（图纸+论文）CA6140机床数控化电气改造设计（全套完整）

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，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.。

型普通车床数控化改造后应实现的功能主要有控制主轴正反转和实现主轴的变速以提供不同的切削速度刀架能实现纵向和横向的进给运动主轴运动的同时，冷却泵电机也能启动，喷出冷却液。

对于以上功能的实现，可以初步制定总体改造方案舍弃原车床的光杠丝杠溜板箱及挂轮箱中的齿轮，原装的普通滑动丝杠改换为滚珠丝杠，在原安装滑动丝杠的部位通过托架将选好的纵向滚珠丝杠安装，安装的纵横向滚珠丝杠尽量用原来的固定与安装方式主轴需要能变速并能实现正反转刀架由两台步进电机带动，在床鞍的偏后位置安装横向步进电动机，在离尾座较近的位置，机床的右部安装纵向步进电动机。

实现主轴变频调速车床的主轴变速是手动变速。

本课题中改造后的车床决定采用变频器驱动电机，通过数控系统控制变频器，变频器驱动三相异步电动机实现主轴变速，因为这样可以使用原车床的电动机，而不用对主轴电动机重新选型。

电源频率，电动机磁极对数以及转差率与交流异步电动机的转速之间存在定关系式，有公式可证。

原电机的磁极对数，转差率，所以电动机转速与频率之间的关系为。

因此，改变电源的频率即可改变电动机的转速。

变频器能通过与数控系统连接，控制电动机的正转，反转，停止和变速。

进给系统的改造车床只有个快速移动电机控制刀架运动，改造后的车床用两个步进电机控制刀架两个方向的运动。

另外，原来车床采用的滑动丝杠，与滚珠丝杠相比摩擦阻力大。

传动效率低，不能适应高速运转。

而且，由于磨损快，造成其精度保持性低，寿命低。

滚珠丝杠磨损小，寿命长，精度保持性好。

所以需要将原来的滑动丝杠改为滚珠丝杠。

数控系统选择由于本次改造基于经济，简易改造的原则，本课题选用开环数控系统。

开环系统虽然精度不够高，但是因为开环系统的结构易懂，成本不高，方便改装，所以在简易数控系统中可以使用。

.本章小结本章分析了数控化改造后的车床所需要实现的功能，然后说明了车床数控化改造的总体方案。

从经济性，简易性方面出发，主轴通过变频器驱动电动机的方式来调速，车床上原装的主轴电动机能继续使用。

数控车床电气控制设计本章概述本章介绍了原车床的电气控制，设计并说明了数控化改造所需的电路控制改造。

.车床电气控制车床运动形式主轴与工件的旋转运动称为车床的主运这样就降低了机床作业者的危险系数机床的人机交互界面也越来越得到人们的肯定，而且可以有效地降低作业者的操作错误率，大大的降低因为操作问题引发的安全问题的概率。

我们发现接受了数控化改造后的普通机床，它的安全系数得到了非常明显的提升，而且机床的事故发生也得到了遏制，这将为企业带来很多效益和无形的升值。

接受了数控化改造后的普通机床，相对于直接购买的数控机床，尤其是相对于些特殊的大型机床来说，改变是显而易见的。

我们数控化改造普通机床，相对于直接购买数控机床，不但可以降低三分之的成本，而且还可以降低直接更换新的数控机床所带来的污染和浪费，实在是事半功倍。

按照我们以往的数控化改造经验，经过数控化改造后的般机床，它的生产效率得到了显著地提升。

本来个操作工只能控制台普通机床的，现在可以同时控制两台经过了数控化改造后的机床。

而且，数控化改造也大大的提升了机床的生产精度，本来由于人工操作造成的产品良品率不高的问题得到了有效地解决。

甚至，工人们的工作也会轻松许多，工作明显省力，节省了试制新产品的研发时间和提升了新产品的生产速度，把工厂的效益下子提升了很大个台阶。

按照外国的先进技术，数控化改造是种非常值得推广的技术。

机床的数控化改造实际就是新技术与新思想的碰撞结果，糅合了古典工业与新型工业，强调了性价比这重点，并且十分轻松地就提升了安全生产效率。

进入新世纪，数控化机床改造技术的市场在中国可谓是无比巨大，我们非常看好这技术。

归根究底，从普通机床反面来说，我国的机床技术和世界先进技术相比仍然有着非常巨大的差距不但高档的国产数控机床在质量数量上都不能达到国内市场的需求，其中加工中心高端车床基本上全部从国外引进而且机床的数控系统和些高端的生产部件也无法自主生产，这些问题都制约了我国的数控机床产业的自主发展更为关键的是我国机床制造厂技术水平不高，生产反面和管理方面还有售后服务方面都不能和国外同日而语另外老旧的设备在我国的企业设备中依然占了很大部分，但是更换资金缺口依旧很大。

.本章小结本章介绍了通过改造后，机床能达到的预期效果，阐述了数控机床，数控化改造的国内外发展历史。

根据本章中介绍的改造后的预期效果，下文将具体做出改造设计方案。

普通车床数控改造总体方案的设计本章概述本章主要对原机床的功能，传动系统，电气控制方面进行了简介，并根据课题需求做出了总体改造方案。

.设计任务对普通车床进行数控化改造，能使老旧的车床再次投入生产，而且数控化改造能提高机床的加工质量和精度，并且在生产效率和安全性方面使改造后的车床超越改造前普通车床出厂时的水平。

.原机床简介原机床功能代表车床，可理解为这种型号车床在结构上区别于，表示该车床属于落地及卧式车床组，说明该车床属于卧式车床系，是说该车床的最大车削直径为。

，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改造总体方案的设计.设计任务.原机床简介原机床功能原机床传动系统原机床电气控制.总体改造方案实现主轴变频调速进给系统的改造数控系统选择.本章小结数控车床电气控制设计.车床电气控制车床运动形式电力拖动特点和控制电路.数控化改造的电气控制设计数控车床主电路设计数控车床控制电路设计.本章小结车床数控化改造的数控系统.数控改造的控制方式选择.数控系统的选择.输入输出输入接口输出接口电源输入输出点的统计.主拖动系统变频调速改造车床主拖动系统主轴变频控制的基本原理变频器的选用.梯形图编程.本章小结进给系统的改造设计.纵向向进给系统的设计与计算纵车外圆切削力的计算纵向向滚珠丝杠的计算和选型纵向向步进电机的计算和选型.横向向进给系统的设计与计算横切端面切削力的计算横向向滚珠丝杠的计算和选型横向向步进电机的计算和选型.本章小结总结与展望.论文总结.展望致谢参考文献绪论.本课题的研究内容和意义本课题研究的内容是了解数控机床的工作原理，完成机床的主拖动系统变频调速系统改造并利用完成控制系统设计，完成有关零部件的选型计算程序设计，并提供电气原理图，接线图等设计图纸。

本课题研究的意义是伴随着科学技术的提升，普通机床的生产力越来越不能满足市场的需求，而且普通机床需要高强度的劳动力，还伴随着高危险性，并且如今众多产品所需要的批量生产也得不到满足。

所以普及数控化机床成为越来越多企业所追求的“潮流”。

但是许多企业“心有余而力不足”，他们所使用的机床大多还是陈旧的普通机床，如果大批量引进全新的数控化机床必将“伤筋动骨”。

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