CA6140普通车床的数控化改造设计
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型普通车床数控化改造
CA6140型普通车床数控化改造［摘要］以C6140型普通车床为例，从机械和电气方面详细阐述了数控化改造的方法。
改造后的车床投入使用后运行稳定，加工精度明显提高，取得了极大的经济效益。
［关键词］普通车床；数控化改造；SINUMERIK802S base I ineNumerical Control Transformation of C6140 CommonLatheAbstract ：Takes CA6140 type common lathe as an example ,has explained the NC transformation method from machinery and electric two respects in detail. After transforming, the new lathe runs steadily, the machining accuracy is obviously improved, has made the great technological economic benefits.Key words： common lathe; NC transformation; SINUMERIK802S base line目录引言 (1)第一章概述 (2)第二章总体方案的设计 (4)2.1设计任务 (4)3.2总体方案的论证 (4)4.3总体方案的确定 (4)2.4数控系统的选择 (5)第三章机械部分改造 (6)5.1机械传动方式 (6)3.2数控机床进给伺服系统的设计计算 (6)3.2. 1 选择脉冲当量: (6)3. 2.2算切削力： (6)3. 3滚珠丝杠螺母副的计算和选型横向进给丝杠： (7)3.3.1计算进给牵引力Fm (N) (7)3. 3.2计算最大动负载C： (7)3. 3.3选择滚珠丝杠螺母副： (7)3. 3.4传动效率计算： (7)3. 3. 5刚度验算 (8)3. 3. 6校核93.4齿轮传动比计算： (14)3. 5步进电机的计算和选型： (14)3. 5.1等效转动惯量计算： (14)3. 5.2电机力矩的计算机： (15)3. 5.3步进电机空载启动频率和切削时的工作频率： (17)3.6纵向进给系统 (17)3. 6. 1 设计参数 (18)3. 6.2 齿轮传动比计算 (18)3. 6.3滚珠丝杠的计算及选择 (18)3. 6.4 校核 (20)3.7机械部分改造 (23)4.8主轴脉冲编码器的安装 (25)第四章数控系统选择 (26)4.1西门子数控系统的优点 (26)4.2数控连线图 (27)5.3步进电动机的控制 (27)1.1.1 (3). 1步进电动机的开环控制 (28)1.1.2步进电动机传动控制 (29)1.1.3步进电动机的PLC传动控制 (31)4.4PLC数控系统需解决的问题 (33)4.5PLC输入、输出(I/O)点数确定 (35)4.6驱动程序(梯形图)设计 (35)4.6.2手动程序梯形图设计 (36)4. 7电气部分改造 (36)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。
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。
CA6140普通车床的数控化改造设计
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。
普通车床数控化改造总体方案设计方案
普通车床数控化改造总体方案设计1.机械部分的改造设计ca6140车床的主轴以及进给系统都是由法兰式电动机拖动。
普通车床主轴传动系统部分改造难度大、成本高，且精度提高有限，所以在改造此类机床时，摇臂钻床要选那些主轴各方面性能能满足使用要求的。
改造时，保留原主轴系统，对进给传动系统及电气控制系统进行改造。
进给传动系统的传动精度及效率也是数控机床性能的重要组成部分。
原机床进给箱为交换齿轮箱，结构复杂、反向间隙大、传动精度差。
在改造过程中，采用步进电动机与滚珠丝杠，并装有减速机构的传动方式，通过减速机构可得到所需的减速比并增大驱动力矩。
普通车床原机床是用滑动丝杠，传动误差大，因此在数控化改造中将其更换为滚珠丝杠。
滚珠丝杠的传动效率高、无爬行、预紧后可消除反向间隙、精度高。
改造后ca6140车床的横向、纵向传动方式为：步进电动机一消隙齿轮一滚珠丝杠螺母副一工作台的传动方式。
ca6140车床垂直方向的传动方式为：步进电动机一圆锥齿轮一滚珠丝杠螺母副一工作台。
同时，垂直方向还应考虑滚珠丝杠的自锁，采用超越离合器的自动平衡装置实现自锁。
ca6140车床的导轨是采用铸铁-铸铁或铸铁—淬火钢滑动导轨，其静摩擦因数大，摇臂钻床动、静摩擦因数相差较大，低速时易出现爬行，力矩损失大，影响运动的平稳性和定位精度。
若是将导轨改造成滚动导轨或静压导轨，工艺复杂、费用大、周期长；所以在对ca 6140车床改造时采用在普通车床原导轨上粘接聚四氟乙烯软带的方法。
聚四氟乙烯软带是以聚四氟乙烯树脂为基材与耐磨填充料复合后，在常温下用模压法成型烧结、车削和活化处理制得。
其特点是摩擦因数低，抗磨损，静、动摩擦因数差值小，定位准确，防振消声运行平稳，低能耗，具有耐老化和足够的力学性能，对提高机械加工精度、延长导轨副使用寿命也有一定的作用。
这种方法比较方便，费用低，动、静摩擦因数相差小，耐磨性和抗咬伤力强，具有良好的自润滑和抗振性，进给运动无爬行，运动平稳。
CA6140普通车床数控化改造设计.
CA6140普通车床数控化改造设计摘要应用成熟的数控技术理论和成功经验，以低廉的成本对普通旧机床进行数控化改造，可以恢复甚至提高原机床的精度，适应工业高速跨越式发展的要求，为此机床数控化改造在国际国内作为新的经济增长行业获得了很大的发展。
本文以CA6140机床为研究对象，对该机床进行了数控化改造，主要研究内容如下：对数控伺服系统的工作原理进行分析研究，简单了解了数控化改造过程中数控系统的选型，分析研究了CA6140机床的数控化改造方案，重点介绍了本课题采用的GSK980TD系统。
根据机械、动力学及电气设计原理，采用交流变频电机变频调速，对数控机床的主传动系统进行了设计和校核。
根据进给系统的要求，对切削力和滚珠丝杠进行了计算，并选配了合适的齿轮和进给电机。
对CA6140车床电气控制部分进行了PLC设计，绘制了主轴及伺服系统的梯形图，编制了PLC可编程控制器工作程序；给出整机电气线路改造方案。
对改造后的机床精度进行了恢复，并给出伺服系统典型部件改造方案。
数控化改造后的机床实际应用效果良好，取得了良好的加工质量和经济效益。
此次研究，为企业技术人员实现传统CA6140型车床数控化改造提供了行之有效的科学方法，对于企业其他传统设备的技术改造也有借鉴和参考价值。
关键词：数控改造；伺服系统；PLC；CA6140车床目录绪论 .......................................................................................................................................1.1数控机床改造的背景和意义 .........................................................................................1.1.1数控机床在我国发展的现状 ................................................................................1.1.2车床数控化改造的意义 ........................................................................................1.1.3普通车床数控化的优点...........................................................1.2 车床数控化改造的内容 ............................................................. 错误!未定义书签。
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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。
右端仍利用原支承横向进给丝杠的滑动轴承支座作为径向支承，并对原支承处作适当改造，布置一对推力球轴承12，以承受双向轴向力。
左端则将原车床的悬空结构改为支承结构，用一个联轴套4和一根连接短轴6把滚珠丝杠7与减速器输出轴3连接起来，并通过一对圆螺母5实现对整个丝杠的预拉伸和锁紧，以提高其轴向刚度。
螺母通过螺母座9直接固定在中拖板8上。
5数控车床刀架的基本要求
数控车床的刀架是车床的重要组成部分。
刀架用于夹持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了车床的设计和制造技术水平，所以有如下要求：（1）转位准确可靠，工作平稳安全；（2）按最短线路就近选择，转位时间短；（3）重复定位精度高；（4）防水、防屑，密封性能优良；（5）夹紧刚性高，适宜重负荷切削。
6 CA6140车床数控系统的改造
数控装置系统是数控机床的灵魂，包括CRT显示器、运算和存储等计算机硬件、操作面板和键盘、不同形式纷输入输出装置，以及相应配套的运算控制软件等。
综合考虑后决定使用中国自主生产的GSK980TD数控装置系统，此系统具有车削的等大部分功能，故障率低，价格便宜，满足经济型改造的要求。
它能在一般车间环境下运行，工作环境的温度为0-45℃，相对湿度75%有时可达95%，电网电压波动为10%～15%，通过对使用的实际统计，GSK980TD系统的故障率仅为0.008，很好地满足了国内市场的需求。
7结论
将CA6140普通车床改造成经济型GSK980TD数控车床，除了实现斜线、圆弧、自动换刀、螺纹加工等功能，降低了对工人技术等级的要求、减少了辅助加工时间和工人造成的报废率，还留有通信（网络）接口，可以进行离线编程加工，还可以把多台车床形成网络化，构成CIMS系统，实现高精度、高速、高效率、自动化、智能化加工。
普通车床改造成数控车床是企业提高效率的重要手段，也是企业进行设备升级换代的捷径。