C6163型车床的数控化改造设计
C6163型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C6163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。
关键字：普通车床；数控改造；步进电机；经济型数控系统；MCS-51。
i
C6163 NC lathe design of ordinary
Abstract: Study 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，fastandeffective way.
C6163 lathe NC system to rebuild this article to be an independent study, including machine tools retrofitting feasibility analysis, calculation of parameters of the machine tool design, machine tool structure rebuilding scheme optima selection, choose a suitable machine tool servo system and matters for attention in the reform are discussed in detail. Results: after the transformation has reached the expected 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; steeping motors; CNC system; MSC-51
目录
1 设计任务和总体方案的确定 (1)
2 主传动系统设计 (5)
2.1 主轴极限转速的确定 (5)
2.2 主运动参数的确定 (6)
2.3 主电动机的选择 (7)
2.4变速结构的设计 (8)
2.5 结构式和结构网的拟定 (8)
2.6 计算转速的确定 (9)
2.7确定各变速组变速副齿数 (11)
2.8绘制变速系统图 (13)
2.9 传动件的设计 (14)
2.10主轴组件设计 (27)
2.11 主轴组件的验算 (31)
3进给系统设计 (36)
3.1切削力的计算 (36)
3.2 纵向进给系统传动部件的计算和选型 (38)
3.3 横向进给传动部件的计算和选型 (44)
3.4齿轮间隙的调整 (45)
4 伺服系统的改造设计 (46)
4.1控制系统的选择 (46)
4.2纵向步进电机的计算和选择 (47)
4.3横向步进电机的计算和选择 (49)
4.4自动转位刀架选择及安装 (50)
5控制系统设计 (53)
5.1数控系统基本硬件组成 (53)
5.2主控芯片选择 (54)
5.3存储器系统的扩展设计 (54)
5.4可编程并行I/O扩展接口 (55)
5.5I/O口地址译码 (56)
5.6键盘显示接口电路 (57)
5.7其它辅助电路 (58)
参考文献 (60)
谢辞 (61)
附录 (62)
数控机床代表着机械制造业现代科学技术发展的方向和水平。目前，我国机床市场的需求结构已发生了很大的变化，数控机床，特别是普及型数控机床逐步成为市场需求的主体。我国数控机床的发展不仅从技术水平上已研制出五坐标的数控铣床加工中心，CNC系统和自动编程系统等。但同时，在数控机床的开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上的先进国家有较大差距。要达到世界先进水平，迅速发展我国数控机床行业势在必行。
通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的的制造业需求，而且数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对于中小企业心有余而力不足，目前各企业都有大量的通用机床，完全用数控机床代替根本不可能，而且替代下来的机床闲置起来，又会造成浪费。
要解决此问题可以对普通机床进行数控化改造，对普通机床其某些部位做一定的设计，配上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。普通机床改数控机床，从提高资本效率出发，改造闲置旧设备，发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值；改造后的机床加工精度高，尺寸散度小且改造费用低，可充分利用原有机床设备；周期短，可满足生产急需。
这次设计主要进行的是CK6163车床的机械部分（主轴箱、变速箱、纵向进给机构和横向进给机构）和数控部分的设计，其传动系统利用步进电机驱动滚珠丝杠，使拖板作精确的位移。
1 设计任务和总体方案的确定
1.1 设计内容
本设计内容是对CK6163数控车床（图1.1）的机械部分设计和利用MCS-51系列单片机，对纵、横向进给系统进给进行半闭环设计，使其在纵向和横向具有直线和圆弧插补的功能，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，使车床横向和纵向进给运动的行程和速度能够精确控制，能进行内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、圆柱螺纹和圆锥螺纹等加工，机床主轴的起动，停止和变速，刀具的变换和冷却，都可以自动控制。并具有直线、锥度、直螺纹和锥螺纹等自动循环机能。
图1.1CK6163车床外观图
1.2 主要技术参数
最大加工直径：630mm ； 床鞍上最大加工直径：350mm ； 最大加工长度：1500mm ； 纵向导轨长度：2000mm ； 主电动机功率：13kW ； 冷却泵电机功率：0.12kW ； 主轴通孔直径：80mm ； 主轴前端孔锥度：莫氏6号； 尾座顶尖手动最大行程：250mm ； 尾座顶尖套段孔锥度：莫氏5号； 主轴转速：16级 32～1000min /r ； 托板和刀架的总重力G ：1500N ； 最大进给速度max j V ：纵向：min /8.0m ，
横向： 0.4min /m ；
最大刀架快移速度max V ：纵向：3.6min /m ， 横向：1.8min /m ；
：纵向：0.01mm/脉冲，
脉冲当量
p
横向：0.005mm/脉冲；
定位精度：纵向：0.01mm，
横向：0.005mm；
启动加速时间
t：纵向：200ms；
横向：100ms；
电动刀架转位数：4
1.3 系统总体方案设计
数控系统总体方案设计的内容包括：系统运动方式的确定，执行机构及传动方案的确定，自动回转刀架的选择，伺服系统的选择，计算机控制系统的选择等。
①系统运动方式确定
数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度，对于刀具移动过程中不进行切削，点位直线控制系统不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工件，其控制方式与点、位控制系统十分相似；而改造后的数控车床有定位、直线、顺、逆圆弧插补、暂停、循环、加工公制、英制螺纹等功能，可以加工各种外形轮廓复杂的零件，因此选择连续控制系统。
②执行机构及传动方案的确定
轴的步进电机输出轴端配置减速器，减速器由一对啮合齿轮组成，通过减速器齿轮传动，由滚珠丝杠副把动力传给床鞍，从而带动托板的移动。为实现机床所需的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，同时为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，确保数控系统的传动精度和工作平稳性，应尽量减少摩擦力，而采用滚珠丝杠螺母副。纵向和横向均采用步进电动机--减速齿轮--滚珠丝杠螺母副--床鞍（或中滑板）的传动方式，同时，应提高传动刚度和消除间隙，滚珠丝杠螺母副的预紧是提高刚度，减小传动间隙的重要措施。消除间隙采用的方法是双螺母结构，用螺纹调隙，而齿轮间隙的调整则是采用周向弹簧调整法。
对于主传动的布局主要有整体传动式和分离传动式两种。主传动的全部变速
机构和主轴组件集中装在同一箱体内，称为整体传动式布局；分别装在变速箱和主轴箱两个箱体内，而其中间采用带或者链传动，称为分离式布局。
多数机床都是采用整体式传动布局，其优点是：结构紧凑，便于实现集中操作，箱体数少，在机床上安装调整方便。但传动机构的震动和发热会直接影响到主轴的工作精度。整体式布局一般用于普通精度的大中型机床。
而此次设计采用的传动布局就是分离式的，这样的好处是：变速箱所产生的震动和热量不传给或少传给主轴，从而减少了主轴的震动和热变形。当采用变轮传动时，高速时由带传动直接传动主轴，运转平稳，加工表面质量好；低速时由背轮机构传动，转矩大适应加工要求。
③自动回转刀架的选择
自动换刀装置因数控机床的形式、工艺范围和刀具的种类与数量的不同而具有不同的形式。目前常用的有自动回转刀架和带刀库的自动换刀装置。自动回转刀架也称为转塔式刀架，它是数控机床上最常用的，也是最简单的一种自动换刀装置，通过回转头的旋转分度定位来实现车床的自动换刀动作。自动回转刀架是由数控系统控制，效率高，工艺性能可靠。根据所加工零件的工艺要求及机床控制方式，在本改造中，采用四方自动回转刀架。
④伺服系统的选择
伺服系统分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。半闭环控制系统和闭环控制系统都具有检测装置，伺服控制精度都比开环系统高，但系统造价也高于开环结构且调试也不太容易。而开环系统不带检测装置，指令是单方向传送的，结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单，符合经济型数控机床的加工精度要求不高的性能。因此，为了简化结构，降低成本，采用步进电机驱动的开环控制系统。
⑤计算机控制系统的选择
根据机床的要求，采用8位微机，由于MCS-51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、组成功能比较完善、抗干扰能力强等特点，所以采用MCS-51系列单片机作为控制系统基本硬件。
2 主传动系统设计
2.1 主轴极限转速的确定
由于通用性机床加工对象很广，不同工序所采用的切削用量相差悬殊，而且加工零件的尺寸变换也很大，所以要合理地确定其极限转速是一个复杂的任务，必须对有关加工工序和切削用量进行分析，在分析切削用量的过程中，应特别注意下列几点：
1) 应考虑刀具材料的发展趋势。例如普通车到在大多数情况下已经采用硬质合
金，目前陶瓷刀具也已开始应用等情况。
2) 最高和最低转速不能仅用计算方法来确定。还应该和先进的同类机床比较，
因为过大的转速范围不仅不能充分发挥其性能，而且还可能使结构无法实现。在传动系统拟定好以后，验算各主要传动件的最大圆周速度应不超过允许值。
主轴最高和最低转速可按下列计算： max n =
min
max
d 1000πv (rpm)
min n =max
min
d 1000πv (rpm)
其中：
max n 、min n ——主轴最高、最低转速（m/min ）；
max ν、min ν——典型工序的最大、最小切削速度（m/min ）； max d 、min d ——最大、最小计算直径。
通用机床的max d 和min d 并不是指机床上可能加工的最大和最小直径，而是只常用经济加工的最大和最小直径。对于通用机床，一般取：
max d =k 2D
d
max
min
R d d =
D ——可能加工的最大直径（mm ）；
k ——系数，一般取0.5；
d R ——计算直径范围，d R =0.20~0.25.
普通车床采用最大速度max ν的典型工序一般为用硬质合金车刀精车或半精车钢质轴类工件的外圆，取max ν=200r/min 。
采用最小速度min ν的典型工序又以下几种情况： 1．在低速光车，要求获得粗糙度小于R3.2um ； 2．加工各种螺纹及多头螺纹；
3．用高速钢车刀，对铸铁材料的盘类工件进行粗车端面工作，取
min ν=20r/min 。
当典型工序为铰孔或加工螺纹时，应按在车床上常用最大铰孔直径或经常加工的最大螺纹直径作为最大计算直径max d 根据调研可取max d =0.251D ,(1D 为刀架上最大工件回转直径）
故 max n =min max 1000d v π=64
200
1000??π=995r/min ，取max n =1000 r/min ；
min
n max min 1000d v π=160
20
1000??π=39.79 r/min ， 取min n =32 r/min ；
与本次设计给定的参数相差不大，取计算值。
2.2 主运动参数的确定
1-=z n R ?
Z=
?
lg lg n
R +1 ∴?=)1(-Z n R =1532=1.26
根据《机械制造装备设计》77P 表3-5 标准公比?。这里我们取标准公比系列?=1.26。由《机械制造装备设计》中表3-3查得主轴的各级转速如下所示：32r/min ，40r/min ，50r/min ，63r/min ，80r/min ，100r/min ，125r/min ，160r/min ，
200r/min ，250r/min ，315r/min ， 400r/min ，500r/min ，630r/min ，800r/min ，1000r/min 。
2.3 主电动机的选择
电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。电动机应取恰当功率，功率取大了，则机床零、部件的尺寸也不必要的增大，不仅浪费材料，而且是电动机经常处于低负荷情况下工作，致使功率因素小，浪费电力。如果电动机功率取小了，则机床的技术性能达不到设计要求，且出现电动机超负荷工作情况，容易烧坏电机和电气元件。
现在以常见的中碳钢为工件材料，取45号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度a R =3.2mm 。刀具为可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm ?25mm 。刀具几何参
数：0γ=15o ，0α=6o ，r κ=75o ，r κ'=15o ，λ=0o ，01γ=-10o ，b 1r =0.3mm ，r e =1mm 。
现以确定粗车是的切削用量为设计：
① 确定背吃刀量p a 和进给量f ，根据《切削加工简明实用手册》444P 表8-50，p a 取4mm ，f 取1 r mm 。
② 确定切削速度，参《切削加工简明实用手册》448P 表8-57，取V c =2s m 。 机床功率的计算，
③ 主切削力的计算 根据《切削加工简明实用手册》449P -450P 表8-59和表8-60，主切削力的计算公式及有关参数：
F Z =9.81?Fc n 60?Fc C ?Fc Z a ?Fc Z f ?Fc Z v ?Fc K =9.81?15.060-?270?4?75.01?15.02-?0.92?0.95 =4495.4（N ） 切削功率的计算
c P =c F ?c v ?310-=4495.4323310-=9kw ； 取机床的效率为0.85， )(57.1085
.09kw p P z
Z ==
=
η
Y 系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B 级绝缘，工业环境温度不超过+40℃，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m ，额定电压380V ，频率50Hz 。适用于无特殊要求的各种机械设备，如金属切削机床，水泵，鼓风机，搅拌机，运输机等。
根据以上要求，选取Y160L-4型三相异步电动机，其额定功率为11Kw ，满载转速为1460min r ，质量为123Kg 。
2.4 变速结构的设计
拟定变速方案，包括变速形式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速形式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速形式、变速类型。
变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。
变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支分支传动变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。
显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。
2.5 结构式和结构网的拟定
级数为Z 的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有1Z 、
2Z ……个变速副。即 321Z Z Z Z =
此次设计主轴转速级数Z=16，有如下方案： Z=2323232
主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动件转速较高， 传动的转矩较小，尺寸小一些，反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在拟定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以节省变速箱的造价，减小变速箱的
外形尺寸。
可以设定如下两种变速方案:
8
4128421222216222216???=???=
通过两种方案的比较，前一种方案因第一扩大组在最前面，Ⅱ轴的转速范围比后面的方案大，如果两种方案Ⅱ轴的最高转速一样，前一种方案Ⅱ轴的最低转速较低，在传递相等功率的情况下，受的转矩较大，传动件的尺寸也就比后面的方案大。因此选定最终的传动方案为 ：8421222216???=
确定的结构网如下（图2.1）：
图2.1变速结构网
2.6 计算转速的确定
设计机床时，需根据不同机床的性能要求，合理确定机床的最大工作能力，即主轴所能传递的最大功率或最大转矩。对于专用机床，在特定的工艺条件下，各传动件所传递的功率和转速是固定不变的，所传递的转矩也是一定的。对于工艺范围较广的通用机床或某些专门化车床，由于使用条件复杂，变速范较大，传动件所传递的功率和转速是经常变化的。将传动件的传递转矩确定偏小或过大，都是不经济的、不合理的，对于这一类机床传动件传递转矩的大小的确定，必须根据机床实际使用情况调查分析。
传动件在传递全部功率的最低转速，能够传递最大转矩，因此，将传递全部
功率时的最低转速，称为该传动件的计算转速。
2.6.1 主轴计算转速的确定
主轴计算转速c n 是主轴传递全部功率（此时电机为满载）时的最低转速。从计算转速起至最高转速间的所有转速能够传递全部功率，而转矩则随转速增加而减少，此为恒定功率工作范围；低于主轴计算转速的各级转速所能传递的转矩与计算转矩时的转矩相等，是该机床的最大转矩，而功率则随转矩的降低而减少，此为恒转矩工作范围。
对于通用中型机床主轴计算转速 13
Z
min c n n -=?
CK6163车床主轴转数级数Z=16，其转速图如图2.2所示，主轴计算转速为：
m i n /r 100n n n n n 66
m i n
13
16
min 13
Z min c =====--??
?
图2.2 CK6163车床转速图
2.6.2 其他传动件计算转速的确定
主轴从计算转速起至最高转速间的所有转速都传递全部功率，因此实际上述主轴转速的其他传动件的实际工作转速也传递全部功率，这些实际工作转速的最低转速就是其他转动件的计算转速。
当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定其他各传动件的计算转速。确定的顺序通常是从后往前，即先定位出位于传动链后端（靠近主轴）的传动件的计算转速，在顺次由后往前定出各传动件的计算转速。
由转速图上可以看出Ⅶ轴共有16级转速。主轴在100r/min（计算转速）至1000r/min（最高转速）之间的所有转速都传递功率。此时Ⅶ轴经齿轮副30：60传动主轴，它只有在200r/min之上的转速才能传递全部功率，因此200r/min为它的最低转速，即Ⅶ的计算转速。
同理，Ⅵ轴上共有8级转速：800r/min、630r/min、500r/min、400r/min、315 r/min、250 r/min、160r/min此时。经齿轮副24:60传动Ⅶ轴，所得到的8级转速没有能够传递全部功率的，经齿轮副（60:24和24:24）传动Ⅶ轴，则能够传递全部功率。因此其中的最低转速400r/min为Ⅵ轴的计算转速。
以此类推，各轴的计算转速见表2.1：
表2.1 各轴计算转速
轴号计算转速
轴Ⅰmin
=
n
1000r
/
j
轴Ⅱmin
=
n
800r
/
j
轴Ⅲmin
/
n
630r
=
j
轴Ⅳmin
=
n
400r
/
j
轴Ⅴmin
n
/
=
400r
j
轴Ⅵmin
=
n
400r
/
j
轴Ⅶmin
/
n
200r
=
j
2.7确定各变速组变速副齿数
确定齿轮齿数的原则和要求：
①齿轮的齿数和z s 不应过大；以免加大两轴之间的中心距，使机床结构庞大，一般推荐z s ≤100～200.
②最小齿轮的齿数要尽可能少； 但同时要考虑以下问题：
1) 最小齿轮不产生根切，机床变速箱中标准直圆柱齿轮，一般最小齿数min z ≥
18；
2) 受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于18～20；
3) 齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求：实际传动比（齿数之比）与理论传
动比（转速图上要求的传动比）之间又误差，但不能过大，确定齿轮数所造成的转速误差，一般不应超过±10%（?-1）%，即
）
（理
实
理110n n -?±-?n % 理n ：要求的主轴转速；
实n ：齿轮传动实现的主轴转速；
4) 两轴之间最小中心距应取得适宜。齿数和太小，则中心距过小，将导致两轴
上轴承及其他结构之间的距离过近或相碰。
当各变速组的传动比确定以后，便可以确定各齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和z S 以及小齿轮的齿数可以从《机械制造装备设计》表3-9中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于18～20。
根据《机械制造装备设计》94P ,查表3-9各种常用变速比的使用齿数。见表2.2：
表2.2 齿数分配及带轮直径
齿数及带轮直径
电动机-轴Ⅰ 小带轮mm 140φ，大带轮mm 200φ
轴Ⅰ-Ⅱ
401=z ，322=z ，323=z ，404=z
2.8 绘制变速系统图
图2.3 主轴箱
轴Ⅱ-Ⅲ 365=z ，406=z ，367=z
轴Ⅲ-Ⅳ 小带轮mm 180φ，大带轮mm 200φ
轴Ⅳ-Ⅴ 428=z ，429=z
轴Ⅴ-Ⅵ 2410=z ，2411=z ，2412=z ，6013=z 轴Ⅵ-Ⅶ 6014=z ，2415=z ，2416=z ，6017=z
轴Ⅶ-Ⅷ
3018=z ，6019=z ，60z 20=
图2.4 变速箱
2.9 传动件的设计
2.9.1 带轮的设计
三角带传动中，轴间距A 可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。电动机转速n=1460r/min,传递功率P=11kW,传动比i=1.26，两班制，一天运转16小时，工作年数10年。
(1)选择三角带的型号
由《机械设计》156P 表8-7工作情况系数A K 查的工作情况系数A K =1.2。 故根据《机械设计》156P 公式（8-21）
)(2.13112.1kW P K P A ca =?==
式中P--电动机额定功率， A K --工作情况系数
因此根据ca P 、1n 由《机械设计》157P 图8-11普通V 带轮型图选用B 型带。 (2)确定带轮的基准直径1D ，2D
带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的使用寿命，小带轮的直径
1D 不宜过小，即min D D ≥1。查《机械设计》157P 表8-8、图8-11和155P 表8-6取主动小带轮基准直径1D =140mm 。
由《机械设计》150P 公式(8-15a)()ε-=112
1
2D n n D 式中：
1n -小带轮转速，2n -大带轮转速，ε-带的滑动系数，一般取0.02。 故 mm D 3.200)02.01(1401000
1460
2=-?=
， 由《机械设计》157P 表8-8取圆整为200mm 。 (3)验算带速度V ，
按《机械设计》150P 式（8-13）验算带的速度 V=
6.101000
601460
14014.31000
601
1=???=
?n D π m/s
所以s m v s m 305<<，故带速合适。 (4)初定中心距
带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取： 根据《机械设计》152P 经验公式（8-20）
)(2)(7.021021D D A D D +≤≤+ 0.7（140+200）≤0A ≤2（140+200） 238≤0A ≤680 取0A =650mm.
(5)三角带的计算基准长度0L
由《机械设计》158P 公式（8-22）计算带轮的基准长度 ()()0
2
122
10042
2A D D D D A L -+
++
=π
=650
4)140200()200140(265022
?-+++?π
=1835.5
由《
146P 表8-2，圆整到标准的计算长度 L=1800mm
(6)确定实际中心距A
按《机械设计》158P 公式（8-23）计算实际中心距 A=0A +
20L L -=650+2
5
.18351800-=632.35mm (7)验算小带轮包角1α
根据《机械设计》158P 公式（8-25）
O O O o
A
D D 1201693.571801
21>=?--
≈α，故主动轮上包角合适。 (8)确定三角带根数Z
根据《机械设计》158P 式（8-26）得
00ca
l
p z p p k k α=
+?
查表《机械设计》153P 表8-4d 由i=1.26和min 14601r n =得： 0p ?= 0.31KW
查表《机械设计》表8-5，k α=0.98；查表《机械设计》表8-2，长度系数l k =0.92
8.392
.098.0)31.082.2(2
.13=??+=
Z
所以取Z=4 根
同样可以计算出主轴箱的小带轮直径为1801=D ，大带轮直径2802=D ，带的根数为3根。
(9)计算预紧力
查《机械设计》表8-3，q=0.1kg/m 由《机械设计》式（8-27）
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，
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
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
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。
CA6140普通车床数控化改造
目录 摘要 (ⅰ) Abstract (ⅱ) 绪论 (1) 第一章 CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟订 (3) 1-1 总体方案确定 (3) 1-2 设计X—Y数控工作台及其控制系统 (4) 第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5) 2-1 脉冲当量的选择 (5) 2-2 切削力的计算 (5) 2-3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6) 2-4 齿轮传动比的计算 (14) 2-5 步进电机的计算与选型 (15) 2-6 设计绘制进给伺服系统机械装配图 (19) 第三章 CA6140 车床微机数控系统硬件电路的设计 (20) 3-1 单片机微机数控系统电路设计内容 (20) 3-2 MCS-51 系列单片机简介 (21) 3-3 存储器扩展电路的设计 (28) 3-4 I/O 接口电路及辅助电路设计 (37) 3-5 典型零件加工程序设计 (46) 总结 (49) 参考文献 (50) 致谢 (51) 外文资料及中文翻译 (52)
绪论 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。 一、数控机床的产生 数控机床最早是从美国开始研制的。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于1952年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。 二、数控机床的发展 自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。 第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。 第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。 第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。 近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。 三、我国数控机床的发展概况 我国从1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，直到60年代末和70年代初，研制的劈锥数控铣床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工
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。