CA6140机床的数控化改造毕业设计论文

1 绪论1 绪论1.1课题背景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。

我国目前机床总量380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。

机床的年产量数控化率为6％。

我国机床役龄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普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。

所以必须大力提高机床的数控化率。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。

由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。

我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。

在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。

从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。

美国得宝公司已在中国开办公司。

在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。

从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田1西安工业大学毕业设计（论文）工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

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。

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。

XX大学毕业设计(论文)CA6140普通车床数控改装设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日摘要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.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；5.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；6.绘出相应的零件图和装备图；7．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AbstractAs 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 motor of 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. 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 technique diagram.5. 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.6. Draw out parts diagrams and assemble diagram.7 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.Key words: General purpose lathe、Numerical control(NC)、Reform目录摘要 (II)Abstract (III)目录 ...................................................................................................................................... I V 第1章绪论 . (7)1.1 课题研究的意义 (7)1.2 数控机床的发展趋势和研究方向 (7)1.2.1 高速度、高精度化 (8)1.2.2多功能化 (9)1.2.3智能化 (10)1.2.4数控系统小型化 (11)1.2.5数控编程自动化 (11)1.2.6更高的可靠性 (11)1.3 本课题研究的参数要求 (12)第2章总体设计方案 (13)2.1数控车床的总体任务 (13)2.2运动系统方案确定 (13)2.2.1伺服系统的选择 (13)2.2.2传动方式的选择 (13)2.3数控系统电路原理图设计 (14)2.4数控系统硬件结构 (14)2.5数控系统软件结构 (15)第3章纵向进给伺服进给结构设计 (16)3.1 确定脉冲当量 (16)3.2 切削力的计算 (16)3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (17)3.3.1 精度的选择 (17)3.3.2丝杠导程的确定 (17)3.3.3 最大工作载荷的计算 (18)3.3.4 最大动载荷的计算 (18)3.3.5 滚珠丝杠螺母副的选型 (19)3.3.6 滚珠丝杠副的支承方式 (19)3.4.3 传动效率的计算 (19)3.3.8 刚度的验算 (20)3.3.9 稳定性校核 (21)3.3.10 临界转速的验证 (21)3.4 齿轮传动的计算 (22)3.5 步进电动机的选择 (22)3.6导轨的特点 (25)4.3 导轨的设计 (26)第4章横向进给伺服进给结构设计 (29)4.1切削力的计算 (29)4.2 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (29)4.2.1 最大工作载荷的计算 (29)4.2.2 最大动载荷的计算 (29)4.2.3滚珠丝杠螺母副的选型 (30)4.2.4 滚珠丝杠副的支承方式 (30)4.2.5 传动效率的计算 (30)4.2.6 刚度的验算 (30)4.2.7 稳定性校核 (31)4.2.8临界转速的验证 (31)4.3 进给伺服系统传动计算 (32)4.3.1确定传动比 (32)4.3.2齿轮参数的计算 (32)4.4.步进电机的计算和选用 (32)4.4.1转动惯量的计算 (32)4.4.2电机力矩的计算 (34)4.5步进电机的选择 (36)第5章单片机控制应用系统电路设计 (37)5.1硬件电路设计 (37)5.1.1 数控系统的硬件结构 (37)5.1.2 数控系统硬件电路的功能 (37)5.2关于各线路元件之间线路连接 (38)5.3.关于电路原理图的一些说明 (39)参考文献 (43)致谢 (44)第1章绪论1.1 课题研究的意义机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石。

目录摘要 .............................................................................................................. 错误！未定义书签。

Abstract (2)第1章绪论 (3)1.1 工程背景与意义 (3)1.2 国内外的应用现状及发展趋势 (3)1.3 本课题研究内容 (4)1.3.1 CA6140普通卧式车床知识简介 (4)1.3.2 设计重点 (6)第2章传动方案设计 (7)2.1 确定结构方案 (7)2.2 确定基本参数 (7)2.3 主运动链转速图的拟定 (8)2.3.1 传动组和传动副数目得确定 (8)2.3.2 结构网各种方案的选择 (8)2.3.3 绘制转速图 (9)2.4 齿轮齿数的确定 (11)2.5 绘制传动系统图 (12)2.6 确定各轴转速 (12)2.6.1 确定主轴计算转速 (12)2.6.2 各传动轴的计算转速 (13)2.6.3 各齿轮的计算转速 (13)2.7 验算主轴转速误差 (13)第3章传动原件设计 (14)3.1 带传动设计 (14)3.2 齿轮设计 (15)3.2.1 齿轮材料选择 (15)3.2.2 模数计算 (16)3.2.3 齿轮的几何尺寸 (17)3.2.4 齿轮的结构设计和布局 (18)3.3 各轴径的设计 (19)3.3.1 选材 (19)3.3.2 轴上零件的定位 (19)3.3.3 各轴最小直径 (19)3.3.4 各轴几何尺寸的确定 (20)3.4 键的设计 (20)3.5 其他零部件的选取 (21)第4章结构设计 (22)第5章传动件的校核 (23)5.1 齿轮的校核 (23)5.2 轴承的校核 (25)5.3 键的校核 (25)5.4 轴的校核 (26)5.4.1 传动轴的校核 (26)5.4.2 主轴的校核 (26)第6章结论 (28)总结 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附录 (32)摘要作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛应用于机械加工行业中，适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。

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。

目录前言························································第一章概述·············································一、数控机床的生产与发展·······························二、数控机床的结构及优点······························三、数控机床的分类······································四、数控系统的基本功能··································五、数控机床的发展趋势··································六、数控机床改造的必要性以及优点·······················第二章 CA6140车床的横向数控化改造················一、数控机床改造的设计步骤·····························二、设计方案的确定·····································三、机械部分改造设计与计算·····························四、步进电机的选择······································第三章数控系统的硬件电路设计······················一、控制系统的功能要求··································二、硬件电路的组成······································三、设计说明·············································总结························································致谢·························································参考资料··················································附录·························································附录表 1 滚珠丝杠的支承方式系数表 2 步进电机相数、拍数、启动力矩表表3 机床参数表独立式按键电路8031INT0＋５ＶI /O8031图 8-1-1 独立式按键电路（ａ）（ｂ）查询方式I /O中断方式+5VINT1PB PB PB PB PB PB PB PB 01234567PA PA PA PA PA PA PA PA 01234567ab c d e f dp 1A A A A A A A A26345781A A A A A A A A26345786134578Y YY Y Y Y Y Y 26134578Y YY Y Y Y Y Y 2g +5V+5VRESETCE IO/M WR RD ALEP ALERD WR P P BIC 8718 5.1K 4+5V+5V100 8+5VV CC V CC G GND G 815502.72.0~20μF1K80311BIC 87188023PC PC PC PC D D 7Ω×012345678910111213141516171819202122232425262728293031Ω×8155扩展I/O 口的键盘/显示器接口电路内容摘要利用微机改造现有的普通车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给的自动加工车床，即经济型数控车床。

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。

CA6140卧式车床数控化改造设计专业：数控设备应用与维护姓名：何波指导教师：杨金鹏、鲁亚莉摘要：企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。

而普通机床已不适应多品种、大批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工大批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。

当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。

如果将机床设备全部更新换代，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。

所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。

采用数控改造技术，不但可以使改造后的机床满足了技术发展的需要，提高了生产率和产品精度，增大了设备适应能力和型面加工范围，还可以弥补定购新的数控机床交货周期长的不足。

所以采用此方法对中、小型企业来说是十分理想的选择。

本设计采用的GSK980TA1进行的数控化改造。

GSK980TA1系统具有性能良好、结构先进、操作轻便等特点 ,在我国机械制造行业中使用非常广泛。

本设计说明书包括：绪论、总体设计方案的拟定、伺服进给系统的改造设计、自动转位刀架的选择设计、编码盘安装等部分的结构设计。

关键词：CA6140车床；数控化改造；进给系统；自动刀架目录第1章绪论 (1)1.1本文选题的背景及意义 (1)1.2数控机床的优越性 (1)1.3数控机床在我国的发展现状 (1)1.4机床数控化改造的必要性 (3)第2章总体设计方案的拟定 (4)2.1设计参数 (4)2.2总体方案的确定 (4)2.3改造后机床的特点 (7)第3章数控系统软、硬件的设计 (8)3.1数控系统的特点 (8)3.2硬件设计 (9)3.3软件功能 (10)3.3.1 显示 (11)3.3.2 PMC控制 (11)3.3.3 进给伺服驱动 (12)3.3.4 主轴驱动 (12)3.3.5 RS-232C口及数据通讯 (13)3.3.6 调机、维护与故障诊断 (14)3.3.7 系统的功能 (15)第4章机床的电气改造 (16)4.1数控系统电气控制线的连接 (16)4.2数控系统内部总线上数据信息的传输 (16)4.2.1数控系统与进给控制模块间信息传输 (17)4.2.2数控系统与输入输出模块间信息传输 (17)第5章进给伺服系统的设计计算 (18)5.1纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算 (18)5.2横向机械传动部分的数控化改造和设计计算 (26)第6章主运动传动系统总体方案的设计 (34)6.1主运动传动系统的设计 (34)6.1.1无级变速传动系统 (34)6.1.2 有级变速传动系统 (35)6.1.3固定传动比的传动系统 (35)6.2电动机的选择 (36)6.2.1.电动机工作方式的确定 (36)6.2.2电动机类型的确定 (36)6.2.3电动机型号的选择 (36)6.3箱体的结构设计 (36)6.4主轴脉冲发生器的安装 (37)第7章刀架的选型 (38)第8章设计小结 (40)8.1优缺点分析 (40)8.2设计的改进及扩展 (40)总结 (41)致谢 (42)附录 (43)参考文献 (46)第1章绪论1.1本文选题的背景及意义金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，他是制造机器的机器，所以又被称为“工业母机”或“工具机”。

XX学院毕业设计说明书课题：车床的数控改造子课题:同课题学生姓名:专业学生姓名班级学号指导教师完成日期1摘要 (2)1. 数控车床的简介1.1数控机床的概述 (4)1.2数控机床的工作原理 (4)1.3数控机床的发展趋势 (5)2．数控机床的改造概述2.1数控机床改造的必要性 (8)2.2数控改造的步骤 (9)2.3数控机床改造的重要内容 (10)2.4数控系统的选择 (11)2.5数控改造中主要机械部件改装探讨 (13)3．数控机床的改造3.1 CA6140的基本情况 (14)3.2改造后的技术要求 (17)3.3 CA6140数控改造3.3.1主传动系统的改造 (17)3.3.2电动机的选择 (19)3.3.3进给系统的改造 (25)3.3.4丝杠的选择 (25)3.3.5刀架的改造 (27)3.3.6导轨的选用 (30)4．机床数控系统的选择 (35)5．机床电气控制原理图 (37)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)我国数控机床产量持续高速增长，数控机床在加工精度、自动化程度、生产效率、劳动强度等诸方面都有普通机床无法比拟的优势，但购买新的数控机床特别是大型数控机床费用很高，常使许多用户望而怯步，特别是像我国这样的发展中国家资金有限。

几年来数控机床升级改造的经验告诉我们，对老机床实施数控化改造，不仅实用性能良好、周期短，而且可以节约大量资金。

被改造的机床越大，所节约的资金也越多。

本文主要论述了普通车床改造的项目、步骤和需要进行改造的主要部件。

重点讨论了CA6140机床的主轴系统、进给系统、丝杠、刀架以及导轨的改造。

总而言之，我们对老机床实施数控化的改造，对我国的社会主义建设将有着一定的推进作用。

关键词：数控机床数控改造1.1数控机床概述数控机床及由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础，它的发展一直备受人们关注。

数控机床以其卓的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。

专科毕业设计论文CA6140车床数控化改装控制系统设计作者姓名指导教师所在院系专业班级提交日期2010年8月CA6140车床数控化改装控制系统设计摘要本文介绍了普通车床的数控改造条件, 同时介绍了对CA6140车床进给传动系统等进行的数控化改造的控制系统设计的过程。

改造后的数控车床的加工能力、自动化水平和加工精度明显提高。

如今科学技术发展迅速，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。

实践已经证明普通车床的经济型数控改造具有重大的实际价值。

本文来源于生产实践，将CA6140 型普通车床改造成经济型数控车床，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。

关键词：普通车床，数控系统，数控改造，生产实践目录第1章. 绪论 (1)1.1 数控系统的发展趋势 (1)1.2 数控机床的组成和工作原理 (2)1.3 数控机床改造的必要性 (6)第2章. 机床数控化改造总体方案设计 (8)2.1 数控系统运动方式的确定 (8)2.1.1 机械部分改造介绍 (8)2.1.2 数控系统部分总体设计 (9)2.1.3 进给传动系统 (11)2.2 伺服进给系统的选择要求 (12)第3章. 步进电机的计算和选用 (14)3.1 计算转矩 (14)3.2 初选步进电机型号 (14)3.3 校核步进电机转矩 (15)3.4 步进电动机的控制与驱动 (17)第4章. 微机控制系统电路设计 (19)4.1 机床硬件电路组成 (19)4.2 选择中央处理器的类型 (20)4.3 存储器扩展电路设计 (24)4.3.1 扩展对外总线 (24)4.3.2 外部程序存储器的扩展 (25)4.3.3 外部数据存储器的扩展 (27)4.4 外部I/O口的扩展 (28)4.5 键盘与LED显示管理 (30)4.5.1 选择管理芯片 (30)4.5.2 键盘管理 (33)4.5.3 LED显示控制 (37)第5章. 总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)第1章绪论1.1 数控系统的发展趋势随着微电子技术、计算机技术、紧密制造技术及检测技术的发展，数控机床性能日益完善，数控系统应用领域日益扩大。

河南工业职业技术学院Henan Polytechnic Institute 毕业设计（论文）题目： CA6140普通车床的数控改造班级：机电设备维修与管理0902 班*名：***指导教师：**CA6140车床数控化改造摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。

数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。

但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。

如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。

因此，普通机床的数控化改造大有可为。

针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。

本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140各个改造部分的设计。

通过对CA6140普通车床的数控改造，实现了加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，大大提高了工作效率，稳定了零件的加工质量，并保留了原机床的基本结构和部分工作性能，能节约资金，缩短生产周期，是工厂进行机械设备技术化改造的趋势。

关键词：车床，数控，改造，精度，进给系统目录一绪论 (1)1.1数控机床的发展史 (1)1.2机床数控化改造的意义 (1)1.3数控化改造后机床的优越性 (2)1.4机床数控化改造的内容 (2)二设计要求及系统的选型 (4)2.1总体方案设计要求 (4)2.2设计参数 (4)2.3其他要求 (5)2.4系统的确定 (5)2.5系统的特点 (6)2.6GSK980TA的参数 (6)三车床丝杠的改造与伺服系统的改造设计 (9)3.1滚珠丝杠的优点 (9)3.2换用滚珠丝杠的设计 (9)3.3纵向滚珠丝杠选型与设计 (10)3.4横向滚珠丝杠的选用与设计 (16)3.5滚珠丝杠的支撑与轴承的选用 (20)3.6步进电机的选用原则 (21)3.7步进电机的选用 (23)3.8驱动器的选择 (31)四 CA6140其他部分的改造特点 (33)4.1电气控制系统的改造设计 (33)4.2主轴脉冲发生器的选用与安装 (36)4.3导轨副的改装 (37)4.4联轴器的安装 (37)五总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (33)一绪论1.1数控机床的发展史1946年诞生了世界上第一台电子计算机。

目录1 概论........................................................... -2 -1.1 数控机床应用的局限性........................................ - 2 -1.2机床数控化改造的优点......................................... - 2 - 2总体方案设计...................................................... - 4 - 3 进给伺服系统机械部分设计计算与校核.............................. - 5 -3.1机械结构改装设计............................................. - 6 -3.1.1方案的确定................................................ - 6 -3.2计算切削力................................................... - 6 -3.2.1 纵车外圆............................................... - 6 -3.2.2 横切端面............................................... - 6 -3.3滚珠丝杠副的计算和选型....................................... - 7 -3.3.1纵向进给丝杠........................................... - 7 -3.3.2 横向进给丝杠.......................................... - 9 -3.3.3纵向及横向滚珠丝杠副几何参数.......................... - 11 -3.4齿轮传动比计算.............................................. - 12 -3.4.1纵向进给齿轮箱传动比计算.............................. - 12 -3.4.2横向进给齿轮箱传动比计算.............................. - 12 -3.5步进电机的计算和选型........................................ - 13 -3.5.1纵向进给步进电机...................................... - 13 -3.5.2横向进给步进电机...................................... - 16 -4 进给伺服系统机械部分结构设计..................................... - 20 -4.1进给伺服系统总图设计........................................ - 20 -4.2进给伺服系统的装配图........................................ - 20 - 5微机控制系统硬件电路设计......................................... - 22 -5.1硬件电路一般要求............................................ - 22 -5.2控制系统的组成及功能........................................ - 22 -5.2.1 CPU、存储器、I/O接口电路扩展......................... - 22 -5.2.2控制系统的功能........................................ - 23 -5.3步进电机控制电路............................................ - 24 -5.3.1步进电机半闭环驱动原理................................ - 24 -5.3.2脉冲分配.............................................. - 24 -5.3.3驱动电路.............................................. - 24 -5.3.4其他辅助电路.......................................... - 25 -6 微机控制系统的软件设计........................................... - 26 -7 机床的加工程序编制.............................................. - 31 - 参考文献........................................................... - 33 - 致谢............................................................... - 34 - 附录…………………………………………………………………………………………-34 -1概论数控机床与通用机床相比，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、小批及形状多变零件的加工问题，能够获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。

河北科技学院学生毕业设计（论文）题目：法兰盘加工工艺编制目录摘要 (II)关键词 (II)1零件的分析 (1)1.1零件的作用 (1)1.2零件的工艺分析 (1)2工艺规程设计 (2)2.1确定毛坯 (2)2.2基面的选择 (2)2.3零件表面加工方法的选择 (3)2.4 制定工艺路线 (4)2.5机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 (5)2.6确定切削用量 (8)总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)摘要本次毕业设计的课题是CA6140车床法兰盘加工工艺规程及工艺分析主要内容如下：首先，对零件进行分析，主要是零件主用的分析和工艺分析，通过零件分析可以了解零件的基本情况，而工艺分析可以知道零件的加工表面和加工要求。

根据选好的基准，制定工艺路线，通常制定两种以上的工艺路线，通过工艺方案的比较与分析，再选择可以使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证的一种工序。

最后，根据已经选定的工序路线，确定每一步的切削用量，并选择合适的机床和刀具。

对于粗加工，还要校核机床功率。

然后把设计的过程整理为图纸。

通过以上的概述，这个设计基本完成。

关键词：加工工艺；工艺分析；路线1零件的分析1.1零件的作用题目所给定的零件是CA6140车床上的法兰盘。

CA6140卧式车床上的法兰盘，为盘类零件，用于卧式车床上。

车床的变速箱固定在主轴箱上，靠法兰盘定心。

法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配，外圆与变速箱体孔相配，以保证主轴三个轴承孔同心，使齿轮正确啮合。

主要作用是标明刻度，实现纵向进给。

技术要求：1.刻字字形高5mm ，刻线宽0.3mm ，深0.5mm ；2．B 面抛光；3. Φ100mm 外圆无光镀珞。

1.2零件的工艺分析法兰盘是一回转体零件,有一组加工表面,这一组加工表面以Φ20045.00+为中心 ,包括:两个Φ12.034.0100--mm 的端面, 尺寸为Φ0017.045-mm 的圆柱面,两个Φ90mm 的端面及上面的4个Φ9mm 的透孔. Φ06.045-mm 的外圆柱面及上面的Φ6mm 的销孔, Φ90mm 端面上距离中心线分别为34mm 和24mm 的两个平面. 这组加工表面是以Φ20045.00+mm 为中心,其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面.2工艺规程设计2.1确定毛坯1)选择毛坯该零件材料为HT200。

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。

目录一、课程设计的目的和要求 (2)二、总体方案的设计 (3)三、机械部分设计 (5)四、数控系统设计 (10)五、总结与参考书 (14)第一章课程设计的目的和要求一.课程设计的目的机床数控系统课程设计是机械类专业机电一体化课程的重要实践性教学环节之一.是综合运用所学过的机械、电子和计算机知识而进行的一项机电结合的基本训练。

其目的是：1.能够正确运用机床数控技术等课程的基本理论和有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算。

2.通过对设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法以及正确的结构设计方法。

3.通过设备的数控系统硬件和软件设计，掌握简单数控系统硬件及软件设计的基本方法。

4.通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养分析问题和解决问题的能力。

5.提高应用手册、标准及编写文件等资料的能力。

二．课程设计的内容完成一台CA6140普通车床的数控化改造。

利用微机对纵、横进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量0.01mm，横向脉冲当量0.005mm。

刀架采用电动自动转位刀架，主轴变速采用电磁离合器有极变速。

具体内容如下：1.总体方案的分析、比较、论证。

2.机械部分设计。

重点是进给传动系统机构的结构设计及伺服电机的选择计算。

3.数控系统设计。

硬件部分完成微机控制系统电气原理图设计；软件部分包括主要程序框图和部分汇编程序设计。

4.编写课程设计说明书说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容，包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动设计计算，电气部分的设计说明，选用元器件及其参数的说明，软件设计及其说明等。

5.图纸（1）机械结构装配图A1图纸2张，要求视图基本完整、符合标准。

其中应有一个坐标轴的完整剖视图。

（2）数控系统组成框图A2图纸1张（3）数控系统电气原理图A1图纸1张（4）软件框图A2图纸1张6.课程设计时间分配建议本课程设计用3周时间完成，各部分所占时间分配大致如下：（1）方案论证1天（2）机械部分设计6天（3）电气部分设计4天（4）软件设计2天（5）编写说明书1天（6）准备答辩及答辩1天第二章总体方案的确定普通机床的数控化改造。

CA6140普通车床的数控化改造论文摘要目前大多数企业还有数量众多，而且还是有较长使用寿命的普通机床，由于普通机床加工精度相对较低，不能批量生产，生产的自动化程度不高，生产自适性差，但考虑投资成本，产业的连续性和转型周期，又不能马上淘汰。

而把普通机床改装成数控机床不失为一条投资少，提升产品加工精度及质量，提高生产效率的捷径，使企业提升竞争力，在我国成为世界制造中心及制造强国的进程中占有一席之地。

本设计共包含以下主要容，即改造总体方案，机械部分改造、辅助装置、数控部分、机床的安装与调试。

普通车床数控化改造可以带来以下好处：一是有利于普通车床的再次利用；二是有利于企业技术的提高和成本的节约；三是有利于企业经济开支的节约，四是有利于数控化市场的扩大。

机床数控化改造的意义有三：一是节约了企业资金，二是提升了机床性能，三是提高了生产效率。

关键词：车床数控化改造目录第1章前言 (1)1.1 问题提出 (3)1.2 普通车床数控化改造的好处 (4)1.3 机床数控化改造的意义 (4)第2章改造总体方案 (5)2.1 CA6140车床介绍 (5)2.1.1 CA6140车床组成图 (5)2.1.2 CA6140改造参数 (6)2.2 数控化改造要求和容 (6)第3章机械部分改造 (9)3.1 主传动系统 (9)3.1.1主传动系统的介绍 (9)3.1.2 主轴脉冲发生器 (9)3.2 进给传动系统 (10)3.2.1 纵向进给的改造与计算 (10)3.2.2 横向进给的改造与计算 (14)3.2.3 导轨 (17)第4章辅助装置 (18)4.1 刀架的改造与安装 .................................................. 错误!未定义书签。

第5章数控部分 (20)5.1 数控系统的选择 (21)5.2 数控系统的介绍 (21)5.2.1 操作面板 (21)5.2.2 软件操作界面 (22)5.2.3 系统参数 (23)5.3 伺服驱动 (24)5.4 伺服电机 (26)第6章机床的安装与调试 (27)6.1 数控系统的调试 (27)6.1.1 参数设置 (27)6.1.2 外部状态检查 (30)6.1.3 伺服电机安装调试 (31)6.1.4 接通伺服电源 (32)6.1.5 连接机床调试 (32)6.1.6 参数的设置与系统的调试 (35)6.1.7 其他参数设置及传动链注意事项 (35)6.2 电气PLC的调试 (35)6.3 安装调试的注意事项 (36)元器件清单 (37)结论............................................................................. 错误!未定义书签。