CA6140普通车床的数控化改造毕业设计论文
C6140车床数控改造毕业设计论文
毕业设计任务书毕业设计题目：经济型C6140车床数控改造内容和要求：内容：司服进给系统的校核计算和微机数控系统硬件电路设计，完成普通C6140车床的数控化改造及相关图纸。
技术要求：利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。
工作质量要求：方案设计合理，理论计算准确，结构设计合理，图纸图面清楚，投影正确，标注完整，设计及绘图过程符合国家要求等。
软硬件条件：个人计算机；参考书；AutoCAD（或其他绘图条件）指导教师（签字）：年月日机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。
用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。
到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。
可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。
关键词：机床, 数控机床, 伺服进给系统, 单片机1．前言 (1)1.1 概述 (1)1.2 数控机床和数控技术 (1)1.3 数控机床的特点 (2)1.4 数控机床的发展 (3)2．总体方案的设计 (4)2.1 设计任务与要求 (4)2.1.1 课程设计的目的 (4)2.1.2 课程设计的主要技术参数 (4)2.2.3 课程设计的内容 (5)2.2.4 课程设计的要求 (5)2.2.5 课程设计的图纸 (5)2.2 总体方案的设计 (5)2.2.1 数控系统运动方式的确定 (5)2.2.2 伺服进给系统的改造设计 (6)2.2.3 数控系统的硬件电路设计 (6)3．伺服进给系统的计算 (8)3.1 确定系统脉冲当量 (8)3.2 切削力的计算 (8)3.2.1 纵车外圆 (8)3.2.2 横切端面 (8)3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)3.3.1 纵向进给丝杠 (9)3.3.2 横向进给丝杠......................................... .11 3.3.3 纵向和横向滚珠丝杠螺母副几何参数..................... .143.4 齿轮传动比计算 ........................................ .15 3.4.1 纵向进给齿轮箱传动计算 .............................. .15 3.4.2 横向进给齿轮箱传动计算 .............................. .15 3.5 步进电动机的计算和选型 ................................ .16 3.5.1 纵向进给步进电动机计算 .............................. .16 3.5.2 横向进给步进电动机的计算和选型 ...................... .20 4．微机数控系统硬件电路设计............................... .21 4.1 微机控制系统硬件的选择 ................................ .21 4.2 8255A可编程并行I/O口扩展芯片......................... .23 4.3 8255端口的寻址........................................ .26 4.4 可编程键盘，显示器接口—Intel8279 ..................... .27 4.5 部分硬件接口电路及辅助电路设计 ........................ .28 4.6 数控系统软件设计 ...................................... .30 结论 ................................................... ..32 致谢 .................................................... .33 参考文献 .................................................. .34 附件 .. (35)1 前言1.1 概述整个人类社会的文明史，就是制造技术不断演变和发展的历史。
毕业设计(论文)-CA6140车床刀架机构经济型数控改造
重庆大学网络教育学院毕业论文毕业设计（论文）题目CA6140车床刀架机构经济型数控改造学生所在校外学习中心重庆学习中心批次层次专业201302本科、机械设计制造及自动化学号学生指导教师起止日期2013.7.8-2013.9.17重庆大学网络教育学院毕业论文中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）车床的改造，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，应充分考虑机床零件的耐磨性，尤其是机床导轨。
（2）托板的改造，托板时数控系统直线控制的对象，所以对其改造尤显重要。
这中间最突出的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，所以要对输入输出轴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，重复定位精度凹，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2重庆大学网络教育学院毕业论文目录1 绪论 (5)1.1课题背景 (5)1.2机床改造的内容及意义 (7)1.2.1研究意义 (7)1.2.2主要研究内容及技术路线 (7)1.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题 (8)2自动回转刀架设计 (9)2.1 数控车床自动回转刀架的概述 (9)2.2 设计研究内容 (9)2.3 研究实际社会意义及应用效果 (10)2.4 小结 (10)3 总体结构设计 (11)3.1 电动机的选择 (11)3.2 减速传动机构的设计 (11)3.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (11)3.4 刀架抬起机构的设计 (11)4 自动回转刀架的工作原理 (13)5 主要传动部件的设计计算 (17)5.1 蜗杆副的设计计算 (17)5.1.1 蜗杆的选型 (17)5.1.2 选择材料和确定许用应力 (17)5.1.3按接触强度确定主要参数 (17)5.1.4蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 (19)5.2 蜗杆轴的设计 (20)5.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (20)3重庆大学网络教育学院毕业论文5.2.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 (20)5.2.3 确定各轴段的直径和长度 (20)5.2.4蜗杆轴的校核 (21)5.2.5 键的选取与校核 (26)5.3 蜗轮轴的设计 (26)5.3.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 (26)5.3.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径 (26)5.3.3 确定各轴段的直径和长度 (27)5.4中心轴的设计 (27)5.4.1 中轴的材料选择,确定许用应力 (27)5.4.2 确定各轴段的直径和长度 (28)5.4.3 轴的校核 (28)5.6 刀架体设计 (30)6 电气控制部分设计 (31)6.1硬件电路设计 (31)6.1.1 收信电路 (31)6 结论 (36)参考文献 (38)致谢 (39)4重庆大学网络教育学院毕业论文1 绪论1.1课题背景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。
车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计
车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计1.摘要本论文针对车床CA6140主轴系统进行数控化改造及仿真设计，旨在提高车床的加工精度和生产效率。
首先，对车床的主轴系统进行了详细分析，并确定了改造的目标和需求。
然后，基于数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。
最后，通过仿真模拟对改造方案进行了验证，并使用实际加工试验进行了实验验证。
实验结果表明，通过数控化改造，主轴系统的加工精度和生产效率得到了显著提高。
2.引言车床是传统机械加工设备中常用的一种，但是由于其控制方式落后，存在加工精度低、生产效率不高等问题。
因此，对车床进行数控化改造是提高其加工精度和生产效率的重要手段。
主轴系统作为车床的核心部件之一，其控制精度对整个车床的加工效果起着重要作用。
本论文针对车床CA6140主轴系统进行了数控化改造及仿真设计，旨在提高其加工精度和生产效率。
3.车床CA6140主轴系统的分析与改造目标首先，对车床CA6140主轴系统的结构和工作原理进行了详细分析，发现其存在传动链路复杂、加工精度不稳定等问题。
基于此，确定了改造目标为提高主轴系统的加工精度和稳定性，并提高其生产效率。
4.数控控制系统的设计根据数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。
首先，选取了适合主轴系统控制的数控设备，并设计了相应的控制算法和程序。
然后，对数控编程进行了详细设计，并使用仿真软件进行了仿真验证。
5.改造方案的仿真与验证为了验证改造方案的有效性，使用仿真软件对其进行了仿真模拟。
首先，建立了CA6140主轴系统数学模型，并将其运行参数与改造后的数控控制系统进行了耦合。
然后，通过调整控制系统的参数，对加工过程进行了仿真模拟，并对加工结果进行了分析和评估。
最后，使用实际加工试验进行了实验验证，并与仿真结果进行了对比分析。
6.结论通过车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真设计，本论文有效提高了主轴系统的加工精度和生产效率。
〔大学论文〕CA6140普通车床的数控技术改造〔含word文档〕
1.4.1 微观看改造的必要性 从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性 ，而且这些优越
性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 1 、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。
由 于 计 算 机 有 高 超 的 运 算 能 力 ，可 以 瞬 时 准 确 地 计 算 出 每 个 坐 标 轴 瞬 时 应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 2 、可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提 高 3～7 倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储 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 实 现 另 一 工 件 加 工 的 自 动 化 ，从 而 使 单 件 和 小 批 生 产 得 以自动化，故被称为实现了"柔性自动化"。 3、 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要"修配"。 4 、可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。
山东理工大学
第一章 概论
1.1 数控系统发展简史
1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和 部 分 代 替 脑 力 劳 动 的 工 具 。它 与 人 类 在 农 业 、工 业 社 会 中 创 造 的 那 些 只 是 增 强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台 数 控 机 床 。从 此 ，传 统 机 床 产 生 了 质 的 变 化 。近 半 个 世 纪 以 来 ，数 控 系 统 经 历了两个阶段和六代的发展。
CA6140车床数控化改造设计
计算切削力
纵向切削力计算 查阅相关资料计算得： 车削时最大工作载荷 Fm KFL f ( Fv G) =1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8) =1790.68(N) 最大动载荷 C L f F 3 = 83.5 ×1.5×1790.68=11740（N）
3 m m
•
步进电机选择原则纵向驱动电源自选择横向电机选择五、数控系统的选择
• 现在国内数控设备使用的数控系统也是有不少的
品牌和种类，大体分为国产系统和进口系统，现 在国内厂家主流系统有：广州数控，北京KND， 华兴数控，华中数控，蓝天系统等，台湾系统有： 新代系统，宝元系统等，进口系统有：三菱系统， 西门子系统，发那科系统。 但是进口系统在某些性能上的确有其过人之处， 但是价格比较昂贵。从数控化改造的经济性和系 统的稳定性及综合性能上考虑我们选用广数的 GSK 980TDb系统，作为数控改造的系统，用来控 制机床的运行。
总体方案设计图
三、机械系统的改造设计方案 1．主传动系统的改造方案 对普通车床进行数控化改造时， 一般可保留原有的主传动机构和 变速操纵机构，这样可减少机械 改造的工作量。
2．换装自动回转刀架
为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道 工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转 刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公 司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动 刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路， 由数控系统完成。
CA6140普通车床改造成经济型数控车床。 主要参数如下： （1）床身上最大加工直径400 mm； （2）最大加工长度1000 mm； （3）X方向(横向)的脉冲当量δx = 0.005 mm/ 脉冲，Z方向(纵向)δz = 0.01 mm/脉冲； （4）X方向最快移动速度Vxmax = 3000 mm/min，Z方向为Vzmax = 6000 mm/min； （5）X方向最快工进速度Vxmaxf = 400 mm/min，Z方向为Vzmaxf = 800 mm/min；
CA6140普通车床数控化改造毕业设计论文
设计目的通过本课程设计的训练，使学生在学完《数控机床结构及维修》和《数控原理与系统》课程之后，能够运用所学的知识独立完成数控车床进给传动系统的自动控制系统设计，从而使我们更进一步加深和巩固对所学的知识的理解和掌握，并提高学生的实际操作能力。
（1）运用所学的理论知识,进行车床数控化改造的初步训练,培养我的设计能力；（2）了解普通车床的机械部分的数控化改造与电气部分的数控化改造方法（3）掌握查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；（4）掌握编写技术说明书的能力。
摘要数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，改善劳动条件，利于生产管理现代化。
普通机床的缺点：普通机床靠齿轮和普通丝杠螺母传动。
由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确，因此重复精度较低。
普通机床测量时需停车后手工测量，测量误差较大，而且效率低下。
适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。
它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工资水平高。
在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。
因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。
也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
物竞天择，适者生存。
一些不适应社会发展在机床必将被淘汰，所以实施机床的数控化改造是机械行业在必然趋势。
通过搜集资料、实践研究等方法对机床就行改造即是用较少的成本去创造更高的价值。
而这也将极大的推动中国机械行业的发展。
经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。
所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。
事实证明：机床的数控化改造可以为企业带来可观的经济效益。
关键词：CA6140普通车床；数控化改造；数控车床目录第一节普通车床数控化改造绪论1.1 概述 (1)1.2 数控机床在我国的发展概况 (1)1.3 数控机床的发展趋势 (2)第二节机械设计部分 (3)2.1C A6140普通车床的数控化改造设计方案的拟定 (3)2.2总体方案确定 (3)2.3设计参数 (4)2.4 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5)2.5步进电机拖动的开环系统 (15)第三节 PLC程序设计部分 (16)3.1系统配置 (16)3.2程序设计 (16)3.3程序设计及调试运行程序 (17)第四节体会收获 (21)第五节参考文献 (22)第一节普通车床数控化改造绪论1.1 概述1．机床数控化改造的目的：用数控装置、伺服系统、滚珠丝杠副及其他辅助装置等对普通机床进行数控化改造，将其有机结合，使普通机床基本具备同类数控机床的性能的数控机床。
CA6140普通车床数控改装设计
XX大学毕业设计(论文)CA6140普通车床数控改装设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日摘要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.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；5.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；6.绘出相应的零件图和装备图；7．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AbstractAs 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 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. 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 technique diagram.5. 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.6. Draw out parts diagrams and assemble diagram.7 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.Key words: General purpose lathe、Numerical control(NC)、Reform目录摘要 (II)Abstract (III)目录 ...................................................................................................................................... I V 第1章绪论 . (7)1.1 课题研究的意义 (7)1.2 数控机床的发展趋势和研究方向 (7)1.2.1 高速度、高精度化 (8)1.2.2多功能化 (9)1.2.3智能化 (10)1.2.4数控系统小型化 (11)1.2.5数控编程自动化 (11)1.2.6更高的可靠性 (11)1.3 本课题研究的参数要求 (12)第2章总体设计方案 (13)2.1数控车床的总体任务 (13)2.2运动系统方案确定 (13)2.2.1伺服系统的选择 (13)2.2.2传动方式的选择 (13)2.3数控系统电路原理图设计 (14)2.4数控系统硬件结构 (14)2.5数控系统软件结构 (15)第3章纵向进给伺服进给结构设计 (16)3.1 确定脉冲当量 (16)3.2 切削力的计算 (16)3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (17)3.3.1 精度的选择 (17)3.3.2丝杠导程的确定 (17)3.3.3 最大工作载荷的计算 (18)3.3.4 最大动载荷的计算 (18)3.3.5 滚珠丝杠螺母副的选型 (19)3.3.6 滚珠丝杠副的支承方式 (19)3.4.3 传动效率的计算 (19)3.3.8 刚度的验算 (20)3.3.9 稳定性校核 (21)3.3.10 临界转速的验证 (21)3.4 齿轮传动的计算 (22)3.5 步进电动机的选择 (22)3.6导轨的特点 (25)4.3 导轨的设计 (26)第4章横向进给伺服进给结构设计 (29)4.1切削力的计算 (29)4.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (29)4.2.1 最大工作载荷的计算 (29)4.2.2 最大动载荷的计算 (29)4.2.3滚珠丝杠螺母副的选型 (30)4.2.4 滚珠丝杠副的支承方式 (30)4.2.5 传动效率的计算 (30)4.2.6 刚度的验算 (30)4.2.7 稳定性校核 (31)4.2.8临界转速的验证 (31)4.3 进给伺服系统传动计算 (32)4.3.1确定传动比 (32)4.3.2齿轮参数的计算 (32)4.4.步进电机的计算和选用 (32)4.4.1转动惯量的计算 (32)4.4.2电机力矩的计算 (34)4.5步进电机的选择 (36)第5章单片机控制应用系统电路设计 (37)5.1硬件电路设计 (37)5.1.1 数控系统的硬件结构 (37)5.1.2 数控系统硬件电路的功能 (37)5.2关于各线路元件之间线路连接 (38)5.3.关于电路原理图的一些说明 (39)参考文献 (43)致谢 (44)第1章绪论1.1 课题研究的意义机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石。
普通车床的数控化改造毕业论文
学号：湖南理工学院成教学院毕业论文作 者 函授站 指导老师层 次数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重 要标志。
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机题目：普通车床的数控化改造 年 级 专 业 职 称 完成时间械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。
但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。
如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。
因此，普通机床的数控化改造大有可为。
本文通过对CA6140普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠, 操作方便，性能价格比高。
这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。
本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造。
关键词：数控；改造；车床。
摘要 (1)目录 (2)绪论 (4)L数控机床改造的背景和意义 (4)1.1数控机床在我国的发展现状 (4)1.1』车床数控化改造的意义 (5)1.1.2普通车床数控化改造的优点 (6)1.2数控化改造的内容 (7)1.3机床数控化改造的必要性 (10)2.车床数控改造的构思与方案 (11)2.1改造任务 (11)2.2改造方案的论证 (11)2.3改造方案的确定 (12)3.主要结构的数控改造方法 (13)3.1数控系统的改造 (13)3.1.1...................................................................................................................................... 数控系统的选择 . (13)3.1.2...................................................................................................................................... 电气控制原理 (14)3.2纵向（Z向）进给系统的改造 (16)3.2.1...................................................................................................................................... 改造思路 . (16)322实施步骤 (17)3.3横向（X向）进给系统的改造 (18)3.4刀架. (19)3.4.1...................................................................................................................................... 选用选用LD4-6132型电动刀架 (19)3.4.2...................................................................................................................................... 实施步骤 . (19)3.5主轴传动系统的改造 (19)3.5.1...................................................................................................................................... 改造思路 . (19)3.5.2...................................................................................................................................... 实施步骤 . (19)3.6滑动导轨副的改造 (19)4.安全防护 (19)4.1硬防护 (20)4.2软防护 (20)5.总结 (20)参考文献 (21)致谢 (22)随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。
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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，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。
二总体方案设计2.1 总体方案设计要求本课题来源于生产实践。
将CA6140型普通车床改造成经济型数控车床，应能实现CA6140车床原有功能，在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。
在整个设计过程中满足以下几点要求：X轴（横向）、Z轴（纵向）改为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动。
X轴（横向）脉冲当量：0.005mm/脉冲Z轴（纵向）脉冲当量：0.010mm/脉冲实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止。
2.2 CA6140车床改造的总体方案由于是经济性数控改造,所以在考虑具体方案时,基本原则是在满足使用要求前提下,对机床改动尽可能少,以降低成本。
根据CA6140 车床有关资料以及数控机床的改造经验,确定总体方案为：采用以8031单片机为核心的数控装置控制加工过程。
微机通过I/O接口发出步进脉冲，经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。
步进电机的转子带动滚珠丝杠转动，从而使工作台产生移动，实现纵向、横向的进给运动。
为加工螺纹,在主轴上加装主轴脉冲编码器。
由于步进电机需要的驱动电压较高，电流较大，如果将I/O输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，轻则影响单片机程序运行，重则导致单片机接口电路的损坏，所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路，实现电气隔离。
其总体改造方案结构示意图见图2-1所示。
进给伺服系统总体方案框图如图2-2所示：图2-1 数控车床的总体改造方案结构示意图图2-2 进给伺服系统总体方案框图总体框架说明：微机：可采用8031单片机，可满足该系统的控制要求。
光电隔离：作用是能够隔离外部干扰信号对微机的信号冲击，提高系统的稳定性。
主轴脉冲编码器：作用是实现螺纹加工。
横（纵）向工作台：是由CA6140改造而来，拆除原来的丝杆，溜板箱，变速箱等。
步进电机及其驱动器要能够达到0.005mm的加工精度要求。
三车床进给伺服系统机械部分改造设计与计算3.1 车床进给伺服系统机械部分改造设计进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板刀架等。
改造的方案不是唯一的，以下是其中的一种方案：(1) 主传动系统保留原机床的主轴手动变速。
改造后使其主运动和进给运动分离，主电机的作用仅为带动主轴旋。
增加一只电磁离合器，用以接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车。
加工螺纹或丝杠时，为保证主轴每转一转，刀具准确移动一个导程，需拆除挂轮架系统，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲编码器，作为主轴位置信号的反馈元件。
脉冲编码器采用异轴安装，意在实现角位移信号传递的同时，又能吸收车床主轴的部分振动，从而使主轴脉冲编码器转动平稳，传递信号准确。
(2) 进给系统原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠和操作杠全部拆除，纵向进给系统以步进电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。
滚珠丝杠仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承。
与床身尾部步进电机相联接。
步进电机经减速后和滚珠丝杠用套筒联轴器连接。
横向进给系统中保留原手动构，将原横溜板的丝杠的螺母拆除，改装横向进给滚珠丝杠螺母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。
3.2 横向进给系统改造设计3.2.1 横向进给系统的设计经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架横向运动。
步进电机安装在大拖板后端，用法兰盘将步进电机与车床大拖板连接起来，以保证同轴度，提高传动精度。
其结构示意图见图3-1所示。
图3-1 横向结构示意图3.2.2 横向进给系统的设计计算已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算） W=30kgf=300N时间常数 T=25ms滚珠丝杠基本导程L=4mm左旋行程 S=230mm脉冲当量pδ=0.005mm/step步距角α=0.75 °/step快速进给速度νmax=1mm/min（1）切削力计算查参考文献[1]可得知，横向进给量为纵向的1/2～1/3,取1/2,则切削力约为纵向的1/2，Fz=(1/2)³152.76=76.38kgf=763.8N （3-1）在切断工件时：Fz =0.5Fz=0.50³76.38=38.19kgf=381.9N （3-2）（2）滚珠丝杠设计计算对于燕尾型导轨：P=KFy+f ＇(Fz+W) （3-3） 取K=1.4 f ＇=0.2,则 P=1.4³38.19+0.2³（76.38+30）=74.74kgf=747.4N （3-4）寿命值 L i =61060Ti n i =610150001560⨯⨯=13.5 （3-5） 最大动负载Q=i L 3=35.13³1.2³1³74.74=213.55kgf=2135.5N （3-6）根据最大动负荷Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。
查参考文献[2]可知，选用型号为WL2004-2.5X1B 左，其额定动负荷为6100N ，所以强度足够用。
② 效率计算螺旋升角γ=3°39′，摩擦角ψ=10′ 则传动效率 η=)(ϕγγ+tg tg =)10383(383'+'︒'︒tg tg =0.956 （3-7）③ 刚度验算滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程的变化量 ΔL 1=EFPL 0±=267619.1106.2014.344.01074.74⨯⨯⨯⨯⨯⨯±=±5.96³10-6cm （3-8） 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量ΔL 2很小，可忽略，即：ΔL=ΔL 1。
所以，导程变形总误差为 Δ=o L 100ΔL=4.0100³5.96³10-6=14.9μm/m （3-9） 查表知E 级精度丝杠允许的螺距误差1m 长为15μm/m ，故刚度足够。
由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不用验算。
(3) 齿轮及转矩有关计算 a.有关齿轮计算 传动比 i=p o L δϕ360=67.135005.0360475.0==⨯⨯ （3-10） 故取Z 1=18 Z 2=30 m=2mm b=20mm α=20° d 1=36mm d 2=60mmd 1a =40mm d 2a =64mm a=48mm b.转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 J I =（πϕδp180）2W=（75.014.3005.0180⨯⨯）2³30³0.01=0.0439kgf ·cm 2（3-11）丝杠转动惯量J S =7.8³10-4³24³50=0.624kgf ·cm 2 （3-12）齿轮的转动惯量J 1z =7.8³10-4³3.64³2=0.262kgf ·cm 2 （3-13） J 2z =7.8³10-4³64³2=2.022kgf ·cm 2 （3-14） 电机转动惯量很小可忽略，因此，总的转动惯量J=()()0439.0262.0022.2624.05312122+++⨯⎪⎭⎫⎝⎛=+++I Z Z S J J J J i =1.258kgf ·cm 2 （3-15） c ．所需转动力矩计算n max =oL imax υ=4351000⨯=41607r/min （3-16）M max a =2184.010025.06.97.416258.1106.944max =⨯⨯⨯=⨯--T i Jn N ·m=2.23kgf ·cm （3-17）min /17.33346014.3515.0100100010001r DL fi L f n n o o t =⨯⨯⨯⨯⨯⨯===πυ主 （3-18）N M at 0174.010025.06.917.33258.14=⨯⨯⨯=-m=0.1775kgf ·cm （3-19）i L F M oo f πη2==m N cm kgf i fWL ·028.0·287.058.014.3234.0302.02==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πη （3-20）()()m ·N 011.0cm ·kgf 116.09.0158.014.3634.019.381i 6L F M 22o o Y o ==-⨯⨯⨯⨯⨯=η-πη=(3-21)m N cm kgf i L F M o Y t ·179.0·824.158.014.3234.019.382==⨯⨯⨯⨯⨯==πη (3-22) 所以，快速空载启动所需转矩cmN cm kgf M M M M o f a ·33.26·633.2116.0287.023.2max ==++=++=(3-23)切削时所需力矩：cm·N 04.24cm ·kgf 404.2824.1116.0287.01774.0M M M M M t o f at ==+++=+++= (3-24)快速进给时所需力矩：cm N cm kgf M M M o f ·03.4·403.0116.0287.0==+=+= （3-25） 从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，max M =2.633kgf ·cm=26.33N ·cm3.2.3 步进电机的选择CA6140横向进给系统步进电机的确定 cm N M M Lo q ·285.654.010633.24.0=⨯==（3-26） 电动机选用三相六拍工作方式，可知：866.0=imqM M （3-27）所以，步进电机最大静转矩im M 为：cm N M M q im ·01.76866.0825.65866.0===（3-28） 步进电机最高工作频率 Hz f p 3.3333005.060100060max max =⨯==δυ （3-29） 为了便于设计和计算，选用110BF003型三相六拍步进电机，能满足使用要求。