1、车床的经济型数控改造设计摘要：国内外制造业的发展经验表明，发展制造业，数控机床是基础。数控机床很好地解决了现代机械制造业结构复杂、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，大幅提高生产效率。然而企业若花大量的资金更换全新的数控机床，则花费过高，给企业造成的经济负担过大，同时报废大量的普通机床也是一个极大的浪费。因此对机床进行数控化改造不失为一个良策。本设计是针对常见的CA6140车床进行数控化改造以达到经济型数控机床的要求。主传动系统部分保留原机床的主轴手动变速；进给传动系统的纵向与横向改造都是采用步进电机通过一级齿轮减速后驱动滚珠丝杠；原刀架拆除加装自动转位刀架（四工位）实现
2、自动换刀；加装脉冲发生器以实现切削螺纹功能；数控系统选择MCS-51系列单片机组成的控制系统。关键词：CA6140车床，数控化改造，滚珠丝杠，步进电动机 Lathe transformation of the economic design of NCAbstract：The manufacturing industry experience both at home and abroad shows that the development of manufacturing industry of foundation is numerical control machine tools .
3、CNC machine tool solves the problems of modern machinery manufacturing complex structure,recision and small batch and changeable parts processing. and CNC machine tool can stabilize the quality of their products and greatly improve the production efficiency.However,it is cost that companies spend a
4、lot of money to get new CNC machine tools.it is the economic burden for enterprises and the machine is a common scrapped a great waste.Therefore, transformation of the NC machine tools would be a good policy.This design is for the common reform CA6140 lathe for CNC machine tools to meet the requirem
5、ents of NC machine.main transmission system retain the original manual transmission.the transmission system reform are based on the stepper motor through gears drive the ball screw.the cutter dismantle cutter with four automatic transfers to change location automatically.installation of the pulse ge
6、nerator to achieve the function of cutting thread.MCS - 51 single-chip control system is selected for Nc system.Key words: CA6140 lathe，NC transformation，ball screws，Stepping MotorV目 录1前 言11.1 经济型数控改造的实际意义12 经济型数控改造总体方案的确定32.1 设计任务32.2 总体方案的论证与确定32.2.1 数控系统的选择32.2.2机械部分的数控化设计改造与选择43 主传动系统的设计改造64 主轴编
7、码器75 机床滑动导轨的改造86 进给传动系统的数控化改造设计86.1 纵向进给传动系统的数控化改造设计96.1.1切削力的确定96.1.2滚珠丝杠螺母副的设计计算与选型106.1.3 齿轮减速器的设计166.1.4 步进电动机的计算与选择176.2 横向进给系统的数控改造设计206.2.1切削力的确定206.2.2滚珠丝杠副的设计计算和选型216.2.3齿轮减速器的设计276.2.4步进电动机的计算与选择287 刀架的数控化改造31结 论32参考文献34致 谢361、前 言数控机床是以数字化的信息实现机床控制的典型机电一体化产品，它是将主运动的变速、起停，进给运动的方向、速度、位移大小，以及
8、诸如刀具的选择、交换、工件的夹紧、松开和冷却的起、停等信息数字化，然后将这些数字信息送入数控系统或计算机，由数控系统或计算机发出各种指令控制机床伺服系统或其他的执行元件以完成加工任务。数控机床是多学科、新技术的合成体，是自动化程度很高的机床。数控机床与普通机床相比较有很多特点： 1.加工质量稳定，数控加工的切削量、进给速度、主轴转速、使用刀具等加工所需条件、参数都可以根据工艺要求，预先编程予以规定，加工过程中避免了人为的干扰，大大提高了同一批产零件的一致性；2.适应性强，能加工形状复杂的零件；3.生产效率高；4.减轻劳动者的劳动强度，减少操作失误，降低废品、次品；5.提高生产管理水平；6.有利
9、于产品生产的自动化。因此数控机床以其适应性强、加工质量稳定、效率高、精度高的特点产品生产中得到了广泛的应用。本次设计通过对CA6140普通车床的数控化改造，提高了原机床的加工精度和扩大了机床的适用范围，使生产效率得到了很大的提高。该论文主要介绍了普通卧式车床机械部分的数控改造化，阐述了CA6140车床横、纵向进给系统的数控化改造设计。1.1 经济型数控改造的实际意义随着人民生活水平的不断提高，物质生活和精神生活不断丰富，经济发展日益加快，市场的变化就会愈来愈大，产品的品种愈来愈多，且产品更新换代的周期愈来愈短。这时，多品种单件小批生产的特点显得愈来愈突出。这就要求企业要很好适应多品种单件生产的
10、特点，因此企业淘汰旧机床和装备数控机床是适应这种要求必经途径。企业获得数控机床有两种途径：一是对现有机床进行技术改造，把传统式的机床改造成数控机床；二是购置全新的数控机床。当前我国的企业大多数为中小型的民营企业，购置全新的数控机床关于投资资金的利润率、对企业流动资金的影响、企业资金的筹措能力、投资的风险及资本的回收、技术上的可行性这几个方面是企业不得不考虑的问题。综合以上各个方面的因数，企业选择对现有旧机床进行数控化改造是一个最好的选择，其优点体现在以下方面：1.减少投资额、交货期短，具有显著的经济效益。通过对机床局部的改造，相较于购买全新的数控机床，一般能节省60%左右的资金，对于大型、特殊
11、机床效果尤为明显。此外还具有针对性强、适应性广、投入少、见效快的特点，但有些情况特殊，如高速主轴、刀具自动交换装置、托盘自动交换装置的制作与安装往往会使改造成本提高2 3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50%左右。2.企业熟悉设备，便于操作维修。购买全新的数控机床，企业劳动者不熟悉设备，需要经过专门培训才能熟练操作和维修机床，耗费时间。而通过对现有旧机床的数控化改造，是企业针对自身现有的机床提出的对机床性能、操作与维修的改进，企业技术人员与操作者参与了改造过程，熟悉改造后的机床性能和操作维修特点，因此在操作维修培训上花费时间短，见效快。机床一经改造安装好后，就能实现满负荷运转。3.机床力学性
12、能稳定。普通机床与数控机床相比，形状复杂的、吨位重的基础零件，如底座、工作台、床身、立柱、顶梁和滑枕等都是必不可少的。用旧机床进行改造，重负使用这些基础零件，必然缩短了制造周期并降低生产成本。再加上企业原有旧机床役龄长，相应的这些基础件的自然时效也长，内应力的消除使得机床主要基础零件的精度稳定性好。综上所述，企业尤其我国的民营制造业企业，通过对现有旧机床的数控化改造是达到拥有数控机床，提高企业的生产率，适应现在小批量多品种生产格局是一个很好的途径。2 经济型数控改造总体方案的确定2.1 设计任务本次毕业设计任务是对CA6140普通车床进行数控化改造，主要对CA6140普通车床的机械部分进行数控
13、化改造。利用微机对横、纵向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件为步进电机，传动系统采用滚珠丝杠螺旋副，刀架采用自动转位刀架。 2.2 总体方案的论证与确定CA6140型普通车床为卧式车床，主要加工轴类和直径不太大的盘、套类零件，主轴水平安装，刀具在水平面内做纵、横向进给运动，其通用性较大，但结构较复杂且自动化程度低，加工过程中的辅助时间较多，适用于单件、小批生产及修理车间等。本设计对CA6140车床的数控化改造是经济型数控改造，因此在对CA6140车床进行改造时尽可能地减少改动，以节约改造成本。2.2.1 数控系统的选择数控系统是
14、数控机床的关键功能部件，更具不同分类特点有不同分类方法，下面就其中两种分类特点选择数控系统。（1）按被控制对象运动轨迹可以分为：点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。点位控制系统，控制机床运动部件的精确位置，保证点与点之间准确位置，此类控制系统主要用于数控钻床、镗床、冲床、测量机及某些加工中心。直线控制系统，控制运动部件除了点与点之间准确位置外，还要保证其移动轨迹为一条直线，而且对位移速度也必须进行控制，此类控制系统用于简单的数控车床、镗铣床及加工中心。连续控制系统又称为轮廓控制系统，采用该控制系统的机床能加工曲面、凸轮、锥度等复杂形状的零件，多用于铣床、能加工曲面的车床、绘图机。因为CA
15、6140普通车床主要用于对中小型轴类、盘类及螺纹零件的加工，所以在本次设计中选择连续控制系统。（2）按伺服系统的类型分类可以分为：闭环控制系统、半闭环控制系统、开环控制系统。闭环控制系统，其控制信号是数控装置送来的指令与机床移动部件实际位置反馈信号进行比较所得的差值，此差值经转换、放大，通过控制坐标轴运动，进行误差修正，直至误差消除。此系统精密加工中心、镗铣床、超精密车床、超精密磨床等。半闭环控制系统，其检测元件安装在电动机或丝杠的轴端，对工作台的实际位置不进行检测，由于丝杠、螺母到工作台不在控制环类，比较容易获得稳定的控制特性。半闭环控制系统介于开环与闭环之间，精度虽没有闭环高，调试却比闭环方便，因此广泛用于各类连续控制的数控系统中。开环控制系统，该控制系统对执行机构实际动作情况是不进行检查的，没有被控制对象的反馈值。指令发出后不再反馈回来。该控制系统的精度完全取决于步进电动机的步距精度以及齿轮、丝杠的传动精度，因此，对传动元件的制造精度和装配质量要求较高。开环控制系统机构简单，技术简单、造价低，维护容易，因此在数控机床发展过程中占有重要的地位，特别是旧机床改造中所占地位更为突出。由于本设计对CA6140普通车床的改造是经济型改造，因此采用步进电动机开环控制
