C6140车床数控化改造课程设计
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机电一体化课程设计-CA6140横向进给系统的数控化改造
各专业全套优秀毕业设计图纸西安工业大学机电一体化课程设计CA6140横向进给系统的数控化改造学生：学号：110209专业：机械设计制造及其自动化日期：2014.7.1摘要目前大多数企业还有数量众多，而且还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，在我国成为机械制造强国的进程中占有一席之地。
数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，产品质量稳定、可靠，生产效率高，可加工形状复杂的零件，改善劳动条件，有利于生产管理和机械加工自动化的发展。
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。
目前机床数控化改造的市场在我国有很大发展空间，用普通机床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。
本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能以及最后改造方案的确定。
关键字：机床，数控化，改造一、总体改造方案的确定1.CA6140普通车床简介车床基本组成如下图所示：2.改造内容及要求本课程设计要求在熟悉CA6140进给机构的基础上，对其进行数控化改造，使机床适应小批量、多品种、复杂零件的加工，由此不但可以提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短。
具体要求如下：（1）在综合考虑资金投入、车窗性能的基础上，将普通车床的横向进给轴进行数控化改造，确定系统改造方案；（2）按照系统改造方案，应用提供的设计参数，选择、校核驱动电机、滚珠丝杠和传动齿轮，并对其他相关机械结构进行设计，设计完成时要求绘制出横向轴的装配图，并撰写设计说明书。
ca6140数控改造课程设计
ca6140数控改造课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握CA6140数控改造的基本原理和方法，培养学生具备一定的数控设备维修和改造能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解CA6140数控车床的结构及工作原理；（2）掌握数控系统的硬件组成和软件功能；（3）熟悉数控改造的基本流程和方法。
2.技能目标：（1）能够分析数控设备的工作故障；（2）掌握数控系统的调试和维护方法；（3）具备一定的数控改造项目实施能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对数控技术行业的兴趣和热情；（2）增强学生的创新意识和团队协作精神；（3）树立学生严谨治学、精益求精的职业态度。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.CA6140数控车床的结构及工作原理；2.数控系统的硬件组成和软件功能；3.数控改造的基本流程和方法；4.数控设备维修和改造实例分析。
教学大纲安排如下：第1-2课时：CA6140数控车床的结构及工作原理；第3-4课时：数控系统的硬件组成和软件功能；第5-6课时：数控改造的基本流程和方法；第7-8课时：数控设备维修和改造实例分析。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解数控改造的基本原理和方法，使学生掌握相关知识；2.案例分析法：分析实际数控设备维修和改造案例，提高学生的实践能力；3.实验法：学生进行数控设备维修和改造实验，培养学生的动手能力；4.讨论法：分组讨论问题，培养学生的团队协作和沟通能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：《数控技术基础》；《CA6140数控车床维修与改造》；2.参考书：国内外相关论文和专著；3.多媒体资料：数控设备维修和改造视频教程；4.实验设备：CA6140数控车床一台，相关数控系统及配件。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化方式，全面、客观地评价学生的学习成果。
评估方式包括：1.平时表现：占课程总评的30%，主要评估学生的课堂参与度、提问回答、小组讨论等；2.作业：占课程总评的30%，主要评估学生的作业完成质量、创新性和解决问题的能力；3.考试：占课程总评的40%，包括期中和期末考试，主要评估学生对知识的掌握和运用能力。
CA6140数控化改造毕业设计任务书1
数控技术课程设计任务书设计题目CA6140普通车床数控化改造(进给机构设计)学生姓名学院机电工程指导教师袁泽虎一、课程设计的主要内容进给伺服系统机械部分设计计算a) 确定脉冲当量b) 滚珠丝杆螺母副的计算和选型c) 进给伺服系统传动计算d) 步进电机计算和选用e) 进给伺服系统机械结构设计二、课程设计的主要技术指标加工最大直径：Φ400mm加工最大长度：1000mm滑板及刀架重力：纵向800N，横向600N刀架快速速度：纵向2.4m/min，横向1.2m/min最大进给速度：纵向0.6m/min，横向0.3m/min主电机功率：7.5KN启动加速时间：30m/s三、课程设计的基本要求及应完成的成果形式按照设计任务书进行设计，要求完成以下设计内容：(1) 进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图（A1）(2) 零件图1张（A3~A2）(3) 设计说明书1份。
要求字迹工整，文字通顺，设计方案应正确可行，设计计算正确。
四、课程设计的进度安排（1）方案设计；（1周）（2）运动参数设计（计算总功率，选择电机，确定传动比）；（2周）（3）草图设计（结构设计，尺寸计算等）；（3～4周）（4）完成装配图；（5周）（5）绘制零件图及编写设计说明书。
（6周）五、课程设计应收集的资料及主要参考文献（1）《机械设计手册》（第二版）第二、三、四卷，机械工业出版社；（2）《机械设计》（第二版），濮良贵主编，高等教育出版社；（3）《机械制图》，合肥工业大学工程制图教研室编，机械工业出版社；（4）有关机床、数控、步进电机等相关的资料。
CA6140车床数控化改造设计
计算切削力
纵向切削力计算 查阅相关资料计算得： 车削时最大工作载荷 Fm KFL f ( Fv G) =1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8) =1790.68(N) 最大动载荷 C L f F 3 = 83.5 ×1.5×1790.68=11740（N）
3 m m
•
步进电机选择原则纵向驱动电源自选择横向电机选择五、数控系统的选择
• 现在国内数控设备使用的数控系统也是有不少的
品牌和种类，大体分为国产系统和进口系统，现 在国内厂家主流系统有：广州数控，北京KND， 华兴数控，华中数控，蓝天系统等，台湾系统有： 新代系统，宝元系统等，进口系统有：三菱系统， 西门子系统，发那科系统。 但是进口系统在某些性能上的确有其过人之处， 但是价格比较昂贵。从数控化改造的经济性和系 统的稳定性及综合性能上考虑我们选用广数的 GSK 980TDb系统，作为数控改造的系统，用来控 制机床的运行。
总体方案设计图
三、机械系统的改造设计方案 1．主传动系统的改造方案 对普通车床进行数控化改造时， 一般可保留原有的主传动机构和 变速操纵机构，这样可减少机械 改造的工作量。
2．换装自动回转刀架
为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道 工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转 刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公 司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动 刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路， 由数控系统完成。
CA6140普通车床改造成经济型数控车床。 主要参数如下： （1）床身上最大加工直径400 mm； （2）最大加工长度1000 mm； （3）X方向(横向)的脉冲当量δx = 0.005 mm/ 脉冲，Z方向(纵向)δz = 0.01 mm/脉冲； （4）X方向最快移动速度Vxmax = 3000 mm/min，Z方向为Vzmax = 6000 mm/min； （5）X方向最快工进速度Vxmaxf = 400 mm/min，Z方向为Vzmaxf = 800 mm/min；
ca6140课程设计
ca6140课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解CA6140车床的基本结构、功能及操作流程。
2. 学生能够掌握CA6140车床的编程方法，包括直线、圆弧、螺纹等加工指令。
3. 学生能够了解CA6140车床的维护保养知识，确保设备正常运行。
技能目标：1. 学生能够独立操作CA6140车床，完成简单的零件加工。
2. 学生能够运用编程知识，对零件进行合理的加工路径规划。
3. 学生能够分析并解决CA6140车床在操作过程中出现的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高他们在实际操作中的安全意识。
2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在实际生产中沟通协作的能力。
3. 激发学生对机械加工的兴趣，引导他们关注我国制造业的发展。
课程性质分析：本课程为专业技能实践课程，以CA6140车床为载体，结合理论知识，培养学生的实际操作能力和解决问题能力。
学生特点分析：学生为中职二年级学生，具有一定的机械加工理论基础，动手能力强，但安全意识相对薄弱。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实际操作，提高学生的综合技能。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保课程目标的实现。
通过课程学习，使学生能够达到上述具体的学习成果。
二、教学内容1. CA6140车床基本结构及功能：介绍车床的主要部件，包括床身、床头箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾座等，并分析各部分的作用。
2. CA6140车床操作流程：讲解车床的开机、关机、调试、装夹工件、选择刀具、设定加工参数等操作步骤。
3. 编程方法：学习CA6140车床的编程指令，包括直线、圆弧、螺纹等加工路径的编程方法，并通过实例进行讲解。
4. 零件加工：教授学生如何根据图纸要求，运用编程知识，对零件进行加工路径规划，并完成实际加工操作。
5. 故障分析与维护保养：介绍CA6140车床在使用过程中可能出现的故障及其原因，教授学生如何进行故障分析和设备维护保养。
CA6140型普通车床数控化改造设计
6、可充分利用现有的条件，可以充分利用现有基地,不许要重新构筑地基。
7、可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度,及时提提高生产设备自动化水平和效率，提高机床质量和档次,将旧机床改造成当今水平的机床。自动化程度高、专业性强、加工精度高、生产效率高。
8、增强了功能，如圆弧加、锥度加工，这是传统加工方法难以完成的。
9、交货期短，可满足生产急需。
六、 数控改造的设计步骤
1.旧机床的设备选型
通常对一台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对该设备进行估价，这也就是设备选型。已判断该设备是否有改造价值，改造后不能满足需求，改造后的可能性等，这些都于设备的选择密切相关，所以设备选型是设备改造的重要环节，应重点考虑几个重要参数:设备的型号规格、生产厂家和国别、投产时间、目前运行状况、剩余价值(机械、电气)、改造后可达到的预期效果。数控改造应尽可能采用20世纪80年代后生产的机床，因为这类机床由于使用年限短，其几何精度相对高一些，改造效果也要好一些。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
（二）从宏观上看，数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，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。 1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。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。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
7、可以采用最新的控制技术，可根据技术革新的发展速度,及时提提高生产设备自动化水平和效率，提高机床质量和档次,将旧机床改造成当今水平的机床。自动化程度高、专业性强、加工精度高、生产效率高。
8、增强了功能，如圆弧加、锥度加工，这是传统加工方法难以完成的。
9、交货期短，可满足生产急需。
六、 数控改造的设计步骤
1.旧机床的设备选型
通常对一台旧机床，是否需要进行数控化改造，首先应对该设备进行估价，这也就是设备选型。已判断该设备是否有改造价值，改造后不能满足需求，改造后的可能性等，这些都于设备的选择密切相关，所以设备选型是设备改造的重要环节，应重点考虑几个重要参数:设备的型号规格、生产厂家和国别、投产时间、目前运行状况、剩余价值(机械、电气)、改造后可达到的预期效果。数控改造应尽可能采用20世纪80年代后生产的机床，因为这类机床由于使用年限短，其几何精度相对高一些，改造效果也要好一些。
以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
（二）从宏观上看，数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。我国数控机机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。 我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。 旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。 随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，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。 1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。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。所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
C6140车床数控化改造课程设计
1.2 任务
把 普 通 车 床 C6140 改 造 成 经 济 型 数 控 车 床 。主 要 的 任 务 要 求 如 下所列：
（1）床身上最大加工直径 400mm; （2） 最大加工长度 1000mm；
（ 3 ） X 方 向（ 横 向 ）的 脉 冲 当 量 0.005mm /脉冲，Z 方 向（ 纵 向 ）
3.2 安装电动卡盘
数控化改装的要求就是提高加工效率，同时使车床的操作简单 方 便 ，因 此 工 件 的 定 位 选 用 电 动 卡 盘 ，而 KD11250 型 电 动 三 爪 自 定 心卡盘就可以很好的实现这个要求。卡盘的控制由数控系统完成。
3.3 换装自动回转刀架
考虑到车床的加工精度和自动化程度，如果安装自动回转刀架 可以完成一次装夹多道工序，则会满足以上的要求。因此将原有的 刀 架 换成 自 动 回 转 刀 架 ，刀 架 选 用 LD4B-CK6140 型 四 工 位 立式 电 动刀架。刀架的自动换刀由相应的数控系统完成。
第四节 进给传动部件的计算和选型
纵 、横 向 进 给 传 动 部 件 的 计 算 和 选 型 主 要 包 括 ：确 定 脉 冲 当 量 、 计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机 等。
4.1 脉冲当量的确定
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的轨型元
件 。对 于 每 一 个 电 脉 冲 ，步 进 电 机 都 将 产 生 一 个 恒 定 的 步 进 角 位 移 ，
长 期 以 来 ，我 国 的 数 控 系 统 为 传 统 的 封 闭 式 体 系 结 构 ，C N C只 能 作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数 形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及 自 动 编 程 系 统 进 行 编 制 。CAD/CAM和 C N C之 间 没 有 反 馈 控 制 环 节 ， 整 个 制 造 过 程 中 C N C只 是 一 个 封 闭 式 的 开 环 执 行 机 构 。 在 复 杂 环 境 以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、 进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无 法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通 过 反 馈 控 制 环 节 随 机 修 正 CAD/CAM中 的 设 定 量 ， 因 而 影 响 CN C的 工 作 效 率 和 产 品 加 工 质 量 。 由 此 可 见 ， 传 统 CNC系 统 的 这 种 固 定 程 序 控 制 模 式 和 封 闭 式 体 系 结 构 ，限 制 了 C N C向 多 变 量 智 能 化 控 制 发 展 ， 已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必 行。
把 普 通 车 床 C6140 改 造 成 经 济 型 数 控 车 床 。主 要 的 任 务 要 求 如 下所列：
（1）床身上最大加工直径 400mm; （2） 最大加工长度 1000mm；
（ 3 ） X 方 向（ 横 向 ）的 脉 冲 当 量 0.005mm /脉冲，Z 方 向（ 纵 向 ）
3.2 安装电动卡盘
数控化改装的要求就是提高加工效率，同时使车床的操作简单 方 便 ，因 此 工 件 的 定 位 选 用 电 动 卡 盘 ，而 KD11250 型 电 动 三 爪 自 定 心卡盘就可以很好的实现这个要求。卡盘的控制由数控系统完成。
3.3 换装自动回转刀架
考虑到车床的加工精度和自动化程度，如果安装自动回转刀架 可以完成一次装夹多道工序，则会满足以上的要求。因此将原有的 刀 架 换成 自 动 回 转 刀 架 ，刀 架 选 用 LD4B-CK6140 型 四 工 位 立式 电 动刀架。刀架的自动换刀由相应的数控系统完成。
第四节 进给传动部件的计算和选型
纵 、横 向 进 给 传 动 部 件 的 计 算 和 选 型 主 要 包 括 ：确 定 脉 冲 当 量 、 计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机 等。
4.1 脉冲当量的确定
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的轨型元
件 。对 于 每 一 个 电 脉 冲 ，步 进 电 机 都 将 产 生 一 个 恒 定 的 步 进 角 位 移 ，
长 期 以 来 ，我 国 的 数 控 系 统 为 传 统 的 封 闭 式 体 系 结 构 ，C N C只 能 作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数 形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及 自 动 编 程 系 统 进 行 编 制 。CAD/CAM和 C N C之 间 没 有 反 馈 控 制 环 节 ， 整 个 制 造 过 程 中 C N C只 是 一 个 封 闭 式 的 开 环 执 行 机 构 。 在 复 杂 环 境 以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、 进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无 法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通 过 反 馈 控 制 环 节 随 机 修 正 CAD/CAM中 的 设 定 量 ， 因 而 影 响 CN C的 工 作 效 率 和 产 品 加 工 质 量 。 由 此 可 见 ， 传 统 CNC系 统 的 这 种 固 定 程 序 控 制 模 式 和 封 闭 式 体 系 结 构 ，限 制 了 C N C向 多 变 量 智 能 化 控 制 发 展 ， 已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必 行。
ca6140(二)课程设计
ca6140(二）课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握CA6140车床的基本操作和维护方法，培养学生具备一定的机械加工能力和安全生产意识。
具体分解为以下三个方面的目标：1.知识目标：使学生了解CA6140车床的结构、原理和功能，掌握其基本操作方法，培养学生具备车削、铣削、钻孔等机械加工技能。
2.技能目标：通过实践活动，使学生能够熟练操作CA6140车床，独立完成一般的机械加工任务，培养学生具备解决实际问题的能力。
3.情感态度价值观目标：培养学生热爱劳动、敬业爱岗的职业精神，增强学生团队协作意识和安全意识，使学生在实践中培养良好的职业道德。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.CA6140车床的结构与原理：介绍车床的主要组成部分、工作原理及其功能。
2.CA6140车床的操作方法：讲解车床的基本操作步骤，如开机、关机、装夹工件、选择刀具等。
3.机械加工技能训练：包括车削、铣削、钻孔等基本加工技能的学习和实践。
4.安全生产与维护：讲解车床的安全操作规程，以及日常维护和故障排除方法。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用以下几种教学方法：1.讲授法：通过讲解车床的结构、原理和操作方法，使学生掌握相关知识。
2.讨论法：学生针对实际加工问题进行讨论，培养学生的解决问题的能力。
3.案例分析法：通过分析典型加工案例，使学生了解车床在实际生产中的应用。
4.实验法：安排学生进行车床操作实践，提高学生的动手能力。
四、教学资源为了保证本课程的顺利进行，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：确保车床等实验设备完好，为学生提供充足的实践机会。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多种方式，全面、客观地评价学生的学习成果。
cA6140型车床课程设计
cA6140型车床课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握CA6140型车床的基本结构、工作原理、操作方法和维护保养知识。
通过本课程的学习，学生应能够正确操作车床，进行各种机械加工操作，并具备一定的车床故障排除能力。
具体的教学目标如下：1.知识目标：–了解CA6140型车床的基本结构和工作原理。
–掌握车床的操作方法和维护保养知识。
–熟悉车床的安全操作规程。
2.技能目标：–能够正确操作CA6140型车床，进行各种机械加工操作。
–具备一定的车床故障排除能力。
–能够进行车床的日常维护和保养。
3.情感态度价值观目标：–培养学生的团队合作意识和安全意识。
–培养学生对机械加工技术的兴趣和热情。
–培养学生对车床操作的规范性和精确性的认识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括CA6140型车床的基本结构、工作原理、操作方法和维护保养知识。
具体的教学内容如下：1.CA6140型车床的基本结构：介绍车床的主要组成部分，包括床身、主轴、进给系统、刀架等。
2.CA6140型车床的工作原理：讲解车床的工作原理，包括主轴的旋转原理、进给系统的传动原理等。
3.CA6140型车床的操作方法：教授如何正确操作车床，包括开机、关机、装夹工件、选择刀具、调整刀具位置等。
4.CA6140型车床的维护保养知识：讲解车床的日常维护保养方法，包括清洁、润滑、调整等。
三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、操作演示法、实践操作法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生了解车床的基本结构、工作原理和操作方法。
2.操作演示法：通过教师的操作演示，使学生直观地学习车床的操作技巧和注意事项。
3.实践操作法：让学生亲自动手操作车床，进行各种机械加工操作，培养学生的实际操作能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、教学课件、操作视频、实验设备等。
1.教材：提供详细的理论知识和操作指导，帮助学生学习和参考。
2.教学课件：通过图文并茂的方式，展示车床的结构、工作原理和操作方法。
cA6140型车床课程设计
cA6140型车床课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能掌握cA6140型车床的基本结构及其功能，理解其工作原理；2. 学生能了解cA6140型车床的操作步骤，熟悉机床的安全规程；3. 学生能掌握cA6140型车床的编程方法，具备进行简单零件加工的能力。
技能目标：1. 学生能够正确操作cA6140型车床，完成指定零件的加工；2. 学生能够根据图纸要求，运用所学知识对cA6140型车床进行编程；3. 学生能够运用cA6140型车床进行实际操作，解决加工过程中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械制造专业，增强对机械行业的认同感；2. 培养学生具备安全意识，养成良好的操作习惯，尊重生命，关爱环境；3. 培养学生具备团队协作精神，学会沟通与交流，提高解决问题的能力。
课程性质：本课程为机械制造及自动化专业课程，结合实际操作，培养学生在车床加工方面的专业素养。
学生特点：学生具备一定的机械基础知识，具有较强的动手能力，对实际操作有较高的兴趣。
教学要求：结合课程性质、学生特点，注重理论知识与实际操作相结合，强调学生在操作过程中掌握机床的结构、功能、编程及安全规程。
通过课程学习，使学生能够独立完成cA6140型车床的操作和简单零件的加工。
二、教学内容1. cA6140型车床的基本结构及功能：介绍车床的主要部件，如床头、床尾、变速箱、进给箱、刀架等，分析各部件的作用及其相互关系。
教材章节：第二章“车床的基本结构”2. cA6140型车床的操作步骤与安全规程：讲解车床操作前的准备工作、操作过程中的注意事项以及操作结束后的整理工作。
教材章节：第三章“车床的操作与维护”3. cA6140型车床的编程方法：教授车床编程的基本知识，包括编程格式、编程指令以及编程实例。
教材章节：第四章“车床编程与加工”4. 车床加工实际操作：指导学生进行车床加工，包括装夹工件、选择刀具、设定加工参数等，使学生能够独立完成简单零件的加工。
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任务........................................... 错误!未定义书签。
第二节总体方案的确定............................... 错误!未定义书签。
第三节机械系统的改造设计方案....................... 错误!未定义书签。
主轴系统的改造方案.............................. 错误!未定义书签。
安装电动卡盘.................................... 错误!未定义书签。
换装自动回转刀架................................ 错误!未定义书签。
螺纹编码器的安装方案............................ 错误!未定义书签。
进给系统的改造与设计方案........................ 错误!未定义书签。
第四节进给传动部件的计算和选型..................... 错误!未定义书签。
脉冲当量的确定.................................. 错误!未定义书签。
切削力的计算.................................... 错误!未定义书签。
滚珠丝杠螺母副的计算和选型...................... 错误!未定义书签。
同步带减速箱的设计.............................. 错误!未定义书签。
步进电动机的计算与选型.......................... 错误!未定义书签。
同步带传递效率的校核............................ 错误!未定义书签。
第五节绘制进给传动机构的装配图..................... 错误!未定义书签。
第六节控制系统硬件电路设计......................... 错误!未定义书签。
第七节步进电动机驱动电源的选用..................... 错误!未定义书签。
第八节控制系统的部分软件设计....................... 错误!未定义书签。
参考文献............................................ 错误!未定义书签。
第一节 设计任务设计方案的确定：C6140普通车床数控化改造设计。
C6140型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。
经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。
一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。
本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造，用微机对纵、横进给系统进行控制。
系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。
驱动原件采用步进电动机。
系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。
刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。
任务将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。
主要技术指标如下：（1） 床身上最大加工直径mm 400;（2） 最大加工长度mm 1000；（3） X 方向（横向）的脉冲当量脉冲/005.0mm x =δ，Z 方向（纵向）脉冲/01.0mm z =δ；（4） X 方向最快移动速度m in /3000max mm v x =，Z 方向为m in /6000max mm v x =；（5） X 方向最快工进速度min /400max mm v f x =，Z 方向为min /800max mm v f x =；（6） X 方向定位精度mm 01.0±，Z 方向mm 02.0±；（7） 可以车削柱面、平面、锥面与球面等；（8） 安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程mm 24；（9） 安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；（10）自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；（11）自动控制冷却泵的启/停;（12）安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；（13）纵、横向安装限位开关；（14）数控系统可与PC机串行通信；（15）显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。
第二节总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。
由于是对车床进行数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。
1．普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。
因此，数控系统应设计成连续控制型。
2．普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。
因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。
3．根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。
MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。
4．根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等，还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。
5．为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。
6．计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有消间隙机构。
7．选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。
第三节机械系统的改造设计方案主轴系统的改造方案对普通机床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可以减少机械改造的工作量。
主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。
若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用2~4速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速（工厂使用情况表明，使用变频器时，若工作频率低于Hz70，原来的电动机可以不更换，但所选变频器的功率应比电动机大）。
改造C6140车床时，若采用有级变速，可选用浙江超力有限公司生产的YD 系列kW5.7变级多速三相异步电动机，实现4~2档变速；若采用无级变速，应加装交流变频器，推荐型号为：F100-G0075T3B,适配kW5.7电动机，生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。
安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。
卡盘的夹紧与松开由数控系。
换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。
实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。
螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。
数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴信号的反馈元件，它与车床主轴同步。
改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是mm24，Z向的进给脉冲当量是.0mm，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于01脉冲/24=mmmm。
考虑到编码器的输出有相位差︒/(脉冲脉冲）2400/01.090的A、B相信号，可用A、B异或后获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到1200线（A、B信号）。
另外，为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。
基于上述要求，选择螺纹编码器的型号为：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。
电源电压+5V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径mm15，生产厂家为长春光机数显技术有限公司。
螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。
同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。
异轴安装是指将编码器安装在床头箱的的后端，一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴，如果找不到同步轴，可将编码器通过一对传动比为1:1的同步齿形带与主轴连接起来。
需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性连接，且车床组、主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。
进给系统的改造与设计方案（1）拆除挂轮架所有齿轮，在此主轴的同步轴，安装螺纹编码器。
（2） 拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。
（3） 拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的的螺母座与螺母座托架。
（4） 拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式刀架。
（5） 拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘一段（长mm 216，见图一）锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。
（6） 将横向进给步进电动机通过法兰安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。
（7） 拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。
（8） 改造后的横向、纵向进给传动系统分别见附图一和附图二。
第四节 进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机等。
脉冲当量的确定根据设计任务要求，X 方向（横向）的脉冲当量为脉冲/005.0mm x =δ，Z 方向（纵向）为脉冲/01.0mm z =δ。
切削力的计算（1）纵向切削力算设工件为碳素结构钢，MPa b 650=σ；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角︒=60r k ，前角︒=100γ，刃倾角︒-=5s λ；切削用量为：背吃刀量mm p 3=α，进给量r mm f /6.0=，切削速度min /105m v c =。