机械机床毕业设计15CA6140型车床的经济型数控改造设计正文
C6140车床数控改造毕业设计论文
毕业设计任务书毕业设计题目：经济型C6140车床数控改造内容和要求：内容：司服进给系统的校核计算和微机数控系统硬件电路设计，完成普通C6140车床的数控化改造及相关图纸。
技术要求：利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。
工作质量要求：方案设计合理，理论计算准确，结构设计合理，图纸图面清楚，投影正确，标注完整，设计及绘图过程符合国家要求等。
软硬件条件：个人计算机；参考书；AutoCAD（或其他绘图条件）指导教师（签字）：年月日机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。
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。
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。
关键词：机床, 数控机床, 伺服进给系统, 单片机1．前言 (1)1.1 概述 (1)1.2 数控机床和数控技术 (1)1.3 数控机床的特点 (2)1.4 数控机床的发展 (3)2．总体方案的设计 (4)2.1 设计任务与要求 (4)2.1.1 课程设计的目的 (4)2.1.2 课程设计的主要技术参数 (4)2.2.3 课程设计的内容 (5)2.2.4 课程设计的要求 (5)2.2.5 课程设计的图纸 (5)2.2 总体方案的设计 (5)2.2.1 数控系统运动方式的确定 (5)2.2.2 伺服进给系统的改造设计 (6)2.2.3 数控系统的硬件电路设计 (6)3．伺服进给系统的计算 (8)3.1 确定系统脉冲当量 (8)3.2 切削力的计算 (8)3.2.1 纵车外圆 (8)3.2.2 横切端面 (8)3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)3.3.1 纵向进给丝杠 (9)3.3.2 横向进给丝杠......................................... .11 3.3.3 纵向和横向滚珠丝杠螺母副几何参数..................... .143.4 齿轮传动比计算 ........................................ .15 3.4.1 纵向进给齿轮箱传动计算 .............................. .15 3.4.2 横向进给齿轮箱传动计算 .............................. .15 3.5 步进电动机的计算和选型 ................................ .16 3.5.1 纵向进给步进电动机计算 .............................. .16 3.5.2 横向进给步进电动机的计算和选型 ...................... .20 4．微机数控系统硬件电路设计............................... .21 4.1 微机控制系统硬件的选择 ................................ .21 4.2 8255A可编程并行I/O口扩展芯片......................... .23 4.3 8255端口的寻址........................................ .26 4.4 可编程键盘，显示器接口—Intel8279 ..................... .27 4.5 部分硬件接口电路及辅助电路设计 ........................ .28 4.6 数控系统软件设计 ...................................... .30 结论 ................................................... ..32 致谢 .................................................... .33 参考文献 .................................................. .34 附件 .. (35)1 前言1.1 概述整个人类社会的文明史，就是制造技术不断演变和发展的历史。
车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计
车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真毕业设计1.摘要本论文针对车床CA6140主轴系统进行数控化改造及仿真设计，旨在提高车床的加工精度和生产效率。
首先，对车床的主轴系统进行了详细分析，并确定了改造的目标和需求。
然后，基于数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。
最后，通过仿真模拟对改造方案进行了验证，并使用实际加工试验进行了实验验证。
实验结果表明，通过数控化改造，主轴系统的加工精度和生产效率得到了显著提高。
2.引言车床是传统机械加工设备中常用的一种，但是由于其控制方式落后，存在加工精度低、生产效率不高等问题。
因此，对车床进行数控化改造是提高其加工精度和生产效率的重要手段。
主轴系统作为车床的核心部件之一，其控制精度对整个车床的加工效果起着重要作用。
本论文针对车床CA6140主轴系统进行了数控化改造及仿真设计，旨在提高其加工精度和生产效率。
3.车床CA6140主轴系统的分析与改造目标首先，对车床CA6140主轴系统的结构和工作原理进行了详细分析，发现其存在传动链路复杂、加工精度不稳定等问题。
基于此，确定了改造目标为提高主轴系统的加工精度和稳定性，并提高其生产效率。
4.数控控制系统的设计根据数控系统的工作原理和数控编程的方法，设计了适用于CA6140主轴系统的数控控制系统。
首先，选取了适合主轴系统控制的数控设备，并设计了相应的控制算法和程序。
然后，对数控编程进行了详细设计，并使用仿真软件进行了仿真验证。
5.改造方案的仿真与验证为了验证改造方案的有效性，使用仿真软件对其进行了仿真模拟。
首先，建立了CA6140主轴系统数学模型，并将其运行参数与改造后的数控控制系统进行了耦合。
然后，通过调整控制系统的参数，对加工过程进行了仿真模拟，并对加工结果进行了分析和评估。
最后，使用实际加工试验进行了实验验证，并与仿真结果进行了对比分析。
6.结论通过车床CA6140主轴系统的数控化改造及仿真设计，本论文有效提高了主轴系统的加工精度和生产效率。
CA6140车床的经济型数控改造设计 机械 毕业设计
摘要我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。
这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。
普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形式下将大批故障机床尤其是一大批闲置的普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这批设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。
此次毕业设计中，我主要改造的部分是自动刀架、传动机构的滚珠丝杠的加入，实现了单片机控制，并对步进电机进行了选择，并加入了主轴脉冲发生器,使车床的精度，安全性得到了一定的提高，同时节省了操作时间。
关键词:滚珠丝杠单片机脉冲发生器自动刀架目录第1章绪论----------------------------------------------------------11.1 国内外车床发展概况及存在的问题--------------------11.2 数控化改造的内容-----------------------------------------21.3 数控机床的发展趋势--------------------------------------2第2章C6140普通车床数改的总体方案----------------------42.1 总体改造方案-----------------------------------------------42.2 主传动系统和进给系统的改造--------------------------42.2.1 机械部分的改造---------------------------------------52.2.2 刀架的改造---------------------------------------------5第3章数改C6140车床传动装置设计-------------------------53.1 传动装置总体设计--------------------------------------------53.2 滚珠丝杠螺母副选择-----------------------------------------63.2.1 滚珠丝杠副的特点及类型---------------------------73.2.2 滚珠丝杠副的结构------------------------------------83.3 纵向进给系统的设计与计算--------------------------------93.3.1 纵向进给系统的设计计算---------------------------93.3.2 滚珠丝杠设计计算------------------------------------113.3.3 齿轮及转矩的有关计算------------------------------153.4 横向进给系统的设计计算-----------------------------------193.4.1 横向进给系统的设计计算---------------------------193.4.2 滚珠丝杠设计计算------------------------------------203.4.3 齿轮及转矩有关计算---------------------------------223.5 滚珠丝杠副的安装结构--------------------------------------243.6 进给系统传动齿轮间隙的消除-----------------------------253.6.1 采用减速箱的目的及注意事项---------------------253.6.2 减少或消除空程的必要性和方法-----------------25第4章数改C6140自动刀架设计------------------------------264.1 自动刀架的分类----------------------------------------------264.2 自动刀架的设计----------------------------------------------274.2.1 刀架抬起--------------------------------------------------274.2.2 刀架转位--------------------------------------------------274.2.3 刀架定位--------------------------------------------------274.2.4 夹紧刀架--------------------------------------------------28第5章数改C6140步进电机的选择---------------------------295.1 步进电机的工作方式----------------------------------------295.2 步进电机的选择----------------------------------------------295.2.1 数改C6140纵向进给系统步进电机的确定-------295.2.2 数改C6140横向进给系统步进电机的确定-------305.3 主轴脉冲发生器---------------------------------------------305.4 主轴脉冲发生器的结构及原理--------------------------315.5 数控系统基本硬件组成-----------------------------------325.6 单片机控制系统的设计-----------------------------------335.6.1 硬件配置-------------------------------------------------335.6.2 存贮器空间分配----------------------------------------335.6.3 I/O口地址分配-----------------------------------------345.6.4 光电隔离电路-------------------------------------------34第一章绪论1.1国内外车床发展概况及存在的问题随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
CA6140普通车床经济型数控改造设计
优秀设计XXXX大学毕业设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：CA6140普通车床经济型数控改造设计指导教师：职称:职称:20**年XX月XX日毕业设计（论文）任务书注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。
另，学生所做毕业设计(论文)的工作的研究成果归河北理工大学所有，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。
目录摘要 (6)Abstract (7)1绪论 (8)1.1引言 (8)1.2机床数控改造的目的 (9)1.3数控系统的产生和发 (10)1.3.1数控系统的出现和发展 (10)1.3.2数控系统的发展趋势 (11)1.4数控改造的必要性 (11)1.5数控机床改造的优点 (12)1.6数控机床改造的设计步骤 (13)1.7 CA6140的数控改造 (14)1.7.1数控系统的选择 (14)1.7.2 CPU和存储器 (15)1.7.3 I/O接口电路 (16)1.7.4其它部件的选择 (16)2数据参数的选择及其计算 (18)2.1纵向进给系统得设计计算（装配图2） (18)2.1.1选择脉冲当量： (18)2.1.2计算切削力： (18)2.1.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型： (20)2.1.4齿轮及转距的有关计算： (21)2.2横向进给系统的设计计算： (23)2.2.1切削力计算： (24)2.2.2滚珠丝杠设计计算： (24)2.2.3齿轮及设计的有关计算： (26)2.2.3步进电机的选择： (27)2.3自动刀架的设计 (29)2.3.1刀架的抬起： (29)2.3.2刀架的回转和选位 (29)2.3.2刀架的下降定位和压紧 (30)2.3.3减速机构的设计计算 (31)2.3.3蜗杆传动的设计计算 (34)2.3.4螺旋升降装置得设计计算 (38)3数控系统硬件电路设计 (43)3.1概述 (43)3.2 8088微处理器控制系统设计 (44)3.2.1主要技术特性及硬件配置 (44)3.2.2存储空间的分配 (44)3.2.3I/O地址分配 (44)3.2.4单片机部分电路设计图如图纸所示 (44)3.2.5光电隔离电路 (44)3.2.6功率放大电路 (45)3.2.7其他辅助电路 (46)4软件设计部分 (47)4.1概述 (47)4.2总体方案设计 (47)4.3插补方法的确定 (48)4.4进给控制字FCW的设置 (50)4.5环行分配器的子程序 (50)附录Ⅰ (51)附录Ⅱ (57)致谢 (62)参考文献 (63)摘要近20年来.我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。
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。
机械机床毕业设计15CA6140型车床的经济型数控改造设计正文
机械机床毕业设计15CA6140型车床的经济型数控改造设计正文一、引言数控技术在机械制造行业的应用越来越广泛，数控机床相比传统机床具有高精度、高效率和稳定性好等优点。
为了提高15CA6140型车床的加工精度和生产效率，本文设计了一种经济型数控改造方案。
二、数控改造方案1.系统结构2.数控系统选型数控控制器选用市场上常见的高性价比控制器，如FANUC、SIMENS等。
驱动器选用与数控控制器兼容的驱动器。
运动系统选用与机床匹配的直线导轨和滚珠丝杠。
3.前置设备安装为了实现数控操作，需要在车床上安装前置设备，包括电机、编码器和传感器等。
电机用于驱动车床主轴和各个运动轴，编码器用于测量位置信息，传感器用于检测工件和刀具的状态。
4.软件开发本方案采用开发软件对数控系统进行编程和操作。
根据机床的运动特性和加工要求，编写数控程序，实现各轴的运动控制和工件加工。
三、经济性分析数控改造的经济性分析是评估改造方案是否可行的重要环节。
首先，对改造前后的成本进行对比。
改造前需要购买数控系统设备和前置设备，改造后需要进行编程和人工操作。
然后，对改造后的效益进行估算。
改造后的车床可以实现高精度加工和连续生产，一台数控车床可以替代多台传统车床，减少设备投资和人力成本。
最后，通过经济指标分析，如投资回收期、财务内部收益率等，评估改造方案的经济效益。
四、实施建议根据经济性分析结果，结合实际情况，提出以下实施建议：1.在购买数控系统设备时，选择性价比较高的设备，确保性能和价格的平衡。
2.在编写数控程序时，根据实际加工要求，合理设置加工参数，提高加工效率和加工精度。
3.在改造过程中，加强人员培训，提高操作人员的技术水平，充分发挥数控系统的性能。
结论本文设计了一种经济型数控改造方案，以提高15CA6140型车床的加工精度和生产效率。
经过经济性分析和实施建议，证明了该方案具有可行性和经济性。
数控改造能够使机械机床适应现代制造的需求，是提高机械制造水平的重要手段和途径。
CA6140车床的经济型数控改造设计 机械 毕业设计
For personal use only in study and research; not forcommercial use摘要我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。
这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。
普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形式下将大批故障机床尤其是一大批闲置的普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这批设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。
此次毕业设计中，我主要改造的部分是自动刀架、传动机构的滚珠丝杠的加入，实现了单片机控制，并对步进电机进行了选择，并加入了主轴脉冲发生器,使车床的精度，安全性得到了一定的提高，同时节省了操作时间。
关键词:滚珠丝杠单片机脉冲发生器自动刀架目录第1章绪论----------------------------------------------------------11.1 国内外车床发展概况及存在的问题--------------------11.2 数控化改造的内容-----------------------------------------21.3 数控机床的发展趋势--------------------------------------2第2章C6140普通车床数改的总体方案----------------------42.1 总体改造方案-----------------------------------------------42.2 主传动系统和进给系统的改造--------------------------42.2.1 机械部分的改造---------------------------------------52.2.2 刀架的改造---------------------------------------------5第3章数改C6140车床传动装置设计-------------------------53.1 传动装置总体设计--------------------------------------------53.2 滚珠丝杠螺母副选择-----------------------------------------63.2.1 滚珠丝杠副的特点及类型---------------------------73.2.2 滚珠丝杠副的结构------------------------------------83.3 纵向进给系统的设计与计算--------------------------------93.3.1 纵向进给系统的设计计算---------------------------93.3.2 滚珠丝杠设计计算------------------------------------113.3.3 齿轮及转矩的有关计算------------------------------153.4 横向进给系统的设计计算-----------------------------------193.4.1 横向进给系统的设计计算---------------------------193.4.2 滚珠丝杠设计计算------------------------------------203.4.3 齿轮及转矩有关计算---------------------------------223.5 滚珠丝杠副的安装结构--------------------------------------243.6 进给系统传动齿轮间隙的消除-----------------------------253.6.1 采用减速箱的目的及注意事项---------------------253.6.2 减少或消除空程的必要性和方法-----------------25第4章数改C6140自动刀架设计------------------------------264.1 自动刀架的分类----------------------------------------------264.2 自动刀架的设计----------------------------------------------274.2.1 刀架抬起--------------------------------------------------274.2.2 刀架转位--------------------------------------------------274.2.3 刀架定位--------------------------------------------------274.2.4 夹紧刀架--------------------------------------------------28 第5章数改C6140步进电机的选择---------------------------295.1 步进电机的工作方式----------------------------------------295.2 步进电机的选择----------------------------------------------295.2.1 数改C6140纵向进给系统步进电机的确定-------295.2.2 数改C6140横向进给系统步进电机的确定-------305.3 主轴脉冲发生器---------------------------------------------305.4 主轴脉冲发生器的结构及原理--------------------------315.5 数控系统基本硬件组成-----------------------------------325.6 单片机控制系统的设计-----------------------------------335.6.1 硬件配置-------------------------------------------------335.6.2 存贮器空间分配----------------------------------------335.6.3 I/O口地址分配-----------------------------------------345.6.4 光电隔离电路-------------------------------------------34第一章绪论1.1国内外车床发展概况及存在的问题随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。
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1绪论数控机床与普通机床相比,增加了功能,提高了性能,简化了结构.较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。
能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（2）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费；（3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。
要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。
普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。
这一工作早在20世纪60年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务。
目前，国外已发展成为一个新兴产业部门，从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有26%的机床经过数控化改造，中小企业则达74%。
在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务。
中国是拥有300多万台机床的国家，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。
要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。
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。
因此，我们必须走数控改造之路。
普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。
普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。
进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。
刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。
对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。
这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。
由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装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车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。
2设计要求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类型，计算机的选择，以及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。
（2）车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。
（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，经济型数控机床一般采用8位微机。
在8位微机中，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、具有很高的性价比，因此，可选MCS—51系列单片机扩展系统。
（4）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）设计自动回转刀架及其控制电路。
（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、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。
（7）为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。
（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。
总体方案设计图如下图（2）所示：进给伺服系统总体方案方框图如图（3）所示：图（2）数控车床改造的总体方案示意图微机光电隔离光电隔离功率放大功率放大Z向步进电机步进电机X向床鞍及拖板中拖板图（3）经济性数控车床进给伺服系统方案框图2.2设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。
现列出CA6140卧式车床的技术数据：名称技术参数在床身上400mm工件最大直径在刀架上210mm顶尖间最大距离650;900;1400;1900mm宋制螺纹mm 1---12(20种)加工螺纹范围英制螺纹t/m 2---24(20种)模数螺纹mm 0.25---3(11种)径节螺纹t/m 7---96(24种)最大通过直径48mm孔锥度莫氏6# 主轴正转转速级数24正转转速范围10—1400r/min反转转速级数12反转转速范围14---1580r/min纵向级数64进给量纵向范围0.028---6.33mm/r横向级数64横向范围0.014---3.16mm/r滑板行程横向320mm纵向650;900;1400;1900mm最大行程140mm刀架最大回转角±90°刀杠支承面至中心的距离26mm刀杠截面B×H 25×25mm顶尖套莫氏锥度5#尾座横向最大移动量±10mm外形尺寸长×宽×高2418×1000×1267mm圆度0.01mm 工作精度圆柱度200:0.02平面度0.02/φ300mm表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm主电动机7.5kw电动机功率总功率7.84kw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快进速度纵向 2.4m/min横向 1.2m/min最大切削进给速度纵向0.5m/min横向0.25m/min溜板及刀架重力纵向800N横向600N代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数 2脉冲当量纵向0.01mm/脉冲横向0.005mm/脉冲机床定位精度±0.015mm刀具补偿量0mm---99.99mm进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横向0.075mm自动升降速性能有2.3.其它要求（1）原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本缩短改造周期。
（2）机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保正安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。
3进给伺服系统机械部分设计与计算3.1进给系统机械结构改造设计进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板刀架等改造的方案不是唯一的。
以下是其中的一种方案：挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。
进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱总成丝杠、光杠和操作杠拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。
溜板箱部分：全部拆除，在原来安装滚珠丝杠中间支撑架和螺母以及部分操作按钮。
横溜板箱部分：将原横溜板的丝杠的、螺母拆除，改装横向进给滚珠丝杠螺母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。
刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。
3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量、计算切削力滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步进电机的计算和选型等。
计算简图如下图所示：3.2.1确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机床加工精度的一个基本参数。
因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。
对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技术参数中，要求纵向脉冲当量fp为0.01mm/step。
横向脉冲当量为fp=0.005mm/step。
3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择雨校核步骤（1）最大工作荷载计算滚珠丝杠的工作载荷Fm（N）是指滚珠丝杠副的在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。
它包括滚珠丝杠的走到抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。
由于原普通CA6140车床的纵向导轨是三角形导轨，则用公式3-1计算工作载荷的大小。
Fm=KFL+f’(Fv+G) （3-1）1）车削抗力分析车削外圆时的切削抗力有F x﹑Fy﹑Fz，主切削力Fz与主切削速度方向一致垂直向下，是计算机床主轴电机切削功率的主要依据。
切深抗力Fy与纵向进给垂直，影响加工精度或已加工表面质量。
进给抗力Fx与进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系统是要用它。
纵切外圆时，车床的主切削力Fz可以用下式计算：Fz=CFz αPXFz f yFz V nFz KFz（3-2）=5360(N)由《金属切削原理》知：Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 （3-3）得 Fx=1340(N)Fy=2144(N)因为车刀装夹在拖板上的刀架内，车刀受到的车削抗力将传递到进给拖板和导轨上，车削作业时作用在进给托板的载荷F1﹑Fv和Fc与车刀所受到的车削抗力有对应关系。
因此，作用在进给托板上的载荷可以按下式求出：托板上的进给方向载荷 F1=Fx=1340(N)托板上的垂直方向载荷 Fv=Fz=5360(N)托板上的横向载荷 Fc=Fy=2144(N)因此，最大工作载荷Fm=KFL+f’(Fv+G)=1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8)=1790.68(N)对于三角形导轨K=1.15, f’=0.03～0.05,选f’=0.04(因为是贴塑导轨)，G是纵向﹑横向溜板箱和刀架的重量，选纵向﹑横向溜板箱的重量为75kg,刀架重量为15kg.（2）最大动载荷C的计算滚珠丝杠应根据额定动载荷Ca选用，可用式3-4计算：C=fmm （3-4）L为工作寿命，单位为10r，L=60nt／10;n为丝杠转速（r／min）,n=1000v／L;v为最大切削力条件下的进给速度（m／min）,可取最高进给速度的1/2～1/3;L0=12mm;fm为运转状态系数，因为此时有冲击振为丝杠的基本导程，查资料得L动，所以取fm=1.5.V纵向=1.59mm/r×1400r/min=2226mm/min=2226×1/2/12=92.75r/minn纵向=v纵向×1/2/L∴ L=60nt/106=60×92.75×15000/106=83.5则 C=fmFm =×1.5×1790.68=11740（N）初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷Ca不得小于最大载荷C;因此有Ca＞C=11740N另外例如滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转下工作并受载，那么还需考虑其另一种失效形式-滚珠接触面上的塑性变形。