機(jī)電一體化普通車床的數(shù)控化改造

1、繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院畢業(yè)論文題目：普通車床的數(shù)控化改造學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào):班 級(jí)： 專 業(yè)：機(jī)電一體化2011年10月、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題內(nèi)容：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容要求：1. 首先闡明了普通車床的數(shù)控化改造意義.2. 說(shuō)明了普通車床的數(shù)控化改造系統(tǒng)構(gòu)成.CNC控制器和步進(jìn)電3. 對(duì)普通車床的數(shù)控化改造的原理進(jìn)行了分析，分析 機(jī)課題任務(wù)要求：一、課題設(shè)計(jì)（論文）目的及意義1. 充分了解機(jī)床的組成，各系統(tǒng)之間的聯(lián)系。2 通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)數(shù)控機(jī)床相關(guān)專業(yè)課程方面的知識(shí)更加 鞏固了，同時(shí)也對(duì)CNC系統(tǒng)有了一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。3.本次設(shè)計(jì)使我體會(huì)到機(jī)電一體化技術(shù)的重要性。為以后從事機(jī)床維修

2、 工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)二、課題設(shè)計(jì)（論文）提綱1. 普通機(jī)床的數(shù)控化改造產(chǎn)生的背景及意義。2. 普通機(jī)床的數(shù)控化改造的理論分析1）車床數(shù)控化改造的意義2）普通車床數(shù)控化的優(yōu)點(diǎn)3）車床數(shù)控化改造的內(nèi)容4）機(jī)床數(shù)控化改造的必要性3. 車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案1）改造的任務(wù)2）改造方案的論證3）改造方案的確定4. 主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法1）數(shù)控系統(tǒng)的改造2）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造3）橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造4）刀架的選擇5）主軸傳動(dòng)系統(tǒng)6）滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排思路方法：1）在圖書(shū)館閱讀有關(guān)普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的書(shū)籍，以及搜集此方面的知識(shí)。2）利用網(wǎng)絡(luò)了解普通車床的數(shù)控化改造應(yīng)

3、用3）到校內(nèi)實(shí)習(xí)車間咨詢實(shí)訓(xùn)老師，實(shí)際觀察車床的結(jié)構(gòu)組成，工作原理。4）與同學(xué)及進(jìn)行交流和探討，了解很多關(guān)于普通車床數(shù)控化改造的資料，使 自己對(duì)此課題有更深一步的了解。主要參考文獻(xiàn)與外文翻譯文件一、主要參考文獻(xiàn)1朱曉春主編，數(shù)控技術(shù)（第一版），機(jī)械工業(yè)出版社，1999.2 徐贏.機(jī)械設(shè)計(jì)手則M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991.9.3 寥效果，朱啟逑.數(shù)字控制機(jī)床M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992.4 中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì).數(shù)控技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001. 李宏勝主編，機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用，高等教育出版社，2001.6 朱文伯，笪文俊.西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床改造中的應(yīng)用J.航空制造技

4、術(shù)，1999,5： 30-327 余英良著，機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例（第一版），機(jī)械工業(yè)出版社，2001、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表序號(hào)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任 務(wù)工作進(jìn)度日程安排周 次12345678910111213141516171819201查找資料，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告2做好車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案3主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法4主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造5撰寫(xiě)初稿6根據(jù)導(dǎo)師意見(jiàn)，進(jìn)一步充實(shí)論文7評(píng)閱、修改8答辯、成績(jī)?cè)u(píng)定910注：1.此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě) 2.此表每個(gè)學(xué)生人手一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù);3.進(jìn)度安排請(qǐng)用“一”在相應(yīng)位置畫(huà)出。時(shí)間第一階段第二階段第三階段內(nèi)容組織紀(jì)律完成任務(wù)

5、情況組織紀(jì)律完成任務(wù)情況組織紀(jì)律完成任務(wù)情況檢 查 記 錄教師 簽字簽字日期簽字日期簽字日期注：1此表應(yīng)由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫(xiě)。階段分布由各學(xué)院自行決定。2. 組織紀(jì)律”一檔應(yīng)按長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)生學(xué)籍管理實(shí)施辦法精神，根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況，如實(shí)填寫(xiě)。3. 完成任務(wù)情況”一檔應(yīng)按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫(xiě)。包括優(yōu)點(diǎn)，存在的問(wèn)題與建議4. 對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出忠告并督促其完成。四、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）裝袋要求1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）按以下排列順序印刷與裝訂成一本（撰寫(xiě)規(guī)范見(jiàn)教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)）。(1)封面扉頁(yè)(3)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)（4）中文摘要(5)英文摘

6、要（6）目錄(7)正文（8）參考文獻(xiàn)(9)致謝（10）附錄（公式的推演、圖表、程序等）（11）附件1:開(kāi)題報(bào)告（文獻(xiàn)綜述）（12）附件2:譯文及原文影印件2. 需單獨(dú)裝訂的圖紙（設(shè)計(jì)類）按順序裝訂成一本。3修改稿（經(jīng)、管、文法類專業(yè)）按順序裝訂成一本。4. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定冊(cè)一份。5 論文電子文檔由各學(xué)院收集保存。學(xué)生送交全部文件日期學(xué)生（簽名）指導(dǎo)教師驗(yàn)收（簽名）普通車床的數(shù)控化改造摘要數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn) 代化的重要標(biāo)志。 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品， 在機(jī)械制造中發(fā)揮著巨 大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、

7、多變零件的 加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技 術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大， 這使許多中小型企業(yè)難以承受。 如果 淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買(mǎi)昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此， 普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。本文通過(guò)對(duì)CA6140普通車床的數(shù)控改造，使其加工精度明顯提高，定位準(zhǔn) 確可靠，操作方便，性能價(jià)格比高。 這種方法對(duì)中小企業(yè)設(shè)備的數(shù)控改造有一定 的借鑒與推廣作用。本次改造主要針對(duì)車床的主軸系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、 反饋環(huán)節(jié)、電器控制柜及數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了改造。關(guān)鍵詞 ：數(shù)控； 改造； 車床。緒論 3一數(shù)控機(jī)床改造的背景和意義 41.1

8、數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀 41.1.1 車床數(shù)控化改造的意義 51.1.2 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 51.2 數(shù)控化改造的內(nèi)容 71.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 12二. 車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案 122.1 改造任務(wù)122.2 改造方案的論證 132.3 改造方案的確定 14三. 主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法 143.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造 143.2 縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 183.3 橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 213.4 刀架 213.5 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 223.5.1 改造思路223.6 滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造 22四. 安全防護(hù) 224.1 硬防護(hù)224.2軟防護(hù)23五. 總結(jié) 23參考

9、文獻(xiàn)25致謝26緒論隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展， 機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高。 產(chǎn) 品的更新?lián)Q代也不斷加快。 因此對(duì)機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率， 而且 應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換，生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生。數(shù)控機(jī)床是指機(jī)床的操作命令以數(shù)值數(shù)字的形式描述工作過(guò)程按規(guī)定的程 序自動(dòng)進(jìn)行的機(jī)床。隨著微電子技術(shù)， 特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)控機(jī)床迅速 地發(fā)展起來(lái)。盡管數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、 精密、小批量多品種零件的加工問(wèn) 題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是目前我國(guó)在役機(jī)床總量約 380 萬(wàn)臺(tái)， 其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 萬(wàn)多臺(tái)，數(shù)控機(jī)床占有率不足 3，而一些工

10、業(yè)發(fā)達(dá) 國(guó)家早已達(dá)到 20以上。我國(guó)是制造大國(guó)，但不是制造強(qiáng)國(guó)。機(jī)械制造業(yè)水平 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比相對(duì)落后，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平差距大，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力弱，影響了 生產(chǎn)力的發(fā)展。逐步提高數(shù)控機(jī)床的占有率已經(jīng)成為我國(guó)制造技術(shù)發(fā)展的總趨 勢(shì)。提高機(jī)床數(shù)控率有兩個(gè)途徑：一是增加新的數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，一次性投 資大，目前各企業(yè)均有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替代是根本不可能的； 二是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。 我國(guó)是一個(gè)機(jī)床擁有量極大的國(guó)家， 但大部分機(jī) 床服役齡較長(zhǎng)， 采取對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造來(lái)提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率， 是一個(gè) 極其有效和實(shí)用的途徑，是企業(yè)必走之路。制造技術(shù)和自動(dòng)化水平的高低己成為一個(gè)國(guó)家或地

11、區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要 標(biāo)志，而其中最具代表性的就是數(shù)控機(jī)床。 我國(guó)現(xiàn)正處于從以勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)為 主向以技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)為主的發(fā)展階段， 對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求會(huì)越來(lái)越大、 越來(lái) 越積極。利用現(xiàn)有普通車床，通過(guò)數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)高效、多功能的數(shù) 控車床，是一種盤(pán)活資金的有效途徑， 也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的行之有效的方法。 因?yàn)橐环矫嫖覈?guó)普通車床保有量大， 要將普通車床淘汰掉是不經(jīng)濟(jì)、 也不現(xiàn)實(shí)的 做法；另一方面，從我國(guó)目前生產(chǎn)狀況來(lái)看，仍然以生產(chǎn)普通車床為主，普通車 床的數(shù)控化改造將會(huì)長(zhǎng)期存在，并會(huì)不斷的發(fā)展。.數(shù)控機(jī)床改造的背景和意義1.1 數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家

12、，但在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平； 即使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì) ,一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控 機(jī)床有大量的需求 ,而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓 ,國(guó)外機(jī)床產(chǎn)品充斥市 場(chǎng)。90年國(guó)外數(shù)控機(jī)床在我國(guó)市場(chǎng)的占有率僅達(dá) 15%左右,而 95年已達(dá) 77%。嚴(yán) 重影響我國(guó)數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢(shì)頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn) ,除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn),新產(chǎn)品 (包括基型、變型和專用機(jī)床 )的開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng) ,從而不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn) 品。具體地說(shuō) ,這個(gè)問(wèn)題反映在下列五個(gè)方面 :(1) 我國(guó)機(jī)床廠目前

13、開(kāi)發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為1518個(gè)月，其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為58個(gè)月，占總周期的40%左右。而國(guó)外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā) 周期為 69 個(gè)月 ,其中設(shè)計(jì)約 1.52 個(gè)月 ,只占 25%。因此無(wú)論是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的總 周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國(guó)外先進(jìn)水平有很大的差距。(2) 我國(guó)工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具 (如分析和評(píng)價(jià)軟件、 整機(jī)結(jié)構(gòu)有 限元分析方法以及機(jī)床性能測(cè)試裝置等 ),自行開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和 類比設(shè)計(jì) ,使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低 ,往往需要反復(fù)試制才能定型 ,從而可能 錯(cuò)過(guò)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的良機(jī)。(3) 用戶根據(jù)使用需要 ,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求 ,甚至在產(chǎn)品

14、即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求 ,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技 術(shù)文件。在國(guó)外 ,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國(guó)機(jī)床廠用手工操作就至少需 12 個(gè)月 ,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門(mén) ,常 會(huì)出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象 ,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。(4) 現(xiàn)在我國(guó)工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù) ,他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)不足 , 又擔(dān)負(fù)著開(kāi)發(fā)的重任。(5) 由于長(zhǎng)期以來(lái)形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門(mén)分立 ,缺乏有效的協(xié)同開(kāi)發(fā)的 模式 ,不能從制訂方案開(kāi)始就融入各方面的正確意見(jiàn) ,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改 , 延長(zhǎng)了開(kāi)發(fā)的周期。為解決這些問(wèn)題 , 必須對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

15、的整個(gè)過(guò)程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù) , 發(fā)展優(yōu) 化 和 仿 真 技 術(shù) , 提 高 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 性 能 , 并 建 立 起 基 于 并 行 工 程 (Concurrent Engineering) 的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識(shí)共享的產(chǎn)品虛擬開(kāi)發(fā)環(huán) 境, 使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開(kāi)發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1.1 車床數(shù)控化改造的意義我國(guó)現(xiàn)在擁有數(shù)量多達(dá) 300 多萬(wàn)臺(tái)的通用機(jī)床，其中大部分機(jī)床的加工精 度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度與先進(jìn)設(shè)備相比不高， 要想在幾年內(nèi)大量地用數(shù)控機(jī)床 來(lái)更新，無(wú)論在資金上還是技術(shù)力量上都是難以實(shí)現(xiàn)的。 但如果利用數(shù)控技

16、術(shù)根 據(jù)需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床加以改造，不僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化，提高機(jī)床的加工精度， 而且投資少、見(jiàn)效快，適合我國(guó)的生產(chǎn)力水平。因此，利用數(shù)控技術(shù)改造舊設(shè)備 已成為我國(guó)推廣全功能數(shù)控機(jī)床的過(guò)渡手段 。1.1.2 普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備， 它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注， 由于 計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起， 促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破， 導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技 術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和 應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。 隨著計(jì)算機(jī)的發(fā) 展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用， 同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及 結(jié)構(gòu)

17、的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。 數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、 靈捷而多樣化 的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品， 它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制 介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指 令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1) 適應(yīng)性強(qiáng)， 適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件； 在數(shù)控機(jī)床上改變加工 工件時(shí)，只需重

18、新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。(2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；(3) 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；(4) 加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；(5) 機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高(一般為普通機(jī)床的 35 倍)；(6) 機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度改善勞動(dòng)條件；(7) 對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高， 對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。 數(shù)控機(jī)床一 般由下列幾個(gè)部分組成：(8) 主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī) 械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。(9) 數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的

19、核心，包括硬件(印刷電路板、 CRT 顯示器、 鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等)以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸 入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。(10) 驅(qū)動(dòng)裝置， 他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件， 包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、 進(jìn) 給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。 他在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)電氣或電液伺服系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和 空間曲線的加工。(11) 輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn) 行，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、 交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還

20、包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。(12) 編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。 還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益； 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費(fèi)用低；機(jī)械 性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；可以采用最新的控制技術(shù)； 交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品， 需求量逐年激增。 我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī) 床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步， 特別是在機(jī)床的高速化、 多 軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn) 品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)， 有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。 但機(jī)床的素質(zhì)差，

21、 性能落后， 單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 舊 機(jī)床的數(shù)控化改造， 顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置， 使其具有一 定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理 解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中， 機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。 許多工 廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、 PC 技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良 好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相 當(dāng)大的資金去購(gòu)買(mǎi)新型的數(shù)控機(jī)床， 而我國(guó)的舊機(jī)床很多， 用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改 造普通機(jī)床，在投資少的

22、情況下， 使其既能滿足加工的需要， 又能提高機(jī)床的自 動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。1984 年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止， 已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。可以預(yù)料， 今后， 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造 將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。1.2 數(shù)控化改造的內(nèi)容車床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式如下：1、進(jìn)給軸的改造普通車床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即 Z 軸運(yùn)動(dòng)；走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)光桿及溜板箱， 獲得不同的進(jìn)刀量即 X 軸運(yùn)動(dòng)。普通車床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板 箱，

23、改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈分別代替，具體體現(xiàn)為：Z軸：縱向電機(jī)f減速箱（或聯(lián)軸器）f縱向滾珠絲杠f大拖板，縱向按數(shù) 控指令獲得不同的走刀量和螺距。X軸：橫向電機(jī)f減速箱（或聯(lián)軸器）f橫向滾珠絲杠f橫滑板，橫向按數(shù) 控指令獲得不同的走刀量。改造后整個(gè)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的前提下， 與滾珠絲杠副的選 擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。（1 ）滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式普通車床大多采用的是 T 型絲杠等滑動(dòng)絲杠副， 與滾珠絲杠副相比摩擦阻力 大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng)。另外由于磨損快，造成其精度保持性和 壽命低等等， 在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換

24、為滾珠絲杠副。 滾珠 絲杠副有以下一些特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.900.96 ;若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，幾乎與運(yùn) 動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象; 磨損小、壽命長(zhǎng)、精度保持性好。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆 性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)， 或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 因此絲杠 立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種， 根據(jù)螺母 的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。 在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形 式來(lái)定，由于外循環(huán)式絲

25、杠副螺母回珠器在螺母外邊， 所以很容易損壞而出現(xiàn)卡 死現(xiàn)象， 而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部， 不存在卡死和脫落現(xiàn)象。 由于雙螺 母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便， 而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好， 所以只 要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié) 構(gòu)。改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原 T 型絲杠直徑相近，對(duì)有特殊要 求的機(jī)床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速， 最終確定滾珠絲杠的直徑。 絲 杠導(dǎo)程在滿足機(jī)床改造后性能的前提下越小， 對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。機(jī)床的 傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大 的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中

26、絲杠副選 P4級(jí)即可滿足要求，特殊精密機(jī)床選 P3級(jí)甚至更高。絲杠副軸承常見(jiàn)的布置形式根據(jù)不同的需要可以分為以下幾種， 如圖1。7777/(7777TTThfrirrmT1(a)(b)UTTH7T777777777777/(c)(d)圖1絲杠副軸承的布置 .圖1-a中為一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小, 軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂 直坐標(biāo)中。 .圖1-b中為一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長(zhǎng)， 轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用 更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。1-d中

27、為兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過(guò)軸 承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長(zhǎng)度不 大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高平面球軸承的承載能力、 支承剛度以及絲杠裝配 時(shí)的預(yù)拉伸量，否則會(huì)影響軸承壽命，同時(shí)也會(huì)因?yàn)轭A(yù)加負(fù)載得不易控制而增加 電機(jī)的附加扭矩。(2 )機(jī)床導(dǎo)軌普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌， 其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤(rùn)

28、滑，充分保證其精度。(3 )電機(jī)與絲杠的聯(lián)接在滿足機(jī)床要求的前提下， 為減少中間環(huán)節(jié)帶來(lái)的傳動(dòng)誤差， 我們多將電機(jī) 與絲杠副通過(guò)聯(lián)軸器直接聯(lián)接， 這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來(lái)定。 一般對(duì)于小型車 床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是 X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采 用齒輪副或同步帶論來(lái)傳動(dòng)；對(duì)于大型車床如C6150床身長(zhǎng)5米的車床，由于絲杠較長(zhǎng)，直徑較大， 除了要考慮傳動(dòng)力的問(wèn)題， 還要考慮其低速性能及加減速 慣量匹配的問(wèn)題， 往往電機(jī)都要通過(guò)幾級(jí)減速來(lái)傳動(dòng)。 無(wú)論是采用齒輪還是同步 帶論來(lái)傳動(dòng)， 其傳動(dòng)間隙的消除是比較關(guān)鍵的。 齒輪傳動(dòng)中常用的方法有錯(cuò)齒消 隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶

29、論傳動(dòng)中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。2、主軸部分的改造車床主軸帶動(dòng)工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車削加工中的主運(yùn)動(dòng)， 消耗機(jī)床大部分 動(dòng)力。普通車床由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)， 經(jīng)主軸變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)， 主軸箱經(jīng) 手動(dòng)或自動(dòng)變速獲得(924)級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)電磁或液壓離合器操縱主軸的變速 和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器 組成。普通車床在數(shù)控化改造時(shí)大部分情況下保留原主軸箱， 不做改動(dòng)或少做改 動(dòng)。如需改動(dòng)則要注意以下幾點(diǎn)：如原主軸含液壓操縱主軸的變速、 正反轉(zhuǎn)和潤(rùn)滑功能， 則需對(duì)其增裝單獨(dú)普 通電機(jī)加以驅(qū)動(dòng)，避免液壓系統(tǒng)受到主電機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。如不需要原有機(jī)

30、械變速換擋時(shí)， 則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度 鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死以免因?yàn)檎`操作出現(xiàn)事故。機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的另一重要部分， 傳統(tǒng)車床加 工螺紋時(shí)往往是通過(guò)掛輪組來(lái)完成， 加工不同的螺紋則需不同的掛輪組， 操作起 來(lái)十分麻煩。 我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周， 光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)， 通過(guò)反饋給系統(tǒng)控制進(jìn)給軸與主軸的 同步性， 從而加工出理想螺距的螺紋。 根據(jù)其編碼方式的不同， 光電碼盤(pán)可分為 增量式光電碼盤(pán)和絕對(duì)式光電碼盤(pán)， 目前國(guó)內(nèi)常用的為增量式光電碼盤(pán)。 根據(jù)光 電碼盤(pán)上刻線條數(shù)可分為 1024 線、 2048 線

31、等，我們常用的為 1024線即可滿足 要求。3、刀架部分的改造目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架， 其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng) 車床刀架多為手動(dòng)、 液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電動(dòng)， 改造時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)其加以更 換。電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架 （一般安裝812把刀）和立式電動(dòng)刀架，立 式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位） ，其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤(pán)） 和免抬刀刀架（三端齒盤(pán)）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價(jià)格相對(duì)較貴，改造中常用立式 四工位電動(dòng)刀架。4、潤(rùn)滑部分的改造老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外， 導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤(rùn)滑和 油脂潤(rùn)滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、 絲杠副等的精度保持很不利， 在同等驅(qū)動(dòng)下

32、機(jī)床運(yùn) 動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。在對(duì)這些機(jī)床改造時(shí)一般都要對(duì)其潤(rùn)滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)， 采用稀油集中 定量、定時(shí)供油潤(rùn)滑的方式， 可分為手控潤(rùn)滑和編程自動(dòng)潤(rùn)化兩種， 在機(jī)床導(dǎo)軌、 絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。絲杠支承軸承一般采用油脂潤(rùn)滑， 如特殊需要和供油充分的條件下也可采用 稀油潤(rùn)滑。5、機(jī)床防護(hù)機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、 電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。半防護(hù)是在局部防護(hù)的 基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)， 即增加擋屑裝置。 全防護(hù)即在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè) 機(jī)床加以封閉， 此種防護(hù)最難處理， 考慮的因素也很多如安裝位、 防水、美觀等。 實(shí)際操作起

33、來(lái)以前兩種最多，也最易操作。1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬(wàn)臺(tái)，即 我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.60.8萬(wàn) 臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。我國(guó)機(jī)床役齡 10 年以 上的占60%以上; 10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20% FMC/FM等自 動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢?jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、 加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床， 而且半數(shù)以上 是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量

34、差、品 種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接 影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高 機(jī)床的數(shù)控化率。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。 所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床， 這種做法具有投資少、 見(jiàn) 效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以 為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。二車床數(shù)控改造的構(gòu)思與方案本次改造的普通車床型號(hào)為CA6140長(zhǎng)度750毫米。數(shù)控改造主要包括傳動(dòng) 系統(tǒng)的機(jī)械改造和數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不 高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低

35、成本，擬采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)控制縱、橫進(jìn) 給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí) 現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率， 采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠； 為保證一定的傳 動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。2.1 改造任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給 系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm脈沖，橫向（X向）脈沖 當(dāng)量為0.005mm脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀 架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。2.2 改造方案的論證對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)

36、 計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連 續(xù)控制系統(tǒng)。 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、 半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、設(shè)計(jì)制造容易、 控制精度較好、 容易調(diào)試、價(jià)格便宜、 使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性 能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能

37、有效地運(yùn)行。在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU勺選擇是關(guān)鍵，選擇CPI應(yīng)考慮以下要素：(1) 時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)；(2) 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；(3) I/O 口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)；除此之外， 還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要 求等，綜合起來(lái)考慮以確定 CPU在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的 是Z80CPI和MCS-51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋耍占靶?、?用性強(qiáng)， 制造和維修方便， 完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。 本設(shè)計(jì)中是 以MCS-51系列單片機(jī)，51系列相對(duì)48系列指令更豐富，相

38、對(duì)96系列價(jià)格更便 宜，51系列中，是無(wú) ROM勺8051, 8751是用EPRO代替ROM勺8051。目前，工 控機(jī)中應(yīng)用最多的是 8031 單片機(jī)。本設(shè)計(jì)以 8031 芯片為核心， 增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展 電路、接口和面板操作開(kāi)關(guān)組成的控制系統(tǒng)。2.3 改造方案的確定CA6140A 車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤(pán)類及螺紋零件的加工，加工這些零 件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有： 能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)， 實(shí)現(xiàn)不同切削速 度的主軸變速； 刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變 四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時(shí)， 應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)， 刀架移動(dòng)一個(gè) 加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就

39、是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、 數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。 普通車床改造的目的是 利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效 率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)， 所遵循的原則是在滿足需要的前提 下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。改造中需要解決的問(wèn)題是：將 機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和 自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車床。利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理， 發(fā)出的進(jìn)給指令通過(guò) I/O 接 口輸出給X軸和Z軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng) 刀架直線移動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫

40、向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 換刀指令通過(guò)刀架控制器 控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功 能。三主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造方法3.1 數(shù)控系統(tǒng)的改造數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的靈魂， 其性能的穩(wěn)定性直接影響零件的加工的尺寸精 度、位置精度及操作工人的人身安全。一般的，普通車床數(shù)控改造時(shí)，由于需要 加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控系統(tǒng)。3.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷 發(fā)展與進(jìn)步， 提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能， 尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高 得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)

41、上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC西門(mén)子、GSK980T等都配置有車床 數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功 能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在對(duì)多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后 ！我們選擇了 GSK980TD型數(shù)控系 統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)能長(zhǎng)期連續(xù)加工， 其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)期無(wú)故降連續(xù)運(yùn)行。 為 保證機(jī)床長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。常年的工作考臉證明GSK980TDK統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般 車間環(huán)境下運(yùn)行。其工作場(chǎng)地的室溫為 0-45 C,相對(duì)濕度75%S時(shí)可達(dá)95%抗 震為0.5g，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%-15%經(jīng)對(duì)使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，GSK98

42、0TD 系統(tǒng)的故障率為 0.008，比較好地滿足了我國(guó)市場(chǎng)的要求。GSK980T系統(tǒng)之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素：(1) 可靠的高質(zhì)量的元器件及良好的老化篩選工藝。(2) 大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集成電路芯片：GSK980T系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專用功能芯片。(3) 全自動(dòng)化工廠生產(chǎn)制造：多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝 出廠全部為自動(dòng)化，這就使得在生產(chǎn)過(guò)程中避免了外界(人) 的不穩(wěn)定因素的干預(yù)。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。 良好的控制軟件設(shè)計(jì)：GSK980T系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在國(guó)內(nèi)各地?cái)?shù)年

43、的運(yùn)行，積累 了豐富的數(shù)據(jù)， 因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)考慮了可能出現(xiàn)的各種故障情況， 加入了許多 保護(hù)和提高可靠性的措施，如開(kāi)機(jī)和狀態(tài)切換時(shí)的層層檢側(cè)、過(guò)壓、過(guò)流、反饋 斷線等報(bào)警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)， 系統(tǒng)能及時(shí)處理， 從而進(jìn)免了元部件 的損壞。(5) 數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。主軸控制信號(hào)的傳送使用光纜，使信號(hào)免受外界干擾電氣控制原理1、主軸控制系統(tǒng)：主軸采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)由西門(mén)子 440變頻器US控制，其動(dòng)力由U、V、 W三相電源經(jīng)變頻器US提供，主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由指令控制經(jīng) PLC輸出再經(jīng)變 頻器US控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)

44、速由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng) XS9口直接連到變 頻器US控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，若出現(xiàn)故障，則由變頻器US發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控 系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。控制原理圖如下：變頻器電源 主軸電機(jī)公共端 正轉(zhuǎn)指令反轉(zhuǎn)指令 模擬電壓IMITSUBISHIO47ESD STRSTR283032T M J PE_i_圖3.1主軸控制系統(tǒng)原理圖2、Z軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng):Z軸采用松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)由松下伺服模塊控制（如圖3-2），其動(dòng)力由R、S、T三相電源經(jīng)伺服模塊提供，伺服電機(jī)控制刀架的Z （縱向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接口為 XS30-XS33若出

45、現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng) PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系 統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。3、X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng):X軸電機(jī)采用雷賽步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)（如圖 3-2 ）,由雷賽伺服模塊控制，其動(dòng)力 由+V1電源經(jīng)伺服模塊提供，步進(jìn)電機(jī)控制刀架的X （橫向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS3Q若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類 型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。X軸伺服驅(qū)動(dòng)器xtt伺服電機(jī)渤伺廉驅(qū)動(dòng)器2軸電機(jī)圖3.2 Z軸-X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)4、刀架控制電路：刀架電機(jī)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)由繼電器模塊控制（如圖

46、3-3），刀架電機(jī)控制刀架的換刀（正反轉(zhuǎn)）及轉(zhuǎn)動(dòng)角度指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，若出現(xiàn)故障，則由 PLC發(fā)出信號(hào)輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。刀架電機(jī)也源R架霍爾開(kāi)關(guān)電源刀衆(zhòng)力位佶號(hào)四工位電動(dòng)刀架丄一廠丄廠K5B.1O7.8圖3.3 刀架控制電路5、光柵尺控制:光柵尺通過(guò)測(cè)量反饋控制刀架進(jìn)給與后退量的實(shí)際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)加工情況 進(jìn)行時(shí)時(shí)調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類型并在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。3.2縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造改造思路縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖3.4所示?？v向步進(jìn)電機(jī)1通過(guò)一對(duì)減速齒

47、輪2把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠 3,再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái) 4做往復(fù) 移動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6通過(guò)套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用 2個(gè)互相垂直的錐銷將支撐 軸與絲杠聯(lián)接起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小， 可防止被連接軸的位移和偏斜帶來(lái) 的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖3.4 所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承 支承座4,通過(guò)一對(duì)深溝球軸承1實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母（圖 中未畫(huà)出） 實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺 母間的間隙，調(diào)整方便。

48、步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙齒輪2減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6與絲杠3 （見(jiàn)圖3.4聯(lián)接，固定銷3防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.4縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖1.縱向步進(jìn)電機(jī)2.減速齒輪 3.縱向滾珠絲杠 4.工作臺(tái)5.套筒聯(lián)軸器 6.支撐軸圖3.5縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖1.深溝球軸承 2.消隙齒輪 3.固定銷 4.滑動(dòng)軸承支承座5.圓螺母 6.套筒聯(lián)軸器滾珠絲杠3 （見(jiàn)圖3.4）仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過(guò) 支架1 （見(jiàn)圖3.6）安裝在床鞍的底部，如圖3.6所示。支架做成可移動(dòng)的形 式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。圖3.6縱向滾珠絲杠裝配圖1 .支架 2.絲杠托架 3.縱向滾珠絲杠4.絲杠防護(hù)罩5.大

49、拖板6.過(guò)渡板實(shí)施步驟（1）拆下普通滑動(dòng)絲杠與溜板箱，取消絲杠與主軸箱齒輪的傳動(dòng)聯(lián)系，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，兩端采用原固定方式這樣可減小改裝現(xiàn)場(chǎng)，并且由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性優(yōu)于以前。 滾珠絲杠選用單圓弧滾道截面，外循環(huán) 方式精度選6級(jí)。為了在齒輪傳動(dòng)中消除間隙，實(shí)現(xiàn)微量自動(dòng)補(bǔ)償以提高傳動(dòng)精 度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙，可調(diào)拉彈簧式結(jié)構(gòu)；（2）拆下絲杠右端的支撐座，在坐標(biāo)鏜床上將其孔徑鏜至 40mm便與伺服電動(dòng) 機(jī)的支撐軸相配合；（3）車削兩個(gè)軸套（分別為一長(zhǎng)一短），長(zhǎng)套用于連接絲杠左端和左支撐座，短 套用于連接絲杠

50、右端與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸；（4）對(duì)安裝螺母的配件進(jìn)行刨、磨、鉆、鉸和攻絲等加工，使其符合安裝條件；（5）總裝后，進(jìn)行局部調(diào)整（如滾珠絲杠與道軌的平行度、螺母間隙和螺母上下前后位置等），力求使?jié)L珠絲杠受力均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)傳動(dòng)間隙。3.3橫向(X向)進(jìn)給系統(tǒng)的改造橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過(guò)雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖3.7所示。橫向步進(jìn)電機(jī)1及減速器2安裝在床鞍的后部。靠近操作者一端，布置一根支撐短軸11，通過(guò)套 筒聯(lián)軸器10與滾珠絲杠7連接起來(lái)。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸 承支座作為徑向支承，并對(duì)原支承處作適當(dāng)改造，布置一對(duì)推力球軸承12

51、，以承受雙向軸向力。左端則將原車床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)， 用一個(gè)聯(lián)軸套4和 一根連接短軸6把滾珠絲杠7與減速器輸出軸3連接起來(lái)，并通過(guò)一對(duì)圓螺母 5實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過(guò)螺母座9直接固定在中拖板8上。圖3.7橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖1.橫向步進(jìn)電機(jī) 2.減速器 3.減速器輸出軸4.聯(lián)軸套 5.圓螺母6. 連接短軸7.橫向滾珠絲杠8.中拖板 9.螺母座10.套筒聯(lián)軸器 11.支撐短軸 12.推力球軸承3.4刀架3.4.1 選用選用LD4-6132型電動(dòng)刀架因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求刀架的最大回轉(zhuǎn)直徑為 400mm而最小的三角刀架的設(shè)計(jì)高度 大大超過(guò)60mm故選用LD4-6132刀架型

52、號(hào)，因刀架為外購(gòu)件，其尺寸已成定值, 故選用四方刀架。即LD4-6132。該刀架可以?shī)A持4把刀，采用鼠牙盤(pán)為分度定 位，利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)位。實(shí)施步驟(1) 拆下原手動(dòng)刀架;2)在小拖板上鉆四個(gè)安裝孔，并攻絲；(3)手動(dòng)抬起電動(dòng)刀架，將刀架安裝在小拖板上；(4)安裝后，試用MDI功能換刀，觀察三相電源有無(wú)接反。3.5 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的改造3.5.1 改造思路為提高機(jī)床自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中自動(dòng)變速，對(duì)原 CA6140 主軸傳 動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的改裝。3.5.2 實(shí)施步驟( 1)取消原變速箱，將主軸電機(jī)換成四速異步電機(jī)；( 2)保留原主軸箱內(nèi)的背齒輪機(jī)構(gòu)。3.6 滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好 的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減 少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌， 其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí) 間后都會(huì)有不同程度的磨損， 對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大的影響。 因此 在對(duì)其進(jìn)行 數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì) 于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采 用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。