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资源描述：

文档包括:

说明书一份，48页，25800字左右。

任务书一份。

开题报告一份。

外文翻译一份。

PPT答辩稿一份。

内容简介：

统选型及强电设计） n 专业班级：机检 0301 学生姓名：王丽丽 指导教师：蒋丽 副教授 院 别：机械工程院 数控改造的内容 恢复机床功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复。 利用国外先进数控系统，对机床进行数控化改造。 对机械、电气部分元器件进行更换，对机械部分重新修配调整，恢复原精度 ; 技术更新或技术创新。 本设计主要内容 1、数控系统的选择 2、伺服系统的选择 3、主传动系统的改造 4、进给传动系统的改造 5、强电结构设计 数控系统选型原则 性价比高的原则 能满足技术要求的情况下，选择价格低的产品。 综合成本低的原则 所谓综合成本，是指除产品本身的价值外，其配套的配件采购、维修成本，因故障停机导致的时间成本，以及寿命周期等等。 通过比较我们选择了 i 1、高可靠性 2、优良的价格性能比 3、编程灵活的 4、强大高效的 进给驱动系统的改造 精度高 快速响应 调速范围宽 低速大转矩 伺服电机的选用要求 电机从最低进给速度到最高进给速度范围内都能平滑地运转；转矩波动要小，尤其在最低转速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 电机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。 满足快速响应的要求，电机必须具有较小的转动惯量和大的堵转转矩，尽可能小的机电时间常数和起动电压。 电机应能承受频繁的起动、制动和反转。 进给伺服电机的选择 日本 配套使用的为交流永磁式同步伺服电机，其选择方法如下： 伺服电机是根据负载条件来选取的。加在电机轴上的负载主要有两种：负载扭矩和负载惯量，其中负载扭矩包括切削扭矩和摩擦扭矩。负载扭矩应小于所选择电机的额定扭矩，负载扭矩与加速扭矩之和应等于所选择电机的最大扭矩。 加速扭矩应考虑负载惯量和电机惯量的匹配，考虑连续过载时间在所选电机的允许范围内，负载快速运动时所需的电机转速应在电机的最高转速之内。 进给伺服电机选用公式 式中， 电机最高转速 (r/N 快速行程中电机转速 (r/ 工作台（或刀架）快速行程速度（ m/i 系统传动比 P 丝杠螺距 ( 103m a x 电机额定扭矩 最大切削扭矩 工作状态载荷扭矩 D 最大负载比 电机惯量 电机惯量 J 5.2 %8021 尺寸紧凑 薄型高分辨率 智能化伺服电机 200伺服电机驱动模块的选择 改造后机床选用的伺服电机为永磁同步式交流伺服电机，伺服驱动器通常采用电流型脉宽调制（ 相逆变器和具有电流内环、速度外环的多闭环控制系统，其外特性与直流伺服系统相似，以足够宽的调速范围和 4象限工作能力来保证它在伺服控制中应用。与其配套使用的伺服驱动器为 号为控制方式采用矢量变换控制。 选用的 正弦波交流伺服驱动原理 主轴驱动系统的改造 主轴驱动应具有如下特点： 输出功率大 具有恒扭矩段及恒功率段 具有准停控制 主轴与进给的联动 恒线速切削控制 主轴电机的 选用 对主轴伺服电机的具体要求为： 据各种机械要求，能在一定范围内保持恒转矩或恒功率输出，功率较大，约在 25 具有一定的过载能力，为额定值的 载时间为几分钟至半小时。 在大的调速范围内速度应该稳定，且恒功率的速度范围宽。 加速和减速时间短。 要求电机体积小。 电机温升要低，振动与噪声要小。 根据原机床主轴电机的参数来选择，最后确定型号为2/7000i。 高功率、高加速 。通过线圈优化设计和使用有效的冷却装置，电机即使在高速时也能保持恒定的功率，实现快速的加速。 可通冷却液的空心轴主轴电机 。 冷却液可通过电机中心轴，直接连到机床的主轴上。 采用简洁的主轴结构 。 提高了主轴性能实现了高速、高精和低振动。 主轴驱动装置 主轴驱动的特点 采用微处理控制技术，进行矢量计算，从而实现最佳控制。 主回路采用晶体管 电机电流非常接近正弦波。 具有主轴定向控制、数字和模拟输入接口等功能。 随着数字控制的 控车床主轴驱动采用变频器比较多，特别是在老式数控机床的改造中。在本设计中主轴驱动装置选用日本的安川变频器。 主轴驱动装置 机床改造后的强电设计 接下来是主电路控制元器件的选型 例如：变压器、低压断路器、接触器的选择。 根据其功能和选型原则来考虑。 以上是我的设计内容 谢谢各位老师！ 天津工程师范学院 2003 级学生 毕业设计（论文）中期报告 系别 机械工程系 班级 机检 0301班 学生 姓名 王丽丽 指导 教师 蒋丽 课题名称： 床 控改造电气部分研究设计（ 系统选型及强电 设计） 简述开题以来所做的具体工作、取得的进展及下一步主要工作 ： 自开题以来，在指导教师的耐心的帮助和悉心指导下，我的毕业设计一直在有条不紊地按原定计划进行，目前已取得一些成果，现报告如下： 首先，在设计初期，我对 机床数控化改造 的相关资料进行了收集与整理， 特别是针对数控系统的选型，通过对国内外数 控系统的详细比较，因其具有高可靠性、优良的价格性能比、 编程灵活的 能、强大高效的 能选择了 0统。 其次， 我开始了对数控机床伺服系统的改造， 并选择了相应的伺服电机和伺服驱动模块， 对于主轴驱动系统的改造选用模拟主轴，采用了安川变频器作为主轴驱动装置。 接下来 设计了机床电气图的强电部分，并选择了相应的主电路控制元器件。 下一步要做的是： 伺服系统连接图的绘制， 完成 数控改造 的设计说明书。最后是撰写译文，检查错误，请指导老师进行指导，准备答辩。 学生签字： 2008 年 5 月 10 日 指导教师的建议与要求： 在进一步熟悉 0控系统的控制功能、连接设计等 资料以及 要改造的 床的动作、控制特点后，完善研究设计任务，高质量按期完成毕业设计说明书的撰写工作。 指导教师签字 ： 2008 年 5 月 12 日 注： 本表格同毕业设计（论文）一同装订成册，由所在单位归档保存。 天津工程师范学院 毕业设计任务书 2007 年 12 月 10 日 题 目 （包括副标题） 床 控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计） 教师姓名 蒋丽 系 别 机械系 职 称 高级工程师 学生姓名 王丽丽 班 级 机检 0301 学 号 03340030113 课题成果形式 论文 设计说明书 实物 软件 其它 1毕业设计 （论文）课题任务的内容和要求（如原始数据、技术要求、工作要求等）： 该 课题 源于工程实际 ， 用于旧机床的翻修改造。本设计完成用 济型数控系统对该机床进行控制，在实现机床原有功能的基础上，提高自动化水平 。 要求如下： 1、数控系统的选择 2、伺 服系统的选择 3、 主传动系统的改造 4、 进给传动系统的改造 5、 强电 结构设计 完成相关的计算，选型，改造设计， 绘制必要的设计图纸 。 2毕业设计（论文）工作进度计划： 周 次 工作内容 早进入阶段 第 1 2 周 第 3 5 周 第 6 9 周 第 10 11 周 查阅相关技术资料 ,完成相关英文文献的翻译 ,熟悉数控机床原理，完成初步设计方案。 确定数控化改造的整体设计方案。 完成该方案下系统选型。 完成该方案下系统的强电设计，绘制必要的设计图纸 。 整理设计资料 ,撰写毕业设计说明书并进行答辩准备工作。 教研室（学科组）主任签字： 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 英文资料 津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 中文翻译 服放大器 一、构成 1 使用 由下列组件以及零部件构成 的。 (1) 伺服放大器模件 ( (基本 ) (2) 线路滤波器 (基本 ) (3) 各类连接器 (连接电缆用 ) (基本 ) (4) 保险丝 (选项 ) (5) 电源变压器 (选项 ) 构成要素（例） 注释 (1) 必须安装断路器、电磁接触器、 路滤波器。 (2) 为了防止雷击时产生的冲击电压对强电盘的电源插入口附近的装置造成破坏，请在线路 路 (3) 路滤波器和作为其他用途的电抗器不同。不可以代替使用也不可以共同使用。 2. 启动时的步骤（概述） 对 服电机、伺服放大器等的规格、连接以及接线进行确认后，接通电源。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 (1) 在接通断路器的电源之前，请确认连接的电源电压。 请确认是否已经正确连接地线，是否正 确选定漏泄电流和漏电断路器。 见 (2) 有些项目需要在使用时进行设定（开关、虚设连接器等），请予以确认。 见 (3) 启动伺服放大器模件。 (4) 启动 (5) 设定参数。 3. 参数的初始设定 (1) 在进行伺服参数的初始设定时 为了进行伺服参数的初始设定，确认如下信息。 伺服电机的型号名称（例如 8/3000 电机每转动一圈的移动量 （例如 10 机每转动一圈） 确定检测单位，计算电机每转动一圈的脉冲数。 电机每转动一圈的 脉冲数 = 电机每转动一圈的移动量检测单位 （例如 假定检测单位为 1 m，则由 10 1 m 10000，得出其为 10000 脉冲 / 电机每转动一圈） (2) 伺服参数的初始设定步骤 接通伺服放大器模件的电源。 在急停状态下接通主机控制器的电源。 由 行参数的初始设定。 设定下列参数值。（见） 例 参数号 电机型式号 258 2 转动一圈的脉冲数分子 10000 转动一圈的 脉冲数分母 1 动方向 111 考计数器容量 10000 将初始设定位 为 0。 将此位设为时，将会有电源切断请求报警（报警号）发出，津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 行的设定。 （在设定好 之 前不要切断 电源） 执行电源的 N 操作后，被自动设为 设定电机型式号。 在参数 设定所使用的伺服电机的电机型式号。 电机型号 1/5000i 2/4000 2/5000i 4/4000 8/3000机图号 0202 0061 0205 0063 0075 电机型式号 252 253 255 256 258 电机型号 2/5000 4/5000 000i 000i 000机图号 0212 0215 0221 0226 0114 电机型式号 262 265 271 276 280 电机型号 000 1/5000 000i 电机图号 0115 0116 0241 电机型式号 281 282 291 设定 在参数 伺服系统的移动量的指令倍率。 令单位检测单位 1 48 设定值 2 1/2 1/27 设定值 /100 通常，由于 ，因此将其设为 2。 设定电机每转动一圈的脉冲数。 由滚珠丝杠的螺距、减速比和检测单位，设定电机每转动一圈的反馈脉冲数。 电机每转动一圈的脉冲数 =电机每转动一圈的移动量检测单位 开始初始设定 0 电机每转动一圈的脉冲数的分子电机每转动一圈的脉冲数的分母 （参数 （ 32767) （参数 （ 32767) （参数 （ 32767) （ 32767) 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 设定例）在半闭环中检测单位为 10 滚珠丝杠的螺距 每转动一圈的脉冲数 分子 /分母 10(mm/100 m=1000/1 20(mm/200 m=2000/1 30(mm/300 m=3000/1 设定例）在旋转轴、减速比为 10:1下，检测单位为 100度时 在参数 设定电机的移动方向。 111 从脉冲编码器看沿顺时针方向旋转 脉冲编码器看沿逆时针方向旋转 设定参考计数器的容量。（参数 在进行栅格方式参考点返回时使用。 务须设定电机每转动一圈的位置脉冲数，或者其整数分之。 设定例） 闭环（检测单位 m ） 滚珠丝杠的螺距 电机每转一圈的 脉冲数 参考计数器 栅格宽 10 20 30 10000/1 20000/1 30000/1 10000 20000 30000 1000 执行 N 操作。 伺服参数的初始设定结束。 11 使用 照下面的步骤进行。 (1) 设定下面的参数，执行主机 伺服放大器模件电源的 #7) 绝对脉冲编码器的检测器为 0：尚未通电 1：已经通电 #0) 绝对位置检测器和机床位置之间的对应关系 0：未完成 1：完成 电机每转动一圈，工作台就旋转 360/10 度。 因此，电机每转动一圈的脉冲数为 360 10 (1 100) = 3600 脉冲，将其设为分子 3600 分母。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 (2) 确认绝对脉冲编码器用电池已经连接，执行主机 (3) 显示出参考点返回请求。 (4) 在 电机旋转一圈以上。 (5) 执行 (6) 再次显示出参考点返回请求。 (7) 执行参考点返回。当参考点返回正常结束时，绝对位置检测器和机床位置之间的对应关系完成， 。 3. 绝对脉冲编码器用电池 绝对脉冲编码器用电池有下列两种连接方式：连接方式 1和连接方式 2。 连接方式 1 从单台电池向多台 应电池电源的方法。 (a) 当 对脉冲编码器）报警的电池下降或者电池电压成为 0 时，请更换电池。 另外，当电池 电压为 0 时，需要进行参考点返回操作。 (b) 000 22/2000照标准在绝对脉冲编码器内装有备用电容器。这样，就可以执行 10 分钟左右的绝对位置检测操作，若在该时间之内，即使断开伺服放大器的电源更换电池，也不用进行参考点返回操作。 另一方面，使用系列伺服电机和部分 列伺服电机（ 000000，由于脉冲编码器内没有安装内置备用电容器，这一点需要引起注意。 (c) 电池寿命在伺服电机 6 轴连接时以及 列伺服电机（ 000 22/2000大约为 2 年，使用系列伺服电机和部分 列伺服电机（天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 000 000大约为 1 年左右。因此，我们建议用户根据电池的使用寿命定期更换电池。 (d) 电池使用一号碱性干电池 (4 节 )可以使用市面上出售的电池。 由 司作为选购件而提供的电池。 警告 (1) 请不要将不同类型的电池连接在同一 3)线上。不同电池的输出电压之间有可能形成短路，从而致使电池温 度升高，这是极其危险的。 (2) 在连接电池时，请注意电池的正负极性。弄错极性连接时，会导致电池发热、破裂、起火。 连接方式 2 将内置电池装入各 的方法 (a) 当 对脉冲编码器）报警的电池下降或者电池电压成为 0时，请更换电池（ 。 另外，当电池电压为 0时，需要进行参考点返回操作。 池盒 A 06B - 6093 - K 0 02 电池盒 池盒 池盒 津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 (b) 000 22/2000照标准在绝对脉冲编码器内装有备用电容器。这样，就可以执行 10 分钟左右的绝对位置检测操作，若在该时间之内，即使断开伺服放大器的电源更换电池，也不用进行参考点返回操作。 另一方面，使用系列伺服电机和部分 列伺服电机（ 000000，由于脉冲编码器内没有安装内置备用电容器，这一点要引起注意。 (c) 电池寿命在 列伺服电机（ 000 22/2000大约为 2 年，使用系列伺服电机和部分 000 000大约为 1年左右。因此，我们建议用户根据电池的使用寿命定期更换电池。 (d) 内置电池不属于市面上出售的产品，务需从我公司购买。因此，我们建议用户事先准备好备 用的内置电池。 警告 (1) 在 使 用 内 置 电 池 (时 ， 千 万 不 要 连 接 到 连 接 器 3)上。不同的 而致使电池温度升高，这是极其危险的。 (2) 请不要将不同类型的电池连接在同一 3)线上。不同电池的 输出电压之间有可能形成短路，从而致使电池温度升高，这是极其危险的。 【安装电池的方法】 (1) 将电池安装在 (2) 安装电池盒。 (3) 将电池的连接器安装到 。 注意 (1) 在将电池安装到 果从电缆的引出口安装电池，电缆有可能处在绷紧状态，请在电缆处在松弛的状态下安装。若在电池电缆处在绷紧的状态下安装电池，就有可能导致接触不良。 (2) 要注意连接器的操作。 【更换电池时的注意事项】 在系列伺服电机和部分 000 000脉冲编码器内部没有加载备用电容器。因此，为避免绝对脉冲编码器中的绝对位置数据丢失，需要在接通控制用电源的状态下更换电池。更换步骤如下所示。 更换作业步骤 (1) 确认 面的 (2) 确认已经按下系统的急停按钮。 (3) 确认电机没有处在激磁状态。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 (4) 确认 (5) 取下用旧的电池，装上新电池。 (6) 电池更换结束。这样，即使切断系统电源也无妨。 警告 (1) 请注意，在更换电池， 切勿触摸板上的裸露金属部分。特别需要注意的是，触摸高压部分有触电危险。 (2) 请在确认伺服放大器正面 示灯已经熄灭后更换电池。需要注意的是，在 示灯没有熄灭的情况下，有触电的危险。 (3) 在连接电池时，请注意电池的正负极性。弄错极性连接时，会导致电池发热、破裂、起火。 (4) 注意不要使电池和电缆的“ +6V”和“ 0V”形成短路。电池形成短路时，会导致电池发热、破裂、起火。 二、 伺服电机的维护 部分，因此没有必要像 但是为了伺服电机能够得到更好地利用以及防故障于未然，建议用户定期进行维护。特别是，由于伺服电机内设置有精密的检测器，因此错误操作、输送组装时造成的损伤可能会导致故障和事故的发生。建议用户参阅下列项目，对设备进行定期检查。 1. 伺服电机的购入与保管 购入伺服电机后，请确认以下项目： 电机规格是否正确？（型号、轴、检测器规格） 是否在运输中损坏？ 本公司在出货时已对伺服电机进行过严密的检查，因此到货时原则上无须检验。原则上应将电 机放置在室内。保存温度为 20 60。应尽量避免放置在以下场所： 极度潮湿且易结露的场所 温度变化异常的场所时常处于振动的场所（可能造成轴承座损坏。） 时常处于振动的场所（可能造成轴承座损坏。） 拉基、灰尘较多的场所 2. 伺服电机的日常检查 请在运行前或者定期地（每周或者每月一次）进行下列检查。 (1) 振动、噪音检查 在下列状态下，请用触摸的方式确认有无异常振动，并且通过耳朵确认异常噪音。 停止时 低速运行时 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 加 /减速时 如果感到异常，烦请与本公司服务部门联系。 (2) 外部损伤检查 确认脉冲编码器封盖（红色塑料部分）是否开裂，电机表面（黑色涂装部分）是否有损伤、龟裂现象。 如果脉冲编码器盖板出现开裂，请及时更换。更换步骤请参阅 脉冲编码器的更换。更换时，如果出现疑难问题，请及时与本公司服务部门联系。此外，电机表面的损伤、龟裂等现象，用户应根据情况予以修理。对于油漆脱落的部分，在干燥后，建议使用聚氨酯等的机床涂料进行部分涂装（或者全面涂装）。 (3) 污垢检查 请确认电机表面和螺丝部分等凹陷处是否留有油迹或者切削油。 请擦去附着在表面 上的油迹或 者切削油。由于化学反应侵蚀到涂膜层，可能导致设备故障。 请根据情况调查流到电机的路径。 (4) 发热状态的检测 电机在正常运行中是否过热？ 请在电机表面粘贴热标签，通过肉眼确认在通常的运行循环中是否处在过度的发热状态。 注意：根据运行条件，电机表面温度可能达到 80以上，请勿用手触摸。 3. 伺服电机的定期检查 建议用户至少每年进行一次下列检查： (1) 扭矩指令（ 形、速度指令（ 波形观测 使用示波器事先测量正常电压波形，与定期检查时的波形相比较。 波形可根据负载的 状态、进给速度的不同而出现差异。（与参考点返回时的快速移动、慢速移动传输波形相比较） 测定方法请参阅“附录 E 伺服检查板”。 (2) 诊断波形 请根据下列项目检测所测定的波形有无异常。 快速移动的加 /减速时，峰值电流是否超出放大器的电流限制值？（ 放大器电流限制值如表 1 所示。在放大器的电流限制电流流过时，表示限制值为 （各型号通用）。 虽然以前在限制电流值内可以进行加 /减速，可是。 （虽然加 /减速扭矩足够，可是。） 这种情 形下的原因如下： 机床系统的负载条件发生变化。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 （长年摩擦、机床效率降低。） 电机异常 恒定速度进给时的波形是否存在波动？（ 停止时的波形是否存在波动（是否跳动）？ (如出现上述项异常时，请与本公司服务部门联系。 (3) 绕组电阻、绝缘电阻的测定 请测量绕组电阻、绝缘电阻。 但是，过度的检查（耐压测试等）可能导致绕组的损伤。绕组电阻值的相关内容，请参阅 C is （规格说明书） (者与我公司联系。绝缘电阻值请参阅下表。 电机绝缘电阻的测定 根据以下标准，使用兆欧测量仪器 (定绕组 机架之间的绝缘电阻。 绝缘电阻值 电机绝缘电阻值的确定 大于等于 100M 良好 10 100 M 开始老化。虽然不会造成性能上的问题，但是，请定期检查 1 10M 老化进一步加剧，需要特别注意。请定期检查 不足 1M 不良。请更换电机。 注释 绝缘电阻值在短时间内急剧降低时，可判定为是由于外部切削液进入主题内部造成的。请反复确认防水滴环境 (见 C 格说明书 )（ 服电机的 使用环境 )。 毕 业 设 计 开 题 报 告 床 控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计） 系 别： 机械工程系 班 级： 机检 0301 学生姓名： 王丽丽 指导教师： 蒋 丽 2007 年 12 月 12 日 毕业设计开题报告 课题题目 床 控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计） 课题性质 工程设计 课题来源 社会实践 成果形式 设计说明书 同组同学 无 开题报告内容 见附页 指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等） 指导教师签名： 月 日 专家组及系里意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等） 专家组成员签字： 教学主任（签章）： 月 日 附页： 一、 课题研究的背景 对 普通 车床进行改造，使其恢复原有的加工能力，提升其性能和技术水平，更好的适应新工艺、新技术的使 用，进而探索出一条 普通 车床改造的新路，具有重要意义。 二、 课题研究的意义 工业发达国家的军、民机械工业，在 70年代末、 80年代初已开始大规模应用数控机床，本质是采用信息技术对传统产业 (包括军、民机械工业 )进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、 包括在产品开发中推行 拟制造以及在生产管理中推行 理信息系统 )、 及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（ 称之为信息化 ） ，最终使得 他们的产品在国际军品和民品的市场上竟争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20年，每年都有大量机电产品进口 。 数控机床比传统机床有突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力 。 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程 序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可以实现长时间无人看管加工。 由以上五条派生的好处如 :降低了工人的劳动强度，节省了劳动力 (一个人可以看管多台机床 )，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产 周期，可对市场需求作出快速反应等等。这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行 性制造单元 )、 性制造系统 )以及 算机集成制造系统 )等企业信息化改造的基础。数控技术己经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 三、国内外 市场现状 制造业是国民经济的主体，社会财富的 60%自于制造业。加入世贸组织后，中国制造业正由跨国公司的加工组装基地向世界制造业基地转变。而中国经济要实现长期可持续高速发展，实现成为“世界制造中心”的愿望，中国制造业 (国防、军工 、装备制造、汽车等行业 )就必须进行大规模技术改造 ;其中对装备的更新是最为重要的环节。 中国目前机床总量 380余万台，而其中数控机床总数只有 我国机床数控化率不到 3%。近 10年来，中国数控机床年产量约为 产值约为 18亿元。机床的年产量数控化率为 6%。中国机床役龄 10年以上的占 60%以上 ;10年以下的机床中，自动 /半自动机床不到 20%, 美国和日本自动和半自动机床占 60%以上 )。可见大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床 ，而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装各加工出来的产品普遍存在质量差、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。机床的数控化可通过两条途径完成，一是购买新装备替代旧的，二是对旧装备进行数控化改造 ;根据中国国情，采取“两条腿走路”是稳妥、经济的选择。 使用数控系统对机床进行改造，数字化电气控制系统的开发设计问题成为关系改造成败的关键，直接影响机床的工作特性。 在美国 、日本 和德国等发达 国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎 然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。 我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、 德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床数控改造和生产线 数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生 ( 4。从 事再生业的著名公司有 :程公司、 宝 ) 服务集团、 公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称 为机床改装 (。从事改装业的著名公司有 :大限工程集团、岗三机械 公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 三、设计思路 1、数控系统的选择 数控系统是数控机床的中枢，是其中最关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。 首先，要考虑机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的 功能相匹配。既要避免因面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用。 其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的 内公司主要有 华中 数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机 床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用 ，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。 第三，要考虑数控系统与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。 2、伺 服系统的选择 伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统 轴问的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能 在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。该系统的执行元件 伺服电机，通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。 步进电机是采用脉冲数字信号进行控制的，每转一转步距误差自动变为零，易于控制，价格最低。其选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是：先计算电机的步距角，其次确定其步距精度，然后再对 它的转矩进行选择，最后选定步进电机驱动器。 永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，它容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择其负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算确定预选电机是否符合要求。 3、 主传动系统的改造 在对主传动系统进行改造时，一般应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制改变为由数控系统控制。当然，如果为了扩大变速范围，实现加工过程中的自动 变速，也可以将原来的单速电机更换为多速电机，这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的，所以电机功率要大，且还要增加一套电机变速系统，改装较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时，最好不用这种方法。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证具备螺纹加工的功能。 4、 进给传动系统的改造 在对进给传动系统进行改造时，一般都应把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而 每个方向的进给传动都改由各自独立的功率步进电机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。 5、 刀架的改造 普通车床改装后 需要多 把刀才能完成全部车工工序，就必须对刀架部件进行改造。即拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。 四 、 课题的准备情况及进度计划： 序 号 毕业设计阶段性工作及成果 时间安排 1 查阅相关技术资料 ,完成相关英文文献的翻译 ,熟悉数控机床原理 ，完成初步设计方案。 早期进入阶段 2 确定 数控化改造的整体设计方案。 第 1 3 完成该方案下 系统 选型 。 第 3 4 完成该方案下系统 的强电设计， 绘制必要的设计图纸 。 第 6 5 整理设计资料 ,撰写毕业设计说明书并进行答辩准备工作。 第 9 五、 参考文献 1余英良机床数控改造设计与实例 M北京：机械工业出版社 1998 2张新义经济型数控机床系统设计 M北京 机械工业出版社， 3陈艳 红。 韩洪涛 J机床与液 压。 2002(5)： 211 212 4王计文，景顺，志强 改造 2002, 4: 335龚雯 机械工人， 1999, 6: 176肖爱武 机械制造与自动化， 2003, 6: 227陈康宁 北京 :机械工业出版社， 1997. 8黄文梅 液压与气动， 2000(1):239武自芳，虞鹤松 西安 :西安交通大学出版社， 1998. 10汪木兰 北京 :机械工业出版社， 2004. 11北京 北京 :2004 12张光跃 ， 现代数控原理与控制系统北京 :国防工业出版社， 2002 13张根宝 北京 :机械工业出版社， 2002 14牛金花 河北冶金， 2004, 5: 1915 数控加工技师手册编委会 北京 :机械工业出版社， 2005 天津工程师范学院 毕业设计（论文）指导检查工作记录表 系别 机械工程系 班级 机检 0301 班 学生姓名 王丽丽 指导教师 蒋丽 课题名称 床 控改造电气部分研究设计（系统选型及强电设计） 时间 内容及指导记录 指导教师 签字 3 月 16 日 研讨 毕业设计整体的计划，多收集资料。 3 月 20 日 研讨明确 总体方案 。 3 月 25 日 用邮件来互相交流毕业设计开始时遇到的各种困难。 3 月 29 日 研讨 数控改造的市场和可行性分析，从网上找相关的资料。 4 月 5 日 原机床的各机械参数进行 分析， 指导查 找机床的相关资料 。 4 月 8 日 指导 学习 统的相关知识，资料从网上搜索 。 4 月 13 日 指导 对机床改造 进行 可行性分析。 4 月 16 日 指导 数控系统的选型，根据目前的数控行业进行分析。 4 月 24 日 研讨 伺服系统的设计。 4 月 29 日 研讨 机床强电的设计总体方案。 5 月 7 日 研讨 强电的电气设计和元件选型。 5 月 14 日 整理资料， 指导 进行排版。 5 月 18 日 把完成的设计用邮件发给导师，导师进行审阅。 5 月 25 日 修改 设计 不完善的地方，在网上和导师进行交流。 5 月 28 日 指导 设计 论文的 修改 。 6 月 12 日 毕业设计论文修改； 改 。 6 月 13 日 网上研讨答辩准备 。 注：本表格同毕业设计（论文）一同装订成册，由所在单位归档保存。 业 设 计 专 业： 机械维修及检测技术教育 班级 学号 ： 0301 学生姓名： 王丽丽 指导教师： 蒋 丽 副 教授 二八年 六 月 天津工程师范学院本科生毕业设计 床 控改造电气部分研究设计 （系统选型及强电设计） 专业班级： 机检 0301 学生姓名： 王丽丽 指导教师： 蒋丽 副 教授 院 别： 机械工程 学 院 2008年 6 月摘 要 在我国目前拥有大量技术陈旧的机床急需更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资源受限，对机床进行数控化改造是一条节约 资金和快速上马的有效途径。普通机床的数控化改造已成为企业提高自身自动化程度的一种重要化手段。 本 设计 对 控车床进行数控化改造， 主要内容为数控系统选型和电气原理图的设计。 在设计的前期翻阅了大量的资料，根据任务书的要求确定了总体设计方案。 介绍了当前国内外机床改造业的现状， 讨论了如何经济实用 地 做好数控系统选型，实现新数控系统与旧机床的组合，最终满足旧机床改造的要求，改善机床的技术性能。 先对机床改造进行了可行性分析， 通过几种典型数控系统的对比 ，选择了并 选用了 与该 系统 相匹配 的 主轴 电机和伺服电机 。 该系统是由日本生产的，其成本 低，功能实用，运行可靠，而且操作与维护容易，性能价格比非常突出。 接着 完成了系统 的强电设计及主电路控制元器件的选型。 利用 该机床操作方便，降低了操作者的劳动强度 ， 机床的控制精度也有了很大的提高。 关键词 ：车床；数控改造；数控系统；伺服系统；电气原理图 n of a of at of on is of C an to a of C is a of in to of It of at It to C an to of C to of an It a to By I TB as in as is is of is to is I of in as to a is is a I 目 录 1 引 言 . 1 控机床改造的特点及国内外发展概况 . 1 控机床改造的特点 . 1 内外数控机床改造的现状 . 1 . 2 场需求 . 2 要性和迫切性 . 2 行性 . 3 次数控改造研究设计的主要内容及设计方案 . 3 控改造的内容 . 3 计方案 . 4 2 通车床数控化改造的可行性分析 . 6 床简介 . 6 机床功能 . 6 机床精度 . 6 机床主要技术参数 . 6 机床传动系统 . 7 机床电气控制 . 7 造的可行性论证 . 8 术可行性论证 . 8 3 数控系统选型 . 11 控系统选型原则 . 11 内外数控系统比较 . 11 型数控系统的分析比较 . 12 控系统的选型 . 14 控改造的控制方式选择 . 17 服系统改造方案 . 18 给驱动系统的改造 . 18 轴驱动系统的改造 . 24 服系统连接图 . 27 4 机床强电设计 . 29 1 机床强电柜的设计和安装条件 . 29 止噪音的方法 . 29 造后机床强电原理图 . 31 电路控制元器件的选型 . 31 5 总 结 . 38 参考文献 . 40 英文资料 . 错误 !未定义书签。 中文翻译 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 42 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 1 1 引 言 控机床 改造 的特点及国内外发展概况 控机床改造的特点 数控改造技术在机械加工行业中的应用越来越广泛，这主要是由于数控 改造有以下几方 面突出特点和优点 : (1) 投资额少、交货期短 ， 同购置新机床相比，一般可以节省 60%费用，改造费用低，特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造， 只是新机床购置费用的 1/3，交货期短。即使有些特殊情况，如高速主轴、 托盘自动交换装置的制造与安装过于费工、费钱，改造成本也高 2 与购置新机床相比，也能节省投资50%左右。 (2) 机械性能稳定可靠 ， 所利用的床身、立柱等基础件都是重而兼顾的 铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。 (3) 熟悉了解设 备 ， 便于操作维修购买新设备时，不了解新设备是否 满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床地加工能力 ;另外， 由于多年使用，操作者对机床的特 性早己了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一旦 安装好，就可以实现全负荷运转。 (4) 可采用最新的控制技术 ， 根据技术革新的发展速度，及时地提高 生产设备地自动化水平和效率，提高设备和档次，将旧设备改成当今水平的 机床。 (5) 充分利用现有的条件可以充分利用现有地基，不必像购置新设备 时那样需要重新构筑地基。因此可节约费用，降低改造成本，同时也可缩短 生产 准备周期。 (6) 提高产品质量和工效可以解决复杂零件的加工精度控制，加工的 产品尺寸一致性好、合格率高、废品率 低 、生产效率高。如经济型数控机床， 一般可提高工效3复杂零件而言，难度越高，提高的工效越明显。 (7) 减轻工人的劳动强度，提高工人素质促进科技成果的普及和应用， 为“体力型”向“智能”转变创造条件。 内数控机床改造的现状 近年来，国内 数控机床生产逐渐形成批量，开始出现了一批以北京机床研究所为龙头的机床厂，主要生产键铣加工中心，其 五”期间最新开发出来的 具有很高性能价格比的普及型数控系统。该数控系统是一个系列化产品，有三种基本类型 :床用数控系统、 床和小型加工中心用数控系统天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 2 和 床用数控系统。根据用户特殊用途机械设备加工的需要，可以为用户定制特定的软件，从而派生出特定用途的经济型数控系统。该系统已经广泛用于主机厂的机床配套、旧机床改造项目和步进系统的更新换代，取得较好的经济效益和社会效益。 在 国外，比如 美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行 业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的 不断进步，机床改造 是个 “永恒 ” 的课题。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生(。 床数控改造的必要性和可行性 场需求 1、机床数控化改造的市场 大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大多数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、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。 2、进口设备和生产线的数控化改造市场 我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使 企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引 进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良 :有的引进 时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不 完整，设备潜力不能发挥 ;有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用 ;有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标 ;有的因为能 耗高、产品合格率低而造成亏损 ;有的己引进较长时间，需要进行技术更新。 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修 好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小 的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一 个极大的改造市场。 要性和迫切性 1、数控机床对比传统机床有以下突出的优越性。 1) 可以加工出传统机床 加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。这是由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴应该运动的 运动量，这就可天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 3 以加工复杂的曲线和曲面。 2) 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化。从而效率可比传统机床 提高三到七倍。 3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，装配容易，不再需要“修配”。 4) 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。多道工序是在 一次定位、一次装夹下实现。 5) 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长 时间无人看管加工。因此劳动生产率提高和生产周期缩短，效 益非常明显。 2、利用少量资金进行数控化改造可以发挥明显效益 我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家落后 20年。因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性和迫切 性。上世纪 80年代，陆续从国外引进了很多中高档数控机床，有的服役期满，有的不能正常工作，处于闲置，造成巨大资源浪费。这些机床共同之处在于 机械部分基本完好，精度较高，主要是由于数控系统出现问题而又难以购置 配件，不能满足正常生产的需要和现代高精度、高速度和高可靠性的加工要求。如果利用进口数控系统对现有数控设备进行数控化改造 ，只需少 几 十万元就能发挥现有设备的作用，而购置一台新的同性能的数控机床则需要几百万 甚至上千万的资金，因此，对我国来说数控机床的数控化改造，尤其是加工 中心的数控化改造具有明显的经济效益与社会效益，非常迫切。 行性 1、数控机床改造存在很大的市场需求。 2、数控系统的技术日趋成熟，特别是 统、 、性能稳定，非常适合机床改造 。 3、数控机床改造的优点很多，可以升级机床的功能，最重要的是可以节 省大笔的资金。 4、机床功能模块化技术已经成熟，更换方便 。 5、经过若干年的 锻炼，已经培养出一批掌握现代数控机床改造的队伍， 在改造机床方面的技术储备，力量雄厚 。 综上所述，数控机床的改造具有可行性。 次数控改造研究设计的主要内容及设计方案 控改造的内容 1、恢复机床功能，对机床存在的故障部分进行诊断并恢复 。 2、利用国外先进数控系统，对机床进行数控化改造 。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 4 3、为提高精度、效率和自动化程度，根据改造需要对机械、电气部分元 器件进行更换，对机械部分重新修配调整，恢复原精度 。 4、技术更新或技术创新。为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大 规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水 平和档次。 计方案 1、数控系统的选择 数控系统是数控机床的中枢，是其中最 关键的环节。目前，市场上数控系统的类型较多，选择时要保证能购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。 首先，要考虑机床的功能要求。根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费，且在一定程度上还可能潜伏下由于数控系统复杂程 度的增加而带来故障率升高的隐患。又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求，不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用。 其次，要考虑数控系统的制造厂商。老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的 内公司主要有华中数控、广州数控、北京航天等。目前，进口系统的性能尚优于国产系统，但价格也较高，因此适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能可靠使用，且近几年国产系统也有长足进步，与世界先进技术的差距越来越小。 第三，要考虑数控系统 与其它配件的匹配。如果数控系统、电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时，就可能会出现输入与输出信号的不匹配及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。 2、伺服系统的选择 伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统 轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系 统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类。在 床的数控化改造中，选用了性能好、精度高的闭环控制系统。该系统的执行元件 伺服电机，通常采用永磁式交流伺服电机。 永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，它容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择其负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 5 矩及连续工作转矩的验算确定预选电机是否符合要求。 3、主传动系统的改造 在对主传动系统进行改造时，一般应把原主轴箱齿轮变速换档 机构改造成高速档和低速档，电机的转速由变频器来控制，把主轴的调速、正转、反转和停转由原来的机械控制改变为由数控系统控制。这样就扩大了变速范围，实现加工过程中的自动变速，提高机床的性能。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然的 联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。 床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证具备螺纹加工的功能。 4、进给传动系统的改造 在对进给传动系统进行改造时，一般都应把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改由 各自独立的功率伺服电机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。 5、刀架的改造 普通车床改装后需要多把刀 能按程序要求自动换刀 才能 自动 完成全部车工工序，所以 必须对刀架部件进行改造。即拆掉原手动刀架，装上电气或液压驱动，由数控装置控制的自动刀架。 6、 强电结构设计 电气控制柜采用冷轧钢板制作，为了保证电柜的电磁一致性，采用 柜内部安装板采用镀锌钢板，以提高系统的接地性能。控制柜内各个部件按照强、弱电分开安装、布线。各屏蔽电缆进控制柜的 入口处，屏蔽层要接地。进给驱动电动机、主轴驱动电动机的动力线和反馈线直接接入驱动单元，不经过端子转接。各位置反馈线、指令给定线、通信线等弱电信号线采用双绞双屏蔽电缆。开关量端子板、编码盘反馈屏蔽电缆中电源线采用多芯绞合共用，以提高信号电源和这些部件的抗干扰能力。各部件外壳可靠接地 ;各结构间可靠接地、共地。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 6 2 通车床数控化改造的可行性分析 床简介 机床功能 995 年 5月出厂的一台普通卧式车床，它的万能性较大，适用于加工各种轴类、 套筒类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成 形回转表面 ； 车削端面及各种常用螺纹 ； 在其上还能作钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。 机床精度 复后对机床原始精度和加工精度检铡结 果如下 : 床身导轨调平 纵向 :导轨在垂直平面内的直线度 50向 :导轨应在同一平面内的平面度 000床主轴 主轴轴向串动 轴轴肩支承面的跳动 轴定心轴颈的径向跳动 轴轴线的径向跳动 00轴顶尖的径向跳动 轴轴线的平行度 00工精度 精车外圆的圆度 车外圆的圆柱度众 00车端面的平面度 00车的表面粗糙度 m 机床主要技术参数 床身上最大工件回转直径 400大工件长度 750大车削长度 650架上最大工件回转直径 210轴内孔直径 52津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 7 主轴转速 正转 24级 10 1400r/转 12级 14 1580r/电机型号 主电机功率、转速 450r/滑冷却系统 润滑叶片泵型号 滑叶片泵流量 5L/却泵型号 却泵流量 25L/床轮廓尺寸（长宽高） 2418 1000 1267床净重 1990 机床传动系统 原机床的传动系统主要由两大部分组成 。 一是主运动传动链，它的功能是把动力源 (电动机 )的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。二是进给运动传动链，它用来实现刀架的纵 向和横向移动及车螺纹运动，运动及动力是由电动机经主轴箱、主轴、进给运动传动链、溜板传至刀架 。 机床电气控制 图 2天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 8 原机床电气控制线路图如 图 2中， 板横、纵向移动的快速电机。 1、 主电路分析 三相交流电源通过转换开关 轴电动机 继电器 冷却泵电机 接触器 继电器 2的过载保护。 接触器 3起动用，因快速移动电机 可 不设过载保护。 2、 控制电路分析 控制变压器 次侧输出 110为控制回路的电源。 (1) 主轴电动机 控制。按下起动按钮开关 触器 线圈 得 电吸合， 轴电动机 下蘑菇形停止按钮开关 动机停转。 (2) 冷却泵电动机 能在接触器 吸合，主轴电动机 上开关 接触器 电吸合，冷却泵电动机 (3) 刀架快速移动电动机的控制。 刀架快速移动电动机 起动，是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮开关 与交流接触器 操纵手柄扳到所需的方向，压下按钮开关 触器 电吸合，电动机 架就 向指定方向快速移动。 3、 照明、信号灯电路分析 控制变压器二次侧分别输出 24为机床照明灯和信号灯的电源。开关 电源信号灯。 通车床数控化改造的可行性论证 机床改造的基本原则是 :把技术可行性和经济合理性有机的结合起来。所谓机 床数控化改造的可行性论证就是指从技术和经济两个方面对机床数控化改造进行论证，判断进行数控化改造是 否合理，改造方案是否最佳。 技术可行性的指标之一是技术实用性 ;经济合理性就是以最少的投资获取最大的效益。 术可行性论证 机床改造的技术可行性论证就是对机床改造在技术上是否能够保障改造成功以及从改造后维护角度论证。具体的应从机床本身、加工对象、技术性和市场可供性等天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 9 四方面分析 : 一 、 机床本身分析 能否进行机床数控化改造主要取决于机床本身的条件，如 :机床磨损程度、刚度等以及机床的技术寿命。 1. 机床磨损 程度、刚度 我校 995年 5月出厂，主要用来学生实习，没有批量生产过产品，机床本身机械部分磨损很小，导轨和齿轮等的磨损也不大，根据改造前对原机床精度检测，可见原机床综合精度比较高。机床几何精度仍等于原新机床的精度，所以原机床从磨损程度上看能够保证。 普通机床结构上有先天性不足，刚度低、抗振性差、滑动摩擦阻力较大及传动元件存在间隙等。在后面改造中将有目的改造其中部分结构，以满足数控机床最基本的要求。 2. 技术寿命的计算 机床的技术寿命是指从机床开始使用到因技术落后而被淘汰所经历的时间。随电子技 术和计算机技术的发展，加速了机电产品的更新换代，原机床结构复杂而且自动化程度低，所以只适用于单件、小批量生产及修配车间。现在数控机床以其高自动化、高精度化、高速化及高复合化的发展趋势，数控化率逐年提高，大有取代普通机床的趋势，而且数控机床的数控装置 (术寿命一般为 2 3年，数控技术发展迅猛。故为了改善原机床性能满足教学和加工要求，对原机床进行数控化改造，同时也延长了原机床的技术寿命。 二 、 加工对象分析 机床的加工对象分析主要涉及被加工对象的几何参数及公差要求。零件的几何形状决定了所选数控系统应具备的 功能，公差范围决定了数控系统的控制精度、脉冲当量。 改造后的数控车床，主要用来学生实习，其加工范围为车台肩、外圆、内孔、螺纹、锥形体、球体、切槽、切断等及带有复杂型面的卡盘类零件。在市场上出售的一般经济型数控系统其脉冲当量为 够满足上述型面的加工要求，在技术上 是可行的。 三 、 技术性分析 目前，我国在机床的数控化改造方面有许多成功的经验可供参考，机床的数控化改造技术方面也有一定的基础，充分利用现有的成功经验与技术基础并结合我们的具体条件，完成本课题在 技 术上也是可行的。 四、市场可供性 所谓市场可供性就是研究市场是否能够方便及时地提供改造用的各种备件，以保天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 10 证备件的供应。机床数控化改造计划实施应有本地区机电一体化供应的基本条件，这样不仅改造周期短，而且有利于保证维修及技术咨询服务。就本机床改造而言，市 场上已建立了一套机电一体化配套产品代理机构，并且我校 毗邻 北京， 选购元器件非常方便，对于 造而言市场可供性好。 综上所述，对原机床进行数控化改造符合技术可行性要求。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 11 3 数控系统选型 进行改造的 通车床是沈阳第一机床厂 1995 年 5 月出厂 的一台卧式车床，其电气元件老化严重，故障率很高，且配件供应短缺，故障停机时间 越来越长，即可靠性大副下降，严重制约了 我校教学 活动的正常进行。为适应 技能实训 的需要，机床改造时必须需将电气系统全部更换，达到或接近新机床的可靠性，其首要工作就是数控 系统选型。 控系统选型原则 在进行数控系统选型时，一般应遵从性价比高、综合成本低这两个主要的原则，在这两个原则的指导下对众多的数控系统进行比较，选择最合适的数控系统。 1、性价比高的原则 一般在选择数控系统时，应考虑数控系统的先进性，不要选那些已经或将要被淘汰的 产品，这样用不了多长时间又要进行更新，而要尽量选择先进的、能代表当前主流 技术的产品。先进的产品代表更加强大的功能，但并不是越先进的越好，随着性能的提高，其价格必然越贵，但是在实际应用中，众多强大的功能是否必要，要视使用情况而 定。不要一味追求高性能而增加投入，应该在选择性能优良产品的同时，考虑价格因素， 对产品的性能价格比进行比较，在同样能满足技术要求的情况下，选择价格低的产品。 2、综合成本低的原则 所谓综合成本，是指除产品本身的价值外，其配套的配件采购、维修成本，因故障停机导致的时间成本，以及寿命周期等等。 在进行数控系统选型时，要充分考虑以上因素，选择故障率低、配件价格低、售后服务及时、寿命周期长的产品。 内外数控系统比较 1、国内外主要数控系统产品介绍 我国国内目前研制开发与生产的 置基本上分为两大类 :一类是从国外引进技术及许可证制造的产品，如北京数控设备厂 (产的 一类是在引进、消化、吸收的基础上 自选研 制、开发、生产的数控装置，如 :华中数 控生产的华中 型、华中 型。目前，国内领先的几家数控系统生产单位有华中数控、沈阳计算所、辽宁精密机器厂、广州 数控等等。 天津工程师范学院 2008届本科生毕业设计 12 近年来，我国引进了一些国外的数控系统，具有代表性的有日本 外还有美国 司、西班牙 司、法国 见表 3 1。 表 3 1 国内外主要数控系统产品系列 生产厂家 产品系列 日本 司 3、 6、 9、 0、 15、 16 德国 司 3、 8、 810、 820、 850、 880、 840 法国 司 1020、 1040、 1060、 1050 美国 C、 S 西班牙 司 8010、 8025、 8050 2、国内外数控系统的优劣 对比国内外性能相当的数控系统，可以发现其优缺点明显，见表 3 2。 表 3 2 国内外数控系统优缺点 优点 缺点 国内产品 有中文显示，操作方便 无配套大转矩、大功率伺服电机 价格低 可靠性低，故障率高 备件供应、售后服务及时 寿命短 国外产品 性能更全面，配套齐全 价格高 可靠性高，故障率低 备件供应、售后服务慢 使用寿命长 部分产品无中文显示 从表 3 1 可以看出，国外产品在性能、可靠性、使用寿命上占有很大优势，国内产品虽然完全可以满足我们的加工要求，但有一个致命的弱点；即这些厂家还没有生产大 转矩、大功率伺服电机的能力。当然，也可以选择国内的数控系统配国外的伺服电机和伺服系统。但在同一台设备上同时配用几个厂家的数控系统、伺服系统以及伺服电机的 做法是不明智的，不同厂家的产品不能