2010110439 龐慎達(dá) 數(shù)控車床技術(shù)與應(yīng)用

百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）PAGE目錄TOC\o"1-3"\f\h\z\uTOC\o"1-3"\f\h\z\u百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告 I百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 V百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期自查表 VII摘要 VIIIABSTRACT VIII1緒論 11.1本文的研究背景 11.2數(shù)控車床的組成和簡(jiǎn)介 11.3數(shù)控車床的工作方式 21.4數(shù)控車床相比普通車床的優(yōu)劣 22數(shù)控車床的改造及設(shè)計(jì) 32.1為什么要改造數(shù)控車床 32.2現(xiàn)有廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床的狀態(tài) 32.3數(shù)控車床的改造目標(biāo) 32.4數(shù)控車床的發(fā)展方向和國(guó)內(nèi)外的車床改造研究動(dòng)態(tài) 42.5數(shù)控車床改造的市場(chǎng)需求 53數(shù)控車床改造方案的選擇 63.1國(guó)內(nèi)的主要數(shù)控系統(tǒng) 63.1.1廣州數(shù)控的簡(jiǎn)介 63.1.2廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床的簡(jiǎn)介 63.2改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的選擇 73.3改進(jìn)的相關(guān)設(shè)計(jì) 83.4數(shù)控車床的改造步驟 84對(duì)廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的分析 84.1數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng) 84.2主軸傳動(dòng)系統(tǒng) 94.3刀架 94.4數(shù)控車床的輔助系統(tǒng) 94.5廣州數(shù)控GSK980TDb型數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn) 104.6廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床結(jié)構(gòu)上的改進(jìn) 104.6.1箱體的改造設(shè)計(jì) 104.6.2冷卻系統(tǒng)的改造 114.6.3刀架的改造 18分析 22總結(jié) 22致謝 24參考文獻(xiàn) 25百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信保證書 26PAGEVII百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告學(xué)號(hào)2010110439學(xué)生姓名龐慎達(dá)系名物理與電信工程系專業(yè)年級(jí)金屬材料工程10級(jí)指導(dǎo)教師覃銘職稱教授論文（設(shè)計(jì)）題目數(shù)控車床技術(shù)與應(yīng)用1.本論題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及研究意義：數(shù)控車床的發(fā)展簡(jiǎn)史：和很多機(jī)床一樣早期的車床是由手動(dòng)控制為主，機(jī)械控制的誤差和人為操作的不確定性造成了人力物力的大量浪費(fèi)。20世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)信息處理、數(shù)據(jù)處理以及計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給車床帶來(lái)了革命性的轉(zhuǎn)變。先進(jìn)的電子技術(shù)使得采用數(shù)字技術(shù)控制車床加工成為可能。并于40年代初由美國(guó)的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜斯公司研制成功，當(dāng)時(shí)主要用于制造飛機(jī)的框架和直升機(jī)的旋翼。利用全電技術(shù)對(duì)工件進(jìn)行精確加工獲得了±0.0381mm的精度，在當(dāng)時(shí)屬于最高水平。60年代開(kāi)始數(shù)控技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于車床在70年代后得到了快速的發(fā)展。在往后的時(shí)光中數(shù)控車床無(wú)論在自動(dòng)化程度、加工精度、智能化還是可靠性都得到了空前的發(fā)展。隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，普通車床已經(jīng)不能完全適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的車床只能對(duì)工件進(jìn)行比較單一的加工，而且人工加工存在精度低質(zhì)量不穩(wěn)定等因素，專用的機(jī)床在設(shè)計(jì)和運(yùn)用的成本都比較大因此數(shù)控車床得到了大量用戶的親賴。數(shù)控車床可以輕松完成外圓、端面、內(nèi)孔和螺紋的加工，具有高效高精度等特點(diǎn)。這一切都讓勞動(dòng)力得到了解放，使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式得到了空前進(jìn)步。數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡(jiǎn)稱，擁有萬(wàn)能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床，可分為臥式和立式兩大類。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展人們對(duì)數(shù)控車床有了更高的要求：高精度、高度自動(dòng)化和高通用率等。我國(guó)在數(shù)控車床上和美日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比有應(yīng)用的范圍小、機(jī)床精度低、自動(dòng)化程度低等劣勢(shì)。外企利用技術(shù)封鎖禁售等手段長(zhǎng)期阻礙我國(guó)的技術(shù)發(fā)展。目前我國(guó)應(yīng)用比較廣泛的有華中數(shù)控和廣州數(shù)控，在技術(shù)和可靠性上和西方還有一定的差距。一個(gè)民族的復(fù)興和她的制造業(yè)息息相關(guān)，然而操作者的素質(zhì)稂莠不齊及部分工件在加工過(guò)程中拆裝都影響加工質(zhì)量。對(duì)機(jī)床進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上有著重要的研究意義。相對(duì)落后的數(shù)控車床改造為企業(yè)節(jié)約了成本提升了競(jìng)爭(zhēng)力。與此同時(shí)刀具相對(duì)工件高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，溫度相當(dāng)高這無(wú)疑加速了刀具的磨損，冷卻系統(tǒng)顯得尤為重要，但冷卻系統(tǒng)存在冷卻死角和是否需要冷卻問(wèn)題。不正當(dāng)?shù)睦鋮s會(huì)加速刀具或冷卻液的損耗。因此對(duì)數(shù)控車床的功能和冷卻進(jìn)行簡(jiǎn)單改造具有研究的價(jià)值。研究的意義：目前數(shù)控車床的應(yīng)用范圍越來(lái)越大，對(duì)工業(yè)的影響力也逐年上升，功能較單一的數(shù)控車床越來(lái)越不能滿足生產(chǎn)的需要。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我們的技術(shù)封鎖不容忽視，唯有自主發(fā)展才能在示來(lái)不受制于人。普通車床只適用于小批量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的工件進(jìn)行生產(chǎn)，數(shù)控車床可以按照使用者事先編寫好的程序運(yùn)作，一人可使用多臺(tái)車床進(jìn)行加工作業(yè)。大大減輕了勞動(dòng)難度和加快了生產(chǎn)速率使工業(yè)制造上了快車道。對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造不僅讓機(jī)床煥發(fā)新生，也有利于延長(zhǎng)機(jī)床的使用年限。為機(jī)床提供更加有效的發(fā)展空間為企業(yè)節(jié)約成本提高競(jìng)爭(zhēng)力。2.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì))研究?jī)?nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題：研究?jī)?nèi)容：數(shù)控車床的組成數(shù)控車床的工作原理數(shù)控車床冷卻系統(tǒng)的工作原理數(shù)控車床改造后的加工方法和用途相關(guān)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)的使用擬解決的問(wèn)題：數(shù)控車床的改造是否順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展有哪些特色，能否在生產(chǎn)中體現(xiàn)價(jià)值和優(yōu)勢(shì)制造上是否經(jīng)濟(jì)保養(yǎng)維修是否方便是否有市場(chǎng)社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益如何3.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì))研究方法、步驟及措施：研究方法：查閱、收集相關(guān)教師的書籍、設(shè)計(jì)等資料，進(jìn)行分析、總結(jié)和整理，采用參考和類比法進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。步驟及措施：（1）2013.11.28--2013.12.12設(shè)計(jì)題目的確定，為設(shè)計(jì)確定方向。（2）2013.12.13--2013.01.09定題并完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告。（3）2014.01.10--2014.01.16資料的準(zhǔn)備積累，查看與題目有關(guān)的資料，并整理所有資料；制定具體工作計(jì)劃，與指導(dǎo)老師進(jìn)行討論，經(jīng)指導(dǎo)教師修改審定。（4）2014.01.17--2014.03.06在教師指導(dǎo)下，分析有關(guān)資料，進(jìn)行總結(jié)、寫初稿。（5）2014.03.07--2014.03.13檢查論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度，如果發(fā)現(xiàn)由于各種原因無(wú)法完成論文（設(shè)計(jì)）的情況，及時(shí)修改工作計(jì)劃。并且及時(shí)填寫《百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期自查表》。（6）2014.03.14--2014.05.01初步完成設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容，并且對(duì)預(yù)期結(jié)果做好統(tǒng)計(jì)、分析、總結(jié)、數(shù)據(jù)處理等工作。同時(shí)按要求完成論文（設(shè)計(jì)）初稿，并提交指導(dǎo)教師審閱修改,要求修改三次以上同時(shí)重新整理修改后的論文，檢查并確認(rèn)無(wú)誤。（7）2014.05.01--2014.05.15將畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))文本、《本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯提綱》（學(xué)生填寫）、《百色學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))誠(chéng)信保證書》等相關(guān)材料提交指導(dǎo)教師，同時(shí)做好論文答辯準(zhǔn)備。（8）2014.05.17--2014.05.18參加論文答辯。（9）2014.05.19--2014.06.14根據(jù)評(píng)閱、答辯意見(jiàn)完善論文(設(shè)計(jì))最后工作，修改論文(設(shè)計(jì))文本；按規(guī)范要求將論文裝訂成冊(cè),經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過(guò)后提交系里存檔。4.主要參考文獻(xiàn)：趙軍華主編，車工速查手冊(cè)，河南科學(xué)技術(shù)出版社，2008.322-24金福昌主編，車工（初級(jí)），機(jī)械工業(yè)出版社，2012.6付承云主編，數(shù)控車床編程與操作應(yīng)知應(yīng)會(huì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.1孫德茂主編，數(shù)控機(jī)床操作技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.8邵國(guó)安，淺談普通車床的數(shù)控化改造，機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào)，2004，10趙江海、梁楚華主編，數(shù)控機(jī)床的硬件改造與軟件優(yōu)化，機(jī)械研究與應(yīng)用，2004.1張映故，數(shù)控機(jī)床改造的發(fā)展概況淺析，科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，6沈軍，數(shù)控機(jī)床改造方案的選擇，機(jī)電新產(chǎn)品導(dǎo)報(bào)，2006，4成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版，2009邱宣懷，機(jī)械設(shè)計(jì)，北京

高等教育出版社1997，張文煥，成本通，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)，國(guó)防工業(yè)出版社

2000王愛(ài)玲，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，兵器工業(yè)出版社1999.9楊黎明，黃凱，機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)，國(guó)防工業(yè)出版社

67～90

徐衡，數(shù)控銑工實(shí)用技術(shù)，遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2009王風(fēng)蘊(yùn)，張超英．?dāng)?shù)控原理與典型數(shù)控系統(tǒng)[M]．北京高等教育出版社，2003李建華．如何改造數(shù)控機(jī)床[J],經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息．2010陳瑞陽(yáng)．機(jī)電一體化控制技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社，2005顧頌虞．?dāng)?shù)控機(jī)床的發(fā)展及機(jī)床改造[J]．蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版．2004任建平，白恩遠(yuǎn)，王俊元．現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床故障診斷及維修[M]．國(guó)防工業(yè)出版社，是否可以進(jìn)入論文（設(shè)計(jì)）研究：指導(dǎo)教師簽名：年月日是否可以進(jìn)入論文（設(shè)計(jì)）研究：系主任簽名：年月日百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書題目名稱數(shù)控車床技術(shù)與應(yīng)用學(xué)生姓名龐慎達(dá)所學(xué)專業(yè)金屬材料工程10級(jí)班級(jí)金本10班指導(dǎo)教師姓名覃銘所學(xué)專業(yè)金屬材料工程職稱教授完成期限2013.12.01—2014.05.011.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）主要內(nèi)容或主要技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容：數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡(jiǎn)稱，擁有萬(wàn)能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床，可分為臥式和立式兩大類。但部分工件在生產(chǎn)上不能滿足表面粗糙度、精確度等要求，對(duì)數(shù)控車床相應(yīng)的改造有助于完善機(jī)床的功能并延長(zhǎng)機(jī)床的使用壽命。本項(xiàng)目涉及到的專業(yè)知識(shí)有數(shù)控車床應(yīng)用技術(shù)、數(shù)控車床維修維護(hù)、人機(jī)交換技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及CAD和UG等軟件的使用等。主要技術(shù)指標(biāo)：（1）對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行溫度檢測(cè)，判斷是否需要冷卻，以及采取的冷卻方式。（2）增加特殊模塊對(duì)工件進(jìn)行精加工，減小工件因拆裝造成誤差2.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基本要求（1）認(rèn)真做好文獻(xiàn)查閱工作；開(kāi)題前閱讀量中文文獻(xiàn)50篇外文文獻(xiàn)學(xué)30篇左右。（2）認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)，熟悉和掌握相關(guān)軟件的使用，如CADUG斯沃特?cái)?shù)控仿真軟件等。（3）文章格式統(tǒng)一、規(guī)范，并多用圖形、圖表、公式、數(shù)據(jù)、過(guò)程等來(lái)體現(xiàn)內(nèi)容；（4）認(rèn)真撰寫論文。要按學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)和論文寫作要求規(guī)范地撰寫論文，要獨(dú)立自主的完成，堅(jiān)決杜絕弄虛作假、抄襲剽竊等現(xiàn)象；（5）認(rèn)真填寫《百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（論文）進(jìn)展情況記錄表（學(xué)生用）》、《百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期自查表（學(xué)生用）》、《百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯提綱（學(xué)生用）》等文件。3.畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度安排（1）2013.12至2014.01做好課題調(diào)研工作，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，初步制定論文方案，撰寫開(kāi)題報(bào)告，進(jìn)行開(kāi)題答辯。（2）2014.01至2014.03圍繞所研究課題，進(jìn)行設(shè)計(jì)、測(cè)試、實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，并根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程整理論文論據(jù)素材。（3）2014.04至2014.05撰寫畢業(yè)論文，補(bǔ)充必要的測(cè)試，并于4月中旬、下旬撰寫出畢業(yè)論文初稿、修改稿。（4）2014.05至2014.05五月上旬完成定稿，準(zhǔn)備論文答辯。答辯后根據(jù)答辯專家組意見(jiàn)再修改，提交最終版。指導(dǎo)教師簽名：年月日百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期自查表系名物理與電信工程系年級(jí)2010專業(yè)金屬材料工程（鋁深加工）本人投入的時(shí)間和精力每周平均工作30小時(shí)，出勤情況：較好（√）、一般（）、差（）。影響時(shí)間投入的原因：找工作（√）、自身水平（√）、其他原因兼職。指導(dǎo)教師的投入指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)2次，大約2小時(shí)；指導(dǎo)形式：網(wǎng)絡(luò)（√）、電話（）、面對(duì)面（√）、其他；指導(dǎo)效果：好（√）、較好（）、一般（）、差（）。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作情況是否能按任務(wù)書的“進(jìn)程安排”完成工作：是（√）、否（），已完成內(nèi)容占全部工作50％。你的論題是：自選（）、專業(yè)安排（√）、跨專業(yè)（）。論題是否結(jié)合專業(yè)（是）、難度（適當(dāng)）、工作量（一般）。自己對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文件規(guī)范的學(xué)習(xí)情況：已了解（√）、部分了解（）、不清楚（）。條件保障試驗(yàn)設(shè)備和器材是否得到保證：是（√）、否（）。學(xué)校提供的圖書資料是否滿足需要：是（）、一般（√）、否（）。學(xué)校計(jì)算機(jī)上機(jī)條件：好（√）、較好（）、不好（）；約需10機(jī)時(shí)。經(jīng)費(fèi)來(lái)源：學(xué)校（）、個(gè)人（√）、尚無(wú)需要（）。存在問(wèn)題及整改思路存在問(wèn)題：校內(nèi)可供實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量及種類有限，實(shí)驗(yàn)材料有限及仿真軟件加工不理想。整改思路：合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，多去圖書館查資料熟悉數(shù)控技術(shù)和加工方法并配合仿真軟件進(jìn)行改造及實(shí)用性研究。學(xué)生簽名：年月日指導(dǎo)教師簽名：年月日百色學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）PAGE26數(shù)控車床技術(shù)與應(yīng)用金屬材料工程（鋁深加工）2010110439龐慎達(dá)指導(dǎo)教師：覃銘TC摘要\l1摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，普通車床已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展需要。數(shù)控車床的出現(xiàn)大大降低了工人們的勞動(dòng)強(qiáng)度,相比普通車床生產(chǎn)效率更高、穩(wěn)定性更好。然而復(fù)雜的制造工藝、控制系統(tǒng)、人機(jī)交互模式以及高昂的設(shè)備讓不少新老用戶望而止步。為了讓用戶能更好的使用數(shù)控車床進(jìn)行高效、安全、舒適的生產(chǎn)，對(duì)數(shù)控車床的改造具有深刻的研究意義。本項(xiàng)目以數(shù)控車床為主要研究對(duì)象，對(duì)數(shù)控車床的改造進(jìn)行評(píng)估和討論，用理論和實(shí)踐結(jié)合的方法對(duì)數(shù)控車床改進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究和檢驗(yàn)。找出數(shù)控車床存在的問(wèn)題并加以改進(jìn)，探索更為高效、價(jià)格合理、安全的改造方法。配合仿真軟件斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件和廣州數(shù)控GSK980TDb型數(shù)控車床進(jìn)行研究。采用觀察法、理論分析法和實(shí)際加工進(jìn)行對(duì)比,并結(jié)合用戶反饋為研究數(shù)控車床改造后效能提供評(píng)估依據(jù)。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床改造；仿真軟件；人機(jī)交互；結(jié)構(gòu)CNCLatheTechnologyandApplicationsTCABSTRACT\l1Abstract:Alongwithsociety'sprogressandthedevelopmentofscienceandtechnology，generallathesalreadymoreandmorecannotadapttotheneedsofthedevelopmentofsociety'sdevelopmentrequires.TheemergenceofCNClathesgreatlyreducesthelaborintensityofworkers,ComparedwithgenerallathestheCNClatheshavehigherproductionefficiencyandbetterstability.Butthecomplexmanufacturingprocesses,controlsystems,Human-computerinteractionmodeandexpensiveequipmentmakemanyoldandnewuserstoptheadvance.InordertoallowuserstomakebetteruseofCNClatheswithefficient,safeandcomfortableinproduction,therehaveaprofoundsignificanceforthetransformationofCNClathes.Inthispaper,CNClatheasthemainobjectofstudy,toassessanddiscussionthetransformationofCNClathes,withacombinationoftheoryandpracticalmethodsforCNClathe'simprovedtechnologytoresearchandverification.FindouttheproblemsofCNClathethentoimproveCNClathe.Exploremoreefficient,affordableandsafemethodoftransformation.WithsimulationsoftwareSWCNCandGSKCNClatheGSK980TDbtostudy.Usingobservationmethod,theoreticalanalysisandtheactualprocessingtocomparison,combinedwithuserfeedbacktothestudyofthetransformationofCNClathesprovideassessmentsbasedonperformance.Keywords：TransformCNClathe；Simulationsoftware；Human-computerinteractionmode；Structure1緒論自從我國(guó)加入世界貿(mào)易組織（WTO）后，慢慢變成了世界工廠。以珠三角和長(zhǎng)三角為重點(diǎn)向內(nèi)陸輻射，數(shù)控車床在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。然而我國(guó)在數(shù)控車床的擁有量和自動(dòng)化程度相比美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家都有一定的差距。高精度機(jī)床和專用機(jī)床研發(fā)周期長(zhǎng)，制造成本大，中小企業(yè)要想更換新車床難以實(shí)現(xiàn)，老舊的車床生產(chǎn)效率及質(zhì)量面對(duì)客戶的要求更加顯得力不從心。因此對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行改造使其獲得新生，增加的功能對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化的提高有一定的幫助。在利用現(xiàn)有車床進(jìn)行改造升級(jí)節(jié)約了成本，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這具有非常重要的研究意義，數(shù)控車床的改造具有迫切性和必要性，是一個(gè)重要的研究方向。1.1本文的研究背景進(jìn)入21世紀(jì)，工業(yè)得到了空前的發(fā)展，數(shù)控車床的應(yīng)用也相應(yīng)擴(kuò)大，我國(guó)慢慢成為世界工業(yè)制造中心，車床的擁有量巨大并持續(xù)增長(zhǎng)。然而大多數(shù)車床都是非數(shù)控或者處在比較低的自動(dòng)化水平，機(jī)床使用年限長(zhǎng)，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國(guó)家，生產(chǎn)周期卻更長(zhǎng)，這與我國(guó)的工業(yè)化格格不入，嚴(yán)重影響了企業(yè)的發(fā)展和國(guó)家的進(jìn)步。但是大規(guī)模更換設(shè)備存在資金問(wèn)題且發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖高端的車床根本不可能出售。大企業(yè)費(fèi)盡周章引進(jìn)的先進(jìn)設(shè)備苦于無(wú)高素質(zhì)人才或者使用者稂莠不齊，使設(shè)備無(wú)法正常生產(chǎn)甚至損壞，使企業(yè)蒙受了巨大的損失。當(dāng)車床不能為人類服務(wù)時(shí)它就像燙手山芋，因此對(duì)數(shù)控車床的改造不失為一個(gè)提高企業(yè)業(yè)績(jī)的好方法。1.2數(shù)控車床的組成和簡(jiǎn)介數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡(jiǎn)稱主要有臥式和立式兩種，是通過(guò)軟件數(shù)控技術(shù)和硬件伺服系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)加工的機(jī)床，可對(duì)工件進(jìn)行外圓、端面、內(nèi)圓、螺紋和攻絲等加工作業(yè)[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中有著不可替代的地位。車床的操作者也有一個(gè)響當(dāng)當(dāng)?shù)拿帧嚬?。普通車床的主要組成部件有：主軸箱、變速齒輪箱、進(jìn)給系統(tǒng)、刀架、尾架、床身和冷卻裝置等。數(shù)控車床與普通車床的區(qū)別主要在于主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給是由伺服系統(tǒng)控制，但其加工方式是一樣的。得益于伺服系統(tǒng)數(shù)控加工大大優(yōu)于普通加工。車刀是屬于車床的重要一部分，在車削加工中起切削工件的作用。車刀由刀桿和刀頭組成，刀桿主要是碳素鋼制成，刀頭則有高速鋼和合金鋼兩種刀頭[2]。因?yàn)榈额^是加工的部分因此對(duì)材料的強(qiáng)韌性有著極高的要求。車刀種類有：外圓車刀、內(nèi)孔車刀、45度車刀和切斷刀等。在加工中可根據(jù)需要使用一種或者多種車刀進(jìn)行加工。1.3數(shù)控車床的工作方式數(shù)控車床加工時(shí)會(huì)根據(jù)使用者設(shè)定的程序控制車床運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工件輪廓加工達(dá)到使用零件的要求。在加工之前使用者要根據(jù)圖紙編寫程序和輸入相關(guān)參數(shù)，也可以通過(guò)I/O輸入加工程序，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)對(duì)程序進(jìn)行編譯執(zhí)行，從而控制伺服電機(jī)主軸等。這其中還要根據(jù)加工零件的要求確定加工方式、流程和進(jìn)刀等。簡(jiǎn)單的加工可以采用手工編程，復(fù)雜的則可以借助CAD/CAM和UG等輔助軟件協(xié)助編程。數(shù)控車床的高精度得益于刀具的補(bǔ)償系統(tǒng)，在固定的周期內(nèi)測(cè)量刀具的損耗進(jìn)行補(bǔ)償[3]。大概工作流程如圖1.1所示。圖1.1刀具補(bǔ)償原理圖1.4數(shù)控車床相比普通車床的優(yōu)劣數(shù)控車床設(shè)計(jì)及制造都有極高的技術(shù)門檻，比普通車床貴得多，因此大多數(shù)企業(yè)都以普通車床為主，但是普通車床不適合批量自動(dòng)化生產(chǎn)，耗費(fèi)大量人力物力。在大量生產(chǎn)中數(shù)控車床證明它的魅力，擁有精度高、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量高、受使用者精神狀態(tài)影響小、方便管理、安全快速和節(jié)省人力等優(yōu)點(diǎn)。然而數(shù)控車床帶來(lái)的并不都是好處，在生產(chǎn)小批量的零件時(shí)數(shù)控車床需要經(jīng)常更改程序、裝夾工件和對(duì)刀等，而普通車床可憑借車工的經(jīng)驗(yàn)快速完成生產(chǎn)任務(wù)，數(shù)控車床的復(fù)雜構(gòu)造使得維修維護(hù)變得異常繁重，對(duì)車工的要求也水漲船高，此時(shí)的人才培養(yǎng)卻很難跟上數(shù)控車床的發(fā)展一度使得先進(jìn)設(shè)備無(wú)法發(fā)揮最大的作用。2數(shù)控車床的改造及設(shè)計(jì)2.1為什么要改造數(shù)控車床隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)有的大量車床已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化程度低以及老舊困擾著這些車床。對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行改造以改善生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)緩解企業(yè)大規(guī)模更換設(shè)備帶來(lái)的壓力。因此對(duì)數(shù)控車床的改造是迫在眉睫的。現(xiàn)以現(xiàn)有的廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床為代表進(jìn)行研究改造。2.2現(xiàn)有廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床的狀態(tài)數(shù)控車床在發(fā)生撞刀后機(jī)床自動(dòng)換刀裝置失效，很長(zhǎng)一段時(shí)間處于閑置狀態(tài)，車床整體處于缺乏維護(hù)的狀態(tài)。為了讓該車床恢復(fù)使用甚至增加功能現(xiàn)決定對(duì)其進(jìn)行改造。但在改造前需要對(duì)車床進(jìn)行維修和檢測(cè)。在對(duì)車床的主動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)車床除換刀裝置伺服電機(jī)燒毀外并未存在重大的故障。更換該電機(jī)后并對(duì)刀架和夾盤重新安裝，多次測(cè)試顯示車床仍能正常工作符合改造條件。2.3數(shù)控車床的改造目標(biāo)廣州數(shù)控GSK980TDb是一款經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控車床，是GSK980TDa型的升級(jí)產(chǎn)品，外形安裝尺寸、指令系統(tǒng)與GSK980TDa完全兼容[4]。本項(xiàng)目擬對(duì)數(shù)控車床的功能進(jìn)行改造和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。使數(shù)控車床在滿足常規(guī)生產(chǎn)的同時(shí)對(duì)軸類零件的生產(chǎn)達(dá)到更高的精度，而且達(dá)到更好的冷卻效果。預(yù)期達(dá)到的改造后效果：恢復(fù)機(jī)床的正常生產(chǎn)功能；在生產(chǎn)軸類零件或者對(duì)外圓表面要求較高的工件時(shí)，可對(duì)外圓進(jìn)行精磨；機(jī)床工作時(shí)冷卻效果更佳；圖2.1廣州數(shù)控GSK980TDb控制顯示面板2.4數(shù)控車床的發(fā)展方向和國(guó)內(nèi)外的車床改造研究動(dòng)態(tài)數(shù)控車床的發(fā)展方向：數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)上的應(yīng)用給工業(yè)制造帶來(lái)了翻天覆地的變化。使傳統(tǒng)制造逐漸遠(yuǎn)離人們的視線，而且數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為了現(xiàn)代制造業(yè)的代表。數(shù)控車床作為數(shù)控機(jī)床的一種典型機(jī)床，正朝著高速化、精密化、高可靠性、設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化、功能復(fù)合化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化等方向發(fā)展。先進(jìn)的技術(shù)讓數(shù)控車床煥發(fā)著時(shí)代的魅力。其中主軸的動(dòng)力方面采用了電主軸，去除了帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等環(huán)節(jié)，不僅讓轉(zhuǎn)速可以達(dá)到10000r/min以上，還讓噪音水平降了不少。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造更讓數(shù)控車床如虎添翼，CAD的使用讓人們免于手工繪圖的大量工作和有助于加工方案的選擇及優(yōu)化。UG等三維軟件能逼真的顯示工件的最終形態(tài)，提高了設(shè)計(jì)的成功率縮小了設(shè)計(jì)周期和節(jié)約了成本。人機(jī)交互的優(yōu)化讓人們的編程更簡(jiǎn)單提高了加工效率。國(guó)內(nèi)的車床改造研究動(dòng)態(tài)：數(shù)控車床的優(yōu)勢(shì)給制造業(yè)帶來(lái)的巨大吸引力使得各企業(yè)及機(jī)構(gòu)紛紛對(duì)車床進(jìn)行數(shù)控化改造或者升級(jí)，針對(duì)那些已經(jīng)不符合生產(chǎn)要求或者閑置的車床進(jìn)行相應(yīng)的改造，使車床能夠重新合理加工，縮短加工時(shí)間和提高加工質(zhì)量，普通車床也因此走上了專業(yè)化的道路。在我國(guó)普通車床的擁有量非常可觀因此普通車床數(shù)控化改造成了國(guó)內(nèi)一個(gè)非常重要的研究方向，大量的普通車床的改造讓企業(yè)節(jié)約了大量資金，普通車床的數(shù)控化及特殊改造讓普通車床的加工由勞動(dòng)密集型向智能型轉(zhuǎn)化，不僅可以讓車床恢復(fù)生產(chǎn)甚至擴(kuò)大車床的加工能力[6]。提高了企業(yè)的生產(chǎn)能力，可以說(shuō)普通車床的改造是企業(yè)現(xiàn)代化的有效途徑。我國(guó)的數(shù)控車床擁有量少，而且數(shù)控化水平相對(duì)低，比美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家落后20年左右。因此落后的數(shù)控車床的改造尤為重要。數(shù)控車床的改造有著自己的特點(diǎn)如：投資少見(jiàn)效快、便于維護(hù)、技術(shù)方案多種多樣、企業(yè)針對(duì)性強(qiáng)等。常見(jiàn)的數(shù)控車床改造方案有：車床機(jī)械部分和電氣部分的翻新和改造；在原有數(shù)控車床的顯示面板增加加工的實(shí)時(shí)信息顯示，如溫度、轉(zhuǎn)速、刀具坐標(biāo)等；針對(duì)某些零件的加工需要對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行特殊化改造以便適應(yīng)該工件的生產(chǎn)；更換動(dòng)力系統(tǒng)或者電機(jī)的調(diào)整裝置，以便節(jié)能及提高精度；用PLC代替大量的繼電氣，提高車床可靠性和有助于縮小車床體積及車床的維護(hù)；國(guó)外研究動(dòng)態(tài)：在國(guó)外數(shù)控車床的改造已經(jīng)成為一個(gè)產(chǎn)業(yè)，新機(jī)床的高昴價(jià)格讓企業(yè)望而卻步，二手機(jī)床因此獲得新生，在德國(guó)為了讓二手機(jī)床市場(chǎng)規(guī)范化甚至成立了一個(gè)新的工業(yè)部門。有了政府的監(jiān)督和支持讓機(jī)床的改造有了質(zhì)量的保證，數(shù)控車床的改造也因此得到發(fā)展[7]。政府的介入企業(yè)的技術(shù)支持讓改造后的車床售后服務(wù)同樣出色，消除了用戶的后顧之憂。在國(guó)外技術(shù)部門根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)工人的特點(diǎn)和對(duì)車床的了解對(duì)車床進(jìn)行相應(yīng)改造和升級(jí)，這個(gè)產(chǎn)業(yè)慢慢擴(kuò)大初步形成了數(shù)控車床改造的基石[8]。在技術(shù)帝國(guó)—美國(guó)從事數(shù)控車床改造的公司有非常著名的US設(shè)備公司而在日本相應(yīng)的公司有濱田工程公司等。德美日等發(fā)達(dá)國(guó)家代表了世界車床改造的先進(jìn)方向，這是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)正處在最佳的發(fā)展時(shí)期，是一個(gè)具有重要研究意義的課題。2.5數(shù)控車床改造的市場(chǎng)需求目前國(guó)內(nèi)的車床無(wú)論是數(shù)控還是非數(shù)控都存在機(jī)齡大、相對(duì)落后的特點(diǎn)，老舊的車床無(wú)論在自動(dòng)化還是精度上都劣于新的車床，然而大規(guī)模更換設(shè)備對(duì)任何一個(gè)企業(yè)來(lái)說(shuō)都不是件輕松的事，舊車床的改造升級(jí)就突出了優(yōu)勢(shì)，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)改造后的車床在功能或者效率方面都有了相對(duì)的提高無(wú)異是首選，且在我國(guó)符合改造的車床數(shù)量巨大市場(chǎng)前景好容量大。3數(shù)控車床改造方案的選擇3.1國(guó)內(nèi)的主要數(shù)控系統(tǒng)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床分硬件和軟件兩部分，如果硬件是它的手腳那軟件就是它的大腦。因此軟件的選擇一定程度上限制了數(shù)控車床的功能和發(fā)展[9]。國(guó)內(nèi)常用的數(shù)控系統(tǒng)有很多如廣州數(shù)控、北京凱恩帝數(shù)控系統(tǒng)、南京華興數(shù)控系統(tǒng)、華中數(shù)控、成都廣泰數(shù)控、深圳眾為興數(shù)控、南京仁和、沈陽(yáng)高精、大連高金、大連大森、大連光洋、北京凱奇、北京航天、上海開(kāi)通、臺(tái)灣臺(tái)達(dá)、臺(tái)灣寶元、臺(tái)灣新代等等。應(yīng)用比較廣泛的有華中數(shù)控和廣州數(shù)控兩種，在這里就廣州數(shù)控進(jìn)行介紹[10]。3.1.1廣州數(shù)控的簡(jiǎn)介廣州是我國(guó)南方的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)基地，于1991年成立以生產(chǎn)銷售數(shù)控機(jī)床為主，并積極推廣數(shù)控機(jī)床的改造。廣州數(shù)控自成立以來(lái)秉承科技創(chuàng)新，以核心技術(shù)為動(dòng)力，以追求卓越品質(zhì)為目標(biāo)，以提高用戶生產(chǎn)力為先導(dǎo)，服務(wù)于廣大用戶為數(shù)控國(guó)產(chǎn)化作出了巨大的貢獻(xiàn)[11]。廣州數(shù)控的產(chǎn)品多種多樣，加工中心、鉆銑床、數(shù)控車床等。業(yè)務(wù)范圍涵蓋機(jī)床系統(tǒng)配套服務(wù)，數(shù)控機(jī)床營(yíng)銷，普通機(jī)床數(shù)控化改造，教學(xué)機(jī)床及軟件和工業(yè)自動(dòng)化等。在成立以廣州數(shù)控取得了大量科研成果，擁有眾多專利。其中GSK980TD系列數(shù)控車床就是一個(gè)典型代表。3.1.2廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床的簡(jiǎn)介GSK980TDb是基于GSK980TDa升級(jí)軟硬件推出的新產(chǎn)品，可控制5個(gè)進(jìn)給軸（含C軸）、2個(gè)模擬主軸，2ms高速插補(bǔ)，0.1μm控制精度，顯著提高了零件加工的效率、精度和表面質(zhì)量。新增USB接口，支持U盤文件操作和程序運(yùn)行。作為GSK980TDa的升級(jí)產(chǎn)品，GSK980TDb是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床技術(shù)升級(jí)的最佳選擇[12]。功能簡(jiǎn)介如下：X、Z、Y、4th、5th五軸控制，Y、4th、5th軸的軸名、軸型可定義2ms插補(bǔ)周期，控制精度1μm、0.1μm可選最高速度60m/min（0.1μm時(shí)最高速度24m/min）適配伺服主軸可實(shí)現(xiàn)主軸連續(xù)定位、剛性攻絲、剛性螺紋加工內(nèi)置多PLC程序，當(dāng)前運(yùn)行的PLC程序可選擇G71指令支持凹槽外形輪廓的循環(huán)切削支持語(yǔ)句式宏指令編程，支持帶參數(shù)的宏程序調(diào)用支持公制/英制編程，具有自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)倒角、刀具壽命管理功能支持中文、英文、西班牙文、俄文顯示，由參數(shù)選擇具備USB接口，支持U盤文件操作、系統(tǒng)配置和軟件升級(jí)2路0V～10V模擬電壓輸出，支持雙主軸控制1路電子手輪輸入，支持手持式電子手輪40點(diǎn)通用輸入/32點(diǎn)通用輸出外形安裝尺寸、指令系統(tǒng)與GSK980TDa完全兼容圖3.1廣州數(shù)控GSK980TDb車床3.2改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的選擇根據(jù)廣州數(shù)控GSK980TDb的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，主要通過(guò)對(duì)廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床進(jìn)行功能和冷卻系統(tǒng)上的改造。方案如下：（1）重新設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)讓機(jī)床更好的冷卻；（2）增加一個(gè)砂輪刀實(shí)現(xiàn)對(duì)軸類零件外圓精磨；廣州數(shù)控GSK980TDb型數(shù)控車床可對(duì)回轉(zhuǎn)類零件進(jìn)行加工，可裝夾4把刀具在加工過(guò)程中進(jìn)行切換。對(duì)軸類零件的加工可實(shí)現(xiàn)一次裝夾配合不同刀具對(duì)零件加工最后得到成品[13]。結(jié)構(gòu)的改造：為實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床功能上的改造，使車床滿足加工需要，改造換刀裝置，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)，提高車床的冷卻效果。電氣控制系統(tǒng)的改造：更改伺服系統(tǒng)參數(shù)，重新編寫PLC程序，加入溫度傳感器，及相應(yīng)控制元件滿足電路要求。3.3改進(jìn)的相關(guān)設(shè)計(jì)針對(duì)廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床的改造設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：恢復(fù)車床功能，滿足車床的生產(chǎn)需要；優(yōu)化冷卻系統(tǒng)使車床更加可靠節(jié)能；特定的軸類零件在一次裝夾就完成加工，大大提高加工速率和質(zhì)量，讓車床生產(chǎn)能力和精度相應(yīng)提高。3.4數(shù)控車床的改造步驟1.運(yùn)用理論知識(shí)對(duì)改造方案進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化2.針對(duì)車床的改造方案對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改造，包括刀架，冷卻系統(tǒng)的改造。3.對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，PLC的調(diào)試，最終完成數(shù)控車床的改造。4對(duì)廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的分析4.1數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控車床的加工過(guò)程中，由夾具夾緊工件同時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)，而進(jìn)給系統(tǒng)控制刀具的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行回轉(zhuǎn)加工，從而得到斷面為圓形的產(chǎn)品[14]。在車床中進(jìn)給系統(tǒng)主要提供刀具在縱向和橫向的運(yùn)動(dòng)，在進(jìn)給過(guò)程中有速度慢消耗功率小等特點(diǎn)。而在數(shù)控車床中進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力主要來(lái)源于伺服電機(jī)，伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的配合實(shí)現(xiàn)了刀具的進(jìn)給。目前采用量較大的伺服電機(jī)在工作中能反饋位移等數(shù)據(jù)，有利于提高車床的加工精度。而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滾珠絲杠螺母副有著極高的傳動(dòng)比將非直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，即使在低速下進(jìn)給也不會(huì)發(fā)生進(jìn)給速率的跳動(dòng)，它的工作原理是在絲桿和螺母中加工圓槽并加入滾珠，絲桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)螺母運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到控制進(jìn)給的目的[15]。常見(jiàn)的有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，如圖4.1：圖4.1滾珠絲杠螺母副4.2主軸傳動(dòng)系統(tǒng)主軸的傳動(dòng)系統(tǒng)主要是提供夾盤和工件的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力，其特點(diǎn)是速度快、噪音大、耗能大、互換性高等特點(diǎn)。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的控制尤為重要，車床中變速的方式有機(jī)械有級(jí)手動(dòng)變速、機(jī)械有級(jí)半自動(dòng)變速、變頻無(wú)級(jí)自動(dòng)變速和交流主軸伺服無(wú)級(jí)自動(dòng)變速四種常見(jiàn)方式。在前兩種變速方式中不同的齒輪配合從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的，在工作過(guò)程中不能調(diào)速，需要工件停止轉(zhuǎn)動(dòng)再調(diào)速不方便因而在數(shù)控系統(tǒng)中不采用，這類機(jī)械變速裝置主要用于普通車床中[16]。而變頻控速在技術(shù)上不難實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)的速度控制在自動(dòng)控制中采用比較廣泛。4.3刀架刀架在車床中主要起裝夾刀具的作用，并且在工作中能夠?qū)Φ侗P進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)和定位，在車床中起著至關(guān)重要的作用，是數(shù)控車床的重要組成部分。因?yàn)閿?shù)控車床在加工中往往有多道工序并且不能在中途換刀，因此安裝刀具需要高精度。刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)主要有液壓和電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種方式，廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床采用的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，和大多數(shù)小型數(shù)控車床一致[17]。4.4數(shù)控車床的輔助系統(tǒng)在一臺(tái)數(shù)控車床中有著眾多附屬的設(shè)施，其中夾盤、尾座和防護(hù)罩等。夾盤有手動(dòng)和液壓兩種緊固方式，同樣尾座也采用手動(dòng)和液壓兩種方式，小型數(shù)控車床多采用手動(dòng)方式[18]。在夾盤中手動(dòng)和液壓都有自己的優(yōu)點(diǎn)，手動(dòng)便宜方便維護(hù)新手也不存在使用上的障礙，液壓在相對(duì)手動(dòng)來(lái)說(shuō)操作操作維護(hù)更加復(fù)雜，在裝夾過(guò)程中省力也更可靠，但因其價(jià)格昂貴一般機(jī)床不予采用。4.5廣州數(shù)控GSK980TDb型數(shù)控車床的優(yōu)點(diǎn)1.車床床身強(qiáng)度高、穩(wěn)固，在工作中有利于機(jī)床穩(wěn)定工作，減小在工作中產(chǎn)生的振動(dòng)。2.車床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，易于維護(hù)，模塊化有利于根據(jù)客戶要求更換維護(hù)相關(guān)模塊。3.車床性價(jià)比高，擁有高性價(jià)比的同時(shí)廣州數(shù)控GSK980TDb在精度及傳動(dòng)效率上也不輸相似的車床。4.6廣州數(shù)控GSK980TDb數(shù)控車床結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)4.6.1箱體的改造設(shè)計(jì)箱體是一臺(tái)車床最大的部件，箱體的好壞很大程度影響著車床的安全性能和美觀。在工作過(guò)程中箱體起保護(hù)車床和人員免受傷害的作用，車床在工作過(guò)程中高速旋轉(zhuǎn)以及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都會(huì)容易引起意外，工件及工具都有可能掉入車床有極大的危險(xiǎn)性[19]。為防止此類事故的發(fā)生在箱體不作大的改動(dòng)時(shí)，在床頭（如圖4.2所示紅圈位置）加工一個(gè)工具箱，平時(shí)所用的工件毛坯及常用工具都可以放在床頭工具箱中，在車床工作過(guò)程中箱門處于關(guān)閉狀態(tài)，即使在加工過(guò)程中有物品掉落也不會(huì)落到車床中造成意外。箱體的改造利用了車床的空間，又不影響車床的強(qiáng)度和床身的穩(wěn)定性，符合改造的要求[20]。為最大限度利用箱體，工具工具箱尺寸可以根據(jù)床頭箱的大小進(jìn)行制作，設(shè)計(jì)上工具箱與床頭分離，方便制作又安全。改造后車床的床頭如圖4.3所示：圖4.2車床床頭圖4.3車床床頭改造后效果圖4.6.2冷卻系統(tǒng)的改造冷卻系統(tǒng)是廣州數(shù)控GSK980TDb的一個(gè)重要部分，主要組成部分有水泵、冷卻回路、噴嘴及冷卻水箱等[21]。冷卻水箱在車床中占有很大一部分空間直接影響著車床的外觀和布局，因此水箱設(shè)計(jì)的好壞一定程度上影響車床的美觀和空間利用率。冷卻水箱在重要性上不如傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)等，但在車床設(shè)計(jì)上為保證足夠的切削加工空間，車床操作也應(yīng)該符合人機(jī)工程學(xué)，且車床的外形設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向于簡(jiǎn)單化，車床的占地面積也慢慢變小。數(shù)控車床在金屬切削加工中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，會(huì)損壞刀具加速刀具磨損和影響加工精度，所以工件和刀具都要進(jìn)行冷卻，冷卻系統(tǒng)這時(shí)候就起到至關(guān)重要的作用。對(duì)于冷卻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)首選要考慮的就是冷卻水箱的安放和大小。冷卻水的補(bǔ)充和更換要方便，水位標(biāo)識(shí)應(yīng)該放置在顯眼的位置，冷卻水箱的整體設(shè)計(jì)原則上不能影響車床的操作和車床的剛性及加工精度。車床的冷卻系統(tǒng)的維護(hù)維修一般都是更換、補(bǔ)充冷卻液，清洗、更換過(guò)濾裝置等。常見(jiàn)的維護(hù)方法有以下幾種：（1）觀察水箱的水位標(biāo)識(shí)，當(dāng)水位下降至危險(xiǎn)水位時(shí)應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充冷卻液，在工作中冷卻系統(tǒng)的水泵入水口應(yīng)該在冷卻液面以下，當(dāng)冷卻液被告污染時(shí)應(yīng)該對(duì)冷卻液給予更換，操作方法是將水箱下方的螺栓擰開(kāi)，待廢液全部排出后對(duì)水箱進(jìn)行清理符合標(biāo)準(zhǔn)后加入新的冷卻液[22]。（2）冷卻水箱外觀上是一個(gè)整體，但其內(nèi)部是分為兩個(gè)腔體，過(guò)慮網(wǎng)放在圖4.4所示擋板位置方便取出及清洗，多級(jí)離心泵吸水口應(yīng)該裝上過(guò)濾裝置防止冷卻液中雜質(zhì)堵塞水泵，無(wú)論是過(guò)濾網(wǎng)還是離心泵過(guò)濾裝置都應(yīng)該定時(shí)清理和維護(hù)，一般視使用情況而定。圖4.4冷卻水箱示意圖廣州數(shù)控GSK8980TDb數(shù)控車床的冷卻系統(tǒng)基本符合要求，普通車床的噴嘴如圖4.5所示圖4.5車床冷卻水噴嘴位置在車床工作時(shí)會(huì)隨工作臺(tái)的移動(dòng)而移動(dòng)，使用著可能通過(guò)按鍵或者控制面板使冷卻系統(tǒng)開(kāi)始工作對(duì)車床進(jìn)行必要冷卻，減小車床因大量發(fā)熱引起的刀具磨損加速及熱膨脹引起的加工精度降低。數(shù)控車床在加工中有時(shí)候會(huì)遇到比較復(fù)雜的曲面，刀具的移動(dòng)和冷卻噴嘴移動(dòng)不同步及工件的阻擋造成部分時(shí)候無(wú)法對(duì)車刀進(jìn)行冷卻，使工件表面質(zhì)量下降，比如在加工直徑變化較大的工件(如圖4.6)時(shí)，冷卻噴嘴往往無(wú)法隨刀具縱向移動(dòng)，這時(shí)候加工表面就容易產(chǎn)生火花對(duì)加工質(zhì)量的控制極為不利。圖4.6加工直徑變化大的工件示意圖這個(gè)時(shí)候我們可以對(duì)車床的噴嘴進(jìn)行改造，以達(dá)到更好的冷卻效果。綜合考慮設(shè)計(jì)了一個(gè)具有多個(gè)噴嘴的冷卻系統(tǒng)，且每個(gè)噴嘴都可以更換不同類型的噴頭，這類似農(nóng)業(yè)活動(dòng)中常用的噴霧器，在工作中可以選擇不同的噴頭。擬設(shè)計(jì)最少噴嘴數(shù)量為2（如圖4.7），這樣即使在加工大直徑工件時(shí)也能很好的冷卻[23]。冷卻噴嘴能夠自由彎曲，在應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的曲面時(shí)也游刃有余，同時(shí)更換不同的噴頭也能得到不同的冷卻效果，可以大面積噴撒冷卻液也可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行噴撒冷卻液。噴嘴的增加勢(shì)必造成冷卻管內(nèi)的壓力減小，但考慮到多級(jí)離心泵提供的冷卻液足夠在此不予以考慮。圖4.7改造后冷卻噴嘴示意圖廣州數(shù)控GSK980TDb也存在冷卻的問(wèn)題，加工過(guò)程中冷卻不夠理想。為了改善廣州數(shù)控GSK980TDb的冷卻問(wèn)題，對(duì)其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造。如圖4.8所示車床的冷卻系統(tǒng)略顯簡(jiǎn)單僅僅有一個(gè)噴嘴，自帶的水閥在工作中容易因?yàn)槿藶榈氖韬鐾洿蜷_(kāi)而造成冷卻系統(tǒng)失效。圖4.8現(xiàn)有車床冷卻噴嘴綜合上述的情況，決定對(duì)廣州數(shù)控GSK980TDb進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造，方案如下：在車床的夾具上方（圖4.9所示紅圈位置）增加一個(gè)冷卻噴嘴，而原先刀架的噴嘴予以保留，這借鑒了數(shù)控加工中心的冷卻噴嘴安裝方法，在增加的噴嘴上取消了手工控制的水閥，換用由數(shù)控車床控制的電磁閥[24]。采用具有不同噴水方式噴頭在工作中可以根據(jù)需要隨時(shí)更換，可噴出霧狀或者相對(duì)集中的冷卻液，通過(guò)調(diào)節(jié)可以讓冷卻面積變大變小，切削面因此得到了更好的冷卻。另安裝一個(gè)溫度傳感器對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行溫度檢測(cè)，在車床工作時(shí)冷卻方式設(shè)計(jì)為主動(dòng)散熱和被動(dòng)散熱兩種方式。主動(dòng)散熱時(shí)原有噴嘴和新增加的噴嘴同時(shí)工作達(dá)到最佳的冷卻效果。而被動(dòng)散熱時(shí)原刀架處噴嘴關(guān)閉，而新增加的噴嘴在溫度檢測(cè)并經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)比判斷是否需要冷卻而選擇性打開(kāi)冷卻系統(tǒng)，如溫度設(shè)定為大于100℃時(shí)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)。經(jīng)過(guò)改造后即使車床在忘記打開(kāi)冷卻系統(tǒng)也能在數(shù)控系統(tǒng)的保護(hù)下被動(dòng)冷卻達(dá)到了冷卻和保護(hù)刀具的目的，讓加工產(chǎn)品的質(zhì)量有了更多的保障。在對(duì)冷卻系統(tǒng)改造的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)部的改造相對(duì)外部改造要簡(jiǎn)單得多，方案如下：改造前冷卻系統(tǒng)主要由多級(jí)離心泵提供液壓，而冷卻噴嘴只有一個(gè)，因此冷卻液只有從多級(jí)離心泵到冷卻噴嘴一條管路，新增加的噴嘴同樣由多級(jí)離心泵提供冷卻液，因此要在原管路上增加一個(gè)分支，用于提供新增加的噴嘴的冷卻液。改造前后簡(jiǎn)圖如圖4.10所示。新增加的冷卻噴嘴采用智能控制方式，可以采用自動(dòng)和手動(dòng)控制兩種工作方式，當(dāng)采用手動(dòng)控制時(shí)手動(dòng)可控制電磁閥開(kāi)關(guān)；當(dāng)采用自動(dòng)控制時(shí)，電磁閥開(kāi)關(guān)溫度由用戶設(shè)定，當(dāng)冷卻開(kāi)啟溫度設(shè)定為80.6℃冷卻關(guān)閉溫度設(shè)定為70.1℃時(shí)，加工區(qū)域溫度大于設(shè)定值電磁閥自動(dòng)打開(kāi)反之則關(guān)閉，效果如圖4.11所示。圖4.9車床新增噴嘴位置圖4.10冷卻噴嘴改造前后對(duì)比圖4.11冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制模塊改造方案需要對(duì)車床的液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)出廠已經(jīng)設(shè)計(jì)好的液壓回路進(jìn)行修改，需要對(duì)車床進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的修改。冷卻系統(tǒng)改造后提高了車床的性能，車床的冷卻得到了更好的解決，有效保護(hù)了車床及刀具免受高溫引起的快速磨損，節(jié)約了加工成本提高了加工質(zhì)量。4.6.3刀架的改造刀具是數(shù)控車床的加工工具，經(jīng)工件外形和加工方案而確定使用刀具。作為數(shù)控車床最重要的一部分，刀架起著至關(guān)重要的作用，可以說(shuō)刀架決定了數(shù)控車床的加工能力。對(duì)于數(shù)控車床的設(shè)計(jì)首先要保證數(shù)控車床的加工能力，其次考慮使用的人性化設(shè)計(jì)，方便使用的操作。所以車床的改造首先要保證其恢復(fù)原先的生產(chǎn)能力，再在這基礎(chǔ)上對(duì)刀架進(jìn)行改造[25]。在軸類工件的加工中部分區(qū)域?qū)群捅砻娲植诙扔兄容^高的要求，如安裝軸承的位置，如果軸表面質(zhì)量差，安裝軸承容易造成同軸度低，影響機(jī)械的性能引起大的噪音和高振動(dòng)。數(shù)控車床的刀架維護(hù)一般主要為確保刀架潤(rùn)滑和工作精度。車床操作時(shí)要求在工作前和工作后都要對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)和刀架潤(rùn)滑，當(dāng)潤(rùn)滑油少時(shí)應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充，可用專用的工具添加潤(rùn)滑油。換刀機(jī)構(gòu)包括刀架的伺服電機(jī)，當(dāng)伺服電機(jī)接受數(shù)控系統(tǒng)指令時(shí)旋轉(zhuǎn)刀架實(shí)現(xiàn)換刀。再根據(jù)工藝要求對(duì)工件進(jìn)行加工。廣州數(shù)控的刀架能安裝四把刀具，基本能滿足日常的加工，但是在對(duì)要求高精度的軸進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)顯得略顯不足，加工中受使用的刀具影響即使是精車也會(huì)存在刀痕，造成精度下降。針對(duì)這種狀況可以改造車床的刀架，以達(dá)到精加工的目的。設(shè)計(jì)把外圓磨床的功能整合到數(shù)控車床上，以達(dá)到一次裝夾到成品的目的，降低工件拆裝造成的誤差。改造會(huì)減小車床的加工空間，對(duì)車床的整體性能影響在可以接受的范圍內(nèi)。改造后對(duì)原車床功能影響不大能方便使用者的使用。廣州數(shù)控GSK980TDb基本滿足加工的需求，為提高其加工能力對(duì)刀架進(jìn)行改造。圖4.12改造后的精加工示意圖改造方案如下：在車床的刀架旁安裝砂輪機(jī)，仿造外圓磨床對(duì)軸的外圓進(jìn)行加工。由于床鞍的厚度不夠不適合直接打孔攻螺紋，故需要在安裝前在相應(yīng)位置加焊已經(jīng)打好相應(yīng)螺紋孔的鋼板，這時(shí)只需四枚螺栓就可以對(duì)砂輪機(jī)進(jìn)行安裝。原車床的刀架保留相當(dāng)于加工時(shí)由車刀和砂輪共同完成，此時(shí)軸的表面和精度都得到很好的保證。大大提高了數(shù)控車床的加工能力。改造后簡(jiǎn)圖如圖4.13所示：圖4.13砂輪機(jī)安裝簡(jiǎn)圖此改造方案安裝位置為下圖4.14紅圈所示位置，利用車床本身的進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)砂輪進(jìn)行控制，由于床鞍位置有限，為不影響車床的正常加工所以砂輪采用小直徑的類型。此方案對(duì)車床的影響較大，要對(duì)進(jìn)刀系統(tǒng)進(jìn)行一定的改造對(duì)強(qiáng)度有負(fù)面的影響，所以車床應(yīng)盡可能減少改動(dòng)范圍。車床改造后性能得到了相應(yīng)的提高，提高了加工的精度，增加了車床的功能。提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。圖4.14砂輪機(jī)安裝位置示意圖電氣結(jié)構(gòu)的改造：在對(duì)廣州數(shù)控GSK0980TDb車床進(jìn)行刀架的改造后，為實(shí)現(xiàn)其外圓精加工的功能需要對(duì)電氣控制電路進(jìn)行改造升級(jí)。廣州數(shù)控GSK0980TDb采用內(nèi)置型的PLC，車床與PLC可通過(guò)I/O與CNC進(jìn)行通信，工作原理如圖16。用戶可通過(guò)編寫加工程序再由PLC控制系統(tǒng)對(duì)PLC的程序進(jìn)行更改從而達(dá)到控制電路完成加工的目的。改造后機(jī)床要對(duì)砂輪刀電機(jī)進(jìn)行控制，原理圖如圖4.16。根據(jù)改造的原理圖對(duì)電氣電路進(jìn)行改造后，對(duì)PLC進(jìn)行I/O分配，可選擇X08作為輸入Y08作為輸出，對(duì)PLC進(jìn)行控制程序的編寫。系統(tǒng)啟動(dòng)后會(huì)根據(jù)加工程序確定是否啟動(dòng)砂輪刀的電機(jī)進(jìn)行精加工。而加工過(guò)程中車床可利用原刀補(bǔ)控制程序進(jìn)行對(duì)刀及加工，因?yàn)榧夹g(shù)的不成熟改造的時(shí)候采用非全自動(dòng)控制，用戶可選擇利用手輪手動(dòng)控制對(duì)刀，需要用戶對(duì)磨床加工原理有較好的了解。在通過(guò)PLC外部進(jìn)行接線，編寫相應(yīng)程序及電源電路等改造好后，數(shù)控車床基本達(dá)到設(shè)計(jì)目的。圖4.15數(shù)控車床工作原理圖圖4.16砂輪機(jī)控制原理圖分析改造前車床在加工過(guò)程中刀具會(huì)因散熱不良加速磨損，導(dǎo)致了加工精度變差，以及刀痕的加重，不利于降低工件表面粗糙度。軸類工件要精磨時(shí)需要拆下來(lái)裝到外圓磨床，這個(gè)過(guò)程中人工操作拆裝容易引