA6140普通车床数控化改造拟采用方案II。

14

第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计

根据普通车床(CA6140型，床身长750毫米)的性能指标、工作状况，采用

价格相对较低的数控系统，并配以电子手轮、混合式步进驱动单元与滚珠丝杠螺

母副对CA6140车床的X、Z两轴进行改造；保留原有的主轴系统和冷却系统；改

造的两轴在机械上采用了滚珠丝杠直联传动机构：刀架采用四工位电动刀架；滑

板进行贴塑处理；机床防护罩采用半闭式；滚珠丝杠和滑板润滑采用手动泵注入。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机械零部件加工、机床大修及整机

的安装和调试等。

根据以上选定的普通机床数控化改造方案，拟订它的数控系统及控制方案如

图2-1所示。

数

控

装

置

光电隔离

光电隔离

脉冲编码器机床主轴

Z向电机驱动器1 ．I z向步进电机

X向电机驱动器厂-1 X向步进电机

光电

隔离

功放L一电动刀架、液压装置

驱动l I冷却、润滑等控制

网络通信接口

行程保护

应答信号

图2．1 CA61 40普通车床数控化改造数控系统框图

15

Z向拖板

X向拖板

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第三章进给系统的改造设计

本章主要完成纵向和横向进给系统的设计与计算、滚珠丝杠螺母副的选型、

步进电机的型号选择计算等，该部分设计的总体方案见图3-I纵向和横向迸给系统图所示。要使进给系统的部分改造与数控装置系统的配合达到好的效果，在后面的章节中还将涉及到步进电动机相关的驱动电源、功率放大电路、辅助电路；与滚珠丝杠副相关的机床导轨的贴塑等内容的设计。

车床主轴箱工件横向进给步进电机

图3-I纵向和横向进给系统图

3．1纵向(Z向)进给系统的设计及计算

3．1．1纵向进给系统的组成及设计

普通车床的经济型数控改造方案一般是步进电机经减速后驱动丝杠，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，对改造来说，外观不必像产品设计要求那么高，而从改造方便、使用方面来考虑，把步迸电机放在纵向丝杠的左端，即车床主轴箱前部，纵向进给见图3-1所示。

16

第三章进给系统的改造设计

3．1．2纵向进给系统的设计计算

3．1．2．1切削力计算和主传动电机功率校核脚

由《机械工程手册》第二版“机械制造工艺设备(二)"分册可知：

切削功率己：

尸掰=10’3C圪(Kw)(3--1)

式中，F一切削力(N)

旷一切削速度(m／s)

主传动电机功率最：

P

Re=卫‰20．75"0．85

I|m

车削时总切削力分解为：切削力疋、进给力ff、背向力‘，如图3—2所示。

切削力C：

进给力乃：

背向力巴：

图3-2车削时总切削力的分解

fo=cF擘；R f、Rvo心K艮

F|=c萼Qj日fBv≧|K薯

17

(3—2)

(3—3)

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‘=cR口，％厂‰VffP：K砀(3叫)

式中，口。一背吃刀量(姗)

厂一进给量(m／r)

圪一切削速度(m／min)

根据厂家提供CA6140的参数，然后以Q235钢为加工材料，进行设计计算。

加工零件的最大直径d=400mm，主轴最大转速n=1600r／min，刀具选择YT5和YTl5 硬质合金焊接式车刀。

(1)粗车时

刀具选择YT5，对于长径比<200：1，背吃刀量口口=3．5mm，进给量厂=O．35～O．65 m／r，切削速度V=60．．-,75m／min。

查《机械工程手册》第二版“机械制造工艺设备(二)表1．2-2得：C。：2650

托2 1 ％5 0．75 ％2一o．15 K=I ％=2880 x匝=l 岛=o．5

行一=-0．4 K耽=l

机床主轴转速：

取工件毛呸直径d=410mm，切削速度V。=75m／min，则主轴转速n

玎=

1000旷1000×75

·-—-——--——：=—-——--——————-—-一

蒯3．142410

=58．26r／rain

查CA6140机床主轴转速系列，可知主轴转速n选为63r／min

则可计算出切削力C、进给力乃、背向力‘的值

切削力￡的值：

E=％口Pz托厂％圪幔Kv,=2650x 3．5 x 0．50’75 x 75柚∞x l：2887．83N

进给力F／的值：

Ff=c节QjH f玛v?|K鼍=2880x3．5x 0。5^5 x 75q’xl=1267。23N

背向力C：

0=c‘口px印厂％屹慨K印=1950×3．50—x0．5。·6 x 75-o—xl=1073．74N

切削功率己：

圪=10’3C圪=10日×2887．83x 75÷60=3．6KW

主传动电机功率只：

18

第三章进给系统的改造设计

B：生=塑：4．8KW (‰：0．75一o．85) ‘

rim 0．75

”

即CA6140普通车床提供的主传动电机功率5．5KW满足粗车要求。

(2)精车时

计算机床主轴转速

取工件直径d=400mm，切削速度Vc=150m／min，则主轴转速n ：—lOOO—Vo：—1000—x 150：l 19．43r／min3r I$1m 强=一=一=II V．

刀口3．14x400

查CA6140机床主轴转速系列，可知主轴转速11选为125r／min

则可计算出切削力只、进给力乃、背向力‘的值

切削力只的值：

C=CFc口，如厂‰圪峨如=2650x 2 x 0．60‘75 x150加。15 x l=1698．19N 进给力Fj的值：

Ff=c可Q08 f、Hv≧f KH=2880x2x0．6刚x150。A xl=597．69N

背向力‘：

Fp=c F。口0印fY唧wnFpfK印=1950x2n9 x0．60‘6 x150越3 x1=600．18N 切削功率巴：

己=10。3C圪=10旬×1698．19x150+60=4．2KW

主传动电机功率忍：

B=鲁=砺4．2一s．5K形(刁肘一o．75一o．85，

即CA6140普通车床提供的主传动电机功率5．5KW满足精车要求。

(3)计算结果的比较

粗车和精车时切削力只、进给力t、背向力‘的计算结果表3一l所示。

19

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表3-1 尼、0、勺计算结果

车削ap { ％拧工件直

(肭) (mm／，．) 乞(N) F，(N) ‘(N) 径(衄) (mm／min) (r／rain) ．，类型粗车3．5 O．5 75 63 2887．83 1267．23 1073．7 410

精车2 O．6 150 125 1698．19 597．69 600．18 400

经比较，粗车时的切削力比精车时大，因此本系统数控化改造设计计算按照

粗车时的切削参数进行计算。

3．1．2．2 Z向滚珠丝杠设计计算啪

滚珠丝杠副已经标准化，因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。

(1)计算Z向滚珠丝杠轴向力Q

综合车床导轨对滚珠丝杠的作用可计算Z向滚珠丝杠轴向力Q

Q=^万，+f’(e+‘+G)(3--5)

式中，f‘一当量摩擦系数，对正常润滑的滑导轨，三角形和矩形导轨，厂。=O．15～0．18。K一填覆力矩影响系数，三角形和矩形导轨K=I．1～1．15。则

Q=1．15×1267．23+O．18×(2887．83+1073．74+1470)=2434．99N

(2)寿命计算

寿命系数K．：

耻(急)；=(等)；以-t

式中厶一滚动螺旋副的寿命，从《机械传动装置设计手册》上册表10．2～

25查得，三。=lS000h。

转速系数K。：

耻降)j=(等)j—o．8·

基本额定载荷C

Ca≥AKh。KpKnKLQ (3—6)

第三章进给系统的改造设计

：业×1．5×l×1×2434．99：6．31K2矿

0．81

式中，KF、KⅣ、KL一分别为载荷系数、．硬度系数、短行程系数，从《机械传

动装置设计手册》上册表10一26、10--27、10一28查得，或见表3—2、3—3、3—4 表3-2载荷系数

载荷性质运转系数KF

平稳和轻微冲击1．0“1．2

中等冲击1．2’1．5

较大冲击和振动1．512．5

表3-3硬度系数表

硬度(HRC) 60 57．5 55 52．5 50 47．5 45 42．5 40 30 25

硬度系数K片1．0 1．1 1．2 1．4 2．O 2．5 3．3 4．5 5．0 10 15

表3-4短行程系数

行程

1 1．

2 1．4 1．6 1．8 2．0 ≥2．2

螺母高

系数K工1．O 1．1 1．2 1．4 2．0 2．5 15

(3)选择滚珠丝杠的型号

根据计算的基本额定载荷co>16．31KN，查表《机械传动装置设计手册》上册

表10一22，选择滚珠丝杠的型号GD4006—3一P4 950／880，即外循环端盖式双螺

母垫片预紧右旋滚珠丝杠副，公称直径为tD40mm，导程为6mm，滚珠列数为3x2

列，精度等级为4级(一般数控机床精度等级为4级)，额定动载荷为18542N。

具体参数见表3-5所示。

表3-5∞4006—3一P4型滚珠丝杠具体参数

嫦直径基本导程钢球直径丝缸夕陋螺獭额定载荷(KⅣ) 刚度

do 只见d 矾城荷C口翻靴o。(N／岫)

40 6 3。969 39。5 35．9 18．5 57。6 772

螺母安装连接尺寸

D D3 Dt B 皿D6 h M A C Ll L2

7l 110 90 15 9 15 9 M6 3 7 42 114

21

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公称直径：do=40n佃

导程：p=6mm

螺旋角：^=arctan(6／(40Ⅱ))=2．730

滚珠直径：D。=3．969mm

滚道半径：厂J=0．52仇=0．52×3．969=2．08m

偏心距：删加7卜孚)=0．707x c2．08-2，一s．6川之朋历

(4)滚珠丝杠的强度计算

滚珠丝杠主要受工件切削时产生的轴向力Q和转矩丁，而产生的弯矩主要分布在机床导轨上，作用到滚珠丝杠上的弯矩较小。

按照第三强度理论有：

(3—7)

转矩丁根据Z向滚珠丝杠轴的步进电机选择计算(见(3))得，丁=16N．m

=1萼x24雾34．994—2磊1600箩0．)2以.MP

纠=点=253j卅胁

仃<【17"】，即滚珠丝杠的强度足够。

(5) 滚珠丝杠稳定性计算

对于经济性数控机床，滚珠丝杠为长丝杠(长度为1525mm)，一般两端选用铰支作为支承，其费用比较低廉，结构简图见图3-3所示。

计算滚珠丝杠柔度旯

图3-3两端铰支

第三章进给系统的改造设计五：丛：些：169．9>力：100

i 35．9／4 P

计算临界载荷Q Q=字.百7r2x 200000×华=69．1KN

堡一：=一旦=』／：^2’8．V)3Z9>．2．’5～～44 g 2．434

即Z向滚珠丝杠稳定性足够。

(6)Z向滚珠丝杠刚度计算

滚珠丝杠受轴向负载Q引起导程产生的变形量％：

如=鲁

式中：Ph=6mm，E=200GPa

滚珠丝杠截面积：

彳：叠：!兰!型：1011．7肼聊z

4 4

则：

如=鲁=意鬻斋=0．00722x1旷渐聊

滚珠丝杠受扭矩丁(N．m)引起的导程变化量磊：

￡：上! ‘

2刀GJc

式中：卜丝杠的截面积，彳=三砰(m2)；

(3—8)

(3—9)

以一丝杠的极惯性矩，五=云曰(m4)；

㈣的切变模量，对于钢庐83．3GPa：

卜转矩(Nm>；

丁=Q誓tan(五+p)：2434．99×i40×tan(2．730+O．140)：2441．46Ⅳ．历肌

式中P为当量摩擦角，tanp=0．0025

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即p=8'40’=O．140

务：上!：．鱼：兰丝!：堑0．00103×10--z,_ 一，mm Dt=—三——一=一．

x

。2nGJc 2xzx83．3×1000×三×35．94

3Z

钢球和螺纹滚道产生的轴向变形以：

有预紧，且‘=0．52 D，。

瓦2

3x10。Kz Q

3×10-4×1．3 —一243=4—×．99，：0．托72×1，0-3，咒挖，竹30 X 3

式中，Kz一载荷分布不均匀系数，与制造精度有关，通常取Kz21．2,--,1．3，瓦一螺母预紧力，L≈Q13。

滚珠丝杠导程变形总量Σ艿：

Es=sa+西+瓦=o．00722+0．00103+0．72=o．72825／,酽n

Z向滚珠丝杠刚度KΣ艿：

b2参2而2434．99 1343五驯朋>772N／岫

即Z向滚珠丝杠刚度足够。

或通常要求丝杠的导程误差Σ艿应小于其传动精度的1／2，即

Σ万=0．72825／un<丐1仃=丐1×0．03mm=15朋

该丝杠的导程误差Σ万满足上式，∥以其刚度可满足要求。

(7)横向振动(临界转速玎。)

"12．3×106丁fll2dl-12．3x106 x警=1874．4r／幽

式中，B。是端部结构系数，查《机械传动设计手册》表10一18，量t=3．142

刀嘣=1600r／min>0．8n。=1477．92rlnfm

即按照以上设计Z向丝杠发生共振，需重新设计。

滚珠丝杠的支承形式为一端固定一端铰支座，见图3—4，由参考文献[6]可知

第三章进给系统的改造设计

长度系数胪2，因此强度比两端铰支作为支承还要高，则重新计算滚珠丝杠临界转速，z。：

图3-4一端固定一端铰支

”垃3圳6"B乞12。dl=12．3x106 x等≧=2929．62r／曲

查《机械传动设计手册》表10-18，13。=3．927

／'／max=1600r／rain

所以不会发生共振。

(8)效率计算

根据参考文献[6]的公式，丝杠螺母副的传动效率rl为：

刀2嚣‰ (31。)

式中，摩擦角p=8'40刁，2。器一o-．邮-，／=ta0n(．27=14一0，螺1=4旋I升J角A=arctan(6／(40兀))=2．730 q4 “

．o+0．o、)

.“

丝杠螺母副的传动效率印要求在0．92～O．96之间，所以该丝杠副能满足使用

要求。

(9)驱动转矩r

螺纹力矩互：

五=Q誓taIl(允+p)=2434．99×丁40×taIl(2．730+0．140)=2441．46№所

轴承摩擦力矩正

瓦20．5,uQd=2x0．5×0．0024x2434．99x40+0．5×O．0018x2434．99x40

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=282．46N．mm

式中，根据Z向滚珠丝杠两端的支承结构，一端为双列角接触球轴承，另一

端为单列调心推力球轴承，查机械工程手册1997版可得相应的摩擦系数为0．0024、0．0018。

驱动转矩丁为：

T2互+瓦22441．46+282．46=2723．92Nmm<16000N．砌

Z向步进电机的额定转矩为16000N．唧

经上述计算验证，Z向滚珠丝杠两端选用一端固定一端铰支作为支承，选用滚

珠丝杠GD4006—3一P4 950／880，各项性能指标均符合设计要求。

3．1．2．3 Z向步进电动机的选择及计算卜5】

步进电动机是一种能将电脉冲信号转化机械的角位移的控制电动机。在数控

机床上，步进电动机驱动滚珠丝杠转动，从而带动工作台移动。由于本方案按照

经济性标准要求进行改造，因此采用开环控制系统，无位置和速度检测系统，其

精度主要取决于步进电机的步距角和传动链的精度。根据设计参数，初选Z向步

进电动机为：永磁感应式步进电动机(三相)，型号为llOBYG 350C，其主要参

数如下：

步距角：口=O．6"／step

静转矩：丁，=16N．m

线电阻：1．5W

线电感：20Mh

重量：G=IO．7 kg

最大空载转速：1200r／min

以下进行设计计算或验算。

(1)脉冲当量瓦

CA6140普通车床数控化改造设计

目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要

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。

车床数控化机械部分的改造设计

车床数控化机械部分的改造设计 发表时间：2018-12-26T12:35:56.377Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：王德顺 [导读] 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展。 济宁市技师学院山东省济宁市 272000 摘要：近几年，我国生产制造行业得到了迅速的发展。在生产制造业发展过程中数控机床的市场需求也不断增加，对于普通机床的改造成为时代发展的主要趋势。在实际普通车床数控化改造过程中，电极参数选择不精确、数控系统功能不合理等问题频繁发生，影响了普通车床数控化改造的精确度。因此为了保证改造后数控机床的应用效率，对具体改造过程进行进一步分析非常必要。 关键词：普通车床；机械结构；数控化改造 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展，数控车床逐渐取代了原本的普通车床，但是，普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高，很多企业无法负担，所以，需要对普通车床的机械结构进行数控化改造，以增强普通车床的自动加工能力，提高加工精度。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造，提高普通车床的加工精度。 一、车床数控化改造的必要性 相比较于传统机床，通过数控机床，能够对繁琐复杂的零件开展加工工作；能够显著提高机床工作效率，确保机床加工自动化月柔性自动化的实现；数控机床所加工的零件具有非常高的精准度，尺寸计算能力更强，有利于安装与配置工作的开展，不需要开展有关修配工作；能够集中起多个工序，降低零件的搬运频率；能够自主开展有关报警监控与补偿等工作等等；使工人劳动强度得到显著降低，有效缩减新产品试制与生产周期。与此同时，在企业信息化改造过程中，机床数控化发挥着重要的基础作用，数控技术既是制造业自动化的核心技术，更是其重要的基础技术。 二、车床数控化改造的特点 1、车床改造方案的制定，是通过车床中存在的问题来进行的。在改造车床的过程中，具有较强的针对性，确保符合有关生产的要求与规定。在改造旧车床数控化过程中，大多数基础件与很多传动部分无需进行更换，应当将这些零部件予以高效利用，在减少原材料与资金费用开支的同时，能够有效缩短改造时间，确保生产工作的迅速开展。 2、通常情况下，车床大型构件的制造运用的是铸铁，相比较于新铸件其稳定性更加突出，只需对中小型部件开展修复或更换工作即可。应当满足多品种、小批量零件生产的需要，扩大车床应用范围。通过车床数控化改造，能够实现生产设备自动化水平与能力的提升，强化设备质量。此过程中，更加需要注入科学技术的力量，让科学技术的应用促进车床数控化的改造，以促进改造目的的实现。 三、机床精度、质量检测与调试 1、精度调试。普通车床机械部分数控化改造后，必须进行精度调试。数控车床精度主要体现在：主轴跳动、刀塔精度、丝杠精度三方面可以用主轴千分表测量主轴精度、刀塔两项精度；跳动、圆度精度不合格的通过主轴卡头重新装配或车卡头来实现精度调整； X、Z 轴丝杠精度可通过调节伺服电机的齿轮比及精修丝杠和调节反向间隙及刀塔装配位置调整，反向间隙调试时要选用千百分表；进行几何精度调试时，可选择用角尺，平尺，千分表；当进行定位误差调试时，必须用激光干涉仪对定位精度进行测量，然后，根据情况进行适当的补偿，可以大大提高机床的定位精度和加工精度。重复定位精度不合格，要通过调整丝杠和丝杠母间隙或更换丝杠和轴承。精度调试是一个比较复杂的过程，一般是机械和电气部分都改造好后再调试。不同的机型调试也有差异，要根据机型特点进行调试，一般都要反复调几次，直到调好为止。 2、质量检测与调试 （1）质量检测。质量检验指机床性能和功能的检验，普通车床数控化改造后，机床性能检验项目主要有主轴性能、进给性能、机床噪声、润滑等。主轴性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）；进给性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）、软硬限位、回原点；数控功能检验项目有准备功能、辅助功能、操作功能、显示功能等方面。 （2）检测与调试。质量检测与调试包括空运转检测调试、动作检测调试、功能检测调试及试切削检测调试等。空运转检测调试：让机床主运动由低、中、高运转，观察主轴轴承温度是否稳定，再输入程序做连续运动，如果正常可连续运转不少于48h。动作检测调试：按数控系统安装手册进行主轴变挡指令调试，检测各轴正负两个方向的超程。功能检测调试：用指令对机床的功能进行调试，检查动作的灵活性和功能的可靠性。然后做进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、程序暂停、程序删除、回基准点，程序序号显示和检索、直线插补、直线切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等调试。试切削检测调试：把事先准备好的零件程序输入系统，进行试切削加工，检测机床数控化改造后的加工性能和精度的稳定性。 四、车床数控化改造 1、普通车床床身导轨的改造。我国大部分普通车床的床身材料为铸铁，在进行数控化改造时，为了提高床身导轨的精度，可以在铸铁导轨上粘贴塑料软带。塑料软带能够提高车床导轨的润滑性，使导轨上的主刀行进得更加流畅，从而保证车床的加工精度。在改造过程中，也可以将传统的铸铁导轨改造为滚动导轨，滚动导轨的摩擦系数比较小，不会影响机械加工的几何精度。 2、滚珠丝杠的改造。滚珠丝杠主要是由滚珠、丝杠、回珠管等构成的，它可以将车床机械部件的回转运动转化为直线运动。普通车床中的滚珠丝杠可以提高车床的传动效率，使车床刀轴的行进过程更加平稳。因为滚珠丝杠在运行过程中不会产生较大的振动，所以，不会产生过大的摩擦阻力。对滚珠丝杠进行数控化改造时，需要测量滚珠丝杠的齿差缝隙、丝杠转速和滚珠直径等，以保证改造完成后车床不会出现直线行进失稳的情况。 3、主轴传动系统的数控化改造。普通车床的主轴是由电动机带动皮带使主轴旋转。在数控化改造时，尽量不要破坏原本的主轴箱，主要改造电机的变速系统。因此，可以用双速或者四速电动机代替原本的电动机，以增强主轴传动系统的传动能力。在改造过程中，可以在主轴传动系统中增加脉冲编码器，标记主轴运行的初始位置，为主轴传动编码，让主轴每转动一圈编码器自动调整一次主轴刀具的位置。一般情况下，脉冲编码器安装在主轴箱中，并与电动机的传动齿轮1∶1 连接，从而实现主轴与编码器的同步运行。 4、车床进给系统的数控化改造。在改造进给系统时，需要加装步进电机，并在进给系统的步进电机上安装减速器。减速器通过连接装

CA6140车床数控化改造解析

摘要 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的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。但数控机床价格昂贵，一次性投入对企业来说负担很大。另一方面，在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。不仅能节省很大一部分资金，还能提升其市场竞争力。具有极大的经济潜力。 对于职业院校的数控实训教学而言，通过闲置的普通车床进行数控化改造，可盘活资产，实现资产优化配置，同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。 我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000，通过对该机床的结构特点进行分析，对机械和电气进行数控化改造，改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。

第一章数控机床的结构和工作原理 1.1数控车床工作原理及加工特点 以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床，简称为数控机床。 数字控制系统是相对于模拟系统而言：数字控制系统中的信息是数字量，而模拟控制系统中的信息是模拟量。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控（CNC）系统。 图1-1 数控车床 1．数控车床的工作原理 数控车床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。 2．数控车床的加工特点 （1）高难度零件加工：“口小肚大”的内成型面零件，有仅在普通车床上难以加工，还难以测量。 （2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。 （3）高效率完成加工：为了提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批工序特别复杂零件车削全过程的自动化。 1.2 数控车床的组成 数控车床一般由输入/输出装置、CNC装置、伺服单元、驱动装置、可编程控制器及电器控制装置、辅助装置、机床本体和测量装置组成。图3-1是数控车床的组成框图。其中除机床本体之外的部分统称为CNC系统

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。因此，我们必须走数控改造之路。 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。 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，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，

机床数控化改造必要性

一、机床进行数控化改造的必要性 （1）数控机床：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，这个阶段历经了三代，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。 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。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控

C6132普通车床数控化改造设计

C6132普通车床数控化改造设计 摘要 机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要项目，在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。 本文对C6132普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机床结构的设计、对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。结果表明:经改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度。 关键词:普通车床，数控改造，步进电机，经济型数控系统，MCS-51

C6132 NC lathe design of ordinary ABSTRACT S tudy on machine tool numerical control transformation of important project is to improve the level of technical equipment in China, with large extended serviceand technology in China urgently needs to be updated of the old machine tool case, because the NC machine tool processing capacity and funding is limited, of machine tool numerical control transformation is a saves money, fasted effective way. C6132 lathe NC system to rebuild this article to be an in-depth study, including machine tools retrofitting feasibility analysis, calculation of parameters of the key parts of machine tool design, machine tool, machine too l structure rebuilding scheme optimal selection, choose a suitable machine tools servo system and computer system, and matters for attention in the reform are discussed in detail. Results: after the transformation has reached the expected functionality and accuracy of machine tool, fully able to realize process of cylindrical, conical, thread, automatic control at the end, improve the efficiency of the original production of machine tools, lower labor intensity KEY WORDS：Lathe, numerical control transformation, stepping motors, CNC system, MCS-51

(完整版)普通机床数控化改造实例及分析

普通机床数控化改造实例及分析 来源：数控产品网添加：2010-05-22 阅读:649次 [ 内容简介] 机床与生产线的数控改造主要内容有：(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； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。 现在很多企业为了生存和发展，不断地提高机床的数控化率是必要的。需要进行数控改造的设备一般包括传统机床及近期从国外引进，因存在问题而不能投产的机床设备和生产线。我们芜湖高新重型机床有限公司，在机床数字化控制和改造方面有独特的心得和实际经验。在普通机床恢复精度改造成高效的数控机床方面做了大量的工作。现为了更好的服务客户，我们总结了有关机床数控改造的知识供大家参考。 一、数控改造的内容 机床与生产线的数控改造主要内容有：(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； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。 二、数控系统发展的趋势 l．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。在远程通信、远程诊断和维修的应用将更加普遍。 2．向高速化和高精度化发展 3．向智能化方向发展 (1)应用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的重要信息，并自动调整系统参数，改进系统运行状态。 (2)引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家经验、加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化数字伺服驱动装置。可以通过自动识别负载和自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。 三、数控系统的选择 1．开环系统 该系统的伺服驱动装置是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。这种系统不需要位置和速度反馈，位移精度主要决定于步进电机的角位移精度和齿轮丝杠等传动元件的精度，所以位移精度低。但系统结构简单、调试维修方便、工作可靠、成本低、易改装成功。 2．闭环系统 该系统由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置信号反馈给计算机，与给定值进行比较，将两者的差值放大并变换，驱动执行机构，以消除偏差。此系统复杂、成本高、对环境温度要求严。但系统精度高、速度快、功率大。可根据产品技术要求，决定是否采用。

C6140卧式车床数控化改造毕业设计论文

目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (3) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (5) 3.1进给系统机械结构改造设计 (5) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (13) 4.1步进电动机选用的基本原则 (13) 4.1.1步距角α (13) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (14) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (14) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (14) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (15) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (16) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 (18) 8参考文献 (18)

1设计任务 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460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 01.0=x δ02.0=z δ

CA6140普通车床微机数控化改装设计

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。本文的主要内容有： 1．对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通车床数控化改造方案； 2．对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号选择，步进电机选择等进行了详细研究； 3．对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号，提出选择方法； 4．根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造CJK6140-A的数控系统对比分析，形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术图； 5.为保持切削螺纹的功能，仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型，脉冲发生器直接与主轴间连接方法，并形成了相应的技术图； 6.拆卸普通机床，甩掉原有进给箱等，对主传动系统的进行大修，滑板贴塑与铲刮调试，对机床相关部件和参数进行测绘、测量； 7.绘出相应的零件图和装备图； 8．给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。 关键词：普通车床、数控、改造

ABSTRACT Most 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.The main contents is: 1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle. 2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed. 3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming. 4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140’s electricity control system and principle with the reforming CJK6140-A’s NC system. 5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram. 6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe. 7. Draw out parts diagrams and assemble diagram. 8 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.

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

车床的数控化改造

机床数控改造的意义 1)节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。2)性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 1普通车床的数控化改造设计 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论)。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 2数控车床的性能和精度的选择 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：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。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。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。1)轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。2)进给运动：进给速度：Z向(通常为8～400mm/min)；X向(通常为2～100 mm/min)。快速移动：Z向(通常为1.2～4m/min)；X向(通常为1.2～3m/min)。脉冲当量：在0.025～0.005mm内选取，通常Z向为X向的2倍。加工螺距范围：包括能加工螺距类型(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等)，一般螺距在10mm以内都不难达到。3)进给运动驱动方式(一般都选用步进电机驱动)。4)给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。5)刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。6)其他性能指标选择：插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设

普通车床的数控化改造设计

普通车床的数控化改造设计 摘要 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造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。由于切削参数，切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造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切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量，多品种复杂零件的加工。 本设计主要对横向进给系统的数控改造，其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨，把螺纹丝杠改成滚珠丝杠，一把的异步电动机改成伺服电动机（步进电动机），最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。 关键词：进给伺服系统，回转刀架，滚珠丝杠，导轨

目录 前言 (1) 第1章横向进给传动链的设计计算 (6) 1.1 主切削力及其切削分力的计算 (6) 1.2 导轨摩擦力的计算 (6) 1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7) 1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 (7) 1.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (7) 第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10) 2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷 F的校验 (10) c 2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 n的校验 (10) c 2.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 (11) 第3章计算机械传动系统的刚度 (12) 3.1 计算机械传动系统的刚度 (12) (13) 3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K φ 第4章驱动电动机的选型与计算 (14) 4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (14) 4.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 (14) 4.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩 T (15) ap 4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩16 4.5 选择驱动电动机的型号 (16) 第5章机械传动系统的动态分析 (18) 5.1 计算丝杆—工作台纵向振动系统的最低固有频率 ω (18) nc 5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 ω (18) nt 第6章机械传动系统的误差计算与分析 (19) 6.1 计算机械传动系统的反向死区? (19) 6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 δ (19) k max 6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (19)

C6140普通车床的数控化改造

机电一体化系统设计任务书总汇 课题：C6140普通机床的数控化改造 姓名：蒋青松（第7组） 班级： 5 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 院系：机械工程学院 2015年6月

任务一 一：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CPU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.普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 3.根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。 4.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，还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。 5.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。 6.计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有消间隙机构。

二：机械本体 初步原理框图

数控原理框图 三：问题说明 1：连续控制系统：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，即刀具以给定的速度相对于工件沿加工路径运动（因为点位控制系统要求工件相对于刀具运动过程不进行切削），所以选择之； 2：开环控制系统：该改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，没有加入反馈系统，为了简化系统，降低成本，所以选择之。3：机床选择X，Z两轴联动。 4：由于是开环控制，而且结构简单，适用于普通数控机床，功能水平低。