第6章普通机床的数控化改造

1、第第6章章 普通机床的数控化改造普通机床的数控化改造本章概述本章概述 本章将对普通机床数控化改造的方法和方案选择作一般性的本章将对普通机床数控化改造的方法和方案选择作一般性的介绍介绍;简单介绍典型开环伺服进给系统的设计计算及机械结构简单介绍典型开环伺服进给系统的设计计算及机械结构特点特点;以卧式车床数控化改造为例，详细分析设计步骤、改造以卧式车床数控化改造为例，详细分析设计步骤、改造方法方法;介绍数显技术在机械设备改造中的应用。介绍数显技术在机械设备改造中的应用。教学目标教学目标1.1.知道数控化改造的优越性，掌握数控化改造的主要内容，知道数控化改造的优越性，掌握数控化改造的主要内容，理解用微

2、机技术改造普通机床理解用微机技术改造普通机床2.2.知道普通机床数控化改造的过程。知道普通机床数控化改造的过程。3.3.了解直线感应器、光栅尺和磁尺在机械设备改造中的应用。了解直线感应器、光栅尺和磁尺在机械设备改造中的应用。下一页第第6章章 普通机床的数控化改造普通机床的数控化改造6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技术在机械设备改造中的应用6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作用，机床数控数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作

3、用，机床数控化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数控化率有两个途径控化率有两个途径: :一是购买新的数控机床，即更新设备一是购买新的数控机床，即更新设备; ;二二是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验，所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验，以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧机床换上新部件、新装置和新附件，提高现有机床的技术性机床

4、换上新部件、新装置和新附件，提高现有机床的技术性指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。返回下一页6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法6.1.16.1.1机床数控化改造的一般步骤机床数控化改造的一般步骤1.1.明确微机改造的任务和目标明确微机改造的任务和目标在确定机床微机改造的总体方案时，首先要提出明确的技术在确定机床微机改造的总体方案时，首先要提出明确的技术经济指标。例如，有的是为了解决难加工的曲线曲面，有的经济指标。例如，有的是为了解决难加工的曲线曲面，有的是为了提高劳动生产率，有的是为了提高零件加工的一致性是为了提高劳动生产率

5、，有的是为了提高零件加工的一致性等，一般都应有明确的工艺目的，由此确定改造的对象和技等，一般都应有明确的工艺目的，由此确定改造的对象和技术要求，将具体的技术参数用文件形式固定下来，编写出设术要求，将具体的技术参数用文件形式固定下来，编写出设计任务书，作为设计的原始依据。计任务书，作为设计的原始依据。上一页返回下一页6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法2.2.总体方案设计总体方案设计总体方案设计的内容包括总体方案设计的内容包括: :系统运动方式的确定，伺服系统的系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选选择，执行机构的结构及传动方式的确定

6、，计算机系统的选择等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，择等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出系统的总体方案，并对方案进行分析比较和论证，最后提出系统的总体方案，并对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案。确定方案时，应仔细地考虑机床与控制部分确定总体方案。确定方案时，应仔细地考虑机床与控制部分相互间的各种要求，做出合理的设计，不仅要考虑各种高效相互间的各种要求，做出合理的设计，不仅要考虑各种高效能、自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术能、自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术的先进性与经济的合理性较好地统一起来。的先进性与经济的合理性

7、较好地统一起来。下一页上一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法3.3.设计计算及结构改装设计计算及结构改装根据改造后机床的加工工艺范围，初步选定切削用量，刀具根据改造后机床的加工工艺范围，初步选定切削用量，刀具运动路线等，计算切削力及切削功率，从而计算出进给系统运动路线等，计算切削力及切削功率，从而计算出进给系统需要的功率和力矩等，以选择数控系统及驭动元件。大多数需要的功率和力矩等，以选择数控系统及驭动元件。大多数的微机数控装置配用步进电机，也有一些性能要求较高的系的微机数控装置配用步进电机，也有一些性能要求较高的系统采用直流伺服电机。机床的工作台统采用直流伺服电机。机

8、床的工作台( (或刀架或刀架) )及其传动机构及其传动机构是机床改造的重点，改造的好坏直接影响到伺服系统的品质，是机床改造的重点，改造的好坏直接影响到伺服系统的品质，可以说机床的微机改造是从机械部分改造的整体方案人手的，可以说机床的微机改造是从机械部分改造的整体方案人手的，设计时可借鉴数控机床的结构特点及设计要求。随着数控机设计时可借鉴数控机床的结构特点及设计要求。随着数控机床的发展，许多数控机床的零配件也已经开始成批生产，形床的发展，许多数控机床的零配件也已经开始成批生产，形成专门的配套供应，如滚珠丝杠螺母副、车床的自动换刀刀成专门的配套供应，如滚珠丝杠螺母副、车床的自动换刀刀架等目前都有现

9、成产品供应，这给机床改造工作带来很大方架等目前都有现成产品供应，这给机床改造工作带来很大方便。便。为防止出错，机械、液压气动回路、软件、接口电路和强电为防止出错，机械、液压气动回路、软件、接口电路和强电逻辑回路需交叉设计，还应充分注意信号检测元件的安装、逻辑回路需交叉设计，还应充分注意信号检测元件的安装、连接设计。连接设计。上一页 下一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法4.4.制造、安装、调试制造、安装、调试制造、安装、调试是改造的关键之一。一般应预先将数控系制造、安装、调试是改造的关键之一。一般应预先将数控系统、接口电路等脱机运行，机械及液压气动装置也应单独运统、接

10、口电路等脱机运行，机械及液压气动装置也应单独运行，在确定无误后，才能联机调试。调试时应遵循先手动、行，在确定无误后，才能联机调试。调试时应遵循先手动、后自动，先空运行、后试切的原则。后自动，先空运行、后试切的原则。调试合格后，要按设计要求进行负荷切削试验和各项精度指调试合格后，要按设计要求进行负荷切削试验和各项精度指标的考核，直至加工出合格的产品为止，然后交车间使用，标的考核，直至加工出合格的产品为止，然后交车间使用，并协助培训操作和维修人员。设备投产后要及时总结，在可并协助培训操作和维修人员。设备投产后要及时总结，在可能的条件下，采用更新的技术，进一步完善原设计。能的条件下，采用更新的技术，

11、进一步完善原设计。上一页下一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法机床数控化改造的优越性机床数控化改造的优越性 采用国内外先进工艺、先进技术对旧机床进行改造有以下优采用国内外先进工艺、先进技术对旧机床进行改造有以下优点点: :(1)(1)机床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为机床的改机床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为机床的改造方案是根据原机床中存在的问题提出的，需要改哪些地方，造方案是根据原机床中存在的问题提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能与生产紧密结合，可以直接将改到什么程度都有的放矢，能与生产紧密结合，可以直接将科学技术转化为生产力，使企业

12、有积极性。科学技术转化为生产力，使企业有积极性。(2)(2)机床改造可以充分利用原机床的绝大部分，大大节约原材机床改造可以充分利用原机床的绝大部分，大大节约原材料和资金，同时见效快，改造周期短，可满足生产急需。因料和资金，同时见效快，改造周期短，可满足生产急需。因为旧机床数控化改造大部分床身、立柱等主要基础件和许多为旧机床数控化改造大部分床身、立柱等主要基础件和许多传动部分不须更换，与新机床制造相比只需其传动部分不须更换，与新机床制造相比只需其1/151/15一一1/101/10的的时间，工期大大缩短，从而节约了成本，解决了生产急需。时间，工期大大缩短，从而节约了成本，解决了生产急需。下一页上

13、一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法(3)(3)改造后的机床性能稳定可靠，机床应用范围得到扩大，适改造后的机床性能稳定可靠，机床应用范围得到扩大，适应多品种、小批量的零件生产。这是因为机床的大型结构件应多品种、小批量的零件生产。这是因为机床的大型结构件一般是铸铁制成的，而铸铁件年代越久则时效越充分，精度一般是铸铁制成的，而铸铁件年代越久则时效越充分，精度比新铸件更加稳定。改造不需要改变支撑类大型构件，只需比新铸件更加稳定。改造不需要改变支撑类大型构件，只需修复或更换若干中小型部件就可获得与新机床类似效果。改修复或更换若干中小型部件就可获得与新机床类似效果。改造后的机床

14、功能有较好的提高。除了保留原有功能外，还可造后的机床功能有较好的提高。除了保留原有功能外，还可以满足各种复杂型面类零件加工，极大地扩大了机床的应用以满足各种复杂型面类零件加工，极大地扩大了机床的应用范围。范围。(4)(4)经过数控化改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。经过数控化改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。因为改造时可根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备因为改造时可根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次。如某单位的自动化水平和效率，提高设备质量和档次。如某单位3.4m3.4m的立式车床改造后，加工球体轴承座零件，其的立式车床改造后，

15、加工球体轴承座零件，其2m2m直径偏差仅直径偏差仅为为0.035 mm ,0.035 mm ,满足了设计要求，并且机床改造后的工作效率满足了设计要求，并且机床改造后的工作效率提高了提高了5-65-6倍。倍。上一页 下一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法(5)(5)可以充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的可以充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的积极性积极性; ;同时降低对工人技术水平的要求。同时降低对工人技术水平的要求。(6)(6)通过数控化改造，可以掌握设备的构造和性能，为企业培通过数控化改造，可以掌握设备的构造和性能，为企业培养了数控技术人才。在

16、改造期间，通过拆解旧机床，装配新养了数控技术人才。在改造期间，通过拆解旧机床，装配新部件等改造过程，间接培养了数控人才，对机床的特性有了部件等改造过程，间接培养了数控人才，对机床的特性有了较详细的了解，在操作使用和维护方面培训时间短、见效快。较详细的了解，在操作使用和维护方面培训时间短、见效快。6.1.2 6.1.2 用微机技术改造普通机床的方案用微机技术改造普通机床的方案1.1.用微机技术实现机床简易数控的工作原理用微机技术实现机床简易数控的工作原理采用微机技术实现机床简易数控的装置，主要由单片机采用微机技术实现机床简易数控的装置，主要由单片机( (或单或单板机板机) )、控制程序、零件加工

17、程序、马伙动电源装置、收发信、控制程序、零件加工程序、马伙动电源装置、收发信板、步进电机等部分组成。在图板、步进电机等部分组成。在图6-16-1中表示了经济型数控车床中表示了经济型数控车床的系统装置枢图。的系统装置枢图。上一页 下一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法在所示的系统装置中，微控制器在控制程序的控制下，可以在所示的系统装置中，微控制器在控制程序的控制下，可以使数控系统具有直线插补和圆弧插补加工工件轮廓的功能使数控系统具有直线插补和圆弧插补加工工件轮廓的功能; ;具具有进给速度控制和快速回零的功能有进给速度控制和快速回零的功能; ;具有刀具补偿和反向间隙具有刀

18、具补偿和反向间隙补偿的功能以及其他多种功能。当零件加工程序给出具体的补偿的功能以及其他多种功能。当零件加工程序给出具体的位移尺寸、位移方向和进给速度以后，控制程序就会通过微位移尺寸、位移方向和进给速度以后，控制程序就会通过微控制器按照所输人的零件加工程序发出一系列的脉冲信号，控制器按照所输人的零件加工程序发出一系列的脉冲信号，经隔离放大以后，分别驭动经隔离放大以后，分别驭动Z Z向和向和X X向步进电机，使刀架按照向步进电机，使刀架按照要求的方向、速度、位移量实现纵向和横向运动，从而构成要求的方向、速度、位移量实现纵向和横向运动，从而构成了一个经济型开环数控系统。了一个经济型开环数控系统。2.

19、2.普通机床数控化改造方案的确定原则普通机床数控化改造方案的确定原则为了提高机床微机改造的效益，在确定总体方案时需注意下为了提高机床微机改造的效益，在确定总体方案时需注意下列问题列问题: :上一页 下一页返回6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法改造后的数控机床通常适用于加工具有一定批量的相类似零改造后的数控机床通常适用于加工具有一定批量的相类似零件，使其既有专用机床的特性，又有一定的柔性。因此不要件，使其既有专用机床的特性，又有一定的柔性。因此不要勉强地要求其具备多种功能，否则花费大量的投资，而出现勉强地要求其具备多种功能，否则花费大量的投资，而出现某些功能名义上能实现而实际

20、上不能实现的效果。某些功能名义上能实现而实际上不能实现的效果。根据运动的控制情况选择合适的数控系统。点位控制系统适根据运动的控制情况选择合适的数控系统。点位控制系统适用于钻床、橙床和冲床的改造。直线控制系统适用于直线进用于钻床、橙床和冲床的改造。直线控制系统适用于直线进给运动的车床、铣床、磨床的改造。轮廊控制系统适用于曲给运动的车床、铣床、磨床的改造。轮廊控制系统适用于曲线进给运动的车床、铣床、磨床等机床的改造。线进给运动的车床、铣床、磨床等机床的改造。另外，数控装置按照驱动系统的控制原理又可分为开环控制、另外，数控装置按照驱动系统的控制原理又可分为开环控制、半闭环控制和闭环控制三种形式。在开

21、环控制中，不设位置半闭环控制和闭环控制三种形式。在开环控制中，不设位置检测反馈装置，机床的加工精度直接由步进电机的运动精度检测反馈装置，机床的加工精度直接由步进电机的运动精度和机床传动机构的精度来保证。由于开环系统结构简单，可和机床传动机构的精度来保证。由于开环系统结构简单，可靠性高，成本较低，在工作性能良好的情况下，加工误差可靠性高，成本较低，在工作性能良好的情况下，加工误差可控制在控制在0.02 mm0.02 mm以内，精度能满足普通机床的需要，因而在机以内，精度能满足普通机床的需要，因而在机床改造中，对驱动系统大都选择为开环控制。床改造中，对驱动系统大都选择为开环控制。上一页 下一页返回

22、6.1普通机床数控化改造的方法普通机床数控化改造的方法机床改造范围的大小，应根据机床自身精度及性能来决定装机床改造范围的大小，应根据机床自身精度及性能来决定装机床的技术状态，对于旧机床可结合机床大、中修理进行，机床的技术状态，对于旧机床可结合机床大、中修理进行，时间、时间、 机床改造前必须检查被改这样可减少生产上的停机机床改造前必须检查被改这样可减少生产上的停机在充分了解机床原结构、性能的基础上，考虑改装的可能性在充分了解机床原结构、性能的基础上，考虑改装的可能性及方便性，尽量保留原有结构，以降低改造的工作量和费用。及方便性，尽量保留原有结构，以降低改造的工作量和费用。在设计中尽量采用已经商品

23、化的标准部件和外购元件在设计中尽量采用已经商品化的标准部件和外购元件数控化改造总体方案制定举例数控化改造总体方案制定举例某车间加工图某车间加工图6 -26 -2所示的多种齿数规格的端面齿离合器，以所示的多种齿数规格的端面齿离合器，以前是在卧式铣床上利用分度头一个齿一个齿地加工，用这种前是在卧式铣床上利用分度头一个齿一个齿地加工，用这种加工方法，工人操作紧张，劳动强度大，而且一次分度错误加工方法，工人操作紧张，劳动强度大，而且一次分度错误则整个零件报废，所以对机床进行数控化改造，使其能自动则整个零件报废，所以对机床进行数控化改造，使其能自动分度铣削。分度铣削。上一页 下一页返回6.1普通机床数控

24、化改造的方法普通机床数控化改造的方法改造方案如图改造方案如图6 -36 -3所示。将分度头安装在纵向工作台面上，所示。将分度头安装在纵向工作台面上，分度头主轴倾斜分度头主轴倾斜5 5，以加工出倾针的齿底部，在分度头的手，以加工出倾针的齿底部，在分度头的手柄轴上加装一步进电机实现自动分度。另外，将纵向工作台柄轴上加装一步进电机实现自动分度。另外，将纵向工作台手柄拆去，加装步进电机，使用一个车床两坐标数控系统即手柄拆去，加装步进电机，使用一个车床两坐标数控系统即可实现离合器齿的自动加工。工作时按如下工作循环可实现离合器齿的自动加工。工作时按如下工作循环: :纵向工纵向工作台快进一工作进给作台快进一

25、工作进给( (切齿切齿) )一纵向工作台快退一分度头分度一纵向工作台快退一分度头分度一一直至全部齿加工完毕停机。该方案简单易行，改造工直至全部齿加工完毕停机。该方案简单易行，改造工作量不大，经实际改造后，机床具有加工同样结构各种齿数作量不大，经实际改造后，机床具有加工同样结构各种齿数离合器的能力，收到了良好的经济效益。离合器的能力，收到了良好的经济效益。上一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例6.2.16.2.1卧式车床的数控化改造卧式车床的数控化改造目前我国机床的拥有量超过了目前我国机床的拥有量超过了320320万台，其中万台，其中40%40%以上是车床，以上是车床，多数

26、役龄都很长。用价格较低，性能适宜的经济型数控系统，多数役龄都很长。用价格较低，性能适宜的经济型数控系统，改造精度要求一般的卧式车床容易实现，经济效果也比较明改造精度要求一般的卧式车床容易实现，经济效果也比较明显，在许多工厂都获得成功。现以显，在许多工厂都获得成功。现以C616C616型卧式车床数控化改型卧式车床数控化改造为例作一介绍。造为例作一介绍。1.1.总体方案设计总体方案设计(1)(1)设计任务利用微机对设计任务利用微机对C616C616型卧式车床的纵、横向进给系统型卧式车床的纵、横向进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为进行开环控制，纵向脉冲当量为0.Olmm/0.Olmm/脉冲，横向脉

27、冲当量脉冲，横向脉冲当量为为0.005mm/0.005mm/脉冲，马伙动元件采用步进电机。改造后的机床脉冲，马伙动元件采用步进电机。改造后的机床能完成一般车削及加工任意锥面、球面、螺纹等加工工序，能完成一般车削及加工任意锥面、球面、螺纹等加工工序，并能控制主轴开停变速、刀架转位及一些辅助功能，使加工并能控制主轴开停变速、刀架转位及一些辅助功能，使加工实现自动化。实现自动化。下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例(2)(2)总体方案确定根据设计任务，系统应采用连续控制系统。总体方案确定根据设计任务，系统应采用连续控制系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、控制系统由微机部分

28、、键盘及显示器、I/OI/O接口及光电隔离电接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。纵向、横向均采用步进路、步进电机功率放大电路等组成。纵向、横向均采用步进电机一减速齿轮一滚珠丝杠螺母一溜板的传动方式。刀架更电机一减速齿轮一滚珠丝杠螺母一溜板的传动方式。刀架更换为四刀位自动回转刀架。改造后的车床传动系统如图换为四刀位自动回转刀架。改造后的车床传动系统如图6-46-4所所示。示。2.2.车床改造的结构特点车床改造的结构特点(1)(1)纵向滚珠丝杠纵向滚珠丝杠必须采用三点支承形式。步进纵向滚珠丝杠纵向滚珠丝杠必须采用三点支承形式。步进电机的布置，可放在丝杠的任一端。由于拆除了进给箱，可电机

29、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机和减速齿轮，也可在滚珠丝在原安装进给箱处布置步进电机和减速齿轮，也可在滚珠丝杠的左端设计一个专用轴承支承座，而在丝杠托架处布置步杠的左端设计一个专用轴承支承座，而在丝杠托架处布置步进电机和减速箱。机床改造常采用后一种布置方案。车床纵进电机和减速箱。机床改造常采用后一种布置方案。车床纵向传动结构的布置如图向传动结构的布置如图6-56-5所示。所示。上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例在丝杠的左端设计厂一个专用轴承支承座，采用一个轴套式在丝杠的左端设计厂一个专用轴承支承座，采用一个轴套式滑动

30、轴承作为径向支承，在滑动轴承的两侧分别布置一对推滑动轴承作为径向支承，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。支承短轴与滚珠丝杠通力球轴承，承受两个方向的轴向力。支承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联轴套和减速箱的过联轴套连接起来。滚珠丝杠的右端通过联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承，减速箱固定在丝杠托架上。滚珠丝杠的中间支承为向支承，减速箱固定在丝杠托架上。滚珠丝杠的中间支承为滚珠螺母，其与床鞍直接连接。滚珠螺母，其与床鞍直接连接。(2)(2)横向滚珠丝杠横向

31、滚珠丝杠也采用三点支承形式。步进电横向滚珠丝杠横向滚珠丝杠也采用三点支承形式。步进电机一般都安装在床鞍的后部。靠近操作者一端，布置一根支机一般都安装在床鞍的后部。靠近操作者一端，布置一根支承短轴，通过一个联轴套与滚珠丝杠连接起来。利用车床原承短轴，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承，并对原支承处进行横向进给丝杠的滑动轴套作为径向支承，并对原支承处进行适当改装，布置一对推力球轴承，以实现轴向支承。在远离适当改装，布置一对推力球轴承，以实现轴向支承。在远离操作者的一端，用一个联轴套和一根连接短轴把滚珠丝杠与操作者的一端，用一个联轴套和一根连接短轴把滚珠丝

32、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。车床横向传动的支承结构如图床横向传动的支承结构如图6 6一一6 6所示。所示。上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例(3)(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，尤其是减少静摩擦阻力，床鞍和刀架移动部件的导轨可粘贴摩擦系数低的摩擦阻力，床鞍和刀架移动部件的导轨可粘贴摩擦系数低的聚四氟乙烯软带。聚四氟乙烯软带。(4)(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主轴脉冲发生器改造后的简易数控车床需要

33、自动加工螺纹时，可以在主轴后端同轴安装或者异轴安装一个主轴脉冲发时，可以在主轴后端同轴安装或者异轴安装一个主轴脉冲发生器，作为主轴位置的信号反馈元件，目的是用来检测主轴生器，作为主轴位置的信号反馈元件，目的是用来检测主轴转角的位置，并且将其变化情况输送给数控装置，使其能按转角的位置，并且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。照所需加工的螺距进行处理。(5)(5)安装电动卡盘为了提高经济型数控车床的加工效率，还可安装电动卡盘为了提高经济型数控车床的加工效率，还可考虑采用电动三爪自定心卡盘装置。这种装置也可与数控装考虑采用电动三爪自定心卡盘装置。这种装置也可与数控装置的收发

34、信电路相配合，实现自动夹紧、松开，提高加工过置的收发信电路相配合，实现自动夹紧、松开，提高加工过程的自动化程度。程的自动化程度。上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例安装调整中应注意的问题安装调整中应注意的问题(1)(1)利用螺母的间隙调整装置调整丝杠副间隙时，应使调整后利用螺母的间隙调整装置调整丝杠副间隙时，应使调整后产生的预紧力为丝杠副最大负载的产生的预紧力为丝杠副最大负载的1/31/3为宜。在实际调整中，为宜。在实际调整中，可以把车床处于最大工作负载，使丝杠内部仍不产生间隙，可以把车床处于最大工作负载，使丝杠内部仍不产生间隙，或者间隙量小于或者间隙量小于0.

35、 O1 mm0. O1 mm，而且运转灵活，并以此作为螺母，而且运转灵活，并以此作为螺母间隙调整装置预紧量的判断标准。间隙调整装置预紧量的判断标准。(2)(2)传动丝杠轴线上各联轴套上的锥销孔应按十字分布方式进传动丝杠轴线上各联轴套上的锥销孔应按十字分布方式进行配作。这是因为同一联轴套上分布的锥销孔都由同一方向行配作。这是因为同一联轴套上分布的锥销孔都由同一方向加工时，往往会引起轴心线的直线度误差增大，从而使安装加工时，往往会引起轴心线的直线度误差增大，从而使安装在传动丝杠上各零件间的同轴度误差增大，产生传动附加载在传动丝杠上各零件间的同轴度误差增大，产生传动附加载荷，影响丝杠副的传动性能荷，

36、影响丝杠副的传动性能上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例(3)(3)消除齿轮间隙的方法很多，用调整中心距的方法是最简便消除齿轮间隙的方法很多，用调整中心距的方法是最简便的一种。安装时将大齿轮所在支承架转动中心与丝杠对中，的一种。安装时将大齿轮所在支承架转动中心与丝杠对中，首先固定，然后把电机小齿轮按无间隙啮合，调整好中心距，首先固定，然后把电机小齿轮按无间隙啮合，调整好中心距，再固定。再固定。(4)(4)滚珠丝杠副的制造精度要求高，加工工艺比较复杂，都是滚珠丝杠副的制造精度要求高，加工工艺比较复杂，都是由专业工厂按系列化进行生产。因此，在进行设备改造时，由专业工

37、厂按系列化进行生产。因此，在进行设备改造时，要按厂家生产标准进行选择。选择合适以后，再决定被改造要按厂家生产标准进行选择。选择合适以后，再决定被改造设备的其他相关部分的结构和尺寸。设备的其他相关部分的结构和尺寸。(5)(5)主轴脉冲发生器的引出轴与车床主轴按主轴脉冲发生器的引出轴与车床主轴按1: 11: 1无间隙柔性连无间隙柔性连接传动，连接后应保证两者有很好的同步性。安装中要注意接传动，连接后应保证两者有很好的同步性。安装中要注意主轴脉冲发生器是玻璃器件，不能随意敲打碰撞。使用中车主轴脉冲发生器是玻璃器件，不能随意敲打碰撞。使用中车床主轴转速不能超过主轴脉冲发生器的最高许用转速。床主轴转速不

38、能超过主轴脉冲发生器的最高许用转速。上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例6.2.26.2.2铣床的数控化改造铣床的数控化改造铣床的应用十分广泛，主要用于加工平面或成形表面。若要铣床的应用十分广泛，主要用于加工平面或成形表面。若要在立式铣床上加工圆弧、凸轮一类平面曲线时，就要借助于在立式铣床上加工圆弧、凸轮一类平面曲线时，就要借助于圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行相应调整。加圆工作台、分度头等机床附件，并对机床进行相应调整。加工精度较低，机床调整费事。所以对铣床进行数控化改造的工精度较低，机床调整费事。所以对铣床进行数控化改造的也较多，改造的目的一方面是提

39、高加工精度，另一方面是利也较多，改造的目的一方面是提高加工精度，另一方面是利用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面。用数控方法加工任意圆弧面和凸轮的曲面。铣床的数控化改造，一般主要解决进给系统的数控化，主传铣床的数控化改造，一般主要解决进给系统的数控化，主传动系统保持不变。其改装的方法和程序与卧式车床基本相同。动系统保持不变。其改装的方法和程序与卧式车床基本相同。下面只对机械部分的改动说明如下。下面只对机械部分的改动说明如下。1.1.工作台的进给运动工作台的进给运动因为改造后的机床主要加工圆弧、凸轮一类平面曲线的轮廓，因为改造后的机床主要加工圆弧、凸轮一类平面曲线的轮廓，所以采用微机数控系统实现

40、三坐标两轴联动控制，工作台纵所以采用微机数控系统实现三坐标两轴联动控制，工作台纵向向(X(X轴轴) )、横向、横向(Y(Y轴轴) )及垂直方向及垂直方向(Z(Z轴轴) )的运动，的运动，上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例分别由步进电机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副拖分别由步进电机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副拖动。动。由于铣削时作用在电机轴上的负载转矩较大，所以要选择大由于铣削时作用在电机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电机，而大功率步进电机的驭动较困难。步进电功率的步进电机，而大功率步进电机的驭动较困难。步进电机没有过载能力，在高速运动

41、时扭矩下降很多，容易丢步。机没有过载能力，在高速运动时扭矩下降很多，容易丢步。要使改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造中也常采用直要使改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造中也常采用直流伺服电机驭动。铣床改造方案如图流伺服电机驭动。铣床改造方案如图6-76-7所示所示 2.2.结构设计结构设计(1)(1)应尽量消除齿轮副和丝杠副的间隙，齿轮采用双片薄齿轮应尽量消除齿轮副和丝杠副的间隙，齿轮采用双片薄齿轮错齿法消除间隙，除采用间隙消除装置外，也可以用软件补错齿法消除间隙，除采用间隙消除装置外，也可以用软件补偿进给量的方法偿进给量的方法( (即编程序固化在计算机中来补偿）消除，以即编程序固化在计算机

42、中来补偿）消除，以提高加工工件的精度。提高加工工件的精度。上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例(2)(2)若采用直流伺服电机作驭动元件，伺服电机的轴端为光轴，若采用直流伺服电机作驭动元件，伺服电机的轴端为光轴，齿轮与电机轴、电机轴与传动轴采用锥环无键连接较方便。齿轮与电机轴、电机轴与传动轴采用锥环无键连接较方便。图图6 -86 -8所示为采用无键连接消隙联轴器的结构。所示为采用无键连接消隙联轴器的结构。图中图中2, 32, 3为锥面相互配合的锥环，当拧紧螺钉为锥面相互配合的锥环，当拧紧螺钉6 6经压盖经压盖4 4施加施加轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环分

43、别产生径向轴向力时，由于锥环之间的楔紧作用，内外环分别产生径向弹性变形，靠摩擦力使轴与套筒连接在一起，消除厂配合间弹性变形，靠摩擦力使轴与套筒连接在一起，消除厂配合间隙。根据所传递转矩的大小，选取锥环的对数。这种连接方隙。根据所传递转矩的大小，选取锥环的对数。这种连接方式的特点是不需要开键槽，而且两连接件之间的相对角度可式的特点是不需要开键槽，而且两连接件之间的相对角度可任意调节，配合无间隙，因而对中性好。任意调节，配合无间隙，因而对中性好。为了能补偿因同轴度及垂直度误差引起的为了能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“别劲别劲”现象，可现象，可采用挠性联轴器，如图采用挠性联轴器，如图6 -96 -

44、9所示。柔性片所示。柔性片4 4用螺钉和球面垫圈用螺钉和球面垫圈3 3与两边的联轴套与两边的联轴套2 2相连，通过柔性片传递扭矩。柔性片每片相连，通过柔性片传递扭矩。柔性片每片厚厚0. 25 mm0. 25 mm，材料为不锈钢，可根据传递扭矩大小选取片数，材料为不锈钢，可根据传递扭矩大小选取片数，两端的位置偏差由柔性片的变形抵消。两端的位置偏差由柔性片的变形抵消。上一页 下一页返回6.2普通机床数控化改造实例普通机床数控化改造实例(3)(3)升降台式铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杠要升降台式铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杠要配备功率较大的驭动电机，且比较难选，因此可在工作台上配

45、备功率较大的驭动电机，且比较难选，因此可在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡加配重或平衡液压缸来平衡( (图图6 -106 -10）。）。此外，滚珠丝杠没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台此外，滚珠丝杠没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台会自动下降，通常采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达会自动下降，通常采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到自锁，图到自锁，图6-116-11为采用超越离合器的自动平衡装置。为采用超越离合器的自动平衡装置。工作台的升降由驭动电机通过联轴器带动锥齿轮工作台的升降由驭动电机通过联轴器带动锥齿轮2, 32, 3使升降使升降丝杠转动，工作台上升或下降。锥齿轮丝杠转动，

46、工作台上升或下降。锥齿轮3 3同时带动锥齿轮同时带动锥齿轮4 4，这一部分是自动平衡机构，其工作原理是这一部分是自动平衡机构，其工作原理是: :锥齿轮锥齿轮4 4转动时通转动时通过锥销带动单向超越离合器的星轮过锥销带动单向超越离合器的星轮5 5，当工作台上升时，星轮，当工作台上升时，星轮的转向是使滚子的转向是使滚子6 6与外壳与外壳7 7脱开方向，外壳不转，摩擦片不起脱开方向，外壳不转，摩擦片不起作用。当工作台下降时，星轮的转向使滚子作用。当工作台下降时，星轮的转向使滚子6 6楔紧在星轮与外楔紧在星轮与外壳壳7 7之间，使外壳之间，使外壳7 7随着锥齿轮随着锥齿轮4 4转动，通过花键与外壳连在

47、一转动，通过花键与外壳连在一起的内摩擦片与固定的外摩擦起的内摩擦片与固定的外摩擦片之间产生相对运动，因为内片之间产生相对运动，因为内外摩擦片之间由弹簧压紧，有一定的摩擦阻力，从而起到阻外摩擦片之间由弹簧压紧，有一定的摩擦阻力，从而起到阻尼作用，使上升与下降的力量得以平衡。尼作用，使上升与下降的力量得以平衡。上一页返回6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技术在机械设备改造中的应用在机床改造中应用数显技术其优点很多在机床改造中应用数显技术其优点很多: :数字显示直观、清晰、数字显示直观、清晰、减少烦琐和笨重的机械测量，提高厂测量的可靠性，便于控减少烦琐和笨重的机械测量，提高厂测量的可靠性，便

48、于控制进给量，提高工效，经济效益显著。尤其在大、重型和精制进给量，提高工效，经济效益显著。尤其在大、重型和精密度要求较高的机械设备上，这些优点更为突出。数显技术密度要求较高的机械设备上，这些优点更为突出。数显技术以感应同步器、光栅及磁栅等为传感器件，把机械位移量变以感应同步器、光栅及磁栅等为传感器件，把机械位移量变为电信号，经数字处理后显示出来。为电信号，经数字处理后显示出来。目前，以感应同步器和光栅为传感器件的数显装置，在我国目前，以感应同步器和光栅为传感器件的数显装置，在我国发展得比较成熟，但是应用的广泛性与工业发达国家相比较，发展得比较成熟，但是应用的广泛性与工业发达国家相比较，还存在较

49、大差距。据有关资料报导，美国已经在还存在较大差距。据有关资料报导，美国已经在90%90%以上的大、以上的大、重型机床，重型机床，80%80%左右的中型机床及左右的中型机床及20%20%的小型机床上应用厂数的小型机床上应用厂数显技术，而我国有些省的统计表明，在显技术，而我国有些省的统计表明，在2020世纪世纪8080年代末，年代末，1010万台车床中，安装有数显装置的只有数千台。因此，可以说万台车床中，安装有数显装置的只有数千台。因此，可以说应用数显技术对机床进行改造拥有极大的潜力。应用数显技术对机床进行改造拥有极大的潜力。下一页返回6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技术在机械设备改造中

50、的应用6.3.16.3.1直线感应同步器直线感应同步器1.1.直线感应同步器的种类直线感应同步器的种类直线感应同步器通常有标准型、窄型和带状三种。直线感应同步器通常有标准型、窄型和带状三种。(1)(1)标准型标准型是直线感应同步器中精度最高，应用最广的标准型标准型是直线感应同步器中精度最高，应用最广的一种形式，外形尺寸如图一种形式，外形尺寸如图6-126-12所示。为减少端部电势的影响，所示。为减少端部电势的影响，安装时必须保证滑尺绕组全部覆盖在定尺绕组上，但不能覆安装时必须保证滑尺绕组全部覆盖在定尺绕组上，但不能覆盖定尺的两条引出线，以免影响测量精度。当测量长度超过盖定尺的两条引出线，以免影

51、响测量精度。当测量长度超过175mm175mm时，可以将定尺接长使用。常用型号为时，可以将定尺接长使用。常用型号为GZD-1GZD-1和和GZH -1GZH -1型，测量精度达士型，测量精度达士1.5um.1.5um.(2)(2)窄型窄型直线感应同步器适用于那些设备安装位置受到限窄型窄型直线感应同步器适用于那些设备安装位置受到限制的场合，外形尺寸如图制的场合，外形尺寸如图6-136-13所示。它的电磁感应强度比标所示。它的电磁感应强度比标准型低，因而精度也较低，测量精度为士准型低，因而精度也较低，测量精度为士2.5um.2.5um.上一页 下一页返回6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技

52、术在机械设备改造中的应用(3)(3)带状带状直线感应同步器由于不需拼接带状带状直线感应同步器由于不需拼接( (定尺最长可达定尺最长可达3m3m以上以上) )，对安装面的精度要求不高，所以便于在设备上安装，对安装面的精度要求不高，所以便于在设备上安装，特别是对那些安装面不易加工的设备更为合适，其外形尺寸特别是对那些安装面不易加工的设备更为合适，其外形尺寸如图如图6-146-14所示。由于定尺较长，刚性稍差，其总测量精度要所示。由于定尺较长，刚性稍差，其总测量精度要求比标准型直线感应同步器低。求比标准型直线感应同步器低。上述三种形式的直线感应同步器是在一个周期上述三种形式的直线感应同步器是在一个周

53、期(2mm)(2mm)内进行电内进行电气细分重复检测的，由于每隔气细分重复检测的，由于每隔2mm2mm具有相同的电磁耦合状态，具有相同的电磁耦合状态，而对而对2mm2mm以上的位置则无法进行区别，这样只能用增量式计数以上的位置则无法进行区别，这样只能用增量式计数器津方一个相对坐标系统讲行测量若由干停车等事故消失器津方一个相对坐标系统讲行测量若由干停车等事故消失. .当当重新复电时数显表只能确定在重新复电时数显表只能确定在2mm2mm内的绝对数值，而整个被测内的绝对数值，而整个被测长度数值无法保留。为了要进行绝对坐标测量，可采用三速长度数值无法保留。为了要进行绝对坐标测量，可采用三速式式( (或

54、三重式或三重式) )直线感应同步器。这种感应同步器定滑尺上分直线感应同步器。这种感应同步器定滑尺上分别有粗、中、细三套绕组，节距分别为别有粗、中、细三套绕组，节距分别为4000mm, 200mm4000mm, 200mm和和2mm2mm，定尺上的粗、中绕组相对于位移垂直方向倾斜不同角度定尺上的粗、中绕组相对于位移垂直方向倾斜不同角度; ;滑尺滑尺上的粗、中绕组与位移方向平行。粗、中、细三套绕组上的粗、中绕组与位移方向平行。粗、中、细三套绕组不但组成三个独立的电气通道，而且有一个统一的坐标原点。不但组成三个独立的电气通道，而且有一个统一的坐标原点。粗、中、细电气通道的周期分别为粗、中、细电气通道

55、的周期分别为4OOOmm, 200mm4OOOmm, 200mm和和2mm2mm，从，从而实现在而实现在4OOOmm4OOOmm范围内绝对坐标的检测。范围内绝对坐标的检测。上一页 下一页返回6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技术在机械设备改造中的应用2.2.直线感应同步器的应用直线感应同步器的应用(1)(1)在卧式锁床上的应用感应同步器在卧式锁床上一般可安装在卧式锁床上的应用感应同步器在卧式锁床上一般可安装三个坐标，即主轴箱上下位移坐标，工作台横向位移坐标和三个坐标，即主轴箱上下位移坐标，工作台横向位移坐标和工作台纵向位移坐标。三个坐标上的感应同步器分别与三个工作台纵向位移坐标。三个坐

56、标上的感应同步器分别与三个数显表连接。在主轴箱上下位移坐标上，可以将滑尺座安装数显表连接。在主轴箱上下位移坐标上，可以将滑尺座安装在主轴箱的压板上，把定尺座安装在前立柱上。在工作台横在主轴箱的压板上，把定尺座安装在前立柱上。在工作台横向坐标上，根据工作台上下滑座的结构，可以把定尺座安装向坐标上，根据工作台上下滑座的结构，可以把定尺座安装在工作台的上滑座处，把滑尺座安装在下滑座处。在工作台在工作台的上滑座处，把滑尺座安装在下滑座处。在工作台纵向坐标上，应该把滑尺座安装在工作台的下滑座处，把定纵向坐标上，应该把滑尺座安装在工作台的下滑座处，把定尺座安装在床身上。要使滑尺和定尺的相互位置在三个坐标尺

57、座安装在床身上。要使滑尺和定尺的相互位置在三个坐标移动范围之内都能符合感应耦合的技术要求。移动范围之内都能符合感应耦合的技术要求。上一页 下一页返回6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技术在机械设备改造中的应用(2)(2)在卧式车床上的应用感应同步器在大型卧式车床或者中、在卧式车床上的应用感应同步器在大型卧式车床或者中、小型卧式车床上，可以安装在两个坐标上，即在床鞍和中滑小型卧式车床上，可以安装在两个坐标上，即在床鞍和中滑板的运动方向上各安装一套数显装置。在床鞍运动方向的坐板的运动方向上各安装一套数显装置。在床鞍运动方向的坐标上，应把定尺座安装在床身背面的表面上，把滑尺座安装标上，应把定

58、尺座安装在床身背面的表面上，把滑尺座安装在床鞍的后面。在中滑板运动方向的坐标上，可以把定尺座在床鞍的后面。在中滑板运动方向的坐标上，可以把定尺座安装在中滑板侧面经过加工过的安装表面上，把滑尺座安装安装在中滑板侧面经过加工过的安装表面上，把滑尺座安装在床鞍上合适的位置处。在床鞍上合适的位置处。此外，数显装置还可安装在立式车床、铣床、磨床、刨床、此外，数显装置还可安装在立式车床、铣床、磨床、刨床、龙门刨床等机床上，其安装特点与上述情况基本相似。龙门刨床等机床上，其安装特点与上述情况基本相似。3.3.感应同步器的安装感应同步器的安装直线感应同步器定尺可以直接安装在机床加工面上，也可以直线感应同步器定

59、尺可以直接安装在机床加工面上，也可以和尺座构成组件后再安装在机床上。使用尺座虽然比较复杂，和尺座构成组件后再安装在机床上。使用尺座虽然比较复杂，但定尺可在机外接长，接长精度高，还可减少器件在机床上但定尺可在机外接长，接长精度高，还可减少器件在机床上的安装时间，因此应用较广。的安装时间，因此应用较广。上一页 下一页返回6.3 数显技术在机械设备改造中的应用数显技术在机械设备改造中的应用感应同步器是一种高精度的检测元件，安装质量的好坏将会感应同步器是一种高精度的检测元件，安装质量的好坏将会影响其潜在的精度，所以安装工作应力求精密、细致。对于影响其潜在的精度，所以安装工作应力求精密、细致。对于标准型

60、的感应同步器，安装要求如图标准型的感应同步器，安装要求如图6-156-15所示。所示。定尺侧母线与机床导轨基准面定尺侧母线与机床导轨基准面A A的平行度允差为的平行度允差为0.01 mm/0.01 mm/全长，全长，定尺安装平面与机床导轨基准面定尺安装平面与机床导轨基准面B B的平行度允差为的平行度允差为0. 04mm/0. 04mm/全全长。长。滑尺侧母线与机床导轨基准面滑尺侧母线与机床导轨基准面A A的平行度允差为的平行度允差为0.02mm/0.02mm/全长，全长，滑尺安装面与机床导轨基准面滑尺安装面与机床导轨基准面B B的平行度允差为的平行度允差为0.01 mm/0.01 mm/全长。