C616车床纵轴数控化改造课程设计
序言
面对日趋激烈的竞争形势，企业只有不断开发适销对路的新产品，才能保持其旺盛的生命力，而与有高精密，柔性化，高效率的特点的现代自动化制造系统是企业开发和创新产品的保证。我国是一个工业化相对落后的地区，虽拥有大量的机械加工设备，但不能适应制造业多品种、小批量的生产方式。所以，加工中心数控系统等加工设备为大多数制造商所亲睐，但不菲的价格成为企业创新的瓶颈。目前最经济的方法就是对我国现有车床进行数控改造，这样不但会大大改变现状而且成本低，而且周期短有利于加工工业的发展。
设计任务：
1、利用计算机（8086）对纵向（或横向，其一即可）进给系统进行开环控制。
2、对C616普通机床进行相应改造，传动系统采用滚珠丝杠。
设计要求：
1、机械部分改造与计算
（一）、切削力的计算
（二）、滚珠丝杠的计算选型
（三）、齿轮及转矩的计算
（四）、步进电机的计算选型
2、控制系统与零件
（一）、CPU 8086
（二）、8255 8259
（三）、驱动（功率放大器）
3、控制系统软件
（一）、主程序
（二）、脉冲环分
（三）、直线插补
机床改造结构示意图
机械设计部分
经济型数控机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，步进电机的位置可放在丝杠的任一端。对车床改造来说，外观不能像产品设计要求的那么高，从而改造方便。从实用方便来考虑，一般都把步进电机放在纵向丝杠的左端。
一、机电一体化对机械部分的要求：
1、低摩擦导轨（滚动摩擦）精密丝杠（滚珠丝杠）。
2、无传动间隙（用丝杠螺母副消除间隙）。
3、高刚度
4、高谐振频率
5、低惯性（以提高稳定性和响应特性）。
二、设计已知条件：
1:、工作台重量W=800N
2、起重动加速时间T=50ms
3、脉冲当量δ=0.01mm/step（纵向）
4、快速进给速度Vmax=2m/min（纵向）
5、工作台行程L=640mm
6、主轴电机功率N=4kw
7、机床定位精度0.02mm/300mm
8、切削进给速度 0.6/min v m =（纵向） 三、机械设计计算： 1、切削计算
由〈〈机床设计手册〉〉可知，切削功率
Pc=P ηK
式中 P--电机功率，查机床说明书，P=4KW ；
η--主传动系统总效率，一般为0.7～0.85取η=0.75； K--进给系统功率系数，取为K=0.96。 则：
Pc=4×0.75×0.96=2.88KW
切削功率应按在各种加工条件下经常遇到的最大切削力和最大切削转速计算， 即：
按最大切削速度计算，取V=100m/min 。 则主切削力：
由《机床设计手册》可知，在外圆车削时
Fx=（0.1～0.55）Fz
Fy=（0.15~0.65）Fz
取纵向切削分力Fx=0.5Fz=0.5×1728=864N 横向切削分力Fy=0.6Fz=0.6×1728=1036.8N
2、滚珠丝杠设计计算
由《机械零件设计手册》可知，该方案选用双圆弧型面、外循环、双螺母垫片式预紧。 1）最大工作载荷Fm 的计算
可根据《机床设计手册》中进给牵引力的经验公式计算，纵向为三角形导轨，则：
Fm=K ·Fx +f ·（Fz+G ）
式中 Fx —切削分力 G —移动部件的重量，G=800N
f — 导轨上的摩擦系数，f=0.15~0.18，取f=0.16
3 c 10 60 -
? =
V P Fz N
V Pc F Z
1728 100
88
. 2 60000 60000 = ? = =
K —考虑颠覆力矩影响的实验系数，K=1.15
则
Fm=1.15×864+0.16×(1728+800)=1398.08N
2） 最大动载荷C 的计算
由《机械零件设计手册》可知最大动载荷
C=Fm fh fw t ???3
其中 t =
61060nT
， n=0
1000P V s 式中t —寿命，以6
10为1单位 n —丝杠转速
0p —滚珠丝杠导程，初选0p =6mm
s v —最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度1/3~1/2，本机床取1/2 w f —载荷系数 由平稳或轻度冲击 取w f =1.2 f H —硬度系数 由HRC ≥58 取f H =1
T —使用寿命，按15000h 计算
则 n=
1000P V s =65
.06.01000??r/mm=50 r/mm
t =
6
10
60nT =61015000
5060??万r=45万r 则 C=Fm fh fw t ???3 =08.139812.1453???N =5967.4N 3）规格型号的初选
初选滚珠丝杠副的规格，应使其额定动载荷a Q C F ≥ 当滚珠丝杠副在静态或低速状态下
min 10r
C n ≤
长时间承受工作载荷时，还应使其额定静载荷oa C ≥（2~3）Fm 查《机械零件设计手册》
选丝杠型号：CDM2506-3 具体相关参数如下：
螺母安装连接尺寸：
4）根据〈〈机械原理〉〉的公式，丝杠螺母副的传动效率0η为：
0η=
)
tan(tan ψγγ
+=0.963
式中ψ—摩擦角，ψ=10′ 螺旋升角，根据 tan γ=公称直径
螺距?4.13，可得γ=04‘
22
5）刚度验算
滚珠丝杠工作时受轴向力和转矩的作用，将引起导程0P 的变化，因滚珠丝杠受转矩时引起的导程变化很小，可忽略不计，所以工作负载引起的导程变化量0P ?为
0P ?=EA
P F m 0
?±
式中 E —丝杠材料的弹性模量，对于钢，取E=20.64
10?MPa （20.66
10?N/2
cm ）
A —滚珠丝杠的截面积，按丝杠螺纹底径确定d ，即d=20.9mm=2.09cm A=
4
π2
d =3.432cm 0P —滚珠丝杠导程，0P =6mm=0.6cm
其中“+”用于拉伸时，“—”用于压缩时。
0P ?=EA
P F m 0
?±
=cm 43
.3106.206
.008.13986???±
=±11.876
10-?cm
滚珠丝杠受转矩引起的导程变化量很小，可以忽略不计，每米丝杠长度上螺距变形
0P P ?=36
1061087.11--??=19.78m μ/m
选精度等级为四级，由《机械零件设计手册》得4级，精度丝杠允许的螺距误差为27.5m μ/m ， 19.78m μ/m<27.5m μ/m ，故刚度足够。 6）稳定性验算
此纵向滚珠丝杠副采取一端轴向固定一端简支的方式。
滚珠丝杠属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象，失稳时，临界载荷应满足：
k F =
m s
k F L K I E f ≥????2
2π
式中：k F —临界载荷，单位为N
k f —丝杠支承系数，双推简支式取：k f =2
K —压杆稳定安全系数，一般取为2.5~4，取k=4 a —滚珠丝杠两端支承间的距离 E —钢的弹性模量E=4
106.20?MPa
I —丝杠按底径确定的截面惯性矩I=4
2d ?π/64 又：Ls —滚珠丝杠两端支承间的距离
丝杠螺纹长度Ls=工作台行程Ly+2余程Le=640+224?=688mm 其中Ly 、Le 均为《机电一体化手册》查得 最终得临界载荷：
k F =N 77.20114688
4/64
9.2014.3106.2014.322
442=?????? > m F =1398.08N 所以满足稳定性要求。 3、齿轮 传动比
h
b p
P i ??=
θδ0360
式中 b θ—步进电动机步距角，初选b θ=0.75°/step
h P —滚珠丝杠导程，取h P =6mm
p δ--脉冲当量 ，取p δ=0.01mm/step
得
6
75.001.03600
0??=i =0.8 可选定齿轮齿数为 35
28
21=
=
Z Z i 由于进给运动齿轮受力不大，且根据优先选用第一系列的原则，取模数m=2.5mm 小齿轮分度圆直径 1d =m 1z =28?2.5mm=70mm 大齿轮分度圆直径 2d =m 2z =35?2.5mm=87.5mm
由于齿轮传动只要求传递扭矩，故取大、小齿轮齿宽分别为
2b =28mm ，1b =33mm 。
齿顶圆直径 *
?+=a a h d d 211=70+21?=72mm *?+=a a h d d 222=87.5+21?=89.5mm 中心距 a=2
)(21z z m +=2)
3528(5.2+?=78.75mm
4、电机
1）等效转动惯量计算
折算到电动机轴上的转动惯量按下式估算 F J =21
22121)())((w v u w w J J J S Z Z +++ 化算得
F J =1Z J +【2
2)2(πh S Z P g G J J +
+】22
1)(z z 式中，F J —折算到电动机轴上的转动惯量（2kg cm ?） 1Z J —齿轮的转动惯量（2kg cm ?） 2Z J —齿轮的转动惯量（2kg cm ?） S J —滚珠丝杠的转动惯量（2kg cm ?） g —重力加速度
对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量按下式估算
J=7.8L D ???-4
4
10
式中 D —圆形零件直径 L —零件轴向长度 齿轮的转动惯量：
1z J =7.8×410×47.0×3.3=6.182kg cm ? 2z J =7.8×410-×48.75×2.8=12.802kg cm ?
丝杠的转动惯量：
Js=7.8×4
10-×4
2.5×68.8=2.102
kg cm ?
F J =6.182kg cm ?+【12.80+2.10+
108002)14.326.0(??】2)35
28
(2kg cm ? =16.182
kg cm ? 2）所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩
max M M M M f a ++=
最大切削负载时所需力矩
t
f M M M M M +++=0at
快速进给时所需力矩
M=Mf ＋M0
式中 Mamax —快速空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；
Mf —折算到电机轴上的摩擦力矩；
M0—由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩； Mat —切削时折算到电机轴上的加速度力矩； Mt —折算到电机轴上的切削负载力矩。
Ma=
T
n J F 6.9×4
10-N·m 当n=max n 时Mamax=Ma
max n =
max P i v =625.12000?=416.7r/min （i=12z z =2835
=1.25）
cm N M ?=???=-46.14005
.06.97.4161018.164amax
当n=t n 时
Ma=Mat
t n =
1000P i V s ?=
65
.06.01000??25.1?=62.5r/min cm
N T n J M t F ?=???=?=-07.2105
.06.95
.621018.166.94at 摩擦力矩：
Mf=
i P F πη200=i
WP f πη20
' 式中 0F —摩擦力（由工作台重量引起） η—进给系统的效率 中型机为0.75~0.8取η=0.8
`f —轨道摩擦系数
取`f =0.16
cm
N M f .23.1225.18.014.326
.080016.0=?????=
附加摩擦力矩：
)1(2200'
00ηπη-?=i
P F M
式中，'
0F —预加载荷，一般为最大轴向载荷的1/3.
当0η=0.9时预加载荷
0F =3
1Fx
则：
cm N M ?=???-??=23.525
.18.014.32)
9.01(6.086431
20
cm N i P F M X t ?=????==
54.8225
.18.014.326
.086420πη 所以,快速空载启动时所需力矩：
max M M M M f a ++=
=140.46＋12.23＋5.23=157.92N ·㎝
切削时所需力矩：
t
f M M M M M +++=0at
=21.07＋12.23＋5.23＋82.54=121.07N ·㎝
快速进给时所需力矩：
M=Mf ＋M0=12.23＋5.23=17.46N ·㎝
由以上分析计算可知：
所需最大力矩Mmax 发生在快速空载启动时
Mmax=157.92N ·㎝=1.5792N.m
3）步进电机选择
启动力矩一般启动力矩选取为：
m
N M M a q ?===
948.34
.05792
.15.0~3.0max 式中 Mq--电动机启动力矩；
Mmax--电动机最大力矩。
电机采用三相六拍式，启动力矩与最大静转矩关系
=
λ7
.80jmax q =M M
m N M M q ?==
=
54.487
.0948
.387
.0jmax
由以上选型及计算，最终选用110BF003型电动机 相关参数：
电压 80V 最大静转矩 800cm N 最大空载启动频率 1500 s step 外径：φ110mm 长度：160mm 轴颈φ11mm 步距角：0.75°/step
电气部分设计
微型计算机的应用已经深入到机床数控系统，在本设计中所谓经济型计算机数控是采用八位微机系统与步进电机驱动系统租场开环两坐标进给的简易数控系统。
电气部分设计包括硬件电路的设计和软件设计两部分。
一、数控系统的硬件电路设计
硬件是数控系统的基础，其性能的好坏直接影响整个系统的工作性能，有了硬件软件才能有效地进行。数控系统的基本硬件电路由以下几部分组成：控制器、存储器、接口电路、光电隔离电路、功率放大器。
1、控制器：
本系统选用8086cpu系统作为数控系统的控制器件。
①般计算机的性能指标有速度、字长、内存的大小、软件配置等。8086一般有cpu、I/O电路、存
储器三部分组成。
②时钟脉冲频率是计算机工作速度的主要因素，8086cpu的时钟频率为10MHZ。
2、存储器
20位的地址在CPU内可寻址，1M字节的内存空间，而机构内的存储器是16位的，只能寻址64k 字节，8086系统把1M存储空间系统分成16个逻辑段，每个逻辑段允许在存储空间浮动，即段与段之间可以部分重叠、完全重叠、连续排列、断续排列非常灵活。在整个存储空间中可以设置若干个逻辑段，对任意一个物理地址可以唯一的被包含在一个逻辑段内，也可以包含在多个相互重叠的逻辑段内，只要有段地址和段内偏移地址就可以访问到这个物理地址所对应的存储空间。
在8086存储空间中，把16k字节的存储空间成为一节，为简化操作，要求各个逻辑段从节的整数边界开始，也就是说段首地址第四位应该是“0”，因此，应该把段首地址的高16位称为段基址，存放在受寄存器中，段间偏移地址存放在IP或SP中，DS、CS、SS、ES的段基址分别为2058H、250AH、8FFBH和EFFOH。
3、光电耦合电路
光电耦合在微机系统中具有非常重要的作用，其通过发光二极管的光辉推动光敏三极管导通，从而实现通信系统中的光电隔离。
光电耦合器左右：
①隔离功能使微机与现场隔离，防止现场信号进入微机，从而保证微机可靠工作。
②实现信号电平转换可以将来自微机的输出信号电平很方便地转换为执行机构所需的信号电平或
者将来自生产现场的信号电平转换为危机所需的信号电平。
③负载驱动达林顿管可将电流放大很多，具有较强的负载驱动能力
8255输出口的放出及吸入电流均较大，故可直接用高电平来推动三极管驱动发光管。犹豫8255在上电复位时，端口初置为输入状态，即高阻抗状态，为不使开机输出额外的信息，三极管基极应拉成低电平。
4、功率放大器
功率放大电路分为单电源和双电源，单电源线路简单，但效率不高，所以选用双电源型。双电源采用高低压供电路，如下图。
工作原理：
无脉冲输入时VT1VT2VT3VT4均截止，电动机绕组W无电流通过，电动机不转。
有脉冲输入时，VT1VT2VT4饱和导通，在VT2由截止到饱和期间，其集电极电流，也就是脉冲变压TI的一次电流急剧增加，在变压器三次侧感生一个电压，使VT3导通，80V的高压经高压管VT3加到绕组W上，使电流迅速上升，当VT2进入稳定状态后，TI一次侧电流暂时恒定，无磁通量变化，二次侧的感应电压为零，VT3截止。这时，12V低压电源经VD1加到电动机绕组W上并维持
绕组中的电流，输入脉冲结束后，VT1VT2VT3VT4又都截止，存储在W 中的能通过18欧姆的电阻和VD2放电，该电路由于采用高压驱动，电流增长加快，脉冲电流的前沿变陡，电动机的转矩和运行频率都得到了提高。
二、数控系统的软件设计
设计一个采用步进电机伺服机构的开环机床，数控系统控制对象为机床进给系统X 、Z 工作台，用逐点比较法，插补法加工已知直线，故主程序调出插补子程序，由8255A 中断服务子程序完成越界急停报警。 1．主程序功能
8255A 的初始化，8259A 的初始化，调用插补加工子程序。 2．8255A 的设置
本设计采用AD 的8根引线来控制X 、Z 电机，红灯，绿灯。其中红灯于警铃相连，红灯亮，警铃响，作输出作业。 其控制字
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 0 0 0 标志位 端口AI 工作方式0 A 作输出 控制字：1000 0000B=80H
8255A 作为基本的输入、输出口、AD 工作方式为0
20PA PA -分别控制X 电机的A X 、B X 、C X 相 64PA PA -分别控制Z 电机的A Z 、B Z 、C Z 相 3PA 控制绿灯，绿灯亮，表示运行正常 7PA 控制红灯，红灯亮，表示有紧急情况
3． 三项六拍环分器脉冲通电代码 X 电机通电代码
7PA 6PA 5PA 4PA 3PA 2PA 1PA
0PA 相 代码 0 0 0 0 1 0 0 1 A 09H 0 0 0 0 1 0 1 1 AB 0BH 0 0 0 0 1 0 1 0 BC 0AH
0 0 0 0 1 1 1 0 BC 0EH 0 0 0 0 1 1 0 0 C 0CH 0 0 0 0 1 1 0 1 CA 0DH Y 电机通电代码
7PA 6PA 5PA 4PA 3PA 2PA 1PA
0PA 相 代码 0 0 0 1 1 0 0 0 A 18H 0 0 1 1 1 0 0 0 AB 38H 0 0 1 0 1 0 0 0 B 28H 0 1 1 0 1 0 0 0 BC 68H 0 1 0 0 1 0 0 0 C 48H 0 1 0 1 1 0 0 0 CA 58H 中断时
7PA 6PA 5PA 4PA 3PA 2PA 1PA
0PA 代码 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 4．8259A 的设置
8259A 可编程中断控制器，一共可接收8个中断，本次设计共用5个中断口，分别用来控制+X 、-X 、+Z 、-Z 方向的越界和急停按钮。
8259A 的预置命令字
的设置，其端口地址为偶地址
0A 7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 0 0 1 0 0 1 1 命令字为 13H
采用边缘触发：单级使用，需要设置4ICW
2ICW 的设置，其端口地址为奇地址
0A 7 6 5 4 3 2 1 0
1 0 1 1 0 0 0 0 0
命令字为 60H
4ICW 的设置，其端口地址为奇地址
0A 7 6 5 4 3 2 1 0
1 0 0 0 0 0 0 0 1
命令字为 01H
采用非特殊完全嵌套方式，非自动EOI 方式 8259A 的操作命令字
1ICW 的设置，其端口地址为奇地址
0A 7 6 5 4 3 2 1 0
1 1 1 1 0 0 0 0 0
命令字为0E0H
04~IR IR 都可引入中断
2OCW 的设置，其端口地址为偶地址
0A 7 6 5 4 3 2 1 0
0 1 0 1 0 0 0 0 0
命令字为0A0H 采用普通EOI 循环方式
5． 用逐点比较法插补加工程序设计 <1>直线插补计算原理
根据逐点比较法的原理，每走一步必须把动点的实际位置与给定轨迹的理想位置间的误差以“偏差”形式计算出来，然后根据偏差的正负决定下一步的走向，已逼近给定轨迹。 <2>逐点比较插补加工中由四个环节组成 a ．偏差判别
通过偏差计算确定刀具的位置，当偏差0Fs ≥时，刀具在被加工斜线上方，当0Fs ≤时，刀具在被加工斜线下方 b ．刀具进给
由上一步偏差判断结果，确定刀具进给方向，由此纠正偏差。若0F ≥向X 方向移动，若0F ≤向Z 方向移动。
c ．偏差计算
1||i i i F F Z +=- 1||i i i F F X +=+
d ．终点判别
判别刀具是否达到终点，到终点时则停止，否则继续插补。 6．三相六拍环分子程序
步进电机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。环形脉冲分配器可用硬件实现也可用软件实现。采用软件环分是利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配，通过正向顺序读取和反向顺序读取可控制电动机进行正反转，通过控制读取一次数据的时间间隔可控制电动机的转速。该法能充分利用计算机软件资源以降低硬件成本，尤其是对多相的脉冲分配具有更大的优点。 7．辅助电路
为防止机床行程越界，在机床上装有行程控制开关，为防止意外装有急停按钮。由于这些开关离控制箱较近，故容易产生电器干扰，为避免这种情况发生，在电路和接口之间实行光电隔离：当绿灯亮时，表示工作正常，当红灯亮时表示溜板箱已到极限位置。 8．控制系统的程序 1>主程序 NAME JG DA TA SEGMENT
;定义数据段
M DW 4
DUP(?)
T
DW
?
F DW 0H S DB ?
C DB 0H D
DB 0H
XT DB 09H.0BH.0AH.0EH.0CH.0DH ;X 电机通电代码 ZT
DB 18H.38H.28H.68H.48H.58H
;Z 电机通电代码
DA TA ENDS
STACK SEGMENT STACK
STA DW 100
DUP(?)
STACK
ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE, DS:DA TA
SS:STACK, ES:DATA;寄存器说明
STAR:CLI
MOV AX, 00H
MOV DS, AX ;中断向量的段基址送DS
MOV AX, SEG INTR ;取中断子程序的段基址
MOV BX, OFFSET INTR ;取中断子程序的偏移地址
MOV SI, 60H ;中断类型码送SI
MOV [SI], BX ;将中断偏移量送到[SI][SI+1]中MOV [SI+2], AX ;将中断段基址送到[SI][SI+1]中MOV AX, DATA
MOV DS, AX ;恢复DS
MOV DX, 2003H ;初始化8255A
MOV AL, 80H
OUT DX, AL
ICW MOV DX, 2800H ;定义8259A
1 MOV AL, 13H
OUT DX, AL
ICW MOV DX, 2801H ;定义8259A
2 MOV AL, 60H
OUT DX, AL
ICW MOV AL, 01H ;定义8259A
4 OUT DX, AL
OCW MOV AL, 0E0H ;定义8259A
1
OUT DX, AL
MOV DX, 2800H
OCW
MOV AL, 0A0H ;定义8259A
2
OUT DX, AL
STI ;中断打开
CALL CB ;调用插补程序
HTL
2>直线插补子程序
CB PROC
PUSH A X
PUSH B X
PUSH C X
PUSH D X
PUSHF ;保护现场
MOV AH, 0H ;标志位清零
SAHF
MOV AX, M ;取起点终点的X坐标
MOV BX, M+2
SUB BX, AX ;取终点相对于起点横坐标的绝对值Xe JGE B1
NEG BX
B1: MOV AX, M+1 ;取起点，终点的Z坐标
MOV DX, M+3
SUB DX, AX ;取终点相对于起点的Z坐标的绝对值Ye JGE B2
NEG DX
B2: ADD DX, BX ;计算总进给步数
MOV CX, DX
MOV AX, F ;将偏差值送AX
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，
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
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
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.
(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。
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)
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
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。
车床数控改造设计
毕业设计 车床数控改造系统设计 学生姓名 年级 学号 指导教师 专业 学院
摘要 主要介绍了CA6140型普通车床进给系统数控化改造的方案，详细分析了机械、电气部分改造的方法和原理。通过机床数控改造使普通机床不仅具有好的加工精度，而且还具有数控机床的功能，有利于提高机床的柔性和自动化程度本文为企业进行数控化改造提供了一种途径。CA6140普通车床进给系统数控改造设计包括机械和数控部分。机械部分采用滚珠丝杠副，控制信号经过功率放大器驱动步进电机，从而实现纵向、横向的进给，数控部分的硬件采用MCS 51系列8031单片机。 关键词 车床；数控改造；单片机；步进电机
The design of NC improvement on CA6140 lathe was introduced, the improvement method and principle of mechanism and electric parts was analyzed. After improving, the new lathe runs reliably and makes great benefit. It provides the path of technical improvement on traditional lathe to numerical control lathe in factories. The accuracy of machine tool of many enterprises is not up to standard and with high rate of breakdown. The reform of digital control machine tool can bring not only a good processing accuracy but also the function of digital control machine tool to common machine tool.C618K common machine numerical control design consist of mechanical part and numerical control part. In the mechanical part design, I use ball bearing quid screw assistant, micro-computer sent out control signal across power amplifier, then derive step-motor, thus carry out vertical or landscape orientation go along, I put to use 8031 single chip of MCS-51 in the hardware design. Keywords Lathe; numerical control; microcomputer; step-motor