机床数控化改造课件

1、机床数控化改造技术 主要学习内容： 机床数控化改造的意义 机床数控化改造的内容 如何进行机床数控化改造机床数控化改造技术 主要学习内容： 一、数控机床的优越性 数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 o 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。 o 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37倍。 o 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”。 o 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 o 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。 一

2、、数控机床的优越性二、 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。二、 机床数控改造的意义 三、数控化改造的内容 1.恢

3、复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； 2.NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床； 3.翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新； 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的更新改造。三、数控化改造的内容 四、 数控系统的选择 进给伺服系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。 a. 步进电机拖动的开环系统 该系统的伺服驱动装置主

4、要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。 b. 交/直流伺服电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统 该系统比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。 c. 交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统 四、 数控系统的选择 五、改造步骤 （一）方案制定 1 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件 2 机械：保留、去掉、更换、增加 3 电气：保留、去掉、更换、增加 （二）设计 （三）实施 （四）验收五、改造步骤实例1：普通车床数控化改造实例1：普通车床数控化改造机床数控化改造课件机床数控化改造课件一、改造方案 1 机械：保留

5、、去掉、更换、增加 2 电气：保留、去掉、更换、增加 3 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件一、改造方案典型的车床数控改造方案：配置专用车床数控改造系统;更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动;采用步进电机驱动进给运动;配置脉冲发生器实现螺纹加工功能;配置自动转位刀架实现自动换刀功能。导轨改造典型的车床数控改造方案：一、机械部分注意：脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动载荷、进给传动机构原理图、滚珠丝杆的支撑形式、螺母形式。步距角、丝杆螺距、脉冲当量、传动比之间关系。 为什么齿轮变速？ 例如：某四相步进电机步距角0.90、丝杆螺距5mm、 若直接传动，脉冲当量=5/（3600/0.90） =

6、0.0125mm 若要求=0.01mm 加入传动比i=0.01/0.0125 =4/5=40/50一、机械部分注意：脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动载荷、进给切削力F、丝杆载荷 C 例：纵向机械传动部分，已知 工作台重量 G=600N 时间常数： T=25ms 丝杆螺距： 5mm 脉冲当量：0.01mm 最大进给速度：2m/min 最大切削进给速度：0.5m/min 电机功率： 4.5KW切削力F、丝杆载荷 C（1）切削力： Pc=PK=4.50.80.96=3.456（KW) Fz=60Pc/v=603.456/100=2.0736(KN) Fx=0.5Fz=1.0368(KN) Fy=0.

7、6Fz=1.24416(KN)（2）最大动载荷C： Fm=KFx+f(Fz+G) =1.151036.8+0.16(2073.6+600) =1620.096(N) n=1000vs/p0=10000.50.5/5=50(r/min) t=60nT/106=605015000/106=45(万r) （1）切削力：3、齿轮间隙调整：偏心套3、齿轮间隙调整：偏心套1）滚珠丝杠的结构组成 滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内循环方式和外循环方式两大类。 4、丝杆组件1）滚珠丝杠的结构组成 4、丝杆组件a 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过

8、螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚道的平稳性。b 内循环：内循环均采用反向器实现滚珠循环，滚珠在循环过程中始终与丝杆保持接触，回路短、效率高、流畅性好、螺母尺寸小，但制造精度要求高。a 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的a 传动效率高、摩擦损失小。 b 运动灵敏，低速时无爬行。 c 传动精度高，刚性好。 d 滚珠丝杠螺母副的磨损很小，使用寿命长。 e 无自锁能力，具有传动的可逆性，故对于垂直使用的丝杠，由于重力的作用，当传动切断时不能立即停止运动，应增加自锁装置。f

9、滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的材料，热处理和加工要求与滚动轴承相同，且螺旋滚道必须磨削，因而制造成本高。 2) 滚珠丝杠螺母副的特点a 传动效率高、摩擦损失小。 2) 滚珠丝杠螺母副的特点3) 滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠螺母杠的选择包括其精度选择、尺寸规格(包括导程与公称直径)、支承方式等几个方面的内容。 应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠螺母副的精度，根据机床的载荷来选定滚珠丝杠的直径。 在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠螺母副的尺寸规格，对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算；对转速高，支承距离大的滚珠丝杠螺母副作临界转速校核；对精度要求高的滚珠

10、丝杠作刚度校核；对数控机床，需核算其转动惯量；对全闭环系统，需核算其谐振频率。 台湾AHK滚珠丝杆,台湾璟腾 GTEN 滚珠丝杆，台湾上银 hiwin滚珠丝杆，台湾TBI滚珠丝杆，台湾PMI滚珠丝杆，中国南京工艺滚珠丝杆，韩国SBC滚珠丝杆、日本THK滚珠丝杆、 日本NSK滚珠丝杆，德国STAR滚珠丝杆等 3) 滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠螺母杠的选择包括4) 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 目前常用的双螺母预紧结构形式有以下三种。a 用锁紧螺母预紧 1圆螺母 2锁紧螺母 4) 滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 目前常用的双螺母预b 修磨垫片调间隙 垫片调隙式滚珠丝杠螺母副b 修磨垫片

11、调间隙 垫片调隙式滚珠丝杠螺母副c 齿差式调整 1、5螺母 2滚珠 3套筒 4丝杠 6内齿圈c 齿差式调整 1、5螺母 2滚珠 3套筒 4丝杆固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小的短丝杆或者用于全闭环的机床，因为这种结构的机械定位精度是最不可靠的，特别是对于长径比大的丝杆（滚珠丝杆相对细长），热变性是很明显的，1.5m长的丝杠在冷、热的不同环境下变化0.050.10mm是很正常的。5) 支撑形式：丝杆固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小丝杆两固定端轴承都可以同时承受轴、径向力，这种支承方式，可以对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的

12、热变形。 丝杆两固定端轴承都可以同时承受轴、径向力，这种支承方式，可以 丝杆固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杠自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由的向一端伸长。这种结构使用最广泛，目前国内中小型数控车床、加工中心等均采用这种结构。 丝杆固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，并加预紧力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度转化而产生的设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架强度。两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，并 成

13、对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷。 这种类型的轴承一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度。 成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向机床数控化改造课件为了安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，完成如下局部结构图。为了安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，完成如5.自动刀架5.自动刀架6.编码器的安装 同轴安装、 异轴安装 6.编码器的安装7.

14、常用联轴器7.常用联轴器 塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数差值小；减振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自润滑作用；结构简单、维修方便、成本低等特点。 塑料滑动导轨分为注塑导轨和贴塑导轨，导轨上的塑料常采用聚四氟乙烯导轨软带和环氧树脂耐磨涂料。 8. 导轨 塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数差值小；二、电气部分 普通车床的电气控制电路分析 CA6140型普通车床的电气控制原理图，分为主电路、控制电路及照明电路三部分。二、电气部分CA6140电气控制原理图 1.主电路分析 在主电路中，一共有三台电动机。M1为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵电动机；用

15、来输送切削液；M3为刀架快速移动电动机。 接通三相交流电源开关Q ，主轴电动机M1由接触器KM1控制起动, 热继电器FR1作过载保护，熔断器FU作短路保护，接触器KM1还可作失压和欠压保护。冷却泵电动机M2由接触器KM2控制起动，热继电器FR2作为冷却泵电动机M2的过载保护。2.控制电路分析（1）主轴电动机M1的控制。 按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈得电吸合，KM1主触头闭合，主轴电动机M1起动运行。按下按钮SB1, 主轴电动机M1停转。（2）冷却泵电动机M2的控制 由于主轴电动机M1和冷却泵M2在控制电路中采用顺序控制，所以只有在主轴电机M1运转情况下，即KM1常开触头闭合，冷却泵电

16、动机M2得电才能起动。当M1停止运行时，M2自动停止。（3）刀架快速移动电动机M3的控制 刀架快速移动电动机M3的起动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮SB3控制, 它与交流接触器KM3组成点动控制环节。3.照明、信号灯电路分析 照明与信号灯电路，由控制变压器TC的二次侧分别输出24V和6V电压,作为机床照明灯和信号灯的电源。EL为机床的低压照明灯, 由开关SA2控制;HL为电源的信号灯。合上电源总开关Q,HL亮,表示机床控制线路电源正常。分别由FU4和FU3作短路保护。CA6140电气控制原理图 1.主电路分析 接通三相交 改造后电气控制 1. 确定数控系统 改造后电气控制机床数控化改造课件2

17、. 设计电控部分2. 设计电控部分机床数控化改造课件机床数控化改造课件机床数控化改造课件机床数控化改造课件机床数控化改造课件接线 （1） 采用独立配电，加稳压器 （2） 动力线与信号线分开 （3）CNC与驱动器、驱动器与电动机直连 （4）接地4. 机电联机调试 （1） 系统检查 （2） 手动检查各轴电机动作、原点、限位 （3） 检查主轴运动 （4） 编程加工试件接线 X6132型万能升降台铣床底 座床 身悬 梁主 轴刀 杆挂 架纵向工作台回转盘横向工作台升降台1、机床的组成X 6 1 32工作台宽 度的1/10万能升降台铣床卧式铣床铣床实例2：铣床数控化改造 X6132型万能升降台铣床底 座床

18、 身悬 梁主 轴刀 杆2、机床的传动系统制动装置主电动机主传动装置垂直进给主 轴快速移动传动装置进给运动传动装置纵向进给进给电动机横向进给卧式升降台铣床传动框图2、机床的传动系统制动装置主电动机主传动装置垂直进给主 轴快（1）主运动 主电动机 （经三联传动）（经三联齿轮组）（经二联齿轮组） 使主轴共获得18级转速（301500r/min）（1）主运动（2）进给运动1）正常进给进给电动机 （经三联齿轮组）（经三联齿轮组）（经曲回机构）（ M1接合、 M2脱开） M5合（纵向运动） M4合（横向运动） M3合 （垂直运动）（2）进给运动1）正常进给2）快速进给进给电动机 （ M2合、 M1开） M

19、5合（快速纵向运动） M4合（快速横向运动） M3合 （快速垂直运动）2）快速进给 改造方案： 机械部分 数控系统部分 电气控制部分 改造方案：(1)保留原机床的主轴旋转运动，工作台升降运动仍采用手动操作，纵、横 向进给改造后既可机动进行复杂零件的计算机数控加工，又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的对刀工作(2)保留原机床纵向进给的机动部分，将离合器脱开去掉手轮。将手轮轴通过一对齿轮与步进电机相联用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时，将离合器脱开，使原来的机动进给停止工作。 (3)工作台横向运动方面。在原手轮安装位置。安装减速齿轮及步进 电机。用微机数控系统控制横向进给运动。 因

20、为改造后主要加工 圆弧 、凸轮一类平面曲线的轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制 ，工作台纵向(轴)、横 向(轴 )及垂直方 向(轴 )的运动 。分别 由步进 电动机经过 一级齿轮减速 后 ，由滚珠丝杠螺母副拖动。 因为改造后主要加工 圆弧 、凸轮一类平面曲线(1)应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。 (2)改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿 ，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。 (3)应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙。齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。 (4)铣床工作台重

21、，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机 ，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。 (5)滚动丝杆没有白锁能力，垂直坐标不能锁住工作台会自动下降可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到 自锁 (1)应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。机械部分 （1） 传动比 如： 某铣床改造，其纵向进给步进电机步距角 为1.80，要求纵向脉冲当量为0.01mm，丝杆导 程为6mm，求传动比及齿轮齿数。 （2）采用伺服电机、联轴器、丝杆直接传动改造的进给机构，如要求最大进给速度为20m/min、采用的滚珠丝杆导程为10mm，求所选用的伺服电机最大转速至少为多少？机械部分（2） 切

22、削力、丝杆最大动载荷（3）齿轮间隙调整：偏心套、周向弹簧调整（2） 切削力、丝杆最大动载荷机床数控化改造课件(4)Z轴自锁装置：配重、超越离合器(4)Z轴自锁装置：配重、超越离合器机床数控化改造课件二、电气部分二、电气部分（一）主电路分析：万能铣床主电路共有三台电动机，其中M1为主轴拖动电动机，M2为工作台进给拖动电动机，M3为冷却泵电动机。 （二）控制电路分析：1控制电路电源 ：由控制变压器TC的110V副边供给。2主轴电动机M1的控制（1）主轴电动机M1的起动SQ7处于不受力SA4扳到主轴所需要的旋转方向起动前准备合上QS按下SB3（或SB4）KM1得电自锁M1直接起动n120r/minK

23、S1（或KS2）动作 为M1的停车制动作好准备（2）主轴电动机M1的停车制动按下SB1（或SB2）KM1断电M1串电阻反接制动n120r/minKS1（或KS2）断开KM2得电自锁M1停车（3）主轴变速时的冲动控制 主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄、SQ7行程开关和变速数字盘的机电联合控制实现的。既可以停车变速，又可以运行时变速。 变速手柄拉出SQ7受力KM2得电M1反接制动主轴速度降低转动变速盘快速将变速手柄复位SQ7复位KM2失电M1停车（一）主电路分析：万能铣床主电路共有三台电动机，其中M1为主3.工作台进给电动机M2的控制 :(1)圆工作台控制: SA1扳到“接通圆工作台”位置12SQ62SQ42SQ32SQ12SQ22SA12KM3线圈KM4常闭触头20手柄扳到右压下SQ1KM3得电M2正转