【JG001】CA6140普通机床的数控化改造设计[C][2A0]
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【JG001】CA6140普通机床的数控化改造设计[C][2A0],jg001,ca6140,普通,机床,数控,改造,设计,a0
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目录 目录 4 摘要 5 关键词 5 一、 机 床的数控化改造设计 5 二、数 车床的性能和精度的选择 6 三、车床 改造方案 6 1、进给系统的改造 6 2、主轴脉冲发生器的安装 7 3、自动回转刀架 7 4、丝杠及导轨的自动润滑 7 四、系统的 I/O 接口分配 7 五、数控车的性能和精度的提高 8 8 8 9 六、数控车的改造实例 9 七、结论 10 致谢 11 参考文献 12 附图 13 普通车床的数控改造方法及设计 学生： * 指导教师： * 摘要： 数控机床的发展，一方 面是全功能、高性能如自适应数控机床、多工序加工中心、柔性加工系统等；另一方面是简单实用的普及型和经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，加工精度高，操作维修方便。与全功能的数控机床相比，普及型数控机床的价格要低得多。与经济型数控机床相比，普及型数控机床由于采用伺服电机作进给动力，因而具有加工精度高的特点。而采用成熟的普及型数控技术来改造老设备，则比更新设备所需资金要减少一半以上，这样既提高了设备的整体水平，又可解决更新资金不足的困难。 NC is NC as on is NC of of NC is of as a of of to NC to so of to 关键词： 数控；改造；车床 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 1 页 共 12 页 天津职业技术学院（毕业）设计 毕业设计（论文） 普通车床的数控改造方法及设计 20010年 3 月 23 日 系 部 ： 专 业 ： 班 级 ： 学生姓名 ： 指导教师 ： 毕 业 届 ： 2010 届 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 2 页 共 12 页 郑 重 声 明 本设计（论文）系本人在 *老师指导下独立完成的设计（论 文 ），本人拥有自主知识产权，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的知识产权纠纷由本人负责。 学生： * *年 *月 *日 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 3 页 共 12 页 天津 职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）课 题 任 务 书 机电工程系（院） 数控技术及应用 专业 *班 学生： 一 、 毕业设计 (论文 )课题 普通车床的数 控改造方法及设计 二、毕业设计 (论文 )工作自 * 年 * 月 *日起至 *年 *月 *日止 三、 毕业设计 (论文 )进行地点 ：天津 职业技术学院 四、毕业设计 (论文 )的内容要求： （ 1）文字要求：文字通顺，语言流畅，无错别字。 （ 2）份量要求：理工类不少于 3500 字 （ 3）图纸要求（工程设计型）：图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须用工程字书写。提倡学生用计算机绘图。 （ 4）曲线图表要求（工程设计型）：所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准徒手画，必须 按国家规定标准或工程要求采用计算机绘制。 （ 5）编排格式要求：论文外形尺寸以 为准。论文文字排版的字号、字距、行距的大小，以版面清晰、容易辨识和阅读为原则，一般可参考下面要求进行排版：题目和标题用黑体，字号分别用 3 号和 4 号；文章段落内容用小 4 号宋体字，每页 32行，每行 33字；各级标题序号一律用阿拉伯数字标明；正文中标题一律左顶格。 （ 6）打印份数要求：一律打印 2份， 1份交指导教师（含电子稿），1 份准备答辩用。 五、教师指定的主要参考文献 1全国数控培训网络天津分中心编 北京 :机械工业出版社 ,1998 2赵松年 ,张奇鹏主编 北京 :机械工业出版社 ,1997 3. 60 数控系统技术手册。三菱电机株式会社， 2002 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 4 页 共 12 页 目录 目录 4 摘要 5 关键词 5 一、 机 床的数控化改造设计 5 二、数 车床的性能和精度的选择 6 三、车床 改造方案 6 1、进给系统的改造 6 2、主轴脉冲发生器的安装 7 3、自动回转刀架 7 4、丝杠及导轨的自动润滑 7 四、系统的 I/ 7 五、数控车的性能和精度 的提高 8 8 8 9 六、数控车的改造实例 9 七、结论 10 致谢 11 参考文献 12 附图 13 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 5 页 共 12 页 普通车床的数控改造方法及设计 学生： * 指导教师： * 摘要： 数控机床的发展，一方面是全功能、高性能如自适应数控机床、多工序加工中心、柔性加工系统等；另一方面是简单实用的普及型和经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，加工精度高，操作维修方便。与全功能的数控机床相比，普及型数控机床的价格要低得多。与经济型数控机床相比，普及型数控机床由于采用伺服电机作进给 动力，因而具有加工精度高的特点。而采用成熟的普及型数控技术来改造老设备，则比更新设备所需资金要减少一半以上，这样既提高了设备的整体水平，又可解决更新资金不足的困难。 NC is NC as on is NC of of NC is of as a of of to NC to so of to 关键词： 数控；改造；车床 机床数控改造的意义 : （ 1） 节省 资金 ： 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 （ 2） 性能稳定可靠 ： 因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力天津 职业技术学院（毕业）论文 第 6 页 共 12 页 变形而影响精度。 （ 3） 提高生产效率 ： 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至 5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 1 一、 机 床的数控化改造设计 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以 及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 1 二、 数 车床的性能和精度的选择 并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前 ，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。 （ 1） 轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。 （ 2） 进给运动： 进给速度： 常为 8 400mm/ 常为 2 100 mm/ 快速移动： 常为 4m/ 常为 3m/ 脉冲当 量：在 常 向的 2倍。 加工螺距范围：包括能加工螺距类型（公制、英制、模数、径节和锥螺纹等），一般螺距在 10 （ 3） 进给运动驱动方式（一般都选用步进电机驱动）。 （ 4） 给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。 （ 5） 刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。 （ 6） 其他性能指标选择： 插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。 刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 7 页 共 12 页 显示：采 用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。 诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。 以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设计。 2 三、车床 改造方案 1、 进给系统的改造 普通车床的主传动和进给传动共用一个动力源，其进给链是把主轴和刀架分别作为传动链的起点和终点；而数控车床的这两个传动链是分离的，各不关联的。从经济实用、简单可靠的改造原则出发，在数控改造中，不改变车床的主轴运动系统，仍保留原有形态，即主轴变速为手动操作。 进给传动系统采用： 伺服电机 刀架 的传动路线。 纵向、横向进给，在电气上相互关联 ,可以两轴联动 ,在机械上则相互独立 ,可以独立运动。 纵向运动由 伺服电机与纵向滚珠丝杠通过接套 直接连接，经溜板箱上的螺母带动床鞍，获得 横向运动由 伺服电机与横向滚珠丝杠连接，拖动刀架拖板，获得 数控机床的加工精度在很大程度上是取决于进给传动链的传动精度、灵敏度和稳定性。为了提高进给传动系统的灵敏度即快速响应特性，必须有效地减少运动件的磨擦阻力，为此采用滚珠丝杠代替梯形丝杠，前者具有传动效率高、运动平稳、精度保持性好、寿命长、可通过预紧消除轴向间隙并提高系统刚度等特点。滚珠丝杠选择 度等级为 3级。 进给传动系统的具体改造方案 如下： （ 1）纵向：拆除进给箱、三杠、溜板箱，将伺服电机装在进给箱三杠支架左侧，把滚珠丝杠的左端通过连接套与伺服电机的输出轴相连接，滚珠螺母安装固定在溜板箱上。 （ 2）横向：拆除横向滑动丝杠螺母副，把横向滚珠丝杠螺母装在中拖板中，通过连接套横向将滚珠丝杠与伺服电机连接，伺服电机固定在丝杠的前端。 2、 主轴脉冲发生器的安装 主轴脉 冲发生器是为加工螺纹而安装的主轴转速检测装置，它与主轴转速严格同步， 主轴旋转角度与走刀发生严格的每转进刀量关系，确保螺距的正确性，螺纹切削时的传动路线为：主轴 齿轮副 脉冲发生器 数控装置 伺服电机 纵横向进给机构。 3、 自动回转刀架 刀架部分是机床的主要功能部件，对其进行改装主要是为了实现多刀夹持，自动转位。电动刀架采用 4工位立式自动回转刀架。该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等特点。 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 8 页 共 12 页 改装时，原刀架拆除后装上自 动回转刀架，并用垫板来调整安装后的刀架中心高与原机床中心高一致。 4、 丝杠及导轨的自动润滑 良好的润滑，能够保证机床具有良好的运行状态，能够减少接触面间的摩擦和磨损。机床在长期的运行过程中，经常由于润滑不良，造成导轨拉伤、研磨，以及丝杠的磨损，为了减少由于润滑不良而造成的机械故障，我们采用了自动定量电动润滑装置，自动定时、定量对导轨和滚珠丝杠进行润滑。 自动润滑装置为 装置采用微型同步电机和机械减速机构驱动，结构紧凑，其注油量可在 注油周期可在 6时配有液位开关，可实现对油罐液位的自动监控。 2 四、系统的 I/ 通过以上分析和设计，数控车床的控制对象和控制形式已十分明确，需输入的控制信号包括以下几类： （ 1） 丝杠位置检测信号、 向限位开关及参考点减速开关发出的信号。 （ 2） 刀架位置检测信号，包括四个刀位的位置检测及刀架锁紧到位信号等。 （ 3） 主轴编码器发出的主轴位置检测信号。 （ 4） 数控系统发出的控制信号。 数控系统控制输出的信号包括以下几类： （ 1） 主轴正转、反转、停止及油泵润滑信号； （ 2） 刀架正转、反转信号； （ 3） x、 （ 4） 冷却电机启动及报警信号； （ 5） 操造面板发出的其它控制信号等。 根据 理安排数控系统接口，使整个数控系统3 五、 数控车的性能和精度的提高 由于所改造的机床结构已经定型，而且一般又经过长时间的运转 ,床头箱、床身、床鞍等都有一定的磨损量，所以不适应数控系统对机床结构的要求。所以在改造前必须恢复机床结构上的不足，使机床的各部分精度满足数控机床最基本的要求。 机床在进行数控改造前 ,重点要对以下几何精度进行恢复 : （ 1） 主轴精度的恢复 （ 2） 床身的精度的恢复 （ 3） 溜板部件精度的恢复 主轴的回转精度及配合间隙直接影响到加工件的几何精度和表面粗糙度。所以必须通过对主轴及轴承的修复、装配与调整，轴轴向游隙及窜动允差为 轴回转精度满足下表要求。 普通车床（加工件直径 800 ） 锥孔轴线径向跳动 定心外圆轴颈 主轴中心处轴 轴肩支承面轴天津 职业技术学院（毕业）论文 第 9 页 共 12 页 端部 300 距离处 的径向跳动 向窜动 向跳动 车床的基准面是床身导轨面，这个基准面要保证溜板运动的直线性，还要保证其它有关运动及有关基面同溜板运动保持相互位置的准确性。导轨面磨损后对机床几何精度的影响如下： （ 1） 溜板移动导轨在垂直平面内及水平面内的直线度超差。 （ 2） 溜板移动对主轴中心线的平行度超差。 （ 3） 移动尾座，尾座套筒内锥孔轴线与溜板移动方向平行度超差。 （ 4） 尾座套筒内锥孔轴线与主轴中心线不等高。 （ 5） 床身几何精度的降低直接影响到加工件的精度和表面粗糙度。 修复导轨常用方法是刮研法 ,此外 ,也可以采用以磨带刮的方法。车床的导轨修复以齿条安装面为基准，此面没有磨损，保持了原有精度，用它作为基准修复、校正导轨面，可以修复导轨的直线性精度和恢复该导轨为机床的基准面。通过刮研，使床鞍导轨面在垂直平面内的直线度允差为 m,在全长上的允差为 水平面内的直线度允差为 m, 在全长上的允差为 样使床身的精度的到了恢复。 3 溜板部件包括床鞍和中拖板。修理的重点是： 证溜板上、下导轨的垂直度要求和上导轨的直线度要求。 刮研溜板，使溜板上导轨与横向进给丝杠支撑孔的平行度在水平面内和垂直面内的平行度在 300度上小于 溜板上下导轨的垂直度要求通过刮研其与床身配合的下导轨实现。刮研溜板下导轨使溜板结合面在纵向上与床身导轨的平行度在全长允差为 板结合面对进给箱、托架安装面的垂直度在 100度上的允差为 在床鞍导轨面粘接塑料导轨板，用以补偿床身导轨面的磨损，使溜板恢复到原来的高度。 X、 X、 装精度靠调整滚珠丝杠的上母线和侧母线的安装精度来保证，上母线与侧母线的允差为 动精度由伺服电机的定位精度和滚珠丝杠在任意 300程内的行程变动量 其它各项精度按照精度检验标准 ,一一进行调整 ,使之达到要求。通过以上工作，使机床的精度得到了恢复与提高，达到了数控机床的技术要求。 六、 数控车的改造实 例 例如 :140 型普通车床数控化改造例，它采用了一种比较简单但是较为典型的改装方案，改造后的车床进给运动由步进电机 驱动，它们分别安装在床头箱内（或床身尾部）和拖板后 方，通过减速齿轮和纵横向丝杠带动车床的纵横天津 职业技术学院（毕业）论文 第 10 页 共 12 页 进给运动。 为使改造后的车床能充分发挥数控车床的效能，纵横向丝杠螺母副一般需要调换成滚珠丝杠螺母副。当利用原丝杠螺母副时，为了减少改造工作量，纵向驱动电机及减速箱一般装在床身尾部，这时连接车床原传动系统（主轴系统）和纵向丝杠传动的离合器尚未拆除，工作时应使处于脱开位置。同理，脱落蜗杆等原横向自动 进给机构若未拆除，工作时也应使其处于空档（空挡）位置。改造后的进给脉冲当量的量值靠步进电机步距角、减速齿轮比、丝杠导程三者协调确定。 三者之间换算关系可以以下式表示： （ /360 ） （ D） T= 式中 步进电机步聚角（度）； T 所驱动丝杠导程（ ; A,B,C,D 齿轮齿数，当单级减数时，令 c、 ； 脉冲当量值（ 步进电机的参数根据阻力矩及切屑用量的大小和机床型号来选择，普通车床（如 ）的数控改造中多采用 N M）静力矩的步进电机，如选 N M）的作为横向进给电机；选 N M）的作为纵向进给电机。 若需要，可将原刀架换成自动转位刀架，则可以用程序数控转换刀具进行切屑加工。当数控系统发出换刀信号时，首先继电器 作，换刀电动机正转驱动蜗轮蜗杆机构，使上刀体上升。当上刀体上升到一定的高度时，离合转盘起作用，带动上刀体旋转进行选刀。刀架上方的发信盘中对应每个刀位都安有一个传感器，当上刀体旋转到某个刀位时，该刀位的传感器向数控系统输出信号，数控系统将刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋转到所选刀位。此时数控系统控制继电器 电器 刀电动机反转，活动销在反靠盘上初定位。在活动销反靠的作用下，螺杆带动上刀体下降，直到齿牙盘咬合，完成精定位，并通过蜗轮蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固。此时数控系统控制继电器 放，换刀电动机停转，完成换刀动作。也可以保留原刀架仍采用手动转换刀具，但在换刀时必须设置程序暂停。如果需要加工螺纹，则要在主轴外端或其他适当部位装上一个脉冲发生器 C，用它发出脉冲使步进电机准确地配合主轴的旋转 而产生相应的进给运动，即保证主轴每转一转，车刀移动一个导程。 方案中，不更换丝杠方法当数控系统出现故障时，仍可以加工，但滑动丝杠螺母副容易磨损故需要经常检修，而且功率和加工精度均不如滚珠丝杠螺母副驱动方式。另外，拖板与床身的导轨不够平行或垂直，以及两者之间摩擦力过大，丝杠轴线与导轨间存在平行度误差等问题均会使驱动阻力增加。为了减阻力以提高步进电机的力矩有效率和加工精度 . 完毕后，还应该对其进行安装调试及验收。一般来说，应特别注意安装的位置和基础，使机床处于良好稳定的工作环境。其次是全 面检查各器件、插件的连接情况以及各油路、电路的情况，再进行数控系统的连接。当完成数控系统的调整，具备了机床联机通电试车的条件，可切断数控系统的电源，连接电动机的动力线，恢复报警设定，准备通电试车。试车的目的是考核机床的安装是否稳固，各传动、操纵、控制、润滑、液压、气动等系统是否正常和灵敏可靠。改造后的数控机床的验收是和安装调试工作同步进行的。一台机床数控改造完好后的检测验收工作是一项复杂的工作，其试验检测手段及技术要求也很高，它需要使用各天津 职业技术学院（毕业）论文 第 11 页 共 12 页 种高精度的仪器，对机床的机、电、液、气各部分及整机进行单项性能综合性能检测，包括运行刚度和热变形等一系列试验，其中应特别注意机床数控功能的检验，最后得出该机床的综合评价。 3 七 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。其改造涉及到机械、电气、计算机等领域，是一项理论深、实践强的系统工程。在进行数控改造时，应该做好改造前的技术准备。改造过程中，机械修理与电气改造相结合，先易后难、先局部后全局。 致谢 感谢辛勤帮助我的指导老师，感谢所有帮助我的同学朋友，还有参考 资料的作者们，我谨以此设计来回报你们，回报你们的指导，支持，和无私的帮助，在此次设计中，我认真听取老师的指导，朋友的建议，为使设计达到老师和学校的要求，我相信此次设计一定能够是回报你们的良作。同时，我还要感谢三年来教我的所有老师，学生就要离开学校，没什么给你们的，就拿此次设计献给你们吧。 天津 职业技术学院（毕业）论文 第 12 页 共 12 页 参考文献 1 全国数控培训网络天津分中心编 北京 :机械工业出版社 ,1998 2 赵松年 ,张奇鹏主编 北京 :机械工业出版社 ,19973 60 数控系统技术手册。三菱电机株式会社， 2002 吉林大学远程教育 专科生毕业论文（设计） 中文题目 通机床的数控化改造设计 学 生姓名 专业 层 次年 级 学号 指 导 教 师 职称 学习 中心 成 绩 2012 年 月 日 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 1 摘 要 数控机床的发展，一方面是全功能、高性能如自适应数控机 床、多工序加工中心、柔性加工系统等；另一方面是简单实用的普及型和经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，加工精度高，操作维修方便。与全功能的数控机床相比，普及型数控机床的价格要低得多。与经济型数控机床相比，普及型数控机床由于采用伺服电机作进给动力，因而具有加工精度高的特点。而采用成熟的普及型数控技术来改造老设备，则比更新设备所需资金要减少一半以上，这样既提高了设备的整体水平，又可解决更新资金不足的困难。 关键词： 数控 改造 车床 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 2 目 录 摘 要 . 1 目 录 . 2 第一章 机床数控改造的意义 . 3 . 3 . 4 第二章 车床改造方案 . 6 . 6 . 7 转刀架 . 8 . 8 第三章 系统的 I/O 接口分配 . 8 第四章 数控车的性能和精度的提高 . 9 . 10 . 10 . 11 第五章 数控车的改造实例 . 12 第六章 结论 . 15 参考文献 . 16 致 谢 . 16 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 3 第一章 机床数控改造的意义 （ 1） 节省资金： 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新 机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 （ 2） 性能稳定可靠：因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 （ 3） 提高生产效率： 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3 至 5 倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 1 床的数控化改造设计 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相 似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 4 些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控 机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 1 车床的性能和精度的选择 并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水 平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。 （ 1） 轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。 （ 2） 进给运动： 进给速度： 常为 8 400mm/ 常为 2 100 mm/ 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 5 快速移动： 常为 4m/ 常为 3m/ 脉冲当量：在 常 向的 2倍。 加工螺距范围：包括能加工螺距类型（公制、英制、模数、径节和锥螺纹等），一般螺距在 10 （ 3） 进给运动驱动方式（一般都选用步进电机驱动）。 （ 4） 给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。 （ 5） 刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。 （ 6） 其他性能指标选择： 插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。 刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。 显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。 诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误 动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 6 以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设计。 2 第二章 车床改造方案 给系统的改造 普通车床的主传动和进给传动共用一个动力源，其进给链是把主轴和刀架分别作为传动链的起点和终点；而数控车床的这两个传动链是分离的，各不关联的。从经济实用 、简单可靠的改造原则出发，在数控改造中，不改变车床的主轴运动系统，仍保留原有形态，即主轴变速为手动操作。 进给传动系统采用： 伺服电机 刀架 的传动路线。 纵向、横向进给，在电气上相互关联 ,可以两轴联动 ,在机械上则相互独立 ,可以独立运动。 纵向运动由 伺服电机与纵向滚珠丝杠通过接套直接连接，经溜板箱上的螺母带动床鞍，获得 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 7 横向运动由 伺服电机与横向滚珠丝杠连接，拖动刀架拖板，获得 数控机床的加工精度在很大程度上 是取决于进给传动链的传动精度、灵敏度和稳定性。为了提高进给传动系统的灵敏度即快速响应特性，必须有效地减少运动件的磨擦阻力，为此采用滚珠丝杠代替梯形丝杠，前者具有传动效率高、运动平稳、精度保持性好、寿命长、可通过预紧消除轴向间隙并提高系统刚度等特点。滚珠丝杠选择 度等级为 3级。 进给传动系统的具体改造方案如下： （ 1）纵向：拆除进给箱、三杠、溜板箱，将伺服电机装在进给箱三杠支架左侧，把滚珠丝杠的左端通过连接套与伺服电机的输出轴相连接，滚珠螺母安装固定在溜板箱上。 （ 2） 横向：拆除横向滑动丝杠螺母副，把横向滚珠丝杠螺母装在中拖板中，通过连接套横向将滚珠丝杠与伺服电机连接，伺服电机固定在丝杠的前端。 轴脉冲发生器的安装 主轴脉冲发生器是为加工螺纹而安装的主轴转速检测装置，它与主轴转速严格同步， 主轴脉冲发生器中取出与螺距相应的脉冲数，使主轴旋转角度与走刀发生严格的每转进刀量关系，确保螺距的正确性，螺纹切削时的传动路线为：主轴 齿轮副 脉冲发生器 数控装置 伺服电机 纵横向进给机构。 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 8 动回转刀架 刀架部分是机床的主要功能部件，对其 进行改装主要是为了实现多刀夹持，自动转位。电动刀架采用 4工位立式自动回转刀架。该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等特点。 改装时，原刀架拆除后装上自动回转刀架，并用垫板来调整安装后的刀架中心高与原机床中心高一致。 杠及导轨的自动润滑 良好的润滑，能够保证机床具有良好的运行状态，能够减少接触面间的摩擦和磨损。机床在长期的运行过程中，经常由于润滑不良，造成导轨拉伤、研磨，以及丝杠的磨损，为了减少由于润滑不良而造成的机械故障，我们采用了自动定量电动润滑装置，自动定时、定量对导轨和 滚珠丝杠进行润滑。 自动润滑装置为 电动润滑泵，该装置采用微型同步电机和机械减速机构驱动，结构紧凑，其注油量可在 升范围内调节 ,注油周期可在6时配有液位开关，可实现对油罐液位的自动监控。 2 第三章 系统的 I/O 接口分配 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 9 通过以上分析和设计，数控车床的控制对象和控制形式已十分明确，需输入的控制信号包括以下几类： （ 1） 丝杠位置检测信号、 X 向和 Z 向限位开关及参考点减速开关发出的信号。 （ 2） 刀架位置检测信号，包括四个刀位的位置检测及刀架锁紧到位 信号等。 （ 3） 主轴编码器发出的主轴位置检测信号。 （ 4） 数控系统发出的控制信号。 数控系统控制输出的信号包括以下几类： （ 1） 主轴正转、反转、停止及油泵润滑信号； （ 2） 刀架正转、反转信号； （ 3） x、 （ 4） 冷却电机启动及报警信号； （ 5） 操造面板发出的其它控制信号等。 根据 控系统的接口配置，合理安排数控系统接口，使整个数控系统3 第四章 数控车的性能和精度的提高 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 10 由于所改造的机床结构已经定型， 而且一般又经过长时间的运转 ,床头箱、床身、床鞍等都有一定的磨损量，所以不适应数控系统对机床结构的要求。所以在改造前必须恢复机床结构上的不足，使机床的各部分精度满足数控机床最基本的要求。 床主要几何精度的恢复 机床在进行数控改造前 ,重点要对以下几何精度进行恢复 : （ 1） 主轴精度的恢复 （ 2） 床身的精度的恢复 （ 3） 溜板部件精度的恢复 主轴的回转精度及配合间隙直接影响到加工件的几何精度和表面粗糙度。所以必须通过对主轴及轴承的修复、装配与调整，主轴轴向游隙及窜动允差为 轴回转精度满足下表要求。 普通车床（加工件直径 800 ） 锥孔轴线径向跳动 定心外圆轴颈的径向跳动 主轴中心处轴向窜动 轴肩支承面轴向跳动 端部 300 距离处 身精度的恢复 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 11 车床的基准面是床身导轨面，这个基准面要保证溜板运动的直线性，还要保证其它有关运动及有关基面同溜板运动保持相互位置的准确性。导轨面磨损后对机床几何精度的影响如下： （ 1） 溜板移动导轨在垂直平 面内及水平面内的直线度超差。 （ 2） 溜板移动对主轴中心线的平行度超差。 （ 3） 移动尾座，尾座套筒内锥孔轴线与溜板移动方向平行度超差。 （ 4） 尾座套筒内锥孔轴线与主轴中心线不等高。 （ 5） 床身几何精度的降低直接影响到加工件的精度和表面粗糙度。修复导轨常用方法是刮研法 ,此外 ,也可以采用以磨带刮的方法。车床的导轨修复以齿条安装面为基准，此面没有磨损，保持了原有精度，用它作为基准修复、校正导轨面，可以修复导轨的直线性精度和恢复该导轨为机床的基准面。通过刮研，使床鞍导轨面 在垂直平面内的直线度允差为 m,在全长上的允差为 水平面内的直线度允差为 m, 在全长上的允差为 样使床身的精度的到了恢复。 3 板部件精度的恢复 溜板部件包括床鞍和中拖板。修理的重点是： （ 1） 保证溜板上、下导轨的垂直度要求和上导轨的直线度要求。 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 12 刮研溜板，使溜板上导轨与横向进给丝杠支撑孔的平行度在水平面内和垂直面内的平行度在 300度上小于 板上导轨燕尾槽面直线度在全长上为 溜板上下导轨的垂直度要求 通过刮研其与床身配合的下导轨实现。刮研溜板下导轨使溜板结合面在纵向上与床身导轨的平行度在全长允差为 板结合面对进给箱、托架安装面的垂直度在 100度上的允差为 在床鞍导轨面粘接塑料导轨板，用以补偿床身导轨面的磨损，使溜板恢复到原来的高度。 （ 2） X、 X、 Z 轴的精度包括安装精度和运动精度。安装精度靠调整滚珠丝杠的上母线和侧母线的安装精度来保证，上母线与侧母线的允差为 动精度由伺服电机的定位精度和滚珠丝杠在任意 300程内的行程变动量 决定。 其它各项精度按照精度检验标准 ,一一进行调整 ,使之达到要求。通过以上工作，使机床的精度得到了恢复与提高，达到了数控机床的技术要求。 第五章 数控车的改造实例 吉林大学远程教育 2012届专科毕业设计（论文 ） 13 例如 :140 型普通车床数控化改造例，它采用了一种比较简单但是较为典型的改装方案，改造后的车床进给运动由步进电机 驱动，它们分别安装在床头箱内（或床身尾部）和拖板后方，通过减速齿轮和纵横向丝杠带动车床的纵横进给运动。 为使改造后的车床能充分发挥数控车床的效能，纵横向丝杠螺母副一般需要调换成滚珠丝杠螺母副。当利用原丝杠螺母副 时，为了减少改造工作量，纵向驱动电机及减速箱一般装在床身尾部，这时连接车床原传动系统（主轴系统）和纵向丝杠传动的离合器尚未拆除，工作时应使处于脱开位置。同理，脱落蜗杆等原横向自动进给机构若未拆除，工作时也应使其处于空档（空挡）位置。改造后的进给脉冲当量的量值靠步进电机步距角、减速齿轮比、丝杠导程三者协调确定。三者之间换算关系可以以下式表示： （ /360）（ D） T= 式中 步进电机步聚角（度）； T 所驱动丝杠导程（ ; A,B,C,D 齿轮齿数，当单级减数时，令 c、 ； 脉冲当量值（ 步进电机的参数根据阻力矩及切屑用量的大小和机床型号来选择，普通车床（如 ）的数控改造中多采用 N M）静力矩的步吉林大学远程教育 201
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