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。

提高零件生产效率、降低劳动强度，提高零件加工精度，实现复杂曲面、曲线的自动化成型加工，实现“柔性自动化”加工单件、小批量生产的精密零件加工，以适应近年来机电产品市场不断变化的需要。

2．机床数控化改造的意义目前，各企业一般都有不少普通机床，完全用数控机床加以替换根本不可能。

解决这个问题，必须走普通机床数控化改造之路。

通过对普通机床进行数控化改造，使普通机床成为与同类数控机床的性能相近的数控机床，以适应复杂零件加工及零件加工多变性的各项新要求，以提高企业（工厂）在机械加工业中的竞争力。

3．机床数控化改造的经济性（优点）1）减少投资额，交货期短。

同购买新机床相比大大节省了费用的投入，改造费用低，大型、特殊机床尤其明显；而且交货期短。

2）旧机床的力学性能稳定可靠。

旧机床所利用的床身、立柱等基础件都是坚固的铸造件，经过了长期的自然去应力，机床的应力已失效，改造后机床的性能高、质量好，可以作为新机床持续使用多年。

3）熟悉设备，便于操作维修。

改造后的机床，可以精确的计算出机床的加工能力，并由于多年使用，操作者对机床的加工特性非常了解，在操作使用及维修方面培训时间短，见效快。

4）可以充分利用现有的条件。

可以充分利用现有地基，及利用加工现场现有的其他条件，减少安装费用的投入。

1.2 数控机床在我国的发展概况我国从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。

1.3 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。

第二节机械部分的设计1.1 CA6140普通车床的数控化改造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。

1.2 总体方案确定1.2.1总体方案设计要求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（CNC装置）以及传动方式和执行机构的选择等。

（1）数控系统的选择：普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系统。

综合考虑性价比，根据改造的要求，本方案选用广州数控公司生产的GSK980TD 车床系统，广州数控公司同时生产与该数控系统相匹配的伺服驱动器，从而有利于维修和管理。

GSK980TD数控系统采用先进的开放体系结构，性价比高，且属于连续切割控制系统。

（2）伺服系统的选择：CA6140普通车床数控化改造后一般属于经济型数控机床，在保证具有一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用以步进电动机为驱动装置的开环控制系统。

（3）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，本方案采用PLC控制步进电动机的形式实现。

（4）电气部分设计：根据系统的功能要求，微机数控系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电动机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。

（5）功能部件的选择：主要是滚珠丝杠及其支撑方式的选择、以及设计自动回转刀架及其控制电路等等（简写）。

（6）机械结构设计：纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电动机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。

另外，要对机床导轨进行维护，我们采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。

（7）机械传动方式：为实现机床所要求的分辨率，采用齿轮丝杠的减速方式；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副取代原车床丝杠；为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构；齿轮传动也采用消除齿侧间隙的结构。

经济型数控车床总体结构框图如图1-1所示机1.3 设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和车床拟定实施数控化改造所需要的参数。

CA6140型车床的数控化改造设计参数如下：1）机床最大加工直径：在床身上400mm，在床鞍上210mm。

2）最大加工长度： 1000㎜。

3）拖板及刀架重力：纵向 1000N横向 600N。

4）刀架快移速度maxV: 纵向 2m/min横向 1m/min。

5）最大进给速度: 纵向 0.6m/min横向 0.3m/min。

6）机床定位精度: ±0.015mm。

7) 主电动机功率： 7.5 KW。

8）启动加速时间： 30 ms。

9）最小分辨率：纵向：0.01mm，横向：0.005mm。

1.4 、 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算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：（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。

经济型数控车床铣床常采用的脉冲当量是0.01～0.005mm/脉冲。

根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/脉冲，横向：0.005mm/脉冲。

（2） 纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算（1.1）切削力的计算。

在设计机床进给伺服系统时，计算传动和导向元件，选用伺服电机等都需要用到切削力，下面介绍数控车床中的切削力的计算。

由《机床设计手册》可知，切削功率：Pc=P ηK式中 P —主轴电动机功率，P=7.5KW ；η—主传动系统总效率，一般为0.75-0.85，取η=0.8；K —进给系统功率系数，取K=0.96；则Pc=7.5×0.8×0.96(KW)=5.76(KW)切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力和最大切削转速来计算，即 Pc=60FzV 310-⨯式中 Fz —主切屑力（N ）；V —切屑速度（m/min ）。