摘要
数控车床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。
因此了解数控车床的结构与工作原理是操作、维修、改进数控车床的前提，也是设计一款数控车床的基本。基于此本文介绍了数控车床的主轴系统、伺服进给系统、刀架系统等的特点、设计要求及结构特点，对于系统部件也作了介绍。
关键词：数控车床主轴系统伺服进给系统刀架系统
Abstract
Numerical-controlled Lathe is a electromechanical integration product,which is multinomial technology for one-piece. Numerical-
-controlled Lathe is multituded by mechanism、 electric 、hydraulic、pressure,pneumatic、 electrino、information and so on. It is main working machine and possesses high precision、 high efficiency、high automation and high flexibility in the mechanical manufacturing equipment.The technology capability of Numerical-controlled Lathe and percentage of machine output and in possession of amount is one of the important signal weighting the whole level of one state national economy extend and commercial manufacture Numerical-controlled Lathe is one of main variety of Numerical-controlled Machine,it take a important place in the Numerical-controlled Machine,and for decade years,it is given the prevalence regard from all the world and get the prompt develop.
Therefore study the structure and working principle is the premise of operate、maintain、improve Numerical-controlled Lathe, also it is the basic of designing Numerical-controlled Lathe.Introduced the characteristics, the design request and the structure characteristicses
of Principal axis system 、Servo system and Tools system of Numerical-controlled Lathe according to this text, also made a introduction for the system parts.
Keywords: NCLathe Principal axis system
Servo system Tools system
目录
第一章概述 (1)
一数控机床的产生与发展 (1)
二数控机床的组成与适用范围 (1)
三数控机床的特点与分类 (3)
四数控技术的发展趋势 (4)
第二章设计基本思想和主要参数 (5)
一课题要求 (5)
二设计思想 (5)
第三章主轴系统设计与结构 (7)
一主传动系统概述 (7)
二主轴驱动装置、工作特性及速度控制 (8)
三主轴部件 (9)
四主传动系统设计与结构说明 (13)
第四章进给系统设计与结构 (15)
一进给传动系统概述 (15)
二交流伺服驱动装置及调速 (17)
三位置检测装置 (18)
四进给传动机构 (20)
五进给传动系统结构说明 (22)
总结 (26)
参考文献 (27)
第一章概述
一数控机床的产生及发展
科学技术的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最主要的措施之一。它不仅提高产品的质量、提高生产效率、降低生产成本、还能够大大改善工人的劳动条件。
大批量的自动化生产广泛采用自动机床、组合机床和专用机床以及专用自动生产线，实行多刀、多工位多面同时加工，以达到高效率和高自动化。但这些都属于刚性自动化，在面对小批量生产时并不是适用，因为小批量生产需要经常变化产品的种类，这就要求生产线具有柔性。而从某种程度上说，数控机床的出现正是很地满足了这一要求。
1952年，美国麻省理工学院成功地研制出一套三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的试验性数控系统，并把它装在一台立式铣床上。当时用的电子元件是电子管，这就是第一代世界上的第一台数控机床。
我国是从1958年开始研究数控技术，一直到60年代中期处于研制、开发时期。当时，一些高等院校、科研单位研制出试验样机，开发也是从电子管开始的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。从70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、点加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单，使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了推广。80年代，我国从日本发那科公司引进了5、7、3等系列的数控系统和交流伺服电机、交流主轴电机技术，以及从美国、德国引进一些新技术。这使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年，我国数控机床品种有了新的发展。90年代以及接下来主要是向高档数控机床发展。
二数控机床的组成与适用范围
（一）数控机床的组成
如图所示，数控机床由以下几个不分组成。
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1、程序介质
根据零件的几何和工艺要求，确定零件加工的工艺过程和工艺参数，然后按规定的代码和格式编制数控加工程序。编制程序的工作可由人工完成，也可以用计算机自动编程系统来完成。比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。 编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储介质上，称为程序介质，可以是穿孔纸带、磁带、磁盘等。
2、输入输出装置
输入输出装置主要用于零件数控程序的编制、存储、打印和显示等。简单的输入输出装置只包括键盘和发光二极管显示器。一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT 外，还包括纸带、磁带和磁盘输入机、穿孔机等。高级的数控系统还使用自动编程机或CAD/CAM 系统。
3、数控装置
数控装置是数控机床的核心。它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令。
4、伺服驱动系统、位置检测装置及辅助控制装置
伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并于机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发出来的速度和位移指令，控制执行部件的进给速度、方向和位移。每个进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统由开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用位置检测装置，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。
5、机床的机械部件
数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件如工作台、拖板及其传动部件和床身立柱等支承部件，还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心车床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。
(二) 数控机床的使用范围
数控机床适用于加工：
（1）生产批量小的零件（100件以下）；
（2）加工精度高、结构形状复杂的零件，如箱体类，曲线、曲面类的零件；
（3）需要进行多次改型设计的零件；
（4）需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件；
（5）价格昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果加工中因出现错而报废，将产生巨大的经济损失。
三数控机床的特点与分类
（一）数控机床的特点
数控机床是一种高效能自动化加工机床。与普通机床相比，数控机床具有如下特点。
1、适应性强
数控机床是按照被加工零件数控程序来进行自动加工的，当改变加工零件时,只要改变数控程序软件，而不需要改变机械部分和控制部分的硬件，就能适应加工。因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。
2、精度高，质量稳定
数控机床本身的精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿，加工零件按数控程序自动进行，可以避免人为的误差。因此，数控机床可以获得比普通机床更高的加工精度。尤其提高了同批零件生产的一致性，产品质量稳定。
3、生产率高
数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机加工时。还有自动换刀转速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能，而且无需工序间的检验与测量，故使辅助时间大为减缩。
4、能完成复杂型面的加工
许多复杂曲线和曲面的加工，普通机床无法实现，而数控机床完全可以完成。
5、减轻劳动轻度，改善劳动条件。
由于数控机床是自动完成对零件的加工的，许多动作不需要操作者进行，因此劳动条件和劳动强度大为改善。
6、有利于生产管理
采用数控机床，有利于向计算机控制和管理生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。
(二) 数控机床的分类
1、按工艺用途分类：
（1）普通数控机床
（2）数控加工中心（带有刀库和自动换刀装置的数控机床）
2、按控制运动的方式分类：
（1）点位控制数控机床
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（2）点位直线控制数控机床
（3）轮廓控制数控机床
3、按伺服系统的控制方式分类：
（1）开环数控机床
（2）半闭环控制数控机床
（3）闭环控制数控机床
4、按所用数控系统的档次分类
（1）低档数控机床(主要用于车床、线切割机床及旧机床改造)
（2) 中档数控机床(伺服进给采用半闭环及直、交流伺服控制,三至四轴联动制）（3) 高档数控机床(伺服进给采用闭环及直、交流伺服控制，五轴或以上联动制）以上中、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。
四数控技术的发展趋势
随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向发展。
1、高速、高精度
高速化指数控机床的高速切削和高速插补进给，目标是在保证加工精度的前提下，提高加工速度。这不仅是要求数控系统的处理速度快，同时还要求数控机床具有大功率和大转矩的高速主轴、高速进给电动机、高性能的刀具、稳定的高频动态刚度。
高精度包括高进给分辨率、高定位精度和重复定位精度、高动态刚度、高性能闭环交流数字伺服系统等。
2、“开放式”
要求新一代数控机床的控制系统是一种开放式、模块化的体系结构。系统的构成要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准的；系统的软件、硬件构造应是“透明的”、“可移植的”；系统应具有“连续升级”的能力。
3、智能化
所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，智能数控系统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征，自动感知加工系统得内部状态及外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、背吃刀量、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。
（1）在数控系统中引进自适应控制技术自适应控制实在加工过程中不断检查某些能代表加工状态的参数
（2）设置故障自诊断功能
（3）具有人机对话自动编程功能
（4）应用图像识别和声控技术
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4、复合化
复合化加工，即在一台机床上工件一次装夹便可以完成多工种、多工序的加工，通过减少装卸刀具、装卸工件、调整机床的辅助时间，实现一机多能，最大限度的提高机床的开机率和利用率。
5、高可靠性
高可靠性的数控系统是提高数控机床可靠性的关键。
6、多种插补功能
数控机床除具有直线插补、圆弧插补功能外，有的还具有样条插补、渐开线插补、螺旋插补、极坐标插补、指数曲线插补、圆柱插补、假想坐标插部等。
7、人机界面的友好
第二章设计基本思想和主要参数
一课题要求
（一）题目名称
数控车床机械结构设计（加工直径500mm）
（二）课题内容及工作量
（1）数控车床总装配图设计
（2）主轴部件设计
（3) 刀具进给系统设计
（4）设计图量Ao 4张、设计说明书一份
（5）外文翻译 5000汉字；
全部图纸用计算机辅助绘图，说明书由计算机输出打印。
二设计思想
参照济南第一机床厂的MJ-50型数控车床来进行设计：床身和导轨的布局采用水平床身斜滑板；主轴驱动采用交流伺服电动机无机调速，采用V型带带动主轴旋转：进给系统也使用交流伺服电动机驱动，使用同步带机构减速，采用滚珠丝杠副进行传动；刀架系统使用回转刀架机构；尾座使用标准尾座。下面对MJ-50进行介绍：
（一）MJ-50数控车床的用途
MJ-50数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、形成回转体表面。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰空、镗孔等加工。机床还可以
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完成车端面、切槽、倒角的加工。
（二）MJ-50数控车床的布局
MJ-50数控车床为两坐标连续控制的卧式车床。床身为平床身，床身导轨上面支承着30度倾斜布置的滑板，排屑方便。导轨的横截面为矩形，支承刚性好，且导轨上配置有防护罩。床身的左上方安装有主轴箱，主轴有AC交流伺服电动机驱动，免去变速传动装置，因此使主轴箱的结构变得十分简单。为了快速而省力地装夹工件，主轴卡盘的夹紧与松开是由主轴尾端的液压缸来控制的。
床身右上方安装有尾座。该机床有两种可配置的尾座，一种是标准尾座，另一种是选择配置的尾座。
滑板的倾斜导轨上安装有回转刀架，其刀盘上由10个工位，最多安装10把刀具。滑板上分别安装有X轴和z轴的进给传动装置。
根据用户的要求，主轴箱前端上可以安装对刀仪，用于机床的机内对刀。检测刀具时，对刀仪的转臂摆出，其上端的接触式传感器测头对所有刀具进行检测。检测完成后，对刀仪的转臂摆回到原位，且测头被锁在对刀仪防护罩中。
机床上配置有操作面板，机床防护门，可以配置手动防护门，也可以配置气动防护门。液压系统的压力由压力表显示。附有主轴卡盘夹紧与松开的脚踏开关。（三）MJ-50数控车床的主要技术参数
允许最大工件回转直径 500mm
最大切削直径 310mm
最大切削长度 650mm
主轴转速范围 35~3500r/min(连续无级)
其中恒扭矩范围 35~437 r/min
其中恒功率范围 437~3500 r/min
主轴通孔直径 80mm
拉管直径 65mm
刀架有效行程 X轴 182mm;Z轴 675mm
快速移动速度 X轴10m/min;Z轴 15m/min
安装刀具数 10把
刀具规格车刀25mmx25mm;镗刀￠12mm~￠45mm
选刀方式刀盘就近转位
分度时间单步 0.8s; 180° 2.2s
尾座套筒直径 90mm
尾座套筒行程 130mm
主轴AC伺服电动机连续/30min 超载 11/15kw
进给伺服电动机 X轴AC 0.9kw;Z轴AC 1.8kw
机床外形尺寸（长x宽x高） 2995mmx1667mmx1796mm
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第三章主轴系统设计与结构说明
一主传动系统概述
（一）主传动系统特点
1、目前数控机床的主传动电动机已不再采用普通的交流异步电动机或传统的直流调速电动机，它们已逐步被新型的交流调速电动机和直流调速电动机所代替。
2、转速高，功率大。它能使数控机床进行大功率的切削和高速切削，实现高效率加工。
3、变速范围大。数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn＞100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
4、主轴速度的变换迅速可靠。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。
（二）对主传动系统的要求
数控机床的主传动系统除应满足普通机床传动要求外，还提出如下要求：
1. 具有较大的调速范围，并实现无级调速。
数控机床为了保证加工时能选用合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更高的转速和更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床，工序集中工件一次装夹，可完成许多工序，所以，为了适应各种工序和各种加工材质的要求，主运动的调速范围还应进一步扩大。2. 具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪音低。
数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。
3. 良好的抗振兴和热稳定性。
数控机床一般既要进行粗加工，又要精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀运动部件不平稳以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力—抗振性。抗振性用动刚度或动柔度来衡量。例如主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度阻尼比及固有频率等参数。
机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提
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高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件有较高的热稳定性，通过保持合适的配合精度，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。
二主轴驱动装置、工作特性及速度控制
为了满足数控机床对主轴驱动要求，主轴电动机须具备下述性能：
（1）电机功率要大，且在大的调速范围内速度要稳定，恒功率调速范围要宽；（2）在断续负载下电机转速波动要小；
（3）加速、减速时间短；
（4）温升低，振动小，噪声小，可靠性高，寿命长，易维护，体积小，重量轻；（5）电动机过载能力强。
（一）交流主轴驱动装置及其工作特性
大多数进给交流伺服电动机采用永磁式同步电动机，但主轴交流电动机则多采用鼠笼式感应异步电动机，这是因为数控机床主轴驱动系统不必像进给系统那样，需要如此高的动态性能和调速范围。鼠笼式感应电动机其结构简单、便宜、可靠，配上矢量变换控制的主轴驱动装置则完全可以满足数控机床的主轴的要求。
交流主轴电机的性能可由图所示功率/速度曲线反应过来。从图中曲线可见交流主轴电机的特性曲线与直流电机类似，即在基本速度以下为恒转矩区域，而在基本速度以上为恒功率区域。但有些电机，如图中所示那样，当电机速度超过某一定值后，其功率/速度曲线又往下倾斜，不能保持恒功率。对于一般主轴电机，这个恒功率的速度范围只有1：3的速度比。另外交流主轴电机也有一定的过载能力，一般为额定值的1.2倍~1.5倍，过载时间则从几分钟到半个小时不等。
（二）交流主轴电机的调速
交流主轴电机属于交流感应电机，当定子三相绕组通上三相交流电时，将建立起旋转磁场，其主轴磁通￠m的空间转速为同步转速no，其值为
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no=60f1/p (r/min)
式中，f1为定子供电电源频率（Hz）；p为旋转磁场极对数。
感应电机转子的转数n为
n=no(1-s)=60f1(1-s)/p
式中，s为转数差，s=(no-n)/no
由上面可知调速方法分为两类。第一类改变同步转速no的调速，它可以改变极对数p，由于p是正整数，所以只能得到级差很大的有级调速，仅适用于不要求平滑调速的场合；另外是变频调节，采用连续地调节定子电源频率f1，来实现连续地改变电动机的转速，它是一种高效型交流调速，范围宽，精度高，是数控机床中常用的方法。第二类是不改变同步转速的调速，常用的有调压调速和电磁调速，由于有转差功率损耗，效率低，特性软，不适合数控机床调速。
从以上分析中，可知改变电源频率的调速是一种最有前途的调速方案，只要改变f1就能实现no的调速。但实际调速中单纯改变频率是不够的，因为当磁场以no 速度切割定子绕组，则在每组绕组感应电势为
E1=4.44f1K1w1￠m≈u1
式中，K1w1为定子每组绕组等效匝数；￠m为每极磁通量；u1为定子相电压。所以￠m= u1/4.44f1K1w1
由此可知，保持定子电压u1不变，则主磁通￠m的大小将会发生变化。在调速过程中，如果频率从工频往下调节，则￠m上升，将导致铁心过饱和而使励磁电流迅速上升，铁心过热，功率因数下降，电机带负载能力降低。因此，必须在降低频率的同时，降低电压，以保持￠m不变。这就是恒磁通变频调速中的“调频调压控制”。
变频调速有下面几种控制方式：
（1）恒转矩调速
（2）恒最大转矩调速
（3）恒功率调速为了扩大调速范围，可以使f1大于I频频率，得到n﹥no的调速。由于定子电压不许超过额定电压，因此￠m将随着f1的升高而降低。这时相当于额定电流时的转矩也减少，特性变软。可得到近似恒功率的调速特性。
三主轴部件
主轴部件是机床的一个关键部件，数控机床的主轴部件，既要满足精加工时高精度的要求，又要具备粗加工时高效切削性能的要求，因此，数控机床对主轴回转精度部件的结构刚度和抗振性，运转温度和热稳定性，以及部件的耐磨性和精度的保持能力等方面，都有很高的要求。
（一）主轴部件的性能要求
主轴部件是机床主要部件之一。它的性能，对整机的性能有很大的影响。主轴
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直接承受切削力，转速范围又很大，所以对主轴部件的主要性能特提出如下要求：1、旋转精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位的定心表面（如车床轴端的定心短锥、锥孔，铣床轴端的7：24锥孔）的径向和轴向跳动。旋转精度取决于的主要件如主轴、轴承、壳体孔等的制造、装配和调整精度。工件转速下的旋转精度还取决于主轴的转速、轴承的性能，润滑剂和主轴组件的平衡。
2、刚度
刚度主要反映机床或部件抵抗外载荷的能力。影响刚度的因素很多，如主轴的的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式，前后支撑的跨距和主轴的前悬伸，传动件的布置方式等。数控机床既要完成粗加工，又要完成精加工，因此对其主轴组件的刚度应提出更高的要求。
3、温升
温升将引起热变形使主轴伸长，轴承间隙的变化，降低了加工的精度；温升也会降低润滑剂的粘度，恶化润滑条件。因此，对高精度机床应研究如何减少主轴组件的发热，如何控温等。
4、可靠性
数控机床是高度自动化的机床，所以必须保证工作可靠性。
5、精度保持性
对数控机床的主轴组件必须有足够的耐磨性，以便长期保持精度。
以上这些要求，有的还是矛盾的。例如高刚度与高速，高速与低升温，高速与高精度等。这就要具体问题具体分析，例如设计高效数控机床的主轴组件时，主轴应满足高速和高刚度的要求；设计高精度机床时，主轴应满足高刚度低温升的要求。（二）主轴组件的动态特性
1.平移主轴作为一个刚体（实际上略有弯曲），在弹性支承上作平移振动，主轴各点的振动方向一致。
2.摇摆主轴在弹性支座上摇摆，左右振动方向相反。
3.弯曲主轴本身作弯曲振动，主轴中间与两端的振动方向相反，有两个节点。这两节点位于支承点附近。
每个振型都有其固有频率。每个振型按固有频率排列的次序，称为阶。上述三个振型的固有频率，以平移振型为最低，弯曲振型为最高，三个振型分别为第一二三振型，振型和固有频率合称为模态。可以看出，第一二阶模态的弹性环节主要是轴承；第三阶则主要是轴承。当轴的刚度提高时，第一二阶模态的固有频率也随之提高，但第三阶模态提高不多
主轴是一个连续体，又无穷个模态。例如还有主轴的扭转振动、纵向振动等。但是，这些模态的固有频率较高，工作时不可能发生共振，所以，只需研究最低几阶模态。主轴的模态，可用有限元法或传递矩阵法，借助计算机计算。
通常，主轴组件的固有频率很高，但是，高速主轴特别是带内装式电动机高速
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主轴，电动机转子是一个集中质量，将使固有频率下降，有可能发生共振。改善动态特性，可采取下列措施：
（1）是主轴组件的固有频率避开激振力频率。通常使固有频率高于激振频率的30%以上。如果发生共振的那阶模态属于主轴在弹性基础上（轴承）的刚体振动的第一阶（平移）和第二阶（摇摆）模态，则应提高轴承的刚度。如果属于主轴的弯曲振动，则应提高主轴的刚度，如加粗直径。
激振力可能来自主轴组件的不平衡，这时激振频率等于主轴转速乘以π/30。也可能来自断续切削，这时激振频率还应乘以刀齿数Z。
（2）增大比尼。如前所述，降低模态，常是主轴的刚度振动。这时主轴轴承，特别是前轴承的阻尼对主轴组件的抗振性影响很大。如果要求得到很光的加工表面，滚动轴承适当预紧可以增大阻尼，但过大的预紧反而使阻尼减少，故选择预紧时还因考虑阻尼因素。
（3）采用消振装置。
（三）主轴部件的组成
1、主轴部件
一般数控机床的主轴部件由主轴、主轴支承、传动件和相应的紧固件组成。对于具有自动换刀功能的数控机床，主轴部件还包括刀具自动加紧、主轴自动准停和主轴孔的清理装置等结构。主轴部件的构造，主要是支撑部分的构造。主轴的端部是标准的，传动件如齿轮、带轮等与一般机械零件相同。因此，研究主轴组件主要是研究主轴的支撑部分。
2、主轴的传动件
可以位于前后支承之间，也可位于后支承之后的主轴后悬伸端。目前传动件位于后悬伸端的越来越多。这样做，可以实现分离传动和模块化设计：主轴组件（称为主轴单元）和变速箱可以做成独立的功能部件，又专门的工厂集中生产，作为商品出售。变速箱和主轴间可用齿轮副或带传动联接。本数控车床采用带传动联接。主轴支承分径向和推力（轴向），圆锥孔双列圆柱滚子轴承只承受径向力，角接触球轴承兼起径向和推力支承的作用。
3、主轴的支承
（1）轴承的选择
机床主轴常用的滚动轴承有：圆锥孔双列圆柱滚子轴承，双列推力向心球轴承，双列圆锥滚子轴承，带凸肩的双列空心圆柱滚子轴承，带预紧弹簧的单列圆锥滚子轴承和角接触球轴承。在这次设计中用到的滚动轴承主要有：
a 、圆锥孔双列圆柱滚子轴承
内圈为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大，刚性好，允许转速高。它的内外圈均较薄，因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差是轴承滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴承只能承受径向载荷。
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b、角接触球轴承
这种轴承即可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。角接触球轴承一般组合使用。背对背组合、面对面组合和同向组合，这三种方式，两个轴承都共同承担径向载荷；背对背、面对面可承受双向轴向载荷；同向组合只能承受单向载荷，但承载能力较大，轴向刚度较高。
轴承要合理配置，对提高主轴部件的精度和刚度，降低支承温升，简化支承结构有很大的作用。主轴的前后支承均应有承受径向载荷的轴承。
（2）轴承的预紧
所谓轴承预紧，就是使轴承滚道预先承受一定的载荷，不仅能消除减隙，而且还能使滚动体与滚道之间发生一定的变形，从而使接触面积增大，轴承受力时变形减小，抵抗变形的能力增大。因此，对主轴滚动轴承进行预紧和合理选择预紧量，可以提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性。机床主轴部件在装配时要对轴承进行预紧，使用一段时间后，间隙或过盈有了变化，还得重新调整，所以要求预紧结构便于进行调整。滚动轴承间隙的预紧与调整，通常是使轴承内、外圈相对轴向移动来实现的。常用的方法如下：
a、轴承内圈移动。
这种方法适用于圆锥孔双列圆柱滚子轴承。用螺母通过套筒推动内圈在锥形轴颈上作轴向移动，使内圈变形胀大，在滚道上产生过盈，从而达到预紧的目的。
b、修磨座圈或隔套。
当轴承外圈宽边相对（背对背）安装，这时修磨轴承内圈的内侧；当轴承外圈窄边相对（面对面）安装，这时修磨轴承外圈的窄边。在安装时按相对关系装配，并用螺母或法兰盘将两个轴承轴向压拢，使两个修磨过的端面紧贴，这样在使两个轴承的滚道之间产生预紧。另一种方法是将两个厚度不同的隔套放在两轴承内、外圈之间，同样将两个轴承轴向相对压紧，使滚道之间产生预紧。
（3）轴承的润滑
滚动轴承在接触区的压强很高，在这么高的压强下，接触区产生变形，是一块小面积的接触而不是一条线或一个点的接触；润滑剂在高压下被压缩，粘度升高了。因此，才能在滚动体与滚道的接触区，形成一定厚度的油膜，把两者隔开，滚道体与滚道的接触面积很小，所以，滚动轴承所需的润滑剂很少的。当然，也可用脂润滑，还有用油气润滑的。
a、脂润滑
滚动轴承能用脂润滑是它的突出优点之一。脂润滑不需要供油管路和系统，没有漏油问题。如果脂的选择合适、洁净、密封良好，不使灰尘、油、切削液等进入，寿命是很长的。一次充填可用到大修，不需补充，也不要加脂孔。脂润滑可选用锂基脂如SKFLGLT2号（常用于球轴承）。
b、油气润滑
如果转速较大时，还需对轴承进行冷却。如果用油兼作润滑和冷却，则由于油的搅拌作用，温升反而会增加。最好用油润滑，用空气冷却。油雾润滑能达到这个
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13 目的，但是易污染环境。比较好的方法是油气润滑：在吹向轴承的空气中定期地注入油，油并不雾化，用后可回收，不污染环境。油用于润滑，空气用于冷却。
滚动轴承属于精密零件，因而在使用时要求相应地持慎重态度，既变使用了高性能的轴承，如果使用不当，也不能达到预期的性能效果。所以，使用轴承应注意以下事项：
* 保持轴承及其周围环境的清洁。即使肉眼看不见的微笑灰尘进入轴承，也会增加轴承的磨损，振动和噪声。
* 使用安装时要认真仔细，不允许强力冲压，不允许用锤直接敲击轴承，不允许通过滚动体传递压力。
* 使用合适、准确的安装工具，尽量使用专用工具，极力避免使用布类和短纤维之类的东西。
* 防止轴承的锈蚀，直接用手拿取轴承时，要充分洗去手上的汗液，并涂以优质矿物油后再进行操作，在雨季和夏季尤其要注意防锈。
四 主传动系统设计与结构说明
（一）主运动传动系统
数控车床的传动系统：其中主运动传动系统由功率为11/15kw 的AC 伺服电动机驱动，经一级1：1的带传动带动主轴旋转，使主轴在35~3500r/min 的转速范围内实现无级调速，主轴箱内部省去了齿轮传动变速机构，因此减少了原齿轮传动对主轴精度的影响，并且维修方便。
主轴功率扭矩特性
主轴传递的功率或扭矩与转速之间的关系：当机床处在连续运转状态下，主轴的转速在437~3500r/min范围内，主轴应能传递电动机的全部功率11kw，II（实线）为主轴的恒功率区域。在这个区域内，主轴的最大输出扭矩（245N·m）应随着主轴的转速的增高而变小。主轴转速在35~437r/min范围内的各级转速并不需要传递全部功率，但是主轴的输出扭矩不变，称为主轴的恒扭矩区域I（实线）。在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴的转速的降低而降低。电动机的超载功率为15kw,超载的最大输出扭矩为334 N·m。
（二）主轴箱结构
1、主轴箱结构
数控车床主轴箱结构如图，交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴。主轴有前后两个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承和一对角接触轴承组成，圆锥孔双列圆柱滚子轴承用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴承的间隙用螺母来调整。用螺钉来防止螺母回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承，轴承间隙用两个螺母来调整。两个螺钉是防止螺母回松的。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜低速大载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮以及同步带带动脉冲编码器，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉固定在主轴箱体上。
主轴箱结构图
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2 、液压卡盘结构
液压卡盘固定安装在主轴前端，回转液压缸1与接套9用螺钉11连接，接套通过螺钉于主轴后端面连接，使回转液压缸随主轴一起转动。卡盘的夹紧与松开，由回转液压缸通过一根空心拉杆2来驱动。拉杆后端与液压缸内的活塞10用螺纹连接，用两端有螺纹的连接套3连接拉杆和滑套6。当液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向卡盘方向移动时，滑套向右移动，由于滑套上楔形槽的作用，使得卡爪座4带着卡爪5沿径向向外移动，则卡盘松开。反之液压缸内的压力油推动活塞和拉杆向主轴后端移动时，通过楔形机构，使卡盘夹紧工件。卡盘体8用螺钉7固定安装在主轴前端。
液压卡盘结构图
第四章进给系统设计与结构说明
一进给传动系统概述
（一）进给传动系统的特点
1、尽量采用以摩擦得传动副。如采用静压导轨、滚动导轨和滚珠丝杠等，以减小磨擦力。
2、选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能地加速以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。
3、缩短传动链以及用预紧的方法提高系统的刚度。如采用大转矩宽调速的直流电动机与丝杠直接相连应用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副，丝杠支承设计成两端轴向固定的、并可预拉伸的结构等方法来提高转动系统的刚度。
4、尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。如采用消除间隙的联轴器（如用加锥销固定的联轴套、用键加紧螺钉紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等），采用有消除间隙措施的传动副等。
（二）对进给传动系统的要求
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为确保数控机床寄给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械传动装置时，提出如下要求。
1、高的传动精度与定位精度
数控机床进给传动装置的传动精度和定位精度对零件的加工精度起着关键性的作用，对采用步进电动机驱动的开环控制系统尤其如此。无论对点位、直线控制系统，还是轮廓控制系统，传动精度和定位精度都是表征数控机床性能的主要指标。设计中，通过在进给链中加入减速齿轮，以减小脉冲当量，预紧传动滚珠丝杠，消除齿轮、蜗轮等传动件的间隙等方法，可达到提高传动精度和定位精度的目的。由此可见，机床本身的精度，尤其是伺服传动链和伺服传动机构的精度，是影响工作精度的主要因素。
2、宽的进给调速范围
伺服进给系统在承担全部工作负载的条件下，应具有很宽的调速范围，以适应各种工件材料、尺寸和刀具等变化的需要，工作进给速度范围可达到3~6000mm/min。为了完成精密定位，伺服系统得低速趋近速度达0.1mm/min；为了缩短辅助时间，提高加工效率，快速移动速度应高达15m/min。在多坐标联动的数控机床上，合成速度维持常数，是保证表面粗糙度要求的重要条件；为保证较高的轮廓精度，各坐标方向的运动速度也要配合适当；这是对数控系统合伺服进给系统提出的共同要求。
3、响应速度要快
所谓快速响应特性是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度，即跟踪指令信号的响应要快；定位速度和轮廓切削进给速度要满足要求；工作台应能在规定的速度范围内灵敏而精确的跟踪指令，进行单步或连续移动，在运行时不出现丢步或多步现象。进给系统响应速度的大小不仅影响机床的加工效率，而且影响加工精度。设计中应使机床工作台及其传动机构的刚度、间隙、摩擦以及转动惯量尽可能达到最佳值，以提高进给系统的快速响应特性。
4、无间隙传动
进给系统的传动间隙一般指反向间隙，即反向死区误差，它存在于整个传动链的各个传动副中，直接影响数控机床的加工精度；因此应尽量消除传动间隙，减小反向死去误差。设计中可采用消除间隙的联轴器及有间隙措施的传动副等方法。5、稳定性好、寿命长
稳定性是伺服进给系统能够正常工作的最基本的条件，特别是在低速进给情况下不产生爬行，并能适应外加负载的变化而不发生共振的。稳定性与系统的惯性、刚性、阻尼及增益等都有关系，适当选择各项参数，并能达到最佳的工作性能，是伺服系统设计的目标。所谓进给系统的寿命，主要指其保持数控机床传动精度和定位精度的时间长短，及各传动部件保持其原来制造精度的能力。设计中各传动部件应选择合适的材料及合理的加工工艺与热处理方法，对于滚珠丝杠和传动齿轮，必须具有一定的耐磨性和适宜的润滑方式，以延长其寿命。
6、使用维护方便
数控机床属于高精度自动控制机床，主要用于单件、中小批量、高精度及复杂
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件的生产加工，机床的开机率相应就高，因此，进给系统的结构设计应便于维护和保养，最大限度地减小维修工作量，以提高机床的利用率。
二交流伺服驱动装置及调速
（一）交流伺服电机
用于闭环和半闭环系统的伺服驱动装置常有直流伺服电机、交流伺服电机等，这与主轴驱动装置类似。交流伺服电机驱动是最新发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。该系统克服了直流驱动系统中的电机电刷和整流子要经常维修、电机尺寸较大和使用环境受限制等缺点。它能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，用于数控机床等进给驱动系统为精密位置控制的情况。
交流伺服电机的功工作原理和两相异步电动机相似。由于它在数控机床中作为执行元件，将交流电信号转换为轴上的角位移或角速度，所以要求转子速度的快慢能够反映控制信号的相位，无法控制信号时它不转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，若控制信号消失，往往不能立即停止而要继续转动一会。
交流伺服电机也是有转子和定子构成的。定子上有励磁绕组和控制绕组，这两个绕组在空间上相差90°电角度。若有两相绕组上加以幅值相等、相位差90°电角度的对称电压，则在电机的气隙中产生圆形的旋转磁场。若两个电压的幅值不等或相位不为90°电角度，则产生的磁场是一个椭圆型旋转磁场。加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不同。例如，负载转矩一定，改变控制信号，就可以改变磁场的椭圆度，从而控制伺服电机的转速。
（二）交流伺服电动机的调速
交流伺服电动机调速与交流主轴电机的调速相似，即采用变频调速。下面介绍变频调速产生的磁场定向调速系统，即矢量变换控制。磁场定向调速的基本原理是通过矢量变换，把交流电动机等效为直流电动机，因为异步电动机的电磁转矩难以直接控制，也就不易获得良好的控制性能，而直流电动机能对电磁转矩进行良好的控制，使直流调速系统具有良好的动态性能。其思路是按照产生同样的旋转磁场这一等效原则建立的。它先将三相对称绕组等效成两相对称绕组，再将其等效成旋转的两个直流正交绕组，这两个正交绕组组成正交坐标轴，一个相当于直流电机的等效磁通，另一个相当于直流电机的等效电枢电流。在旋转的正交坐标系，交流电动机的数学模型和直流电动机的一样。这种等效要经过三相-二相交换、矢量旋转变换、直角坐标-极坐标变换等，才能得到所需的控制变量，使交流电动机能像直流电动一样，对转矩进行有效的控制，故称其为矢量变换控制。又因为旋转的两个正交坐标轴是由磁通矢量方向决定的，所以又称磁场定位控制。
交流伺服电动机由幅值控制、相位控制以及幅值-相位混合控制三种控制方法。
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项目5 型腔加工训练一 训练目的 ●根据工艺要求掌握内型腔和封闭凹槽加工方案。 ●合理选用刀具及合理的切削用量。 ●运用环切法切削内型腔。 ●掌握内型腔的加工刀具、走刀路线、去除余量的方法和编程技巧。任务1 工艺分析及理 1.零件图样的分析 零件图 图1-5-1
毛坯图 图1-5-2 如图1-5-1所示，零件材料为硬铝，切削性能较好，加工部分由内型腔和岛内型腔构成，图中主要尺寸注明公差要考虑精度问题。零件毛坯100mm×120mm ×20mm的方料，已完成上下平面及周边侧面的加工,如图1-5-2所示。 2.选择加工机床 用立式三坐标数控铣床或加工中心较为合适。机床型号：XK6325（FANUC-oi MC系统）或VMA600。这里选用VMA600加工中心。 3.加工工艺分析 本零件在加工中心上一次装夹即可完成所有加工内容，故确定一道工序，四个工步完成零件加工。 工步一用φ16的高速钢键槽铣刀环切法粗铣十字形凹槽。侧面留单边余量0.1mm。深度留0.1mm精加工余量。 工步二用φ16的高速钢立铣刀环切法精加工十字形凹槽到图纸尺寸要求。 工步三用φ8的高速钢键槽铣刀粗铣方形凹槽，侧面留单边余量0.1mm。深度方向留0.1mm精加工余量。 工步四用φ8的高速钢立铣刀精铣方形凹槽到图纸尺寸要求。 4.走刀路线 工步一环切法粗铣十字形凹槽。走刀路线如图1-5-3。从A（-10，0）点下
至切削深度，按A→C→D→E→F→H→I→J→K→M→N→L→P→Q→R →S→T→Z→D→E →F→H→B→O的路线进给，从O（0，0）点抬刀。 图1-5-3 粗铣十字形凹槽走刀路线 工步二环切法精铣十字形凹槽。走刀路线如图1-5-3所示。从A（-10，0）点下至切削深度，A→C建立左刀补，C→E直线切入，按E→F→H→I→J→K→M →N→L→P→Q→R →S→T→Z→D→E →F→H的路线进给，H→B直线切出，从B →O取消刀补，O点抬刀。 工步三粗铣封闭方型凹槽，方型凹槽内轮廓走刀路线（经旋转45度角后得到）如图1-5-4。O（0，0）→A（0，-40）建立左刀补，A点下刀至切削深度，按A→B→C→D→E→F→H→I→J→A的路线进给，A点抬刀，A→O点取消刀补。 方型凹槽外轮廓走刀路线（经旋转45度角后得到）如图1-5-4。O（0，0）→K（0，-40）建立右刀补，K点下刀至切削深度，按K→M→N→U→V→W→Q→P →S→K的路线进给，K点抬刀，K→O点取消刀补。
车床数控化机械部分的改造设计 发表时间：2018-12-26T12:35:56.377Z 来源：《防护工程》2018年第27期作者：王德顺 [导读] 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展。 济宁市技师学院山东省济宁市 272000 摘要：近几年，我国生产制造行业得到了迅速的发展。在生产制造业发展过程中数控机床的市场需求也不断增加，对于普通机床的改造成为时代发展的主要趋势。在实际普通车床数控化改造过程中，电极参数选择不精确、数控系统功能不合理等问题频繁发生，影响了普通车床数控化改造的精确度。因此为了保证改造后数控机床的应用效率，对具体改造过程进行进一步分析非常必要。 关键词：普通车床；机械结构；数控化改造 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展，机械加工业也在快速发展，数控车床逐渐取代了原本的普通车床，但是，普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高，很多企业无法负担，所以，需要对普通车床的机械结构进行数控化改造，以增强普通车床的自动加工能力，提高加工精度。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造，提高普通车床的加工精度。 一、车床数控化改造的必要性 相比较于传统机床，通过数控机床，能够对繁琐复杂的零件开展加工工作；能够显著提高机床工作效率，确保机床加工自动化月柔性自动化的实现；数控机床所加工的零件具有非常高的精准度，尺寸计算能力更强，有利于安装与配置工作的开展，不需要开展有关修配工作；能够集中起多个工序，降低零件的搬运频率；能够自主开展有关报警监控与补偿等工作等等；使工人劳动强度得到显著降低，有效缩减新产品试制与生产周期。与此同时，在企业信息化改造过程中，机床数控化发挥着重要的基础作用，数控技术既是制造业自动化的核心技术，更是其重要的基础技术。 二、车床数控化改造的特点 1、车床改造方案的制定，是通过车床中存在的问题来进行的。在改造车床的过程中，具有较强的针对性，确保符合有关生产的要求与规定。在改造旧车床数控化过程中，大多数基础件与很多传动部分无需进行更换，应当将这些零部件予以高效利用，在减少原材料与资金费用开支的同时，能够有效缩短改造时间，确保生产工作的迅速开展。 2、通常情况下，车床大型构件的制造运用的是铸铁，相比较于新铸件其稳定性更加突出，只需对中小型部件开展修复或更换工作即可。应当满足多品种、小批量零件生产的需要，扩大车床应用范围。通过车床数控化改造，能够实现生产设备自动化水平与能力的提升，强化设备质量。此过程中，更加需要注入科学技术的力量，让科学技术的应用促进车床数控化的改造，以促进改造目的的实现。 三、机床精度、质量检测与调试 1、精度调试。普通车床机械部分数控化改造后，必须进行精度调试。数控车床精度主要体现在：主轴跳动、刀塔精度、丝杠精度三方面可以用主轴千分表测量主轴精度、刀塔两项精度；跳动、圆度精度不合格的通过主轴卡头重新装配或车卡头来实现精度调整； X、Z 轴丝杠精度可通过调节伺服电机的齿轮比及精修丝杠和调节反向间隙及刀塔装配位置调整，反向间隙调试时要选用千百分表；进行几何精度调试时，可选择用角尺，平尺，千分表；当进行定位误差调试时，必须用激光干涉仪对定位精度进行测量，然后，根据情况进行适当的补偿，可以大大提高机床的定位精度和加工精度。重复定位精度不合格，要通过调整丝杠和丝杠母间隙或更换丝杠和轴承。精度调试是一个比较复杂的过程，一般是机械和电气部分都改造好后再调试。不同的机型调试也有差异，要根据机型特点进行调试，一般都要反复调几次，直到调好为止。 2、质量检测与调试 （1）质量检测。质量检验指机床性能和功能的检验，普通车床数控化改造后，机床性能检验项目主要有主轴性能、进给性能、机床噪声、润滑等。主轴性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）；进给性能有手动操作、手动数据输入方式（MDA）、软硬限位、回原点；数控功能检验项目有准备功能、辅助功能、操作功能、显示功能等方面。 （2）检测与调试。质量检测与调试包括空运转检测调试、动作检测调试、功能检测调试及试切削检测调试等。空运转检测调试：让机床主运动由低、中、高运转，观察主轴轴承温度是否稳定，再输入程序做连续运动，如果正常可连续运转不少于48h。动作检测调试：按数控系统安装手册进行主轴变挡指令调试，检测各轴正负两个方向的超程。功能检测调试：用指令对机床的功能进行调试，检查动作的灵活性和功能的可靠性。然后做进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、程序暂停、程序删除、回基准点，程序序号显示和检索、直线插补、直线切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等调试。试切削检测调试：把事先准备好的零件程序输入系统，进行试切削加工，检测机床数控化改造后的加工性能和精度的稳定性。 四、车床数控化改造 1、普通车床床身导轨的改造。我国大部分普通车床的床身材料为铸铁，在进行数控化改造时，为了提高床身导轨的精度，可以在铸铁导轨上粘贴塑料软带。塑料软带能够提高车床导轨的润滑性，使导轨上的主刀行进得更加流畅，从而保证车床的加工精度。在改造过程中，也可以将传统的铸铁导轨改造为滚动导轨，滚动导轨的摩擦系数比较小，不会影响机械加工的几何精度。 2、滚珠丝杠的改造。滚珠丝杠主要是由滚珠、丝杠、回珠管等构成的，它可以将车床机械部件的回转运动转化为直线运动。普通车床中的滚珠丝杠可以提高车床的传动效率，使车床刀轴的行进过程更加平稳。因为滚珠丝杠在运行过程中不会产生较大的振动，所以，不会产生过大的摩擦阻力。对滚珠丝杠进行数控化改造时，需要测量滚珠丝杠的齿差缝隙、丝杠转速和滚珠直径等，以保证改造完成后车床不会出现直线行进失稳的情况。 3、主轴传动系统的数控化改造。普通车床的主轴是由电动机带动皮带使主轴旋转。在数控化改造时，尽量不要破坏原本的主轴箱，主要改造电机的变速系统。因此，可以用双速或者四速电动机代替原本的电动机，以增强主轴传动系统的传动能力。在改造过程中，可以在主轴传动系统中增加脉冲编码器，标记主轴运行的初始位置，为主轴传动编码，让主轴每转动一圈编码器自动调整一次主轴刀具的位置。一般情况下，脉冲编码器安装在主轴箱中，并与电动机的传动齿轮1∶1 连接，从而实现主轴与编码器的同步运行。 4、车床进给系统的数控化改造。在改造进给系统时，需要加装步进电机，并在进给系统的步进电机上安装减速器。减速器通过连接装
毕业设计任务书 毕业设计题目：经济型C6140车床数控改造
内容和要求：内容：司服进给系统的校核计算和微机数控系统硬件电路设计，完成普通C6140车床的数控化改造及相关图纸。 技术要求：利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠，刀架采用自动转位刀架。 工作质量要求：方案设计合理，理论计算准确，结构设计合理，图纸图面清楚，投影正确，标注完整，设计及绘图过程符合国家要求等。 软硬件条件：个人计算机；参考书；AutoCAD（或其他绘图条件） 指导教师（签字）：年月日
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生 和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。 关键词：机床, 数控机床, 伺服进给系统, 单片机
1．前言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 数控机床和数控技术 (1) 1.3 数控机床的特点 (2) 1.4 数控机床的发展 (3) 2．总体方案的设计 (4) 2.1 设计任务与要求 (4) 2.1.1 课程设计的目的 (4) 2.1.2 课程设计的主要技术参数 (4) 2.2.3 课程设计的内容 (5) 2.2.4 课程设计的要求 (5) 2.2.5 课程设计的图纸 (5) 2.2 总体方案的设计 (5) 2.2.1 数控系统运动方式的确定 (5) 2.2.2 伺服进给系统的改造设计 (6) 2.2.3 数控系统的硬件电路设计 (6) 3．伺服进给系统的计算 (8) 3.1 确定系统脉冲当量 (8) 3.2 切削力的计算 (8) 3.2.1 纵车外圆 (8) 3.2.2 横切端面 (8) 3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 3.3.1 纵向进给丝杠 (9) 3.3.2 横向进给丝杠......................................... .11 3.3.3 纵向和横向滚珠丝杠螺母副几何参数..................... .14
第六章 数控机床的自动换刀装置第一节自动换刀装置的形式数控机床 为了能在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种简单的自动换刀装置，所不同的是在多工序数控机床出现之后，逐步发展和完善了各类回转刀具的自动换刀装置，扩大了换刀数量，从而能实现更为复杂的换刀操作。 在自动换刀数控机床上，对自动换刀装置的基本要求是：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具存储量，刀库占地面积小及安全可靠等。 各类数控机床的自动换刀装置的结构取决于机床的形式、工艺范围及其刀具的种类和数量。其基本类型有以下几种。 一、转刀架换刀回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。 回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为 0.001～0.005mm）。 一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧141 等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图6-1所示。 图6-1a)所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。 转位刀架 刀架内装信号盘上齿盘销钉端齿盘定位开电动机合下齿盘销钉n螺母弹簧安全离合器蜗轮副(a)(b) 刀架 凸轮凸轮拔爪棘爪上齿盘下齿盘电动机液压缸棘轮摆动阀芯(c)(e)(d)回转刀架的类型及其工作原理图6-1 图6-1b)所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。 图6-1c)所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。 图6-1d)所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定 位锁定。 142
毕业设计 标题︰轴类零件工艺设计学生姓名︰ 系部︰机械工程系专业︰数控技术 班级︰ 指导老师︰ 校外指导老师︰
目录 摘要 (4) 1．绪论 (5) 1.1数控技术的现状与发展趋势 (5) 2. 零件工艺分析 (6) 2.1零件的用途 (6) 2.2零件图工艺分析 (6) 2.3零件毛坯及材料的选择 (7) 3.加工设备及辅助工具的选择 (9) 3.1机床的选择 (9) 3.2刀具的选择 (9) 3.3量具的选择 (10) 3.4夹具的选择 (10) 4.拟定工艺方案 (11) 4.1加工工序的划分 (11) 4.2加工顺序的确定 (11) 4.3加工路线的确定 (12) 4.4零件定位基准的确定 (14) 4.5装夹方式的确定 (15) 4.6工作坐标原点与换刀点的确定 (16) 5.切削用量选择 (17) 5.1背吃刀量的确定 (17) 5.2主轴转速的确定 (17) 5.3进给速度的确定 (19) 6.切削液的选择 (20)
7.工艺文件的制定及程序编制 (21) 7.1数控加工工艺卡 (21) 7.2刀具卡 (22) 7.3程序编制 (23) 8．机械加工精度及零件表面质量 (31) 8.1机械加工精度 (31) 8.2零件表面质量 (31) 结论 (33) 参考文献 (34) 附录 (35) 后记 (36)
摘要 数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床效能的前提条件。因此本文主要是对轴类零件的数控加工工艺进行分析，详细地阐述了轴类零件的加工工艺分析及制定加工方案的整个设计过程。该轴类零件的结构特点是由圆柱、圆弧、椭圆弧、螺纹、槽等组成内外表面的回转体。零件的加工过程是首先用粗基准定位，加工出精基准表面；然后采用精基准定位，加工零件的其他表面。工艺路线的拟订是制订工艺规程的关健，它与定位基准的选择有密切关系。其次在机床、刀具、夹具切削用量的选择中，着重考虑到其对零件的加工的因素，为工艺设计节省了大量的时间。提高了设计效率。本文内容大致介绍了数控技术的发展趋势、对零件加工工艺步骤分析以及数控编程等。利用计算机辅助设计-AuToCAD绘制椭圆轴的二维图，用G代码指令进行手工编程并制定了相关的工艺文件，最后对机械加工精度及零件表面质量进行分析。 关键词：数控技术、轴类零件、工艺设计、程序编制
目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要
我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，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，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确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，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以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档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
CA6140机床的数控化改造 一、市场研究与需求分析 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比较低。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，所以必须大力提高机床的数控化率。 机床数控改造的意义： 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。 二、CA6140车床数控系统总体设计方案 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。 1、设计任务 对CA6140普通车床进行数控化改造的车床能进行生产加工，其加工质量和精度(误差万≤o．03ram)达到或超过改造前车床出厂时的水平，接近同档次数控车床的水平，数控改造的车床其生产效率、安全性超过改造前普通车床出厂时的水平。 2.2总体方案确定 2.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动，所以不能选用点位系统，因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中不进行切削。因此，应选用连续控制系统。 1.确定伺服系统 1）小型机床都采用步进电机驱动系统。这种系统价格低，结构简单，安装调试和维修都非常方便，但控制精度和速度较低。 2）大、中型机床则都采用可控硅直流伺服系统和PWM直流伺服系统。这两种系统控制精度高、调速范围宽、快速性好，容易实现半闭环控制，但价格较高，维修较困难。 2.数控系统 数控系统的控制方式有三种：开环、闭环和半闭环方式。选择哪种控制方式，需根据具情况确定。 1）一般小型机床的数控化改造多半采用开环控制方式。数控系统多数为以单板机为主控制单元的简易数控系统。因该类机床本身价格低廉，而该控制方式投资少，安装调试方便，
题目数控机床的组成加工原理与工艺 系部：机电工程系 专业：机电一体化 指导老师： 班级： 学生：
目录 绪论 (1) 第一章数控车床的基本组成和工作原理 (4) 1.1 任务准备 (4) 1.1.1 机床结构 (4) 1.2 工作原理 (6) 1.3 数控车床的分类 (6) 1.4 数控车床的性能指标 (7) 1.5 数控车床的特点 (8) 第二章数控车床编程与操作....... . (10) 2.1 数控车床概述 (10) 2.1.1数控车床的组 (10) 2.1.2数控车床的机械构成 (11) 2.1.3数控系统 (11) 2.1.4数控车床的特点 (12) 2.1.5数控车床的分类 (13) 2.1.6数控车床（CJK6153）的主要技术 (13) 2.1.7数控车床（CJK6153）的润滑 (13) 2.2 数控车床的编程方法 (13) 2.2.1设定数控车床的机床坐标系 (13) 2.2.2设定数控车床的工件坐标系 (14) 第三章数控车床加工工艺分析 (20) 3.1 零件图样分析......................................... (20) 3.2 工艺分析 (21) 3.3 车孔的关键技术 (21)
3.4 解决排屑问题 (21) 3.5 加工方法 (22) 第四章当前数控机床技术发展趋势 (24) 4.1 是精密加工技术有所突破 (24) 4.2 是技术集成和技术复合趋势明显 (24) 结束语 (25) 参考文献 (26)
绪论 数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯 机并加工零件。 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：●加工精度高，具有稳定的加工质量； ●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；●加工零件改变时，一 般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；数控折弯机 ●机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。数控机床一般由下列几个部分组成：●主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控机床●数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。●驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 ●辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。●编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件 和软件方面，都有飞速发展。
C6132普通车床数控化改造设计 摘要 机床数控化改造的研究是提高我国技术装备水平的重要项目，在我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新的情况下，由于数控机床的加工能力和资金受限，对机床进行数控化改造是一条节约资金、快速有效的途径。 本文对C6132普通车床数控化改造进行了深入研究，包括对机床改造进行可行性分析、对机床关键部件参数的计算、对机床结构的设计、对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统和计算机系统，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。结果表明:经改造后的机床已达到预期的功能和精度，完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度。 关键词:普通车床，数控改造，步进电机，经济型数控系统，MCS-51
C6132 NC lathe design of ordinary ABSTRACT S tudy on machine tool numerical control transformation of important project is to improve the level of technical equipment in China, with large extended serviceand technology in China urgently needs to be updated of the old machine tool case, because the NC machine tool processing capacity and funding is limited, of machine tool numerical control transformation is a saves money, fasted effective way. C6132 lathe NC system to rebuild this article to be an in-depth study, including machine tools retrofitting feasibility analysis, calculation of parameters of the key parts of machine tool design, machine tool, machine too l structure rebuilding scheme optimal selection, choose a suitable machine tools servo system and computer system, and matters for attention in the reform are discussed in detail. Results: after the transformation has reached the expected functionality and accuracy of machine tool, fully able to realize process of cylindrical, conical, thread, automatic control at the end, improve the efficiency of the original production of machine tools, lower labor intensity KEY WORDS：Lathe, numerical control transformation, stepping motors, CNC system, MCS-51
摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架
一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。 普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，
C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，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，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确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，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以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档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术
江西城市职业学院2011届毕业设计 题目：数控机床自动润滑系统设计 分院：机电工程学院 班级：数控08—1班 学号： 080744080104 学生姓名： XXXX 起讫日期： 指导教师：职称： 教研室主任： 审核日期：
数控机床自动润滑系统 摘要 机床润滑系统的设计、调试和维修保养，对于提高机床加工精度、延长机床使用寿命等都有着十分重要的作用。但是在润滑系统的电气控制方面，仍存在以下问题:一是润滑系统工作状态的监控。数控机床控制系统中一般仅设邮箱釉面监控，以防供油不足，而对润滑系统易出现的漏油、油路堵塞等现象，不能及时做出反应。二是设置的润滑循环和给油时间单一，容易造成浪费。数控机床在不同的工作状态下，需要的润滑剂量是不一样的，如在机床暂停阶段就比加工阶段所需要的润滑油量要少。针对上述情况，在数控机床电气控制系统中，对润滑控制部分进行了改进设计，时刻监控润滑系统的工作状况，以保证机床机械部件得到良好的润滑，并且还可以根据机床的工作状态，自动调整供油、循环时间，以节约润滑油。 数控机床中润滑系统为间歇供油工作方式。因此，润滑系统中的压力采用定期检查方式，即在润滑泵每次工作以后检查。如果出现故障，如漏油、油泵失效、油路堵塞，润滑系统内的压力就会突然下降或升高，此时应立即强制机床停止运行，进行检查，以免事态扩大。油面过低以往习惯的处理方法是将“油面过低”信号与“压力异常”报警信号归为一类，作为紧急停止信号。一旦PMC系统接收到上述信号，机床立即进入紧急停止状态，同时让伺服系统断电。但是，与润滑系统因油路堵塞或漏油现象而造成“压力异常”的情况不同，如果润滑泵油箱内油不够，短时间不至于影响机床的性能，无需立即使机床停止工作。但是，出现此现象后，控制系统应及时显示相应的信息，提醒操作人员及时添加润滑油。如果操作人员没有在规定时间内予以补充，系统就会控制机床立即进入暂停状态。只有及时补给润滑油后，才允许操作人员运行机床，继续中断的工作。针对“油面过低”信号，这样的处理方法可以避免发生不必要的停机，减少辅助加工时间，特别是在加工大型模具的时候。在设计时，我们将“油面过低”信号归为电气控制系统“进给暂停”类信号，采用“提醒——警告——暂停，禁止自动运行”的报警。一旦油箱内油过少，不仅在操作面板上有红色指示灯提示，在屏幕上也同时显示警告信息，提醒操作人员。如果该信号在规定的时间内没有消失，则让机床迅速进入进给暂停状态，此时暂停机床进行任何自动操作。操作人员往油箱内添加足够的润滑油后，只需要按“循环启动”按钮，就可以解除此状态，让机床继续暂停前的加工操作。 该系统采用PLC进行控制。正常情况下，按下启动按钮，润滑电动机M立即运行，20S
毕业设计任务书 机电工程系 一、设计课题名称：CA6140车床的数控化改造 二、指导教师： 三、设计要求： 采用数控装置和伺服装置，对CA6140车床进行数控化改造。要求能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选择合理，控制系统设计简单可靠，保护措施完备。 四、设计依据： CA6140车床控制要求、电气原理图及相关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数； 常用低压控制电器型号规格参数。 五、参考资料： 熊光华主编2数控机床2北京：机械工业出版社；2002 廖兆荣主编2机床电气自动控制2北京：化学工业出版社；2003 王爱玲主编2现代数控机床结构与设计2北京：兵器工业出版社；1999 余良英编著2机床数控改造设计与实例2北京：机械工业出版社；1998 白恩远主编2现代数控机床伺服及检测技术2北京：国防工业出版社；2002 袁任光编著2交流变频调速器选用手册2广州：广东科技出版社，2002 曾毅等编著2变频调速控制系统的设计与维护2济南：山东科学技术出版社，2002 编写组编2机床设计手册第5卷上、下册2北京：机械工业出版社，1979 李荣生主编2电气传动控制系统设计指导2北京：机械工业出版社，2004 姜德希编2机床电气线路图册2北京：中国农业出版社， 编写组编著2工厂常用电气设备手册上、下册2北京：中国电力出版社，1997 六、设计内容进度及工作量 (一)设计内容和进度要求 序号进度要求设计内容
1 1周了解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。 经过分析、比较、计算，确定改造总体方案。 2 0．5周 对进给、主轴传动系统进行分析计算，选择拖动电动机并确定传动系统 改造方案。 1周完成进给、主轴传动系统改造图。 3 0．5周选择伺服装置 0．5周完成伺服系统控制设计，并完成伺服系统控制原理图。 4 0．5周选择数控装置。 5 1周完成电气原理图草图和电气安装接线图草图。 0．5周完成电气原理图和电气安装接线图。 6 0．5周伺服系统调试设计。0．5周数控装置调试设计。0．5周机床安装及调试设计。 7 2周编写设计说明书。 8 1周毕业设计答辩准备及答辩。 (二)工作量 设计说明书：数控化改造总体方案设计；机械部分改造设计；伺服装置选型；伺服系统控制设计；数控装置选型；电气控制系统设计；机床安装与调试设计。 图纸：机械改造图；伺服系统控制原理图；电气安装接线图；电气原理图；元器件清单； 七、说明书的格式和装订要求 （一）毕业设计封面（全系统一格式） （二）毕业设计评阅书（全系统一格式） （三）评分标准（全系统一格式） （四）毕业设计任务书（指导教师下发） （五）毕业设计明细表（全系统一格式）
普通车床的数控化改造设计 摘要 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。由于切削参数，切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量，多品种复杂零件的加工。 本设计主要对横向进给系统的数控改造，其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨，把螺纹丝杠改成滚珠丝杠，一把的异步电动机改成伺服电动机（步进电动机），最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。 关键词：进给伺服系统，回转刀架，滚珠丝杠，导轨
目录 前言 (1) 第1章横向进给传动链的设计计算 (6) 1.1 主切削力及其切削分力的计算 (6) 1.2 导轨摩擦力的计算 (6) 1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7) 1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 (7) 1.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (7) 第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10) 2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷 F的校验 (10) c 2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 n的校验 (10) c 2.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 (11) 第3章计算机械传动系统的刚度 (12) 3.1 计算机械传动系统的刚度 (12) (13) 3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K φ 第4章驱动电动机的选型与计算 (14) 4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (14) 4.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 (14) 4.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩 T (15) ap 4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩16 4.5 选择驱动电动机的型号 (16) 第5章机械传动系统的动态分析 (18) 5.1 计算丝杆—工作台纵向振动系统的最低固有频率 ω (18) nc 5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 ω (18) nt 第6章机械传动系统的误差计算与分析 (19) 6.1 计算机械传动系统的反向死区? (19) 6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 δ (19) k max 6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (19)
数控车床毕业设计
南京工程学院继续教育学院毕业论文典型轴类零件数控车削加工设计姓名：钱春花 学号：07323 专业：机电一体化 学历：大专 指导教师: 姜爱国
函授站：无锡交通高等职业技术学校 中国·南京 2012年5月 目录 前言（引言） 1．课题选择及说明 1．1 选题目标 1．2 课题说明 1．3图纸
2．加工内容和加工要求分析 2．1 加工结构及分布 2．2 加工要求分析 2．3 加工重点和难点分析 2．4加工内容和要求分析表 3．1加工方案设计初步考虑 3．1 加工过程设计 3．2 加工设计其它方案及优化4．加工设备选用 4．1机床选用： 4．2刀具选择 4．3夹具选用： 4．4量具 4．4工具清单 5．加工程序 6．操作加工要点 6．1加工准备 6．2工件加工 6．3对工件加工操作的改进 7．课题设计小结 7．1设计内容总结 7．2设计效果论证 7．4设计不足分析和可能的优化展望 7．3设计体会 参考文献资料
1．课题选择及说明 1．1 选题目标 通过典型轴零件数控车床加工设计，进一步提高工艺分析、工艺设计及工艺技术文件的编写、程序编写，提高综合数控加工技能。 是专业各门课程综合应用，提高专业能力。 设计与工作实际相结合，提高工作适应能力。 目的： 1、通过零件加工工艺设计进一步掌握零件加工的过程和每一步的加工要求，在设计过程中，充分利用在校所学内容，使之融会贯通，加深对所学内容的理解和掌握。 2、设计过程中必须认真考虑加工三要素的设定，它们是加工中最重要的三个参数。合理设置可以提高加工精度，缩短加工时间，节约生产成本。通过设计可以更深一点地理解并掌握三要素的设定方法。 3、设计中涉及了车断面、车外圆、车椭圆、镗孔、车内外螺纹等加工方式。通过对如上常用加工方式的工艺设计，熟悉了这些加工方式的加工特点，工艺设计的方法。 4、在此次设计过程中，肯定会遇到各种各样的困难，这也能提高我遇到问题解决问题的能力。对今后的工作以及生活都大有益处。 意义： 1、随着全国产业机械化的提高，相应的机械零件的加工精度要求也随之愈加严格，对零件加工工艺进行合理设计能更好的在现有的加工条件下使加工精度得以最大化。 2、在制造业要求“成本最低化，利益最大化”的大前提下，零件加工工艺也有充分的必要性。它可以缩短加工时间，提高生产效率，降低原材料的报废率，从另一方面讲，也有效的降低了工人们的劳动强度。