CA6140普通车床数控化改造设计
ca6140数控改造课程设计
ca6140数控改造课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握CA6140数控改造的基本原理和方法，培养学生具备一定的数控设备维修和改造能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解CA6140数控车床的结构及工作原理；（2）掌握数控系统的硬件组成和软件功能；（3）熟悉数控改造的基本流程和方法。
2.技能目标：（1）能够分析数控设备的工作故障；（2）掌握数控系统的调试和维护方法；（3）具备一定的数控改造项目实施能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对数控技术行业的兴趣和热情；（2）增强学生的创新意识和团队协作精神；（3）树立学生严谨治学、精益求精的职业态度。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.CA6140数控车床的结构及工作原理；2.数控系统的硬件组成和软件功能；3.数控改造的基本流程和方法；4.数控设备维修和改造实例分析。
教学大纲安排如下：第1-2课时：CA6140数控车床的结构及工作原理；第3-4课时：数控系统的硬件组成和软件功能；第5-6课时：数控改造的基本流程和方法；第7-8课时：数控设备维修和改造实例分析。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解数控改造的基本原理和方法，使学生掌握相关知识；2.案例分析法：分析实际数控设备维修和改造案例，提高学生的实践能力；3.实验法：学生进行数控设备维修和改造实验，培养学生的动手能力；4.讨论法：分组讨论问题，培养学生的团队协作和沟通能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《数控技术基础》；《CA6140数控车床维修与改造》；2.参考书：国内外相关论文和专著；3.多媒体资料：数控设备维修和改造视频教程；4.实验设备：CA6140数控车床一台，相关数控系统及配件。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化方式，全面、客观地评价学生的学习成果。
评估方式包括：1.平时表现：占课程总评的30%，主要评估学生的课堂参与度、提问回答、小组讨论等；2.作业：占课程总评的30%，主要评估学生的作业完成质量、创新性和解决问题的能力；3.考试：占课程总评的40%，包括期中和期末考试，主要评估学生对知识的掌握和运用能力。
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。
CA6140型普通车床的数控化改造设计解析
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、问题的提出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。
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。
二、数控车床改造的意义数控车床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，其发展的原因是多方面的，主要有技术、经济、市场和生产上的原因。
我国是拥有300多万台机床的国家。
而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的。
CA6140型普通车床数控化改造设计
7、可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度,及时提提高生产设备自动化水平和效率，提高机床质量和档次,将旧机床改造成当今水平的机床。自动化程度高、专业性强、加工精度高、生产效率高。
8、增强了功能，如圆弧加、锥度加工，这是传统加工方法难以完成的。
9、交货期短，可满足生产急需。
六、 数控改造的设计步骤
1.旧机床的设备选型
通常对一台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对该设备进行估价，这也就是设备选型。已判断该设备是否有改造价值，改造后不能满足需求，改造后的可能性等，这些都于设备的选择密切相关，所以设备选型是设备改造的重要环节，应重点考虑几个重要参数:设备的型号规格、生产厂家和国别、投产时间、目前运行状况、剩余价值(机械、电气)、改造后可达到的预期效果。数控改造应尽可能采用20世纪80年代后生产的机床，因为这类机床由于使用年限短，其几何精度相对高一些，改造效果也要好一些。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
（二）从宏观上看，数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，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。 1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。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。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
CA6140普通车床的数控化改造设计
CA6140普通车床的数控化改造设计把普通机床改造成经济型数控机床，既可以整合原有资源，使原有普通机床得到充分利用，减少投资费用，又能利用改造后的机床提高质量和效率。
事实证明，普通机床的数控改造能够给企业带来新的前景。
本文根据企业大量存在的CA6140普通机床，从机械部分和电气部分分析和设计入手，把普通车床改造成经济适用性的数控机床。
1机床数控化改造的意义一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性：（1）可以加工出传统机床不易加工的曲线、曲面等复杂的零件；（2）可以实现机加工自动化，而且是柔性自动化，所以效率可比传统型机床提高3～7倍；（3）加工的零件精度高，尺寸分散度小，使装配更容易；（4）可完成多工序的集中加工，减少零件搬运次数；（5）拥有自动监控、自动报警、自动补偿等自律功能，因而可实现一定时间无人看管的加工。
2总体设计方案（1）拆掉原车床的横向和纵向溜板箱、丝杠光杠及挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替换滑动丝杠；（2）纵向齿轮减速装置和驱动电机安装在机床的右端，横向齿轮减速器和驱动电机安装在床鞍的后部（相对操作者）；（3）拆除手动刀架，在小拖板上安装数控转位刀架，实现自动换刀；（4）增加数控装置系统，使机床数控化；（5）在挂轮箱内安装主轴脉冲编码器，以实现对主轴转速的同步检测和加工螺纹功能。
3縱向进给系统的设计改造纵向进给传动系统的改造如图3-1所示。
纵向步进电机1通过一对减速齿轮2把动力传递给纵向滚珠丝杠3，再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台4做往复移动。
原车床的进给箱保留，滚珠丝杠左端仍然采用原固定支承结构，支撑轴6通过套筒联轴器5与滚珠丝杠3相连。
4横向进给系统的设计改造横向滚珠丝杠也采用一端固定，一端浮动，三点支承的形式，也通过双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙，如图3-2所示。
横向步进电机1及减速器2安装在床鞍的后部。
靠近操作者一端，布置一根支撑短轴11，通过套筒联轴器10与滚珠丝杠7连接起来。
CA6140车床数控化改造设计解析
CA6140车床数控化改造设计解析一、背景介绍：CA6140车床是一种常见的传统车床，它通过手动操作来控制工件加工过程，由于操作依赖于操作人员的经验和技能水平，加工效率低且容易受到人为因素的影响。
为了提高加工效率和加工精度，以及减少人为错误带来的质量问题，对CA6140车床进行数控化改造是一个重要的研究方向。
二、数控化改造的目标：1.提高加工效率：通过数字控制系统控制各个工作参数，实现工件的自动化加工，提高加工效率。
2.提高加工精度：通过数控系统的精确控制，保证工件加工的精度和一致性。
3.降低人为错误：将操作人员对机床的依赖度降低，减少人为错误对产品质量的影响。
4.增加功能灵活性：数控系统可以灵活地调整参数，以适应不同工件的加工需求。
三、设计方案：1.数控系统选型：选择一款适合CA6140车床的数控系统，该系统应具有稳定可靠的性能和完善的功能，能够满足车床加工的需求。
2.导轨和滑块改造：对原有的导轨和滑块进行改造或更换，以提高加工精度和稳定性。
3.主轴改造：对原有的主轴进行改造或更换，以提高转速控制的精度和可靠性。
4.伺服电机安装：在车床的各个轴向上安装伺服电机，由数控系统控制其运动，以实现自动化加工。
5.完善的自动化装置：设计并安装自动换刀装置、自动送料装置等，以提高加工效率和减少人为操作。
6.编程软件开发：根据数控系统的特点，开发适合CA6140车床的编程软件，以便操作人员能够方便地进行程序编写和调整。
7.操作界面设计：设计一个简洁明了的操作界面，方便操作人员进行监控和调整。
四、预期效果：1.加工效率提高：数控系统实现了工件的自动化加工，大大提高了加工效率，减少了人为操作的时间。
2.加工精度提高：通过对各个工作参数的精确控制，加工精度得到了显著的提高。
3.缩短交期：由于加工效率提高，交货期可以相应缩短，提高了客户的满意度。
4.减少人为错误：数控系统的自动化控制减少了人为错误的可能性，提高了产品的质量稳定性。
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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。
第一章 设计任务1.1题目：CA6140普通车床数控化改造设计1.2 任务将一台CA6140普通车床改造成经济型数控车床。
主要技术指标如下：（1）床身上最大加工直径mm 400;（2）最大加工长度mm 1000；（3）X 方向（横向）的脉冲当量脉冲/005.0mm x =δ，Z 方向（纵向）脉冲/01.0mm z =δ；（4）X 方向最快移动速度m in /3000max mm v x =，Z 方向为m in /6000max mm v x =；（5）X 方向最快工进速度min /400max mm v f x =，Z 方向为min /800max mm v f x =；（6）X 方向定位精度mm 01.0±，Z 方向mm 02.0±；（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；（8）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程mm 24；（9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；（10） 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；（11）自动控制冷却泵的启/停; （12）安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开； （13）纵、横向安装限位开关； （14）数控系统可与PC 机串行通信； （15） 显示界面采用LED 数码管，编程采用ISO 数控代码。
第二章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。
7．选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。
第三节机械系统的改造设计方案3.1主轴系统的改造方案对普通机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，这样可以减少机械改造的工作量。
主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。
若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用2~4速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于Hz70，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。
改造C6140车床时，若采用有级变速，可选用超力生产的YD 系列kW5.7变级多速三相异步电动机，实现42档变速；若采用无~级变速，应加装交流变频器，推荐型号为：F100-G0075T3B,适配kW5.7电动机，生产厂家为惠丰电子。
3.2安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。
卡盘的夹紧与松开由数控系。
3.3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，选用市宏达机床数控设备生产的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。
3.4螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。
数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴信号的反馈元件，它与车床主轴同步。
改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是mm24，Z向的进给脉冲当量是脉冲01.0mm，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不/少于脉冲24=mm。
考虑到编码器的输出有相位差/(mm.0脉冲）2400/01︒90的A、B相信号，可用A、B异或后获得2400个脉冲（一转），这样编码器的线数可降到1200线（A、B信号）。
另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。
基于上述要求，选择螺纹编码器的型号为：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。
电源电压+5V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径mm15，生产厂家为光机数显技术。
螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。
同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。
异轴安装是指将编码器安装在床头箱的的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为1:1的同步齿形带与主轴连接起来。
需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性连接，且车床组、主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。
3.5进给系统的改造与设计方案（1）拆除挂轮架所有齿轮，在此主轴的同步轴，安装螺纹编码器。
（2）拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。
（3）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的的螺母座与螺母座托架。
（4）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式刀架。
（5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘216，见图一）锯断保留，拆掉刻度盘上的手一段（长mm柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。
（6）将横向进给步进电动机通过法兰安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。
（7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。
（8）改造后的横向、纵向进给传动系统分别见附图一和附图二。
第四节 进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机等。
4.1脉冲当量的确定根据设计任务要求，X 方向（横向）的脉冲当量为脉冲/005.0mm x =δ，Z 方向（纵向）为脉冲/01.0mm z =δ。
4.2切削力的计算（1）纵向切削力算设工件为碳素结构钢，MPa b 650=σ；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角︒=60r k ，前角︒=100γ，刃倾角︒-=5s λ；切削用量为：背吃刀量mm p 3=α，进给量r mm f /6.0=，切削速度m in /105m v c =。
查表得：2795=Fc G ，0.1=FC x ，75.0=Fc y ，15.0-=Fc n ；主偏角r K 的修正系数94.0=c F K r K ；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数值均为0.1。
由经验公式：c c F c F c F c F n c y x p F C K V fC F α=，算得主切削力N F c 4.2673=;由经验公式：4.0:35.0:1::=p f c F F F ，算得纵向进给切削力N F f 69.935=,背向力N F P 36.1069=。
（2）横向切削力计算横向主切削力为纵向的一半，所以横向主切削力N F F c c 7.133621'==由经验公式4.0:35.0:1::=p f c F F F ,求得横向进给切削力N F f 85.467=，背向力N F p 68.534=。
4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型1.纵向：(1) 工作载荷m F 的计算已知移动部件总重量N G 1300=；车削力4.2673=c F ，N F P 36.1069=，N F f 69.935=。