【導(dǎo)讀】陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。題目簡(jiǎn)述普通機(jī)床的數(shù)控化改造。二〇一一年五月二十日。本人慎重承諾和聲明：所撰寫的《簡(jiǎn)述普通機(jī)床的數(shù)控化改造》是在。指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下自主完成，文中所有引文或引用數(shù)據(jù)、圖表均已注解說。明來源，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)責(zé)任。本畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的研究成果歸學(xué)校所有。本設(shè)計(jì)說明書包括：概論、總體設(shè)計(jì)方案的擬定和驗(yàn)證、主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。改造后的車床，主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控控制，并要求主軸電機(jī)最大功率為18KW，X、Z坐標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度5m/min，刀架要是自動(dòng)控制。的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)切削螺紋。

　　

【正文】 軸承來支撐絲杠。由于拆除了走刀箱，在原走刀箱部位設(shè)計(jì)了一個(gè)滾珠絲杠的絲母支架，用來固定絲母，并起 到了支撐絲杠的作用，消除了因絲杠自重引起的彎曲，從而提高滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。 并根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)，將伺服電機(jī)放在床身尾部，皮帶輪與絲杠、電機(jī)采用的無鍵連接，由于采用了無鍵連接的錐套式聯(lián)接，這樣使得皮帶輪與絲杠、電機(jī)的連接更加方便、可靠，編碼器安裝在滾珠絲杠的另一端；節(jié)省了空間與零件數(shù)量，使結(jié)構(gòu)更加緊湊 。 （ 2）、 X向滾珠絲杠 X向滾珠絲杠也是采用的三點(diǎn)支撐方式，伺服電機(jī)一般都安裝在床鞍的后面，皮帶輪與絲杠、伺服電機(jī)采用的無鍵連接，遠(yuǎn)離操作者的一側(cè)；編碼器安裝在滾珠絲杠的另一端。滾珠絲杠的支撐利用原 車床的絲杠支撐位置，也采用兩對(duì)向心推力球軸承來支撐絲杠。絲母通過絲母座與中溜板連接在一起，實(shí)現(xiàn)絲母帶動(dòng)中溜板的橫向運(yùn)動(dòng)。X、 Z向絲杠的支撐方式基本相同。 （ 3）、電動(dòng)刀架 變?cè)謩?dòng)刀架為電動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀；提高工作效率。 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 23 頁(yè)，共 37 頁(yè) （ 4）、潤(rùn)滑裝置 取消 X、 Z向?qū)к壥謩?dòng)潤(rùn)滑裝置，增加自動(dòng)裝置。 數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 數(shù)控系統(tǒng) （ numerical control system） 是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱 ： 能按照零件加工程序的數(shù)值信息指令進(jìn)行控制，使機(jī)床完成工作運(yùn)動(dòng)并加工零件的一 種控制系統(tǒng)。早期是由 硬件 電路構(gòu)成的稱為硬件 數(shù)控 （ Hard NC）， 1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的 計(jì)算機(jī) 代替稱 為 計(jì)算機(jī)數(shù)控 系統(tǒng) ，如圖 。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ Computerized numerical control,簡(jiǎn)稱 CNC）系統(tǒng)是用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。 CNC系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制 程序 ，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配 有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的 專用計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)。 CNC系統(tǒng)由數(shù)控程序、輸入裝置、輸出裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（ CNC裝置）、可編程邏輯控制器（ PLC）、 主軸 驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動(dòng)裝置（包括檢測(cè)裝置）等組成。 CNC系統(tǒng)的核心是 CNC裝置。由于 使用了計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)具有了軟件功能，又用 PLC代替了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維護(hù)也方便，并具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的功能 。 常用的數(shù)控系統(tǒng)有發(fā)那科、西門子、三菱、廣數(shù)、華中等數(shù)控系統(tǒng) 。 發(fā)那科（ FANUC）系統(tǒng) FANUC系統(tǒng)是日本 富士通 公司的產(chǎn)品，通常其中文譯名為發(fā)那科。 FANUC系統(tǒng)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng) 有非常悠久的歷史，有多種型號(hào)的產(chǎn)品在使用，使用較為廣泛的產(chǎn)品有 FANUC 0、 FANUC1 FANUC1 FANUC21等。在這些型號(hào)中，使用最為廣泛的是 FANUC0系列。 FANUC系統(tǒng)性能穩(wěn)定，操作界面友好，系統(tǒng)各系列總體結(jié)構(gòu)非常的類似，具有基本統(tǒng)一的操作界面。 FANUC系統(tǒng)可以在較為寬泛的環(huán)境中使用，對(duì)于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應(yīng)性很強(qiáng)。 西門子（ SINUMERIK）數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 圖 數(shù)控系統(tǒng) 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 24 頁(yè)，共 37 頁(yè) 西門子（ SINUMERIK）數(shù)控系統(tǒng)是德國(guó) 西門子 公司的產(chǎn)品。西門子憑借在數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品方面的專業(yè)思考與深厚積累，不斷制造出機(jī)床產(chǎn)品的典范之作，為自動(dòng)化應(yīng)用提供了日趨完美的技術(shù)支持。 SINUMERIK 不僅意味著一系列數(shù)控產(chǎn)品，其力度在于生產(chǎn)一種適于各種控制領(lǐng)域不同控制需求的數(shù)控系統(tǒng)，其構(gòu)成只需很少的部件。它具有高度的模塊化、開放性 以及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)，適于操作、編程和監(jiān)控。 主要包括：控制及顯示單元、 PLC 輸入 /輸出單元（ PP）、 PROFIBUS 總線單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)等部分。 主要數(shù)控系統(tǒng)類型有： SINUMERIK 802S/C系統(tǒng) 、 SINUMERIK 802D系 統(tǒng) 、 SINUMERIK 840D/810D/840Di系統(tǒng) 、 SINUMERIK 840C系統(tǒng) 三菱（ MITSUBISHI）數(shù)控系統(tǒng) 1873年，三菱造船廠更名為 三菱 商會(huì)。三菱開始涉足采礦、造船、銀行、保險(xiǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)和貿(mào)易。隨后，又經(jīng)營(yíng)紙、 鋼鐵 、玻璃、電 氣設(shè)備、飛機(jī)、石油和房地產(chǎn)?，F(xiàn)在，三菱建立了一系列的企業(yè)，在 日本工業(yè) 現(xiàn)代化的過程中扮演著舉足輕重的角色。 三菱電機(jī) 自動(dòng)化一直致力于為客戶在工業(yè)自動(dòng)化、電力控制及其他相關(guān)業(yè)務(wù)上提供專業(yè)產(chǎn)品設(shè)備和解決方案，產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、電力等多個(gè)領(lǐng) 域。 廣州數(shù)控 (GSK)系統(tǒng) 中國(guó) 南方數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地， 廣東省 20家重點(diǎn)裝備制造企業(yè)之一，中國(guó)國(guó)家 863重點(diǎn)項(xiàng)目《中檔數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)》承擔(dān)企業(yè)，擁有中國(guó)最大的數(shù)控機(jī)床連鎖超市。公司秉承科技創(chuàng)新、追求卓越品質(zhì)，以提高用戶生產(chǎn)力為先導(dǎo)，以創(chuàng)新技術(shù)為動(dòng) 力，為用戶提供 GSK全系列機(jī)床控制系統(tǒng)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和伺服電機(jī)、大功率主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸伺服電機(jī)等數(shù)控系統(tǒng)的集成解決方案，積極推廣 機(jī)床數(shù)控化改造 服務(wù)，開展數(shù)控機(jī)床貿(mào)易。 GSK擁有國(guó)內(nèi)最大的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)基地，中國(guó)一流的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，科學(xué)規(guī)范的質(zhì)量控制體系保證每套產(chǎn)品合格出廠。 GSK產(chǎn)品批量配套全國(guó)五十多家知名機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)，是中國(guó)主要機(jī)床廠家數(shù)控系統(tǒng)首選供應(yīng)商 。 華中數(shù)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介 華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司成立與 1995年，由 華中理工大學(xué) ，中國(guó)國(guó)家科技部， 湖北省 ，武漢市科委，武漢市東胡高新技術(shù)開發(fā)區(qū)， 香港 大同工業(yè)設(shè)備有限公司等政府部門和企業(yè)共同投資組建。近幾年來，公司都以 300%的速度迅猛發(fā)展。 數(shù)控控制系統(tǒng)的選擇 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 25 頁(yè)，共 37 頁(yè) 根據(jù)機(jī)床加工的需要，此 改造只需要對(duì) X向、 Z向坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)控控制。數(shù)控系統(tǒng)采用西門子 802C（圖 ） 實(shí)現(xiàn)對(duì)各坐標(biāo)的進(jìn)給控制和對(duì)各坐標(biāo)超程的檢測(cè)以及對(duì)冷卻泵電機(jī)、潤(rùn)滑泵電機(jī)、照明工作燈的開啟關(guān)閉的控制 ， 并實(shí)現(xiàn) X、 Z向的聯(lián)動(dòng) 。 X向、 Z向坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)采用帶編碼器的伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制。 伺服系統(tǒng)的選擇 件的 根據(jù)改造后該設(shè)備加工零精度要求，確定選擇編碼器半 閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的選擇 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選擇西門子伺服控制電機(jī)。 2）、機(jī)械傳動(dòng)方式確定的確定 機(jī)械傳動(dòng)方式采用滾珠絲杠副加一級(jí)同步帶減速裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和力的傳遞。 3）、機(jī)械精度的修復(fù) 機(jī)械精度的修復(fù)主要指 X、 Z向?qū)к壘鹊男迯?fù)及主軸回轉(zhuǎn)精度的修復(fù)等。 4）、 X、 Z向?qū)к墲?rùn)滑裝置 圖 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 26 頁(yè)，共 37 頁(yè) 增加自動(dòng)潤(rùn)滑裝置潤(rùn)滑 X、 Z向?qū)к墶? 總體方案設(shè)計(jì) 利用西門子 802C控制系統(tǒng)對(duì) 普通 車床 （ CW6163C車床） 的 X、 Z向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制，要求加工工件最大直徑 630mm，最大加工長(zhǎng)度 3m。 X向 快進(jìn)速度為 5/min,Z向快進(jìn)速度為 5/min，驅(qū)動(dòng)元件采用伺候電動(dòng)機(jī)，伺服 電機(jī)轉(zhuǎn)速度為 1500轉(zhuǎn) /min，扭矩分別為 11Nm、 18Nm，改造后的機(jī)床能完成一般車削及加工任意錐面、曲面等加工工序，使加工實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用輪廓控制形 式?？刂葡到y(tǒng)硬件由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/0接口及光電隔離電路、伺候電動(dòng)機(jī)功率大電路等組成。 X、 Z均采用伺服 電動(dòng)機(jī) —— 滾珠絲杠螺母 —— 溜板的傳動(dòng)方式 普通 車床 （ CW6163C 車床） 主軸電機(jī)采用原來的主軸電機(jī) （ 電機(jī)最大功率為 18KW） ，并采用微機(jī)控制其啟動(dòng)和停止，并對(duì)機(jī)床 X 軸、 Z 軸進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)，數(shù)控自動(dòng)控制。機(jī)床改裝后 X軸、 Z軸采用半閉環(huán)調(diào)速控制，控制比較精確。 整個(gè)改造工作的流程 （ 1）、改造方案的總體設(shè)計(jì)，數(shù)控系統(tǒng)選型、訂購(gòu)。 （ 2）、系統(tǒng)柜設(shè)計(jì)制作。 （ 3）、數(shù)控系統(tǒng)和電氣系用柜內(nèi)安裝到位。 （ 4）、數(shù)控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)連線，以及和機(jī)床，機(jī)床系統(tǒng)柜的連線。 （ 5）、電機(jī)及限位開關(guān)，潤(rùn)滑油泵電機(jī)，主軸電機(jī)，冷卻液泵電機(jī)，照明工作燈與系統(tǒng)連接。 （ 6）、電機(jī)和機(jī)床連接蓋板的設(shè)計(jì)。 （ 7）、梯形圖編寫，機(jī)床參數(shù)確定。 （ 8）、調(diào)試 ，并試切驗(yàn)收零件。 （ 9）、文件整理、交接。 其中改造方案的總體設(shè)計(jì)有以下原則： ①、功能改造后的數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有何種功能。目前市場(chǎng)上可購(gòu)置的數(shù)控系統(tǒng)基本上可以滿足用戶的絕大部分功能需要。但有些特殊功能仍需要在訂貨時(shí)加以聲明，例如數(shù)字仿形功能、自動(dòng)測(cè)試功能等。并以功能需求出發(fā)來訂購(gòu)數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。 ②、規(guī)模根據(jù)實(shí)際要求確定改造檔次。一般進(jìn)口設(shè)備仍用進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)改造；國(guó)產(chǎn)設(shè)備仍用國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)改造。根據(jù)功能確定 I/O 點(diǎn)數(shù)。根據(jù)經(jīng)常存儲(chǔ)的零件加工程序的數(shù)量確定存儲(chǔ)器的容量。根據(jù)機(jī)床大小、進(jìn)給速 度、吃刀量來確定電機(jī)功率。 ③、資金投入時(shí)應(yīng)考慮投入產(chǎn)出的比例以及周期 ④、精度改造前機(jī)床的精度應(yīng)有一定的要求，精度太低就沒有必要改造，可考慮更新。 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 27 頁(yè)，共 37 頁(yè) ⑤、習(xí)慣制定改造方案時(shí)應(yīng)考慮改造前后操作、編程的可繼承性，對(duì)面板的設(shè)計(jì)和屏幕的位置要考慮操作者的習(xí)慣。對(duì)數(shù)控系統(tǒng)品牌的選擇要考慮使用單位的一致性，以達(dá)到培訓(xùn)、維護(hù)等方面的便利。 經(jīng)過上述諸方面因素綜合考慮，才能制定出改造的總體方案。 數(shù)控改造班子一般以 45 人為宜。分別涉及機(jī)械改造、電氣布線、 PLC 編程等主要領(lǐng)域。最好有使用人員 的配合。從總體規(guī)劃、選型、訂貨、資料準(zhǔn)備（翻譯）、布線、PLC 編程、機(jī)械改造、調(diào)試、驗(yàn)收以指導(dǎo)工作結(jié)束做出安排，并協(xié)調(diào)各個(gè)方面的工作，這樣往往可以縮短改造周期，并保證工程質(zhì)量。 機(jī)電匹配計(jì)算 機(jī)電匹配計(jì)算是總體設(shè)計(jì)，在選型訂貨前首先應(yīng)考慮的問題。有些情況當(dāng)然可以根據(jù)舊機(jī)床的參數(shù)作相應(yīng)參考。但最好還是能做一些匹配計(jì)算或估算，以免改造失敗。 快行速度的核算 快行速度是數(shù)控化改造后的重要指標(biāo)，一般意義上來說和電機(jī)最高轉(zhuǎn)速、絲杠螺距、傳動(dòng)比等有關(guān)。 精度估算 精度估算至少包括兩個(gè)方面，一方面為絲杠精度 ，一般在產(chǎn)品手冊(cè)中標(biāo)明在多少毫米范圍內(nèi)存在多少誤差；第二方面應(yīng)為機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)因機(jī)械熱變形引起的位置誤差 。最后通過坐標(biāo)軸校準(zhǔn)（螺距補(bǔ)償）對(duì)精度進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到預(yù)期的效果 。 普通 車床（ CW6163C車床），圖 。 圖 普通車床結(jié)構(gòu) 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 28 頁(yè)，共 37 頁(yè) 圖 改造后車床外觀 陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 29 頁(yè)，共 37 頁(yè) 第三章 安裝調(diào)試 ，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的 1/3為宜。在實(shí)際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲杠 內(nèi)部仍不產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，或者軸向竄動(dòng)量小于 ，而且運(yùn)動(dòng)靈活，并以此作為絲母間隙調(diào)整裝置預(yù)緊量的判斷標(biāo)準(zhǔn)。 ，應(yīng)使絲杠的軸向竄動(dòng)不大于 。在實(shí)際調(diào)整中，可以調(diào)整兩個(gè)向心推力球軸承之間的內(nèi)外隔環(huán)的厚度來調(diào)整軸承的游隙，進(jìn)而消除絲杠的軸向竄動(dòng)，已達(dá)到更高的傳動(dòng)精度。 由于軸承安裝的好壞與否，將影響到軸承的精度、壽命和性能。因此應(yīng)按如下操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軸承安裝： (1)、清洗軸承及相關(guān)零件。對(duì)已經(jīng)脂潤(rùn)滑的軸承及雙側(cè)具有油封或防塵蓋、密封圈的軸承安裝前無需清洗。 (2)、檢 查相關(guān)零件的尺寸及精加工情況。 (3)、安裝方法：軸承的安裝應(yīng)根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)、尺寸大小和軸承部件的配合性質(zhì)而定，壓力應(yīng)直接加在緊配合的套圈端面上，不得通過滾動(dòng)體傳遞壓力，軸承安裝一般采用以下幾種方法： ①、壓入配合：軸承內(nèi)圈與軸是緊配合，外圈與軸承座孔是較松配合時(shí)，可用壓力機(jī)將軸承先壓將在軸上，然后將軸連同軸承一起裝入軸承座孔內(nèi)。 ②、加熱配合：通過加熱軸承或軸承座，利用熱膨脹將緊配合轉(zhuǎn)變?yōu)樗膳浜系陌惭b方法。是一種常用 和省力的安裝方法。此法適合于過盈量較大的軸承的安裝。 ③、圓錐孔軸承的安裝：圓錐孔軸承可以 直接裝在有錐度的軸頸上，或裝在緊定套和退卸套的錐面上，其配合的松緊程度可用軸承徑向游隙減小量來衡量。因此，安裝前應(yīng)測(cè)量軸承徑向游隙，安裝過程中應(yīng)經(jīng)常測(cè)量游隙以達(dá)到所需要的游隙減小量為止。安裝時(shí)一般采用鎖緊螺母安裝，也可采用加熱安裝的方法。 ④、推力軸承的安裝：推力軸承的軸圈與軸的配合一般為過渡配合，座圈與軸承座孔的配合一般為間隙配合，因此這種軸承較易安裝，雙向推力軸承的中軸圈應(yīng)在軸上固定，以防止相對(duì)于軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 ，加工工藝比較復(fù)雜，都是由專業(yè)工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)的。因此，在進(jìn)行設(shè) 備改造時(shí)，要按廠家的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇到合適的絲杠后，再?zèng)Q定被改造設(shè)備的其他相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。 ，可采用導(dǎo)軌貼塑，然后刮研的方法予以修復(fù)。所謂導(dǎo)軌貼塑，就是在 床鞍與床身導(dǎo)軌配合面粘接一層軟帶（聚四氟乙烯）， 導(dǎo)軌軟帶陜西電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 30 頁(yè)，共 37 頁(yè) 粘貼工藝如下： 準(zhǔn)備：粘接場(chǎng)地需清潔無塵，