SK360數控化改造

1、引言本次改造設計是對SK360的數控化改造，具體是對主傳動的改造設計，通過添加軸上 的編碼器測量主軸轉速，保證 X和Z向的進給。數控化改造即能降低成本，有能提高生產 效率，有很大的發(fā)展前景。通過本次改造設計，使所學的理論知識得到鞏固和應用。進一步提高自己的設計、計 算繪圖能力，在改造設計的過程中提高自己分析解決問題的第一章緒論11 畢業(yè)設計的目的：根據機械設計制造及其自動化專業(yè)的教學大綱要求：本專業(yè)學生要熟悉掌握機電 一體化產品和系統(tǒng)的設計、制造、使用與維修、維護的程序，并能夠靈活運用所學專業(yè)課 程知識，解決實際問題的綜合素質與能力；具有研究開發(fā)為完成教學大綱的要求，本畢業(yè) 設計研究討論的主要

2、內容，是對安陽鑫盛機床廠的一臺 SK360普通臥式車床進行數控化改 造，改造后機床型號定為 CKG360。具體是對主傳動的改造設計。12 畢業(yè)設計選題意義 ：數控機床是制造業(yè)現代化的標志：是提高促進國民經濟發(fā)展的基礎設備，促進科技國 防現代化的重要手段， 也是衡量一個國家經濟實力的一個重要指標， 隨著我國 WTO 的加入， 市場經濟將與世界接軌，為加快我國制造業(yè)向高速、高精、高自動化、高柔性化、智能化 的發(fā)展速度，提高市場競爭能力，數控機床是我國列入十五計劃的重點項目。近期，對汽車工業(yè)和數控行業(yè)的重點投入與扶持， 98 年來中國數控機床消費量增長率 在 30%以上，產量年增長率在 19%，據預

3、測以后幾年中國數控機床的市場消費將以年均 20.75%的速度增長，國家數控機床的市場需求空間很大。同發(fā)達國家相比，我國機械行業(yè)基礎較差，數控應用起步較晚，數控普及率較低，鄉(xiāng) 鎮(zhèn)、民營企業(yè)較多，數控技改資金投入有限，機床價格成為制約數控應用的一個障礙，對 普通機床的數控化改造成為我國應用數控技術的投資少、見效快的項目。我國目前機床總量 380 余萬臺，而其中數控機床總數只有 11.34 萬臺，即我國機床數 控化率不到3%近10年來，我國數控機床年產量約為0.60.8萬臺，年產值約為18億元。 機床的年產量數控化率為 6%。我國機床役齡 1 0年以上的占 60%以上；10 年以下的機床中， 自動/

4、半自動機床不到20% FMC/FM蒔自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自 動機床占 60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶抵圃煨袠I(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數是傳統(tǒng)的 機床，而且半數以上是役齡在 10 年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質 量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接 影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數 控化率。經過大量實踐證明普通機床數控化改造具有一定經濟性、實用性和穩(wěn)定性。所以很多 企業(yè)紛紛將現有機床改造成經濟型數控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實 證明：用較少的資金，將

5、普通機床改造升級為數控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。1. 3 改造的目的 ：克服普通機床自動化程度低，操作者勞動強度大，技術水平要求高，機床潤滑不穩(wěn)定， 導軌易爬行，加工產品精度一致性差，不易加工曲線和圓弧面的缺點。提高機床的自動化程度，提高機床生產率及加工成品的一致性，降低操作者勞動強度， 降低機床對操作者熟練程度的要求。擴大機床的加工范圍，提高機床加工精度。1. 4 技術指標：原車床SK360參數、指標：1 規(guī)格：中心高： 190mm。最大工件長度： 750mm。床身上最大回轉直徑：360mm床鞍上最大回轉直徑：210mm2床頭箱：主軸孔錐度：莫氏短 6 號。主軸孔直徑：38 mm主

6、軸正轉種數： 12 種。轉速范圍： 37-1600r/min 主軸反轉種數： 6 種。轉速范圍： 102-1570r/min 。3機床主電機：主電機功率： 4Kw。轉速： 1441r/min15 改造設計要求：根據本部分緒論，改造目的，針對改造機床具體情況，參考同規(guī)格數控機床的功 能配置和精度要求，提出如下改造設計要求：1. 床頭箱提高主軸精度，增加主軸編碼器和相關元件，滿足數空控制的要求及精度 要求。2. 手動卡盤改為電動卡盤，降低勞動強度，提高工作效率，并且卡盤定心準確，性能穩(wěn)定，動作靈敏，夾緊力大小可調，最大加緊力達45KN夾持范圍達4200mm3. 手動刀架改為電動刀架，能實現刀架的轉

7、位、定位、夾緊的自動控制，滿足數控 編程的要求，并且要求刀架對指令信號反應靈敏，動作執(zhí)行準確可靠，能充分發(fā)揮出數 控化改造后加工效率高、精度高的特點。4. 溜板與床鞍合理匹配，滿足 Z 向進給的剛性結構及數控化技術改造的要求。5. 床鞍、滑板、X向、Z向絲杠潤滑，采用電動潤滑，降低勞動強度，提高潤滑 的可靠性和潤滑質量，滿足數控化改造對潤滑系統(tǒng)的要求，同時潤滑系統(tǒng)的技術改造，應 有利于數控化技術改造后車床的安裝調試及日常維護。6. 主軸箱潤滑仍采用原潤滑，軸承溫度最高不大于70 C,溫升小于40 C,以利于提高加工精度。7. 電氣改造采用低成本、高穩(wěn)定性的半閉環(huán)數字化廣州980T控制系統(tǒng)，配置

8、安全可靠的電器控制箱，與機械部分的數控化改造相匹配，安裝數據輸入顯示屏和車床數控化功能操作面板，直流穩(wěn)壓電源由隔離變壓器提供，具有良好的安全性和抗干擾性。8. 機床改造機械部分精度按國家標準 JB/T8324.1-96 數控臥式車床精度要 求；電氣部分按國家標準 GB5226.1-2002 要求。第二章車床數控化改造方案21 改造可行性分析 ：將原普通臥式車床的參數和指標與簡式數控臥式車床的參數、 指標相比較，可以看出， 數控機床的幾何精度中除床身導軌調平在縱向導軌垂直平面內的直線度提高 0.01mm 和新 增加了刀架精度要求之外，其余與普通機床完全相同，數控機床的工作精度項目中，精度 要求也

9、基本相同，個別項目精度要求雖高，但相差不大，因此，從精度方面分析，原機床 的零部件基本能滿足數控機床的要求，個別項目精度要求不同，通過零件的改造補充加工， 可以達到要求，因此，普通臥式車床的數控化改造基礎是可行的。22 總體改造方案 ：通過分析，原機床主要存在問題為：1機床不宜加工曲面和圓弧。 2機床控制自動化低，操作者勞動強度大，加工一致性差。為克服上述缺陷，實現數控機床具有的自動加工特性，對其進行數控化改造，總體 改造方案為：機床原主參數不變，將手動刀架將變?yōu)殡妱拥都埽皇謩涌ūP變?yōu)殡妱涌ūP； 縱向（Z軸），橫向（X軸）普通絲杠將換為滾珠絲杠，并分別配置伺服電動機控制兩個方 向運動；主軸增加

10、轉角，轉速信息反饋編碼器；電器增加伺服系統(tǒng)，自動液晶顯示器，從 而使機床具備數控機床加工可進行編程及自動加工的性能。改造后機床具有加工效率高，廢品率低，成品一致性好，對工人技術熟練程度要求 降低，操作簡單的特性；并適合于加工各種錐面、曲面、螺紋及形狀復雜的軸套類零件的 加工，且適用于多品種，中小批量的輪番加工，工藝適應性強。22.1 主軸箱部分：主軸箱是機床的關鍵部件，其價格在機床中占的比例比較大，由于本次設計是經濟型 數控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動 盡可能少，以降低成本。222 卡盤部分：原機床卡盤為手動卡盤，為提高機床的自動化程度，降低操作者

11、勞動強度，滿足加工要求，去除手動卡盤，增加電動卡盤。根據機床允許最大切削力為7150N,最大夾緊直徑為200mm,最高主軸轉速為1600r/min，選擇夾緊范圍為4200mm,最大夾緊力為45KN , 最高工作轉速為2000r/min，生產廠家為上海機床附件二廠，型號為 JDK200的電動卡盤， 該卡盤結構緊湊，安裝簡便，使用可靠，定心精度高，能夠滿足機床改造要求。改造方法 為主軸前端增加過渡連接盤與卡盤體連接，主軸后端蓋增加支架，支承卡盤電機，設計結 構簡單可靠。223 床身、溜板、刀架部分：在對床身改造時，考慮到其為機床重要基礎件之一，床身導軌本身采用中頻淬火，淬 火層較深，為了提高床身的

12、精度和耐磨性，對床身再次進行磨削加工。同時為了盡量減少 改造加工，在補充加工限位開關用螺孔后，并充分利用原絲杠支架位置和螺孔，設計安裝 滾珠絲杠、伺服電機支架，滿足傳動要求。溜板部分，由于縱向 Z 軸采用滾珠絲杠、伺服電機傳動，原機床溜板箱被取消，但為了 安裝滾珠絲杠螺母座，減少支架安裝的補充加工，提高支架剛性，新設計螺母座支架，仍 采用溜板箱式框架結構。刀架部分，為了提高自動化程度，去除原機械回轉刀架，換為電動回轉四工位刀架， 型號為LDB4-C6132，廠家為常州市亞興數控設備有限公司，配置刀方為 20X20mm,該刀 架換刀不許抬刀，無觸點發(fā)訊，雙銷反靠，采用國際先進的三端齒定位，螺紋升

13、降夾緊， 工作可靠度高，剛性好，壽命長，密封性能好，定心精度高，能夠滿足機床需要。224 潤滑部分：原機床導軌、絲杠，為人工潤滑，潤滑不均勻，不可靠。為了適應數控機床自動化的 要求，并增加機床潤滑的可靠性、均勻性，減少磨擦，對機床床身兩導軌處、滑板兩導軌 處、縱向（ Z 向）絲杠及橫向（ X 向）絲杠等潤滑改為集中自動潤滑，潤滑裝置選用浙江 中日合資浙江永嘉流遍機械潤滑有限公司生產的MMXL-川-15/5.5潤滑泵，該潤滑裝置可定時、定量提供潤滑油，并設有油位發(fā)訊器，可滿足潤滑安全、可靠、均勻、省油的要求。 床頭箱潤滑為油輪飛濺自動潤滑，非人工潤滑，不影響數控機床的自動化程度，能滿足數 控機床

14、要求，仍采用原潤滑。225 電氣部分：原機床電氣為交流接觸器普通強電控制，為了滿足機床數控化改造的要求，實現數控 機床要求的電氣系統(tǒng)控制的自動化和控制精度，對機床電氣部分進行全部改造設計，廢除 原電器部分，根據結構情況，設計更換新的電氣柜、數控操縱臺，并重新設計強電和添加 配置數控系統(tǒng)。為了操縱方便，設計將全部操縱按扭和液晶顯示屏集中布置在操縱臺上。 在系統(tǒng)選擇方面，目前，數控控制主要有開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制三種，從系統(tǒng) 的價格、精度和功能方面考慮，改造選擇廣州數控設備廠生產的經濟型數控半閉環(huán)控制升 級換代產品 GSK980T 數控系統(tǒng)。 該系統(tǒng)系國產第一代全數字交流伺服系統(tǒng)， 采用國

15、際最新 數字信號處理器（DSP）、大規(guī)模可編程門陣列（CPLD）和MITSUBISHI智能化功率模塊（IPM），集成度高，體積小，保護完善，可靠性好，并且采用最優(yōu)PID算法完成PWM控制，性能已達到國外同類產品的水平，另外伺服電機自帶編碼器，位置信號反饋至伺服驅 動器，與開環(huán)位置控制器一起構成半閉環(huán)控系統(tǒng)，避免了失步現象，從低速到高速都具有 穩(wěn)定的轉矩特性，電機轉速、定位精度高，通過修改參數，可對伺服系統(tǒng)的工作方式、運 行特性作適當的設置， 可適應不同的要求。 從控制精度參數看， 本系統(tǒng)的反饋脈沖為 10000 脈沖 /轉，能夠滿足數控需要第三章 主傳動改造方案設計31 確定主傳動改造方案 將

16、普通機床的精度與簡式數控機床的精度要求相比較，普通機床主軸箱要求的幾何精 度與數控機床主軸箱要求的幾何精度（主軸端部的跳動、主軸定心軸徑的徑向跳動、主軸 錐孔軸線的徑向跳動、主軸軸線對溜板移動的平行度、頂尖的跳動、橫刀架橫向移動對主 軸軸線的垂直度）完全相同；普通機床主軸箱要求的三項工作精度與數控機床主軸箱要求 三項工作精度相比，數控機床精車夾在卡盤中（或插在主軸錐孔）的圓柱試件圓度誤差提 高0.005 mm,在縱截面內直徑的一致性相同，精車夾在卡盤中的盤形試件端面直線度誤差 提高為0.005mm,精車圓柱普通螺紋螺距誤差提高 0.015mm，精度相差不大，為了降低改 造成本，滿足數控機床的要

17、求，對主軸箱只作局部改造。1. 原 SK360 普通臥式車床的主傳動系統(tǒng)不變。2. 為了提高主軸精度，對于主軸軸承，全部更換，并提高一個精度等級。3. 為了節(jié)約改造成本，對沒有損壞、不影響精度的齒輪、一般軸用軸承只作清洗維護。4. 拆除進給傳動系統(tǒng)，使主軸箱內傳動系統(tǒng)簡化，滿足改造后數控精度要求。5. 主軸箱的齒輪、軸承潤滑，為甩油輪飛濺自動潤滑，非人工潤滑，不影響數控機床的自動化程度，能夠滿足數控機床對主軸箱的潤滑要求，潤滑仍采用原裝置，不做改動，只做整理。6. 為了給進給系統(tǒng)提供主軸轉速和位置信息，滿足數控車削各種螺紋、曲線、圓弧的要求，增加主軸編碼器。7. 為提高檢測精度，編碼器利用拆除

18、進給傳動系統(tǒng)的W軸位置，采用1:1齒輪傳動，與主軸直接相連。3. 2編碼器選擇根據SK360主軸箱的結構擬定方案，該機床主要適合螺紋的加工，在螺紋加工的過程中，應避免螺紋的亂扣現象，所以應該保證 X向和Z向的進給的精度和平穩(wěn)性。主軸轉速能夠保證X和Z向進給，只要測出主軸的轉速即可。故需安裝一個軸來傳遞 主軸的轉速，在安裝的這根軸加個速度檢測裝置-旋轉編碼器。旋轉編碼器是用來測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數主要 有每轉脈沖數（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是 一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以

19、測量轉速，還可以判斷旋轉的方向。旋轉編碼器由精密器件構成，故當受到較大的沖擊時，可能會損壞內部功能，使用上應充 分注意。編碼器為了滿足精度、結構、系統(tǒng)匹配的要求，編碼器選擇具有體積小、重量輕、安裝 方便、互換性好、性能穩(wěn)定、功能全、抗干擾能力強、力矩小、耗能低、使用壽命長、旋 轉方向、脈沖數量的增減能自動判別、計數起點可任意設定、并可實現多圈無限累加和測 量的長春一光生產的主軸編碼器，型號為PLF25-1024-C05E,編碼器最高轉速為5000r/min， 每轉脈沖數為1024PLF系列的編碼器3.3 主軸軸承的選擇軸承選擇的原則 數控機床選用的軸承，有滾動和滑動兩大類，從旋轉精度來看，兩大

20、類軸承都能滿足 要求。滾動軸承比滑動軸承相比的優(yōu)缺點：滾動軸承能在轉速和載荷變化幅度很大的條 件下穩(wěn)定地工作，能在無間隙，甚至在預緊的條件下工作。摩擦系數小，易于潤滑，有 利于散熱。但滾動軸承的不足是：滾動軸承的阻尼較低，徑向尺寸比滑動軸承大；其次由 于滾動軸承滾動體的數量有限，在旋轉中的徑向剛度是變化的，易引起振動。因此選用滾 動軸承更為合適。通常情況下，可按下列條件選用滾動軸承：1. 中高速重載 雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承（如配推力軸承則極限轉速低） 。成對圓錐滾子軸承結構簡單，但極限轉速較低?？招膱A錐滾子軸承的極限轉速較高但成本較高。2. 高速輕載 成組角接觸球軸承，根據軸向

21、載荷的大小分別選用 接觸角。3. 軸向載荷為主 精度要求不高時，選用推力軸承配深溝球軸承；精度要求較高時，選用向心推力軸承。4. 徑向載荷為主 一般選用深溝球軸承。主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的向心軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷 的推力軸承。軸承類型及型號選用主要應根據主軸組件的剛度、承載能力、轉速、抗振性 及結構等要求綜合考慮進行選定。本次改造中，原有主軸軸承型號不變，只是全部提高一 個精度等級，選用 6 級精度。3.4 編碼器軸組件的設計3.4.1 軸的設計1. 軸的選材（1）選材應該滿足使用性能要求 該軸不進行力的傳遞，在保證其剛度、強度、耐磨性、耐沖擊性、熱穩(wěn)定性和抗 振性等

22、力學性能和運動副磨損就能滿足其性能要求(2) 滿足經濟性要求如果符合使用要求的材料，其工藝成本、供應難度、環(huán)境損害等資源要素的代價 很高，那么這種材料的選用顯然是不符合市場經濟環(huán)境和社會發(fā)展要求的。因此，選材必 須滿足經濟性和社會發(fā)展性要求。(3) 滿足用材習慣性要求在工程實際中，符合使用性、工藝性、經濟性要求的材料往往不是唯一的，這就要考 慮用材習慣的問題。軸類零件應根據不同工作條件和使用要求選用不同的材料和熱處理，以獲得一定的強 度、韌性和耐磨性。45鋼是一般軸類常用的材料，40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉 速較高的軸，軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn可制造較高精度的軸。本軸選用45

23、鋼作為材料 就能滿足其使用要求2. 軸承的選擇由于本設計的軸只承受徑向載荷，軸轉速范圍為37-1600r/min，極限轉速較高，所以應選 用極限轉速較很高的軸承組合；另外由于主電動機的功率為4kw，為小功率。因此該機床屬于以徑向載荷為主，所以選用深溝球軸承。軸承精度等級選用5級精度，型號為6304型深溝球軸承。3. 軸的結構設計(1) 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝備方案是進行軸結構設計的前提，它決定軸的基本形式。所謂的裝 配方案就是預定出軸上零件的裝配方向、順序、和相互關系。該軸的零件裝配方案是：齒 輪、套筒、軸承、軸承端蓋。(2) 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度1) 初步

24、確定軸的最小直徑，選取軸的材料為 45鋼，調質處理。取A=112，取齒輪的傳動效率0.97于是得dmin3112n4 0.972160014.89mm，取d115mm,長度 L120mm。2） 初步選用60000型深溝球軸承，d D T 20 47 14，故直徑d2 20 mm,軸肩高度 h=1.5，取 L2 31.5mm。故 ds 25mm，取 Ls 453）取安裝齒輪處的直徑 d2 30mm，采用套筒定位，軸肩高度h0.07d，故取h=2.5mm，取 L4 40mm4）齒輪左端部分起定位，故選取d3 30mm，采用軸肩定位，h0.07d，所以取h=5,l336 mm經過上述分析，已經初步確

25、定軸的各段直徑和長度。（3）軸上零件的周向定位H 7為保證齒輪與軸的配合有良好的對中性，選用齒輪輪轂與軸的配合為二7，選用平鍵N68 7 30。該軸左端編碼器采用鍵鍵連接，選用 5 5 18，由于該軸只是傳遞速度，軸向不 受力，故無需對其進行強度校核。=14齒輪的設計在本次主軸箱數控化改造中，原變速箱的傳動機構保持不變，拆掉帶動進給機構的V和VI軸，進給系統(tǒng)改用伺服電機驅動。為了防止漏油和灰塵的進入，在V軸上加個空堵。為了測量主軸轉速，在VI軸的位置加上一根安裝編碼器的軸，實現和主軸的同步轉速，軸 上所用齒輪和主軸齒輪采用 1：1 的傳動比。由于中心距已定，根據結構空間的要求，用類 比演算的方

26、法，確定該齒輪傳動采用直齒圓柱齒輪傳動，齒輪的齒數和模數分別為： Z=78,m=1.5。結論本次設計是對 SK360 車床數控化改造，經過三個多月的努力。這次對車床改造的主要任 務就是能夠準確的測出主軸的轉速，從而實現對進給系統(tǒng)的檢測。通過對改造的分析，要 測的主軸轉速，應該把主軸轉速給傳遞出來，在安裝一個速度檢測裝置編碼器，把編碼 器安裝在傳遞主軸轉速的那根軸，實現和主軸同步轉速，能夠測得主軸的轉速。在整個改造設計過程中，我認為態(tài)度是至關重要的。用什么樣的態(tài)度對待這次畢業(yè)設 計，是能否高質量完成這次畢業(yè)設計的關鍵。積極的態(tài)度讓我們迎著問題和困難而上，不 懼風雨，最終我們將克服重重困難，收獲成

27、功。本次改造還有很多的不足之處，應用到生產實際中還需要大量的試驗，畢竟理論和實 際之間需要一個過度過程。即將走向工作的我們，在企業(yè)中要善于發(fā)現問題，勤于思考， 把自己所學的理論和生產實際結合起來，我相信一定能夠設計出更先進的產品。在整個改造設計的過程中，我感到這不僅是一次能力的升華，也是人格的一種完善， 我認為，此次設計必將對我以后的工作、生活和學習產生巨大的影響，它給了我一次人生 跳板。致謝通過四年的學習，我們在任課老師、指道老師的耐心輔導、細心關懷和校方領導的 精心安排下，按時完成了所學課程；在畢業(yè)設計過程中，得到了苗老師朱老師等老師的大 力支持和幫助。特別是我們的指導老師苗曉鵬老師，在課

28、題選擇、方案的確定、資料借閱 和設計過程中都給予了我詳細的指導和幫助，使我們順利完成教學規(guī)定的畢業(yè)設計；再通 過這次畢業(yè)答辯，經過各位專家、評委的認真點評與指導，我相信對我們樹立正確的設計 思想，培養(yǎng)我們嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作學風起道推進作用，為我們以后的 工作提供極大的幫助；我借此對我們付出艱辛勞動、艱辛汗水、提供各種資料的任課老師 和指道老師，為我們提供各種支持的學校領導，以及百忙之中抽出時間為我們點評與指導 的專家、評委表示感謝和衷心的謝意！在本設計調研、查找資料的過程中，得到了“安陽鑫盛機床廠”部門及有關人員的大 力支持，給我們提供了必要的數據和資料，使我們設計工作得到了順利進行，并最終按時 完成了畢業(yè)設計任務。在此，也一并對他們的熱心幫助表示感謝！參考文獻1 王愛玲主編現代數控機床結構與設計北京：兵器工業(yè)出版社 ,1999. 801092 熊光華主編 .數控機床 .北京：機械工業(yè)出版社，2001 60903 王鳳蘊等主編 . 數控原理與典型數控系統(tǒng) . 北京：高等教育出版社， 2003.94 江耕華 胡來瑢 陳啟松 主編 機械傳動設計手冊 煤炭工業(yè)出版社 1992 55895 使用機械設計手冊編寫組 主編 實用機械設計手冊 機械工業(yè)出版社 1