将C6140普通车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床

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。
3.功能部件的选择。
这主要是滚珠丝杆及其支承方式的选择、电动回转刀架的选择等等。
4.结构设计与电气设计。
这主要是纵向进给传动系统、横向进给传动系统的设计和机床导轨的维护，一般采用贴塑导轨以减小摩擦力。机床电气设计包括机床原理图设计和PLC梯形设计等等。
在上述方案的基础上，若条件允许，可以进一步对普通车床的主传动系统进行改造，以实现车床主传动系统的自动调速与控制，使加工过程实现全自动化。

三、参数设计
将C6140普通车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床。要求该车床有自动回转刀架，具有切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率：纵向：0.01mm横向：0.005mm。设计参数如下：
1.最大加工直径： 630mm
2.最大加工长度： 1400mm
3.快进速度：纵向2.0m/min，横向1.0m/min
4.最大切削进给速度：纵向0.5m/min，横向0.25m/min
5.溜板及刀架重力：纵向1500N ，横向1000N
6.主电动机功率：12.5Kw
7.空载启动时间：35ms
8.定位精度：0.015mm

四、实施方案
进给系统数控化改造的主要部位有：挂轮架、进给箱、溜板箱、刀架等。现拟定一下改造方案。
1.挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主传轴处安装光电脉冲编码器。
2.进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。丝杆、光杆和操纵杆拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支承安装在车床尾座端原来装轴承座的部位。
3.溜板箱部分：全部拆除，在原处安装滚珠丝杠的螺母座，丝杆螺母固定在其上，在该处还可以安装部分操纵按钮。
4.横溜板部分：将原横溜板中的滚珠丝杠、螺母拆除，在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副，横向进给步进电动机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。
5.刀架部分：拆除原刀架，在该处安装自动回转四方刀架总成。