机床改造实施方案计划

题目四 C6132普通车床的数控改造设计

1. 设计目的：通过C6132普通车床的数控改造，使学生们掌握普通机床改造的方法，具有灵活运用相关知识的能力；

2. 设计内容及要求：C6132型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。本设计任务是对C6132普通车床进行数控改造。利用微型计算机对纵、横向进给系统进行开环控制．纵向脉冲当量为0.01mm／脉冲．横向脉冲当量为0.005mm／脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。

3. 设计成果：

1）电动机的选取

2）相关硬件电路图

普通车床数控改造——C6132总体设计及横向进给设计

机械设计制造及其自动化

摘要

本次设计是对普通车床C6132的数控化改造。主要包括：主传动系统的改造、进给系统的改造、导轨和刀架的改造，以及控制系统改造。结果表明，改造后的车床具有自动化程度高、精度高等优点，并且降低了成本，提高了原机床的使用价值。

关键词：车床 数控改造 滚珠丝杠 数控系统

一、总体方案拟定

数控车床主要用于轴类、盘类零件的加工, 能自动完成外围柱面、内孔、锥面、圆弧面、螺纹等工序的粗细加工, 并能在圆柱面或端面上进行铣槽、钻孔、铰孔等工作, 可以实现回转体零件在预先加工好定位基面后, 一次装夹下完成从毛坯到成品的全部工序。因此能够极大的提高生产率。C6132车床主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工。

数控车床的结构改造要求： 在改造中应尽可能保留原机床结构。主传动系统中保留主轴箱内滑移齿轮变速机构，取消原操作手柄，实现主轴的正反转及停止，改由数控系统直接控制主电机，当数控系统发出M03指令后，主电机正转，通过传动系统实现主轴正转。纵、横进给系统均采用交流伺服电动机。用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构,具有摩擦力小,运动灵敏, 无爬行现象, 也可以进行预紧, 以实现无间隙传动,传动刚度好,反向时无空程死区等特点。可提高传动精度。导轨需沿用原机床的导轨，但因起精度较低，不适合数控机床。因而在原导轨上粘接四氟乙烯软带，使其有良好的耐摩性和较小的摩擦阻力，能预防爬行并具有自润滑性。将原刀架和小托板拆除，将车床刀架换为四工位电动刀架，将刀架调整好高度安装在中拖板上，由数控系统直接控制，减少辅助时间，提高效率。为保证加工螺纹时纵向进给运动与主轴的回转运动有严格的运动关系，需要在主轴尾部安装主轴脉冲发生器。主轴脉冲发生器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，使数控系统控制刀架的纵向移动量。

３ＭＺ１　４１　０Ｓ外沟机床扩型改造方案　徐洪军　（哈尔滨轴承集团技术中心制造分厂）　摘要：通过对３ＭＺ１４１０Ｓ外沟磨床扩型改造，再不改变原机床床身。通旋转一周以上，来保证加工档边工序的要求。　过改装部分机构，把原只能加工球轴承的设备改造为可加工二类短园柱轴　承，实现可加工双挡边工序和滚道工序的磨削，实现一机多用。　关键词：３ＭＺ１４１０Ｓ外沟磨床双档边切入磨削直线修整　０引言　３ＭＺ１４１０Ｓ磨床是加工球类轴承的设备，由于轴承市场球类轴　承以基本饱和，二类短圆柱轴承市场很好，而且价格高，通过对　３ＭＺ１４１０Ｓ设备的改造，使其能够改变磨削方式，同时通过改变进　给量的行程，达到加工二类短圆柱轴承的要求，从而满足市场需求。　１设备改造方案　对３ＭＺ１４１ＯＳ外沟磨床３个部位的改进　１．１进给部位的改进：　由于要加工档边部位，原机床进给部分的进给量，以满足不了加　工二类短圆柱轴承的需要，把原机构进行改造，将原进给齿轮外径ａ　减小、齿条的位置ｂ改变，如图１—１和１—２所示。使其能够让齿轮　ｌ　Ｊ　，Ｊ￣　＇Ｌ　

二粪套圈　１—１改造前　萼　＝＝＿二　二：：　…‘　＼　＼　、　，　７　｛　，　Ｉ……　＿　－兰参　……一　．／ｉ　／　／　

２６９　／／　／／　／　／。　／　／　１－、２改造后　／－／　／｝　。，　／，／，　１　０ｌ　，　Ｊ　，　２－１　这台机床进给机构是采用螺旋式进给方式，它的进给丝杠螺距　为１．５ｍｍ，丝杠旋转一周，进给量为１．５ｍｍ，在加工球类轴承时流　量在Ｏ＿５—０．７之间，丝杠旋转大半周就能满足加工条件（机床设计只　能旋转大半周）。可要是加工二类短圆柱轴承的档边工序，需要较大　的进给量，才能满足；ｂｒｉｍ需求。如图２—１和２—２所示。通过改变齿　轮外径及齿条的位置，来实现丝杠旋转一周以上，进给量达到　１．５ｍｍ以上，满足了加工产品的要求。　由于进给部分是采用液压推动齿条，使其齿轮旋转，通过螺距　旋转位置来达到进给效果。改变齿轮外径及齿条位置后，由于扭矩　增大，有可能出现进给部位故障，通过调整机床快靠压力的大小，来　保证进给的正常运行，达到预期的效果。　１．２修整机构的　…　一了　一，ｊ　改进：　０ｊ　一　ｊ’　１＿２．１把原机床的　圆弧修整器的位置，加　，，ｊ　，，　Ｊ　Ｊ　装一套直线修整器，这　蛳　＿，，。　．Ⅲ＿＿　个修整器是特殊加工　卜…　的，上部分与正常内径　ｊ　、、Ｌ………一ｉ　机床安装的直线修整　，　ｌ　器基本一样，只是抬起　的动作不需要，加工时　可将这一部分省略，但　需要一个简单的垂直　调整机构，用来调整砂　轮的中心位置，这样能　节约部分资金。只是下　部分的尺寸及安装孔，　都是采用原机床的圆　弧修整器的安装位置，　安装完成后加工产品　时，通过调整尺寸位置　达到标准后将其固定　好，因为修整器是和工　件往复台是一体的，所　以通过进给补偿来实　现砂轮自动修整。　１．２＿２在原安装粗　磨砂轮轴壳的位置上，　加装一个砂轮端面修　整器，这个修整器也是　特殊加工的，这个部件　上由砂轮修整架、往复　油缸、往复、底座组成，　底座的安装孔，要和原　机床粗磨砂轮轴壳的　～　／　２—２　

第 1 页 共 4 页 实现SKODA镗床数控改造Z／W轴的切换功能 胡国清 （武汉华中自控技术发展有限公司，武汉430077） 摘 要：针对SKODA铣镗床主轴箱的特点——镗杆、滑枕共用一台电机驱动，在数控改造中，应用SIEMENS 840D设定点交换功能实现两个数控轴Z/W的切换功能。 关键词： 设定点交换 SKODA镗床 Realization of the Axis Z/W Exchange Function of CNC Boring Machine from SKODA NC Alteration HU Guoqing （Wuhan Huazhong Automation Technology Devolopment Ltd.，Wuhan 430077，CHN） Abstract：According to the characteristic of SKODA boring machine——boring bar & ram are drived by one motor, while in CNC reforming of the machine, the axis Z/W exchange function is realized by the setpoint exchange function of SIEMENS 840D. Keywords：Setpoint exchange；SKODA boring machine 捷克SKODA公司生产的铣镗床在我国的安装量很多，且大多数是20世纪80年代及以前的产品，机床的结构、机械磨损程度、电气设备老化等方面均到了改造的时候，其中一部分根据使用要求需改造成数控机床。这时，面临的一个重要技术问题就是：如何解决Z/W轴切换的问题。 经过多台SKODA铣镗床的数控改造，特别是最近两台中应用SIEMENS 840D setpoint exchange功能成功改造，我公司积累了丰富的经验，现就其改造方案与实施过程与同行交流，以作为同类机床改造的借鉴。 1．SKODA主轴箱结构特点 为了使下面的描述更直观，先说明常见SKODA铣镗床主轴箱的机械结构共同特点。如图1，镗杆（Z轴）和滑枕（W轴）采用一台电机驱动，通过离合器切换选择驱动对象，驱动电机的输出齿轮与镗杆、滑枕之间的离合齿轮传动比均为1：1，安装在镗杆上的位置编码器通过齿轮连接跟随镗杆或滑枕一起旋转。如何在数控系统中实现Z、W两个数控轴，给用户以最好的前台使用效果，需要做的后台工作就是寻求一种方便实用同时节约成本的解决方案。 2．解决方案 采用本章2.1节中描述的方案来解决问题，但其成本、周期、安全性和方便使用性等方面均有明显的缺点，随着系统功能的发展和SIEMENS 840D Setpoint Exchange功能的推出，使得一种理想的解决方案应运而生。 第 2 页 共 4 页 2．1 方案1：改造机械结构 在Setpoint Exchange功能出来之前，受当时系统功能限制，采用如图2所示，改造机械结构，重新设计制造主轴箱，分别通过两台伺服电机自带的编码器实现两个轴的半闭环控制。电气系统方面，需配置两套驱动装置，分别作为Z、W轴伺服电机的控制。在系统作为两个标准的数控轴来处理。这种方案的费用是高昂的，改造周期也很长。这对机床数控改造来说，也是不可取的。 2．2方案2：两个模块驱动一台电机 比改造机械结构的方案进了一步，减少了机械改造的工作量，从电气方面实现两个数控轴的功能，是以电气弥补机械结构不足的方案。 驱动装置连接如图3，由图可知，伺服电机的动力电源通过两台接触器切换，滑枕／镗杆位置编码器反馈信号分别连接到相应的轴控制模块，在数控系统硬件连接上是两套独立的装置，只是通过外部连接的切换结合离合器的切换来实现Z、W轴的切换。另需在滑枕上增加安装一只位置编码器。 从连接图不难看出：Z、W轴的切换需设置延时，动力电源的切换必然带来线路干扰源增强和抗干扰能力的下降，接触器的触点寿命有限，势必给日后的维护维修留下不足。另外，采用两套驱动装置驱动一台电机，以及相关器件的配置，从经济上看也增大了硬件成本。这个方案也是不可取的。 2．3 方案3：设定点交换方案 完全维持原有的机械结构和电气驱动连接方式不变，一套装置驱动，以软件代替硬件的策略，运用SIEMENS公司840D数控系统的选项功能Setpoint Exchange轻松实现Z、W轴的切换，实现了方便实用、节约成本、缩短改造周 第 3 页 共 4 页 期的愿望。 下面就以SIEMENS 840D数控系统为例介绍该方案的系统组成：采用一台1FT6交流伺服电机驱动，将电机自带的正弦波增量式编码器（1Vpp，2048P/R）连接至Z／W轴控制模块SIMODRIVE 611D的X411端口，作为Z／W轴的速度反馈；将安装在镗杆上的编码器连接至X421端口，作为Z／W轴的位置反馈。安装带有Setpoint Exchange选项功能软件的PC卡，通过设置机床参数结合S7-300 PLC程序控制实现Z／W两个数控轴的功能，且均为闭环控制。 如果应用上要求Z轴或W轴有其它测量装置（如光栅尺等），则可以将Z或W轴的测量反馈信号连接至其它只有一个测量装置的轴控制模块X421端口上。只需修改相应的机床参数即可。 如果1FT6电机尾部编码器和镗杆编码器选用绝对值型（EnDat），将会使用更方便（对于原为非数控型结构，不需增加参考点减速开关，不需每次上电后返参考点）。若机械结构上不方便在镗杆／滑枕上安装编码器则可不装，直接利用电机尾端编码器实现半闭环控制，不影响系统的使用。 综上所述，3个方案的比较归纳如表1所示 表1 原始方案 序号 方案特点 方案一 方案二 设定点交换方案 1 改造成本 高 较高 低 2 设计与制造周期 长 短 短 3 停机安装调试周期 长 短 短 4 系统结构 复杂 较复杂 简洁 5 系统故障点 一般 较多 少 6 系统干扰源 较弱 较强 较弱 7 使用方便性 好 较差 好 3．设定点交换 SIEMENS 840D数控系统设定点交换功能适合于572.2或更高性能的NCU、NC版本为Ver4.4及以后产品，最多支持3轴之间的设定点交换。 设定点交换的实施条件：交换组中的轴是固定的、无报警激活且方式组就绪、没有轴被其它设定点交换组激活、驱动系统必须完成了启动。 可以通过PLC控制是否激活该项功能，也可以通过PLC控制激活哪几个轴进行设定点交换。 3．1 相关机床参数 通用机床参数包括： MD63750[0/1/2] 设定点交换组的设定。最多可设定3个轴。 MD10000 设定机床轴名。 MD13000 驱动器激活。对于被交换的轴应不被激活（＝0）。 MD13010 驱动器逻辑编号。 另外几个参数根据实际情况确定，在此略去。 轴参数包括： MD30100 驱动器类型。设定点交换功能只适用于611D和PROFIBUS轴，该参数只能为1／5／6。 MD30110 对应驱动器号。 MD30130 设定值输出类型。 MD30200 测量装置数量。 第 4 页 共 4 页 MD30210 驱动器类型。 MD30220 测量驱动号。 MD30230 测量输入端口号。 MD30240 测量装置类型。 MD30350 模拟轴的轴信号输出。 MD31050 相应轴的传动比分母。 MD31060 相应轴的传动比分子。 对于涉及到主轴的设定点交换时，则还有MD30300、MD30310、MD30320、MD35000、MD35590等参数。 3．2 相关接口信号 DB3*.DBX24.5、DB3*.DBX24.6用于激活设定点交换功能（表2）。 表2 序号 DB3*.DBX24.5 DB3*.DBX24.6 功 能 描 述 1 0 0 不激活设定点交换功能 2 0 1 从MD63750[0]开始激活设定点交换 3 1 0 从MD63750[1]开始激活设定点交换 4 1 1 从MD63750[2]开始激活设定点交换 DB3*.DBX1.4 设定跟随方式。 DB3*.DBX1.5 /1.6激活测量系统1/2。 DB3*.DBX2.1 控制器使能。 DB3*.DBX96.5、DB3*.DBX96.6设定点交换功能激活状态。 如果增加编程用M代码，则相应的接口信号要纳入编程。 3．3 相关报警信息 报警号26018：驱动器类型不正确（MD30100参数）。 报警号75451：设定点交换组设定不正确（MD63750参数）。 报警号75452：通过PLC激活时发现交换条件不满足。 3．4 特别说明 完成了参数设置和控制程序后，就可以进行轴交换了，在MMC的“服务”下的“轴调整”中可以监测到相应轴的控制使能及测量信号的变化。 设定点交换功能也可用于主轴（SP）和分度轴（A）的功能交换，即主轴同时可以作为分度轴来使用（如数控立车的主轴等）。它的应用给控制系统带来了很大的灵活性，是SIEMENS公司特别推出的一种开放性技术。 发表于《制造技术与机床》（2006年第11期）

2013年 第8期26冷加工ndustrial ForumI产业论坛

机床工具改造设想校办企业

烟台机电工业学校高级教师 徐秀举近年来，机床工具业在科技创新、品种开发、产品结构调整方面取得了明显的进步。产品的质量、水平都有很大的提升，但高档产品的制造能力还不够。目前，中国机床行业正朝着中高端品牌产业化方向发展，而中高档数控机床所需要的配套功能零部件已成为制约机床行业发展的瓶颈。机床工具业要想在这一轮竞争中获得发展，必须不断的创新。我们的机床工具必须使得机床更智能化，更便捷，更能体现人机交互的理念，更符合人性化，简单化，更能体现高产能，高效益的特点。这就需要机床工具的研发者要亲临生产一线，多听听用户的反馈，使生产出来的机床更符合人们的操作要求和习惯。目前职业院校的校企合作进入深水区，生产的产品也由简单单一产品向复杂多品种方向发展，甚至成为企业新工艺、新技术的研发地。加上计算机CAD/CAM技术的快速发展，助推了机床工具朝更高、更快、更精的方向发展。校企合作进入深层次阶段，产品的加工由简单单一的产品向复杂多品种方向发展。对机床设备的要求也越来越高，就我校现有情况而言，生产产品主要是汽车缸体、缸盖、模板、油封模具、铜套、铜阀等。针对这类产品，使用机床工具的需求主要是价廉质优实用的全功能型数控车床、加工中心等，用以提高产品的品质和效率。从提高工艺水平、减少毛坯余量、提高加工质量方面，必须创新刀具和各种刃具，才能满足生产的要求。随着产品加工难度的加大，出现多品种、小批量、短周期的现象。这就要求我们进一步提高机床的精度、效率、自动化、多样性、综合性。主要需求如下：①能实现加工极小直径、进行微细加工的新型机床。②能够节约材料，减少污染的环保机床。③利用信息化技术结合互联网技术开发智能化、网络化的数控机床。④开发适应复杂加工的刀具系统、夹具系统，实现高效、高速加工。⑤为适用模具的生产，需要一定数量的车铣复合加工中心、四轴或五轴的加工中心、双动力主轴的数控车床等高档机床设能，实现高速加工。（2）复合：通常用于工序转换待工准备辅助时间约占整个生产过程的50%，采用复合机床可大大缩短辅助准备时间。摇臂壳体一次装夹完成多个工序、多面加工，其经济、技术效果更显突出。譬如在昆明机床厂的TJK6916数控落地镗床上加工摇臂壳体，我们已经看到了初步的成效。（3）智能：计算机技术及应用软件在机床工具中应用，如采用软件补偿技术提高精度，远程控制，远程故障排除及维护。（4）环保：对机床工具提出无冷却、无润滑、无气味等要求。干切削、硬切削等技术发展，应该可以防止和避免冷却液、润滑油对环境的危害。根据我国煤炭资源战略，节约煤炭资源，提高煤炭的回采率和煤炭质量，其社会效益是显而易见的。作为采煤机重要工作部件，其摇臂壳体加工改进不仅能大大降低生产成本，更能极大地提高采煤机的使用性能，这些都必将为企业带来可观的经济效益和社会效益。我们相信中国机床工具的发展肯定会给采煤机制造行业，乃至整个国家制造行业，带来阳光明媚的春天。需求篇