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1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 Henan Polytechnic Institute 毕业设计（论文）题 目： CA6140普通车床的数控改造 班 级：机电设备维修与管理0902班 学 号: 0203090229 姓 名： 刘东风 指导教师： 季 祥 CA6140车床数控化改造摘要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
2、，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各个改造部分的设计。通过对CA6140普通车床的数控改造，实现了加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，大大提高了工作效率，稳定了零件的加工质量，并保留了原机床的基本结构和部分工作性能，能节约资金，缩短生产周期，是工厂进行机械设备技术化改造的趋势。关键词：车床，数控，改造，精度，进给系统
3、目录一 绪论11.1数控机床的发展史11.2机床数控化改造的意义11.3数控化改造后机床的优越性11.4机床数控化改造的内容2二 设计要求及系统的选型32.1总体方案设计要求32.2设计参数32.3其他要求32.4系统的确定42.5系统的特点42.6GSK980TA的参数4三 车床丝杠的改造与伺服系统的改造设计73.1滚珠丝杠的优点73.2换用滚珠丝杠的设计73.3纵向滚珠丝杠选型与设计73.4横向滚珠丝杠的选用与设计123.5滚珠丝杠的支撑与轴承的选用163.6步进电机的选用原则163.7步进电机的选用183.8驱动器的选择24四 CA6140其他部分的改造特点264.1电气控制系统的改造设
4、计264.2主轴脉冲发生器的选用与安装294.3导轨副的改装294.4联轴器的安装29五 总结30致谢31参考文献32附录33IICA6140普通车床的数控改造 27一 绪论1.1数控机床的发展史1946年诞生了世界上第一台电子计算机。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。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。（注：两个阶段：数控NC阶段和计算机数控CNC阶段。六代：即电子管时代、晶体管时代、小规模集成电路时代、小型计算机时代、微处理器时代和基于PC时代）。必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了
5、可靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。因此，数控技术经过了近30年的发展才走向普及应用。1.2机床数控化改造的意义 机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微型计算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。众所周知，企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出满足市场需求、性能合适的产品。目前,采用先进的数控机床已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的另一条有效途径。机床数控化改造的
6、市场目前在我国有很大的发展空间，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、成本高等不良因素，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。近年来，美国、日本、德国、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成了用数控技术改造机床和生产线的新的行业和领域。1.3数控化改造后机床的优越性（1）机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。（2）机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者
7、不能加工的复杂型面零件。（3）机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高37倍。（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运，降低工件的定位误差。（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好的调节了机床加工状态，还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。（6）数控加工降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期很生产周期，并可对市场需求做出快速反应。1.4机床数控化改造的内容（1）精度恢复和机械传动部分的改进。随着机床使用的役龄的增加，机床的机械传动部件，如导轨、丝杠、轴承等都有不用程度的磨损。因此，机床改造过程
8、中的首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。（2）选定数控系统和伺服系统。根据要求进行数控化改造机床的控制功能要求，选择合适的数控系统是至关重要的。选择是，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。（3）数控机床辅助装置的选取。辅助装置指的是数控机床的一些必须的配套部件。如冷却系统、自动换刀装置等（4）在进行机床数控化改造时，原机床的电器控制部分要做改造，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应
9、尽量简化强电控制线路。还要在设计时考虑电磁干扰的问题。（5）整机联接调试。旧机床上述各个部件的改造过程完成后，就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试，看单个动作是否正常，然后再进行联机调试。经数控化改造的机床就成为了数控机床，具有数控机床的特点，如数控机床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特点。但是改造后的机床也具有一定的局限性，主要有机床原有结构精度限制了改造后机床的加工精度和加工性能；机床原有的结构形式限制了改造后机床的加工范围和数控化程度。这些不利条件最终影响了改造后机床的速度和精度。随着数控产业整体水平的提高，数控系统的性能、伺服电动机及其驱
10、动装置等配套产品的性能也提高很多，对数控化改造中机床速度和精度的提高都非常有利。二 设计要求及系统的选型2.1总体方案设计要求（1）改造前要求机床的状况良好，各种基础构件有足够的刚性，机械性能良好，符合数控改造的要求。（2）普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，控制精度Z轴为0.01mm，X轴为0.005mm因此，数控系统选连续控制系统。3）车床数控化改装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，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。（4）根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经
11、济性要求，经济型数控机床的系统一般采用国产机床系统，如广州数控设备厂的GSK980TA数控系统，其为两轴联动，功能比较齐全，价格便宜。（5）设计自动回转刀架及其控制电路。（6）纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。（7）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。（8）为了减少改造的复杂性，主轴要求不改造。2.2设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。改造CA6140机床设计参数如下：最大加工直径：在床面上400mm 在横刀架以上210mm最大加工长度：1000mm快进速度：纵向2.4m/min横向1
12、.2m/min最大切削进给速度：纵向0.5m/min横向0.25m/min溜板及刀架重力：纵向800N横向600N主电机功率：7.5KW控制坐标数：2最小指令值（脉冲当量）： 纵向 0.01mm/脉冲 横向0.005mm/脉冲进给传动链间隙补偿量： 纵向0.15mm横向0.075mm2.3其他要求（1） 原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本缩短改造周期。（2）机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保正安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。2.4系统的确定在选择数控系统的型号时，要考虑CA6140机床的加工精度，加工精度可达IT7级，要求6140
13、能加工复杂的零件，所以数控系统选择连续型控制的，开环控制系统。以满足数控化改造后的定位，插补，循环加工，和螺纹加工等功能。根据经济性，实用性的比较，确定使用国产数控系统，广州数控厂的GSK980TA数控系统，此系统功能齐全，价格便宜，操作方便，性能稳定，比较适合与经济型的数控机床。选择数控系统时，应尽量向一个厂家靠拢，这样有利于维修和管理，也有利于备件的购买。在改造中应考虑有类似的数控装置。2.5系统的特点GSK980TA的特点如下：（1）该系统采用16bit高速微处理器（CPU）和超大规模可编程门阵列（CPLD）进行硬件插补，实现高速微米级控制。（2）全封闭式装置，集成高度，整机工艺结构合理
14、，抗干扰能力强，可靠性强。（3）直线型、指数型加减速方式，可配套步进电机、伺服电机，应用灵活。（4）可变电子齿轮比，应用方便。（5）320*240点阵列式液晶显示。（6）中文、英文（选配）菜单，界面友好，操作方便。2.6GSK980TA的参数运动控制功能控制轴：X、Z两轴 最小指令单位：0.001mm插补方式：X、Z两轴直线、圆弧插补位置指令范围：-9999.999mm+9999.999mm最高速度：7600mm/min 3000mm/min（选配）最高进给速度：直线7600mm/min（电子齿轮为1 ：1）没转进给：0.001500mm/r（需安装1024p/r主轴编码器）进给倍率：0%150%十六级实时调节快速倍率：F0、25%、50%、100%四级加减速方式：直线型快速加减速，指数型进给加减速，参数可调电子齿轮比：（1127）/（1127）显示界面显示器类型：320*240点阵式蓝底液晶（LCD），CCFL背光显示方式：中文菜单 图形显示功能：有G功能共有23种G指令，包括3种单一固定循环指令和7种复合循环指令，8种用户宏指令可读写，最多16点输入，6点输出，二重子程序调用。螺纹功能米制/英制单头直螺纹、锥螺纹及米制/英制端面螺纹，螺纹退尾长度可定。螺纹螺距：0.001500mm主轴编码器：1024p/r增量式编码器补
