数控机床改造的必要性

数控机床改造的必要性（通用8篇）

数控机床改造的必要性 篇1

一、数控机床改造的必要性

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。

1.1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。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。1.2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3～7倍。

由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。1.3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”。

1.4可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。1.5由以上五条派生的好处。如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的，是一个极为重大的突破。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS（计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基矗数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

二、数控化改造的内容

2.1恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； 2.2 CNC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；

2.3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；

2.4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，在原有基础上较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

三、数控化改造的特点 3.1减少投资额、交货期短

同购置新机床相比，一般可以节省60％～80％的费用，改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只花新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高2～3倍，与购置新机床相比，只能节省投资50％左右。3.2机械性能稳定可靠，结构受限

所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。3.3熟悉了解设备、便于操作维修

购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一安装好，就可以实现全负荷运转。3.4可充分利用现有的条件

可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。

3.5可以采用最新的控制技术

可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。

四、数控系统的选择

数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。4.1、步进电机拖动的开环系统（满足大部分机床的改造需要，价格便宜。）

该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。

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。

4.2、异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统 4.3、交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统 当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如SIEMENS公司、FANUC公司；国内著名公司如仁和公司（经济实用型）和沈阳高档数控国家工程研究中心等。

选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。

五、数控改造中主要机械部件改装探讨

一台新的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求，还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。

5.1、滑动导轨副

对数控车床来说，导轨除导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，并要有合理的导轨防护和润滑。5.2、齿轮副 一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度，数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。5.3、滑动丝杠与滚珠丝杠

丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。

滚珠丝杠摩擦损失小，效率高，其传动效率可在90%以上；精度高，寿命长；启动力矩和运动时力矩相接近，可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。5.4、安全防护

数控机床改造的必要性 篇2

1 改造数控机床的必要性

1.1 可有效提升加工效率

对数控机床进行改造主要是通过技术创新与技术改造的方法, 在传统数控机床的基础上对其进行优化, 突出其使用性能。改造数控机床后, 由之前的工人一人控制1 台变为一人控制2台。这有利于提高加工效率, 节省人力资源。除此之外, 还可以提升加工精度, 降低废品率, 对于缩短生产周期、提升企业经济效益具有重要的促进意义。

1.2 可有效提高安全水平

基于当前我国机床数控化程度普遍不高, 在安全水平方面也处于相对落后的状态, 机床在未得到及时改造的情况下, 极易在使用过程中发生安全事故。而对数控机床进行合理改造后, 工作人员可充分遵循人机工程的相关要求, 提升机床的自动化、智能化水平, 由此提升数控机床的安全水平, 大幅降低工作人员在操作时与危险部位接触的概率, 进而降低事故发生率。

1.3 可有效提高维修便捷性

如果工作人员对数控机床设备缺乏相应的了解, 便难以判断其实际性能是否符合实际加工要求, 维修的工序也因此变得较复杂。通过改造数控机床, 工作人员可精确计算机床的实际加工能力, 同时, 在熟知机床特性的情况下, 维修难度也随之明显降低, 这有助于提升机床的加工效率。通常情况下, 对经改造后的机床进行适当调试后, 便可实现机床的全负荷运转。

1.4 可有效降低机床成本

部分大型机床的价格相对较高, 导致机床的购置成本难以得到有效降低。这一问题可通过对机床进行数控改造进行解决。研究表明, 对机床进行数控改造后, 所花的费用仅为原机床购置费用的1/3, 且可在一定程度上缩短购置时间。除此之外, 还可以有效降低机房更新过程中造成的污染排放量和能源消耗量。

2 改造数控机床的相关技术要求

对机床进行数控改造的实质就是将普通机床与数控装置进行连接, 使其充分满足现代化生产需求, 从而实现生产效益的最大化。在数控机床改造过程中, 除了要确保机床能达到标准的设计要求外, 还要尽可能地发挥机床的使用性能。为从根本上提高数控机床的应用效能, 笔者特对其改造技术要求作了如下总结。

2.1 滑动导轨副

导轨是数控机床的重要组成部分, 对机床的整体性能具有重要影响。通常情况下, 工作人员在改造数控机床时, 要确保其导轨性能与实际改造需求相符, 具体要注意以下几点: (1) 在导向精度与工艺性方面, 应与普通车床的基本要求相符; (2) 应具备一定的耐摩擦和耐磨损能力, 由此尽可能地减少摩擦阻力, 减少致死区; (3) 应具有一定的刚度, 以保障导轨的防护性和润滑度以及产品的加工精度。

2.2 滑动丝杠与滚珠丝杠

丝杠会对传动链精度产生直接影响, 加工件的精度要求与拖动扭矩要求可对其主要指标产生决定性的影响。在加工件要求较低且原丝杠基本未受磨损的情况下, 可将滑动丝杠作为首选。通常情况下, 滑动丝杠的等级应不小于6 级。如果螺母存在间隙过大的现象, 就应及时更换。滚珠钢丝具有传动效率较高、摩擦损失较小、使用寿命相对较长、传送精度相对较高的特点, 可有效降低电机的启动力矩, 满足对精度要求较高的零件加工需求。与滚珠丝杠相比, 滑动丝杠的价格相对较低, 但由于其精度也相对较低, 因此, 对于具有较高精度要求的零件加工, 应将滚珠丝杠作为首选。

2.3 齿轮副

机床的变速箱和主轴箱是齿轮的主要集中点, 对传动精度有着至关重要的影响。在改造机床的过程中, 为进一步提高传动精度, 工作人员应在普通机床的基础上进一步提升齿轮精度, 由此实现传动精度的提升。要保障机床的加工精度, 就要确保传动结构无间隙, 同时还要根据数控机床的实际要求, 对机床的齿轮作出相应改造。

2.4 安全防护

要从根本上提升数控机床的改造效果, 就要对其安全防护性能进行有效改造。首先, 应重视滚珠丝杠副的安全防护工作, 采取相应的措施防止硬砂砾、切屑等尘粒进入滚道当中, 对元件的精密度产生不良影响;其次, 应将整体铁板防护罩加在纵向丝杠上, 由此对其形成防护;最后, 应确保大拖板与滑动导轨接触两端面的密封性, 防止硬质异物进入, 对导轨造成损伤。

3 结束语

综上所述, 对机床进行数控改造是实现机械机械自动化的必经环节, 同时也是实现机床自动化、智能化的有效途径。在改造数控机床的过程中, 工作人员需充分遵循机床运作的客观规律, 并在此基础上通过创新技术不断革新、改造机床, 由此实现机床应用效率的大幅提升。

参考文献

[1]韩冲.数控机床电气改造问题研究[J].科技与企业, 2014 (08) :269.

[2]周霞瑜.数控机床维修改造中需要注意的要点探析[J].科技创新与应用, 2014 (08) :95.

[3]王小军.论职业院校数控机床升级改造的必要性及改造方法[J].电子制作, 2014 (24) :205.

机床的数控化改造研究 篇3

摘 要：由于机床的数控化改造有较大的经济效益与社会效益，在日本、德国和美国等发达国家已经得到政府的大力扶持，而在中国这种改造才刚刚起步，机床的数控化改造是一项复杂的系统工程，只有抓好改造全过程的设计与管理，才能改造出高质量的数控机床。

关键词：数控化改造；数控系统；伺服系统

机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。同时，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。

1、改造数控机床的因素分析

数控机床的使用提高了机床加工生产的效率。普通机床进行数控化技术改造后可以实现零件加工自动化；其次，零件加工性能更加稳定安全更加可靠。这是由于经数控技术改造的数控机床的各主要部件经过长期工作，几乎不会因刀刃变形而影响生产件的精度；再次，可以为零件生产厂家节约资金。与购买新的普通机床相比，普通机床的数控化改造一般可以节省一半以上的费用；最后，对于复杂的加工零件而言，改造难度越高，其功效提高的越显著：且可不用或少用工装，这样不但节约费用，还可以缩短零件生产的准备时间。由于所需加工产品的尺寸误差较小，精度要求高，不需要再进行修配。而数控机床由于实现了加工的自动化，计算机系统可以对刀具进行自动化管理，从而不会因为刀具的磨损而影响加工零件的精度与一致性；由于数控机床可以实现多种加工功能，因此可以加T出复杂的零件；由于实现了加工产品的自动化生产，数控机床的加工效率可以提高许多。计算机拥有强大的记忆和存储功能，因而可以把所需的程序存储下来，然后根据程序的规定自动去执行加工工序，实现加工的自动化；数控机床实现了多道工序集中完成，减少了频繁搬运被加工的零件，当零件装夹好后，可以实现多道工序的加工。

2、数控化改造的内容

2.1精度的恢复和机械传动部分的改进

机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。但是机床数控化后对机床精度的要求与普通机床的大修是有区别的，即整个机床精度的恢复与机械传动部分的改进，都要为满足数控机床的结构特点和数控自动化加工的要求来进行。数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交、直流主轴电动机和伺服电动机驱动。这两类电动机调速范围大，并可无极变速，因此使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化。由电动机直接连接主轴或滚珠丝杠。目前数控机床进给系统中常用的机械传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗母条和预加载荷双齿轮齿条三种。机床采用的导轨是新材料低摩擦因数的导轨，如滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

2.2选定数控系统

根据要进行数控化改造机床的控制要求，选择合适的数控系统是至关重要的。选择时，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。一般以性能价格比来选取，并适当考虑售后服务和故障维修等有关情况。如选用企业内已有数控机床中相同型号的数控系统，对今后操作、编程、维修等都带来较大的方便。伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。若采用同一家公司配套供应的数控系统和伺服驱动系统，改造产品的质量和维修更容易得到保证。国产系统在目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应。其中，经济型数控系统具有结构简单，操作方便，技术易于掌握及制造成本低等优点，系统性能相对较差，可靠性不高。

2.3伺服系统设计

伺服系统分为开环、半闭环和闭环系统三种。开环控制系统主要由驱动控制单元、执行元件和机床组成。闭环伺服驱动由执行元件、驱动控制单元、机床以及反馈检测单元、比较控制环节组成。在普通机床的数控化改造中一般采用步进电动机和交流伺服电动机。交流伺服电动机调速方便，体积小，目前广泛用于数控机床的传动系统。与步进电动机相比， 其精度高、价格昂贵，考虑到改造本身是经济型改造，因此一般选用步进电动机作为驱动装置。检测反馈单元一般用光栅、脉冲编码器等。在选择驱动装置时，一定要考虑其运转性能与电动机的匹配，同时也要考虑其接口数据与数控装置接口数据的匹配。目前国内外的数控系统厂家，都开发了与自己系统配套的驱动器，如广州数控适配DA98 系列驱动器，华中适配HSV 系列动器，FANUC（发那科）本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，所以一般优先考虑配套的驱动器。

2.4电气系统的改造设计

在进行机床数控化改造时，原机床的电气控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。在电气控制系统的改造设计中，应该遵循：机床在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济，不宜盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单、车床使用与维修方便。机床中的主轴电动机、冷却泵电动机、刀架电动机等均需系统自动控制。数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外，还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制， 以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。改造后的电气控制系统，不仅保留了机床传统控制系统的优点，同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等特点。

3、结语

由于机床数控化改造有多种方案，机床类型不同，改造的内容也不同，所以上述机床改造内容并非一成不变，而要根据实际情况选取合适的方式，以使普通机床数控化改造后的性能与新的同类数控机床相近或相同。另外，在机床数控化改造完成后，还应注意培训数控机床的操作人员和编程人员，以使改造后的数控机床能够尽快发挥作用。

参考文献：

[1]袁建华.普通机床数控改造的实践与探讨[J].装备制造技术，2011

数控机床改造的必要性 篇4

普通机床数控改造的结构设计及精度分析

一、课题概述、背景及意义

工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外，还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS（管理信息系统）、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已达20.8％，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

微观上看，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。① 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。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。②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3～7倍。③ 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”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 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。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

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。机床数控化改造有以下优点：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。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、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，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、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操 1

郑 州 大 学 硕 士 研 究 生 开 题 报 告

作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。

二、主要研究内容

1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。

2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。

3.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

4.根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。

5.对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

6.对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

三、拟解决的关键问题

1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。2.对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3.根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。4.设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。

四、拟解决方案及关键技术

1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。

2.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。3.根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。

4.在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。

五、创新点

1.运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；便于操作和维修。

2.从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。

3.运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。

六、课题预计目标

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1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。

2.对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。

3.研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。

4.设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。

七、课题研究进展计划

预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：

1.2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告

2.2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进

行总体设计

3.2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识

4.2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图

5.2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识 6.2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析

7.2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施 8.2008年11月～2008年12月 完成毕业论文 9.2008年12月 毕业答辩

参 考 文 献

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卧式车床数控化改造设计 篇5

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

数控机床改造的必要性 篇6

六十一团中学现有45个教学班，小学30个教学班，共有880人，初中5个教学班，共有520人。小学一到六年级在一幢2009年建成的新教学楼内，生均面积和配套设施基本符合国家要求。

初中七年级和八年级350多名学生挤在上世纪80年代末修建的只有8间室内面积不到40平米的教室里，没有其他的教学功能室；九年级178名学生在学校的行政楼内，教学和行政相互干扰。

学校有一幢综合楼，里面有实验室、图书室、音乐室、舞蹈室、美术室等，和初中教学楼相隔130多米远，和小学楼相隔240多米远，学生上课来回跑极不方便，雨雪天气学生来回的途中都会被雨雪淋湿，对学生的身体健康不利。

学校现有220多名住校生，男女住在一幢学生宿舍楼内，不便于学生生活和学校管理。

学校的基础建设布局没有把教学区、运动区、试验区、生活区分离，学生的文化课学习、体育运动、住校生活等活动相互干扰。

学校现有教职员工150多人，近半数教师在45岁以上，50岁上下的教师占30%左右，教师队伍老化，今后一段时期内，要招进更多的大学生，充实教师队伍；但是学校没有教师公寓楼，没有教师食堂，招进的新老师生活条件不改变，留不住人才，不利于学校好和团场的发展。

学校现有教学设施和条件已不能满足正常的教学需要。

六十一团中学

浅析对数控机床改造的质量控制 篇7

数控机床结合了数控、微电子、自动检测等先进的科学技术, 弥补了普通机床工作强度大、危险性高、不适于多品种小批量的生产需求的特点, 具有高精度、危险性低、操作简单等特点, 适宜于对生产周期要求短、形状复杂, 小批量生产的产品。在机械加工行业中对数控机床的应用比重将越来越大, 企业为了适应社会发展的需求, 但还应考虑成本, 所以大多数企业都采用对普通机床进行改造, 将普通机床改造为一种简单实用的经济型数控机床, 使其能够实现自动加工这一基本功能, 降低了生产强度, 提升了安全系数, 保证了生产需求。对于这种经济型数控机床改造的质量控制要求就是要保证数控机床在进行机械加工时的稳定可靠, 尽可能低的故障率来运转。下文将对数控机床改造中, 方案的选择、主要零部件的改造以及一些注意事项进行简要分析。

一、数控机床改造的方案选择

在对数控机床进行改造时, 首先我们必须确定机床的性能和精度的要求, 然后根据性能和精度的要求来选择科学合理的改造方案。现就以经济型数控车床的改造进行分析, 其应具有的基本配置和功能如下:

1) 主控CPU为单片微机, 能够实现直线和圆弧的插补, 具有代码编程、刀具补偿和间隙补偿的功能, 同时还具有自动转位刀架控制和螺纹自动加工等控制功能。

2) 经济型数控车床采用步进电机驱动系统, 其脉冲当量或者控制精度一般和相应的导程的丝杠相互配套, 其参数为Z向:0.01mm, X向:0.005mm。

3) 经济型数控车床的加工程序一般采用面板按键输入来进行代码的编写, 同时具有断电自动保护储存器存储的功能。在使用过程中, 可以依据条件的变动对其参数进行修改, 在正式加工之前应先有试运行的操作。

4) 经济型数控车床具有单步的程序, 也有连续执行的程序, 能够实现自动限位、超程报警以及程序自动终止等控制功能。

二、数控机床的改造2.1主传动系统的改造

1) 对电气的改造。小型机床一般采用主传动的普通交流电机, 而大型机床则采用的是直流电机。运用直流电机可以实现无极平滑调整, 其变速的范围广, 而且主轴箱的结构简单同时具有噪音小的优点, 对于采用直流电机的机床是不需要进行电气改造的, 只需对交流电机进行改造, 应用交流电机的机床中, 如果对加工要求不高的也可不需改动, 只有那些要求自动化程度高的数控才要对电气进行改造。一般是将交流异步电动机的变频系统增加变频器, 就可实现诸侯的自动无极变速。

2) 对机械部分的数控改造。对于主传动系统的机械部分进行改造, 主要是改造主轴支撑和工作台导轨。一般是将主轴支撑的滚动轴承或滑动轴承改为静压轴承, 就能够提高其承载能力, 同时加大了主轴转速。而对于工作台导轨一般是将传统的动压导轨改为恒流静压导轨, 就能够提高工作台的精度和承载能力以及可以有效的改善低速爬行的现象。

2.2进给传动系统的改造。

1) 对电气的改造。进给传动的作用是在接收信号后, 使刀具定位准确, 并能够按照规定的轨迹进行运动, 符合加工要求。所以进给传动具有响应快、定位准确、输出功率大以及调整范围广的要求, 所以对于一般小型数控机床进给传动的电气改造将采用微机控制的开环步进电机来驱动, 这种改造方式具有成年低、操作简单等特点。而对于大小数控机床的改造, 则采用直流电机半闭环的控制方式, 这种改方式的成本大, 对其后期的维修也比较困难, 但是具有比开环控制的精度和速度有很大的提高。

2) 对机械部分的数控改造。对于数控机床进给传动中的机械改造一般包括导轨副、进给箱和移动元件等部件的改造, 从而达提高移动部件灵活性及减少传动间隙的目的。

对于导轨副的改造一般有两种方法:一是, 将传统的滑动导轨改为滚动或者静压导轨, 虽然有效的减少了传动之间的间隙, 提高了工具定位的竞争度, 但是这种工艺非常复杂, 成本比较高, 多余实现起来就比较困难。二是, 将聚四氟乙烯软带粘接在进给的移动部件上, 将传统的导轨副转化为粘塑导轨副, 这种方式成本低且实现起来也比较容易。对于进给箱的改造, 一般是采用双片齿轮结构来减少间隙, 将进给箱内的齿轮对数减少, 仅使用一级减速或者直接取消。而对于移动元件则是采用滚珠丝杆副, 就可提高精度, 实现响应速度快, 无爬行现象。

此外, 若需要, 可将原刀架换成按所需工位数配置的自动转位刀架, 则可以用程序数控转换刀具进行切削加工。

三、机床数控改造中主要机械部件的注意事项

1) 滑动导轨副。对于数控车床来说, 在进行数控改造中其轨道不仅要求精度高, 而且还要有良好的耐磨性, 在使用过程中还应对轨道进行防护和润滑。

2) 齿轮副。数控机床的精度要求将比普通机床的高, 所以在对机床改造时应注意齿轮精度等级的要求。

3) 丝杆。丝杆的选择是否合理将直接影响着数控机床传动链的精度, 所以对于丝杆的选择就依据改造要求慎重选择。在数控机床改造中一般都采用滚珠丝杆, 滚珠丝杆的摩擦损失小、传动效率可达到90%以上, 而且其具有精度高、寿命长等特点。

4) 安全防护。对机床进行数控改造, 将会大大的提高生产效率, 但是在改造过程中应注意安全防护, 应依据机床的实际情况, 配有相应的防护措施。如可以在纵向丝杆上添加铁板防护罩, 增加机床的安全性。

四、结语

目前许多企业为了适应社会的发展, 满足对数控机床的要求, 由于购买数控机床的费用比较高, 一般都将采用对普通机床进行数控化改造以达到需求的目的, 对机床的改造最为重要的就是对其质量的控制, 使其在运行中安全、可靠、稳定。虽然目前数控机床的改造还存在着或多或少的问题, 但是随着科技的进步, 改造水平的提高, 对数控机床改造后的质量控制将会越来越好。

参考文献

[1]李善术, 数控机床及其应用[M], 机械工业出版社, 2004年[1]李善术, 数控机床及其应用[M], 机械工业出版社, 2004年

[2]李华, 机械制造技术[M], 高等教育出版社, 2000年[2]李华, 机械制造技术[M], 高等教育出版社, 2000年

数控机床改造的必要性 篇8

单片机；数控机床；网络通讯；远程监控

1.引言

随着计算机、网络技术日益普遍的运用，智能化、开放式、网络化成为当代数控机床发展的主要趋势。所以，在现有的技术上对一些早期数控机床进行升级和改造来提高其自动化程度。本文是对数控系统的网络通讯方面进行改造的实践总结。

2.单片机数控机床网络通讯的硬件实现方法

实现数控机床基于Internet的网络通讯，对于以单片机为核心的数控机床就需要配备基于Internet的远程通信模块。在改造实践当中，采用单片机驱动网卡的形式实现单片机数控机床的网络通讯功能，并给出了整个系统的设计原理和系统实现方案，图1所示为硬件系统的详细结构图。

图1 硬件系统的详细结构图

系统采用Winbond的W78E58B单片机作为CPU，采用EMP7128作为PCI接口的控制芯片。W78E58B是一款高性能低价位的8位单片机，包含32K的主ROM以及4K的辅助ROM，512字节的内部RAM，8位双向数据和地址总线，3个16位时钟计数器，支持8个中断源。

本系统中，EMP7128里的控制寄存器映射单片机的外部存储器RAM空间，同时又控制PCI总线上的RTL8029AS网卡，作为沟通单片机与PCI设备间的桥梁，实现了单片机与PCI网卡之间的数据可靠传输。其数据传输过程如下：通过配置本地端配置寄存器来将本地端的单片机读写指令和周期转换成PCI端的读写指令及周期。也就相当于将PCI端网卡上的芯片及存储器映射到本地端，与本地端的存储器统一编址，这样单片机只要能访问本地端的内存，那么就能用来访问PCI总线上的网卡。

3.系统实验测试

测试系统采用C/S（Client/Server）网络结构。整个系统包括三个部分：安装在远程PC机上的监控端、安装在服务器上服务器端、以及安装在数控机床上的通信控制卡端。监控端主要负责解析和分析得到的数据，及向通信控制卡端发出控制指令；服务器端主要起到保存数据和用户管理的作用、以及通信中转站的作用；通信控制卡端主要负责接收远程控制信息并发送给数控机床或者数控系统，以及获得数控机床或数控系统的信息并发送给远端的监控端等功能。

A.实验环境

系统的实验测试是在实验室进行的。其硬件平台是由用来模拟机床数控系统的单片机系统，以及用来模拟机床开关量的日光灯的“开/关”组成。

实验过程中，服务器端软件安装在具有公共IP地址的服务器上。监控端安装在局域网内的计算机上，局域网内的计算机通过网关连接到Internet上。通信控制卡和硬件实验平台放置在另外一个局域网内，通信控制卡可以通过网关连接到Internet上。

B.实验内容

实验内容是实现位于不同局域网内的Internet节点（服务器或数控机床）实现点对点的通信，测试通信控制卡能否实现网络通信的各种协议，通过分析和处理网络通信数据，实现预期的功能，以及监控端能够实现与通信控制卡端进行点对点的通信。实验环境网络结构及数控程序发送和接收的流程如图2所示。实验过程中使用的数控代码保存在文件TEST.NC中，该文件内容为FANUC数控系统标准代码，具体如下。

N1 G92X0Y0Z0；

N2 S600M03;

N3 G90G17G00G41X250.0Y550.0;

N4 G01Y900.0F150;

N5 G03X500.0Y1150.0R650.0;

N6 G00X0Y0;

N7 M02;

程序中主要包括XYZ 三轴运动控制及主轴转动控制指令，这里采用4 个日光灯作模拟。

C. 实验结果概述

在用户端登陆服务器后，通过用户端软件与本地服务器建立连接。并成功连接接收端服务器，进而与接收端建立了连接。在此前提下，实现了如下功能：

服务器单独向某个用户或者同时向多个用户接发自定义信息；监控端查看通信控制卡端信息；监控端查看通信控制卡端在线信息；实现了监控端开、关灯的功能。

4. 结论

通过上述的测试过程可以证明该系统的硬件结构是有效的，能够实现单片机数控机床基于Internet 的信息通讯功能。由于本系统的硬件结构具有较好的通用性，因此，可以在实践中根据本方法对此类数控机床进行改造，对其功能进行有效的扩展和开发，实现对此类单片机数控机床基于Internet 的远程监控功能。

[1]庄殿铮,王 可.基于Internet的数控机床远程监控技术[J]中国制造业信息化.2003.32

[2]张海军.基于单片机与Internet的数控机床远程监控系统的研发[D]东北林业大学.2006