普通车床数控化改造向设计论文

1、23/23更多资料请访问.() HYPERLINK /更多企业学院：/Shop/中小企业治理全能版183套讲座+89700份资料/Shop/40.shtml总经理、高层治理49套讲座+16388份资料/Shop/38.shtml中层治理学院46套讲座+6020份资料/Shop/39.shtml国学智慧、易经46套讲座/Shop/41.shtml人力资源学院56套讲座+27123份资料/Shop/44.shtml各时期职员培训学院77套讲座+ 324份资料/Shop/49.shtml职员治理企业学院67套讲座+ 8720份资料/Shop/42.shtml工厂生产治理学院52套讲座+ 13920份

2、资料/Shop/43.shtml财务治理学院53套讲座+ 17945份资料/Shop/45.shtml销售经理学院56套讲座+ 14350份资料/Shop/46.shtml销售人员培训学院72套讲座+ 4879份资料/Shop/47.shtml目 录论文题目 2改造概述及改造背景 3设计任务与方案确定 3机床机械部分设计 5安装调试中应注意的问题 8数控系统及伺服系统的改造 10 功能确定及分布 12机床调试验收 14 改造后取得的效果 16 结束语 16参考文献 18 CW61100一般车床数控化改造X向1、 设计任务并不是所有的旧机床都能够进行数控改造，机床的改造要紧应具备两个条件：第一，

3、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。依照所给的条件，完成CW61100一般车床数控化改造X向已知条件：1、主轴电机最大功率为18KW 2、X向运动部件自重200Kg，导轨导轨采纳滑轮导轨，（铸铁铸铁）3、X向运动速度改造后大于3m/min、要求：1、讲明书部分1）X向数控化改造方案的确定(机械部分和系统部分)2）相关计算过程及元件选用3）安装、调试过程讲明2、图纸部分1）X向数控化改造总装图2）X向数控化改造部分零件图一、 机床改造概述及改造背景 CW61100一般车床是我国天津机床厂1974年生产的大型车床，在贵阳车辆厂已使用近30年。要紧用于加工机车轮毂的外圆、端

4、面、 多曲率圆弧处，由于该设备已使用近30年，机械精度已严峻下降，加之多曲率圆弧处的加工质量要靠样板修整来保证，工人的劳动强度大，已难以保证产品的加工质量。随着新机车的进展，对机车轮毂的要求也越来越高，多曲率圆弧处的曲率变化也越来越多。现使用的一般车床已无法满足生产加工要求，必须更新设备，经多方面比较、认为对CW61100一般车床进行数控化改造比重新购买新设备可节约资金近10万元。因此决定对CW61100一般车床进行数控化改造，以满足新型机车轮毂的加工要求。二、 设计任务与总体方案的确定 1、 新型机车轮毂的外型特点及加工要求新型机车轮毂的外型由多曲率圆处、外圆和端面及倒角组成，同时多曲率变化

5、圆弧处加工精度要求高，加工难点要紧是多曲率变化圆弧处；因此要求设备改造后，该设备的X、Z向必须具有联动功能，由于该零件较大、重约 500KG ， 因此对主轴转速要求不高，要求主轴以一定的转速旋转固定不变。 2、 数控化改造方案的确定总体设计方案的内容包括：系统运动方式的确定；伺服系统的选择；执行机构的结构选择；数控操纵系统的选择；机械传动方式确定及机械精度的修复等内容。应依照设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出改造的总体方案，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，应认真考虑机床与操纵部分相互之间的各种要求，做出合理的设计。不仅要考虑各种高性能、自动化要求，也要考虑被改

6、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。1) 、操纵系统的选择依照新型机车轮毂的外型特点及加工要求，经对西门子数控系统的比较，确定选择西门子802C操纵系统，对该设备的X向进行操纵；并实现X向的联动。2) 、伺服系统的选择依照改造后该设备加工零件的精度要求，确定选择编码器半闭环操纵系统。3）、执行机构结构的选择执行机构的结构选择西门子伺服操纵电机。4）、机械传动方式的确定机械传动方式采纳滚珠丝杠副加一级同步减速装置进行运动和力的传递。5）、机械精度的修复机械精度的修复要紧指X向导轨精度的修复。三、 机械设计部机分 1、X向进给机构的改造。 拆除原机床的进给箱，利用原机床进

7、给箱的安装孔和销孔安装滚珠丝杠丝母固定支撑架。滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端采纳固定方式支撑，中间加辅助支撑，以提高滚珠丝杠的刚性。动力传动采纳伺服操纵电机加同步带减速装置传递给滚珠丝杠副，实现X向进给运动。伺服电机安装在中拖板的前侧。2、电动刀架的安装 利用原小刀架位置通过加垫板安装电动刀架，以保证刀具刀点和主轴中心处于同一平面。 3、机械部分改造设计部分的相关计算 机械部分设计内容包括：传动元件的设计计算及选用，运动部件的惯性计算，伺服电动机的选择等。（1）、X坐标传动最快运行速度Vma电动机最快转速: r=2000转/min传动减速比： n=3滚珠丝杠螺距：p=5mm依照公式： Vm

8、ax=r.p/n得 Vmax=20005O.OO1/3 =3.34m/min故X轴最大进给速度为3.34m/min由于X坐标的传动减速比是n=3；因此折算到电机轴上的转动惯量可按下式估算 JF=J1+J2+J3+JK JF_折算到电机轴上的转动惯量（kg.cm2） J1_联轴节的转动惯量（kg.cm2） J2_丝杠的转动惯量（kg.cm2） J3_联轴节的转动惯量（kg.cm2） n _减速比 （n=3） JK_X向电机转子的转动惯量（kg.cm2） 关于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式进行计算： J=7.810-4 D4L D_圆柱零件的直径(cm) L_零件轴向长度（cm） 通过计

9、算得： J1=1.16kg.cm2 J2=43.41kg.cm2 J3=2.78 kg.cm2 JK=6.68kg.cm2 故总惯量 JF=54.03kg.cm2（3) 切削功率计算 利用下面公式： 切削功率 Pc=PK P电机功率18KW 传动效率0.8 K功率系数0.96 计算切削功率得： Pc=13.82KW (4) 摩擦阻力的估算 X向摩擦阻力的估算： X想运动部件自重约： 1500N X向运动部件之间摩擦系数(铸铁对铸铁）：0.18 X向摩擦阻力：Fmx=15000.18=270N （5）切削力应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或转速）来计算，即 Pc

10、=(FXv10-3)/60 或 Pc=Tn/9550 式中 FX主切削力； v切削速度； T切削转速； N主轴转速； 取v=400m/min FX=60Pc10-3/v=6013.82103/400=2073N 在一般外圆车削时取X、Z向分力分不为 Fqx=0.5 FX =1036.5N Fqz =0.6 FX =1243.8N (6)X向坐标运动时的工作阻力 Fx=Fmx+Fqx=270+1036.5=1306.5N （7）伺服电机扭矩的计算 依照公式 Pc=60Pc103/v和Pc=Tn/9550 得 X向扭矩 T=9550FXv10-3/(60n)=33Nm 由于X项均采纳同步带减速装置

11、，减速比为3；故X向选18Nm电机。4、车床改造后的机械结构特点 （1）X向滚珠丝杠 X向滚珠丝杠采纳三点支撑形式。考虑到向心推力球轴承既可承受径向力又能够承受轴向力，因此在丝杠的左右端各设计了一个专用轴承支座，分不采纳一对向心推力球轴承来支撑丝杠。由于拆除了走刀箱，在原走刀箱部位设计了一个滚珠丝杠的丝母支架，用来固定丝母，并起到了支撑丝杠的作用，消除了因丝杠自重引起的弯曲，从而提高滚珠丝杠转动时的稳定性。并依照机床的结构，将伺服电机放在床鞍的后面，皮带轮与丝杠、伺服电机采纳无键连接，远离操作者的一侧；编码器安装在滚珠丝杠的另一端。丝母通过丝母座与中溜板连接在一起，实现丝母带动中溜板的横向运动

12、。 （2）、电动刀架 变原手动刀架为电动刀架，实现自动换刀；提高工作效率。 （3）、润滑装置 取消X向导轨手动润滑装置，增加自动装置。 四、 安装调整中应注意的问题1）、利用垫片调整装置调整丝杠副的间隙时，应使调整后产生的预紧力为丝杠副最大负载的1/3为宜。在实际调整中，能够把车床处于最大工作负载，使丝杠内部仍不产生轴向窜动，或者轴向窜动量小于0.02mm，而且运动灵活，并以此作为丝母间隙调整装置预紧量的推断标准。2）、调整向心推力球轴承的间隙时，应使丝杠的轴向窜动不大于0.02mm。在实际调整中，能够调整两个向心推力球轴承之间的内外隔环的厚度来调整轴承的游隙，进而消除丝杠的轴向窜动，已达到更

13、高的传动精度。由于轴承安装的好坏与否，将阻碍到轴承的精度、寿命和性能。因此应按如下操作标准进行轴承安装： 1、清洗轴承及相关零件。对差不多脂润滑的轴承及双侧具有油封或防尘盖、密封圈的轴承安装前无需清洗。2、检查相关零件的尺寸及精加工情况。3、安装方法：轴承的安装应依照轴承结构、尺寸大小和轴承部件的配合性质而定，压力应直接加在紧配合的套圈端面上，不得通过滚动体传递压力，轴承安装一般采纳以下几种方法： A、 压入配合：轴承内圈与轴是紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压将在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内。 B、 加热配合：通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松

14、配合的安装方法。是一种常用 和省力的安装方法。此法适合于过盈量较大的轴承的安装。 C、 圆锥孔轴承的安装：圆锥孔轴承能够直接装在有锥度的轴颈上，或装在紧定套和退卸套的锥面上，其配合的松紧程度可用轴承径向游隙减小量来衡量。因此，安装前应测量轴承径向游隙，安装过程中应经常测量游隙以达到所需要的游隙减小量为止。安装时一般采纳锁紧螺母安装，也可采纳加热安装的方法。 D、 推力轴承的安装：推力轴承的轴圈与轴的配合一般为过渡配合，座圈与轴承座孔的配合一般为间隙配合，因此这种轴承较易安装，双向推力轴承的中轴圈应在轴上固定，以防止相关于轴转动。3）、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

15、按系列化进行生产的。因此，在进行设备改造时，要按厂家的生产标准进行选择。选择到合适的丝杠后，再决定被改造设备的其他相关部分的结构和尺寸。 五、 数控系统及伺服系统的改造 CW61100车床主轴电机采纳原来的主轴电机，并采纳微机操纵其启动和停止。对机床X轴进行伺服驱动，数控自动操纵。机床改造后X轴采纳半闭环调速操纵，操纵比较精确。1、整个改造工作的流程（1）改造方案的总体设计，数控系统选型、订购。（2）系统柜设计制作。（3）数控系统和电气系用柜内安装到位。（4）数控系统和电气系统连线，以及和机床，机床系统柜的连线。（5）电机及限位开关，润滑油泵电机，主轴电机，冷却液泵电机，照明工作灯与系统连接。

16、（6）电机和机床连接盖板的设计。（7）梯形图编写，机床参数确定。（8）调试，并试切验收零件。（9）文件整理、交接。 其中改造方案的总体设计有以下原则： （1）功能改造后的数控机床应具有何种功能。目前市场上可购置的数控系统差不多上能够满足用户的绝大部分功能需要。但有些专门功能仍需要在订货时加以声明，例如数字仿形功能、自动测试功能等。并以功能需求动身来订购数控系统和伺服系统。 （2）规模依照实际要求确定改造档次。一般进口设备仍用进口数控系统改造；国产设备仍用国产数控系统改造。依照功能确定I/O点数。依照经常存储的零件加工程序的数量确定存储器的容量。依照机床大小、进给速度、吃刀量来确定电机功率。 （

17、3）资金投入时应考虑投入产出的比例以及周期 （4）精度改造前机床的精度应有一定的要求，精度太低就没有必要改造，可考虑更新。 （5）适应制定改造方案时应考虑改造前后操作、编程的可继承性，对面板的设计和屏幕的位置要考虑操作者的适应。对数控系统品牌的选择要考虑使用单位的一致性，以达到培训、维护等方面的便利。 通过上述诸方面因素综合考虑，才能制定出改造的总体方案。 数控改造班子一般以4-5人为宜。分不涉及机械改造、电气布线、PLC编程等要紧领域。最好有使用人员的配合。改造班子里最好有一名专家，从总体规划、选型、订货、资料预备（翻译）、布线、PLC编程、机械改造、调试、验收以指导工作结束做出安排，并协调

18、各个方面的工作，如此往往能够缩短改造周期，并保证工程质量。 2、 机电匹配计算机电匹配计确实是总体设计，在选型订货前首先应考虑的问题。有些情况因此能够依照旧机床的参数作相应参考。但最好依旧能做一些匹配计算或估算，以免改造失败。 3、 快行速度的核算快行速度是数控化改造后的重要指标，一般意义上来讲和电机最高转速、丝杠螺距、传动比等有关。4、精度估算 精度估算至少包括两个方面，一方面为丝杠精度，一般在产品手册中标明在多少毫米范围内存在多少误差；第二方面应为机械传动环节因机械热变形引起的位置误差。最后通过坐标轴校准（螺距补偿）对精度进行补偿，达到预期的效果。六、 功能确定及分布 一台改造以后的数控机

19、床的功能有两类。一类是数控系统制造商提供的功能。早期的数控机床是通过键盘命令形式，而现代的数控机床则要紧通过软键菜单形式提供，例如零件加工程序输入、编辑、存储功能、图形功能、刀补以及坐标零点设置功能，调用一个零件加工程序预备切削加工等等。另一类功能是机床厂家或使用单位依照数控系统制造商提供的窗口二次开发后形成的功能。它要紧通过机床操作面板和可编程操纵器软件提供。例如启动、停止、自动操作按钮、速率超调、主轴启停、冷却润滑开关等等。对最终用户而言，往往没有必要去分清到底是哪一类功能。应该讲第一类功能是死的，而第二类功能是活的。 数控化改造是对一台旧机床的改造，它离不开原机床的环境，不是一种从零开始

20、的过程。在这种背景下，考虑功能的分布必须顾及原有的环境。 考虑的因素如下： （1）、人机工程 ：改造后的机床应方便操作、环境友好。因此应该将机床的操作面板及显示屏安排在最合理的位置。 （2）、节约开支 ：在实现功能的基础上，尽量采纳原有的机构和部件。 （3）、照顾适应 ：在设计新的机床面板时，应尽量考虑保持原机床操作按钮的功能设置，有时需要保留一些手动按钮以方便操作人员使用。七、 机床调试验收 机床改造完毕后，还应该对其进行安装调试及验收。一般来讲，应特不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

21、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，预备通电试车。试车的目的是考核机床的安装是否稳固，各传动、操纵、操纵、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专门高，它需要使用各种高精度的仪器，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，其中应特不注意机床数控功能的检验，最后得出该机床的综合评价。 数控机床开机，调试应按下列的步骤进行： 一、调试前预备 机床调试

22、前，应首先调整机床床身水平位置，粗调机床要紧几何精度。之后，按照要求加装润滑油、液压油、切削液，接通外接气源等。 二、机床通电试车 机床通电试车一般采纳各部件分不通电试验后，再作全面供电试验，检查机床要紧部件功能是否正常齐全，使机床各部件都能操作运动。 三、机床精度和功能的调试 1、使用周密水平仪等检测工具，要紧通过调整垫铁的方式精调机床主床身的水平，使机床几何精度达到同意公差范围； 2、机床调整完毕后，认真检查数控系统和可编程操纵器中参数设定值是否符合随机指标中规定的数据，然后试验各要紧操作功能、安全措施，常用指令执行情况等。 3、检查机床辅助功能及附件的正常工作。四、机床试运行 试运行是指数控机床在带有一定负载的条件下，通过较长时刻的自动运行，比较全面地检查机床功能及工作可靠性的过程。在此过程中，除操作失误引起的故障外，不同意机床有其它故障出现。 试运行中采纳的程序叫考机程序，能够采纳随箱技术文件中的考机程序，也可自行编制一个考机程序。一般考机程序中应包括： 1