第6章普通机床的数控化改造

普通机床数控改造设计⽅案说明书ZY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机床改造的必要性：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。

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。

课程设计说明书设计题目：普通车床的数控化改造设计指导老师：设计：班级：学号：时间：一、概述普通车床是金属切削加工中最常见的一类机床，当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向移动和横向移动，车床能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等。

借助成形刀具，车床还能加工各种成形回转表面。

普通车床刀架纵向、横向的进给运动由主轴的回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杠带动溜板箱、纵溜板移动。

进给参数要靠手工预先调整好，如果改变参数，则要停车进行操作。

刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动。

对普通车床进行数控改造，主要是将纵向和横向进给系统改造为CNC装置控制的，能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成为能自动换刀的回转刀架，这样利用CNC装置，车床就可以按顺序进行切削加工。

由于切削参数、切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量、多品种负责零件的加工二、总体方案设计总体方案设计应考虑机床数控系统的运动方式、伺服系统的类型计算机以及传动方式的选择等。

1.数控系统的选择。

普通车床数控化改造后应具有定位、快速进给、直线查补、圆弧查补、暂停、循环加工和螺纹加工等功能，因此，普通车床数控化改造所选用的数控系统应为连续控制系统。

目前，市场上适用于普通车床数控化改造的数控系统较多，如西门子公司的SIEMENS802S型系统、华中数控公司的“世纪星”21/22型系统、广州数控公司的980T型系统等。

2.伺服系统的选择。

普通车床数控化改造后一般为经济型数控机床。

在保证具有一定加工精度的前提下，从改造的成本考虑，应简化结构，降低成本。

因此，进给伺服系统采用一步进电动机为驱动装置的开环系统为宜。

当然，也可以采用以伺服电动机为驱动装置的半闭环系统。

这主要取决于加工精度的要求。

普通车床进给传动系统数控改造普通车床进给传动系统数控改造普通车床进给传动系统数控化改造：是指在普通车床进行数控化改造的过程中，对原车床进给传动系统的结构进行必要的改进，使之达到符合数控车床进给传动系统的精度要求、以保证普通车床数控化改造目标的实现。

对已使用过的普通车床，就改造中进给传动部分数控化改造过程如下：1 前期准备工作1.1 普通车床原精度的评价已使用了几年的车床，不管是主轴箱，还是溜板箱等原有精度较差，特别是车床导轨与大、中溜板的几何精度和形位精度都已超出规定标准精度，要改造成数控车床就要对其传动系统进行拆卸，对所需零件进行检测，确定维修方案。

1.2 确定保留的机械部分普通车床进行数控化改造，普车与数车进给运动路线不同，对普车原有的挂轮箱，走刀箱、溜板箱等机械传动部分进行拆除，只要保留大溜板和中溜板即可。

1.3 拟定修理恢复精度方案已经使用过的普车，静态和动态精度可能达不到规定的标准要求，当改成数控车床时就要对它进行精度恢复，如对导轨进行热处理和磨加工及刮削加工，或贴塑等。

1.4 数控系统的选择目前，我国使用率最高的数控系统有日本的法那科系统；德国的西门子系统和国产各系统，根据社会调研和我校教学要求，我校选择了德国西门子802S 系统对普车进行数控改造。

1.5 进给电机的选择西门子802S 系统的驱动装置与之匹配的是步进电机，由于该数控系统付出的进给指令为脉冲，经驱动控制电路和功率放大后，使步进电机通过齿轮副或同步带轮或联轴器与滚珠丝杠副驱动执行部件转动。

1.6 传动副的选择在滚珠丝杠传动副中，滚珠与丝杠、螺母等部件之间基本上是滚动摩擦、传动副主要部件都经过热处理，且间隙可调到较小，所以精度高、磨损小、寿命长；具有摩擦力小、效率高、其传动效率可在90%以上；因此选择滚珠丝杠，可满足较高精度零件加工要求。

2 进给传动系统的改造和实施步骤2.1 普车精度恢复后的全面保养普通车床经过大修后对不需要的机械传动部分进行拆除，对需保留部分如大、中溜板进行清洗，通过分析比较我们选择滚珠丝杠传动副。

怎样把普通车床改造为数控车床
 数控机床主要由传统的数控系统，加上伺服、位置反馈系统组成，普通机床改造的目的是利用数控系统控制机床自动完成机械加工任务，提高机床的生产效率和加工精度。

在改造中需要解决的问题是把机床的手动进给和机床的换刀，改造成由伺服驱动控制的进给和数控系统PLC控制的刀架自动换位。

本文以CA6140型普通机床为例，介绍普通机床的数控化改造步骤和方法。

 改造的总体思路为通过数控系统对输入的零件加工程序进行运算处理，然后通过输入／输出接口控制步进驱动模块，由驱动模块发出步进脉冲驱动步进电机，经同步齿形传动带（简称同步带）使滚珠丝杠转动，从而带动刀架实现纵向和横向的进给。

螺纹的车削由编码器控制，电动刀架的换刀由数控系统内部的PLC控制。

改造步骤如下：
1.选择数控系统由于伺服电机驱动器及电机的价格比较高，故选用“广数”的DY3三相混合式步进电机驱动器及步进电机。

并且该系统的编程格式与FANUC系统很接近，GSK980TA系统还可以控制步进电机，所以是最合适的。

2.Z向进给系统（纵向进给）纵向进给由Z向进给电机经同步传动带使滚。

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 。

普通车床数控化改造普通车床数控化改造摘要：这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，设计改造后的经济型数控机床具有定位、直线插补、顺逆圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，且加工质量稳定可靠。

零件加工的适应性强，自动化程度高。

关键词：车床 ;数控 ;改造一、引言计算机技术与车床制造业的高速发展，特别是面向柔性制造技术的出现，使得数控车床得到了迅速普及。

这次设计主要是将一台普通车床进行经济型数控改造设计，由于定位精度高，所以纵、横向导轨均采用贴塑导轨，传动系统采用滚珠丝杠，同时，为提高传动刚度和消除间隙，对丝杠进行预拉伸，传动齿轮采用双片错齿消隙齿轮，驱动元件采用步进电机。

为了保证加工螺纹时，主轴转一转，刀架移动一个被加工导程，主轴用脉冲发生器通过波纹管联接，并将纵向和横向进给系统用单片机控制，是其成为一个能独立运动的开环进给伺服系统。

数控系统采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。

控制系统由微机部分、键盘及显示器I/O 接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成。

系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管，以显示加工数据及机床状态等信息。

为了达到机床要求的脉冲当量，传动系统采用步进电机齿轮减速后，带动丝杠。

二、数控改造的优点和意义数控机床是实现柔性制造、计算机系统、敏捷制造等先进制造技术的重要基础装备，它关系到一个国家发展的战略地位。

数控系统可分为开环、半闭环、闭环等几种形式。

开环具有稳定性好、环境是适应性强、造价底等特点;闭环定位精度和重复定位精度高，但造价高;而半闭环既有高档全闭环机床的加工精度，又有开环机床的稳定性和环境适应性，适合复杂零件的加工。

随着科学技术的迅速发展，数控技术的应用范围日益扩大，数控机床及其系统已成为机械制造业中不可缺少的组成部分。

我国在普及应用数控技术方面近几年来取得了很大的进展，从计算机数控(CNC)发展到直接数控(DNC)，并能独立设计和制造机械加工中心及柔性制造系统(FMS)。

C6140普通车床的数控化改造机电一体化系统设计任务书总汇课题：C6140普通机床的数控化改造姓名：蒋青松（第7组）班级： 112040205学号： 11204020512专业：机械设计制造及其自动化院系：机械工程学院2015年6月任务一一：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。

二：机械本体传感检测系统螺纹编码ZSF-6215-007CW-1024BZ 3-5L型采样功率滤波 接 口控制系统（8位的单片机AT89S5120+ DSP)接口执行系统（主轴：YD系列7.5KW变级多速三相异步电动机，实现2-4档变速；刀架：LD4B-CK61控制系统（8位的单片机AT89S5120+DSP)滚珠丝杠初步原理框图数控原理框图三：问题说明1：连续控制系统：由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速度相对于工件沿加工路径运动（因为点位控制系统要求工件相对于刀具运动过程不进行切削），所以选择之；2：开环控制系统：该改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，没有加入反馈系统，为了简化系统，降低成本，所以选择之。

普通车床数控化改造研究与应用数控机床一般由由输入/输出装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。

所谓机床数控化改造，就是应用现有的数控技术，在普通机床上，加装数控装置，并对机床的局部结构进行改造，使机床全部或局部达到新数控机床的水平，具有一定的自动加工能力，以适应生产的具体要求。

本课题来源于某公司。

该公司属于老企业，近年来主要生产发动机配件及农机配件，许多老设备已经不能满足生产技术的要求，但若购置新设备，投资较大，企业承受不起。

想通过对在本公司应用最多的CA6132普通机床进行数控改造，探索出一条设备功能提升的路子。

通过对设备的具体分析及对目前我国数控技术的的了解，认为国产数控系统完全能够满足改造要求。

具体的改造方案如下：（1）数控系统和伺服系统的选择；从功能性、经济性、可靠性方面选择合适的数控系统。

（2）对主运动及进给运动系统进行改造；1）主传动部分的改造。

主要是主轴动力的改造。

方法是：将主轴电动机换成变频调速电动机，调速部分由变频器控制。

将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。

通过改造后，机床的主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。

2）进给机构的改造。

改造后，伺服電动机动力经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动后，来驱动纵向、横向进给。

而将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。

（3）数控机床辅助装置的选择；（4）整机联接调试。

1 数控系统选择数控系统的选择主要考虑以下几点：一是尽量选择与公司内现有数控机床同一个型号的数控系统。

以便于管理和维修，二是从经济方面考虑，数控机床改造，能够满足要求即可。

针对本课题而言，数控系统应满足如下功能：纵向、横向进给伺服系统应能。

独立运动且能被数控装置控制；该系统应具有纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能；能进行循环加工和螺纹加工；具有定位功能。

综合以上因素，进口系统虽可靠性好，技术先进，但价格昂贵，用来改造数控机床显然性价比较低。