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科学技术学院毕业设计论文题目：CA6140普通车床进给系统数控化改造学科部：理工学科部专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：填表日期： 2016 年 4 月 8目录第1章摘要和要求1.1 摘要 (1)1.2 改造要求 (1)第2章机床进给伺服系统的设计和计算2.1 脉冲当量的确定 (1)2.2 切削力的计算 (1)2.2.1Z轴切削力的计算 (1)2.2.2 X轴切削力的计算 (2)2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (2)2.3.1Z轴进给丝杠螺母副的选型 (2)2.3.2 X轴进给丝杠螺母副的选型 (5)2.4 齿轮传动比的计算 (8)2.4.1 Z轴进给齿轮箱传动比的计算 (8)2.4.2 X轴进给齿轮箱传动比的计算 (9)2.5 步进电机的计算和选型 (9)2.5.1 Z轴进给步进电机的选型 (9)2.5.2 X轴进给步进电机的选型 (14)2.6 电动刀架的选型 (17)第3章第1章任务和要求将一台CA6140普通车床改造成经济型微机数控车床，采用MCS-51系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能。
其主要设计参数如下：加工最大直径：在床面上Φ400mm在床鞍上Φ210mm加工最大长度：500mm溜板及刀架重量：纵向1000N横向500N刀架快速移动速度：纵向2m/min横向1m/min最大进给速度：纵向 1.6m/min横向0.8m/min主电机功率：3kW机床定位精度：0.02第2章 机床进给伺服系统的设计和计算2.1选择脉冲当量，根据车床精度要求为0.02，可选择脉冲单量为纵向：p δ =0.01mm/step横向：'p δ =0.005m/step2.2计算切削力一、Z 轴切削力的计算主切削力()Z F N 按电机功率计算如下：kw kw P Pc 55.285.03=⨯=⨯=η额N N v Pc Fz c 153010055.26000060000=⨯=⨯=其中 C P —切削功率（kw ）；P 额—机床主传动额定功率（kW ）；C v —切削速度：90～100m/min 取100m/min ；η—主传动系统总的机械效率，这里η=0.85。
CA6140普通车床数控改造数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中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。
但目前大力发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多职业类学校和中小型企业难以承受。
再者普通车床经过多次大修后，故障率仍然较高，且维修费用成本较高。
因此普通车床进行数控改造势在必行。
一、改造方案本文结合我校教学实际，针对CA6140车床机床进行数控改造。
对于普通车床的经济型数控改造，总体改造方案应遵循的原则是：数控车床的改造目的是要求车床稳定可靠，合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。
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：首先，机床基础件必须有足够的刚性。
其次，改造的费用要合适，经济性好。
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。
为实现主轴自动无级变速，在主轴上增加交流异步电动机变频调速系统、主轴脉冲发生器，从而不需进行机械换档。
（1）数控部分的改造。
第一，数控系统运动方式的确定。
数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。
点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。
由于CA6140车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。
第二，伺服进给系统的设计改造。
数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。
闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。
但它结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。
半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。
但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。
经过以上比较，由于所改造的CA6140车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
前言毕业设计是学校对我们在大学中所学知识的一个检验，它几乎包含了我们学习的全部专业知识。
课程设计工作做的好坏，直接体现了个人现阶段实力的强弱，我们必须拿出百分之百的热情，用心搞好毕业设计。
随着科技的进步和生产的发展，机械产品和机械制造技术的内涵正在不断的发生变化。
在企业的生产第一线，从事机电产品设计、制造、质量、销售、服务、维修等技术和管理工作的人员，强调要有较宽的知识面和跨学科综合解决工程实际问题的能力。
因此，在高等教育的专业技术人才培养上，不仅要求他们学习和掌握计算机技术等多方面的新知识、新技术，而且对切削原理、切削机床和机械制造工艺等必备的理论和知识，要运用全新的观念，重新进行科学的优化组合，以形成新的课程体系与结构。
而随着机械技术、微电子技术的飞速发展与应用，机械技术与微电子技术的相互渗透，则标志着机电有机结合的机电一体化技术也在飞速发展。
机电有机结合的本质是从系统的观点出发，用机械技术与微机控制技术构造最佳的一体化系统，从而实现系统或产品的短小轻薄和智能化，达到节能省源，节省材料，多功能、高性能和高可靠性的目的。
机床技术是70年代发展起来的一种机床自动控制技术。
数控机床是典型的机电一体化产品，是高新技术的重要组成部分。
采用数空机床，提高机械工业的自动化生产水平和产品质量，是当前机械制造业技术改造的必由之路。
现代数控机床是柔性制造单元，柔性制造系统乃至计算机集成组成制造系统中不可缺少的基础设备。
目前被广泛应用的数控机床就是典型的机电结合。
数控，即数字控制（NumbericalＣontrol，NC），在机床领域是指用数字华信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。
如果采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算几数控（Computeized Numerical Control，CNC）。
数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。
数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。
第一章: 微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容数控系统总体方案的拟定应包括以下内容:系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。
一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、连续控制系统和点位/直线控制系统。
如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。
例如，数控钻床，在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。
对于点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。
连续控制系统要求工作台和刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，能够控制刀具沿任意直线或曲线运动，控制每一个轴的位置和速度，使得各个轴同步协调到达目标点。
连续控制系统不仅控制目标点，而且控制刀具到达这些目标点的整个路径，使刀具始终接触工件并制造出希望的形状，所以具有连续控制系统的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，故而连续控制系统又称为轮廓控制系统或仿型系统。
在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。
例如，数控铣床、数控车床等。
点位-直线系统，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工作，进行简单的车削和铣削作业。
其控制方法与点位系统十分相似，故有时也将这两种系统统称为点位控制系统。
例如，数控镗铣床等。
二、伺服系统的选择伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。
指令发出后，不再反馈回来，故称为开环控制。
开环控制系统主要由步进电机驱动。
开环伺服系统结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单。
目前国内大力发展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。
闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。
闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。
天津大学毕业设计（论文）任务书题目：CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造完成期限：2010年8月23日至2010年12月24日学院_机械工程学院_ 指导教师_ _专业_机械工程及自动化_ 职称_ _学生系主任________接受任务日期_2010.8.23_ 批准日期 2010.8.23一、原始依据（资料）㈠CA6140卧式车床的技术数据：工件最大直径在床身上400mm 在刀架上210mm最大加工长度750、1000、1500、2000mm加工螺纹围公制螺纹 mm1~12 (20种) 英制螺纹 t/m2~24 (20种) 模数螺纹 mm0.25~3 (11种) 径节螺纹 t/m7~96 (24种)主轴最大通过直径48mm孔锥度莫氏6#正转转速级数24正转转速围10~1400r/min 反转转速级数12反转转速围14~1580r/min进给量纵向级数64纵向围0.028~6.33mm/r 横向级数64横向围0.014~3.16mm/r滑板行程横向320mm纵向650、900、1400、1900mm 刀架最大行程140mm最大回转角±90°刀杠支承面至中心的距离26mm刀杠截面B×H25×25mm尾座顶尖套莫氏锥度5#横向最大移动量±10mm外形尺寸长×宽×高2418×1000×1267mm工作精度圆度0.01mm圆柱度200:0.02平面度0.02/φ300mm 表面粗糙度Ra 1.6~3.2μm电动机功率主电动机7.5kw总功率7.84kw ㈡横向进给机构改造的设计依据：最大加工直径在床面上400mm在床鞍上210mm快进速度横向 2.4m/min最大切削进给速度横向0.8m/min定位精度±0.015mm起动加速时间30ms脉冲当量0.01mm/脉冲溜板及刀架重力横向600N代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式绝对、增量控制坐标数2自动升降速性能有㈢主要参考资料：[1] 新义主编，经济型数控机床系统设计，:机械工业，1993[2] 高钟毓主编，机电一体化系统设计，：机械工业，2000，P17~25、P92~93[3] 虞洪述主編，机械制图，：交通大学，1997，P208~323[4] 松林、奇鹏主编，机电一体化机械系统设计，：机械工业，1996[5] 楼建勇主编，数控机床与编程，：大学，1998[6] 戴曙主编，金属切削机床，：机械工业，1999年[7] 可桢、程光蕴主编，机械设计基础，：高等教育，1989[8] 吴宗泽、罗圣国主编，机械设计课程设计手册，:高等教育，1998[9] 洪主编，实用机床设计手册，：科学技术，1999，P791~864[10] 斌主编，数控加工技术，：高等教育，2001，P1[11] 吴主编，金属切削机床，：机械工业，1995年，P23~25、P242[12] 秀珍、曲玉峰主编，机械设计基础，：机械工业，1999，P118[13] 金伴、马伟编，实用数控机床技术手册，：化学工业，2007，P129~152[14] 林其骏主编，数控技术与应用，：机械工业，1995，P1~3、P56~69、P146~160[15] 巧媛主编，单片机原理及应用，：电子工业，1997，P130～150[16] 陆剑中、家宁主编，金属切削原理与刀具（第2版），：机械工业，1997，P52[17] 郝忠军、雷晓玲主编，综合作业指导书，：机械部工程师进修大学电气学院，1995，P53~85[18] 胡旭兰，CA6140车床进给系统的数控改造，：机床与液压，2004，No.3，P167[19] 国浩、左玉营，CA6140普通车床的数控化改造，：机械，2005，No.3，P22[20] 中敏，旧机床数控化改造进给系统的设计及计算，：中国设备工程，2008，No9，P57~61[21] 朱晓春主编，先进制造技术，：机械工业，2004，P7[22] 毛必显，普通机床的数控改造（续），：设备管理与维修，1997，No5，P21[23] 中敏，机床数控改造探讨，：中国设备工程，2005，No10，P13~14[24] 王亚鹏，CA6140型普通车床的数控化改造，：科技创新导报，2009，No30，P60[25] 志彪，普通机床的数控改造初探，省：考试周刊，2010，No19，P156二、设计容和要求：㈠设计要求1、CA6140数控车床横向进给机构的装配图（A0图纸一）2、横向进给机构的部分零件图（A4图纸一）3、数控车床进给系统的控制电路图（A1图纸一）4、设计说明书（1.9万余字）一份5、答辩ppt文件一个6、光盘一㈡设计容主要容是CA6140型普通车床横向进给机构的数控化改造，包括绪论的编写，进行了国外有关资料的搜集，确定了系统的脉冲当量，进行了滚珠丝杠螺母副的选型与参数计算，齿轮传动比计算，进给传动系统的刚度校核，驱动电机的选型计算，滚珠丝杠轴承的选型与校核，等效转动惯量计算，电机力矩计算，计算了步进电机的空载起动频率和切削时的工作频率，步进电动机的选择，标准件的选择和控制电路的设计等。
目录1设计任务 (2)2设计要求 (2)2.1总体方案设计要求 (2)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 (5)3.2.1确定系统的脉冲当量 (5)3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (5)3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (9)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 (13)4.1.3转矩 (13)4.1.4启动频率 (13)4.2步进电动机的选择 (13)4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (13)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 (14)6控制系统硬件电路设计 (15)6.1控制系统的功能要求 (15)6.2硬件电路的组成： (15)6.3电路原理图 (15)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 .. (17)8参考文献 (17)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1150mm3) 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25mm9) 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2设计要求2.1总体方案设计要求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。
第一章微机数控系统总体设计方案的拟定第一节总体方案设计的内容机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。
具体包括：一、数控系统总体设计方案的拟定（1）系统运动方式的确定。
（2）伺服系统的选择。
（3）执行机构的传动方式确定。
（4）计算机的选择。
应根据设计任务和要求，参考现有同类型数控机床，进行综合分析、比较和论证，确定以上内容。
二、进给伺服系统机械部分设计计算（1）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。
（2）确定脉冲当量。
（3）滚珠丝杠螺母副的计算和选型。
（4）导轨的计算和选型。
（5）进给伺服系统传动计算。
（6）步进电动机的计算和选用。
（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。
三、微机控制系统的设计（1）控制系统方案的确定及框图绘制。
（2）MCS-51系列单片机及扩展芯片的选用。
（3）I/O接口电路及译码电路的设计。
（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。
四、数控加工程序的编制（1）零件工艺分析及确定工艺路线。
（2）选择数控机床设备。
（3）确定工件装夹方法及对刀点。
（4）选择刀具。
（5）确定切削用量。
（6）编制零件加工程序。
第二节总体设计方案的确定一、系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。
如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制系统。
例如数控钻床，在工作台移动过程中不进行钻孔加工，因此可选用点位控制系统。
对点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。
若要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，则为连续控制系统，应具备控制刀具以给定速率沿加工路径运动的功能。
具备这种控制能力的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，所以连续控制系统又称为轮廓控制系统。
例如数控铣床、数控车床等均属于此种运动方式。
还有一些采用点位控制的数控机床，例如数控镗铣床等，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工件。
CA6140卧式车床数控化改造设计摘要：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 (2)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 (14)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 (28)第6章主运动传动系统总体方案的设计 (36)6.1主运动传动系统的设计 (36)6.1.1无级变速传动系统 (36)6.1.2 有级变速传动系统 (37)6.1.3固定传动比的传动系统 (37)6.2电动机的选择 (38)6.2.1.电动机工作方式的确定 (38)6.2.2电动机类型的确定 (38)6.2.3电动机型号的选择 (38)6.3箱体的结构设计 (38)6.4主轴脉冲发生器的安装 (39)第7章刀架的选型 (40)第8章设计小结 (42)8.1优缺点分析 (42)8.2设计的改进及扩展 (42)总结 (43)致谢 (44)附录 (45)参考文献 (48)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”。
目录引言 - 3 -1、总体结构设计 - 4 -1.1减速传动机构的设计 - 4 -1.2上刀体锁紧与精定位机构的设计 - 4 -1.3刀架抬起机构的设计 - 4 -1.4自动回转刀架的工作原理 - 4 -2.主要传动部件的设计 - 6 -2.1蜗杆副的设计计算 - 6 -2.1.1蜗杆的选型 - 6 -2.1.2蜗杆副的材料 - 6 -2.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计 - 6 -2.1.4蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 - 8 - 2.1.5校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 - 9 -2.2螺杆的设计计算 - 10 -2.2.1螺距的确定 - 10 -2.2.2其它参数的确定 - 10 -2.2.3自锁性能校核 - 10 -3.电气控制部分的设计 - 11 -3.1硬件电路设计 - 11 -3.1.1收信电路 - 11 -3.1.2发信电路 - 11 -3.2控制软件设计 - 13 -4.总结 - 17 -参考文献 - 18 -引言数控系统由于功能适宜.价格便宜. 用它来改造车床，投资少、见效快、成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。
十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善. 并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性、更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。
由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。
对于原有老的经济型数控车床，特别是 80 年代末期改造的设备，由于种种原因闲的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题。
通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高了生产效率，创造更大的经济效益。
数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。
数控车床的出现对提高生产率改将产品质量以及改善劳动条件和提高效率上发挥了重要的作用。
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”。
沈阳理工大学机电一体化课程设计计算说明书题目：卧式车床数控化改造设计所属系部：机械运载学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2011年 6月 13日目录摘要 (2)设计题目 (3)1. 设计任务 (4)2. 总体方案的确定 (5)3. 机械系统的改造设计方案 (5)4. 进给传动部件的计算和选型 (8)4.1 脉冲当量的确定 (8)4.2 切削力的计算 (8)4.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） (9)4.4 同步带减速箱的设计（纵向） (10)4、5 步进电动机的计算与选型（纵向） (13)4.6 同步带传递功率的校核 (17)5. 绘制进给传动机构的装配图 (17)6. 控制系统硬件电路的设计 (18)7. 步进电动机驱动电源的选择 (19)8. 控制系统的部分软件设计 (20)8.1 存储器与I/O芯片地址分配 (20)8.2 控制系统的监控管理程序 (20)8.3 8255芯片初始化子程序 (21)8.4 8279芯片初始化子程序 (21)8.5 8279控制LED显示子程序 (22)8.6 8279管理键盘子程序 (24)8.7 D/A电路输出模拟电压程序 (25)8.8 步进电动机的运动控制程序 (25)8.9 电动刀架的转位控制程序 (25)8.10 主轴、卡盘与冷却泵的控制程序 (25)机电一体化课设的感受与收获 (27)结论 (28)谢辞 (29)参考文献 (30)摘要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。
任何国家的制造业都是国民经济的基础产业，也是国民经济的主要来源。
没有发达的制造业，就不可能有国家真正的繁荣和强大。
制造技术是制造业的技术支柱，是一个国家科技水平、综合国力的重要体现，制造技术的发展是一个国家经济增长的根本动力。
而制造业中机床是其基础装备。
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。
（机电一体化系统设计课程设计指导书）设计题目：——卧式车床数控化改造设计普通车床（如C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630等）是金属切削加工最常用的一类机床。
C6140普通车床的结构布局如图所示。
当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等，借助成型刀具，还能加工各种成形回转表面。
C6140普通车床的结构布局图1-床脚2-挂轮3-进给箱4-主轴箱5-纵溜板6-溜板箱7-横溜板8-刀架9-上溜板10-尾座11-丝杠12-光杠13-床身机床实体图普通车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，由光杆或丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。
进给参数依靠手工调整，改变参数时需要停车。
刀架的纵向进给和横向进给不能联动，切削次序需要人工控制。
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成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。
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、切削次序和刀具都可按程序自动进行调节和更换，再加上纵、横向的联动进给功能，所以，改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序集中车削，从而提高生产效率和加工精度。
1. 设计任务题目：C6140普通车床数控化改造设计任务：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400 mm ；（2）最大加工长度1000 mm ；（3）X 方向(横向)的脉冲当量x δ = 0.005 mm/脉冲,Z 方向(纵向)z δ = 0.01 mm/脉冲；（4）X 方向最快移动速度m ax x v = 3000 mm/min ，Z 方向为max z v = 6000 mm/min ；（5）X 方向最快工进速度F x v max = 400 mm/min ，Z 方向为zmxF v = 800 mm/min ；（6）X 方向定位精度± 0.01 mm，Z 方向± 0.02 mm；（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，最大导程为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。
2. 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。
（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，应简化结构，降低成本。
因此，进给伺服系统常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。
3. 机械系统的改造设计方案3.1 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。
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70Hz，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）。
本例中，当采用有级变速时，可选用浙江超力电机有限公司生产的YD系列7.5kW变极多速三相异步电动机，实现2～４档变速；当采用无级变速时，应加装交流变频器，推荐型号为：F1000-G0075T3B，适配7.5kW电动机，生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。
3.2 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，选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。
卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。
3.3 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3.4 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，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动本例中，改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24 mm，Z向的进给脉冲当量是0.01 mm/脉冲，所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24 mm /（0.01 mm/脉冲）=2400脉冲。
考虑到编码器的输出有相位差为90º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，本例选择螺纹编码器的型号为：ZLF-1200Z-05V0-15-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15 mm，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联接起来。
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联接，且车床主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。
3.5 进给系统的改造与设计方案（1）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找主轴的同步轴，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电动刀架（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216 mm，见书后图6-2）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座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。
改造后的横向、纵向进给系统分别见图3-1与图3-2。
