目录
1绪论1
1.1国内外数控机床的发展1
1.2机床进行数控化改造的意义2
1.3机床数控化改造的设计任务3
2总体方案的确定4
2.1主传动系统的改造方案5
2.2换装自动回转刀架6
2.3螺纹编码器的安装方案7
2.4进给系统的改造与设计方案7
2.5数控系统部分设计8
3横向进给系统的改造设计10
3.1横向进给系统的设计与计算10
3.2数控车床的传动装置设计16
3.3自动转位刀架的设计22
4微机数控部分设计25
4.1概述25
4.2数控系统的硬件电路设计26
4.3软件设计27
结束语29
致谢30
参考文献31
2.1主传动系统的改造方案
经济型的数控机床动力系统可分为三类：
（1）步进电机式
采用步进电机驱动与定位，是开环系统，同时限于造价，不再采用其它措施补偿位置误差。由于目前功率步进电机力矩还不太大，所以机床的空选种速度较低，一般用于半精加工。这种系统具有2～3种插补功能，通过软件控制接口，可加工锥面，螺纹，简单外形的曲面等十分灵活。由于性价比较恰当，一般中小型企业在技术力量和财力上都比较容易实现，因此在全国较容易推广，普及。
（2）交流点位式
采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制，与步进电机相比，提高了定位精度。光栅分辨率可达0.001mm，重复定位精度为0.005mm，所以加工精度较高。由于采用交流电机驱动，功率大，可进行大切屑量加工零件加工中，效果尤为显著。目前，交流点式系统只能加工柱面，不能加工曲面和螺纹功能上有限，而且成本高，使性能价格比相对下降，一般用于大企业或专业化工厂使用，国内用的很少。
（3）半闭环连续控制式
采用直流伺服电机驱动，以脉冲编码器检测位置，实现半闭环连续控制。由于采用高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，过载能力强，可进行强力切削。当丝杠螺在6mm左右时，快速可达8～9m/min，且不丢步，效率高。该系统功能齐全，还带有可编程序控制器，使强电计大大简化。
对卧式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。主轴的正传、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，已实现无极变速（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换，但所选变频器的功率应比电机大）[9]。
2.2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。常见的自动回转刀架有四工位立式自动回转刀架和六工位卧式自动回转刀架。如图2.3所示。
自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。为了保证转位之后具有高的复杂定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。
2.3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。
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主轴箱的后端，一般尽量装在与主轴同步的旋转输出轴，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。
2.4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，在床鞍的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座与螺母座托架。
（4）拆除四方刀架与小滑板总成，在中滑板上方安装四工位立式电动刀架。
（5）拆除中滑板下的滑动丝杠螺母副，将滑动丝杠靠刻度盘一段锯断保留，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中滑板后部的床鞍上，并与滚珠丝杠的轴头相联。
（7）拆去三杠（丝杠、光杠与操纵杠），更换丝杠的右支承[10]。
2.5数控系统部分设计
数控系统按运动方式分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续(轮廓)控制系统根据设计要求，CA6140车床要加工复杂零件轮廓，其各坐标轴的运动有着确定的函数关系。根据设计要求，本微机数控系统采用连续控制系统。
采用以步进电机驱动的开环控制。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。开环控制多用于负载变化不大或要求不高的经济型数控设备中。
采用简易数控装置，以步进电机为驱动机构，实现在微机控制下的自动加工。其工作原理是：根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序，通过数控装置上的键盘输入微机，微机在监控程序的管理下工作，并通过专用控制程序，把用户加工程序转化成一定频率和数量的脉冲信号，经驱动电路放大后驱动纵横向二台步进电机转动，通过机械接口传动丝杠实现刀架纵、横两个方向的频率。自动回转刀架由单片机发出换刀转位指令，由自动刀架驱动电源驱动三相电机使刀架松开、抬起、旋转后再自动锁紧而完成转位换刀过程。
该经济型微机数控系统采用步进电机作为驱动元件。微机通过I/O接口发出驱动脉冲，经过光电隔离进入步进电机的驱动控制线路，驱动控制线路接受来自数控车床控制系统的进给脉冲信号，并将该信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动滚珠丝杠传动，丝杠转动使工作台产生移动。
技术要求
1.安装后应使减速步进电机输出轴中心线与丝杠中心线保持一致；
2．滚珠丝杠安装《普通车床精度》JB2314-78要求进行；
3．丝杠转动应平稳、轻快、无阻滞现象；
4．滚珠丝杠副应定期注HJ--20机油润滑；
5．滚珠丝杠副采用双螺母预紧，其预紧力约为最大轴向负荷的三分之一左右；
6．锥销与两机件上的锥孔必须完全紧密配合，用涂色法检查；
7．减速步进电机与拖板联接方式有多种，此为其中之一种，允许采用它种方式联接；
8．未注件号者均为原零部件。
