数控专业数控机床.doc

1、河北机电职业技术学院（论文）河北机电职业技术学院毕业设计论文数控专业数控机床届 机 械 工 程 系专 业：机电设备维修与管理学 号： 学生姓名： 指导老师： 完成日期 20XX 年 6 月 22 日河北机电职业技术学院（论文）摘要数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买

2、昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，可加工形状复杂的零件，改善劳动条件，利于生产管理和机械加工自动化的发展。普通机床的缺点：普通机床靠齿轮和普通丝杠螺母传动。由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确，因此重复精度较低。普通机床测量时需停车后手工测量，测量误差较大，而且效率低下。适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工资水平高。在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因

3、此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。关键字：数控化、改造、意义、普通车床河北机电职业技术学院（论文）目录绪论3一数控机床改造的背景和意义 41.1 数控机床在我国的发展现状41.1.1 车床数控化改造的意义 .51.1.2 普通车床数控化改造的优点 .51.2 数控化改造的内容 71.3 机床数控化改造的必要性.12二车床数控改造的构思与方案.122.1 改造任务 122.2 改造方案的论证132.3 改造方案的确定14三主要结构的数控改造方法143.1 数控系统的改造143.2 纵向（ Z 向）进给系统的

4、改造.183.3 横向（ X 向）进给系统的改造.213.4 刀架 213.5 主轴传动系统的改造.223.5.1 改造思路223.6 滑动导轨副的改造22四安全防护.224.1 硬防护 .224.2 软防护 .23五总结.23参考文献25 致谢.26 河北机电职业技术学院（论文）绪论随 着 社 会 生 产 和 科 学 技 术 的 迅 速 发 展 ， 机 械 产 品 的 性 能 和 质 量 不 断 提 高 。产 品 的 更 新 换 代 也 不 断 加 快 。 因 此 对 机 床 不 仅 要 求 具 有 较 高 的 精 度 和 生 产 率 ，而 且 应 能 迅 速 地 适 应 产 品 零 件 的

5、 变 换 ， 生 产 的 需 要 促 使 了 数 控 机 床 的 产 生 。数 控 机 床 是 指 机 床 的 操 作 命 令 以 数 值 数 字 的 形 式 描 述 工 作 过 程 按 规 定 的程 序 自 动 进 行 的 机 床 。 随 着 微 电 子 技 术 ， 特 别 是 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 数 控 机床 迅 速 地 发 展 起 来 。尽 管 数 控 机 床 可 以 较 好 地 解 决 形 状 复 杂 、 精 密 、 小 批 量 多 品 种 零 件 的 加工 问 题 ， 能 够 稳 定 加 工 质 量 和 提 高 生 产 率 。 但 是 目 前 我 国 在 役 机 床

6、总 量 约380 万 台 ， 其 中 数 控 机 床 总 数 只 有 11 万 多 台 ， 数 控 机 床 占 有 率 不 足 3 ，而 一 些 工 业 发 达 国 家 早 已 达 到 20 以 上 。 我 国 是 制 造 大 国 ， 但 不 是 制 造 强国 。 机 械 制 造 业 水 平 与 发 达 国 家 相 比 相 对 落 后 ， 设 备 陈 旧 ， 技 术 水 平 差 距 大 ，国 际 竞 争 力 弱 ， 影 响 了 生 产 力 的 发 展 。 逐 步 提 高 数 控 机 床 的 占 有 率 已 经 成 为我 国 制 造 技 术 发 展 的 总 趋 势 。 提 高 机 床 数 控 率

7、 有 两 个 途 径 ： 一 是 增 加 新 的 数控 机 床 ， 价 格 昂 贵 ， 一 次 性 投 资 大 ， 目 前 各 企 业 均 有 大 量 的 普 通 机 床 ， 完 全用 数 控 机 床 替 代 是 根 本 不 可 能 的 ； 二 是 对 旧 机 床 进 行 数 控 化 改 造 。 我 国 是 一个 机 床 拥 有 量 极 大 的 国 家 ， 但 大 部 分 机 床 服 役 龄 较 长 ， 采 取 对 旧 机 床 进 行 改造 来 提 高 设 备 的 先 进 性 和 数 控 化 率 ， 是 一 个 极 其 有 效 和 实 用 的 途 径 ， 是 企 业必 走 之 路 。制 造 技

8、 术 和 自 动 化 水 平 的 高 低 己 成 为 一 个 国 家 或 地 区 经 济 发 展 水 平 的 重要 标 志 ， 而 其 中 最 具 代 表 性 的 就 是 数 控 机 床 。 我 国 现 正 处 于 从 以 劳 动 密 集 型产 业 为 主 向 以 技 术 密 集 型 产 业 为 主 的 发 展 阶 段 ， 对 自 动 化 设 备 的 需 求 会 越 来越 大 、 越 来 越 积 极 。 利 用 现 有 普 通 车 床 ， 通 过 数 控 化 改 造 ， 使 其 成 为 一 台 高河北机电职业技术学院（论文）效 、 多 功 能 的 数 控 车 床 ， 是 一 种 盘 活 资 金

9、 的 有 效 途 径 ， 也 是 低 成 本 实 现 自 动化 的 行 之 有 效 的 方 法 。 因 为 一 方 面 我 国 普 通 车 床 保 有 量 大 ， 要 将 普 通 车 床 淘汰 掉 是 不 经 济 、 也 不 现 实 的 做 法 ； 另 一 方 面 ， 从 我 国 目 前 生 产 状 况 来 看 ， 仍然 以 生 产 普 通 车 床 为 主 ， 普 通 车 床 的 数 控 化 改 造 将 会 长 期 存 在 ， 并 会 不 断 的发 展 。河北机电职业技术学院（论文）第 1 章 数 控 机 床 改 造 的 背 景 和 意 义1.1 数 控 机 床 在 我 国 的 发 展 现 状

10、我 国 是 世 界 上 机 床 产 量 最 多 的 国 家 ， 但 在 国 际 市 场 竞 争 中 仍 处 于 较 低 水平 ； 即 使 国 内 市 场 也 面 临 着 严 峻 的 形 势 ,一 方 面 国 内 市 场 对 各 类 机 床 产 品 特别 是 数 控 机 床 有 大 量 的 需 求 ,而 另 一 方 面 却 有 不 少 国 产 机 床 滞 销 积 压 ,国 外机 床 产 品 充 斥 市 场 。 90 年 国 外 数 控 机 床 在 我 国 市 场 的 占 有 率 仅 达 15%左 右 ,而95 年 已 达 77%。 严 重 影 响 我 国 数 控 机 床 自 主 发 展 的 势

11、头 。这 种 现 象 的 出 现 ,除 了 有 经 营 上 、 产 品 制 造 质 量 上 和 促 销 手 段 上 等 原 因外 ,一 个 主 要 的 原 因 是 我 国 生 产 的 数 控 机 床 品 种 、 性 能 和 结 构 不 够 先 进 ,新 产 品 (包 括 基 型 、 变 型 和 专 用 机 床 )的 开 发 周 期 长 ,从 而 不 能 及 时 针 对 用户 的 需 求 提 供 满 意 的 产 品 。 具 体 地 说 ,这 个 问 题 反 映 在 下 列 五 个 方 面 :(1) 我 国 机 床 厂 目 前 开 发 基 型 产 品 的 周 期 约 为 15 18 个 月 ,其

12、中 设 计时 间 约 为 5 8 个 月 ,占 总 周 期 的 40%左 右 。 而 国 外 一 些 先 进 机 床 厂 同 类 基型 产 品 的 开 发 周 期 为 6 9 个 月 ,其 中 设 计 约 1.5 2 个 月 ,只 占 25%。 因 此无 论 是 产 品 开 发 的 总 周 期 还 是 设 计 所 占 的 时 间 比 例 均 与 国 外 先 进 水 平 有 很 大的 差 距 。(2) 我 国 工 厂 由 于 缺 乏 设 计 的 科 学 分 析 工 具 (如 分 析 和 评 价 软 件 、 整机 结 构 有 限 元 分 析 方 法 以 及 机 床 性 能 测 试 装 置 等 ),

13、自 行 开 发 的 新 产 品 大 多基 于 直 观 经 验 和 类 比 设 计 ,使 设 计 一 次 成 功 的 把 握 性 降 低 ,往 往 需 要 反 复 试制 才 能 定 型 ,从 而 可 能 错 过 新 产 品 推 向 市 场 的 良 机 。(3) 用 户 根 据 使 用 需 要 ,在 订 货 时 往 往 提 出 一 些 特 殊 要 求 ,甚 至 在 产 品即 将 投 产 时 有 的 用 户 临 时 提 出 一 些 要 求 ,这 就 需 要 迅 速 变 型 设 计 和 修 改 相 应的 图 纸 及 技 术 文 件 。 在 国 外 ,这 项 修 改 工 作 在 计 算 机 的 辅 助

14、下 一 般 仅 需 数 天至 一 周 ,而 在 我 国 机 床 厂 用 手 工 操 作 就 至 少 需 1 2 个 月 ,且 由 于 这 些 图 纸和 文 件 涉 及 多 个 部 门 ,常 会 出 现 漏 改 和 失 误 的 现 象 ,影 响 了 产 品 的 质 量 和 交货 期 。(4) 现 在 我 国 工 厂 设 计 和 工 艺 人 员 中 青 年 占 多 数 ,他 们 的 专 业 知 识 和实 际 经 验 不 足 , 又 担 负 着 开 发 的 重 任 。河北机电职业技术学院（论文）(5)由 于 长 期 以 来 形 成 的 设 计 、 工 艺 和 制 造 部 门 分 立 ,缺 乏 有 效

15、 的 协 同开 发 的 模 式 ,不 能 从 制 订 方 案 开 始 就 融 入 各 方 面 的 正 确 意 见 ,容 易 造 成 产 品的 反 复 修 改 ,延 长 了 开 发 的 周 期 。为 解 决 这 些 问 题 ,必 须 对 产 品 开 发 的 整 个 过 程 综 合 应 用 计 算 机 技 术 ,发展 优 化 和 仿 真 技 术 ,提 高 产 品 结 构 性 能 ,并 建 立 起 基 于 并 行 工 程(Concurrent Engineering)的 使 设 计 、 工 艺 和 制 造 人 员 协 同 工 作 和 知 识 共享 的 产 品 虚 拟 开 发 环 境 ,使 用 相 应

16、 的 产 品 虚 拟 开 发 软 件 ， 这 样 才 能 有 效 地 解决 产 品 开 发 的 落 后 局 面 ,使 企 业 取 得 良 好 的 经 济 效 益 。1.1.1 车床数控化改造的意义我 国 现 在 拥 有 数 量 多 达 300 多 万 台 的 通 用 机 床 ， 其 中 大 部 分 机 床 的 加工 精 度 、 生 产 率 和 自 动 化 程 度 与 先 进 设 备 相 比 不 高 ， 要 想 在 几 年 内 大 量 地 用数 控 机 床 来 更 新 ， 无 论 在 资 金 上 还 是 技 术 力 量 上 都 是 难 以 实 现 的 。 但 如 果 利用 数 控 技 术 根 据

17、 需 要 对 现 有 机 床 加 以 改 造 ， 不 仅 能 实 现 机 床 的 自 动 化 ， 提 高机 床 的 加 工 精 度 ， 而 且 投 资 少 、 见 效 快 ， 适 合 我 国 的 生 产 力 水 平 。 因 此 ， 利用 数 控 技 术 改 造 旧 设 备 已 成 为 我 国 推 广 全 功 能 数 控 机 床 的 过 渡 手 段 。 其 具 有以 下 的 几 点 意 义 ：1.有 利 于 企 业 技 术 的 提 高 ， 成 本 的 节 约数 控 机 床 与 普 通 机 床 相 比 ， 有 很 大 的 优 势 ， 数 控 机 床 具 有 高 度 柔 性 ， 加工 精 度 高 ，

18、 加 工 质 量 稳 定 、 可 靠 ， 生 产 率 高 ， 改 善 劳 动 条 件 ， 利 于 生 产 管 理现 代 化 ； 而 普 通 机 床 精 度 低 ， 效 率 低 ， 适 合 批 量 较 小 ， 精 度 要 求 不 高 ， 零 活类 零 件 。 它 投 资 较 数 控 低 ， 但 对 工 人 的 操 作 技 能 要 求 较 高 ， 因 此 工 人 工 资 水平 高 。 这 样 会 大 大 的 加 大 企 业 的 支 出 ， 对 企 业 的 收 入 也 是 有 所 影 响 的 。2.有 利 于 企 业 经 济 开 支 的 节 约数 控 化 改 造 一 般 用 户 都 能 承 担 的

19、起 ,这 为 资 金 紧 张 的 中 小 型 企 业 的 技 术改 造 开 辟 了 新 路 ,也 对 实 力 雄 厚 的 大 型 企 业 产 生 了 较 大 的 吸 引 力 。 由 于 新 型机 床 价 格 昂 贵 ,一 次 性 投 资 巨 大 ,如 果 把 旧 机 床 设 备 全 部 用 新 型 机 床 替 换 。要 花 费 大 量 的 资 金 ,而 替 换 下 的 机 床 又 会 闲 置 起 来 造 成 巨 大 浪 费 ,若 采 用 数控 技 术 对 旧 机 床 加 以 改 造 和 购 买 机 床 相 比 ,则 可 省 50%以 上 的 资 金 ,一 套 经济 型 数 控 装 置 的 价

20、格 仅 为 全 功 能 装 置 的 1/3 到 1/5。3.有 利 于 数 控 化 市 场 的 扩 大河北机电职业技术学院（论文）订 购 新 的 数 控 机 床 的 交 货 周 期 一 般 较 长 ,往 往 不 能 满 足 用 户 的 需 要 ,而改 造 的 数 控 机 床 能 够 适 应 市 场 对 产 品 多 样 化 和 高 精 度 的 要 求 。 因 此 得 到 了 用户 广 泛 的 应 用 ,机 床 的 数 控 化 改 造 已 成 为 满 足 市 场 需 求 的 主 要 补 充 手 段 ,对 中 、 小 型 企 业 来 说 是 十 分 理 想 的 选 择 。4.有 利 于 企 业 生

21、产 的 扩 大在 现 代 机 械 制 造 工 业 中 ,中 小 批 量 甚 至 单 件 生 产 ,个 性 化 的 产 品 占 有 相当 大 的 比 重 ,尤 其 是 我 国 加 入 世 贸 组 织 后 ,成 为 世 界 性 的 加 工 基 地 ,产 品 出口 的 增 长 迅 速 ,从 低 附 加 值 、 劳 动 密 集 型 产 品 逐 步 过 度 到 高 附 加 值 的 精 密 型零 件 的 出 口 ， 高 精 度 的 数 控 机 床 起 了 重 要 的 作 用 。 数 控 机 床 是 最 能 适 应 这 种生 产 需 要 的 。5.有 利 于 企 业 的 工 业 化 水 平 的 提 高以 数

22、 控 机 床 为 代 表 的 现 代 基 础 机 械 是 制 造 实 现 生 产 现 代 化 的 重 要 设 备 ，数 控 技 术 水 平 的 高 低 和 机 床 的 数 控 化 率 ， 数 控 设 备 的 拥 有 量 已 成 为 衡 量 一 个国 家 现 代 工 业 化 水 平 的 重 要 标 志 。（ 6） 有 利 于 企 业 的 多 方 面 发 展数 控 技 术 用 于 机 床 的 改 造 是 建 立 在 微 电 子 技 术 与 传 统 技 术 相 结 合 的 基 础上 ， 具 有 高 可 靠 性 、 柔 性 强 ， 易 于 实 现 机 电 一 体 化 、 经 济 性 可 观 等 特 点

23、 。 为此 ， 在 旧 机 床 上 进 行 数 控 化 改 造 可 以 提 高 机 床 的 使 用 性 能 、 降 低 生 产 成 本 、用 较 少 的 资 金 投 入 而 得 到 较 大 的 经 济 效 益 。1.1.2 普通车床数控化改造的优点机 床 作 为 机 械 制 造 业 的 重 要 基 础 装 备 ， 它 的 发 展 一 直 引 起 人 们 的关 注 ， 由 于 计 算 机 技 术 的 兴 起 ， 促 使 机 床 的 控 制 信 息 出 现 了 质 的 突 破 ， 导 致了 应 用 数 字 化 技 术 进 行 柔 性 自 动 化 控 制 的 新 一 代 机 床 数 控 机 床 的

24、诞 生 和 发展 。 计 算 机 的 出 现 和 应 用 ， 为 人 类 提 供 了 实 现 机 械 加 工 工 艺 过 程 自 动 化 的 理想 手 段 。 随 着 计 算 机 的 发 展 ， 数 控 机 床 也 得 到 迅 速 的 发 展 和 广 泛 的 应 用 ， 同时 使 人 们 对 传 统 的 机 床 传 动 及 结 构 的 概 念 发 生 了 根 本 的 转 变 。 数 控 机 床 以 其优 异 的 性 能 和 精 度 、 灵 捷 而 多 样 化 的 功 能 引 起 世 人 瞩 目 ， 并 开 创 机 械 产 品 向机 电 一 体 化 发 展 的 先 河 。 数 控 机 床 是 以

25、 数 字 化 的 信 息 实 现 机 床 控 制 的 机 电 一 体 化 产 品 ， 它 把 刀 具和 工 件 之 间 的 相 对 位 置 ， 机 床 电 机 的 启 动 和 停 止 ， 主 轴 变 速 ， 工 件 松 开 和 夹河北机电职业技术学院（论文）紧 ， 刀 具 的 选 择 ， 冷 却 泵 的 起 停 等 各 种 操 作 和 顺 序 动 作 等 信 息 用 代 码 化 的 数字 记 录 在 控 制 介 质 上 ， 然 后 将 数 字 信 息 送 入 数 控 装 置 或 计 算 机 ， 经 过 译 码 ，运 算 ， 发 出 各 种 指 令 控 制 机 床 伺 服 系 统 或 其 它 的

26、 执 行 元 件 ， 加 工 出 所 需 的 工件 。 即 通 过 简 单 的 数 字 化 控 制 ， 来 实 现 满 足 要 求 的 以 及 复 杂 的 工 序 要 求 。 数 控 机 床 与 普 通 机 床 相 比 ， 其 主 要 有 以 下 的 优 点 ： (1) 适 应 性 强 ， 适 合 加 工 单 件 或 小 批 量 的 复 杂 工 件 ； 在 数 控 机 床 上 改 变加 工 工 件 时 ， 只 需 重 新 编 制 新 工 件 的 加 工 程 序 ， 就 能 实 现 新 工 件 加 工 。 (2) 加 工 精 度 高 ， 具 有 稳 定 的 加 工 质 量 ； (3) 可 进 行

27、 多 坐 标 的 联 动 ， 能 加 工 形 状 复 杂 的 零 件 ；(4) 加 工 零 件 改 变 时 ， 一 般 只 需 要 更 改 数 控 程 序 ， 可 节 省 生 产 准 备 时 间 ；(5)机 床 本 身 的 精 度 高 、 刚 性 大 ， 可 选 择 有 利 的 加 工 用 量 ， 生 产 效 率 高（ 一 般 为 普 通 机 床 的 35 倍 ） ；(6) 机 床 自 动 化 程 度 高 ， 可 以 减 轻 劳 动 强 度 改 善 劳 动 条 件 ； (7) 对 操 作 人 员 的 素 质 要 求 较 高 ， 对 维 修 人 员 的 技 术 要 求 更 高 。 数 控 机床

28、一 般 由 下 列 几 个 部 分 组 成 ： a） 主 机 ， 他 是 数 控 机 床 的 主 题 ， 包 括 机 床 身 、 立 柱 、 主 轴 、 进 给 机 构等 机 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 种 切 削 加 工 的 机 械 部 件 。b） 数 控 装 置 ， 是 数 控 机 床 的 核 心 ， 包 括 硬 件 （ 印 刷 电 路 板 、 CRT 显示 器 、 键 盒 、 纸 带 阅 读 机 等 ） 以 及 相 应 的 软 件 ， 用 于 输 入 数 字 化 的 零 件 程 序 ，并 完 成 输 入 信 息 的 存 储 、 数 据 的 变 换 、 插 补 运 算 以

29、及 实 现 各 种 控 制 功 能 。 c） 驱 动 装 置 ， 他 是 数 控 机 床 执 行 机 构 的 驱 动 部 件 ， 包 括 主 轴 驱 动 单 元 、进 给 单 元 、 主 轴 电 机 及 进 给 电 机 等 。 他 在 数 控 装 置 的 控 制 下 通 过 电 气 或 电 液伺 服 系 统 实 现 主 轴 和 进 给 驱 动 。 当 几 个 进 给 联 动 时 ， 可 以 完 成 定 位 、 直 线 、平 面 曲 线 和 空 间 曲 线 的 加 工 。d） 辅 助 装 置 ， 指 数 控 机 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 证 数 控 机 床的 运

30、 行 ， 如 冷 却 、 排 屑 、 润 滑 、 照 明 、 监 测 等 。 它 包 括 液 压 和 气 动 装 置 、 排河北机电职业技术学院（论文）屑 装 置 、 交 换 工 作 台 、 数 控 转 台 和 数 控 分 度 头 ， 还 包 括 刀 具 及 监 控 检 测 装 置等 。e) 编 程 及 其 他 附 属 设 备 ， 可 用 来 在 机 外 进 行 零 件 的 程 序 编 制 、 存 储 等 。还 具 有 良 好 的 经 济 效 益 ； 有 利 于 生 产 管 理 的 现 代 化 ； 数 控 改 造 费 用低 ； 机 械 性 能 稳 定 可 靠 ， 结 构 受 限 ； 可 充 分

31、 利 用 现 有 的 条 件 ； 可 以 采 用 最 新的 控 制 技 术 ； 交 货 期 短 ， 可 满 足 生 产 急 需 等 优 点 。1.2 机 床 数 控 化 改 造 的 必 要 性我 国 目 前 机 床 总 量 三 百 余 万 台 ， 而 其 中 数 控 机 床 总 数 只 有 11.34 万台 ， 即 我 国 机 床 数 控 化 率 不 到 3%。 而 且 机 床 的 素 质 差 ， 性 能 落 后 ， 单 台 机床 的 平 均 产 值 只 有 先 进 工 业 国 家 的 1/10 左 右 。 用 这 种 装 备 加 工 出 来 的 产品 普 遍 存 在 质 量 差 、 品 种

32、少 、 档 次 低 、 成 本 高 、 供 货 期 长 ， 从 而 在 国 际 、 国内 市 场 上 缺 乏 竞 争 力 ， 直 接 影 响 一 个 企 业 的 产 品 、 市 场 、 效 益 ， 影 响 企 业 的生 存 和 发 展 。 所 以 必 须 大 力 提 高 机 床 的 数 控 化 率 ， 急 待 改 造经 过 大 量 实 践 证 明 普 通 机 床 数 控 化 改 造 具 有 一 定 经 济 性 、 实 用 性 和 稳 定性 。 所 以 很 多 企 业 纷 纷 将 现 有 机 床 改 造 成 经 济 型 数 控 机 床 ， 这 种 做 法 具 有 投资 少 、 见 效 快 的 特

33、 点 。 事 实 证 明 ： 用 较 少 的 资 金 ， 将 普 通 机 床 改 造 升 级 为 数控 机 床 ， 可 以 为 企 业 带 来 可 观 的 经 济 效 益 ， 比 较 符 合 我 国 的 国 情 。河北机电职业技术学院（论文）第 2 章 车 床 数 控 改 造 的 构 思 与 方 案对 现 有 的 普 通 车 床 进 行 数 控 化 改 造 ， 主 要 应 解 决 的 问 题 是 ： 如 何 将 机械 传 动 的 进 给 机 构 和 手 工 控 制 的 刀 架 转 位 进 给 部 件 改 造 成 有 数 控 系 统 控 制的 刀 架 自 动 转 位 以 及 自 动 进 给 的

34、自 动 加 工 车 床 ， 即 经 济 型 数 控 车 床 。经 济 型 数 控 车 床 ， 主 要 依 靠 两 方 面 来 保 证 和 提 高 被 加 工 零 件 的 精 度 ：一 是 系 统 的 控 制 精 度 ， 二 是 机 床 本 身 的 机 械 传 动 精 度 。 数 控 机 床 的 进 给 传 动系 统 ， 由 于 必 须 对 X、 Z 轴 进 给 位 移 的 位 置 度 同 时 实 现 自 动 控 制 ， 所 以 ， 数控 车 床 与 卧 式 车 床 相 比 ， 应 具 有 更 好 的 精 度 ， 以 确 保 机 械 传 动 系 统 的 传 动精 度 和 工 作 平 稳 性 。2

35、.1 车 床 机 械 结 构 改 造 的 特 点2.1.1 纵 向 滚 珠 丝 杠纵 向 滚 珠 丝 杠 必 须 采 用 三 点 式 支 撑 形 式 。 步 进 电 动 机 的 布 置 ， 可 放 在丝 杠 的 任 一 端 。 由 于 拆 除 了 进 给 箱 ， 可 在 原 安 装 进 给 箱 处 布 置 步 进 电 动 机 和减 速 齿 轮 ， 也 可 在 滚 珠 丝 杠 的 左 端 设 计 一 个 专 用 轴 承 支 撑 座 ， 而 在 丝 杠 托 架处 布 置 步 进 电 动 机 和 减 速 箱 。 机 床 改 造 常 采 用 后 一 种 布 置 方 案 。 车 床 纵 向传 动 机 构

36、 的 布 置 如 图 2-1 所 示 。图 2-1 车床纵向传动机构的布置1. 纵向步进电机 2. 减速齿轮 3. 纵向滚珠丝杠 4. 工作台 5. 套筒联轴器 6. 支撑轴河北机电职业技术学院（论文）在丝杠的左端设计了一个专用轴承支撑座，采用一个轴套式滑动轴承作为径向支撑，在滑动轴承的两侧分别布置一对推力球轴承，承受两个方向的轴向力。支撑短轴与滚珠丝杠通过联轴套连接起来。滚珠丝杠的右端通过连轴套和减速箱的输出轴连接，在丝杠托架上布置一个轴套式滑动轴承作为径向支撑，减速箱固定在丝杠托架上，滚珠丝杠的中间支撑为滚珠螺母，与床鞍直接连接。2.1.2 横 向 滚 珠 丝 杠横向滚珠丝杠也采用三点支撑

37、形式。步进电机一般都安装在床鞍的后部。靠近操作者一端，布置一根支撑端轴，通过一个联轴套与滚珠丝杠连接起来。利用车床原横向进给丝杠的滑动轴套作为径向支撑，并对原支撑处进行适当改装，布置一对推力球轴承，以实现轴向支撑。在远离操作者的一端，用一个连轴套和一根连接端轴把滚珠丝杠与减速箱输出轴连接起来。滚珠螺母直接固定在中滑板上。车床横向传动的支撑结构如图 2-2 所示。2.1.3 导 轨 副为减少运动部件移动时的摩擦阻力，尤其是减少静摩力，床鞍和刀架移动部件的导轨可粘贴摩擦因数低的聚四氟乙烯软带。2.1.4 主 轴 脉 冲 发 生 器改造后的简易数控车床需要自动加工螺纹时，可以在主轴后端同轴安装或者异

38、轴安装一个主轴脉冲发生器，作为轴轴位置的信号反馈元件，目的是用河北机电职业技术学院（论文）来检测主轴转角的位置，并将其变化情况输送给数控装置，使其能按照所需加工的螺距进行处理。2.1.5 安 装 电 动 卡 盘为了提高经济型数控车床的加工效率，还可以采用电动三爪自定心卡盘装置。这种装置也可以与数控装置的收发信电路相匹配，实现自动夹紧、松开，提高加工过程的自动化程度。2.2 数 控 化 改 造 对 机 械 传 动 系 统 的 要 求数控化改造对机械传动系统的要求为：1）尽量采用低摩擦的传动副，如滚动导轨和滚珠丝杠螺母副，以减小摩擦力。2）选用最佳的降速比，为达到数控机床所要求的脉冲当量，使运动位

39、移尽可能地快速达到跟踪指令的的要求。3）尽量缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度。4）尽量消除传动间隙，以减小反向行程误差，如采用消除间隙的联轴器和消除传动齿轮间隙的机构等。5）尽量满足低振动和高可靠性方面的要求。为此应采用间隙小、传动精度高、运动平稳、效率高，以及传递转矩大的传动元件。从应用的方面考虑，结合目前国内大多数工矿企业的现状，卧式车床改造以采用更换滚珠丝杠来代替原机床上的 T 形螺纹丝杠，也可对原机床上 T 形螺纹丝杠加以修复，但此时，必须相应修配与此相匹配的螺母，尽量减小其间隙，提高其配合精度。2.3 改 造 方 案 的 确 定本次改造的普通车床型号为 CA6140，长度

40、 750 毫米。数控改造主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高，为简化结构、降低成本，拟采用步进电机开环控制系统。通过控制纵、横进给系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。河北机电职业技术学院（论文）为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。2.2.1 改造任务本设计任务是对 CA6140 普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z 向）脉冲当量为 0.01mm/脉冲，横向（X 向）脉冲当量为 0.005mm/脉冲，

41、驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。 2.2.2 改造方案的确定CA6140A 车床主要用于对中小型轴类、盘类及螺纹零件的加工，加工这些零件工艺上要求机床应完成的工作内容有：能够控制主轴正反转，实现不同切削速度的主轴变速；刀架能够实现纵向和横向的进给运动，并具有在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具的功能；加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个加工螺纹的螺距或导程。这些内容就是数控化改造后数控系统需要控制的对象。 数控机床由机床、数控系统和外围技术三部分组成。普通车床改造的目的是利用数控系统控制车床自动完成机械加工任务，提高车床的加工精度和生产效率。在考虑经济

42、型数控机床改造具体方案时，所遵循的原则是在满足需要的前提下，对原有车床尽可能减少改动，以降低改成本。改造中需要解决的问题是：将机械传动的进给和手动控制的转位刀架改造成数控装置控制的自动转位刀架和自动进给的数控加工车床。 利用数控系统对输入的加工程序进行运算处理，发出的进给指令通过 I/O接口输出给 X 轴和 Z 轴步进电机，经齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，由螺母带动刀架直线移动，从而实现纵向和横向的自动进给运动。换刀指令通过刀架控制器控制三相电动机实现刀架自动转位功能，由脉冲编码器协调完成螺纹车削功功能。河北机电职业技术学院（论文）第 3 章 主 要 结 构 的 改 造 方 法3.1 数 控

43、系 统 的 选 择机床数控系统(CNC 系统)是数控机床的控制核心，随着机床数控技术的不断发展与进步，提高了数控机床的整体性能，尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著，现在，数控机床已在机械工业生产中得到广泛应用。目前市场上流行的数控系统，如 FANUC、西门子、GSK980TD 等都配置有车床数控系统，能够胜任车、削加工的大部分工作，并具有价格低廉、可靠性强、功能强大等特点。在对多家数控系统进行比较后!我们选择了 GSK980TD 型数控系统。数控机床应能长期连续加工，其数控系统必须能够长期无故降连续运行。为保证机床长期可靠地运行，数控系统必须有抵抗恶劣环境的高可靠运行特性。3.1.1

44、电 气 控 制 原 理1、主轴控制系统：主轴采用三相异步电机驱动由西门子 440 变频器 US 控制，其动力由U、V、W 三相电源经变频器 US 提供，主轴电机的正反转由指令控制经 PLC 输出再经变频器 US 控制主轴电机的正反转，主轴电机转速由数控系统经 XS9 口直接连到变频器 US 控制电机转速，若出现故障，则由变频器 US 发出信号经 PLC 输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。 控制原理图如下： 河北机电职业技术学院（论文）2、Z 轴进给伺服控制系统：Z 轴采用松下伺服电机驱动由松下伺服模块控制（如图 3-2） ，其动力由R、S、T 三相电源经伺服模块提供，

45、伺服电机控制刀架的 Z（纵向）进给与后退（正反转）及进给速度与进给量指令由数控系统发出，它们与数控系统的接口为 XS30-XS33，若出现故障，则由伺服模块发出信号经 PLC 输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。3、 X 轴进给伺服控制系统：X 轴电机采用雷赛步进电机驱动（如图 3-2） ，由进给伺服模块控制，其动力由+V1 电源经伺服模块提供，步进电机控制刀架的 X（横向）进给与后退（正反转）及进给速度与进给量指令由数控系统发出，它与数控系统的接口为XS30，若出现故障，则由伺服模块发出信号经 PLC 输入到数控系统，经系统判河北机电职业技术学院（论文）断故障类型在显

46、示器上报警显示报警号。 4、刀架控制电路： 刀架电机采用三相异步电机驱动由继电器模块控制（如图 3-3） ，刀架电机控制刀架的换刀（正反转）及转动角度指令由数控系统发出，若出现故障，则由 PLC 发出信号输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。河北机电职业技术学院（论文）5、光栅尺控制：光栅尺通过测量反馈控制刀架进给与后退量的实际尺寸与指令尺寸的误差大小反馈给数控系统，若误差太大超出允许误差范围，数控系统可根据加工情况进行时时调整，若出现故障，由系统判断故障类型并在显示器上报警显示报警号。河北机电职业技术学院（论文）第 4 章 安 全 防 护4.1 硬防护改造效果必须以安全

47、为前提。在车床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切削及硬粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。4.2 软防护为了避免刀架纵向或横向冲出工作台需对其进行超程保护控制，其控制原理为： 1. 当向 X 轴正向移动时刀架撞到+M-SQX1 限位开关电路切断电源，使其断电停车；当向 X 轴负向移动时刀架撞到+M-SQX2 限位开关电路切断电源，使其断电停车；2. 当向 Z 轴正向移动时刀架撞到+M-SQZ1 限位开关电路切断电源，使其断电停车；当向 Z 轴正向移动时刀架撞到+M-SQZ2 限位开关电路切断电源，使其断电停车。如果刀架超程要

48、在超程按扭的配合下使其回到工作行程范围内，一旦操作不当或机床误动作急停按扭可以使其在任何位置停止，这样大大提高了系统的稳定性和减小了费品率，且可以大幅度的提高工人的人身安全 。河北机电职业技术学院（论文）第 5 章 总 结虽然本课题的主要任务是完成对普通车床的数控化改造，但是，数控化改造并不是简单的装上数控装置就行了，它是一项繁琐的工作。我们的设计和改造任务主要包括主运动和进给运动的改造设计，通过改造使其具有数控机床的一般特性。应该来说，对普通车床的数控化改造具有一定的经济性和可行性。目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工出来的产品普遍存在

49、质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。在设计过程中，我们也学到了很多东西，我们通过查阅大量的资料，把所学的知识应用到设计中，这样既温故了我们在大学期间所学的专业知识，又培养了我们一种独立思考问题、解决问题的能力，对今后的工作必将产生深远的影响。河北机电职业技术学院（论文）致 谢经过几个月的学习和设计过程，在老师的帮助下和指导下我按时完成了大学期间最后的一次学业任务，此刻我的心情是无比的激动并且复杂的。回顾毕业设计的这段时间，我深深地感到虽然时间很短暂，但是收获颇多。在这段时间，对给予我很大帮助的董老师表示深深地感谢，本论文是在老师的悉心指导下完成的，从老师那里，我不仅学到了许多书本上的知识，同时也学会了许多做人的道理。师恩厚重，学生将永远铭记在心。在课题的研究期间和论文的撰写过程中，老师倾注了大量的心血，才使得我能够顺利地完成各项工作，从最初论文的选题到最终斟字酌句的审阅，论文进行过程中的每一个环节，都倾注着老师辛劳的汗水，凝结着老师智慧的结晶。老师严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、孜孜不倦的学习精神无不给我留下了深刻的印象，对我在学业上的严格要求和教