CA6140普通车床数控化改造
CA6140普通车床数控改造word资料3页
CA6140普通车床数控改造数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中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。
但目前大力发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多职业类学校和中小型企业难以承受。
再者普通车床经过多次大修后，故障率仍然较高，且维修费用成本较高。
因此普通车床进行数控改造势在必行。
一、改造方案本文结合我校教学实际，针对CA6140车床机床进行数控改造。
对于普通车床的经济型数控改造，总体改造方案应遵循的原则是：数控车床的改造目的是要求车床稳定可靠，合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。
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：首先，机床基础件必须有足够的刚性。
其次，改造的费用要合适，经济性好。
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。
为实现主轴自动无级变速，在主轴上增加交流异步电动机变频调速系统、主轴脉冲发生器，从而不需进行机械换档。
（1）数控部分的改造。
第一，数控系统运动方式的确定。
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。
点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。
由于CA6140车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。
第二，伺服进给系统的设计改造。
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。
闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。
但它结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。
半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。
但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。
经过以上比较，由于所改造的CA6140车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
CA6140普通车床的数控技术改造
抚州职业技术学机电系2011届机电一体化及数控技术专业毕业论文CA6140普通车床的数控技术改造（机械部分）姓名：邱顺军学号：08321414专业：数控技术班级：08级（083214）指导老师：王良生2011年5月1.3.1 主要研究内容1.机械部分改造2.电气部分改造3.软件设计（编程）2 机械部分改造2.1 设计方案的确定利用数控装置对纵横进给系统进行开环控制，以步进电机为驱动元件，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架，对CA6140普通车床进行技术改造就可以组成一个经济型数控车床，实现微机控制下的自动加工。
改造后的车床把车床的主运动和进给运动分离开来。
主电机的作用仅仅是带动工件旋转，而刀架的进给运动则是由步进电机直接带动车床的纵横丝杠来实现。
其改造后结构原理示意图如图2-1所示。
图2-1 CA6140型车床的数控化改造结构原理图操作时，根据零件的加工工艺，按数控系统的规定的方式编制零件的加工程序，通过数控装置上的键盘输入微机，微机对加工程序处理后发出一系列脉冲信号，经过功率放大器放大后驱动2台步进电机，按规定的方向、速度和位移量，完成刀架纵横两个方向的进给，使车刀实现直线或圆弧的切削。
在加工螺纹时，通过主轴脉冲发生器发生进给运动，从而加工出各种标准螺纹。
换刀时，微机发出换刀信号，刀架控制箱继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构，将上刀体上升至一定位置，带动刀体旋转到所选刀位，然后定位，完成换刀动作。
[20]2.2机械部分改造[4]2.2.1纵向进给系统的计算与设计1. 纵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。
步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。
对车床改造来说，外观不必像产品设计要求的那么高，而从改造方便，实用方面来考虑。
一般都把步进电机放在纵向丝杠的右端，如图2-2所示。
图2-2 数控改造的总体方案示意图2. 纵向进给系统的设计计算已知条件：工作台重量： W=750N 时间常数： T=28ms 滚珠丝杠基本导程： 0L =8mm 行程： S =700mm 脉冲当量: δp=0.02mm/step 步距角： α=0.75º/step 快速进给速度：maxV =2.5m/min(1) 切削力计算 由《机床设计手册》可知，切削功率K N N c η= （2-1）式中 N ——电机功率，查机床说明书，N=4kW ；η——主传动系统总效率，一般为0.6～0.7取65.0=ηK ——进给系统功率系数，取为K=0.96。
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型普通车床横向进给数控化改造
I、毕业设计(论文)题目：CA6140型普通车床横向进给数控化改造II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料(数据)：系统的输入电网电压为交流：（220±22V），频率为50Hz，电流为1.5A。
主电机功率为7.5Kw。
加工最大直径：在床面上，φ400mm；在床鞍上φ210mm。
加工最大长度：1000mm刀架快速速度：横向1.2m/min最大进给速度：横向0.3m/min设计技术要求：1）机床定位精度：0.015mm2）系统运行平稳，有安全超程限位保护装置。
I I I、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：1．收集、查阅有关资料，外文翻译(6000字符)，撰写开题报告；2.17～3.14 4周2．选择合适的电机 3.17～3.28 2周3．选择合适的零部件，进行横向的机械改造 3.31～5.02 5周4．电机驱动模块设计 5.05～5.23 3周5．撰写毕业论文、毕业论文审查、毕业答辩。
5.26～6.13 3周Ⅳ、主要参考资料：[1] 高安邦．机电一体化系统实用设计案例精选．北京：中国电力出版社, 2010年[2] 鲁远栋．机床电气控制技术．北京：电子工业出版社, 2013年[3] 高志．机械设计．北京：高等教育出版社, 2009年[4] 王自强．步进电机应用技术．北京：科学出版社, 2010年[5] 王丰．机电传动控制．北京：清华大学出版社, 2011年[6] ROBERT L.MOTT．MACHINE ELEMENTS IN MECHANICAL DESIGN FOURTH北京：电子工业出版社, 2007年航空与机械工程系机械设计制造及其自动化专业类1081021班学生（签名）：填写日期：2014 年 2 月17日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：航空与机械工程系主任（签名）：附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。
对CA6140普通车床的数控化改造
对CA6140普通车床的数控化改造1.1 CA6140普通车床基本结构和技术参数简介1.2 CA6140普通车床的主要结构部件主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。
主轴箱中等主轴是车床的关键零件。
主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。
进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。
丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。
丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。
同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。
溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。
刀架、尾架和床身。
1.3 CA6140车床具有以下技术参数床身上最大工件回转直径： 400 mm刀架上最大工件回转直径： 210 mm最大工件长度： 750-2000 mm主轴转速等级： 24级主轴的正转转速(RPM)： 10-1400进给的等级： 64纵向进给量： 0.028-6.33mm/rev. 横向进给量： 0.014-3.16mm/rev. 车削螺纹范围：米制螺纹 1-192 mm英制螺纹： 2-24 TPI径节螺纹： 1-96 D.P.模数螺纹： 0.25-48 MOD.孔通过主轴： 50mm圆锥主轴： 6 Morse主电机功率： 7.5KW4.2 改造总体方案设计4.2.1 CA6140数控化改造主要有以下几点（1）恢复精度：通过中小修，首先对CA6140车床存在的故障部分进行诊断并恢复,再对X ，Z方向导轨、主轴承精度进行恢复。
CA6140普通车床数控化改造
目录绪论 (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。
ca6140车床数控化改造
直改造总体方案的确定
由于普通机床的数控化改造中经济成本是一个重要因素，因此改造过程中一般采用无测量反馈装置的开环控制方式。该方式的驱动装置主要是步进电动机、电液脉冲马达等。数控机床的控制过程是由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电动机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。加工中心系统位移精度主要取决于步进电动机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度。该方式不具有反馈装置，对实际位移量不进行检测，无反馈与原指令值进行比较，不进行误差校正，系统的位移精度低，但具有结构简单、调试维修方便、ca6140成本低、易改装等特点。除了重要的控制系统外，还有以下几点在改造过程中也是要注意的。
在数控化改造中，电气系统的设计改造主要有两方面的工作：
1)将数控装置及伺服系统驱动装置接人电气系统。
2)改造电气线路，加工中心更换原有电器元件。ca6140电器元件可保留使用原机床中的变压器、自动断路器等。拆除原电控箱，原位安装改造后的电控箱，各接线口严格按照说明书接好。
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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，还开展了数控加工平面零件自动编程的研究。
1972-1979年是数控机床的生产和使用阶段。
例如：清华大学研制成功集成电路数控系统；数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究与应用；数控加工中心机床研制成功；数控升降台铣床和数控齿轮加工机床开始小批生产供应市场。
从80年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本、美国、德国等国家引进先进的数控技术。
上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。
在引进、消化、吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所又开发出BSO3经济型数控系统和BSO4全功能数控系统，航空航天部706所研制出MNC864数控系统等。
进而推动了我国数控技术的发展，使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。
我国的数控机床已跨入一个新的发展阶段。
四、数控机床的发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。
对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求具有进入更高层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。
在数控系统方面，目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，诸如日本的FANCU，德国的SIEMENS和美国的A-B公司，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。
它们的数控系统都采用了16位和32位微机处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结构，内存容量扩大到1MB以上，机床分辨率可达0.1微米，高速进给可达100m/min,控制轴数可达16个，并采用先进的电装工艺。
在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。
交流传动已由模拟式向数字式方向发展，以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。
五、数控机床改造的意义数控机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。
因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备技术改造迫切要求解决的课题。
用数控技术改造机床，正是适应了这一要求。
它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。
在机床改造中引入微机的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其它传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。
而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3至1/5，用户承担的起。
从若干单位成功应用的实例可以证明，投入使用后，确实成倍地提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。
因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再逐步推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。
同时，它还可以作为全功能数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护、使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术朝机电一体化的方向过渡的主要内容之一。
第一章CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟定数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。
数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。
机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。
一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。
1-1 总体方案确定一、系统的运动方式与伺服系统的选择由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，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，即刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动，所以不能选用点位系统，因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中不进行切削。
因此，应选用连续控制系统。
X52K型铣床改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环控制系统，因闭环控制系统适用于精度要求较高的机床设计，且闭环控制系统的造价昂贵。
二、计算机系统根据机床要求，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、抗干扰能力强、具有很高的性能价格比等特点，因此采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
三、机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机齿轮减速再传动丝杠，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副以及滚动导轨。
同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副机构。
齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的消隙齿轮结构。
1-2 设计X-Y数控工作台及其控制系统计任务及参数在任务书中已经给出。
系统总体方案见图1-1根据设计任务的要求，采用连续控制系统和步进电机开环控制系统。
这样可使控制系统结构简单、成本低廉，调试和维修都比较容易。
为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，尽量采用低摩擦的传动和导向元件。
此工作台采用滚珠丝杠螺母副和滚动导轨。
为尽量消除传动间隙，可设法调整传动齿轮的中心距以消除齿侧间隙。
计算机系统仍采用高性能价格比的MCS-51系列单片机扩展系统。
机图1-1 经济型数控车床总体方案框图第二章CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算一台CA6140普通车床改造成微机数控车床，采用MCS-51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能，具有升降速控制功能。
其主要设计参数如下：加工最大直径：在床面上φ400㎜在床鞍上φ210㎜加工最大长度：1000㎜溜板及刀架重力：纵向 1000N横向 600N刀架快速速度: 纵向 2.4m/min横向 1.2m/min最大进给速度: 纵向 0.6m/min横向 0.3m/min主电机功率 7.5Kw起动加速时间 30ms机床定位精度: ±0.015mm伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的负载、确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图及零件工作图。
现分述如下：2-1 系统脉冲当量的选择一个进给脉冲，使机床运动部件产生位移量，也称为机床的最小设定单位。
脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。