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1、X X学院毕业设计说明书课 题： 车床的数控改造 子课题: 同课题学生姓名: 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 CA6140车床的数控改造摘 要随着科学技术的发展，一些高科技产品的出现及产品的大规模生产。普通车床已无法满足需要，对数控机床的需求空前提高，但购买新的数控机床特别是大型数控机床费用很高，常使许多用户望而怯步，特别是像我国这样的发展中国家资金有限。为了满足需求我们对普通的车床进行数控化改造。经过近几年的努力探索，经验告诉我们，对老机床实施数控化改造，不仅实用性能良好、周期短，而且可以节约大量资金。被改造的机床越大，所节约的资金也越多。本文主要论述了普通车床改造的项
2、目、步骤和需要进行改造的主要部件。重点讨论了CA6140机床的主轴系统、进给系统、丝杠、刀架以及导轨的改造。关键词：数控机床 数控改造目 录摘要 .2一、数控车床的简介1.数控机床的概述 .52.数控机床的工作原理 .73.数控机床的发展趋势 .8二、数控机床的改造概述1.数控机床改造的必要性 .102.数控改造的步骤 .113.数控系统的选择 .134.数控改造中主要机械部件改装探讨 .14三、CA6140机床的数控改造1.CA6140的基本情况.152.CA6140数控改造.183.主传动系统的改造 .204.进给系统的改造 .215.刀架的改造 .21四、常见故障及排除方法 .22致谢
3、.23参考文献 .24一、数控车床的简介1.数控机床的概述数控机床（Numerical Control Tools）是采用数字化信号，通过可编程的自动控制工作方式，实现对设备运行及其加工过程产生的位置、角度、速度、力等信号进行控制的新型自动化机床。数控机床的计算机信息处理及控制的内容主要包括：基本的数控数据输入输出、直线和圆弧插补运算、刀具补偿、间隙补偿、螺距误差补偿和位置伺服控制等。一些先进的数控机床甚至还具有某些智能的功能，如螺旋线插补、刀具监控、在线测量、自适应控制、故障诊断、软键（SoftKey）菜单、会话型编程、图形仿真等。数控机床的大部分功能对实时性要求很强，信息处理量也较大，因此
4、许多数控机床都采用多微处理器数控方式。 一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系统是非常重要的。 （1）、柔性高 数控机床按照数控程序加工零件，当加工零件改变时，般只需要更换数控程序和配备所需的刀具，不需要靠模、样板、钻镗模等专用工艺装备。数控机床可以很快地从加工一种零件转变为加工另一种零件，生产准备周期短，适合于多品种小批量生产。 （2）、自动化程度高 数控程序是数控机床加工零件所需的几何信息和工艺信息的集合。几何信息有走刀路径、插补参数、刀具长度和半径补偿；工艺信息有刀具、主轴转速、进给速度、冷却液开/关等。在切削加工过程中，自动实现刀具和工
5、件的相对运动，自动变换切削速度和进给速度，自动开/关冷却液，数控车床自动转位换刀。操作者的任务是装卸工件、换刀、操作按键、监视加工过程等。 （3）、加工精度高、质量稳定 现代数控机床装备有CNC数控装置和新型伺服系统，具有很高的控制精度，普遍达到1 rn，高精度数控机床可达到0.2 m。数控机床的进给伺服系统采用闭环或半闭环控制，对反向间隙和丝杠螺距误差以及刀具磨损进行补偿，因而数控机床能达到较高的加工精度。对中小型数控机床，定位精度普遍可达到0.03mm，重复定位精度可达到0.0lmm。数控机床的传动系统和机床结构都具有很高的刚度和稳定性，制造精度也比普通机床高。当数控机床有35轴联动功能时
6、，可加工各种复杂曲面，并能获得较高精度。由于按照数控程序自动加工，避免了人为的操作误差，因而同一批加工零件的尺寸一致性好，加工质量稳定。 （4）、生产效率较高 零件加工时间由机动时间和辅助时间组成，数控机床加工的机动时间和辅助时间比普通机床明显减少。数控机床主轴转速范围和进给速度范围比普通机床大，主轴转速范围通常在 106000r/min，高速切削加工时可达15000r/min，进给速度范围上限可达到1012m/min，高速切削加工进给速度甚至超过30m /min，快速移动速度超过3060m/min。主运动和进给运动一般为无级变速，每道工序都能选用最有利的切削用量，空行程时间明显减少。数控机床
7、的主轴电动机和进给驱动电动机的驱动能力比同规格的普通机床大，机床的结构刚度高，有的数控机床能进行强力切削，有效地减少机动时间。 （5）、具有刀具寿命管理功能 构成FMC和FMS的数控机床具有刀具寿命管理功能，可对每把刀的切削时间进行统计，当达到给定的刀具耐用度时，自动换下磨损刀具，并换上备用刀具。 （6）、具有通信功能 现代数控机床一般都具有通信接口，可以实现上层计算机与数控机床之间的通信，也可以实现几台数控机床之间的数据通信，同时还可以直接对几台数控机床进行控制。通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。 图1 数控装置的基本组成框图图 1是数控装置的基本组成框图，其中1为加工零件的图
8、样，作为数控装置工作的原始数据，2为程序编制部分，3为控制介质，也称为信息载体，通常用穿孔纸带、磁带、软磁盘或光盘作为记载控制指令的介质。控制介质上存储了加工零件所需要的全部操作信息，是数控系统用来指挥和控制设备进行加工运动的唯一指令信息。但在现代CAD/CAM系统中，可不经控制介质，而是将计算机辅助设计的结果及自动编制的程序加以后置处理，直接输入数控装置。 图1中的4为数控系统，它是数控机床的核心环节。数控系统的作用是按接收介质输入的信息，经处理运算后去控制机床运行。按数控系统的软硬件构成特征来分类，可分为硬线数控与软线数控。传统的数控系统（即系统的核心数字控制装置）是由各种逻辑元件、记忆元
9、件组成的随机逻辑电路，是采用固定接线的硬件结构，数控功能是由硬件来实现的，这类数控系统称之为硬件数控。 数控系统的工作本体是加工运动的实际执行部件，主要包括主运动部件、进给运动执行部件、工作台及床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置，存放刀具的刀架、刀库或交换刀具的自动换刀机构等。对工作本体的要求是，应有足够的刚度和抗振性，要有足够的精度，热变形小，传动系统结构要简单，便于实现自动控制。2.数控机床的工作原理数控机床的工作原理是数控装置内的计算机对以数字和字符编码方式所记录的信息进行一系列处理后，向机床进给等执行机构发出命令，执行机构则按其命令对加工所需各种动作，如刀具相
10、对于工件的运动轨迹、位移量和速度等实现自动控制，从而完成工件的加工。3.数控机床的发展趋势为了满足市场和科学技术发展的需要，为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求，数控未来仍然继续向开放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展。 （1）、开放式 为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性，设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。 (2)、基于PC的第六代方向 基于PC所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机
11、作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。 (3)、高速化、高效化 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。(4)、高精度化 精密化是为了适应高新技术发展的需要，也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力
12、发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm），其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。 随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11.5m。 (5)、高可靠性 数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P(t)99%以上的话，
