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南昌工程学院毕业设计(论文)机械动力工程系系数控专业毕业设计（论文）题目CA6150普通车床的数控技术改造学生姓名刘志林班级数控《三》班学号00415139指导教师唐刚完成日期2007 年 6 月15 日南昌工程学院毕业设计目录第一章绪论 ························································································································ - 3 - 数控技术和装备发展趋势 ····························································································· - 3 - 第二章数控机床系统总体设计·························································································· - 8 - 一总体方案设计内容 ································································································· - 8 - 二总体方案确定········································································································· - 8 - 第三章进给系统设计计算 ······························································································· - 10 - 一选择脉冲当量······································································································· - 10 - 二计算切削力··········································································································· - 10 - 三滚珠丝杠螺母副的计算和选型 ············································································ - 11 - 四齿轮进给齿轮箱传动比计算················································································ - 20 - 五步进电机的计算和选型························································································ - 21 - 第四章微机数控系统的设计 ··························································································· - 26 - 一微机数控系统的设计纲要···················································································· - 26 -[一] 硬件电路设计····························································································· - 26 -[二] 软件电路设计····························································································· - 27 -二8031单片机及其扩展··························································································· - 27 -[一] 8031单片机的简介 ···················································································· - 27 -[二] 8031单片机的系统扩展············································································· - 28 -[三] 存储器扩展································································································· - 30 -[四] I/O口的扩展 ······························································································ - 31 -三步进电机驱动电路 ······························································································· - 32 -[一] 脉冲分配器（环行分配器）······································································ - 32 -[二] 光电隔离电路····························································································· - 33 -[三] 功率放大器································································································· - 33 -[四] 其他辅助电路····························································································· - 34 -四数控系统的软件设计 ··························································································· - 35 -[一] 软件脉冲分配器························································································· - 35 -[二] 逐点比较法插补程序 ················································································· - 37 -[三] 步进电机升降速软件设计·········································································· - 38 - 第五章数控机床零件加工程序························································································ - 40 - 第六章总结与展望··········································································································· - 41 -- 2 -南昌工程学院毕业设计第一章绪论数控技术和装备发展趋势当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
CA6150普通卧式车床机械结构数控化改造设计主要任务是将进给箱、丝杠、光杠、手工控制刀架转位进给部件拆除并更换上滚珠丝杠螺母副以及数控系统控制刀架自动转位部件,另外还需要安装相应的行程开关与滚珠丝杠螺母副润滑系统,保证CA6150普通卧式机床机械结构能够充分符合数控化的需求。
1 CA6150普通卧式车床机械结构数控化改造设计方案具体内容1.1车床机械机构的设计与改造CA6150车床原本导轨为三角导轨,经过改造后成为贴塑导轨,贴塑导轨与三角导轨的静、动摩擦系数基本无异,而且其自身具有良好的润滑性能,能够显著的降低导轨与溜板之间的摩擦阻力,使得CA6150普通卧式车床能够平稳的于贴塑导轨上运行,这样也在很大程度上降低了导轨的损耗。
另外,拆除了进给箱、溜板箱,然后将纵向步进电机安装于原进给箱的区域并设置了一个减速箱,接着在原本溜板箱处安装一个横向步进机并设置了一个减速箱。
原本的光杠与丝杠拆除并使用滚珠丝杠螺母副取代,将滚珠丝杠螺母副安装至新的齿轮箱上后可以使整个CA6150普通卧式车床进给运动以及主传动运动不再仅仅受到主轴电机控制,可以分由步进电机控制进行分别控制。
为了实现这一目标,需要在CA6150普通卧式车床原主轴处设置一个脉冲发生器将CA6150普通卧式车床运动系统完全整合。
1.2滚珠丝杠螺母副的特点与工作原理1.2.1滚珠丝杠螺母副的主要特点传统的光杠与丝杠主要是进行回转运动,由滚珠丝杠螺母副代替后,回转运动就会转变为直线运动,然后在直线运动后又转变为回转运动,在反复循环中传动。
滚珠丝杠螺母副在诸多工业设备制造以及部分精密仪器与设备的制造中均有着极为广泛的应用。
滚珠丝杠螺母副主要由螺杆、螺母、滚珠构成,循环方式分为内循环与外循环。
滚珠丝杠螺母副传动效率高达90%,可以节省大量的电能,传动过程中摩擦阻力极小,具有较高的灵敏度,传动时较为平稳,而且由于摩擦阻力较小,使得CA6150普通卧式车床整体使用寿命较长。
普通CA6140车床的经济型数控改造前言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、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
一、设计目的:通过本课程设计的训练,使学生在学完机床数控技术及相应的机床电器及PLC等课程之后,能够运用所学的知识独立完成数控车,数控铣和加工中心的进给系统的自动控制系统设计,从而使学生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。
⑴运用所学的理论知识,进行数控系统设计的初步训练,培养学生的综合设计能力；⑵掌握三相反应式步进电机进给驱动的原理和控制方法；⑶掌握PLC控制系统设计的基本技能,具备查阅和运用标准、手册、图册等有关技术资料的能力；⑷基本掌握编写技术的能力。
二、设计内容和要求：参考课程设计指导书[1]，对于普通车床数控化改造设计，纵向进给驱动由三相感应式步进电机实现，完成其选型计算，用4位拨动开关设定转动速度，并设计其启动停止、正反转、加减速和步数控制系统，数控系统的脉冲当量为0.01mm/脉冲。
三、设计工作任务及工作量的要求：⑴设计任务①.步进电机选型计算；②.PLC控制程序设计⑵设计工作量要求：①.电路接线图和电器件清单；②.控制程序T形图及其对应的程序清单；③.编写课程设计说明书一份。
（A4不少于10页）⑶三个同学分为一组，同学们之间可以互相讨论研究工作内容和设计方法，但每位同学的设计任务必须各有侧重独立完成，不能有雷同现象。
四、设计参数：设计参数包括车床的部分技术参数和车床拟实施数控化改造所需要的参数。
以CA6140型车床的改造,设计参数如下：最大加工直径：在床面上,400mm；在床鞍上, 210mm。
最大加工长度：1000mm。
行程：纵向,1000mm。
快速进给：纵向,2400mm／min最大切削进给速度：纵向,500mm／min溜板及刀架质量：纵向,81.63kg主电动机功率：7.5kw定位精度：0.04mm／全行程重复定位精度：0.016mm／全行程程序输入方式：增量值、绝对值通用控制坐标数：2脉冲当量：纵向,0.01mm／脉冲一、 步进电机选型计算：（一）纵向进给传动链的设计计算 1、主切削力及其切削分力计算 ⑴ 计算主切削里z F已知机床主电动机的额定功率m P 为7.5KW,最大工件直径D=400mm,主轴计算转速n=85r ／min 。
毕业设计说明书设计题目：普通车床的数控化改造学生班级学号指导教师二零一一年十二月C6150普通车床的数控化改造作者: 指导老师:【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机构复杂，精密，批量小，多变零件的加工问题，我国作为机床大国，拥有大量的普通机床。
因此，对普通机床数控化改造不失为一种较好的选择。
【关键词】机电一体化开环控制纵向进给系统设计滚珠丝杠螺母副步进电动机1.前言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和单片机系统设计，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机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。
采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。
2机床改造的内容及意义2.1 802S数控系统的组成SINUM ER IK802D是德国SIEMENS公司推出的全数字化数控系统，它可控制4个数字进给轴和一个主轴。
它由PCU（控制面板单元）、键盘、PP72/48（输入输出模块）、24V电源、驱动器SMODRIVE611UE、1FK6系列数字伺服电机和1PH7系列数字主轴电动机等部分组成。
系统的各个部件通过现场总线PROFBUS连接。
南昌工程学院毕业设计(论文)机械动力工程系系数控专业毕业设计（论文）题目CA6150普通车床的数控技术改造学生姓名班级数控《三》班学号指导教师完成日期2007 年 6 月15 日南昌工程学院毕业设计- 2 -目录第一章 绪论 ························································································································ - 3 -数控技术和装备发展趋势 ····························································································· - 3 - 第二章 数控机床系统总体设计 ·························································································· - 8 -一 总体方案设计内容 ································································································· - 8 - 二 总体方案确定 ········································································································· - 8 - 第三章 进给系统设计计算 ······························································································· - 10 -一 选择脉冲当量 ······································································································· - 10 - 二 计算切削力 ··········································································································· - 10 - 三 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 ············································································ - 11 - 四 齿轮进给齿轮箱传动比计算 ················································································ - 20 - 五 步进电机的计算和选型 ························································································ - 21 - 第四章 微机数控系统的设计 ··························································································· - 26 -一 微机数控系统的设计纲要 ···················································································· - 26 -[一] 硬件电路设计 ····························································································· - 26 - [二] 软件电路设计 ····························································································· - 27 - 二 8031单片机及其扩展··························································································· - 27 -[一] 8031单片机的简介 ···················································································· - 27 - [二] 8031单片机的系统扩展 ············································································· - 28 - [三] 存储器扩展································································································· - 30 - [四] I/O 口的扩展 ······························································································ - 31 - 三 步进电机驱动电路 ······························································································· - 32 -[一] 脉冲分配器（环行分配器） ······································································ - 32 - [二] 光电隔离电路 ····························································································· - 33 - [三] 功率放大器································································································· - 33 - [四] 其他辅助电路 ····························································································· - 34 - 四 数控系统的软件设计 ··························································································· - 35 -[一] 软件脉冲分配器 ························································································· - 35 - [二] 逐点比较法插补程序 ················································································· - 37 - [三] 步进电机升降速软件设计 ·········································································· - 38 -第五章 数控机床零件加工程序 ························································································ - 40 - 第六章 总结与展望 ···········································································································- 41 -南昌工程学院毕业设计第一章绪论数控技术和装备发展趋势当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
目录1 引言 (2)2 数控车床与数控介质 (3)2.1 数控车床的组成 (3)2.2 数控技术的发展 (4)3 数控改造方法及设计 (5)3.1 数控机床在国内的前景 (5)3.2 机床数控改造 (5)3.2.1机床改造的意义 (5)3.2.2 数控车床的性能和精度的选择 (6)3.2.3 车床数控改造方案选择 (7)4 伺服系统 (8)4.1伺服系统的组成 (8)4.2 伺服系统的结构及分类 (8)4.2.1 进给伺服系统的现状与展望 (9)4.2.2 步进伺服系统 (9)4.2.3 直流伺服系统 (9)4.2.4 交流伺服系统 (10)4.2.5 直线伺服系统 (10)4.3 主轴伺服系统的现状及展望 (11)4.3.1交流异步伺服系统 (11)4.3.2交流同步伺服系统 (11)4.3.3 电主轴 (12)4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
(12)4.5 异步伺服驱动系统改造方案 (13)结论 (18)参考文献： (19)致谢 (20)1 引言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。
随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。
数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
C6150普通车床数控改造第一章总体方案设计1-1设计目的：本设计是针对CA6150普通车床进行数控改造。
利用数控系统对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电动机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架，主轴采用变频器控制。
对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。
1-2总体方案确定根据设计任务，车床的横向、纵向（Z轴）进给运动采用步进电机、减速齿轮、滚珠丝杠副、滑板的传动方式。
由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向进给运动。
1-3机械改造设计与计算机械设计内容包括：滚珠丝杠的设计计算与选用，齿轮减速机构的计算与选择，进给系统的步进电动机的计算与选择第二章伺服系统机械部分设计计算伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的负载、确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用2-1 确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机床加工精度的一个基本参数。
因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。
对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6150的技术参数中，要求纵向脉冲当量pf为0.01mm/step。
横向脉冲当量为pf=0.005mm/step。
2-2纵向进给系统切削力与滚珠丝杠的设计计算已知条件工作台重量：W=80kg=800N时间常量： T=25ms行程： s=950mm步距角： 2=0.75o/step快速进给速度：Vmax=0.5m/ms脉冲当量：pf=0.01mm/step（纵向）1、切削力的计算由机床设计手册可知，切削功率Pc=Pηk主电机功率: p= 5.5 kw主传动系统总效率：η=0.8进给系统功率系数：K=0.96Pc=Pηk=5.5×0.8×0.96=4.224kw纵车外圆：计算切削力FFz——主切削力；V——切削速度；由Pc=Fz ×v×0.001/60 可知Fz=1267.2N按切削力各分力比例：Fz：Fx：Fy =1：0.5：0.6Fx=0.5Fz=0.5×1267.2=633.6NFy =0.6Fz =0.6×1267.2=760.32NG=800N2、滚珠丝杠的设计与选择（1）、计算进给牵引力Fm作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力作用在导轨上的摩擦力。
目录1绪论 (2)1．1 数控机床与数控技术 (2)1.1.1数控机床的发展趋势及国内发展现状 (2)1.1.2数控机床的发展趋势 (2)1.2数控改造的必要性 (4)1.2.1机床数控化改造的必要性 (4)1.2.2数控化改造的特点 (5)1.2.3、数控系统的选择 (6)1.2.4数控改造中主要机械部件改装探讨 (6)2 数控车床总体改造方案及机械部分设计 (7)2.1设计要求 (7)2.1.1 设计基本思路 (7)2.1.2总体方案设计 (8)2.1.3初始故障诊断原理 (8)2.2改造方案的确定 (9)2.3改造的实施 (11)2.4验收及后期工作 (12)3车床的PLC数控系统控制原理设计 (13)3.1 车床的操作要求 (13)3.2 PLC数控系统需解决的问题 (13)3.3 数控系统的控制原理 (14)3.4 总程序结构设计 (14)3.5手动程序梯形图设计 (16)4结论 (17)参考文献 (18)致谢 (19)1绪论1．1 数控机床与数控技术1.1.1数控机床的发展趋势及国内发展现状从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。
数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。
数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。
数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。
「用微机数控系统改造CK6150车床的设计」本篇文章将详细介绍如何用微机数控系统改造CK6150车床的设计。
微机数控系统可以极大地提高车床的精度和效率，使其实现自动化操作和程序控制。
本文将按照以下几个方面进行说明：改造目标、设计要点、改造方法以及预期效果。
一、改造目标：1.提高车床的精度和工作效率。
2.实现自动化操作，减少人工干预。
3.加强车床的稳定性和可靠性。
二、设计要点：1.更换电气控制系统：将原有的机械控制系统替换成为微机数控系统，即CNC系统。
CNC系统可以实现数控编程、自动化操作和精确控制。
2.改进运动机构：重新设计和改进主轴箱的结构，提高主轴的刚性和稳定性，以达到更高的加工精度和效率。
3.更换伺服电机：采用高性能伺服电机替换传统的步进电机系统，提高传动精度，并减少系统的缺点。
4.安装测量装置：在车床主轴和工作台上安装位置传感器，实时监测主轴和工作台的位置，以便微机控制系统进行精确控制。
三、改造方法：1.更换电气控制系统：首先，拆除原有的机械控制柜和线路，然后安装CNC控制器和配套的电气元件，如电机驱动器和传感器。
调试电气系统并进行数控编程。
2.改进运动机构：对车床的主轴箱进行重新设计和改进，提高其刚性。
增加适当的支撑和稳定结构，以减少振动和变形。
3.更换伺服电机：拆除原有的步进电机系统和驱动器，替换为高性能的伺服电机和驱动器。
调试伺服电机的参数和控制方式。
4.安装测量装置：在主轴箱和工作台上分别安装主轴和工作台位置传感器，并与微机控制系统进行连接和调试。
四、预期效果：1.改造后的车床将实现高精度和高效率的加工操作，提高产品质量和效益。
2.自动化操作将减少工人的劳动强度，提高生产效率。
3.通过改进机械结构和安装测量装置，车床的稳定性和可靠性将得到提升。
4.通过更换伺服电机和电气控制系统，车床的控制速度和精度将大大提高。
总结：通过以上的设计和改造过程，CK6150车床可以实现自动化加工操作和精确控制。
目录1 引言 (2)2 数控车床与数控介质 (3)2.1 数控车床的组成 (3)2.2 数控技术的发展 (4)3 数控改造方法及设计 (5)3.1 数控机床在国内的前景 (5)3.2 机床数控改造 (5)3.2.1机床改造的意义 (5)3.2.2 数控车床的性能和精度的选择 (6)3.2.3 车床数控改造方案选择 (7)4 伺服系统 (8)4.1伺服系统的组成 (8)4.2 伺服系统的结构及分类 (8)4.2.1 进给伺服系统的现状与展望 (9)4.2.2 步进伺服系统 (9)4.2.3 直流伺服系统 (9)4.2.4 交流伺服系统 (10)4.2.5 直线伺服系统 (10)4.3 主轴伺服系统的现状及展望 (11)4.3.1交流异步伺服系统 (11)4.3.2交流同步伺服系统 (11)4.3.3 电主轴 (12)4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
(12)4.5 异步伺服驱动系统改造方案 (13)结论 (18)参考文献： (19)致谢 (20)1 引言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。
随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。
数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点： 1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。
2. 加工精度高； 3. 生产效率高； 4. 减轻劳动强度，改善劳动条件； 5. 良好的经济效益； 6. 有利于生产管理的现代化。
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。
2 数控车床与数控介质2.1 数控车床的组成1、输入输出装置输入装置可将不同加工信息传递于计算机。
在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。
输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。
2、数控装置数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。
它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。
3、可编程控制器即PLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。
4、检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。
5、机床主机数控机床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。
2.2 数控技术的发展随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。
高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。
高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。
高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。
模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。
我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。
为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：1．加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率。
2．跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。
3．加大成套设计开发能力上求突破。
4．发挥服务优势，扩大市场占有率。
5．多品种制造，满足不同层次的用户。
6．模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。
数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。
3 数控改造方法及设计3.1 数控机床在国内的前景目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
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，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。
3.2 机床数控改造3.2.1机床改造的意义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。
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。
2）性能稳定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。
对复杂零件而用而且可以缩短生产准备周期。
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。
3.2.2 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计。
