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，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。但数控机床价格昂贵，一次性投入对企业来说负担很大。另一方面，在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。不仅能节省很大一部分资金，还能提升其市场竞争力。具有极大的经济潜力。
对于职业院校的数控实训教学而言，通过闲置的普通车床进行数控化改造，可盘活资产，实现资产优化配置，同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。
我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000，通过对该机床的结构特点进行分析，对机械和电气进行数控化改造，改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。
第一章数控机床的结构和工作原理
1.1数控车床工作原理及加工特点
以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床，简称为数控机床。
数字控制系统是相对于模拟系统而言：数字控制系统中的信息是数字量，而模拟控制系统中的信息是模拟量。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控（CNC）系统。
图1-1 数控车床
1．数控车床的工作原理
数控车床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2．数控车床的加工特点
（1）高难度零件加工：“口小肚大”的内成型面零件，有仅在普通车床上难以加工，还难以测量。
（2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。
（3）高效率完成加工：为了提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批工序特别复杂零件车削全过程的自动化。
1.2 数控车床的组成
数控车床一般由输入/输出装置、CNC装置、伺服单元、驱动装置、可编程控制器及电器控制装置、辅助装置、机床本体和测量装置组成。图3-1是数控车床的组成框图。其中除机床本体之外的部分统称为CNC系统
图1-2 数控车床的组成
数控车床各个方面的性能比普通车床优越，如：结构刚性好，能适应高速和强力车削需要；可靠性好能适应精密加工和长时间连续工作主轴回转精度，直接影响到零件的加工精度；数控车床的导轨结构有传统的滑动导轨（金属型），也有新型的滑动导轨（贴塑导轨）。贴塑导轨的摩檫系数小，耐磨性、耐腐蚀性及吸振性好，润滑条件优越；机械传动机构比普通车床简单，传动链短；刀架是数控车床普遍采用的一种最简单的自动换刀设备；辅助装置:可配有对刀仪、位置检测反馈装置、自动编程系统及自动排屑装置等。
1.程序编制及程序载体
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；以及辅助装置的动作。这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工的数控程序单，编制程序的工作可由人工进行，或者在数控机床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。
编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、录音磁卡、软磁盘等，采用那种存储载体，取决于数控装置达到设计类型。
2.输入装置
它的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。根据程序存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、录音机或软盘驱动器。有些数控机床，不用任何程序存储器，而是将数控程序单的内容通过数控装置上的键盘，用手工的方式（MDI方式）输入，或者将数控程序由编程计算机由通信的方式传到数控装置。
3.数控装置及强电控制装置
数控装置是数控机床的核心，它接受输入装置送来的脉冲信号，经过算术装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的
各个部分，进行规定的、有序的动作。这些控制信号中最基本的信号是：经插补运算决定的各坐标轴（即作进给运动的各执行部件）的进给速度、进给方式和位移方向和位移量指令，送伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动。其他还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号；控制冷却、润滑的启停。工件和机床部件松开、夹紧、分度工作台转位等辅助指令信号等。
强电控制装置是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。其主要作用是接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择转换、辅助装置动作多功能指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作。此外还有开关信号经它送到控制装置进行处理。
4.伺服驱动系统及位置检测装置
伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。每一个作进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统有开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。
5.机床的机械部件
数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给执行部件如工作台，拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件，此外，还有冷却、润滑转位和夹紧等辅助装置。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗震性等方面要求更高，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。
第二章机床改造的总体方案设计
2．1基本思路
总体方案内容包括：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等。对于普通车场的经济型数控化改造，在考虑总体改造的方案时，应遵循的基本原则是在满足改造要求的前提下，对机床的改动尽可能少，以降低成本。
图2-1 基本思路图
2．2总体方案设计
1．主轴系统改造
保留了原来的主轴变速箱，不采用变频器，使用皮带＋主轴＋编码器。该系统
的主轴速度也是有级调速，共12个档位24级，速度可以从40rpm到1200rpm，不过
每一档的速度可以根据需要通过设置变频器来实现。可以用数字量控制电机的正，
反转，停止及各档速度。本系统采用手工机械调速，所有的速度均由G代码中的S
命令来控制。软件可以读取G代码。
2．进给系统的设计
考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中
间传动环节。本车床的X，Z两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了伺服电机＋刚性联轴器＋丝杆的传动方案。保留原来的丝杆，增加少量
的机械附件，就可安装伺服电机及丝杆螺母副。根据计算，伺服电机的扭矩是5 Nm。我们选用伺服电机是FANUC公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角选用0.9/1.8，扭矩是7.5Nm。驱动器的型号是SH20806，输入电压是45V。
3．刀架结构
本次改造仍采用旋转式刀架，拆除原手动刀架和小托板，安装由数控系统控制
的四工位电动刀架，根据车床的型号及主轴中心高度，我们将实训车间的闲置的CAK6140数控车床上能正常使用的LD4B-CK6140型电动刀架，该刀架内带120W三相
交流异步电动机用于驱动正转换刀。
4．控制部分中硬件的改造
（1）PC机可采用工控PC机，可满足该控制系统的控制要求。
（2）运动控制卡。我们采用了由ADVANTECH公司生产的PCL运动控制卡。该卡
是一种高速三轴伺服电机运动控制卡，它有16位的数字输入、输出口，可实现三轴
联动。因此，它可以满足车床X，Z轴联动，实现直线，圆弧插补。
（3）光电耦合电路是从学院闲置数控机床中拆得的，它的作用是能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击，提高系统的稳定性。
（4）机床本体是由C6140改造而来，拆除原来的光杆，溜板箱等，保留原来的三爪卡盘等。
（5）伺服电机及其驱动器是采用FANUC公司的。驱动器的输入电压式45V，考虑伺服电机的步距角和丝杆的螺距，本系统X轴的脉冲当量是0.00125，Z轴的脉冲当量是0.0025。完全能够达到0.005mm的加工精度要求。
（6）各种限位开关，减速开关，回零开关均安装在机床本体上，限位开关是起这硬件硬限位的作用，当车床加工工件超出加工范围时，车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到车床零点附近时，减速开关被开启并通知车床减速走到零位置。
5．控制系统的软件部分该车床控制系统的软件部分采用VC＋＋6.0编写，该软件的加工界面如图。其功能主要有读取零件的加工G代码，编辑和编译G代码，仿真加工（包括加工前仿真和与加工同步仿真，回参考点，手工对刀，加工中断，超程软限位等功能。它可处理进给速度，主轴速度及转速方向，刀具信息，M功能等多种加工信息。该软件的操作平台是Windows98。该软件的操作过程是首先读入*.NC 或*.TXT的G代码文件；然后进行编译，编译器能给出不符合本软件的语法错误提示；有错误可也立即修改；然后按照毛胚的实际尺寸输入，软件进行加工前仿真。在确认没有因G代码引起的加工错误的情况下，可以开始机床加工。加工前得首先对刀，对刀的意义在于建立起工件坐标与车床坐标之间得关系。加工过程中，软件界面的状态栏还显示出刀具当前的坐标，加工状态，加工时间等信息。
2．3改造要点
将学院实习工厂现有一台旧车床CA6140改造成接近当前数控车床主流产品技术指标的使用数控车床。
改造后能实现车削外圆柱面、圆弧面等回转表面。纵向进给精度±0.01mm,横向精度±0.005mm，空载快速进给速速V=2m/min,主切削力p=2254N,横向拖板刀架质量W=465.5N,大拖板刀架质量W=1039N。不要求保留原有手动操作功能。控制部分要求运动可靠，防尘，抗干扰，维修方便。改造成本低。
图2-2 CA6140普通车床
2.4 改造内容
改造后的数控车床应当把主轴传动和进给传动系统分离为两个互不相关的系统，为了便于编程，保证加工精度，要求车床纵向脉冲当量为0.01，横向脉冲当量为0.005，那么车床需要改造的部分有：
挂轮架系统全部拆去；进给齿轮箱箱体内的零件全部拆去；溜板箱部分应拆去箱体，光杆及操纵杆，并增加支撑架，利用原有丝杆。横向溜板安装伺服电机，并通过传动齿轮将电机轴与横向丝杠连接。刀架体应安装纵、横微调装置以供铰刀使用。纵向丝杠挂脚应安装伺服电机，并通过传动齿轮与纵向滚珠丝杆连接，伺服电机与丝杆的连接方式要求连接可靠，传动无间隙，无噪音。
对于电气部分，选用工控机和驱动电路对纵横两个伺服电机进行开环控制，系统中有复位电路，数码显示器接口电路，光电耦合器等。采用工控机和伺服电机驱动器来驱动电机，将整个控制系统放在控制柜中，由电缆把控制系统和伺服电机联系起来。
第三章机械部分改造
3．1主传动的改造
主传动系统是实现主运动的传动系统，它的转速高，传递功率大，是数控机床
的关键部件之一。因此对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格要求。
1．主传动的机械结构
数控机床的主轴部件一般包括主轴、主轴轴承和传动件等。对于加工中心，主轴部件还包括刀具自动夹紧装置、主轴准停装置和主轴孔的切屑消除装置。
图3-1 数控机床主轴轴承的配置形式
数控机床主轴轴承主要有以下几种配置形式：
（1）前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60度角接触双列向心推力球轴承，后支承采用向心推力球轴承，如图3-1（a）所示。
（2）前支承采用高精度双列向心推力球轴承，如图3-1（b）所示。
（3）前支承采用双列圆锥滚子轴承，后支承采用单列圆锥滚子轴承，如图3-1（c）所示。
数控机床主传动系统承受主切削力，它的功率大小与回转速度直接影响到机床的加工效率，其中主轴部件是保证机床加工精度和自动化程度的主要部件，它们对数控机床的性能有着决定性的影响。我们原计划采用变频驱动，实现无级变速。后经过反复讨论，认识到改造成本过高，且实用价值不大，决定简化主传动改造程序，仍保留原有主轴箱齿轮传动，分为二十四个档位，满足主轴高刚性和大扭矩要求。主轴电机从闲置的数控车床上拆转，在改造过程中由于电机的带轮与主轴带轮不一致，所以必须重新加工制作一个新的电机带轮。同时为改造后的车床能够加工螺纹，在挂轮箱加装主轴脉冲编码器，以实现主轴转速的同步检测。
图3-2 主轴改造传动示意图
2．改造步骤
（1）清理、修整主轴箱，查看传动系统是否正常运动。
图3-3 CA6140主轴箱
（2）简化改造程序，保留齿轮传动。在挂轮箱加装主轴脉冲编码器，以实现主轴转速的同步检测。
3．2进给传动的改造
1．进给传动结构
机械传动是进给伺服系统的重要组成部分，它包括减速齿轮、联轴节、滚珠丝杠、丝杠支撑、导轨副传动、数控回转工作台的蜗杆蜗轮等机械环节，它们的刚性、制造精度、摩擦阻尼特性等对执行件能否实现每一脉冲的微量移动有重要影响，另外，进给传动系统的驱动力矩很大，负载变化频繁，故对刚性也有特殊要求。
伺服进给系统的控制方式数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。现在市面上很多改造的车床的加工精度并不是很高，原因是通常的情况下均采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中,而我们为了使改造更能体现水平，将采用伺服电机，进行半闭环控制。
根据机床的切削力、进给牵引力选用滚珠丝杠副，经稳定性及刚度验算，纵向
进给机构脉冲当量确定为＆=0.0lmm/step；横向进给机构脉冲当量确定为＆=0.005 mm/step，均采用一级变速装置。在纵向进给机构的改造方面,拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及其相应的安装装置，在横向进给机构的改造方面,由于原横向进给的丝杠空间有限，伺服电机放置机床左侧。纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾，并不占据丝杠空间。采用了滚珠丝杠可提高系统的精度和纵向进给整体刚度。
2．改造步骤
（1）Z轴进给改造
1）维修、清理Z轴进给丝杠。使其符合数控化改造的技术要求。
图3-4 CA6140进给传动图3-5 挂轮箱2）拆挂轮箱挡板。
3）改造挂轮箱（由于挂轮箱与机床床身是焊接件，如将挂轮箱全部拆去，工作量很大，实在不易，故将挂轮箱中的部分齿轮进行了拆除，在不影响伺服电机带动Z 轴的传动的前提对其进行了改造。）
图3-6 拆卸挂轮箱图3-7 传动花键
4）在Z轴传动轴中加花键轴。
5）将带轮加以设计改造，使之能和花键连接。
图3-8 刚性联轴器图3-9 带轮与花键配合
6）将带轮装配在花键上，确保其同轴度。
7）将伺服电机装配在固定板上，并将固定板装配在主轴箱的左侧。将伺服电机的带轮和花键上的带轮用皮带连接好，试运转，确保无误。
图3-10 加装伺服电机
（2）X轴进给改造
1）测绘X轴丝杠
图3-11 清洗丝杠图3-12 测绘丝杠2）由于伺服电机安装位置为X轴的后方，而原车床丝杠的力矩传动来源于前方，故在改造过程中，凸显丝杠长度不够。
3）设计改造方案（利用UG软件，设计出一套改造方案，重新制作一根轴，与原丝杠配合，延长其长度，并和带轮配合。）
图3-13 设计延长轴
4）加工制作延长轴，达到尺寸要求
图3-14 制作延长轴图3-15 制作刚性联轴器5）设计并加工制作刚性联轴器，确延长轴能与丝杠同轴。
6）装配延长轴与联轴器，并将带轮装配至合理位置。
图3-16 延长轴与带轮的装配
7）丝杠与延长轴连接装配，并将电机支承座安装上。
图3-17 连接丝杠与延长轴图3-18 装支承座
8）将压力轴承和带轮安装在延长轴端部，调试好带轮位置。
9）拆数控车床上X轴上伺服电机。
图3-19 选择伺服电机图3-20伺服电机与丝杠的装配
10）将伺服电机装至支承座上。调试好皮带轮位置，确保运转正常。
3．3 刀架的改造
1、刀架结构和改造思路
拆除原手动刀架和小托板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架，根据车床的型号及主轴中心高度，我们将实训车间的闲置的CAK6140数控车床上能正常使用的LD4B-CK6140型电动刀架，该刀架内带120W三相交流异步电动机用于驱动正转换刀，内置的4个霍尔元件检测刀位位置，电动机反转完成刀具定位锁紧，安装时，先拆除车床上的小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉电机风罩，逆时针方向转动电机，使刀架转动45o左右，装上螺钉，然后固定刀架即可，安装必须注意两点：①电动刀架的两侧与原车床纵、横进给方向平行。②电动刀架装的位置不能过高，以免装刀后，刀尖中心高于工件中心。
2、改造步骤
（1）清理、修整普通车床刀架
图3-21 CA6140方刀架图3-22拆除方刀架
（2）拆除原有旧刀架。并在溜板上钻孔，
（3）将四方刀架装至溜板上，注意刀架的两侧与原车床纵、横进给方向平行且高度不能高于卡盘中心。
图3-23 装电动刀架
第四章电气部分改造
4.1电气控制系统改造
将普通车床改造成数控车床后，原普通车床电气控制系统主电路部分可以视具体情况保留，但是控制电路必修更换，采用数控系统进行控制。具体选用FANUC 数控系统进行控制。
1．电气控制系统连接
（1）主轴电气连接
图4-1 主轴电气连接图
（2）数控系统连接
图4-2 数控系统连接图（3）伺服系统连接
图4-3 伺服系统连接图
（4）主轴电气设计、改造
因改造后无主轴编码器，主轴定向是对主轴位置的简单控制，使主轴和电机之间齿轮比为 1:1，通过修改PMC程序使主轴与进给轴实现联动。
图4-4 PMC程序
4.2 PMC程序设计与调试
在数控车床电气控制系统中除进给轴有CNC控制外，其它辅助功能包括主轴电机均由PMC进行控制。
1．存储卡格式 PMC 的转换
通过存储卡备份的 PMC 梯形图称之为存储卡格式的PMC（Memory card format file）。由于其为机器语言格式，不能由计算机的 Ladder 3 直接识别和读取并进行修改和编辑，所以必须进行格式转换。同样，当在计算机上编辑好的 PMC 程序也不能直接存储到M-CARD 上，也必须通过格式转换，然后才能装载到 CNC 中。M-CARD 格式(.00１) ------〉计算机格式（.LAD）
1）运行 LADDERⅢ软件，在该软件下新建一个类型与备份的 M-CARD 格式的 PMC 程序类型相同的空文件。
图4-5 新建文件
2）选择 FILE 中的 IMPORT（即导入 M-CARD 格式文件），软件会提示导入的源文件格式，选择 M-CARD 格式即可。
图4-6 导入 M-CARD 格式文件
3）在 LADDERⅢ软件中打开要转换的 PMC 程序，再选择 FILE 中的 EXPORT。
图4-7 打开要转换的 PMC 程序
图4-8 选择 FILE 中的 EXPORT 4）改造后的PMC程序
图4-9改造后的PMC程序
第五章系统与参数调试及结论
5.1 硬件连接
简要介绍0IC/0I Mate TC的系统与各外部设备（输入电源，放大器，I/O 等）之间的总体连接，放大器（αi 系列电源模块，主轴模块，伺服模块，βis 系列放大器，βiSVPM）之间的连接以及和电源，电机等的连接，和 RS232C 设备的连接。最后介绍了存储卡的使用方法（数据备份，DNC 加工等）。
目前北京FANUC出厂的0iC/0i-Mate-C 包括加工中心/铣床用的0IMC/0i-Mate-MC 系统型号用于机床放大器电机
０iC
最多4轴０iMC 加工中心，铣床αi 系列的放大器αi,αIs 系列０iTC 车床αi 系列的放大器αi,αIs 系列
0i Mate C 最多3轴０i Mate MC 加工中心，铣床βi 系列的放大器βi, βIs 系列０i Mate TC 车床βi 系列的放大器βi, βIs 系列
1.硬件安装和连接
（1）在机床不通电的情况下，按照电气设计图纸将 CRT/MDI 单元，CNC 主机箱,伺服放大器，I/O 板，机床操作面板，伺服电机安装到正确位置。
（2）基本电缆连接。
图5-1基本电缆连接图
2.伺服、主轴放大器的连接
图5-2伺服、主轴放大器的连接图
3. I/O 连接
I/O 分为内置 I/O 板和通过 I/O Link 连接的 I/O 卡或单元，包括机床操作面板用的 I/O 卡、分布式 I/O 单元、手脉、PMM 等。
图5-3 I/O 连接图
4.电源的连接
图5-4电源的连接图
5.2 系统参数设置
1、基本参数设定
(1) 上电全清
当系统第一次通电时，最好是先做个全清(上电时，同时按 MDI 面板上RESET+DEL)。全清后一般会出现如下报警：
100 参数可输入参数写保护打开（设定画面第一项 PWE=1）。506/507 硬超程报警梯形图中没有处理硬件限位信号，设定3004#5OTH 可消除。417 伺服参数设定不正确,重新进行设定伺服参数，进行伺服参数初始化。5136 FSSB 电机号码太小FS 设定没有完成或根本没有设定（如果需要系统不带电机调试时，把 1023 设定为-1，屏蔽伺服电机，可消除 5136 报警）。
(2)伺服 FSSB 设定和伺服参数初始化
1)参数 1902 的位0 = 0
2)在放大器设定画面，指定各放大器连接的被控轴的轴号（１，２，３等）。
目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要
我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
车床数控化机械部分的改造设计 发表时间：2018-12-26T12:35:56.377Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：王德顺 [导读] 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展。 济宁市技师学院山东省济宁市 272000 摘要：近几年，我国生产制造行业得到了迅速的发展。在生产制造业发展过程中数控机床的市场需求也不断增加，对于普通机床的改造成为时代发展的主要趋势。在实际普通车床数控化改造过程中，电极参数选择不精确、数控系统功能不合理等问题频繁发生，影响了普通车床数控化改造的精确度。因此为了保证改造后数控机床的应用效率，对具体改造过程进行进一步分析非常必要。 关键词：普通车床；机械结构；数控化改造 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展，数控车床逐渐取代了原本的普通车床，但是，普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高，很多企业无法负担，所以，需要对普通车床的机械结构进行数控化改造，以增强普通车床的自动加工能力，提高加工精度。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造，提高普通车床的加工精度。 一、车床数控化改造的必要性 相比较于传统机床，通过数控机床，能够对繁琐复杂的零件开展加工工作；能够显著提高机床工作效率，确保机床加工自动化月柔性自动化的实现；数控机床所加工的零件具有非常高的精准度，尺寸计算能力更强，有利于安装与配置工作的开展，不需要开展有关修配工作；能够集中起多个工序，降低零件的搬运频率；能够自主开展有关报警监控与补偿等工作等等；使工人劳动强度得到显著降低，有效缩减新产品试制与生产周期。与此同时，在企业信息化改造过程中，机床数控化发挥着重要的基础作用，数控技术既是制造业自动化的核心技术，更是其重要的基础技术。 二、车床数控化改造的特点 1、车床改造方案的制定，是通过车床中存在的问题来进行的。在改造车床的过程中，具有较强的针对性，确保符合有关生产的要求与规定。在改造旧车床数控化过程中，大多数基础件与很多传动部分无需进行更换，应当将这些零部件予以高效利用，在减少原材料与资金费用开支的同时，能够有效缩短改造时间，确保生产工作的迅速开展。 2、通常情况下，车床大型构件的制造运用的是铸铁，相比较于新铸件其稳定性更加突出，只需对中小型部件开展修复或更换工作即可。应当满足多品种、小批量零件生产的需要，扩大车床应用范围。通过车床数控化改造，能够实现生产设备自动化水平与能力的提升，强化设备质量。此过程中，更加需要注入科学技术的力量，让科学技术的应用促进车床数控化的改造，以促进改造目的的实现。 三、机床精度、质量检测与调试 1、精度调试。普通车床机械部分数控化改造后，必须进行精度调试。数控车床精度主要体现在：主轴跳动、刀塔精度、丝杠精度三方面可以用主轴千分表测量主轴精度、刀塔两项精度；跳动、圆度精度不合格的通过主轴卡头重新装配或车卡头来实现精度调整； X、Z 轴丝杠精度可通过调节伺服电机的齿轮比及精修丝杠和调节反向间隙及刀塔装配位置调整，反向间隙调试时要选用千百分表；进行几何精度调试时，可选择用角尺，平尺，千分表；当进行定位误差调试时，必须用激光干涉仪对定位精度进行测量，然后，根据情况进行适当的补偿，可以大大提高机床的定位精度和加工精度。重复定位精度不合格，要通过调整丝杠和丝杠母间隙或更换丝杠和轴承。精度调试是一个比较复杂的过程，一般是机械和电气部分都改造好后再调试。不同的机型调试也有差异，要根据机型特点进行调试，一般都要反复调几次，直到调好为止。 2、质量检测与调试 （1）质量检测。质量检验指机床性能和功能的检验，普通车床数控化改造后，机床性能检验项目主要有主轴性能、进给性能、机床噪声、润滑等。主轴性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）；进给性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）、软硬限位、回原点；数控功能检验项目有准备功能、辅助功能、操作功能、显示功能等方面。 （2）检测与调试。质量检测与调试包括空运转检测调试、动作检测调试、功能检测调试及试切削检测调试等。空运转检测调试：让机床主运动由低、中、高运转，观察主轴轴承温度是否稳定，再输入程序做连续运动，如果正常可连续运转不少于48h。动作检测调试：按数控系统安装手册进行主轴变挡指令调试，检测各轴正负两个方向的超程。功能检测调试：用指令对机床的功能进行调试，检查动作的灵活性和功能的可靠性。然后做进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、程序暂停、程序删除、回基准点，程序序号显示和检索、直线插补、直线切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等调试。试切削检测调试：把事先准备好的零件程序输入系统，进行试切削加工，检测机床数控化改造后的加工性能和精度的稳定性。 四、车床数控化改造 1、普通车床床身导轨的改造。我国大部分普通车床的床身材料为铸铁，在进行数控化改造时，为了提高床身导轨的精度，可以在铸铁导轨上粘贴塑料软带。塑料软带能够提高车床导轨的润滑性，使导轨上的主刀行进得更加流畅，从而保证车床的加工精度。在改造过程中，也可以将传统的铸铁导轨改造为滚动导轨，滚动导轨的摩擦系数比较小，不会影响机械加工的几何精度。 2、滚珠丝杠的改造。滚珠丝杠主要是由滚珠、丝杠、回珠管等构成的，它可以将车床机械部件的回转运动转化为直线运动。普通车床中的滚珠丝杠可以提高车床的传动效率，使车床刀轴的行进过程更加平稳。因为滚珠丝杠在运行过程中不会产生较大的振动，所以，不会产生过大的摩擦阻力。对滚珠丝杠进行数控化改造时，需要测量滚珠丝杠的齿差缝隙、丝杠转速和滚珠直径等，以保证改造完成后车床不会出现直线行进失稳的情况。 3、主轴传动系统的数控化改造。普通车床的主轴是由电动机带动皮带使主轴旋转。在数控化改造时，尽量不要破坏原本的主轴箱，主要改造电机的变速系统。因此，可以用双速或者四速电动机代替原本的电动机，以增强主轴传动系统的传动能力。在改造过程中，可以在主轴传动系统中增加脉冲编码器，标记主轴运行的初始位置，为主轴传动编码，让主轴每转动一圈编码器自动调整一次主轴刀具的位置。一般情况下，脉冲编码器安装在主轴箱中，并与电动机的传动齿轮1∶1 连接，从而实现主轴与编码器的同步运行。 4、车床进给系统的数控化改造。在改造进给系统时，需要加装步进电机，并在进给系统的步进电机上安装减速器。减速器通过连接装
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，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。但数控机床价格昂贵，一次性投入对企业来说负担很大。另一方面，在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。不仅能节省很大一部分资金，还能提升其市场竞争力。具有极大的经济潜力。 对于职业院校的数控实训教学而言，通过闲置的普通车床进行数控化改造，可盘活资产，实现资产优化配置，同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。 我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000，通过对该机床的结构特点进行分析，对机械和电气进行数控化改造，改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。
第一章数控机床的结构和工作原理 1.1数控车床工作原理及加工特点 以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床，简称为数控机床。 数字控制系统是相对于模拟系统而言：数字控制系统中的信息是数字量，而模拟控制系统中的信息是模拟量。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控（CNC）系统。 图1-1 数控车床 1．数控车床的工作原理 数控车床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。 2．数控车床的加工特点 （1）高难度零件加工：“口小肚大”的内成型面零件，有仅在普通车床上难以加工，还难以测量。 （2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。 （3）高效率完成加工：为了提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批工序特别复杂零件车削全过程的自动化。 1.2 数控车床的组成 数控车床一般由输入/输出装置、CNC装置、伺服单元、驱动装置、可编程控制器及电器控制装置、辅助装置、机床本体和测量装置组成。图3-1是数控车床的组成框图。其中除机床本体之外的部分统称为CNC系统
摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架
一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 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，
一、机床进行数控化改造的必要性 （1）数控机床：1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 ①数控（NC）阶段（1952～1970年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。 ②计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控
C6132普通车床数控化改造设计 摘要 机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要项目，在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。 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。结果表明:经改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度。 关键词:普通车床，数控改造，步进电机，经济型数控系统，MCS-51
C6132 NC lathe design of ordinary ABSTRACT S tudy on machine tool numerical control transformation of important project is to improve the level of technical equipment in China, with large extended serviceand technology in China urgently needs to be updated of the old machine tool case, because the NC machine tool processing capacity and funding is limited, of machine tool numerical control transformation is a saves money, fasted effective way. C6132 lathe NC system to rebuild this article to be an in-depth study, including machine tools retrofitting feasibility analysis, calculation of parameters of the key parts of machine tool design, machine tool, machine too l structure rebuilding scheme optimal selection, choose a suitable machine tools servo system and computer system, and matters for attention in the reform are discussed in detail. Results: after the transformation has reached the expected functionality and accuracy of machine tool, fully able to realize process of cylindrical, conical, thread, automatic control at the end, improve the efficiency of the original production of machine tools, lower labor intensity KEY WORDS：Lathe, numerical control transformation, stepping motors, CNC system, MCS-51
普通机床数控化改造实例及分析 来源：数控产品网添加：2010-05-22 阅读:649次 [ 内容简介] 机床与生产线的数控改造主要内容有：(1)恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。 现在很多企业为了生存和发展，不断地提高机床的数控化率是必要的。需要进行数控改造的设备一般包括传统机床及近期从国外引进，因存在问题而不能投产的机床设备和生产线。我们芜湖高新重型机床有限公司，在机床数字化控制和改造方面有独特的心得和实际经验。在普通机床恢复精度改造成高效的数控机床方面做了大量的工作。现为了更好的服务客户，我们总结了有关机床数控改造的知识供大家参考。 一、数控改造的内容 机床与生产线的数控改造主要内容有：(1)恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。 二、数控系统发展的趋势 l．向开放式、基于PC的第六代方向发展 基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控任务PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。在远程通信、远程诊断和维修的应用将更加普遍。 2．向高速化和高精度化发展 3．向智能化方向发展 (1)应用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的重要信息，并自动调整系统参数，改进系统运行状态。 (2)引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家经验、加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化数字伺服驱动装置。可以通过自动识别负载和自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。 三、数控系统的选择 1．开环系统 该系统的伺服驱动装置是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。这种系统不需要位置和速度反馈，位移精度主要决定于步进电机的角位移精度和齿轮丝杠等传动元件的精度，所以位移精度低。但系统结构简单、调试维修方便、工作可靠、成本低、易改装成功。 2．闭环系统 该系统由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置信号反馈给计算机，与给定值进行比较，将两者的差值放大并变换，驱动执行机构，以消除偏差。此系统复杂、成本高、对环境温度要求严。但系统精度高、速度快、功率大。可根据产品技术要求，决定是否采用。
C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术
目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (3) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (3) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (5) 3.1进给系统机械结构改造设计 (5) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (13) 4.1步进电动机选用的基本原则 (13) 4.1.1步距角α (13) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (14) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (14) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (14) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (15) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (16) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 (18) 8参考文献 (18)
1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 01.0=x δ02.0=z δ
摘要 针对大多数企业,具有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低、不能批量生产，自动化程度不高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰。 数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。 购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床数控化改造，不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径，提升企业竞争力，在我国成为制造强国的进程中，占有一席之地。本文的主要内容有： 1．对普通车床数控化改造经济性评价详细论证，确定普通车床数控化改造方案； 2．对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计，支承方式的设计与轴承型号选择，步进电机选择等进行了详细研究； 3．对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较，根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号，提出选择方法； 4．根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造CJK6140-A的数控系统对比分析，形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术图； 5.为保持切削螺纹的功能，仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型，脉冲发生器直接与主轴间连接方法，并形成了相应的技术图； 6.拆卸普通机床，甩掉原有进给箱等，对主传动系统的进行大修，滑板贴塑与铲刮调试，对机床相关部件和参数进行测绘、测量； 7.绘出相应的零件图和装备图； 8．给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。 关键词：普通车床、数控、改造
ABSTRACT Most enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprise’s production. As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises’equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises’competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country.The main contents is: 1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle. 2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed. 3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming. 4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140’s electricity control system and principle with the reforming CJK6140-A’s NC system. 5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram. 6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe. 7. Draw out parts diagrams and assemble diagram. 8 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.
数控机床改造方案及实施 一、具体步骤 机械修理与电气改造相结合 一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 先易后难、先局部后全局 确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。 根据使用条件选择系统 针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可行的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。 落实参与改造人员和责任 改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。 改造范围与周期的确定 有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。 二、改造的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括： 机械部分准备
机床数控改造的意义 1)节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。2)性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 1普通车床的数控化改造设计 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论)。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 2数控车床的性能和精度的选择 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：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。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。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。1)轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。2)进给运动：进给速度：Z向(通常为8～400mm/min)；X向(通常为2～100 mm/min)。快速移动：Z向(通常为1.2～4m/min)；X向(通常为1.2～3m/min)。脉冲当量：在0.025～0.005mm内选取，通常Z向为X向的2倍。加工螺距范围：包括能加工螺距类型(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等)，一般螺距在10mm以内都不难达到。3)进给运动驱动方式(一般都选用步进电机驱动)。4)给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。5)刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。6)其他性能指标选择：插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设
普通车床的数控化改造设计 摘要 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造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。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，多品种复杂零件的加工。 本设计主要对横向进给系统的数控改造，其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨，把螺纹丝杠改成滚珠丝杠，一把的异步电动机改成伺服电动机（步进电动机），最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。 关键词：进给伺服系统，回转刀架，滚珠丝杠，导轨
目录 前言 (1) 第1章横向进给传动链的设计计算 (6) 1.1 主切削力及其切削分力的计算 (6) 1.2 导轨摩擦力的计算 (6) 1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7) 1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 (7) 1.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (7) 第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10) 2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷 F的校验 (10) c 2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 n的校验 (10) c 2.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 (11) 第3章计算机械传动系统的刚度 (12) 3.1 计算机械传动系统的刚度 (12) (13) 3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K φ 第4章驱动电动机的选型与计算 (14) 4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (14) 4.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 (14) 4.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩 T (15) ap 4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩16 4.5 选择驱动电动机的型号 (16) 第5章机械传动系统的动态分析 (18) 5.1 计算丝杆—工作台纵向振动系统的最低固有频率 ω (18) nc 5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 ω (18) nt 第6章机械传动系统的误差计算与分析 (19) 6.1 计算机械传动系统的反向死区? (19) 6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 δ (19) k max 6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (19)