數(shù)控機床原理、結構與維修第9章

1、普通機床普通機床數(shù)控化改造數(shù)控化改造學習目的與要求學習目的與要求n了解機床數(shù)控改造的條件和原則；了解機床數(shù)控改造的條件和原則；n理解機床數(shù)控改造的方向和途徑；理解機床數(shù)控改造的方向和途徑；n了解機床改造的一般步驟；了解機床改造的一般步驟；n掌握數(shù)控改造主要技術方案的選擇；掌握數(shù)控改造主要技術方案的選擇； n了解車床和銑床的數(shù)控改造方法。了解車床和銑床的數(shù)控改造方法。學習導引示例學習導引示例 C616型臥式普通車床的數(shù)控化改造型臥式普通車床的數(shù)控化改造n n n目前我國機床的擁有量約為目前我國機床的擁有量約為400萬臺，其中萬臺，其中40以上是車床，而且多數(shù)役以上是車床，而且多數(shù)役齡都很長。采用

2、價格較低、性能適宜的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，容易實現(xiàn)對一般臥齡都很長。采用價格較低、性能適宜的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，容易實現(xiàn)對一般臥式車床的改造，而且經(jīng)濟效果也比較明顯。這種改造方法在許多工廠都已獲式車床的改造，而且經(jīng)濟效果也比較明顯。這種改造方法在許多工廠都已獲得成功。以下通過介紹普通機床數(shù)控化改造方法來進行得成功。以下通過介紹普通機床數(shù)控化改造方法來進行C 6 1 6型臥式車床的型臥式車床的數(shù)控化改造，如圖數(shù)控化改造，如圖9-1所示改造后的車床傳動系統(tǒng)。所示改造后的車床傳動系統(tǒng)。圖圖9-1 改造后的車床傳動系統(tǒng)改造后的車床傳動系統(tǒng)n機床的技術改造是以應用新的技術，特別是微電子技術的成就機床的技術改造是以

3、應用新的技術，特別是微電子技術的成就和先進經(jīng)驗，改變原有機床的結構，裝上或更換新部件、新附件、和先進經(jīng)驗，改變原有機床的結構，裝上或更換新部件、新附件、新裝置，或?qū)闻_機組成流水線、自動線所采取的技術措施，以新裝置，或?qū)闻_機組成流水線、自動線所采取的技術措施，以補償機床的有形磨損和無形磨損。補償機床的有形磨損和無形磨損。 n9.1.1 機床數(shù)控改造的條件機床數(shù)控改造的條件n (1) 機床基礎件必須有足夠的剛性。數(shù)控機床屬于高精度機機床基礎件必須有足夠的剛性。數(shù)控機床屬于高精度機床，工件或刀具的移動精度要求很高。如果基礎件剛性不好則受床，工件或刀具的移動精度要求很高。如果基礎件剛性不好則受力后

4、容易變形，這種變形具有不確定性，無法用數(shù)控系統(tǒng)的補償力后容易變形，這種變形具有不確定性，無法用數(shù)控系統(tǒng)的補償機能進行補償。機能進行補償。n (2) 改造費用合適、經(jīng)濟性好。機床改造費用分為機床與電改造費用合適、經(jīng)濟性好。機床改造費用分為機床與電氣兩部分。改造費用與原機床。零件的利用率有關也與采用何氣兩部分。改造費用與原機床。零件的利用率有關也與采用何種數(shù)控系統(tǒng)有關。出于經(jīng)濟上的考慮，目前國內(nèi)除重型機床和有種數(shù)控系統(tǒng)有關。出于經(jīng)濟上的考慮，目前國內(nèi)除重型機床和有特殊要求的機床外，通常均采用功率步進電動機驅(qū)動的經(jīng)濟型數(shù)特殊要求的機床外，通常均采用功率步進電動機驅(qū)動的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)進行機床改造。改造

5、總費用要因用戶而異。一般來說，如控系統(tǒng)進行機床改造。改造總費用要因用戶而異。一般來說，如果不超過同類規(guī)格設備價格的一半，在經(jīng)濟上就算合適。果不超過同類規(guī)格設備價格的一半，在經(jīng)濟上就算合適。n 9.1 機床改造概述機床改造概述n 機床數(shù)控改造要遵循針對性、先進適用性、可能性和經(jīng)濟的原則。機床數(shù)控改造要遵循針對性、先進適用性、可能性和經(jīng)濟的原則。n9.1.3 機床數(shù)控改造的方向和途徑機床數(shù)控改造的方向和途徑n 推廣應用數(shù)控及微機、數(shù)顯、可編程控制器。靜壓推廣應用數(shù)控及微機、數(shù)顯、可編程控制器。靜壓(靜動壓靜動壓)技術改技術改造機床，重點是改造大型、中型機床，精密、關鍵技術和在生產(chǎn)中起重造機床，重點

6、是改造大型、中型機床，精密、關鍵技術和在生產(chǎn)中起重要作用的中小型機床。要作用的中小型機床。n 普通車床、磨床、齒輪加工機床，可采用數(shù)控技術及微機加以改造。普通車床、磨床、齒輪加工機床，可采用數(shù)控技術及微機加以改造。加工一定批量的軸、套、盤類零件的小型機床，一般可選用單片機控制加工一定批量的軸、套、盤類零件的小型機床，一般可選用單片機控制步進電動機的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)加以改造。步進電動機的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)加以改造。n 大批量流水線生產(chǎn)的自動線，自動、半自動機床和一些專用、高效大批量流水線生產(chǎn)的自動線，自動、半自動機床和一些專用、高效精密機床，可用一位機等組成可編程控制器加以改造。精密機床，可用一位機等

7、組成可編程控制器加以改造。n 大中型、重型機床改造時重復利用形狀復雜、噸位重的基礎件，如大中型、重型機床改造時重復利用形狀復雜、噸位重的基礎件，如底座、工作臺、床身、立柱、橫梁等，大大縮短改造周期，降低成本費底座、工作臺、床身、立柱、橫梁等，大大縮短改造周期，降低成本費用?？砂惭b數(shù)顯裝置用?？砂惭b數(shù)顯裝置(感應同步器、光柵等感應同步器、光柵等)加以改造。對于需要解決零加以改造。對于需要解決零件加工定位精度和進給精度的鏜床、車床、銑床、磨床、鉆床等，一般件加工定位精度和進給精度的鏜床、車床、銑床、磨床、鉆床等，一般用數(shù)顯技術改造。這在國外已被廣泛采用，并取得了良好的效果。用數(shù)顯技術改造。這在國外

8、已被廣泛采用，并取得了良好的效果。 n9.1.2 機床數(shù)控改造的原則機床數(shù)控改造的原則運作運作n (1) 明確微機改造的任務和目標。明確微機改造的任務和目標。n (2) 總體方案設計?？傮w方案設計。 n (3) 設計計算及結構改裝。設計計算及結構改裝。n (4)繪制機床改裝零件圖和完成機床數(shù)控改造的所有技術資繪制機床改裝零件圖和完成機床數(shù)控改造的所有技術資料。料。n (5) 制造、安裝、調(diào)試。制造、安裝、調(diào)試。n （6）設備投產(chǎn)后要及時總結。）設備投產(chǎn)后要及時總結。 n9.1.4 機床數(shù)控改造的一般步驟機床數(shù)控改造的一般步驟n 9.2.1 數(shù)控改造主要技術方案的選擇數(shù)控改造主要技術方案的選擇n

9、 (1) 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng):經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)具有結構簡單，操作方便，技術經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)具有結構簡單，操作方便，技術容易掌握及制造成本低等優(yōu)點，在中、小型機床數(shù)控化改裝中應用容易掌握及制造成本低等優(yōu)點，在中、小型機床數(shù)控化改裝中應用較多。較多。只有需要進行輪廓控制的場合，才需選用具有聯(lián)動功能的數(shù)只有需要進行輪廓控制的場合，才需選用具有聯(lián)動功能的數(shù)控系統(tǒng)。例如，改裝鉆床時，可選用兩個控制軸的點位數(shù)控系統(tǒng)控系統(tǒng)。例如，改裝鉆床時，可選用兩個控制軸的點位數(shù)控系統(tǒng). n （2）控制方式）控制方式 :開環(huán)系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，該控制方式投資開環(huán)系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此，

10、適用于精度要求一般的中小型機床改裝。少，安裝調(diào)試方便，因此，適用于精度要求一般的中小型機床改裝。半閉環(huán)控制方式控制精度較高，半閉環(huán)控制方式控制精度較高，且多以直流、且多以直流、n 交流伺服電動機為驅(qū)動元件，速度也比開環(huán)控制方式高，適用于控交流伺服電動機為驅(qū)動元件，速度也比開環(huán)控制方式高，適用于控制精度要求高的大、中型機床的改裝。制精度要求高的大、中型機床的改裝。 n （3）伺服驅(qū)動元件）伺服驅(qū)動元件 :在機床數(shù)控化改裝中常用的驅(qū)動元件有步進在機床數(shù)控化改裝中常用的驅(qū)動元件有步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機。電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機。 n n 9.2 機床的經(jīng)濟型數(shù)控技術

11、改造機床的經(jīng)濟型數(shù)控技術改造三種不同生產(chǎn)類型的生產(chǎn)管理特點三種不同生產(chǎn)類型的生產(chǎn)管理特點 n（4）主運動變速）主運動變速n 1) 主傳動系統(tǒng)主傳動系統(tǒng):對普通機床進行數(shù)控改造時，一般可保留原有的主傳對普通機床進行數(shù)控改造時，一般可保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構。動系統(tǒng)和變速操縱機構。 如果要提高機床的自動化程度，可用雙速和如果要提高機床的自動化程度，可用雙速和四速電動機代替原機床的主電動機。經(jīng)濟型數(shù)控車床加工螺紋或絲杠時，四速電動機代替原機床的主電動機。經(jīng)濟型數(shù)控車床加工螺紋或絲杠時，需配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件需配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件.n

12、2) 進給傳動系統(tǒng)進給傳動系統(tǒng) 經(jīng)濟型數(shù)控車床，適用微機控制的步進電動機來執(zhí)經(jīng)濟型數(shù)控車床，適用微機控制的步進電動機來執(zhí)行機床的進給運動。為使進給傳動鏈最短，步進電動機應與進給運動的行機床的進給運動。為使進給傳動鏈最短，步進電動機應與進給運動的絲杠聯(lián)接絲杠聯(lián)接.n3) 自動回轉刀架的安裝快速準確的換刀是每臺數(shù)控機床所必須具備的自動回轉刀架的安裝快速準確的換刀是每臺數(shù)控機床所必須具備的功能功能n(5) 機械系統(tǒng)機械系統(tǒng) n1) 導軌副導軌副 在原動導軌上粘接上聚四氟乙烯導軌軟帶，能有效的防止在原動導軌上粘接上聚四氟乙烯導軌軟帶，能有效的防止爬行，具有自潤滑性，提高導軌壽命爬行，具有自潤滑性，提高

13、導軌壽命 . n2) 傳動元件傳動元件 凡希望角位移和實現(xiàn)位移精確轉換的場合大多是用滾凡希望角位移和實現(xiàn)位移精確轉換的場合大多是用滾珠絲杠副。珠絲杠副。 n n9.3 C616型臥式普通車床的數(shù)控化改造實例型臥式普通車床的數(shù)控化改造實例n1. 總體方案設計總體方案設計n (1) 設計任務。利用微機對設計任務。利用微機對 C616型臥式車床的縱、橫向進給型臥式車床的縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量為系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量為0.0 1 m m，橫向脈沖當量為，橫向脈沖當量為0.005 m m，驅(qū)動元件采用步進電動機。改造后的機床能完成一般，驅(qū)動元件采用步進電動機。改造后的機床能完

14、成一般車削及加工任意錐面、球面、螺紋等加工工序，并能控制主軸開停變車削及加工任意錐面、球面、螺紋等加工工序，并能控制主軸開停變速、刀架轉位及一些輔助功能。速、刀架轉位及一些輔助功能。n(2) 總體方案確定。根據(jù)設計任務，系統(tǒng)應采用輪廓控制形式?？傮w方案確定。根據(jù)設計任務，系統(tǒng)應采用輪廓控制形式?？刂葡到y(tǒng)硬件由微機部分、鍵盤及顯示器等組成?？v向、橫向均采用控制系統(tǒng)硬件由微機部分、鍵盤及顯示器等組成?？v向、橫向均采用步進電動機一減速齒輪一滾珠絲杠螺母一溜板的傳動方式。刀架更換步進電動機一減速齒輪一滾珠絲杠螺母一溜板的傳動方式。刀架更換為四刀位自動回轉刀架。改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖為四刀位自動回轉刀

15、架。改造后的車床傳動系統(tǒng)如圖9-1所示。所示。n 2. 機械部分改造設計與計算、機械部分改造設計與計算、n 機械部分設計內(nèi)容包括：傳動元件的設計計算及選用，運動部機械部分設計內(nèi)容包括：傳動元件的設計計算及選用，運動部件的慣性計算，步進電動機的選擇等。件的慣性計算，步進電動機的選擇等。n 3. 車床改造后的機械結構特點車床改造后的機械結構特點n tTKMCSRtT/n(1) 主傳動系統(tǒng)主傳動系統(tǒng) 為保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構，為保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構，保留機床的原有功能，簡化改造量，只選擇了功率大一些的電保留機床的原有功能，簡化改造量，只選擇了功率大一些的電動機。動機。n(2

16、) 進給傳動系統(tǒng)進給傳動系統(tǒng) 它包括縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)和它包括縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)和導軌副等。導軌副等。 縱向進給系統(tǒng)縱向進給系統(tǒng) 拆除原進給箱，在原機床進給箱的位置安拆除原進給箱，在原機床進給箱的位置安裝齒輪箱體，在原絲杠位置安裝縱向給滾珠絲杠?？v向滾珠絲裝齒輪箱體，在原絲杠位置安裝縱向給滾珠絲杠?？v向滾珠絲杠采用三點支撐形式。步進電動機的布置，可放在絲杠的一端。杠采用三點支撐形式。步進電動機的布置，可放在絲杠的一端?？稍跐L珠絲杠的左端設計一個專用軸承支撐座，而在絲杠托架可在滾珠絲杠的左端設計一個專用軸承支撐座，而在絲杠托架處布置步進電動機和減速箱。車床縱向傳動的支撐結構如圖處

17、布置步進電動機和減速箱。車床縱向傳動的支撐結構如圖9-5所示。所示。n圖圖9-5 車床縱向傳動的支撐結構車床縱向傳動的支撐結構n1、4一推力球軸承一推力球軸承 2、1 0一徑向滑動軸承一徑向滑動軸承 3一左端軸承座一左端軸承座 5一左接桿一左接桿 6、9一聯(lián)軸套；一聯(lián)軸套；n 7一滾珠絲杠螺母副一滾珠絲杠螺母副 8一螺母座一螺母座 11一絲杠托架一絲杠托架 12一消隙減速箱一消隙減速箱 13一步進電動機一步進電動機圖圖9-6 車床橫向傳動的支撐結構車床橫向傳動的支撐結構1一步進電動機一步進電動機 2一消隙減速箱一消隙減速箱 3一支撐架一支撐架 4、5、8一聯(lián)軸套一聯(lián)軸套 6一滾珠絲杠螺母副一滾

18、珠絲杠螺母副 7一螺母座一螺母座 9一支承短軸一支承短軸n 橫向進給系統(tǒng)橫向進給系統(tǒng) 橫向進給系統(tǒng)的橫向滾珠絲杠也采用三點支撐橫向進給系統(tǒng)的橫向滾珠絲杠也采用三點支撐形式。步進電動機都安裝在床鞍的后部。在靠近操作者一端，布置形式。步進電動機都安裝在床鞍的后部。在靠近操作者一端，布置一根支撐短軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原一根支撐短軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原橫向進給絲杠的滑動軸套作為徑向支撐，并對原支撐處進行適當改橫向進給絲杠的滑動軸套作為徑向支撐，并對原支撐處進行適當改裝，布置一對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支撐。在遠離操作者的一端，裝，布置一對推力球軸承，以

19、實現(xiàn)軸向支撐。在遠離操作者的一端，用一個聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。用一個聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。滾珠螺母直接同定在中滑板上。車床橫向傳動的支撐結構如圖滾珠螺母直接同定在中滑板上。車床橫向傳動的支撐結構如圖9-6所示。所示。 導軌副導軌副 床鞍和刀架移動部件的導軌上可粘貼摩擦系數(shù)低的床鞍和刀架移動部件的導軌上可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。聚四氟乙烯軟帶。 (3) 掛輪箱。拆除原掛輪箱，在此位置安裝主軸編碼器。同軸安裝方式如圖9-7所示，連接方式如圖9-8所示。 圖圖9-7 同軸安裝方式同軸安裝方式 圖圖9-8 連接方式連接方式 n (

20、4) 安裝電動盤。為了提高經(jīng)濟犁數(shù)控車床的加工效率，還可考慮安裝電動三爪自定心卡盤裝置。這種裝置可與數(shù)控裝置的收發(fā)信電路相配合，實現(xiàn)自動夾緊、松開動作以提高加工過程的自動化程度。n (5) 自動回轉刀架的安裝。采用LD4系列電動刀架取代原手動四方刀架，n如圖9-9所示。刀架的定位過程如下：系統(tǒng)發(fā)生換刀信號刀架電動機正轉刀臺上升并轉位刀架到位發(fā)出信號刀架電動機反轉初定位精定位夾緊刀架電動機停轉換刀應答。刀架的到位信號由刀架定軸上二端的4個霍爾開關和永久磁鐵檢測獲得。4個霍爾開爾分別為4個刀位的位置，當?shù)杜_旋轉時，帶動磁鐵一起旋轉。當?shù)竭_規(guī)定刀位時，通過霍爾行關輸出到位信號。n 圖圖9-9 LD4

21、系列電動刀架系列電動刀架n 1一罩殼一罩殼 2一刀臺一刀臺 3一刀架座一刀架座 4一刀架電動機一刀架電動機 5一霍爾開關一霍爾開關 6一永久磁鐵一永久磁鐵【 實例實例9-19-1】 加工雙人字槽經(jīng)濟型數(shù)控銑床改造實例加工雙人字槽經(jīng)濟型數(shù)控銑床改造實例n在普通銑床上用常規(guī)方法是無法對圖在普通銑床上用常規(guī)方法是無法對圖9-10所所示人字槽零件進行加工的。普通機床選用了示人字槽零件進行加工的。普通機床選用了X62W銑床進行改造。銑床回轉盤可用來擴銑床進行改造。銑床回轉盤可用來擴大機床功能，將銑刀水平裝入主軸大機床功能，將銑刀水平裝入主軸7：24孔孔即可免去繁瑣改造垂直方向機構和所需力矩即可免去繁瑣改

22、造垂直方向機構和所需力矩大等不足，再配上萬能銑頭等機床附件，使大等不足，再配上萬能銑頭等機床附件，使人字槽的軸類及套類零件的加工更加方便。人字槽的軸類及套類零件的加工更加方便。 圖圖9-10 人字槽零件人字槽零件 2 2故障診斷與維修的步驟和原則故障診斷與維修的步驟和原則n銑床經(jīng)數(shù)控改造后，如圖銑床經(jīng)數(shù)控改造后，如圖9-11所示，不但可對多種系列的軸套類人字槽所示，不但可對多種系列的軸套類人字槽配合零件進行加工，而且還可以對其它種類的同種零件進行加工，達到一配合零件進行加工，而且還可以對其它種類的同種零件進行加工，達到一機多用的目的。機多用的目的。n 圖圖9-11 改造后的銑床結構改造后的銑床結構n 1一銑刀一銑刀 2一分度頭一分度頭n 3、5、6一步進電動機一步進電動機4一支架一支架n 2數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)的選擇n (1) 數(shù)控系統(tǒng)類型的選擇數(shù)控系統(tǒng)類型的選擇 系統(tǒng)應具有系統(tǒng)應具有編程、空行程、回零、手動、自動、編程、空行程、回零、手動、自動、MDI方式及方式及G功能、功能、M功能、功能、T功能、刀具半徑功能、刀具半徑補償、平面設定、尖角過渡等功能。