普通车床的数控化改造方案
普通车床的数控化改造设计设计
课程设计说明书设计题目：普通车床的数控化改造设计指导老师：设计：班级：学号：时间：一、概述普通车床是金属切削加工中最常见的一类机床，当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向移动和横向移动，车床能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等。
借助成形刀具，车床还能加工各种成形回转表面。
普通车床刀架纵向、横向的进给运动由主轴的回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杠带动溜板箱、纵溜板移动。
进给参数要靠手工预先调整好，如果改变参数，则要停车进行操作。
刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动。
对普通车床进行数控改造，主要是将纵向和横向进给系统改造为CNC装置控制的，能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成为能自动换刀的回转刀架，这样利用CNC装置，车床就可以按顺序进行切削加工。
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、多品种负责零件的加工二、总体方案设计总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式、伺服系统的类型计算机以及传动方式的选择等。
1.数控系统的选择。
普通车床数控化改造后应具有定位、快速进给、直线查补、圆弧查补、暂停、循环加工和螺纹加工等功能，因此，普通车床数控化改造所选用的数控系统应为连续控制系统。
目前，市场上适用于普通车床数控化改造的数控系统较多，如西门子公司的SIEMENS802S型系统、华中数控公司的“世纪星”21/22型系统、广州数控公司的980T型系统等。
2.伺服系统的选择。
普通车床数控化改造后一般为经济型数控机床。
在保证具有一定加工精度的前提下，从改造的成本考虑，应简化结构，降低成本。
因此，进给伺服系统采用一步进电动机为驱动装置的开环系统为宜。
当然，也可以采用以伺服电动机为驱动装置的半闭环系统。
这主要取决于加工精度的要求。
普通车床数控化改造的主要内容
普通车床数控化改造的主要内容
1.数控系统的安装与调试：将数控系统安装在车床上，并进行相关调试，确保其正常运行。
2. 电机和传动系统的更新：将传统的电机和传动系统替换为具有更高性能的电机和传动系统，以确保数控系统的稳定性和精度。
3. 自动化控制系统的集成：将自动化控制系统集成到数控系统中，以实现对车床的自动化控制和监控。
4. 床身和导轨的改造：对床身和导轨进行优化改造，以提高车床的刚性和稳定性，从而提高加工精度和效率。
5. 刀架和刀具系统的升级：升级刀架和刀具系统，以适应数控系统的要求，提高加工精度和效率。
6. 系统的集成和测试：将各个部分集成起来，并进行测试和调试，以保证整个数控化改造系统的正常运行。
通过上述内容的改造，普通车床能够实现数控化加工，提高加工精度和效率，满足市场对加工品质和效率的要求。
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普通车床的数控改造
1.1
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。产品的更新换代也不断加快。因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。
数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。尽管数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量多品种零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率。但是目前我国在役机床总量约380万台，其中数控机床总数只有11万多台，数控机床占有率不足3％，而一些工业发达国家早已达达20％以上。我国是制造大国，但不是制造强国。机械制造业水平与发达国家相比相对落后，设备陈旧，技术水平差距大，国际竞争力弱，影响了生产力的发展。逐步提高数控机床的占有率，已经成为我国制造技术发展的总趋势。提高机床数控率有两个途径：一是增加新的数控机床，但价格昂贵，一次性投资大，目前各企业均有大量的普通机床，完全用数控机床替代是根本不可能的；二是对旧机床进行数控化改造。我国是一个机床拥有量极大的国家，但大部分机床服役龄较长，采取对旧机床进行改造来提高设备的先进性和数控化率，是一个极其有效和实用的途径，是企业必走之路。
近年来，美国、日本、德国、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成了用数控技术改造机床和生加工精度和生产效率。
2)机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者不能加工的复杂型面零件。
(3)伺服技术的发展：伺服装置是数控系统的重要组成部分。20世纪50年代初，世界第一台NC机床的进给驱动采用液压驱动。70年代初期，由于石油危机，加上液压对环境的污染以及系统笨重、效率低等原因，美国OEITYS公司开发出直流大惯量伺服电动机，静力矩和起动力矩大，性能良好，FANUC公司报快予1974年引进并在NC机床上得到了应用。从此，开环的系统逐渐被闭环的系统所取代，液压伺服系统逐渐被电气伺服系统所取代。
普通车床数控化改造
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 主轴位置信号的反馈元件，它与车 床主轴同步转动。
1、同轴安装 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。 2、异轴安装
异轴安装是指将编码器安装在床头箱
二、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）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；还要选择电动机的驱动 电源以及主轴电动机的交流变频器等。 （3）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。
（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电动刀架。 （5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将 滑动丝杆靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度 盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴 承，换上滚珠丝杠副。 （6）将横向进给伺服电机通过法兰座安装 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。
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 浩特机床附件总厂生产的 KD11250型电动三爪自定心卡 盘。卡盘的夹紧与松开由数控系 统发信控制。
普通车床数控化改造设计
普通车床数控化改造设计
一、引言
二、设计方案
1.机床结构设计
机床结构设计是普通车床数控化改造的关键环节之一、首先需要对原有车床结构进行分析和评估，确定是否适合改造。
然后根据数控系统的要求进行设计改造，包括添加刀塔、伺服电机、控制系统等。
同时还要考虑加工精度、刚性和工作台移动等因素。
2.操作系统选择
操作系统是数控车床的核心，直接影响数控系统的性能和稳定性。
常见的操作系统有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等，选择合适的操作系统需要考虑产品性能、技术支持和成本等因素。
3.传感器和执行器选型
传感器和执行器是实现数控车床动作控制的关键元件。
合理选择传感器和执行器可以提高系统的稳定性和精度。
常见的传感器有光栅尺、编码器等，执行器有伺服电机、步进电机等。
三、设备选型
设备选型是普通车床数控化改造的重要环节之一、根据设计方案选择合适的数控系统、传感器和执行器等设备。
1.数控系统选型
数控系统是普通车床数控化的核心设备之一、常见的数控系统有FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等，根据操作系统的选择确定数控系统的型号和配置。
2.传感器和执行器选型
根据设计方案确定合适的传感器和执行器。
传感器需要具有高精度、高稳定性的特点，执行器需要具有高速度、高精度、高扭矩的特点。
五、总结。
普通车床数控化改造方案
普通车床数控化改造方案一、待改造设备明细：1、设备名称：普通卧式机床2、设备型号：CA61363、生产厂商：沈阳第一机床厂4、该设备最大工件回转直径360mm，最大工件长度750mm的普通卧式机床。
二、改造目的：1、实现锚具用的夹片的数控车床生产。
2、提高夹片的生产效率和加工精度。
3、不改变原有机床的机械结构；4、增加数控控制部分，实现机床机械加工自动化；5、增强机床的可操作性；6、提高生产效率，提高加工精度，降低劳动成本，降低工人劳动强度。
三、改造方案及配置：1、X向进给轴改造：拆除机床原有手动进给机构和小丝杠更换为精密滚珠丝杠副，大托板尾部用铣床加工后便于滚珠丝杠与驱动电机连接，尾部安装电机支座及驱动电机，用连接轴连接。
2、Z向进给部分的改造：拆除原机床的丝杠、光杠、走刀箱、溜板箱；驱动电机安装在原走刀箱位置将滚珠丝杠安装在原丝杠安装位置，用连接轴连接丝杠与电机并用销钉锁紧，大托板与丝杠副采用三角支架和直角板连接利用原溜板箱孔位用高强度内六方螺栓锁紧，3、刀架部分改造：刀架部分是机床主要功能部分，对其改造主要是为了实现多把刀连续工作，自动换刀加工。
拆除原机床刀架及小托板，换上夹片加工专用排刀架。
该刀架操作简单，经济实用、加工精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等特点。
配套刀具的选用可以选用数控机加刀具也可选用普通磨制车刀。
4、电器部分改造：数控系统采用南京公司生产的最新数控系统,驱动电机采用国产三相混合式步进电机；电机驱动模块采用南京大地数控系统内襄式驱动器；加装电器控制部分；安装数控系统与驱动电机、电机驱动器、车床主轴连接及控制单元。
取消原机床润滑系统，增加手动间歇润滑泵对两个进给导轨副、滚珠丝杠副进行润滑。
增装X、Z轴行程开关及相关附件。
5、数控系统介绍：数控系统采用高性能微处理器和大规模可编程逻辑阵列的专用数控电路，抗干扰能力强，可靠性高。
具有自诊断功能，内外部状态实时显示出现异常立刻报警。
C6132普通车床数控化改造
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，且能有效提高产品的加工数量与生产质量，大幅度提高生产效率。
但从目前看来，数控机床价格昂贵，很多企业难以一次性投资大量购买，于是，普通机床的数控化改造成为了研究热点。
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。
关键词: C6132普通车床; 数控化改造; 步进电机; 经济型数控系统ABSTRACTCNC machine tool as a typical mechatronic products, play an important role in the mechanical manufacturing industry, a good solution to the problem of machining complex structure of modern machinery manufacturing, precision, small batch, changeable parts, and can effectively improve the processing quantity and the quality of the products, the production efficiency is greatly improved. But from look at present, NC machine tools is expensive, many enterprises to buy large one-time investment, therefore, CNC transformation of general machine tools has become a research focus.This paper makes a deep research on the numerical control transformation of C6132 common lathe, including feasibility analysis, calculation, the key part of the machine parameters design, the machine structure of machine tool transformation scheme optimization selection, machine tool servo system and computer system for machine tools, and should pay attention to in the transformation of matters such as discussed in detail. Keyw ord s:Lathe C6132; Numerical control transformation; Stepping motors; CNC system目录摘要 (I)ABSTRACT ......................................................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1数控技术与数控机床 (1)1.2机床数控化改造的兴起及意义 (1)1.2.1 国外机床改造业的兴起 (1)1.2.2 我国机床数控化改造的意义 (2)1.3本文所研究的主要内容 (3)1.4本章小结 (4)2 车床总体改造方案设计 (5)2.1总体方案设计 (5)2.2主传动系统的改造 (5)2.2.1 主轴无级变速的实现 (5)2.2.2 主轴脉冲编码器的安装 (7)2.3横向进给传动系统的改造 (8)2.3.1 横向传动系统的改造 (8)2.3.2齿轮传动间隙的消除 (8)2.4导轨的改造 (9)2.5刀架部分的改造 (10)2.6数控系统的类型及选择 (13)2.6.1 数控系统的分类 (13)2.6.2 数控系统的选择 (15)2.7计算机系统的选择 (15)2.8本章小结 (16)3 C6132 车床数控化改造机械部分改造设计与计算 (17)3.1纵向进给系统的设计计算 (17)3.1.1切削力计算 (17)3.1.2 滚珠丝杠设计计算 (18)3.1.3 同步带减速箱设计 (20)3.1.4步进电动机的选择 (23)3.2横向进给系统的计算 (25)3.3车床改造的机械结构特点 (26)3.3.1纵向滚珠丝杠 (26)3.3.2横向滚珠丝杠 (26)3.3.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型 (27)3.3.4导轨副 (27)3.3.5主轴脉冲发生器 (27)3.3.6 安装电动卡盘 (28)3.4安装 (28)3.5本章小结 (29)4 电气控制部分设计 (29)4.1硬件电路设计 (29)4.2单片机数控系统硬件电路设计内容 (30)4.3MCS--51系列单片机简介 (33)4.4存储器扩展电路设计 (34)4.4.1 地址锁存器选用 (34)4.4.2 外部程序存储器选择 (34)4.4.3 内部程序存储器选择 (34)4.4.4 外部I/O接口电路的扩展 (34)4.4.5 键盘接口电路的设计 (35)4.5译码电路设计 (36)4.6其他辅助电路设计 (37)4.7步进电机的控制 (37)4.7.1 步进电机的工作原理 (37)4.7.2 步进电机的控制 (38)4.7.3 步进电机接口及驱动电路 (39)4.8C6132普通车床微机数控化改装硬件设计说明 (40)4.9控制软件设计 (40)4.9.1 总体方案设计 (41)4.9.2 环形分配器软件设计 (41)4.9.3 逐点比较法的直线插补软件设计 (42)4.9.4 逐点比较法的圆弧插补软件设计 (43)4.9.5 步进电机自动升降速控制 (43)4.10本章小结 (48)结论 (49)致谢 (51)参考文献 (52)1 绪论1.1 数控技术与数控机床数控技术，简称数控(Num eri cal C orlt ro l——NC)，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。
普通车床数控化改造设计说明书
一、设计目的:通过本课程设计的训练,使学生在学完机床数控技术及相应的机床电器及PLC等课程之后,能够运用所学的知识独立完成数控车,数控铣和加工中心的进给系统的自动控制系统设计,从而使学生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。
⑴运用所学的理论知识,进行数控系统设计的初步训练,培养学生的综合设计能力；⑵掌握三相反应式步进电机进给驱动的原理和控制方法；⑶掌握PLC控制系统设计的基本技能,具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；⑷基本掌握编写技术的能力。
二、设计内容和要求：参考课程设计指导书[1]，对于普通车床数控化改造设计，纵向进给驱动由三相感应式步进电机实现，完成其选型计算，用4位拨动开关设定转动速度，并设计其启动停止、正反转、加减速和步数控制系统，数控系统的脉冲当量为0.01mm/脉冲。
三、设计工作任务及工作量的要求：⑴设计任务①.步进电机选型计算；②.PLC控制程序设计⑵设计工作量要求：①.电路接线图和电器件清单；②.控制程序T形图及其对应的程序清单；③.编写课程设计说明书一份。
（A4不少于10页）⑶三个同学分为一组，同学们之间可以互相讨论研究工作内容和设计方法，但每位同学的设计任务必须各有侧重独立完成，不能有雷同现象。
四、设计参数：设计参数包括车床的部分技术参数和车床拟实施数控化改造所需要的参数。
以CA6140型车床的改造,设计参数如下：最大加工直径：在床面上,400mm；在床鞍上, 210mm。
最大加工长度：1000mm。
行程：纵向,1000mm。
快速进给：纵向,2400mm／min最大切削进给速度：纵向,500mm／min溜板及刀架质量：纵向,81.63kg主电动机功率：7.5kw定位精度：0.04mm／全行程重复定位精度：0.016mm／全行程程序输入方式：增量值、绝对值通用控制坐标数：2脉冲当量：纵向,0.01mm／脉冲一、 步进电机选型计算：（一）纵向进给传动链的设计计算 1、主切削力及其切削分力计算 ⑴ 计算主切削里z F已知机床主电动机的额定功率m P 为7.5KW,最大工件直径D=400mm,主轴计算转速n=85r ／min 。
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普通车床的数控化改造方案
摘要：为了提高我国机床的国际竞争力，满足生产和教学需要，将普通车床进行数控化改造并提高其使用的多功能性、安全性是大势所趋，在对普通车床进行改造的同时，设计出便于工人使用的机床附属元件也是很有意义的，所以本次设计改造主要包括对普通车床进行数控化改造、“车、铣、钻复合”车床改造及安全扳手的设计改造。
车床;改造;数控化;多功能性;安全性
1.引言
我国是世界上机床产量最多的国家，目前机床总量380余万台，但其中数控机床总数只有11.34万台，数控化率不到3%，在国际市场竞争中处于较低水平。
所以，投入较少的资金，将普通车床改造升级为数控车床，可以为企业创造可观的经济效益，可以使学校适应现代化生产和教学的要求，同时也可提高我国机床的数控化率。
并且，在普通车床改造升级为数控车床的基础上，还要更大程度的提高该数控车床的多功能性、安全性、加工精度和生产效率，因此提出了以下改造方案。
2.改造方案
2.1数控化改造方案
对普通车床进行数控化改造，可以提高加工效率、加工精度和自动化程度，数控改造分为硬件设计和软件设计两个部分。
硬件设计主要包括液压卡盘、液压尾座的总体布局设计，及其主要零件形状、尺寸、材料的设计，在制造前还要对其进行有限元分析^p ，从而优化设计;软件设计主要包括PLC 和CNC系统的设计，包括CNC系统的选择及电气控制线的连接、PLC系统的选择及与CNC机床联接方式的确定，并设计与其配套的附属元件。
2.2“车、铣、钻复合”车床改造方案
车铣复合是实现工件完整加工的有效方法，减少了零件在加工中重复拆卸、安装、找正所耗费的时间。
动力刀塔的设计是车铣复合车床的重要部分，它的性能将直接影响零件的加工精度、表面质量和机床生产率。
基于以上考虑，将动力刀塔设计如下：
动力刀塔由步进电机、伺服电动机、横溜板、燕尾槽动导轨、立柱、动力头、刀具等组成，其中动力头是主要组成部分。
动力头部分可以安装十二把刀具，分别为车刀、铣刀、钻头、螺纹刀等;动力头安装在立柱上，可做旋转运动，方便了更换刀具;立柱可以沿着燕尾槽动导轨上下滑动，同时与主轴
的旋转运动相配合，可以实现刀具与工件之间X向、Y向的相对运动。
燕尾槽动导轨安装在横溜板上，横溜板带动整个动力单元实现了Z向运动。
2.3扳手设计方案
普通车床中，常用的卡盘扳手和刀架扳手形状类似，工人们在取用的时候经常会出现拿错的情况，这样会浪费工作时间;特别是初学车床的学生和学徒们，在使用卡盘扳手卡紧工件后，有时会忘记取下而直接启动车床，使卡盘旋转，这样会导致严重的安全事故。
基于以上加工中存在的两点问题，设计了一种多功能安全扳手：以卡盘扳手为主体，在卡盘扳手外侧套有刀架套筒扳手，刀架套筒扳手上端套有弹簧、外侧套有外套筒，外套筒起到保护扳手和弹簧的作用，并在刀架套筒扳手上开一对对称的键槽形通孔，用螺钉通过通孔将卡盘扳手、刀架套筒扳手和外套筒相连接，通孔尺寸即为刀架套筒扳手的行程范围。
这样，工人在不加外力情况下可以使用刀架套筒扳手，稍用力下压便可在弹簧作用下使用卡盘扳手，工件夹紧完毕，停止施力，卡盘扳手又将在弹簧作用下从卡盘孔中弹出，避免危险的发生，也减少了使用过程中两种扳手频繁更换的时间。
3.结语
车铣复合车床的设计可以实现零件在一台机床上一次装夹后完成车、铣、钻等加工，减少了零件的重复装夹次数，节约了零件搬运、装夹、切换刀具和主轴这些操作在加工过程中所耗费的时间，从而提高了生产效率、降低了工人的劳动强度;多功能安全扳手的设计，将刀架扳手和卡盘扳手合二为一，并安装了弹簧，可以提高车床使用的安全性和高效性。
通过本次对普通车床的数控化及多功能性改造，可以大大提高车床生产效率和加工精度、同时也大幅度地降低了工人的劳动强度，若能得到普及，将会提高我国机床的数控化率，并能提高我国机床水平的国际竞争力。