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，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。
二总体方案设计
2.1 总体方案设计要求
本课题来源于生产实践。将CA6140型普通车床改造成经济型数控车床，应能实现CA6140车床原有功能，在机床的精度、性能等方面除保持原来状况外还有所提高。在整个设计过程中满足以下几点要求：X轴（横向）、Z轴（纵向）改为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动。
X轴（横向）脉冲当量：0.005mm/脉冲
Z轴（纵向）脉冲当量：0.010mm/脉冲
实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工
操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止。
2.2 CA6140车床改造的总体方案
由于是经济性数控改造,所以在考虑具体方案时,基本原则是在满足使用要求前提下,对机床改动尽可能少,以降低成本。根据CA6140 车床有关资料以及数控机床的改造经验,确定总体方案为：采用以8031单片机为核心的数控装置控制加工过程。微机通过I/O接口发出步进脉冲，经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠转动，从而使工作台产生移动，实现纵向、横向的进给运动。为加工螺纹,在主轴上加装主轴脉冲编码器。由于步进电机需要的驱动电压较
高，电流较大，如果将I/O输出信号直接与功率放大器相连，将会引起强电干扰，轻则影响单片机程序运行，重则导致单片机接口电路的损坏，所以在接口电路与功率放大器之间加上隔离电路，实现电气隔离。其总体改造方案结构示意图见图2-1所示。进给伺服系统总体方案框图如图2-2所示：
图2-1 数控车床的总体改造方案结构示意图
图2-2 进给伺服系统总体方案框图
总体框架说明：
微机：可采用8031单片机，可满足该系统的控制要求。
光电隔离：作用是能够隔离外部干扰信号对微机的信号冲击，提高系统的稳定性。
主轴脉冲编码器：作用是实现螺纹加工。
横（纵）向工作台：是由CA6140改造而来，拆除原来的丝杆，溜板
箱，变速箱等。
步进电机及其驱动器要能够达到0.005mm的加工精度要求。
三车床进给伺服系统机械部分改造设计与计算
3.1 车床进给伺服系统机械部分改造设计
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：
(1) 主传动系统保留原机床的主轴手动变速。改造后使其主运动和进给运动分离，主电机的作用仅为带动主轴旋。增加一只电磁离合器，用以接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车。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，需拆除挂轮架系统，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲编码器，作为主轴位置信号的反馈元件。脉冲编码器采用异轴安装，意在实现角位移信号传递的同时，又能吸收车床主轴的部分振动，从而使主轴脉冲编码器转动平稳，传递信号准确。
(2) 进给系统原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠和操作杠全部拆除，纵向进给系统以步进电机作为驱动元件，经一级齿轮减速转矩增大后，由滚珠丝杠传动。滚珠丝杠仍利用原丝杠位置，其螺母副通过托架安装在床鞍底部，滚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联轴器连接。横向进给系统中保留原手动构，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。
3.2 横向进给系统改造设计
3.2.1 横向进给系统的设计
经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架横向运动。步进电机安装在大拖板后端，用法兰盘将步进电机与车床大拖板连接起来，以保证同轴度，提高传动精度。其结构示意图见图3-1所示。
图3-1 横向结构示意图
3.2.2 横向进给系统的设计计算
已知条件：
工作台重（根据图纸粗略计算） W=30kgf=300N
时间常数 T=25ms
滚珠丝杠基本导程L=4mm左旋
行程 S=230mm
脉冲当量
δ=0.005mm/step
p
步距角α=0.75 °/step
快速进给速度νmax=1mm/min
（1）切削力计算
查参考文献[1]可得知，横向进给量为纵向的1/2～1/3,取1/2,则切削力约为纵向的1/2，
F z =(1/2)3152.76=76.38kgf=763.8N （3-1） 在切断工件时：
F z =0.5F z =0.50376.38=38.19kgf=381.9N （3-2） （2）滚珠丝杠设计计算 ① 强度计算
对于燕尾型导轨：
P=KFy+f ＇(Fz+W) （3-3） 取K=1.4 f ＇=0.2,则 P=1.4338.19+0.23（76.38+30）
=74.74kgf=747.4N （3-4）
寿命值 L i =
61060Ti n i =6
1015000
1560??=13.5 （3-5） 最大动负载
Q=i L 3=35.1331.231374.74=213.55kgf=2135.5N （3-6）
根据最大动负荷Q 的值，可选择滚珠丝杠的型号。查参考文献[2]可知，选用型号为WL2004-2.5X1B 左，其额定动负荷为6100N ，所以强度足够用。
② 效率计算
螺旋升角γ=3°39′，摩擦角ψ=10′ 则传动效率 η=
)(?γγ+tg tg =)
10383(383'+'?'
?tg tg =0.956 （3-7）
③ 刚度验算
滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程的变化量
ΔL 1=EF
PL 0±
=2
67619.1106.2014.344.01074.74??????±=±5.96310-6
cm （3-8） 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量ΔL 2很小，可忽略，即：ΔL=ΔL 1。所以，导程变形总误差为 Δ=
o L 100ΔL=4
.0100
35.96310-6=14.9μm/m （3-9） 查表知E 级精度丝杠允许的螺距误差1m 长为15μm/m ，故刚度足够。
④稳定性验算
由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不用验算。
(3) 齿轮及转矩有关计算 a.有关齿轮计算 传动比 i=
p o L δ?360=67.13
5
005.0360475.0==?? （3-10） 故取Z 1=18 Z 2=30 m=2mm b=20mm α=20° d 1=36mm d 2=60mm
d 1a =40mm d 2a =64mm a=48mm b.转动惯量计算
工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 J I =（
π?
δp
180）2W=（
75
.014.3005
.0180??）233030.01=0.0439kgf ·cm 2
（3-11）
丝杠转动惯量
J S =7.8310-4324350=0.624kgf ·cm 2 （3-12）
齿轮的转动惯量
J 1z =7.8310-433.6432=0.262kgf ·cm 2 （3-13） J 2z =7.8310-436432=2.022kgf ·cm 2 （3-14） 电机转动惯量很小可忽略，因此，总的转动惯量
J=()()0439.0262.0022.2624.05312
122+++???
? ??=+++I Z Z S J J J J i =1.258kgf ·cm 2 （3-15） c ．所需转动力矩计算 n max =
o
L i
max υ=4
35
1000?
=41607r/min （3-16）
M max a =
2184.010025
.06.97
.416258.1106.944max =???=?--T i Jn N ·m=2.23kgf ·cm （3-17）
min /17.333
46014.3515.0100100010001r DL fi L f n n o o t =??????===
πυ主 （3-18） N M at 0174.010025
.06.917
.33258.14=???=
-m=0.1775kgf ·cm （3-19）
i L F M o
o f πη2=
=m N cm kgf i fWL ·028.0·287.05
8.014.323
4.0302.02==??????=πη （3-20）
()
()
m ·N 011.0cm ·kgf 116.09.015
8.014.3634.019.381i 6L F M 22
o o Y o ==-?????=η-πη=
(3-21)
m N cm kgf i L F M o Y t ·179.0·824.15
8.014.323
4.019.382==?????==
πη (3-22) 所以，快速空载启动所需转矩
cm
N cm kgf M M M M o f a ·33.26·633.2116.0287.023.2max ==++=++=
(3-23)
切削时所需力矩：
cm
·N 04.24cm ·kgf 404.2824.1116.0287.01774.0M M M M M t o f at ==+++=+++= (3-24)
快速进给时所需力矩：
cm N cm kgf M M M o f ·03.4·403.0116.0287.0==+=+= （3-25） 从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，
max M =2.633kgf ·cm=26.33N ·cm
3.2.3 步进电机的选择
CA6140横向进给系统步进电机的确定 cm N M M Lo q ·285.654
.010
633.24.0=?==
（3-26） 电动机选用三相六拍工作方式，可知：
866.0=im
q
M M （3-27）
所以，步进电机最大静转矩im M 为：
cm N M M q im ·01.76866
.0825
.65866
.0==
=
（3-28） 步进电机最高工作频率 Hz f p 3.3333005
.0601000
60max max =?==
δυ （3-29） 为了便于设计和计算，选用110BF003型三相六拍步进电机，能满足使用要求。
3.3 纵向进给系统改造设计
3.3.1 纵向进给系统改造设计
拆除原机床纵向进给部分的进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等，在
原安装丝杠托架处布置步进电动机和减速箱。则步进电机经减速后驱动丝杠螺母机构运动,带动大拖板左右移动,步进电机安装在纵向丝杠的右端。其结构示意图见图3-2所示。
图3-2 纵向结构示意图
3.3.2 纵向进给系统的设计计算 已知条件：
工作台重（根据图纸粗略计算） W=30kgf=300N 时间常数 T=25ms
滚珠丝杠基本导程 L=4mm 左旋 行程 S=650mm
脉冲当量 p δ=0.010mm/step 步距角 α=0.36 °/step 快速进给速度 νmax=2mm/min (1)切削力的计算
最大切削功率:W 1L2005 P 切=P 主η 则P 切=（7.530.8）kW=6kW
切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或转矩）和最大切削速度（或转速）来计算，即
P 切=60
103
-v F c
在一般外圆车削时，F f =(0.1～0.55)F c ,F p =(0.15～0.65)F c ，取
100010000.6/min 0.550/min
6s v mm n r L mm
??==='
00
arc 244L tg d γπ==F f =0.48F c =0.4833600N=1728N F p =0.58F c =0.5833600N=2088N (2)滚珠丝杠副的计算和选型
纵向进给为综合性导轨，则丝杠轴向进给切削力。其中K=1.15，取
f ′=0.16，则
[]N N W f f kF Fm c f 2.2691)8003600(16.0172815.1)(=+?+?=+'+=
最大切削力下的进给速度s V 可取最高进给速度的1/2～1/5（取为1/2），纵向最大进给速度为0.6m/min ，丝杠导程L 0=6mm ，则丝杠转速为
(2）滚珠丝杠副的计算和选型
丝杠使用寿命时间取为T=15000h 。则丝杠的计算寿命L 为
)10(45101500min /50601060666r h
r nT L ??==
根据工作负载F m 、寿命L ，则滚珠丝杠副承受的最大动载荷C m ，取f w =1.2，f a =1
N N f F f L c a m w m 7.114861
2.26912.14533
=??==
由C m 参照某厂滚珠丝杠副产品样本，可采用W 1L4006外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N ，强度足够用，精度等级选为5级。其几何参数如下：公称直径d 0=40mm ，导程L 0=6mm ，螺纹升角 ，钢球直径d W =3.969mm ，螺杆内径d 1=35.984mm 。
校验丝杠螺母副的传动效率
40
06
2691.26
0.7711020.6101016.9
m F L L mm mm
EA
-??=±
=±
=±???'21110.48104
mm
δδ-==?94.0)
01442(442)(='+''=+=o
o tg tg tg tg φγγη 支承间距L=1500mm 。丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的1/3。丝杠的变形量计算如下：
滚珠丝杠截面积,按丝杠螺纹的底径确定: 2229.1016984.354
mm mm A =?=
π
工作负载 F m 引起的导程L 0的变化量△L 0可用下式计算
则丝杠的拉伸后压缩变形量δ1
mm mm
mm
l L L 240011092.11500610771.0--?=??=??=δ
由于两端均采用角接触轴承，且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度可比一端固定的丝杠提高4倍。其实际变形量为
滚珠与螺纹滚道间接触变形δ2
m m m m
Z F d F y m 0093.0)
969
.3405.2(2088969.329.26910013.00013
.02
2
02=?????
==∑
πδ
因丝杠加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的1/3
时，可减少一半，因此实际变形量为：mm 22100465.02/0093.0-?=='δ
支承滚珠丝杠的轴承为8107型推力球轴承，几何参数为：d 1=35mm ，滚动体直径mm d Q 35.6=，滚动体数量18=Q Z 。轴承的轴向接触变形δ1
m m m m Z d F Q Q m 0078.018
35.61
.2690024.00024.032
23223=??==δ 因施加预紧力，故实际变形量mm mm 0039.00078.02/12/13'
3=?==δδ 根据以上计算，总变形量为
mm 01335.00039.000465.00048.0321=++=++=δδδδ
三级精度丝杠允许的螺距误差为15um/m ，故刚度足够。
因为滚珠丝杠两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需做稳定性校核。 (3) 减速齿轮设计
根据给定的纵向进给脉冲当量0.02mm ，滚珠丝杠导程L 0=6mm ，及初选的步进电动机距角1.50°，可计算出传动比
8.06
5.102
.0360=??=
i
选取齿轮齿数为z 1=40、z 2=40，模数m=2. 3.3.3步进电动机的选择
根据计算及综合考虑，纵向进给系统选用150BF002型步进电动机。
3.4 主轴系统的设计
主轴系统仍采用原电动机驱动，只是安装一个光电编码器，通过主轴→编码器→数控系统→步进电机的信息转换系统来实现工件转一转，刀具进给一个导程的运动关系，以便完成车削螺纹运动。 3.4.1 主轴箱的改造 1.通过带传动进行主传动；
2.把原先的双向摩擦片离合器换成电磁离合器；
3.采用异轴安装主轴脉冲编码器。 3.
4.2 主传动形式的选择
通过带传动的主传动（图3-3）主要应用在小型数控机床上,可以避免齿轮传动时引起的振动与噪声,但它只适用于低转矩特性要求的主轴。
其中，同步带它利用带上齿轮的齿依次啮合传递动力，兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点，无相对滑动，传动比准确，传动精度高；另外同步带的强度高，厚度小，重量轻，可用于高速传动（速度可达50m/s）；齿形带无需特别张紧，作用在轴和轴承上的载荷上，传动效率较高，传动平稳，噪声小，维修保养方便，不需润滑，在数控机床上应用渐广。
图3-3 改造后的主轴带传动系统
3.4.3电磁离合器的选择
由于原先主轴上的双向摩擦片离合器只能起到控制车床主轴起停和正反转在数控改造后不能接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车，所以需要把原先的双摩擦片离合器换成安装尺寸一样的电
磁离合器，故选用DLM5有滑环湿式多片电磁离合器。
3.4.4 主轴脉冲编码器
数控车床车螺纹时,主轴每转一转车刀移动一个螺矩(单头)，主轴与丝杠应同步动作,为保证每次吃刀都不乱扣,必须在主轴后端安装一个主轴脉冲编码器，作为主轴位置信号的反馈元件。
同轴安装虽然简单但是不能使加工零件穿出原车床的主轴孔，所以本次改造采用异轴安装。异轴安装时应注意主轴脉冲编码器的引出轴与车床主轴按1：1无间隙柔性联接传动同步齿形带联接。使用中车床主轴转速不允许超过主轴脉冲编码器的最高许用转速。脉冲编码器采用异轴安装，意在实现角位移信号传递的同时，又能吸收车床主轴的部分振动，从而使主轴脉冲编码器转动，平稳传递信号准确。图3-4即为主轴脉冲编码器的异轴安装.
图3-4 主轴脉冲编码器的异轴安装
3.5 数控车床的传动装置设计
数控机床的传动装置是指将电动机的旋转运动变为工作台的直线运
动的整个机械传动链及其附属机构。包括丝杠螺母副、导轨、工作台等。在数控机床数字调节技术领域，传动装置是伺服系统中的一个重要环节。因此，数控车床的传动装置与普通车床中传动装置在概念上有重要差别，它的设计与普通车床传动装置的设计不同。数控车床传动装置的设计要求除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态特性，即系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好。为确保数控车床进给系统的传动精度和工作稳定性，在设计机械传动装置时，通常提出了无间隙、低摩擦、高刚度等要求。为了达到这些要求，采取主要措施如下：
a．尽量采用低摩擦的传动副，如滚动导轨和滚珠丝杆螺母副，以减少摩擦力。
b．选用最佳的降速比，为达到数控机床所要求的脉冲当量，使运动位移尽可能地加速达到跟踪指令。
c．尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。
d．尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差。如采用消除间隙的联轴节和消除传动齿轮间隙的机构等。
e．尽量满足低振动和高可靠性方面的要求。为此应选择间隙小，传动精度高，运动平稳，效率高以及传递扭矩大的传动元件。
从应用的方面考虑,结合目前国内大多数工矿企业的现状，普通卧式车床改造，可以采用更换滚珠丝杆来代替原机床上的T型丝杆。
3.5.1 丝杠后支承采用双列向心球面球轴承
后支承采用可自动调心的双列向心球面球轴承，如图3-5所示。双列向心球面球轴承不仅可承受径向载荷和轴向载荷，更重要的是能消除由于安装误差、导轨直线误差、加工过程中的切削变形而引起的轴和轴承之间的干涉，自动调节其相对位置，保证丝杠的回转精度和位置精度。
图3-5 双列向心球面球轴承
3.5.2 采用波形弹簧垫圈消除齿轮间隙
车床的数控改造中，通常在传动装置上采用一级减速齿轮来提高扭矩和传动精度，而齿轮间隙会在系统每次变向之后使运动滞后于指令信号，即形成反向间隙，对加工精度产生影响。一般采用轴向压簧错齿结构，通过弹簧调节来消除间隙，尽管齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸大，结构不够紧凑。在改造中曾经采用过橡胶弹簧，但其力学性能比较复杂，大多数情况下载荷与变形的关系为非线性，而且耐高温和耐油性比钢弹簧差，容易老化。因此采用了波形弹簧垫圈消隙，如图3-6所示，既可以自动补偿间隙，又具有紧凑的结构。
图3-6 双片薄齿轮错齿消隙结构
3.5.3 传动轴与滚动丝杠的联轴器采用长联轴套
为减小联轴器的径向尺寸和转动惯量，采用了套筒式联轴器；同时为保证被联接的两轴之间的同轴度和接触面积，联轴套的长度取120mm，约为弹性柱销联轴器的1.5倍。轴颈与轴套间用2个相互垂直的圆锥销定位锁紧，保证连接刚度，如图3-7所示。
图3-7 套筒式联轴器
3.5.4 公差与配合的选用
3.5.
4.1 轴套与轴颈间采用H7/k6
采用这种配合，在装配时有少许过盈，以保证其精密定位和连接刚度，消除了配合件之间的振动。当使用一段时期后，需更换轴承或进行导轨修磨而拆卸时，又能方便将轴颈从轴套中取出。
3.5.
4.2 与轴承配合的轴颈采用js6
因为轴承是标准件，轴的公差采用js6与轴承过渡配合，平均间隙较小，并允许略有过盈，以保证其刚度要求，又能方便轴承的装卸。
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。
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..................... .14
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 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，
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
基于PLC的数控车床电气控制系统设计毕业论文_(2)[1]
摘要 数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。 本文正是针对这一问题展开工作的。本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。 根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。 本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。 关键词：PLC控制，数控车床，梯形图
目录 第一章概述 (1) 1.1 数控系统的工作原理 (1) 1.1.1 数控系统的组成 (1) 1.1.2 数控系统的工作原理 (2) 1.2 PLC的硬件与工作原理 (3) 1.2.1 PLC的简介 (3) 1.2.2 PLC的基本结构 (3) 1.2.3 PLC的工作原理 (4) 第二章数控车床的PLC (5) 2.1 数控车床PLC的信息传递 (5) 2.2 数控车床中PLC的功能 (6) 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6) 2.2.2 PLC的控制对象 (6) 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7) 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8) 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9) 3.1 车床主要结构和运动方式 (9) 3.2 车床对电气控制的要求 (9) 3.3 车床的电气控制电路分析 (10) 3.3.1 主电路分析 (11) 3.3.2 控制电路分析 (11)
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
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
数控车床应用与发展前景 摘要 随着计算机技术的高速发展,现代制造技术不断推陈出新。在现代制造系统中,数控技术集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现自动化、集成化、智能化、起着举足轻重的作用。 数控加工作为一种高效率高精度的生产方式,尤其就是形状复杂精度要求很高的模具制造行业,以及成批大量生产的零件。因此数控加工在航空业、电子行业还有其她各行业都广泛应用。然而在数控加工从零件图纸到做出合格的零件需要有一个比较严谨的工艺过程,必须合理安排加工工艺才能快速准确的加工出合格的零件来。
目录 摘要 前言 第一章数控车床的基本组成与工作原理1、1 任务准备 1、1、1 机床结构 1、2 工作原理 1、3 数控车床的分类 1、4 数控车床的性能指标 1、5 数控车床的特点 第二章数控车床编程与操作 2、1 数控车床概述 2、1、1数控车床的组成 2、1、2数控车床的机械构成 2、1、3数控系统 2、1、4数控车床的特点 2、1、5数控车床的分类 2、1、6数控车床(CJK6153)的主要技术 2、1、7数控车床(CJK6153)的润滑 2、2 数控车床的编程方法 2、2、1设定数控车床的机床坐标系
2、2、2设定数控车床的工件坐标系 第三章数控车床加工工艺分析 3、1 零件图样分析 3、2 工艺分析 3、3 车孔的关键技术 3、4 解决排屑问题 3、5 加工方法 第四章当前数控机床技术发展趋势 4、1 就是精密加工技术有所突破 4、2 就是技术集成与技术复合趋势明显 结束语语 参考文献 致谢 前言 高速加工技术发展迅速,在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论与先进的驱动技术,优化机床结构,采用高性能功能部件,移动部件轻量化,减少运动惯性。在刀具材料与结构的支持下,从单一的刀具切削高速加工,发展到机床加工全面高速化,如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转;快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米与超过百米;换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下,换刀速
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.
经济型数控车床的改造设 计毕业论文 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1.前言 (4) 2.数控车床设计概述 (6) 3.进给伺服系统概述 (9) 4.横向进给系统的设计计算 (11) 4.1主切削力及其切削分力计算 (11) 4.2导轨摩擦力的计算 (11) 4.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (12) 4.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 (12) 4.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (13) 4.6滚珠丝杠螺母副承载能力校核 (15) 4.7计算机械传动的刚度 (16) 4.8驱动电机的选型与计算 (18) 4.9机械传动系统的动态分析 (23)
4.10机械传动系统的误差计算与分析 (23) 4.11确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (25) 5.进给系统的结构设计 (25) 5.1滚珠丝杠螺母副的设计 (25) 5.2齿轮传动副的设计 (27) 5.3齿轮箱的设计 (29) 5.4床身及导轨 (31) 5.5中间轴的设计 (34) 5.6轴承端盖的设计 (36) 总结与体会 (39) 致谢词 (40) 参考文献 (41) 1.前言
我国目前机床总量580余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3％。近10年来，我国数控机床年产量约为0.6～0.8万台，年产值约为18亿元。机床的数控化率仅为6％。这些机床中,役龄10年以上的占60％以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20％，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60％以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品国、外市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性： （1）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）可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高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。
目录 摘要 (ⅰ) Abstract (ⅱ) 绪论 (1) 第一章 CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟订 (3) 1-1 总体方案确定 (3) 1-2 设计X—Y数控工作台及其控制系统 (4) 第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5) 2-1 脉冲当量的选择 (5) 2-2 切削力的计算 (5) 2-3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6) 2-4 齿轮传动比的计算 (14) 2-5 步进电机的计算与选型 (15) 2-6 设计绘制进给伺服系统机械装配图 (19) 第三章 CA6140 车床微机数控系统硬件电路的设计 (20) 3-1 单片机微机数控系统电路设计内容 (20) 3-2 MCS-51 系列单片机简介 (21) 3-3 存储器扩展电路的设计 (28) 3-4 I/O 接口电路及辅助电路设计 (37) 3-5 典型零件加工程序设计 (46) 总结 (49) 参考文献 (50) 致谢 (51) 外文资料及中文翻译 (52)
绪论 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。 一、数控机床的产生 数控机床最早是从美国开始研制的。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于1952年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了60年代，由于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。 二、数控机床的发展 自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。 第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成的专用数控装置。 第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。 第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性显著提高，功能也更加完善。 近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋势。 三、我国数控机床的发展概况 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
辽宁建筑职业学院机械工程系 毕业论文 题目： 班级： 姓名： 学号：
目录 目录 (1) 摘要 (2) 一、绪论 (4) 二、数控机床概述 (4) （一）数控机的简介 (4) （二）数控机床的组成 (5) （三）数控技术的特点 (5) （四）数控机床的主要技术指标 (6) （五）数控机床使用中应注意的事项 (7) 三、数控机床各部故障分析及维修 (8) （一）数控机床主轴伺服系统故障检查及维修 (8) （二）机床PLC初始故障的诊断 (8) （三）数控设备检测元件故障及维修 (9) （四）数控机床加工精度异常故障及维修 (9) 四、数控机床的保养及维护 (9) （一）数控机床的保养知识 (10) （二）数控机床系统的维护 (11) （三）机械部件的维护 (12) 五、结论 (12) 参考文献 (14)
论文题目：附图：
摘要 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的制造业，就不可能有国家的真正繁荣和富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要指标之一。制造自动化技术是先进制造技术的重要组成部分，其核心是数控技术。数控技术是综合应用计算机、自动化控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现及所带来得巨大效益，已引起了世界各国科技与工业界的普遍重视。数控维修技术不仅是保障数控机床正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，它已经成为一门专门的学科。同时也表明，数控维修技术是制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。论文主要研究了根据数控机床的特点，数控机床常见的故障及诊断方法，数控机床的保养知识和讲解了数控车床的维修方法与注意的事项。研究结果表明：数控加工在当前制造行业中占据着主导地位，在各行各业中都有他的出现，它的发展将带动制造业的飞速发展，同时也将影响社会的发展进程。 因此，做好数控设备的维护工作，提高数控设备的维修效率，是现代制造业的—项重要工作本文的特色在于：通过分析数控机床的维修维护，提高了加工效率，最终为企业带来了效益。 关键词：数控技术；数控机床；常见故障；诊断方法；维修方法