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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。
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、问题的提出数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。
企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出合乎市场需要的、性能合适的产品,而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。
购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本太高，很多工厂在短时间内都无法有那么多的资金，这严重阻碍企业的设备更新和设备改造的步伐；同时目前大多数企业还有数量众多，而且还具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，生产自适应性差，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。
而改造现有旧机床、配备与之相适应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多企业对现有设备改造换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径，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业中心及制造强国的进程中，占有一席之地。
二、数控车床改造的意义数控车床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，其发展的原因是多方面的，主要有技术、经济、市场和生产上的原因。
我国是拥有300多万台机床的国家。
而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的。
CA6140车床数控化改造设计解析一、背景介绍：CA6140车床是一种常见的传统车床，它通过手动操作来控制工件加工过程，由于操作依赖于操作人员的经验和技能水平，加工效率低且容易受到人为因素的影响。
为了提高加工效率和加工精度，以及减少人为错误带来的质量问题，对CA6140车床进行数控化改造是一个重要的研究方向。
二、数控化改造的目标：1.提高加工效率：通过数字控制系统控制各个工作参数，实现工件的自动化加工，提高加工效率。
2.提高加工精度：通过数控系统的精确控制，保证工件加工的精度和一致性。
3.降低人为错误：将操作人员对机床的依赖度降低，减少人为错误对产品质量的影响。
4.增加功能灵活性：数控系统可以灵活地调整参数，以适应不同工件的加工需求。
三、设计方案：1.数控系统选型：选择一款适合CA6140车床的数控系统，该系统应具有稳定可靠的性能和完善的功能，能够满足车床加工的需求。
2.导轨和滑块改造：对原有的导轨和滑块进行改造或更换，以提高加工精度和稳定性。
3.主轴改造：对原有的主轴进行改造或更换，以提高转速控制的精度和可靠性。
4.伺服电机安装：在车床的各个轴向上安装伺服电机，由数控系统控制其运动，以实现自动化加工。
5.完善的自动化装置：设计并安装自动换刀装置、自动送料装置等，以提高加工效率和减少人为操作。
6.编程软件开发：根据数控系统的特点，开发适合CA6140车床的编程软件，以便操作人员能够方便地进行程序编写和调整。
7.操作界面设计：设计一个简洁明了的操作界面，方便操作人员进行监控和调整。
四、预期效果：1.加工效率提高：数控系统实现了工件的自动化加工，大大提高了加工效率，减少了人为操作的时间。
2.加工精度提高：通过对各个工作参数的精确控制，加工精度得到了显著的提高。
3.缩短交期：由于加工效率提高，交货期可以相应缩短，提高了客户的满意度。
4.减少人为错误：数控系统的自动化控制减少了人为错误的可能性，提高了产品的质量稳定性。
开题报告1、数控系统发展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。
2、国内外发展的动向（一）国内数控机床现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。
在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。
2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。
但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。
近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。
出口的数控机床品种以中低档为主。
（二）国内数控机床的特点1、新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。
2、数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。
2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。
金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。
3、数控机床发展的关键配套产品有了突破。
3、数控系统的趋势1. 继续向开放式、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。
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普通车床数控化改造设计摘要应用成熟的数控技术理论和成功经验，以低廉的成本对普通旧机床进行数控化改造，可以恢复甚至提高原机床的精度，适应工业高速跨越式发展的要求，为此机床数控化改造在国际国内作为新的经济增长行业获得了很大的发展。
本文以CA6140机床为研究对象，对该机床进行了数控化改造，主要研究内容如下：对数控伺服系统的工作原理进行分析研究，简单了解了数控化改造过程中数控系统的选型，分析研究了CA6140机床的数控化改造方案，重点介绍了本课题采用的GSK980TD系统。
根据机械、动力学及电气设计原理，采用交流变频电机变频调速，对数控机床的主传动系统进行了设计和校核。
根据进给系统的要求，对切削力和滚珠丝杠进行了计算，并选配了合适的齿轮和进给电机。
对CA6140车床电气控制部分进行了PLC设计，绘制了主轴及伺服系统的梯形图，编制了PLC可编程控制器工作程序；给出整机电气线路改造方案。
对改造后的机床精度进行了恢复，并给出伺服系统典型部件改造方案。
数控化改造后的机床实际应用效果良好，取得了良好的加工质量和经济效益。
此次研究，为企业技术人员实现传统CA6140型车床数控化改造提供了行之有效的科学方法，对于企业其他传统设备的技术改造也有借鉴和参考价值。
关键词：数控改造；伺服系统；PLC；CA6140车床目录绪论 .......................................................................................................................................1.1数控机床改造的背景和意义 .........................................................................................1.1.1数控机床在我国发展的现状 ................................................................................1.1.2车床数控化改造的意义 ........................................................................................1.1.3普通车床数控化的优点...........................................................1.2 车床数控化改造的内容 ............................................................. 错误!未定义书签。
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。
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ABSTRACTMost 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.Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform目录第一章前言............................................1.1 问题的提出---------------------------------------------------- 61.1.1国内外数控系统发展概况------------------------------------- 61.1.2国内外数控技术发展趋势------------------------------------- 71.1.3智能化新一代PCNC数控系统---------------------------------- 71.2 普通机床数控改造的经济性评价---------------------------------- 81.2.1微观看改造的必要性----------------------------------------- 81.2.2宏观看改造的必要性----------------------------------------- 91.3 普通机床数控化改造市场---------------------------------------- 91.3.1改造的市场------------------------------------------------- 91.3.2进口设备和生产线的数控化改造市场-------------------------- 10第二章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计要求 (10)2.1设计要求------------------------------------------------------ 102.2主传动系统和进给系统的改造------------------------------------ 112.3主轴脉冲发生器------------------------------------------------ 12第三章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------------------------------------- 143.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型----------------------------- 143.2.1确定系统的脉冲当量---------------------------------------- 153.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择与校核步骤---------------- 153.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤------------------------ 193.3.1横向进给系统的设计计算------------------------------------ 193.3.2 滚珠丝杠设计计算----------------------------------------- 203.3.3 齿轮及转矩有关计算--------------------------------------- 223.4滚珠丝杠螺母副的精度等级-------------------------------------- 233.5滚珠丝杠副轴向间隙的调整和预紧-------------------------------- 233.6 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第四章 CA6140数控改造步进电机的设计 ................................4.1 步进电机的工作方式------------------------------------------- 264.2 步进电机的选择----------------------------------------------- 264.2.1 步进电机选用的基本原则----------------------------------- 264.2.2 CA6140纵向进给系统步进电机的确定------------------------- 274.2.3 CA6140横向进给系统步进电机的确定------------------------- 28第五章自动回转刀架的选型 .....................................5.1 数控车床刀架的基本要求--------------------------------------- 285.2 自动回转刀架的工作原理--------------------------------------- 29第六章CA6140普通车床数控化改造的数控系统 (2)6.1 数控车床及数控系统概述--------------------------------------- 296.1.1 机床主机------------------------------------------------- 304.1.2 驱动装置------------------------------------------------- 304.1.3 辅助装置------------------------------------------------- 304.1.4 数控装置系统--------------------------------------------- 314.1.5 编程装置------------------------------------------------- 316.2 微机控制系统硬件电路设计------------------------------------- 316.2.1控制系统的功能要求---------------------------------------- 316.2.2硬件电路的组成-------------------------------------------- 316.3 单板控制系统的设计------------------------------------------- 326.3.1 硬件配置------------------------------------------------- 326.3.2 贮存器空间分配------------------------------------------- 326.3.3 I/O口地址分配-------------------------------------------- 326.3.4 光电隔离电路--------------------------------------------- 336.4 8031单片机简介----------------------------------------------- 336.5 存储器扩展电路设计------------------------------------------- 346.5.1 程序存储器的扩展----------------------------------------- 346.5.2 数据存储器的扩展----------------------------------------- 346.6 译码电路设计------------------------------------------------- 386.7 其他辅助电路设计设计----------------------------------------- 386.7.1 8031的时钟电路单片机的时钟的产生方式--------------------- 386.7.2 复位电路------------------------------------------------- 406.7.3 越界报警电路--------------------------------------------- 406.7.4 掉电保护电路--------------------------------------------- 41第七章安装调整中应注意的问题...................................7.1 滚珠丝杠螺母副的选择--------------------------------------- 427.2 滚珠丝杠螺母副的调整--------------------------------------- 427.3 联轴器的安装----------------------------------------------- 427.4 主轴脉冲发生器的安装--------------------------------------- 42第八章结束语 ...........................................致谢................................................参考文献----------------------------------------------------------44第一章前言1.1问题提出数控车床作为机电液气一体化的典型产品，是现代机械制造业中不可缺少的加工设备，在机械制造业中发挥着重要的作用，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量小、零件多变的加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。
