機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-普通車床的數(shù)控化改造

1、 繼續(xù)教育學(xué)院 畢業(yè)論文題目： 普通車床的數(shù)控化改造 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí): 專 業(yè)： 機(jī)電一體化2011年10月 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題內(nèi)容：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求：1.首先闡明了普通車床的數(shù)控化改造意義. 2. 說(shuō)明了普通車床的數(shù)控化改造系統(tǒng)構(gòu)成. 3.對(duì)普通車床的數(shù)控化改造的原理進(jìn)行了分析，分析CNC控制器和步進(jìn)電機(jī) 課題任務(wù)要求：一、課題設(shè)計(jì)（論文）目的及意義1充分了解機(jī)床的組成，各系統(tǒng)之間的聯(lián)系。2通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)控機(jī)床相關(guān)專業(yè)課程方面的知識(shí)更加鞏固了，同時(shí)也對(duì)CNC系統(tǒng)有了一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。3本次設(shè)計(jì)使我體會(huì)到機(jī)電一體化技術(shù)的重要性。為以后從事機(jī)床維修工

2、作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)二、課題設(shè)計(jì)（論文）提綱1. 普通機(jī)床的數(shù)控化改造產(chǎn)生的背景及意義。2. 普通機(jī)床的數(shù)控化改造的理論分析1）車床數(shù)控化改造的意義2）普通車床數(shù)控化的優(yōu)點(diǎn)3）車床數(shù)控化改造的內(nèi)容4）機(jī)床數(shù)控化改造的必要性3. 車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案1）改造的任務(wù) 2）改造方案的論證3）改造方案的確定4. 主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法1）數(shù)控系統(tǒng)的改造2）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造3) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造4）刀架的選擇5）主軸傳動(dòng)系統(tǒng)6）滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排思路方法：1）在圖書(shū)館閱讀有關(guān)普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的書(shū)籍，以及搜集此方面的知識(shí)。2）利用網(wǎng)絡(luò)了解普通車床的數(shù)控化改造應(yīng)

3、用3）到校內(nèi)實(shí)習(xí)車間咨詢實(shí)訓(xùn)老師，實(shí)際觀察車床的結(jié)構(gòu)組成，工作原理。4）與同學(xué)及進(jìn)行交流和探討，了解很多關(guān)于普通車床數(shù)控化改造的資料，使自己對(duì)此課題有更深一步的了解。主要參考文獻(xiàn)與外文翻譯文件一、主要參考文獻(xiàn)1 朱曉春主編，數(shù)控技術(shù)(第一版)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999.2徐贏.機(jī)械設(shè)計(jì)手則M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991.9.3寥效果，朱啟逑.數(shù)字控制機(jī)床M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992. 4中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì). 數(shù)控技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.5李宏勝主編，機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用，高等教育出版社，2001.6朱文伯，笪文俊.西門子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床改造中的應(yīng)用J.航空制造技術(shù)，

4、1999，5：30-327余英良著，機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例（第一版），機(jī)械工業(yè)出版社，2001二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表序號(hào)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）工 作 任 務(wù)工 作 進(jìn) 度 日 程 安 排周次12345678910111213141516171819201查找資料，撰寫開(kāi)題報(bào)告2做好車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案3主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法4主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造5撰寫初稿6根據(jù)導(dǎo)師意見(jiàn)，進(jìn)一步充實(shí)論文7評(píng)閱、修改8答辯、成績(jī)?cè)u(píng)定910 注： 1. 此表由指導(dǎo)教師填寫2. 此表每個(gè)學(xué)生人手一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)；3. 進(jìn)度安排請(qǐng)用“一”在相應(yīng)位置畫出。三、學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（

5、論文）階段任務(wù)情況檢查表時(shí)間第 一 階 段第 二 階 段第 三 階 段內(nèi)容組織紀(jì)律完成任務(wù)情況組織紀(jì)律完成任務(wù)情況組織紀(jì)律完成任務(wù)情況檢查記錄教師簽字簽字 日期簽字 日期簽字 日期 注：1. 此表應(yīng)由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫。階段分布由各學(xué)院自行決定。2. “組織紀(jì)律”一檔應(yīng)按長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)生學(xué)籍管理實(shí)施辦法精神，根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況，如實(shí)填寫。3. “完成任務(wù)情況”一檔應(yīng)按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫。包括優(yōu)點(diǎn)，存在的問(wèn)題與建議4. 對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出忠告并督促其完成。四、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）裝袋要求：1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）按以下排列順序印刷與裝

6、訂成一本（撰寫規(guī)范見(jiàn)教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)）。(1) 封面 (2) 扉 頁(yè)(3) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) (4) 中文摘要 (5) 英文摘要 (6) 目錄 (7) 正文 (8) 參考文獻(xiàn)(9) 致謝 (10) 附錄（公式的推演、圖表、程序等）(11) 附件1：開(kāi)題報(bào)告（文獻(xiàn)綜述） (12) 附件2：譯文及原文影印件2. 需單獨(dú)裝訂的圖紙（設(shè)計(jì)類）按順序裝訂成一本。3. 修改稿（經(jīng)、管、文法類專業(yè)）按順序裝訂成一本。4.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)?cè)u(píng)定冊(cè)一份。5論文電子文檔由各學(xué)院收集保存。學(xué)生送交全部文件日期 學(xué)生（簽名） 指導(dǎo)教師驗(yàn)收（簽名） 普通車床的數(shù)控化改造摘 要 數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已

7、成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。本文通過(guò)對(duì)CA6140普通車床的數(shù)控改造，使其加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠，操作方便，性能價(jià)格比高。這種方法對(duì)中小企業(yè)設(shè)備的數(shù)控改造有一定的借鑒與推廣作用。本次改造主要針對(duì)車床的主軸系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)

8、、進(jìn)給系統(tǒng)、反饋環(huán)節(jié)、電器控制柜及數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了改造。關(guān)鍵詞：數(shù)控； 改造； 車床。目 錄 緒論.3一數(shù)控機(jī)床改造的背景和意義.41.1 數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀.41.1.1 車床數(shù)控化改造的意義.51.1.2 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn).51.2 數(shù)控化改造的內(nèi)容.71.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性.12二車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案.122.1 改造任務(wù).122.2 改造方案的論證.132.3 改造方案的確定.14三主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法.143.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造.143.2 縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造.183.3 橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造.213.4 刀架.213.5 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造.

9、223.5.1改造思路.223.6 滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造.22四安全防護(hù).224.1 硬防護(hù).224.2 軟防護(hù).23五總結(jié).23參考文獻(xiàn).25 致謝.26 緒論隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高。產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此對(duì)機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換，生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生。數(shù)控機(jī)床是指機(jī)床的操作命令以數(shù)值數(shù)字的形式描述工作過(guò)程按規(guī)定的程序自動(dòng)進(jìn)行的機(jī)床。隨著微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來(lái)。盡管數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量多品種零件的加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率

10、。但是目前我國(guó)在役機(jī)床總量約380萬(wàn)臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11萬(wàn)多臺(tái)，數(shù)控機(jī)床占有率不足3，而一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早已達(dá)到20以上。我國(guó)是制造大國(guó)，但不是制造強(qiáng)國(guó)。機(jī)械制造業(yè)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比相對(duì)落后，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平差距大，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力弱，影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。逐步提高數(shù)控機(jī)床的占有率已經(jīng)成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。提高機(jī)床數(shù)控率有兩個(gè)途徑：一是增加新的數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，一次性投資大，目前各企業(yè)均有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替代是根本不可能的；二是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床擁有量極大的國(guó)家，但大部分機(jī)床服役齡較長(zhǎng)，采取對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造來(lái)提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率，是一個(gè)極其有

11、效和實(shí)用的途徑，是企業(yè)必走之路。制造技術(shù)和自動(dòng)化水平的高低己成為一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，而其中最具代表性的就是數(shù)控機(jī)床。我國(guó)現(xiàn)正處于從以勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)為主向以技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)為主的發(fā)展階段，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求會(huì)越來(lái)越大、越來(lái)越積極。利用現(xiàn)有普通車床，通過(guò)數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)高效、多功能的數(shù)控車床，是一種盤活資金的有效途徑，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的行之有效的方法。因?yàn)橐环矫嫖覈?guó)普通車床保有量大，要將普通車床淘汰掉是不經(jīng)濟(jì)、也不現(xiàn)實(shí)的做法；另一方面，從我國(guó)目前生產(chǎn)狀況來(lái)看，仍然以生產(chǎn)普通車床為主，普通車床的數(shù)控化改造將會(huì)長(zhǎng)期存在，并會(huì)不斷的發(fā)展。 一.數(shù)控機(jī)床改造的背景和意義1.1

12、數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平；即使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì),一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國(guó)外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。90年國(guó)外數(shù)控機(jī)床在我國(guó)市場(chǎng)的占有率僅達(dá)15%左右,而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國(guó)數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢(shì)頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn),新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng),從而不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說(shuō),這個(gè)問(wèn)題反映在下列五個(gè)方面:(

13、1) 我國(guó)機(jī)床廠目前開(kāi)發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為1518個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為58個(gè)月,占總周期的40%左右。而國(guó)外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期為69個(gè)月,其中設(shè)計(jì)約1.52個(gè)月,只占25%。因此無(wú)論是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國(guó)外先進(jìn)水平有很大的差距。(2) 我國(guó)工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評(píng)價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測(cè)試裝置等),自行開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯(cuò)過(guò)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的良機(jī)。(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨

14、時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國(guó)外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國(guó)機(jī)床廠用手工操作就至少需12個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門,常會(huì)出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。(4) 現(xiàn)在我國(guó)工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開(kāi)發(fā)的重任。(5)由于長(zhǎng)期以來(lái)形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開(kāi)發(fā)的模式,不能從制訂方案開(kāi)始就融入各方面的正確意見(jiàn),容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長(zhǎng)了開(kāi)發(fā)的周期。為解決這些問(wèn)題,必須對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

15、性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識(shí)共享的產(chǎn)品虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開(kāi)發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1.1 車床數(shù)控化改造的意義我國(guó)現(xiàn)在擁有數(shù)量多達(dá)300多萬(wàn)臺(tái)的通用機(jī)床，其中大部分機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度與先進(jìn)設(shè)備相比不高，要想在幾年內(nèi)大量地用數(shù)控機(jī)床來(lái)更新，無(wú)論在資金上還是技術(shù)力量上都是難以實(shí)現(xiàn)的。但如果利用數(shù)控技術(shù)根據(jù)需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床加以改造，不僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化，提高機(jī)床的加工精度，而且投資少、見(jiàn)效快，適合我國(guó)的生產(chǎn)力水平。因此，利用數(shù)控技術(shù)改造

16、舊設(shè)備已成為我國(guó)推廣全功能數(shù)控機(jī)床的過(guò)渡手段。1.1.2 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電

17、一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： (1) 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 (2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； (3) 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；(4) 加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控

18、程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； (5)機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高（一般為普通機(jī)床的35倍）；(6) 機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度改善勞動(dòng)條件； (7) 對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成： (8) 主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。(9) 數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 (10) 驅(qū)動(dòng)

19、裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。(11)輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。(12) 編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。 還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費(fèi)用低；機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；

20、可以采用最新的控制技術(shù)；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。 我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，

21、數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。 1984年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典

22、型性和實(shí)用性。1.2 數(shù)控化改造的內(nèi)容車床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式如下：1、進(jìn)給軸的改造 普通車床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運(yùn)動(dòng)；走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)光桿及溜板箱，獲得不同的進(jìn)刀量即X軸運(yùn)動(dòng)。普通車床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈分別代替，具體體現(xiàn)為： Z軸：縱向電機(jī)減速箱（或聯(lián)軸器）縱向滾珠絲杠大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。X軸：橫向電機(jī)減速箱（或聯(lián)軸器）橫向滾珠絲杠橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。 改造后整個(gè)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的前提下，與滾珠絲杠副

23、的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。 (1）滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式 普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng)。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.900.96；若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長(zhǎng)、精度保持性好。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)

24、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來(lái)定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。 改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對(duì)有特殊要求的機(jī)床還應(yīng)根

25、據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導(dǎo)程在滿足機(jī)床改造后性能的前提下越小，對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。機(jī)床的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中絲杠副選P4級(jí)即可滿足要求，特殊精密機(jī)床選P3級(jí)甚至更高。絲杠副軸承常見(jiàn)的布置形式根據(jù)不同的需要可以分為以下幾種，如圖1。(a) (b)(c)(d)圖1 絲杠副軸承的布置.圖1a中為一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。 .圖1b中為一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多

26、在絲杠較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。 1d中為兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過(guò)軸承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長(zhǎng)度不大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時(shí)的預(yù)拉伸量，否則會(huì)影響軸承壽命，同時(shí)也會(huì)因?yàn)轭A(yù)加負(fù)載得不易控制而增加電機(jī)的附加扭矩。 (2）機(jī)床導(dǎo)軌 普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針

27、對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。 (3）電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來(lái)的傳動(dòng)誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過(guò)聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來(lái)定。一般對(duì)于小型車床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來(lái)傳動(dòng)；對(duì)于大型車床如C6150，床身長(zhǎng)5米的車床，由于絲杠較長(zhǎng)，直徑較大，除了要考慮傳動(dòng)力的問(wèn)題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問(wèn)題，往往電機(jī)都要通過(guò)幾級(jí)減速來(lái)傳動(dòng)。無(wú)論是采用齒輪還是同步帶論來(lái)傳動(dòng)，其

28、傳動(dòng)間隙的消除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動(dòng)中常用的方法有錯(cuò)齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動(dòng)中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。 2、主軸部分的改造 車床主軸帶動(dòng)工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車削加工中的主運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)床大部分動(dòng)力。普通車床由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)，經(jīng)主軸變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動(dòng)或自動(dòng)變速獲得（924）級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器組成。普通車床在數(shù)控化改造時(shí)大部分情況下保留原主軸箱，不做改動(dòng)或少做改動(dòng)。如需改動(dòng)則要注意以下幾點(diǎn)： 如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤(rùn)滑功能，則需對(duì)其增裝單獨(dú)普通電機(jī)加

29、以驅(qū)動(dòng)，避免液壓系統(tǒng)受到主電機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。 如不需要原有機(jī)械變速換擋時(shí)，則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死以免因?yàn)檎`操作出現(xiàn)事故。 機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時(shí)往往是通過(guò)掛輪組來(lái)完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來(lái)十分麻煩。我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過(guò)反饋給系統(tǒng)控制進(jìn)給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對(duì)式光電碼盤，目前國(guó)內(nèi)常用的為增量式光電碼盤。根據(jù)光電碼盤上刻線條數(shù)

30、可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。3、刀架部分的改造 目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電動(dòng)，改造時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)其加以更換。 電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝812把刀）和立式電動(dòng)刀架，立式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價(jià)格相對(duì)較貴，改造中常用立式四工位電動(dòng)刀架。 4、潤(rùn)滑部分的改造 老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤(rùn)滑和油脂潤(rùn)滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)

31、動(dòng)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 在對(duì)這些機(jī)床改造時(shí)一般都要對(duì)其潤(rùn)滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，采用稀油集中定量、定時(shí)供油潤(rùn)滑的方式，可分為手控潤(rùn)滑和編程自動(dòng)潤(rùn)化兩種，在機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。 絲杠支承軸承一般采用油脂潤(rùn)滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤(rùn)滑。 5、機(jī)床防護(hù) 機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。 局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。半防護(hù)是在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)，即增加擋屑裝置。全防護(hù)即在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)機(jī)床加以封閉，此種防護(hù)最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實(shí)際操作起來(lái)以前兩種最多，也最

32、易操作。 1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國(guó)機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢?jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)

33、內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。二車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案 本次改造的普通車床型號(hào)為CA6140，長(zhǎng)度750毫米。數(shù)控改造主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造和數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，擬采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)控制縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證改造

34、后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。2.1 改造任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 2.2 改造方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確

35、定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關(guān)鍵，選擇CPU應(yīng)考慮以下要素：(1) 時(shí)鐘

36、頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)；(2) 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；(3) I/O口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)；除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定CPU。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋耍占靶?、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)中是以MCS-51系列單片機(jī)，51系列相對(duì)48系列指令更豐富，相對(duì)96系列價(jià)格更便宜，51系列中，是無(wú)ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工

37、控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計(jì)以8031芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開(kāi)關(guān)組成的控制系統(tǒng)。2.3 改造方案的確定 CA6140A車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。 數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)

38、，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。改造中需要解決的問(wèn)題是：將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車床。 利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過(guò)I/O接口輸出給X軸和Z軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過(guò)刀架控制器控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。三主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法3.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造 數(shù)控系統(tǒng)是

39、數(shù)控機(jī)床的靈魂，其性能的穩(wěn)定性直接影響零件的加工的尺寸精度、位置精度及操作工人的人身安全。一般的，普通車床數(shù)控改造時(shí)，由于需要加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控系統(tǒng)。3.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、GSK980TD等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在對(duì)多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后!我們

40、選擇了GSK980TD型數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)能長(zhǎng)期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)期無(wú)故降連續(xù)運(yùn)行。為保證機(jī)床長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。常年的工作考臉證明GSK980TD系統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般車間環(huán)境下運(yùn)行。其工作場(chǎng)地的室溫為0-45，相對(duì)濕度75%短時(shí)可達(dá)95%,抗震為0.5g ，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%-15%,經(jīng)對(duì)使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，GSK980TD系統(tǒng)的故障率為0.008，比較好地滿足了我國(guó)市場(chǎng)的要求。GSK980TD系統(tǒng)之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素：(1)可靠的高質(zhì)量的元器件及良好的老化篩選工藝。(2)大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集

41、成電路芯片：GSK980TD系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專用功能芯片。(3)全自動(dòng)化工廠生產(chǎn)制造：多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝出廠全部為自動(dòng)化，這就使得在生產(chǎn)過(guò)程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預(yù)。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。(4)良好的控制軟件設(shè)計(jì)：GSK980TD系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在國(guó)內(nèi)各地?cái)?shù)年的運(yùn)行，積累了豐富的數(shù)據(jù)，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)考慮了可能出現(xiàn)的各種故障情況，加入了許多保護(hù)和提高可靠性的措施，如開(kāi)機(jī)和狀態(tài)切換時(shí)的層層檢側(cè)、過(guò)壓、過(guò)流、反饋斷線等報(bào)警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)處理，

42、從而進(jìn)免了元部件的損壞。(5)數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。主軸控制信號(hào)的傳送使用光纜，使信號(hào)免受外界干擾。3.1.2電氣控制原理1、主軸控制系統(tǒng)： 主軸采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)由西門子440變頻器US控制，其動(dòng)力由U、V、W三相電源經(jīng)變頻器US提供，主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由指令控制經(jīng)PLC輸出再經(jīng)變頻器US控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)XS9口直接連到變頻器US控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，若出現(xiàn)故障，則由變頻器US發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 控制原理圖如下： 圖3.1 主軸控制系統(tǒng)原理圖 2、Z軸進(jìn)給

43、伺服控制系統(tǒng)：Z軸采用松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)由松下伺服模塊控制（如圖3-2），其動(dòng)力由R、S、T三相電源經(jīng)伺服模塊提供，伺服電機(jī)控制刀架的Z（縱向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30-XS33，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。3、 X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)：X軸電機(jī)采用雷賽步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)（如圖3-2），由雷賽伺服模塊控制，其動(dòng)力由+V1電源經(jīng)伺服模塊提供，步進(jìn)電機(jī)控制刀架的X（橫向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30，若出現(xiàn)故障，則由

44、伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 ·圖3.2 Z軸-X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)4、刀架控制電路： 刀架電機(jī)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)由繼電器模塊控制（如圖3-3），刀架電機(jī)控制刀架的換刀（正反轉(zhuǎn)）及轉(zhuǎn)動(dòng)角度指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，若出現(xiàn)故障，則由PLC發(fā)出信號(hào)輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 圖3.3 刀架控制電路5、光柵尺控制： 光柵尺通過(guò)測(cè)量反饋控制刀架進(jìn)給與后退量的實(shí)際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)加工情況進(jìn)行時(shí)時(shí)調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類型并在顯示器上報(bào)

45、警顯示報(bào)警號(hào)。 3.2 縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造3.2.1 改造思路 縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖3.4 所示?？v向步進(jìn)電機(jī)1 通過(guò)一對(duì)減速齒輪2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)4 做往復(fù)移動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6 通過(guò)套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2 個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來(lái)的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖3.4 所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支承座4，通過(guò)一對(duì)深溝球軸承1 實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母（圖中未畫出） 實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉

46、伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙齒輪2 減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6 與絲杠3 （見(jiàn)圖3.4聯(lián)接，固定銷3 防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.4縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖1. 縱向步進(jìn)電機(jī)2. 減速齒輪3. 縱向滾珠絲杠4. 工作臺(tái)5. 套筒聯(lián)軸器6. 支撐軸圖3.5縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖1. 深溝球軸承2. 消隙齒輪3. 固定銷4. 滑動(dòng)軸承支承座5. 圓螺母6. 套筒聯(lián)軸器滾珠絲杠3 （見(jiàn)圖3.4） 仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過(guò)支架1 （見(jiàn)圖3.6） 安裝在床鞍的底部，如圖3.6所示。

47、支架做成可移動(dòng)的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。圖3.6縱向滾珠絲杠裝配圖1支架2. 絲杠托架3. 縱向滾珠絲杠4. 絲杠防護(hù)罩5. 大拖板 6. 過(guò)渡板3.2.2實(shí)施步驟（1）拆下普通滑動(dòng)絲杠與溜板箱，取消絲杠與主軸箱齒輪的傳動(dòng)聯(lián)系，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，兩端采用原固定方式這樣可減小改裝現(xiàn)場(chǎng)，并且由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性優(yōu)于以前。滾珠絲杠選用單圓弧滾道截面，外循環(huán)方式精度選6級(jí)。為了在齒輪傳動(dòng)中消除間隙，實(shí)現(xiàn)微量自動(dòng)補(bǔ)償以提高傳動(dòng)精度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙，可調(diào)拉彈簧式結(jié)構(gòu)； （2）拆下絲杠右端的支撐

48、座，在坐標(biāo)鏜床上將其孔徑鏜至40mm，便與伺服電動(dòng)機(jī)的支撐軸相配合； （3）車削兩個(gè)軸套（分別為一長(zhǎng)一短），長(zhǎng)套用于連接絲杠左端和左支撐座，短套用于連接絲杠右端與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸； （4）對(duì)安裝螺母的配件進(jìn)行刨、磨、鉆、鉸和攻絲等加工，使其符合安裝條件； （5）總裝后，進(jìn)行局部調(diào)整（如滾珠絲杠與道軌的平行度、螺母間隙和螺母上下前后位置等），力求使?jié)L珠絲杠受力均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)傳動(dòng)間隙。 3.3 橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過(guò)雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖3.7所示。橫向步進(jìn)電機(jī)1 及減速器2 安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?/p>

49、，布置一根支撐短軸11 ，通過(guò)套筒聯(lián)軸器10 與滾珠絲杠7 連接起來(lái)。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承，并對(duì)原支承處作適當(dāng)改造，布置一對(duì)推力球軸承12 ，以承受雙向軸向力。左端則將原車床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個(gè)聯(lián)軸套4 和一根連接短軸6 把滾珠絲杠7 與減速器輸出軸3 連接起來(lái)，并通過(guò)一對(duì)圓螺母5 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過(guò)螺母座9 直接固定在中拖板8 上。圖3.7橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖1. 橫向步進(jìn)電機(jī)2. 減速器3. 減速器輸出軸4. 聯(lián)軸套5. 圓螺母6. 連接短軸7. 橫向滾珠絲杠8. 中拖板9. 螺母座10. 套筒聯(lián)軸器11. 支撐短軸12. 推力球軸承3.4 刀