（终稿）CA6140机床数控化电气改造设计（全套完整有CAD）

闭环进给系统在结构上比开环进给系统要复杂，成本也相对贵，并且严格要求了环境室温。

设计和调试都比开环系统难。

但是与此同时得到的是比开环进给系统更高的精度，更快的速度，更大的驱动功率。

交直流伺服电机驱动，编码器反馈的半闭环数控系统检测元件安装在半闭环系统的中间传动件上，间接测量执行部件的位置。

它只能补偿系统环路内部分元件的误差。

所以，虽然它的结构与调试都比闭环系统相对简单，但它的精度比闭环系统的精度低。

本课题决定采用开环数控系统。

因为开环数控系统既便宜又易改造，同时也能满足改造后的性能要求。

.数控系统的选择依据机床数控化改造后车床所要达到的精度性能等，选择性价比高的，合适的数控系统，要考虑原车床的精度和改造的成本周期难易程度等各方面因素来避免选择的数控系统性能过剩。

在我国，虽然经济型数控系统生产厂家众多，而且价格上占有优势，但性能和稳定性不是那么理想，所以本课题决定采用国外的数控系统。

最终决定采用西门子数控系统。

西门子数控系统是种将数控系统和驱动控制系统的所有部件集成在起的操作控制系统。

全数控键盘垂直型或水平型可直接连接。

结构简单体积小可靠性高，系统软件功能比较完善有免维护性能的，面板控制单元是该数控系统的核心部件，它将人机界面和通讯等功能集成于体。

可靠性高易于安装能控制个进给轴和个数字或模拟主轴。

通过生产现场总线将驱动器输入输出模块连接起来集成了内置系统，可对机床采取逻辑控制。

其控制逻辑设计使用标准的的编程语言，并且为了简化制造厂设计过程以及缩短设计周期，它随机提供标准的子程序库和实例程序。

，主轴电动机通过带传递给主轴变速箱来改变速度称为主轴变速。

刀架与刀具的直线运动称为车床的进给运动。

车床的切削运动包括车床的主运动和进给运动。

车床的辅助运动是车床上除切削运动以外的其它切必需的运动。

如尾架的纵向移动，工件的夹紧与放松等。

电力拖动特点和控制电路很多时候都选三相笼型异步电动机做车床的主拖动电动机，不用电气调速。

采用齿轮箱进行机械有级调速。

主轴正反转由控制主拖动电动机调换相序实现。

设有启动与停止按钮控制主拖动电动机的起动与停止。

在进行车削加工时，刀具及工件温度将过高，应配有冷却泵电动机喷出切削液进行冷却，并且要求在主拖动电动机起动后，方可决定冷却泵启不启动，而当主拖动电动机停止时，冷却泵电动机应立即停止。

必须有过载短路欠压失压保护，还要具有安全的局部照明装置。

.数控化改造的电气控制设计根据车床数控化改造方案，去掉现有车床进给箱溜板箱刀架等，只保留主轴箱床身导轨溜板尾座等。

进给运动变为纵向横向两台步进电机驱动。

因此需重新设计它的电气控制电路。

数控车床主电路设计由图可知，车床的主电路共有三台电动机是主轴电动机，带动主轴旋转是冷却泵电动机，用来输送切削液是刀架快速移动电动机。

主轴的正反转是由主控触点和的闭合与断开实现的，而改造后的数控机床是则由数控系统控制变频器，由变频器控制主轴电动机实现正反转。

去掉原电动机，刀架的移动由步进电机，控制冷却泵电动机由线圈控制触点控制电机的启动和停止。

改造后主电路的工作原理是扳动断路器以及空气开关，将三相电源引入。

变频器控制主轴电动机，变频器相应的端口接收到由数控装置发出的指令，然后变频器驱动主轴电动机正转或者反转，这两台电动机的正反转是由各自的步进电机驱动器实现的，当或者要正转时，数控装置发出指令，驱动器控制电动机正转当或者要反转时，数控装置发出指令，驱动器控制电动机反转。

热继电器作过载保护，熔断器作短路保护。

冷却泵电动机由继电器控制。

主电路可见下图.和.。

车床具有全面的实用性，可以对各种轴类套筒类零件进行加工，甚至盘类零件上的回转表面也能适用，对于车削端面和各种常用螺纹的加工轻而易举，在这些零件上还能进行钻孔扩孔铰孔滚花等加工。

原机床传动系统原机床的传动系统有两大部分构成。

主运动传动链。

主运动传动链的作用是将能量源电动机的动力传递给主轴，让工件跟主轴起做旋转运动，从而实现机床的主运动。

进给运动传动链，进给运动传动链的作用是带动刀架的纵向和横向移动及车螺纹运动。

动力是从电动机传递给进给运动传动链溜板传再传至刀架，实现刀架运动。

原机床电气控制图.车床电气图主电路图图.电气图控制电路图主电路分析如图.所示接触器和分别控制主轴电动机的正转和反转，热继电器为主轴电动机提供过载保护。

接触器控制冷却泵电机的启动，是为冷却泵电机提供过载保护的热继电器。

接触器控制刀架快速移动，因为快速移动电机是短期工作，所以可以不加过载保护。

控制电路分析如图.所示主轴电动机的控制。

按下起动按钮开关，线圈通电，接触器闭合，控制主轴电动机正转，按下起动按钮开关，线圈通电，接触器闭合，控制主轴电动机反转。

按下停止按钮开关，电动机停转。

冷却泵电动机的控制。

只有当线圈或者获电，然后触点或者闭合，主轴电动机启动后，再合上开关，使线圈获电，然后触点闭合，冷却泵电动机才能起动。

刀架快速移动电动机的控制。

刀架快速移动电动机的启动，是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮开关来控制，它与交流接触器组成电动控制环节。

将操纵手柄扳到所需的方向，压下按钮开关，接触器获电吸合，电动机获电起动，刀架就向指定方向快速移动。

图中为机床的低照明灯，由开关控制，为电源信号灯。

.总体改造方案数控化改造设计时，根据改造的经济性和简易性的原则，可以尽量利用原来车床上的零部件，来减少不必要的改动量。

特别是车床上相对大点的部件，比如床身工作台等，尽可能地利用原有的组件，这样只需要做少量的维修加工改造，可以极大得降低成本，缩短改造的周期。

不到。

放眼我国，作为各国公认的培训机床制造业技术人员的模范，香港理工大学的工业中心拥有的数控机床占其所有机床总量的七成以上，而这些数控机床中大概有成是从旧的普通机床经过数控化改造改造成的。

而从这些设备的改造费用和改造后的成果来看，结果是叫人满意的。

我国浙江捷运柴油机股份公司改造过台铣床，比新买台机床节约了近万的成本费用。

改造完成后，这台机床用来加工铸模，在短短的两个多月里面，完成的工作量是以前五个月都不定能完成的量。

后来这家公司又陆续改造了十多台加工中心，这些数控化改造的机床投入生产后的产值已超过了千万元。

经济收益可见斑。

失败乃成功之母，既然有成功，那肯定也有过失败。

在上世纪年家国营企业曾对台七十年代的型旧机床进行数控化改造。

最终因为当时的数控化改造技术以及制造工艺不成熟，选用的数控系统没有达到预期效果等等意外因素，改造没有成功。

自年以后我国致力于研究和普及机床数控化改造技术，已经积累了三十年的经验。

虽然有过失败的惨痛经历，但是在远的将来，这项技术定会被国人所熟练掌握。

而目前来说，数控化改造技术以及制造工艺依然是竖立在眼前的堵墙，阻碍了我国数控化改造技术在大型，超重型机床上的应用。

这几年来，机床行业在我国飞速发展，而我国的数控机床产量也正稳步提升。

但是我国各类普通机床的基数仍然庞大，其中有近三成是已经使用了近四十年，这些机床都已过于陈旧，不适宜数控化改造这些机床，要更新换代。

但余下的机床还是具有数控化改造的价值。

而这些普通旧机床的维修与数控化改造有巨大的潜在市场需求，对经济的可持续发展有很大的帮助。

现阶段，普通机床还是占有我国机床市场的大流。

而对于基础庞大的普通机场，其中存在的安全隐患是不可忽视的。

所以，我国机床市场扩大规模的个重要制约因素就是安全隐患。

我们要着力于机床安全性的提升，着力于最本质的机床安全水平的提升，着力于提升机床的数控化水平着力于减少机床的事故发生率提高安全水准提升生产效率的问题。

我们发现，普通的机床在接受了系列的数控化改造之后，机床的智能化，生产效率，安全程度都会得到不同的提升。

在如此的宏观局面下，数控化改造是有效提高工厂数控化率，控制经济成本的捷径。

本文以普通车床为例，预计数控化改造后能具备的优点改造后的机床延长了服役时间，提高了精度，提升了自动化能力，具有较强的针对性，能满足生产的需求。

在改造前，根据原老旧机床所存在的问题可以得出改造方案，需要改的部分，如何修改，最终能改造成什么状态都可以做出预估，最终能将科学技术转化为有效生产力。

原机床的绝大部分在改造中还可以保留使用，所需要的材料和资金都可以节省许多，而且能缩短生产周期，可满足生产急需。

因为改造后的机床上大部分零件，组件，甚至有些传动部分都不需要更换，缩短了工期，节约了成本。

改造后的机床具有稳定的性能，能适应多种形状零件的小批量生产。

数控化改造不需要更换机床上的大型结构件，而机床上的大型结构件般都是铸铁制成，随着时间的积累，其精度比新铸件更加稳定。

完成改造的机床不仅能保留原有功能，而且能扩展出新的功能，能加工各类复杂型面类的零件。

根据生产的需求，改造可以预先定义改造后机床的精度和效率。

改造后的机床跟全新数控化机床相比，更贴近企业对生产发展的需求跟普通机床相比，其具有较高的自动化水平和效率，而且能较好地保证操作人员的安全。

总之，对机床进行数控化改造具有较高的性价比。

在数控化改造期间，企业中的技术人员能清楚地了解原机床的结构与性能各工科院校的学生在改造中也能提升自己的技术能力，更好地掌握科学技术。

如若是相关学员，通过对机床的改造能缩短培训周期，更快得投入生产工作。

.国内外的发展概况国内外数控机床的发展概况世纪中期，有史以来第台“电脑”在美国发明，没过多少时间，又是在美国，诞生了世界第台数控机床数控三轴镗铣床，自此，跟随着微电子技术和计算机技术的发展潮流，数控机床技术得到了长足发展，在近半个世纪以来，数控机床的数控系统经历过了两个阶段，六个时代的发展。

逻辑数字控制是数控机床经历的第个阶段，第阶段分为三个时期电子管晶体管和小规模集成电路计算机数字逻辑控制是数控机床的第二段历程，从小型计算机发展到微处理器，最后到机。

如今，世界上数控机床的更新周期是年，处于数控机床研发技术第梯队的是日本美国德国西班牙等国家，在业界得到普遍认可的品牌有德国西门子日本发那科西班牙发格法国，这些品牌的产品不仅功能卓越，而且表现稳定，所以在全世界都有可观的市场。

自从年之后，激烈的市场竞争导致了产品更迭周期越来越短，产品的批量生产发展势头迅猛。

再者伴随着轻工业汽车工业甚至航空工业的不断发展，产品需求趋向复杂化，高精度化，切的发展推进着普通机床向高性能数控机床发展以适应各种零件的批量生产，在生产中数控机床的，机床，数控，电气，改造，设计，毕业设计，全套，图纸摘要在机电液气体化设备中，数控机床是种经典的设备。

在机械制造中，生产零件结构复杂要求高精度产品的批量生产零件外形多变的问题，用数控机床都能得到很好的解决，并且数控机床还具有稳定的加工质量，生产效率水平高的优点。

作为条提升企业生产效率和生产质量的有效途径购买新的数控机床具有高成本的缺点，许多企业都因资金不足而望而却步，这大大拖慢了企业换代旧设备的进度。

所以对于普通或者旧机床的数控化改造，是条降低成本，但同时又能增加产品质量及生产效率的方便路径，通过数控化改造能增加企业竞争力，在我国制造业飞速发展的道路上，数控化改造是个重要方面。

第章阐述了课题的研究内容和意义以及数控化改造的研究现状，国内外的发展史第二章主要阐述了车床数控化改造的总体方案第三章主要论述了数控系统特点，设计第四章主要对机床电气部分进行了改造，设计了机床的主电路和控制电路第五章对机床机械部分进行了改造，对滚珠丝杠和步进电机进行了设计以及选型。

关键词数控化改造摘要目录绪论.本课题的研究内容和意义.国内外的发展概况国内外数控机床的发展概况国内外数控机床改造概况.本章小结普通车床数控