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1、1目 录摘 要3关 键 词 4前 言 51 普通车床数控化改造的必要性 52 普通车床数控化改造可行性的简单论证 63 普通车床数控化改造方案 63.1 主轴传动系统的改造73.1.1 步进电动机工作方式的确定73.1.2 电动机类型及型号的选择73.2 进给传动系统的改造83.2.1 传动方式的选择 83.2.2 滚珠丝杠的支撑方式83.2.3 齿轮传动间隙的消除93.2.4 进给系统的润滑923.3 数控系统的选择与配置 103.3.1 伺服控制单元的种类 113.3.2 进给伺服和主轴伺服电机的选择 123.3.3 位置检测器件的选择 133.3.4 数控功能的选择 133.4 刀架改造
2、 163.5 导轨改造 163.5.1 导轨材料 163.5.2 导轨类型 173.5.3 导轨间隙的消除 183.6 车床润滑系统的改造 18结 论 19谢 词 193参 考 文 献 194普通车床的数控化改造摘要企业要在激烈的市场竞争中获得生存,得到发展,就必须在最短的时间内以优异的质量,低廉的成本,制造出合乎市场需要的,性能合适的产品。而产品质量的优劣,制造周期的快慢,生产成本的高低,又往往受工厂现有加工设备的直接影响。目前,采用先进的数控机床,已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,但是成本较高。对普通机床数控化改造也是提高机床数控化率的一条有效途径。
3、从而降低成本，提高生产效率。 数控机床以它生产效率高，可加工复杂零件的特点，越来越显示出它的优越性。因此如何将普通机床改造成数控机床,已成为机械加工设备改造工作的重点。关键词：数控化改造；机械加工；普通车床；5前言机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪器和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。可见，机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床则是机械制造工业的基础。一个国际机床工业的技术水平在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。数控机床是综合应用计算机，自动控制，自动检测
4、及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比,其优越性显而易见,不仅零件加工精度高,产品质量稳定,而且自动化程度较高,可减轻工人的体力劳动强度,大大提高了生产效率,特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工,因而数控机床在机械制造业中的地位越来越显得重要。现在原有的普通机床已经不能适应目前市场竞争激烈、高效率和多变的要求所以,数控机床已越来越受到市场的青睐。专家们预言: 21 世纪机械制造业的竞争, 其实质是数控技术的竞争。数控技术是制造业实现自动化，柔性化，集成化生产的基础。数控机床主要由数控装置，伺
5、服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。数控机床加工零件不仅效率高, 能多变。而且,只需对程序进行修改,就可以满足客户的加工要求。但为了节省资金,不淘汰原有的普通机床设备,对此加以改造。这样既可节约成本,又能具有数控机床性能,满足生产的需要。61 普通车床数控化改造的必要性生产中经常需要加工一些形状复杂、精度要求较高、普通机床难以加工或不能加工的零件。用数控机床加工比较容易,因为数控机床比普通机床具有以下突出的优越性。（1）可以加工出普通机床加工不了的曲线、曲面等复杂零件。因为计算机有逻辑运算能力,可以瞬时准确地计算出每
6、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）可以实现加工柔性自动化,从而效率可比普通机床提高 37 倍。由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序存储下来,然后按照程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。大批量生产时,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,可使单件和小批生产自动化,因此被称为实现了“柔性自动化”。(3）加工精度高,尺寸分散度小,易于装配,不再需要“修配”。由于加工过程自动化,计算机还可以自动进行刀具补偿功能,不会因刀具磨损而影响工件精度。特别是数控系统中增加了机床误差，加工误差修正补偿的功能,使加工精度得到进一步提高。(4）可实现多
7、工序的集中,减少了被加工零件在机床间的频繁搬运。自动化带来的效果(可以自动更换刀具) 。在工件装夹好后,可实现多工序的加工。(5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种功能,因而可实现长时间无人看管加工,在配备多种传感器条件下,计算机功能的体现。带来劳动生产率的提高和生产周期的缩短等效益是非常明显的。我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数约只有 11.34 万台，即我国机床数控化率不到 3%。近 10 年来，我国数控机床年产量约为 0.60.8万台，年产值约为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6%。自动/半自动机床不到 20%，FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数（美国和
8、日本自动和半自动机床占60%以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产，加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、精度低、成本高、供货期长、从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，7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。所以必须大力提高机床的数控化率。 2 普通车床数控化改造可行性的简单论证目前普通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%。随着世界科技进步和机床工业的不断发展,数控机床作为机床工业的主流产品,已成为实现装备制造业现代化的关键设备。数控机床的拥有量及其性能水平的高低,是衡量
9、一个国家综合实力的重要标志。加快发展数控机床产业也是我国装备制造业发展的现实要求。数控化改造的费用通常只有新购设备价格的三分之一左右，节约设备费用。数控机床加工产品的报废率也只有普通机床加工产品报废率的十分之一左右。原来只有高级技工才能加工的产品，现由经过培训的年轻人就可完成产品加工，节约劳动力成本。数控机床能加工普通机床不能加工的复杂工件，为企业创造更多的经济效益。对普通车床作经济型数控改造适合我国国情，是国内企业提高车床的自动化能力和精密程度的有效选择。它具有一定的典型性和实用。经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和可行性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床
10、，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：用较少的资金，将普通机床改造升级为数控机床，可以为企业带来可观的经济效益。3 普通车床数控化改造方案3.1 改造主轴传动系统床主传动的作用是把电机的转速和转矩通过一定途径传给主轴,使工件以不同的速度运动,主传动性能的好坏,直接影响零件的加工质量和生产效率。考虑到改造的经济性,采用步进电动机。8考虑到加工过程中当电网电压和切削力矩发生变化时,电机的转速也会随之波动,直接影响加工零件的表面粗糙度。因此为提高加工精度,实现主轴自动无级变速,在主轴上增加了交流异步电动机变频调速系统,从而不需进行机械换档。机床要求具有螺蚊切削功能,在主轴部位安装主轴脉冲发生
11、器。目前车床数控改造系统具有下列基本配置和功能： （1）采用 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，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。 （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、超程报警功能。3.1.1 步进电动机工作方式的确定电动机工作时会发热，它不仅取决于负载的大小，也和负载持续的时间的长短密切相关，这是选择额定功率时必须考虑的
12、。按电动机的不同发热情况，可以分为三种工作方式，即连续工作方式、短时工作方式和断续周期性工作方式。数控车床其工作时间一般较长，升温后可以达到稳定值，步进电动机的负载可能是恒定或大小基本恒定的常值，因此 应选择连续工作方式。3.1.2 电动机类型及型号的选择由于电动机为连续工作方式，负载平稳，且经常启动，制动和正反转，因此因优先采用步进电动机。根据设计要求电动机类型为步进电动机，可参考机械零件设计手册，选择合适的电动机型号。93.2 进给传动系统的改造普通车床采用的是 T 型丝杠滑动丝杠副，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，也无法实现自动控制进给。另外由于磨损快，造成其
13、精度保持性和寿命低等，在进行普通机床数控化改造时都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；若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性。3.2.1 传动方式的选择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。因此，滑动丝杠常用在加工精度要求不是很高的普通车床中。 滚珠丝杠摩擦损失小
14、，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。在数控化改造的车床中，应把原来的滑动丝杠换为滚珠丝杠，以降低摩擦力，提高加工精度。3.2.2 滚珠丝杠的支承方式数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度之外，滚珠丝杠正确的安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座及支承座都应具有足够的刚度和精度。通常都适当加大和机床结合部件的接触面积，以提高螺母座的局部刚度和接触强度，新设计的机床在工艺条件允许时常常把螺母座或支承座与机床本体做成整体来增大刚度。 为了提高支承的轴向刚度，选
15、择适当的滚动轴承也是十分重要的。国内目前主要采用两种组合方式。一种是把向心轴承和圆锥轴承组合使用，其结构虽简单，但轴向刚度不足。另一种是把推力轴承或向心推力轴承和向心轴承组合10使用，其轴向刚度有了提高，但增大了轴承的摩擦阻力和发热而且增加了轴承支架的结构尺寸。在设计中，采用推力轴承和向心轴承组合使用。3.2.3 齿轮传动的消除间隙采用齿轮传动时，齿侧间隙会造成开环或半闭环伺服系统的死区误差，影响定位精度。为了消除齿侧间隙并获得强刚性，必须采用各种具有消除间隙或预紧措施的齿轮副。对于直齿圆柱齿轮传动，常用的方法有双片齿轮错齿法。两个完全相同的薄片齿轮套装在一起与另一个宽齿轮啮合。当两个薄片齿轮的齿完全对齐时，相当于一个齿轮在工作。正转时，
