普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文

普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文（6篇）

1.普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文 篇一

浙江工业职业技术学院

毕业论文

（2016届）

（卧式车床数控化改造设计）

学生姓名 学

号

院

系 专

业 指导教师 完成日期

卧室车床数控化改造

摘要

中国是一个传统的机械制造大国,但其装备水平落后,特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床,远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状,对传统机械制造业装备进行改造,解决机械制造业中的一些技术问题,用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升,是我国制造业的发展方向。本课题是针对已报废的两台卧式床进行数控化改造,其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法,对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升,以解决目前设备老化所带来的问题。

本次设计着重对卧式车床的纵横向进给系统改造，并对纵横向进给伺服系统齿轮箱进行改造。本次设计作了下面的一些工作： 1机械部分采用了一级齿轮传动，以BF型步进电动机作为驱动源，以CBM/CDM滚珠丝杠作为重要元件，以便更好的实行软件控制；

2数控部分采用MCS-51中的8031作为主控芯片建立一套单片机应用系统。扩展I/O接口用8155芯片及外存储器，采用地址锁存和译码器。SolidWorks造型，包括软件的应用和对车床的实体建摸。

关键词 卧室车床 数控化 改造

目录

1． 绪

论................................................................................................................................1

2.1车床改造方案的选择.................................................................................................................5

2.1.1设计系统的选择...............................................................................................................5 2.1.2系统运用方式的确定......................................................................................................5 2.1.3伺服系统的选择...............................................................................................................5 2.2车床改造方案的确定.................................................................................................................7 3.机械计算部分.........................................................................................................................8

3.1选择脉冲当量...............................................................................................................................9 3.2计算切削力...................................................................................................................................9 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型.............................................................................................10

3.3.1纵向进给丝杠.................................................................................................................10 3.3.2横向进给丝杠.................................................................................................................14 3.4齿轮传动比的计算....................................................................................................................16

3.4.1纵向齿轮传动比计算....................................................................................................16 3.4.2横向齿轮传动比计算....................................................................................................16 4.微机控制部分..................................................................................................................16 4.1 总体设计.....................................................................................................................................16 4.2主控制器......................................................................................................................................17

4.2.1主控器的选择.................................................................................................................17 4.2.2 8031对片外存储器的选择......................................................................................18 4.2.3 8031并行I/O口扩展................................................................................................19

5.SolidWorks造型...................................................................................................................19

5.1 SolidWorks 软件介绍..............................................................................................................19 5.2 绘制草图.....................................................................................................................................22 5.3 装配体设计................................................................................................................................24 结

论......................................................................................................................................27 致

谢......................................................................................................................................28 参考文献..................................................................................................................................29 装配图与零件图......................................................................................................................30

1． 绪

论

随着我国制造业的发张，对很多零部件的精度要求越来越高，许多零件用普通车床很难加工，要求用数控机床加工。这就需要大量经费，对老设备进行改造是一条投资少见效快的途径，有许多工厂有C6140卧式车床，但无法完成精度高的工件加工，因此需对其进行数控化改造。

数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一个精密的机电一体化产品。是由精密机械部件（如滚珠丝杆、高精度导轨、精密轴承、主轴）和复杂电气部件（如数控系统、驱动装置和伺服电机以及精密测量系统）构成的一个完整的产品。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下：

数控机床的系统组成框图

其工作原理是先根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求等条件，确定该零件的加工工艺过程、工艺参数，并按一定的规则形成数控系统能理解的加工程序。即：将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化；按标准的格式编制成零件加工程序单；然后将此加工程序输入到数控机床的数控装置中，并将输入到数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。确认无误后，再将被加工零件装夹好；对刀后，即可启动机床运行加工程序。在加工程序运行时，数控系统会根据加工程序的内容，发出各种控制命令，如启动主轴电动机，打开切削液、进行刀具轨迹计算、向特殊的执行单元发出数字位移脉冲和进行进给速度控制等。正常情况下，加工程序可直接运行到其结束。当改变加工零件时，在数控机床上只要改变加工程序，就可以继续加工新零件。

数控机床改造在国外以发展成一个新兴的工业部门。早在60年代已经开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务，其发展的原因是多方面的。

首先是技术的原因，过去20年里，金属切削的基本原理变化不大，但社会的生产力的巨大发展，要求制造技术向自动化和精密化前进。而刀具材料和电子技术却有很的大的进步，特别是微电子技术，电子计算机的技

术进步，反应出控制系统，它能帮助机床自动化又能提高加工精度，技术进步和高生产率的要求，精密加工的增多等，突出了旧机床技术改造技术的必要性和急迫性。

其次是经济上的原因。许多发达国家多做过系统的分析，如果旧机床设备以新设备更新，要付出很大的代价的，若利用“改造技术”，则节省大半资金，这种事半功倍的技术，不仅不浪费资金而切还为小企业技术改造开创了新路，而且对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。

再次是市场因素，目前许多国家设备所需的数控机床数量，按机床工业现状是无力及时提供的。机床“改造”就成为机床市场需要的补足手段。

最后是生产力的因素，在工业生产中，品种多小批量生产是现代化机械制造业的基本特征，只有相当大比重完成生产任务，不外乎选择通用机床、专业机床和数控机床，柔性制造系统，就工业复杂程度和一批工件所需要生产总成本比较中看出，数控机床最能适应这一需要。

我国是拥有300万机床国家。而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度不高，要想在近几年内大量用自动、半自动和精密机床更新现有设备，不论资金还是我国机床的能力是办不到的。因此应尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备改造自动化要求解决的课题。用这控制技术正是适应这一要求。它是建立在微电子现代技术和传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入了微机的应用，不但技术具有先进性，同时在应用此自动化改造方案，有较大的应用性和可调性，而且投资改造的费用低，一套经济型数控装置的价格仅是

全功能型数控装置的1/3到1/5拥护承担的起。从若干单位应用的实例可论证，投入使用后，成倍的提高了生产效率，取得了显著的经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再推出全功能型数控这条道路，适合我国经济、教育、生产水平，对于以后全动能型数控机床应用的准备阶段，为实现我国传统的机械制造的方向过度的重要内容。

CA6140机床是一种普通精度的及万能卧式机床，属于使用范围广的通用机床。这种机床的性能及质量较好。但结构复杂，自动化程序较低，是一种属于中型的普通机床，在各厂矿企业的应用很广。

为此，本次设计的任务是对CA6140卧式机床进行数控改造，利用微机对纵横向进给系统实行开环控制。驱动元件是利用步进电动机，传动系统利用滚珠丝杠。

2． 总体方案确定

2.1车床改造方案的选择

2.1.1设计系统的选择

在简易数控系统中，大多数是利用八位微处里机和单片机，近年来国有一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机，主要有MCS—48系列，CS-51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在国内用的较广，开发工具较齐的是MCS-51系列，这里选用MCS-51系列中的8031。

2.1.2系统运用方式的确定

数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线控制系统，轮廓控制系统，连续控制系统。车床是控制刀具以给定速率沿指定路线运动来加工工件轮廓复杂的零件，其个坐标轴的运动之间有着精确的出数关系，根据车床加工这一特点，采用连续控制系统比较合适，连续控制系统具有点位控制系统的功能，故定位方式采用增量坐标控制。2.1.3伺服系统的选择

伺服系统是实现位量伺服控制有开环、闭环和半闭环三种控制方式。开环控制的伺服系统存在着精度不能达到太高的基本问题，但是步进电机具有位移和输出脉冲的严格对应关系，使误差不能积累，转速和输出脉冲频率有严格的对映关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大

小、环境条件的波动变化的特点，数据装置发出信号的流向是单向的，对移动部件如工作台的实际位置工件检测。并且伴随电子技术和计算机控制技术的发展，目前大多采用直流电动机或交流电动机作为执行元件。虽然闭环、半闭环对控制系统能够实现较高精确的位置伺副。由于反馈环节必须的技术条件要控制闭环系统的良好的稳态和动态性能，其难度也大为提高。

本设计是基于CA6140普通型的车床的经济化、数控化改造故采用步进电动机实现开环伺服系统。2.1.4执行机构传动式的确定

（1）导轨 由于普通型车床的改造精度要求的不高的开环系统，而滑动导轨定位精度和灵敏不需研磨措施可达到10um左右。能够满足改装后的要求，所以仍采用原机床的导轨。

（2）螺旋传动

原机床的丝杠属于滑动螺旋传动，主要缺点就是机械效率低，一般仅为30~60%，与改造后的精度相差很多。数控机床除了具有较高的定位精度外，还应良好的动态间应特征，滚珠丝杠副的特点，传动效率高，一般达到90%以上，通过预紧力可消除丝杠间隙，运动平稳，传动精

度高，有可靠性，磨损小，使用寿命长，但制造复杂，成本高。要使系统指令好，有能满足精度要求，本次改造采用滚动螺旋机构。

（3）齿轮传动

考虑步进电动机步距角和丝杠导程只能按标准选择，为达到0.001秒的分辨率的要求，纵、横向均采用错齿调隙的齿轮做减速运动。

2.2车床改造方案的确定

（1）保留原车床的主传动链。

为了保证机床加工螺纹的功能，在主轴外端安装一个YGM脉冲发生器，使其与主轴转速相一致是1:1的关系，用它来发出脉冲发生器，使微机处理机根据主轴的脉冲信号，使刀架通过丝杠的转角产生进给运动。（2）纵向进给机构的改造,拆除原机床的进给箱和溜板箱利用原机床的安装孔销钉孔安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置,两端仍利用原固定

方式,这样可减少改装工作量。

（3）横向进给机构的安装：保留原手动机构。用于微机进给和机床对零件操作，原有的支撑结构也保留，电动机、齿轮箱安装在机床后侧。

（4）纵、横向进给机构采用齿轮减速，并且用双齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间采用消除弹簧，布量成互为120的位置。当螺钉松开时，由于各个弹簧所受力不同而自动调节间隙，再用螺钉紧固。

纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩,以保持机床原外观，起到美化机床的效果,溜板箱上安装了纵向快速进给按钮,以适应机床调整时的操作需要和遇到意外时紧急处理。

3.机械计算部分

本次设计将一台CA6140普通机床改造成微机数控机床，采用MCS-51型系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能,具有降速控制功能,其他设计参数如下: 最大回直径:

400 mm 电机功率:

7.5KW 快速进给:

纵向2.4m/min

横向1.2m/min 切削速度:

纵向0.5m/min

横向0.25m/min 定位精度:

0.015mm 移动部件重量:

纵向:800N

横向600N 加速时间:

30ms 机床效率:

0.8 3.1选择脉冲当量

根据机床精度要求脉冲当量,纵向0.01mm/脉冲，横向为0.005mm/脉冲

3.2计算切削力

3.2.1纵切外圆

1主切削力（Fz）计算由《金属切削原理》可知切削率：P：电机功率7.5Kw

n:主传动系统总效率取：η=0.78 Pc-切削功率Pc=0.78×7.5=5.85Kw

Pc又∵Pc=FzV

∴Fz=v

式中: V 切削速度 V=100m/min

FzPc/V=60×Pc×1000/v=3510N 3.2.2 横切端面

主切削力Fz, 可取纵切的1/2

Fz=1/2Fz1/2×3510=1755N 又Fx:Fz :Fy=1:0.4:0.25 Fx=0.4Fz=0.4×1755=702N Fy=0.25Fz=0.25×1755=438.75N Fx=0.25Fz=0.25×1755=877.5N Fy=0.4Fz=0.4×3510=1404N 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型

3.3.1纵向进给丝杠 1．计算进给牵引力Fm

纵向进给的综合型导轨

采用三角型或综合导轨:

Fm=kFx+f(Fz+G)

式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N): G-移动部件的重量(N)f—导轨上的摩擦系数,随导轨形式而不同

K考虑颠复力距影响的实验系数.f=0.16 则Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75N

2．计算最大动负载C

3C=LfwFm

选用滚珠丝杠副的直径d.时必须保证在一定轴向负载 作用下.丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀 现象.这个轴向负载的最大值称为该滚珠丝杠能承受的最大动

负载C可用C=3Lfw.Fm

60nTL=106

1000VSn=L0

公式中滚珠丝杠导程L=6mm.可取最高进给速度的(1/2~1/3)此处 VS=0.5×0.5=0.25m/min T: 使用寿命按15000h计算 L: 寿命以106转为1单位 Fw: 运转系数，按一般运转取 fw:12~1.5 取fw=1.3 10000.25N=6=42r/min 60nT604215000L=106=106=38小时

C=3L.fw.Fm C=338×1.3×1698.75=7508.47 3．滚珠丝杠螺母的选型

查<<精密机床配件系列>>-山东济宁

选取滚珠丝杠公称直径为φ40选用的型号为 CDM4006-2.5 其额定动载荷15470N,所用强度足够用

４．效率计算 tanrη=tan（r）

公式中摩擦角r=2°446，φ=10 公式中:r丝杠螺旋升角

r—摩擦角滚珠副的滚动摩擦系数 , f=0.003~0.004 R摩擦角约为10分 公式中:r螺旋角 CDM4006 r =2446

r:摩擦角取10分

tan244n=tan(24410）=94.24% 5．刚度验算

先画出纵向进给滚珠丝杠支承方式如图

图3—1纵向进给计算简图

最大牵引力为1698.75N, 支承间距L=1700mm 丝杠螺母及轴承均采用预紧,预紧力为最大牵引力为1698.75N.Fm.L0ΔL=EF

公式中: Fm工作负载(N)L.:滚珠丝杠L=6mm E:材料弹性模数对钢E=20.6×106(N/mm2)F:滚珠丝杠面积mm2

F=1/4πD2=1/4π×402=1256m 1698.736△L=20.61061256.00.394×104mm2

再算滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量δmm δ=0.394×10-4×L/6=0.011

对滚珠丝杠经过预拉拉伸,拉压刚度可提高4倍 其实际变量=1/4×0.011=2.75×10mm

33=0.00756mm<定位精度0.015mm

3.3.2横向进给丝杠

1．计算进给牵引力Fm 横向导轨为燕尾形导轨 其计算公式如下: Fm=KFx+f(Fz+2Fy+G)式中K:考虑颠复力矩的影响实验系数K=1.4 f:导轨上摩擦系数为f=0.2,G移动部件重量G=600N Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N 2．计算最大动负载(N)1000VS10000.250.54n=L0.==31.25 6031.2515000106L==28.125 3C=28.125×1.2×1629.3=5865.48N 3．选择滚珠丝杠螺母副

查<<精密机床配件系列>>丛书

山东济宁

选用滚珠丝杠为CDM2504-2.5 其额定的动载荷为6638 d=25mm d1=24.5mm 循环列数为1×2.5×2

Coa=16826 螺旋导程角

4r=arctanpD=arctan3.142

5r=2°55 选择精度等级为3级

4．传动效率的计算

tanr

η=tan(r）=tg2°55/tg(2°55+10)=0.945 5．刚度计算

横向进给丝杠方式,如图所示最大牵引力为2612.1N 支承间距 L=450mm 因丝杠长度较短不需要预紧

L=450

图3—2横向进给系统计算简图

1滚珠丝杠的拉伸或压缩变形量

FmL1629.34△L=EF=20.6106/4252=0.6448×104

滚珠丝杠经过预拉伸

=1/4×0.007254=0.0018 3=0.0054小于定位精度

定位精度为0.015

3.4齿轮传动比的计算

3.4.1纵向齿轮传动比计算

已确定纵向脉冲当量δ=0.01 ,滚珠丝杠导程L=6mm和步距角0.75, 可计算出i

360P3600.01i=b.L0=0.756=0.8 可选定齿轮的齿数为i=z1/z2=32/40 或20/25 d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70 3.4.2横向齿轮传动比计算

已确定横向脉冲当量δ=0.005mm/step,滚珠丝杠导程L=4mm 和步距角0.75 ,可计算出传动比i 360p3600.005i=b.L0=0.754=0.6 z1=21 ,z2=35

4.微机控制部分

在普通车床CA6140基础上加数控部分,以使其成为经济型数控机床,以完成较高的精度加工.4.1 总体设计

我国目前广泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通过扩展和I/O口扩展功能,实现对机床X,Z两个方向的控制.以及软硬的任务分配有:控制步进电

机脉冲发生和脉冲分配,数码显示的字符发生,键盘扫描管理既用硬件管理,又可用软件实现,此次采用若干方案:控制步进电机用的脉冲发生器用硬件.采用国产YB015环行分配器实现,字符发生及键盘扫描均有软件实现.4.2主控制器

4.2.1主控器的选择

近年来同外的一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种8位的单片微型端口及部分RAM于一体的功能很强的控制器。目前国内用得较广，开发工具较齐的是MCS—51系列包含三个产品：8031、8051和8751。三者的引脚完全兼容，仅在结构上有一些差异，主要是8031：8031是无ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得较多的就是我所选用的8031。(1)8031型芯片: 1)单片机是集CPU,I/O端口及部分RAM一体的功能很强的控制器,8031基本特点如下: 1处理器CPU8位 2芯片内有时钟电位 3具有12 各字节RAM 4具有21特殊功能的存储器 5具有4 各I / O端口,32根I/O线

6可寻址64K外部数据存储器

7可寻址64K外部程序存储器 8具有两个16位定时/记时数量 9具有5 个中断位,配备两个优先级 10具有一个全功能窜行接口 11具有寻址能力,适宜逻辑计算

从以上论证可以看出,8031型芯片,功能几乎为一块Z80CPU,一块RAM,一块Z80CTC两块Z80PLO和一块Z80SLO处理的微机计算机.(2)8031芯片管脚的功能及其他功能

按引脚功能可分三类，即：其一：I/O口线：P、P1、P2、P3共4个8为口。其二：控制线：PSEN（片外取指令控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外取存储器选择）、RESET（复位控制）。其三：电源及时钟：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。4.2.2 8031对片外存储器的选择

1、EPRAM选择：

根据MCS—51单片机应用系统中常用的EPRAM芯片，确定存储器容量为16K。选择EPRAM的型号时，主要考虑的因素是读取速度，这决定着系统是否正确工作。根据CPU与EPRAM时序匹配要求，可选用2片2764程序存储器。

2、RAM选择：单片机的扩展RAM多选用静态RAM，根据容量要求和RAM与CPU的读写时序匹配的要求，这里选用大容量的RAM6264两片。

4.2.3 8031并行I/O口扩展

8031有四个8位口(I/O端口),但真正能够提供用户使用的只有P1口,因为P2 P0口通常用来传送外存储器的地址和数据,P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要扩充.以便他能和更多外联机工作.扩充方法有两种:

①借用外面RAM地址来扩充I/O端口;

②利用并行I/O接口芯片来扩充I/O端口.5.SolidWorks造型

5.1 SolidWorks 软件介绍

SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个三维机械设计CAD软件。SolidWorks全

面采用非全约束的特征建模技术,由于其设计过程的全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变.它既提供自底向上的装配方法,同时还提供自顶向下的装配方法,自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件,更加符合工程习惯.它具有独创性的“封套”功能,来分块处理复杂装配体.其具有的“产品配置”功能,可为用户设计不同“构型”的产品.它集成了设计、分析、加工和数据管理整个过程,所获得的分析和加工模拟结果成了产品模型的属性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。他还可以动态模拟装配过程,进行静态干涉检查，计算质量特征，如质心、惯性矩等。它将2D绘图和3D造型技术容为一体,能自动的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程。SolidWorks同时有中英文两种界面选择，其先进的特征树结构使更加简便直接，而且它具有较好的开发性接口和功能扩展性，能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换、传送。

Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将 AutoCAD 的图形转换成Solidworks三维实体模型。另一方面，Solidworks 软件对于熟悉Windows的用户特别易懂易用，它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solidworks软件中，从而为用户提供一体化的解决方案。

进入SolidWorks的操作界面如图：

图5—1

5.2 绘制草图

图5—2 利用独特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和孔轻松创建设计。

■ 通过独特的对多个实体的特征及控制，加快零部件建模速度。

■ 通过动态编辑特征和草图，只需执行简单的拖放操作即可进行实时更改。

5.2.1 进入SolidWorks系统后,单击（标准工具栏）的新建，系统将弹出（新建SolidWorks文件）窗口。选择（零件）项，单击（确定）进入。然后在特征管理器中选择（前视基准面）为基准面，绘制草图。具体如图5—2所示。然后在利用拉伸功能就完成了主轴箱的设计，如图：

图5—3

从而生成主轴箱，实图下：

图5—4主轴箱

这就是主轴箱的设计过程，在CA6140设计过程中需要大量的零件如：刀架、导轨、顶尖等。

图5—5 顶尖

图5—6导轨床身

以上是顶尖、导轨床身的设计结果。

5.3 装配体设计

创建新的零部件时，可直接参照其他零部件并保持关系。设计具有成千上万个零件的大型装配体时可获得无可比拟的性能。可将零部件和特征拖放到适当的位置。

SolidWorks 提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建和记录特定的装配体设计过程。实际设计中，根据设计意图有许多特征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的，设计零件时无需考虑的。在产品的装配图作好之后，零件之间进行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。

SolidWorks 支持大装配的装配模式，拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、编辑零件装配体透明的功能。

SolidWorks提供两种装配体设计方法：

⑴由下而上的设计:首先绘制零件,然后将它们插入装配体中,并把这些零件按设计目的结合,完成装配。这是较常用的设计方法。当使用已建的零件来装配时,这种有下而上的方法较好。

⑵由上而下的设计:与由下而上的方法比,有上而下的设计不同之处在于:先从装配体开始,边装配边绘制零件。由一个零件的几何参数来定义其他的零件,或者产生在装配零件之后加工的加工特征。也可以从草图开始,定义固定零件位置、基准面等,然后参考这些定义来设计零件。

由两者比较来看,由下而上的设计中,由于零件皆为独立的设计,所以其间的关系和重新产生零件的操作较由上而下的设计更为简单,为此本次设计采用第一种方法。

在进入SolidWorks时,单击（标准工具）中的新建选择(装配体)进入装配体的工作窗口,然后通过配合使各个零件装在一起形成装配体, 所形成的装配体如图：

图5—9 卧式数控车床

结

论

通过此次毕业设计,使我对数控机床有了更加深刻的了解。了解了对普通车床进行简单数控改造的过程。知道如何将普通机床改造成简单经济型数控机床：分别将普通车床的丝杠、光杠改造成为滚珠丝杠；分别对机床的横向，纵向进行数控改造，采用步进电动机作为主传动力，采用微机控制。由于目前的水平将理论知识转为现实的生产力，还有一段距离，这就要求我们在今后工作和学习中不断钻研本专业知识，用知识去创造财富。牢记科学技术是第一生产力。

致

谢

本次研究论文在学校教研室、班主任、冯老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。由于能力有限，在整个设计过程中赵老师付出了很多心血，认真地查阅了设计过程中涉及的资料，逐一修改.又细心地帮助我改正，对此表示深挚的感谢。

在设计结尾阶段，我的同学和朋友们对我的设计和论文的书写给予很大的帮助。在此表示感谢。

再一次地感谢各位老师的辛勤指导。

参考文献

[1屈海军.C616型普通机床数控化改造.西安工业大学.2012.1.[2]张洪强.CA6136普通车床数控化改造.燕山大学.2012.5 [3]王国明.CA6140型车床的数控化改造.山东轻工业学院.2012.5 [4] 叶春宇.某型试验台液压加载系统研究.华中科技大学.2012.10 [5]佈和.高压气瓶专用螺纹数控机床电气设计.北京工业大学.2013.3 [6]曹静宇.面向专用机床钻铣数控系统设计.沈阳航空航天大学.2013.12 [7]马军.数控机床VMC850E的数控系统改造.电子科技大学.2014.6 [8]陈昌华.二维自动检测平台控制系统的设计与实现.南昌航空大学.2014.8 [9]董炫良.基于华中数控系统的普通铣床改造.通讯世界.2015.6 [10]韩红彪.卷筒折线绳槽的数控加工方法.矿山机械.2015.10

装配图与零件图

2.普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文 篇二

1 车床总体改造与设计

现代的数控车床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可。传统车床难以胜任数控车床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。数控改造主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。拟采用步进电机开环控制系统, 通过控制纵、横进给系统, 保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能;采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠, 为保证一定的传动精度和平稳性, 选用滚珠丝杠螺母副。

1.1 数控系统的选择

FANUC数控系统。机床数控系统 (CNC系统) 是数控机床的控制核心, 随着机床数控技术的不断发展与进步, 提高了数控机床的整体性能, 尤其是它的加工精度和生产效率提高得更为显著。目前, 市场上流行的数控系统, 如FANUC、西门子、等都配置有车床数控系统, 能够胜任车、削加工的大部分工作, 并具有价格低廉、功能强大等特点。

1.2 进给轴的改造

普车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动, 走刀运动经走刀箱传动丝杠、光杠及溜板箱, 获得不同的进刀量即Z轴、X轴运动。普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱, 改用进给伺服传动链分别代替, 具体体现为:

Z轴:纵向电机→减速箱→纵向滚珠丝杠→大拖板;X轴:横向电机→减速箱→横向滚珠丝杠→横滑板, 按数控指令获得不同的走刀量。

1.2.1 滚珠丝杠副的选择和布置结构形式

机床数控化改造时将其更换为滚珠丝杠副。滚珠丝杠副有以下一些特点:摩擦损失小, 传动效率高, 可以完全消除间隙, 能保证运动平稳, 精度保持性好, 不易产生低速爬行现象;丝杠导程在满足机床改造后性能的前提下越小, 对机床的传动精度越有利。普通车床大多采用的是T型丝杠等滑动丝杠副, 与滚珠丝杠副相比摩擦阻力大、传动效率低, 不能适应于高速运动。

1.2.2 机床导轨

普通车床导轨为滑动导轨, 其摩擦系数大, 在使用一段时间后都会有一定程度的磨损。因此, 在数控化改造的同时必须针对导轨状况进行必要的检修处理, 即进行磨削、淬火、精磨、配刮等。

1.3 主轴部分的改造

普通车床由主电动机经皮带传动主轴变速箱带动主轴旋转, 主轴箱经手动变速获得多级转速, 通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转;而数控车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电机和变频器组成。普通车床在数控化改造时保留原主轴箱。

螺纹加工是主轴部分数控化改造的另一重要部分, 传统车床加工螺纹时往往是通过挂轮组来完成, 加工不同的螺纹则需不同的挂轮组, 操作麻烦。改造时, 我们通常在主轴末端或挂轮架处增装一光电编码器, 其转速与主轴转速一致, 主轴转一周, 光电码盘转一转, 通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性, 从而加工出理想螺距的螺纹。

1.4 刀架部分的改造

数控车床刀架为电动刀架, 其特点是定位更准确、迅速。电动刀架可分为卧式转塔刀架和立式电动刀架, 卧式转塔刀架价格相对较贵, 改造中常用立式四工位电动刀架。

1.5 润滑部分的改造

老式传统车床除主轴箱外, 导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和油脂润滑, 这对机床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利, 机床改造时对其润滑部分采用稀油集中定量、定时供油的润滑方式, 可分为手控润滑和编程自动润化两种, 在机床导轨、丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。

1.6 机床防护

机床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的基础上增加挡屑装置保护。全防护即在局部防护的基础上对整个机床加以封闭, 此种防护最难处理。

2 总结

机床改造完毕后, 还应该对其进行安装调试及验收。验收是和安装调试工作同步进行的。检测验收工作是对机床的机、电、液各部分及整机进行综合性能检测。

经过大量实践证明, 普通机床数控化改造具有一定经济性、稳定性。改造涉及机械、电气等领域, 是一项理论深、实践强的系统工程。在改造过程中, 机械修理与电气改造相结合, 先易后难、先局部后全局。

摘要：随着我国市场经济的发展, 国内、国际市场竞争日益激烈, 产品更新更为迅速, 中、小批量的生产越来越多。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求, 数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术, 最适宜加工小批量、高精度、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需更换零件加工程序, 无需对机床作任何调整。对于机械制造企业, 为了节约资金, 降低成本, 利用原来的普通机床进行数控化改造, 提高机械设备的数控化率, 是一种有效的途径。

关键词：车床,数控,改造,主轴,进给轴

参考文献

[1]黄鹤汀主编.金属切削机床设计.机械工业出版社, 1991.

3.普通车床的数控改造及加工编程 篇三

摘要：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。要实现数控加工，编程是关键。由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前景十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。

关键词：车床加工改造

0 引言

数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，因此有必要提高机床的数控化率。

1 车床数控改造的意义

一是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。二是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。。三是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。

2 普通车床的数控改造方法及设计

2.1 普通车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。

2.2 数控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：Z向(通常为8～400mm/min)；X向(通常为2～100 mm/min)。快速移动：Z向(通常为1.2～4m/min)；X向(通常为1.2～3m/min)。脉冲当量：在0.025～0.005mm内选取，通常Z向为X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10mm以内都不难达到。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。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。

2.3 车床数控改造方案 当数控车床的性能和精度等内容基本选定后，可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。因此，较典型的车床数控改造方案可选择为：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。

目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能：①采用单片微机为主控CPU，具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。②配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：Z为0.01mm，X向为0.005mm(要与相应导程的丝杠相配套)。③加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，掉电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。④具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。

3 数控车床的加工编程

3.1 方法 数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件(尤其是空间曲面组成的零件)，以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。

3.2 步骤 首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等)，加工路线(如进给路线、对刀点、换刀点等)及工艺参数(如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等)。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点(或切点)的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。

用普通机床加工出来的产品在国际、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，因此有必要提高机床的数控化率。

参考文献：

[1]王爱玲等.现代数控机床实用操作技术[M].国防工业出版社.2005.

4.普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文 篇四

数控机床是现代机械制造业中不可或缺的加工设备, 工件加工质量好, 生产效率高, 但由于价格是普通车床的几倍, 大多中小企业没有能力购买。因此, 对普通机床数控化改造不失为一条经济可行之路。

1数控系统选择与配置

目前, 国产数控系统提供了多种可选择的功能, 适用于各种型号机床使用, 价格较低, 是进口系统的1/3左右, 操作简易, 性能与精度指标均能满足一般机械加工的要求, 性价比高, 可以选配到各类车床。

2确定改造方案

我单位对CA6140型 (床身长750mm) 普通车床进行了改造, 考虑到主轴的孔径和壁厚的直径过大, 所以采用分支传动机构, 使主轴的降速转动比得以缓慢降落, 不致使齿轮过大。

数控系统的选择与配置是传动系统数控化改造中的一个重要环节, 传动副要“前多后少”, 传动线要“前密后疏”, 降速要“前慢后快”。

改造的两轴在机械上采用了滚珠丝杠直联传动机构;滑板进行贴塑处理;滚珠丝杠和滑板润滑采用手动泵注入。

由于主轴箱装在床身上, 电动机安装在低处, 所以采用皮带传动。因为当主轴与被动轮的中心距较大时, 采用皮带传动比较合理。同时具有缓冲, 吸震, 运行平稳, 无噪声等优点。且结构简单, 在过载时可防止其他零件损坏等优点。

前支承的轴承内圈采用左右两边调整, 调整方便易控制, 轴承外圈内侧采用弹性挡圈定位。外侧使用轴承盖加垫圈调整间隙;后支承的轴承内圈外侧通过带螺纹的锯齿形密封套, 轴向移动内圈实现, 外圈内侧通过轴承套凸出部位定位。

3主要技术要点

一是整个结构通过电机带动皮带轮, 由几组三联或两联滑移齿轮的机械变速机构来实现12级变速;二是主轴的结构, 根据箱体长度为420mm, 选择两支承的主轴组件, 由于前支承所承受的刚度比后支承要求高, 所以前支承选用圆锥双列向心短圆柱滚子轴承, 后支撑选用单列向心推力球轴承, 提高前支撑的刚度, 能有效提高主轴组件的刚度。考虑到调整轴承间隙方便, 结构简单等因素, 采用后端定位。由于前轴承的偏心对主轴端部精度的影响较小, 前轴承精度选得很高, 后轴承精度比前轴承低一级。

4主要改造工作和步骤

①拟定改造方案, 确定性能和精度指标。

②拟定转速图, 确定公比分配转速。

③V带轮设计, 确定中心距和带长。

④计算齿轮齿数, 确定齿轮副。

⑤计算各轴的功率和扭矩的计算, 拟定传动系统图。

⑥齿轮的结构设计, 轴Ⅰ选用三联滑移齿轮。

⑦轴的结构不做改动。

⑧数控装置、伺服装置、步进电机、滚珠丝杠、电动刀架选型及购买。

⑨X轴、Z轴传动组件装配、安装、调试。

(10) 数控装置、伺服装置、调试。

(11) 机床整机检测与调试。

5 主要改造成果

通过机床传动系统数控化改造, 基本掌握了数控车床传动系统的相关技术, 掌握了机械零部件装配、安装、调试的技术要点, 为日后机床大规模改造和将来生产中掌握先进的数控化机床奠定了良好基础。

摘要：在普通车床数控化改造中, 传动系统数控化改造尤为重要, 选配合适的数控系统及机械传动部件, 是成功与否的关键, 论文以本单位车床数控改造为实例, 介绍了普通车床传动系统数控改造的方法、主要技术要点、改造工作内容及步骤。

关键词：普通车床,主轴传动箱,数控,改造

参考文献

[1]张柱良.数控原理与数控机床[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[2]黄鹤汀主编.金属切削机床 (下) [M].北京:机械工业出版社, 2004.2.

[3]李仲生主编.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.5.

5.浅谈普通车床数控化改装 篇五

目前普通机床数控化改装的市场在我国尚处于发展初期,现在我国机床数控化普及率不高。普通机床相对于数控机床而言加工出来的产品普遍存在质量较差、品种较少、档次较低、成本较高等特点,导致产品在市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的生存和发展。本文对车床数控化进行了系统分析,提出了有效的改造手段和步骤。

2 普通车床改造为数控车床的部件选择

(1)刀架的选用与安装。由于原刀架只能单刀加工,生产效率低,所以选用电动位刀架LD4-C6140;

(2)丝杠螺母的选用。为了提高重复定位精度的保持性和可靠性,因此选用滚珠丝杠;

(3)Z向进给系统电机的选用。为了实现半闭环连续控制,采用伺服电动机驱动,以脉冲编码器检测位置;

(4)电机与丝杠的联接方式。为了保证传动过程运动平稳且无振动和噪声,宜采用电机与丝杠直联方式;

(5)支撑方式的选用。由于丝杠有热膨胀,将一端固定,另一端游动且留有余地,适用于较长的卧式安装丝杠,稳定性和临界转速较高;

(6)电动机的存放位置。电动机安装在原进给箱位置。

3 普通车床数控化改造基本方案

3.1 数控化改装的基本要求

在确定普通车床的经济型数控改造的总体设计方案时,在满足设计要求的前提下,对普通车床的改动应尽可能少,以降低成本。数控系统的运动方式有:点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。本文数控系统选择两轴联动连续控制系统。

数控普通车床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。本次数控化改造采用半闭环控制。改造的总体方案如下:(1)PC机:采用工控PC机即符合控制要求;(2)运动控制卡:采用高速三轴步进电机运动控制卡,它有16位的数字输入、输出口,可实现三轴联动。可以实现直线、圆弧插补;(3)光电耦合电路能够隔离外部干扰信号对运动控制卡的信号冲击,提高系统的稳定性;(4)拆除普通车床本体的丝杆、溜板箱、变速箱等;(5)步进电机及其驱动器要能够达到0.005mm的加工精度要求;(6)各种限位开关起着防止超程限位的作用,当刀具位置超出规定范围时,车床自动停止加工。减速开关的作用是当车床刀架回零并走到机床原点附近时,减速开关被开启并控制车床减速走到零位置。

3.2 数控化传动方式改造(机械传动系统拟定)

3.2.1 进给伺服系统设计与安装

(1)方案一:采用滑动丝杠传动。

截断原滑动丝杠的轴头部分并加工出与套筒配合直径;加工套筒联轴器利用原丝杠托架固定电动机减速器;打骑缝定位销;打套筒定位销;拆下纵向手轮。

(2)方案二:采用滚珠丝杠传动的改装。

拆下原丝杠;加工接两头的接杠和联接套筒、螺母支架与螺母座;利用原丝杠托架固定电动机;打骑缝定位销;打套筒、接杠的定位销;在大滑板上安装螺母支架与螺母座。

为了确保重复定位精度,提高精度保持性和可靠性,选择方案二,即选用滚珠丝杠。这样既保留了原有的主动传动系统和变速操纵机构,也保留了机床的原有功能,同时也简化了改造量。根据以上条件,传动电动机选用直流电动机或交流伺服电动机。交流伺服电动机具备了调速范围宽、稳定性高、动态响应快以及能在较宽的调速范围内产生理想的转矩等良好的技术性能。具有结构紧凑、外形小、重量轻等优点。在相同的体积下,交流伺服电动机的输出功率比直流电动机高10%~70%,且与同容量的直流电动机相比,重量约轻一半。其转子采用具有精密磁极形状的永久磁铁,可实现高转矩惯量比,动态响应好,运行平稳。本数控化改造选用交流伺服电动机。

3.2.2 主轴脉冲编码器的选择、安装

主轴脉冲编码器选用时应注意以下三点:编码器的刻线数与数控系统的刻线数应吻合;脉冲波形选择;电压的匹配。

由于测量角位移比测量线位移容易得多,并可在传动链的任何转动部位进行角位移的测量与反馈,其结构比较简单,调试也很方便,故将脉冲编码器直接装在交流伺服电动机之内,并作为角度位置和速度环共用的检测反馈位置。

3.2.3 自动刀架的选用与安装设计

选用电动刀架。电动转位刀架分为:立轴4工位刀架;卧轴6-12工位刀架。

根据常加工的零件形状、零件复杂程度、工序的管理方式及生产率的高低等,一般经济型数控车床采用适用于轴类零件加工的螺旋升降式四方自动刀架。

3.2.4 主传动变速的改装

对卧式车床进行数控改造,可保留原有的主传动系统和变速操纵机构。这样既保留了车床原有功能,又减少了改造量。

(1)功能。数控车床加工时必须具备直线插补和圆弧插补功能,刀具位置补偿和圆弧半径补偿功能,为保证一定的加工精度要求,一般具有自动回转刀架和切削螺纹的功能。

(2)性能。经数控化改造的机床就成为了数控机床,具有数控机床的特点,如数控机床本身具有的高速、高效和高精度、工序集中、可靠性高等特点。但是改造后的机床也具有一定的局限性,主要是原有的结构精度限制了改造后机床的加工范围和数控化程度,这些不利条件最终会影响改造后机床的速度和精度。

根据实际切削情况计算并计算到电动机轴上的负载惯量来初步确定电动机的型号。这里拟选用28/3000交流伺服电动机。

3.3 数控化控制系统的设定

该车床控制系统采用GSK980TDb系统。其功能主要有编辑、录入、读取零件的加工G代码、M代码、模拟仿真、回原点、对刀、加工暂停、超程软限位等。它可改变进给速度、主轴速度及转速方向、刀具信息等多种加工信息。加工过程中,控制界面还可以显示出刀位点当前的绝对、相对坐标及加工状态等相关信息。

4 施工技术方案说明

4.1 改装零部件的选购

选电动刀架为LD4-C6140;滚珠丝杠螺母副为FFZL4010-3;根据FANUC系列交流伺服电动机的技术参数,选用28/3000交流伺服电动机;编码器根据性能参数选取;联轴器根据性能参数选取弹性联轴器;滑动轴承根据性能参数选取游动端。

4.2 拆卸部件的步骤

(1)先拆刀架。旋开螺栓螺母,将刀架小心取下放在指定位置,并将螺栓按一定顺序放好,以免丢失或混乱。

(2)拆卸左端的电机。旋开固定电机的螺栓,慢慢取下放好。

(3)拆卸滑动丝杠。因为滑动丝杠上的零部件较多。在拆下之前先将丝杠上的其他部件全部拆下。首先打开进给箱,由进给箱轴上的一端向内拆卸。将轴端盖打开,从外到内依次拆下堵塞、轴套、滚子轴承、套筒、齿轮、销钉、联轴器、丝杠(光杠)等。

4.3 改造部件的安装

(1)选定安装基准。以右端支架为基准,参考床身上的螺栓孔定位。

(2)安装电机。为了保证传动过程运动平稳、无振动和噪声,宜采用电机与丝杠直联方式。将主轴电机与联轴器一端相连,并将电动机用螺栓固定在左端的支架上。

(3)滚珠丝杠左侧安装。右端轴套→推力球轴承→左端支架端盖→推力球轴承→轴套→深沟球轴承→套筒→深沟球轴承→轴套→双螺母锁紧锁紧支架端盖后,安装带有锥度的弹性联轴器,安装联轴套。

(4)滚珠丝杠的安装。安装时应将滚珠丝杠的大端放在右侧,小端放在左侧。同时丝杠螺母副上焊接一带有螺栓孔的托板,将丝杠固定,然后安装联轴套。最后在丝杠的最右端用滑动轴承来支撑。安装时要注意以下几点:(1)丝杠螺母副安装应按照普通车床精度等级标准进行;(2)丝杠螺母副传动应平稳、轻快、无阻塞现象;(3)丝杠螺母副应定期加L-AN32机械润滑油;(4)丝杠螺母副用双丝杠螺母副预紧,其预紧力约为最大轴向力的1/3左右;(5)电机轴、连接轴以及丝杠的轴线应同轴;(6)电机支架安装面与丝杠轴线垂直度应小于0.05mm;(7)丝杠工作时全长轴的窜动应小于0.01mm。

(5)滚珠丝杠右侧安装。直接安装在滚珠丝杠的右侧,联轴器要用销钉固定锁紧。

(6)安装刀架。将选用的LD4-C6140电动刀架直接安装在原刀架的位置。

5 结语

本文在满足设计要求的前提下,采用滚珠丝杠对原机床进行了数控机改装,其特点是资金投入少,改造周期短,对改善机床的使用性能和功能,提高其自动化水平和生产力有着重要的意义。

摘要：应用数控技术改造传统设备,可以用较少的投入、较短的周期,改善普通车床的使用性能和功能,提高其自动化水平和生产能力。文中介绍了车床数控化改造的详细方案。

关键词：数控化,机床,改装

参考文献

[1]林述温,范扬波.机电装备设计[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]冯辛安.机械制造装备设计[M].北京:机械工业出版社,2005.

6.普通车床主轴部件数控化改造-数控毕业论文 篇六

关键词：普通车床,数控,改造,质量

1 总体方案设计

对CA6140普通车床采用CSK928-TC系统, 主轴电机采用功率为5.5KW的变频电机, 变频器采用运用台湾技术的台达VFD0A43B型变频器, 无极变速在主轴传动中可以直接实现;为了实现自动换刀控制技术, 配置4工位电动刀架, 混合式步进电机驱动布置在纵向和横向上, 外形美观大方, 操作简便。

半闭环伺服系统技术运用在进给传动中。检测信号被系统的检测元件从传动链的中间部位取得。检测元件通常被布置在滚珠丝杠驱动端或伺服电动机后端。由于位置反馈信号不包括工作台及滚珠丝杠—螺母副等执行部件误差因素影响, 能获得比闭环伺服系统稳定性好的控制特性。当采用高分辨率的检测元件, 且半闭环外的传动部件又有足够高的工作精度时, 即使在半闭环数控机床上也可以获得较满意的精度和运动速度。进给箱变为纵向步进电机支撑箱, 重新设计制造;两台步进电机支撑件、连接件, 电动刀架连接件、电气柜、防护罩等主要件需设计制造;各主要部件需装配、安装与调整。

2 纵向进给系统的组成与设计

由《机械工程手册》可知:

切削功率:Pm

式中, Fc——切削力 (N)

Vc——切削速度 (m/s)

主传动电机功率PE:

车削时总切削力可以分解为:切削力Fc、进给力Ff、背向力Fp。

切削力Fc:

进给力Ff:

背向力Fp:

式中:ap——背吃刀量 (mm)

F——进给量 (mm/r)

Vc——切削速度 (m/min)

根据厂家提供的CA6140的相关技术参数, 进行设计计算, 然后以45钢为材料, 进行加工。加工零件的最大直径为390mm, 主轴最大转速为1500r/min。

3 步进电机的选择与计算

步进电动机是一种能将电脉冲信号转化机械的角位移的控制电动机。在数控机床上, 步进电动机驱动滚珠丝杠转动, 从而带动工作台移动。根据设计参数, 初选Z向步进电动机为:永磁感应式步进电动机, 型号为110BYG350C, 其主要参数如下:

步距角:α=0.6°/step

静转矩:Tf=16N·m

线电阻:1.5W

线电感:20Mh

重量:G=10.7kg

最大空载转速:1200r/min

以下进行设计计算或验算

1) 脉冲当量δp

由传动比计算公式, 有

式中, δp——脉冲当量, α——步进电机的步距角, Ph——滚珠丝杠的导程。

由于滚珠丝杠和本系统的X向步进电机采用的是直接连接方式, 因此i=1。

2) 转动惯量计算

由工作台折算到改造后的电机轴上的转动惯量J1:

式中m是工作台的质量

丝杠的转动惯量Js:

式中, d——丝杠的直径, d=20mm

L1——丝杠两固定端的间距, L1=600mm

m——丝杠的质量, m=ρlπd2/4, ρ=7.8×10-6Kg/mm3

所以:

负载转动惯量Jl:

电机转动惯量JM, 查厂家提供的参数可以得到, JM=840Kg·mm2。因此Jl

即Z向总的负载转动惯量Jl与电机本身的转动惯量JM基本相匹配, 但在快速进给时加速能力比较富余。

总的转动惯量:

3) 电动机的最高转速nzmax计算

根据设计, X轴的最大进给速度为1500mm/min, 可求出X向丝杠的最大转速nxmax, 最大角速度ωmax

查表知, X轴的最大进给速度为1500mm/min, 步进电机110BYG350B, 最高转速nzmax=375r/min, 转矩在M=12N·m~11.6N·m之间, 用插值法计算出此时的转矩T

与对应的步进电机额定转矩12N·m, 偏差为1.67%<5%, 能满足X向丝杠传动最高转速nzmax要求。

4) 最小机械时间常数Tmin

式中:J——总的转动惯量

ωmax——步进电机的最大角速度

Tdmax——电机输出的电磁转矩

电机输出的最大电磁转矩, 在加速和减速过程中, 可以用两倍的额定转矩计算, 即

即X向最小机械时间常数满足要求在1ms~1000ms之间。

5) 步进电机负载转矩T1核算

式中, T1——加到电动机轴上的总负载转矩;

Q——轴向移动工作台时所需的力;

P——丝杠导程;

根据前面的计算可知, Q=2434.99N

即该步进电机负载转矩足够。

经上述计算验证, X向步进电机选为:型号110BY350B, 永磁感应式步进电动机 (三相) , 各项性能指标均符合设计要求。

4 CA6140车床数控化改造的数控装置系统

根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统。进口数控装置系统常用的有FANUC公司系统、SIEMENS公司系统、MIT-SUBISHI公司系统、A-B公司系统, 这些系统有多个系列, 每个系列有多种可选择的功能, 适用于多种机床使用, 但价格较贵, 而国产数控系统中有中科院的1060型系统, 广州数控设备有限公司的GSK980、GSK928系统等。价格较低, 配置容易安装方便, 性能与精度可以满足一般机械加工的要求, 性价比高。通过对国内生产的经济性数控系统市场的调研, 从价格和性价比综合比较评判, CA6140数控化改造的数控装置系统选择广州数控CSK928TC-1车床数控系统。

5 结语

将CA6140普通车床数控化改造成数控车床, 首先要对改造前的普通车床进行经济性分析, 论证改造的必要性, 然后进行相关的技术可行性研究。将CA6140普通车床作为数控化改造对象, 并进行了技术和理论分析, 改造后的数控车床, 除了可实现斜线、圆弧、螺纹加工、实现自动换刀等功能, 同时大幅度减少了辅助加工时间、降低了对工人技术和操作熟练度的要求, 还留有通信接口, 这样不仅可以离线编程加工, 还可以实现多台车床网络化, 实现高精度、高速自动化加工。

参考文献

[1]金捷, 万胜前.普通机床数控化改造设计[J].机械研究与应用, 2005.

[2]罗永顺, 曽伟民.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压, 2005.

[3]罗隆满.普通机床数控化改造的刚度要求[J].制造技术与机床, 2003.