普通车床的数控化改造
普通机床的数控改造
ｓ ｌ ｌ ｌｗ —ｇａ ｅ，ｈ ｇ ｏ ｔ ｅｉ ｅｙ，ａ ｌｎ ｅ ｉｄ ａ ｄ Ｓ ｉ ｔｌｃ ｓ ｃ ｍｐ ｔ ｉ ｅ ｅ ｓ ｉ ｈ ｏ ｓ ｃ ａ ｄ ｆｒ ｉｎ ｍａ － ｍａ ｏ ｒｄ ｉｈ ｃ ｏ ，ｄ ｌ ｒ ｖ ｇ ｐ ｒ ｎ Ｏ Ｏｌ ａ ｋ ｏ ｅｉ ｖ ｎ ｓ ｎ ｔ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｎ ｏ ｅｇ ｒ ｏ ｏ ．Ｉ ｔ ｉ ，
Ｍ Ｕ Ｚｅ ｇ —ｆ ｎ ｎ ｅｇ
（ ｃｏｌ ｍ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｅｔ ｎ ｎｉ ｅ ｎ Ｔａｊ ｐｌｔ ｈｉ ｕｉ ｒｔ， ｉ ｊ ３０ ６ ， ｈｎ ） Ｓｈｏ ｅｈ ｎ ａ ｄｅ ｃｏ ｉｅｇｎ ｒ ｇ，ｉ ｉ ｏ ｅ ｎｃ ｎ ｅ ｉ Ｔａ ｉ ０ １０ Ｃ ｉａ ｃ ａ ｌｒ ｃ ｅｉ ｎ ｎ ｙ ｃ ｖ ｓｙ ｎｎ
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Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍａ ｈ ｎ ｌ ｃ ｅ ｔ ；ＮＣ；ｔ ｎ ｆｒ ａ ｉｎ ｉ ｏ ｒ ｓ ｍ ｔ ；ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒｃ ｓ ｉｇ ａ ｏ ｏ ｃ ａ ｉａ ｏ ｅ ｓｎ ｐ
１ 数控机床 的概念及其发展历程
数字控制机床是指用数字代码形式的信息， 控制 刀具按给定的工作程序 、 运动速度和轨迹进行 自 动加
接安装在机床上； 数控机床的 自动化程度进一步提 高， 具有 自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。
２ 普通机床 的数控化改造的意义及 其必要性
CA6136普通车床数控化改造
毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 专业班 级： 学生: 学号：一、毕业论文课题 CA6136普通车床数控化改造二、毕业论文工作自 2013 年 5月 21 日起至 2013 年 月 日止三、毕业论文进行地点四、毕业论文的内容要求（一）已知条件：1、横向(X 向)脉冲当量0.005mm2、纵向(Y 向)脉冲当量0.01mm3、最大进给速度：v fxmax =1m/min ，v fymax =2m/min（二）设计内容：1、分析CA6136卧式车床数控改造后的加工要求,确定改装后机床主要技术参数；2、进行改装后数控车床总体方案设计和控制系统总体方案设计；3、完成主运动和进给运动的机械结构设计；4、完成控制系统硬件和软件设计；（三）设计要求：1、查阅有关参考文献，按要求写出开题报告；2、绘制改装后的数控机床总图；3、绘制纵向进给装配图；4、绘制控制系统电气原理图；5、编写设计说明书（不少于1.5万字，有英文摘要）；6、翻译专业文献（不少于3000英文单词）。
专业负责人批准日期（四）主要参考资料1、《机床设计图册》华东纺织工学院等主编上海科学技术出版社；2、《机床设计指导》任殿阁、张佩勤主编辽宁科学技术出版社；3、《金属切削机床》下册顾熙荣、迟宝珍主编上海科学技术出版社；4、《数字控制机床》廖效果、朱启逑主编华中科技大学出版社；5、《机电综合设计指导》吴振彪主编中国人民大学出版社；《单片机微型计算机原理及应用》胡乾斌等主编华中科技大学出版社；6、7、《新编机械设计手册》蔡春源主编辽宁科学技术出版社；8、《机床主轴、变速箱设计指导》曹鑫横主编机械工业出版社；9、《计算机数控系统》彭炎行主编西北工业大学出版社。
指导教师接受论文任务开始执行日期2013年 5 月23 日学生签名。
C616型普通车床数控化改造
1
Abstract Along with the science technical fast fierce development, number's controling tool machine has already become the important marking whichmeasures a national machine manufacture industry level.Adopt the economic number controls system to carry on a number to control to turn a reformation to the common tool machine, particularly in keeping with our country the common tool machine own to have great capacity, the small concrete state of the nation of the production scale.The machine electricity integral whole turns a technique to involve a machine, electronics, and control etc. several academicses, is one of the foundation technique and core techniques of modern and industrial most, is the important marking which measures a national development level of the machine material.Although this academics is still be placed in a development a stage, many orieses are still placed in research and perfect stage, it represents the machine industrial technique revolution of ex- follow a direction, is comprehensive another concrete body of national strength now.Therefore, we should value the research of that academics, and strongly develop this academics, contract to wait with day the United States gradually flourishing nation of margin.This design is to control to turn a reformation to the number of CA616 common lather.At the domestic, the widely accepted common lather reforms into a number to control lather, this design is to aim at this with the purpose but design of, this lowered production cost and shortenned industrialization of the progress is a large production factory in the meantime, house accept. This design is mainly to combine local concrete state of the nation and aim at at what large customer design.Far and far can not compare with the accuracy that the equipments of those foreign countries attain.Certainly, the ages is in the development, along with our country of positive with the national strength quickly increase, in the near future those greatly parts of business enterprises that the accuracy requests higher number to control an equipments and must appear in China in. Key word:The number controls a reformation The machine electricity integral whole turn State of the nation The academics study
C6140车床数控化改造课程设计
把 普 通 车 床 C6140 改 造 成 经 济 型 数 控 车 床 。主 要 的 任 务 要 求 如 下所列：
（1）床身上最大加工直径 400mm; （2） 最大加工长度 1000mm；
（ 3 ） X 方 向（ 横 向 ）的 脉 冲 当 量 0.005mm /脉冲，Z 方 向（ 纵 向 ）
3.2 安装电动卡盘
数控化改装的要求就是提高加工效率，同时使车床的操作简单 方 便 ，因 此 工 件 的 定 位 选 用 电 动 卡 盘 ，而 KD11250 型 电 动 三 爪 自 定 心卡盘就可以很好的实现这个要求。卡盘的控制由数控系统完成。
3.3 换装自动回转刀架
考虑到车床的加工精度和自动化程度，如果安装自动回转刀架 可以完成一次装夹多道工序，则会满足以上的要求。因此将原有的 刀 架 换成 自 动 回 转 刀 架 ，刀 架 选 用 LD4B-CK6140 型 四 工 位 立式 电 动刀架。刀架的自动换刀由相应的数控系统完成。
第四节 进给传动部件的计算和选型
纵 、横 向 进 给 传 动 部 件 的 计 算 和 选 型 主 要 包 括 ：确 定 脉 冲 当 量 、 计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机 等。
4.1 脉冲当量的确定
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的轨型元
件 。对 于 每 一 个 电 脉 冲 ，步 进 电 机 都 将 产 生 一 个 恒 定 的 步 进 角 位 移 ，
长 期 以 来 ，我 国 的 数 控 系 统 为 传 统 的 封 闭 式 体 系 结 构 ，C N C只 能 作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数 形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及 自 动 编 程 系 统 进 行 编 制 。CAD/CAM和 C N C之 间 没 有 反 馈 控 制 环 节 ， 整 个 制 造 过 程 中 C N C只 是 一 个 封 闭 式 的 开 环 执 行 机 构 。 在 复 杂 环 境 以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、 进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无 法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通 过 反 馈 控 制 环 节 随 机 修 正 CAD/CAM中 的 设 定 量 ， 因 而 影 响 CN C的 工 作 效 率 和 产 品 加 工 质 量 。 由 此 可 见 ， 传 统 CNC系 统 的 这 种 固 定 程 序 控 制 模 式 和 封 闭 式 体 系 结 构 ，限 制 了 C N C向 多 变 量 智 能 化 控 制 发 展 ， 已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必 行。
C6140普通车床数控化改造
Ｎｕ ｅ ｉａｌｃ ｎｔ ｏ ｎ ｖ ｔｏ ｆ Ｃ６ ４ ｏ ｍｏ ａ ｈ ｍ ｒｃ ｏ ｒ ｌｉ ｎｏ ａ ｉ ｎ ｏ １ ０ ｃ ｍ ｎ ｌｔ ｅ
Ｙａ ｈ —ｅ ｌ Ｓ ｉ ｌｉ．Ｈｅ Ｐ ｉｊ ｎ ｌ ｅ— ｕ
（ ．Ｌ ｉｕ ｉ ｎａ ｄｓ ｅ ｇ ｏｐ， ｈ ｉｏｇ Ｃ ． Ｌｄ Ｌ ｉ ｕＳ ａ ｄ ｎ ２ １ ０ Ｃ ｉ １ ａｗ ｏ ｎ ｅｌ ｒｕ Ｔ ａｄ ｎ ｏ ， ｔ ， ａｗ ｈ ｎ ｏ ｇ ７ １４， ｈｎ ｒ ｔ ａ；
车床 ， 为了节约资金 ， 降低成本 ， 利用原来精度高、 操 作性能好 的部分普通机床进行数控化改造 ， 提高机械 设备的数控化率以下阐述改造方案及实施措施。 普 通机 床进行 数控 改造后 ， 系统应 能控制 主轴转 速并 实 现其 正反转 ； 控制 工 作 台实 现 纵 向 、 向和垂 横 直方向的进给运动 （ 车床刀架能实现纵 向和横 向的 进给运动并 自动转位换刀 ； 加工螺纹时应保证 主轴转 １ ， 转 刀架移动 １ 个被加工螺纹的导程） 通过键盘输 ； 人加工程序 ； 由显示器显示加工状态等 。因此 ， 普通 机 床 的数控 改造 内容 有 以下 两大部 分 。
２ 机械部分改造
２ １ 主传 动 系统 ．
在原机床的主轴电机上加变频器， 使其实现通过 操作界面控制主轴转速， 同时改造后使其主运动和进
给运动分离 ， 主电机作用仅为带动主轴旋转。增加一
珠丝杠两端加装接套、 接杆及支承 ， 与床身尾部步进 电机相联接。步进电机经减速后 和滚珠丝杠用套筒
如加工螺纹或丝杠 时， 为保证主轴每转一转 ， 刀 具准确移动一个导程， 须配置主轴脉冲发生器作 为主 轴位置信号的反馈元件 。因此车床主要用于加工法 兰， 加工螺纹几乎不用 ， 因此此车床改造未配置主轴 脉冲发生器 ， 在此简单带过不再赘述。
CA6140普通车床的数控化改造(机械部分)[文献综述]2012-01-12
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东海科学技术学院毕业设计（论文）文献综述课题名称：普通车床的数控化改造学院：机电系专业：机械设计制造及其自动化年级： C08机械（1）指导教师：顾平灿学生姓名：吴海滨学号：_____ _081309106 起迄日期： _2011.11.10—2011.12.15___2011年12月15日普通车床的数控化改造一、前言随着机电一体化技术的迅猛发展，数控机床的应用已日趋普及，机械制造业正在越来越多地采用数控技术来改善其生产加工方式，用以解决现代机械制造中结构复杂、紧密、批量小、多变零件的加工问题。
然而，从目前企业面临的情况看，因数控机床价格昂贵，一次性投资较大，使有些企业难以承担。
因此，对普通机床的数控化改造就显得非常必要，这种必要性主要体现在：l、数控机床可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件；2、可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍；3、加工零件的精度高，尺寸分散度小。
使装配容易，不再需要“修配”；4、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运；5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。
二、主题部分2．1数控机床发展现状从总体来看，我国机床工业与世界先进水平相比，普通车床差距仍然十分明显：(1)国产高档数控机床在品种、水平和数量上远远满足不了国内的发展需求，加工中心高档数控机床目前仍然要大量依赖进口。
(2)数控机床功能部件和数控系统发展滞后，成为我国数控机床产业发展的瓶颈。
(3)机床制造企业技术装备水平不高，制造能力、综合管理和服务能力等方面不能满足市场快节奏发展的要求。
(4)大型国有企业的旧有设备比例大，设备更新所需资金缺口大。
2．2数控机床的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。
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。
普通车床数控化改造过程
［ 度 导练 ］ 梯 １ ．下 列 物质 中 ， 一 种 物 质 的 颜 色 与 其 它 三 种 的 颜 色 不 有 同， 这种 物质 是 （ ）
Ａ．Ｎａ ＯＨ Ｂ ．Ｎａ Ｏ Ｃ．Ｎａ Ｏ Ｄ．Ｎａ ２ ２２ ＨＣＯ３
［ 师导 学］ 名
探究 活 动一 ： 钠与 氧气 的反 应
２ ．下 列关 于金 属 铝 的叙述 中 ， 法不 正确 的是 （ 说
（） １ 观察 钠保存 的方式 ；
（） ２ 用镊 子取一 块钠 ， 滤纸 吸干 表面 的煤 油 ； 用 （ ） 刀切 开钠 块 ， ３用 观察 切面 颜色 ； （ ） 察切 面在 空气 中的变 化 ； ４观 （ ） 钠块 放 回试剂 瓶 。 ５将
对 州
土 壮
（）Ｉ９ Ｃ６ 下 Ｓ— Ｎ１ 旬 Ｓ５ ／ 刊 Ｎ０ １ｉ ７ — １１ ４ ０ ０
普通 车 床 数控 化 改 造过 程
刘振 波
（ 吉林 铁道 职业技术 学院 吉林
１２０ ） ３ ０ １
安及 安 竺 金 题－试 过程 造的问题时绍 旧床 拆 及拆。。。中注 的 题新 床 装 在 装 三 苎 意 型调 数 改意 法同介 了机 的解 在 解 程 应 意 问 ； 一 过 中注 的 ；ｉ－ 程应 三问 从， 车 过 … … … … …机 的 ｚ 中应注 方 ， 。
现 象 解 释或 结论
入 烧杯 内。发 生 的现象 是 （
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Ａ． 沉 到液柱 Ｉ ２ ， 块 下 部有 许 多 气 泡 放 出 ， 有 气 钠 ／ 处 钠 附
泡 的钠 块徐 徐上 升 到 液体 表 面 ， 会 儿 又沉 到液 柱 Ｉ ２ 一 ／ 处， 如此 反 复多 次 ， 后消失 最
的 ＡＩ 不 滴 落 并 ３ ．钠 与水 反应 时 的现象 与钠 的下列 性质 无关 的是 （ Ａ．Ｎ ａ的熔 点低 Ｃ．Ｎａ的密度 小 Ｂ ａ ．Ｎ 的硬 度小 Ｄ． 有强还 原性 ）
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普通车床的数控化改造
一、概述
数控改造一般是指对普通机床某些部件做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工的能力。
我国现有普通机床3百万台左右对这些设备的数控改造已成为国家的一项重要技术政策在生产中贯彻实施。
利用MCS-51系列8031单片机，对普通机床C620车床进行数控改造，利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。
其系统框图如。
二、机床改造前的修复和处理
由于用微机改造的机床只能提高零件加工质量的一致性，零件的加工精度由机床本身的传动精度及步进电机步距精度来保证。
所以机床改装前必须对机床进行修复。
(1对实际役龄在5年以下的机床，各部件零件仍处于芫好精度尚未降低，导轨刮花在基本可见的状态，可以不进行大修。
对这类机床可同时具备微机控制与手动操作的双重功能，以保证个别单件小批量零件加工，在没有必要用数控切削时，仍可用手动操作，充分发挥机床的潜力，提高机床利用率。
(对役龄在5：10年的机床基本零件尚好，只需对部分易损件进行检修和更换，并按照车床大修的标准检查合格即可进行改造。
三、改装过程
3.1、车床传动系统的改装对普通车床而言主传动系统及进给系统都是出自主轴电机，而改造后的数控车床，主传动系统与进给系统相互分离成为两个不相关的系统。
三相电机——皮带轮——主轴变速箱——主轴(进给系统纵、横分别以!"向表示)传动路线板箱刀架)改造后激控车床的传动示意图见。
3.2、步进电机与滚珠丝杠的连接步进电机与滚珠丝杠的.连接方式是机床改装的一个重要问题，要求连接可靠。
为了便于编程，保证加工精度，一般要求车床纵向!向脉冲当量为0.01mm 横向"向)脉冲当量为0.05mm这样，直径值为0.01mm.由于回转形工件图纸尺寸均以直径值表示，所以横向"经验交流'机丨电I工暇I技I术丨向)脉冲当量规定为0不仅直观，而且可以提高重复定位精度。
选定步进电机的步距角脉冲当量"及滚珠丝杠螺距!。
之后，步进电机与滚珠丝杠的连接不一定正好是11的关系，这时，必须采用两齿轮"1、"2传动。
"1与"2的传动比为：齿数A�D进给丝杠基本导程，一脉冲当量!一步距角。
"向滚珠丝杠螺距!= 8mm，采用110BF型步进电机其步距角!=0.75.，
=0.01mm，则)=5/3=丝杠齿轮齿数/步进电机齿轮齿数)=25/12=丝杠齿轮齿数/步进电机齿轮齿数为实现上述传动比，保证脉冲当量，数控车床的滚珠丝杠与步进电机连接都采用齿轮连接式。
如对C620车床改造采用110BF003型步进电机，那幺其他车床改装均
可按上述公式计算，并按结构尺寸确定齿轮的设计计算参数。
3.3、步进电机与机床的连接形式采用变速箱式连接。
把步进电机轴和丝杠轴用一个箱体连接，轴孔中心距可得到较精确的保证，使齿轮啮合良好，传动平稳噪声低且便于防尘。
适用于精度保持较好的车床改装。
3.4、消除齿轮间隙的措施由于步进电机和滚珠丝杠之间采用一对齿轮传动后，引入了传动间隙，步进电机转一个步距角未能使滚珠丝杠同步转一个相应的角度，从而降低加工精度。
这种传动间隙如不加以补偿可能使零件加工积累误差越来越大，造成死区和回程误差。
消除齿轮间隙的措施，一方面利用计算机软件修正另一方面采用无隙齿轮传动。
系统采用双齿轮错齿式消隙结构)2，相同齿数的两薄片同时与另一宽齿轮啮合两薄片齿轮之间依靠弹簧力使其张开一定角度，使两薄片齿轮的左右齿面分别接触宽齿轮的右左齿面以消除侧隙。
其结构见。
3.5、硬件电路总体方案改造后的数控车床控制系统的硬件电路概拮起来由以下4部分组成：主控制器、存储器、总线及接口。
硬件电路的可靠性直接影响到数控系统的性能指标其中CPU是数控系统的孩心。
由于9/：-51系列在我国机床数控改造方面应用较普遍其配套芯片价廉，性能芫美能满足经济型数控机床的要求，故选用8031作为数控系统的中央处理单元。
3.6、存储器扩展由于主控器CPU选用8031，031单片机内只有128个字节的RAM，没有ROM，而机床数控系统需要的程序存储器和数据存储器的容量都较大必须外接程序存储器(EPRO9湘数据存储器RAM)芯片。
故选用一片2764作为程序存储器，一片6264作为数据存储器。
为了把8031P0接口的地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提供低8位地址信息本系统还采用74L373作为地址锁存器。
为主要芯片连接线路图统的扩展，完成键盘/显示器的输入和输出。
数控装置送来的一系列连续脉冲必须通过环形分配器，按一定的顺序分配给步进电机的各相绕组，使各相绕组按照预先规定的控制方式通电或断电。
本系统设计中采用YB013环形分配器。
同时步进电机的驱动电路中还应考虑功率放大电路、光电隔离电路等。
3.7、软件设计本单片机数控系统软件采用模块化设计方法，即包拮主模块、子程序模块及中断处理模块。
主模块的功能：155I/O初始化，单片机T0，T1定时器/记数器初始化，键盘数据区，显示缓冲区初始化各种软件标志初始化等。
主模块中的监控主要是判别是否有功能键按下若有，则转相对应的功能子程序模块。
子程序模块根据功能键设计。
中断处理中包拮3个模块，依据微机数控系统中不同事件的轻重缓急约定优先排队序列，他们分别是：急修处理及行程开关越界报警模块;实时修改显示器缓冲区数据模块嫔盘、显示、定时扫描管理模块。
3.8、机电安装芫成后试机e断开功放电源实验调机程序。
若调出程序准确运行芫毕，说明控制系统状态良好;e)用手动功能操作步进电机鹿动方向必须与规定方向一致否则应调换电机的接线;e入加工程序进行空载运转;e)试车加工零件;e)测量加工零件精度，根据加工尺寸，误差，调整程序的各部分尺寸;e)加工一组零件检查重复加工精度，如果零件尺寸分布的分散性大须具体分析产生误差的原因再进行改进，直到达到预期的目的。
四、结语
随着微电子技术的发展我国的机床数控化在近十多年来有了很大的发展，而普通机床的数控化改造在满足芫成同样的加工任务的前提下，可大大降低技术改造的投资经费，在实际中得到广泛应用。