CW6163卧式车床的数控化改造说明书11.pdf

I 毕业设计(论文) 题目：CW6163 型卧式车床的数控化改造 总体设计及横向进给设计 院 （系） ： 专业： 班级： 学生姓名： 导师姓名：职称： 起止时间： II 摘要 众所周知，制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，是推动国家技术进步的力量。 我国制造业较落后，想要改变此现状就必须提高制造业装备水平，特别是机床的数控化 率。数控机床是属于高新技术集成的机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国 家的高度重视。 成为当今世界机械加工设备中最引人注目的产品， 但其价格昂贵。 因此， 普通车床的数控化改造成为热点。 本次设计是对普通车床 CW6163 的数控化改造。在这个团队主要包括:主传动系统的 改造、纵向进给系统的改造、横向进给系统的改造。而我主要是针对横向进给系统进行 机械改造。这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问 题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。 数控改造主要传动系统的机械改造。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高， 为简化结构、降低成本。通过控制横进给系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、 圆弧插补、暂停等功能。为实现机床所要求的传动效率，采用步进电机经联轴器再传动 丝杠；为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。 关键词：车床数控改造联轴器滚珠丝杠车床数控改造联轴器滚珠丝杠 III AbstractAbstractAbstractAbstract As we all know, manufacturing is the basic of economy industries and pillar industries, is the power to promote the progress of technological of the State. Chinas manufacturing industry has fallen behind，if we want to change this situationwe must improve the level of equipment manufacturing industry, especially in CNC machine tools rate. High-tech CNC machine tools are integrated mechatronics mechanical processing equipment, the worlds industrialized countries are highly valued of it. It has become the worlds most remarkable mechanical processing equipmentproducts, butthe price is very expensive. Therefore,the lathes Transformation of NC has become a hot. This design is about the common Lathe CW6163 transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design. NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling.Toensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed. Keywords:lathelathelathelathe , , , ,NCNCNCNC TransformationTransformationTransformationTransformation , , , , CouplingCouplingCouplingCoupling , , , ,BallBallBallBall ScreScreScreScrew w w w IV 引言- 1 - 1.绪论.- 2 - 1.1 数控机床优势概述 .- 3 - 1.1.1 数控车床改造的意义. .- 3- 1.1.2 普通车床数控化改造的优点.- 3 - 1.1.3 数控化改造的内容.- 5 - 1.2 车床数控改造的现状与国内背景. - 7 - 1.3 车床数控改造的必要性与可行性. .- 9 - 2.车床数控改造的总体构思与技术方案- 10- 2.1 设计任务.- 10 - 2.2 总体方案的论证. . - 10 - 2.3 总体改造方案的确定.- 10- 2.4 机械部分的改造.- 11- 2.5 横向进给系统设计与计算. - 11 - 2.5.1 横向进给系统计算- 11- 2.5.2 切削力计算. - 11 - 2.6 滚珠丝杠螺母副的设计、计算和选型.- 12- 2.6.1 滚珠丝杠螺母副设计. - 12 - 2.6.2 计算进给牵引力- 12 - 2.6.3 计算最大动载荷- 13 - 2.6.4 滚珠丝杠螺母副的选型- 14 - 2.6.5 传动效率的计算- 16 - 2.6.6 刚度验算- 16- 2.6.7 稳定性校核- 16 - 2.6.8 滚珠丝杠副间隙的消除- 18 - 2.7 定滚珠丝杠副支承所用轴承类型和规格.- 19 - 2.7.1 选择轴承类型.-19 - 2.7.2 确定轴承内径- 19- 2.7.3 选择轴承的规格代号- 19 - 2.7.4 轴承所承受的最大轴向载荷- 19 - 2.7.5 轴承的寿命验算- 20 - V 2.8 联轴器的选择.- 21 - 2.9 电机的选择与计算.- 23 - 2.9.1 等效转动惯量的计算- 23- 2.9.2 电机所需的转动力矩计算- 24 - 2.9.3 步进电动机的选择- 28 - 2.10 横向滚动直线导轨.- 29- 2.10.1 滑动导轨的特点- 29 - 2.10.2 动导轨的设计- 30- 结论- 33 - 致谢- 34 - 参考文献- 35- 1 引言 数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的 解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小，多变零件的加工问题，且能稳定产品 的和、加工质量。大幅度的提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床间 隔较贵， 一次性投资较大使企业心有余而力不足。 另外从目前国内机床使用的现状来看， 普通机床拥有量巨大，在生产中，数控机床相对于普通机床的优势较为明显，而由于数 控机床价格昂贵，所以有必要对普通机床加以数控改造，使之能完成数控机床能完成的 部分生产任务。 我们这组的毕业设计是对普通车床 CW6163 进行经济型改造，本车床主要由床身、 床头箱、刀架、进给系统、液压、冷却、润滑等部分组成，本次本车床的设计主要分为 三大部分：主运动部分、纵向（Z 轴）进给运动部分和横向（X 轴）进给运动部分。三 部分由我团队三人分别完成。本人针对横向进给进行机械改造。进行完善 CW6163 结构 上先天性的不足。 毕业设计作为我们在大学校园里的最后一堂课，它既是一次锻炼也是一次检验， 它的目的在于： 1、 毕业设计属于机械系统设计课的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系 统设计的一般方法。 2、 培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理 及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。 3、 培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4、 提高技术总结及编制技术文件的能力。 大学四年的学习生活即将结束， 因此， 我大胆的提出了对普通 CW6163 数控化改造。 为我们中国制造业，尽一份力微薄的力量。用我们所学的知识为我们最后的考验做一份 完美的答卷。 由于毕业设计是我的第一次综合性设计，无论是设计本人还是经验上的缺乏都难免 导致设计的一些失误和不足，在此，恳请老师和同学们给予指正。 2 1.绪论 数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化 的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的 作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工 问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的 最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰 大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通 机床的数控化改造大有可为。 金属切削机床是加工机器零件的一个主要设备。它担负的工作量，约占机器 总制造量的 40-60%。机床的计术水平直接影响机械制造工业和劳动生产率。 金属切削机床是人类在改造自然的长起生产实践中， 不断改进生产工具的基 础上发展起来的。近些年来我国机床工业已取得很大成就。但和世界先进水平相 比， 还有较大的差距。主要表现在大部分高精度和超密机床的性能还不能满足要 求。精度保持性也很差。特别是高效自动化和数控机床的产量，技术水平和质量 等方面都明显落后。我国的技术人员素质还跟不上现代机床技术飞速发展的需 要。 通过写这次毕业设计，学会了综合运用机械课程设计和其它课程地理论和实 际知识，掌握了机械设计的一般能力，树立了正确的设计思想，培养了分析和解 决问题的能力。 学会了从机械功能的要求出发，会合理选择传动机构类型，制定设计方案， 正确计算的工作能力。确定它的尺寸，形状，结构及材料，并考虑制造工艺， 使 用，维护，经济和安全等问题，培养机械设计能力，机床设计是设计人员根据使 用部门的要求和制造部门的可能，运用有关的科学技术知识，所进行的创造性的 劳动。随着生产的发展，使用部门对机床的要求也在不断地提高，而科学技术的 发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使机床 的设计与制造获得了迅速的发展。 机床设计也是从低级到高级发展的。在开始设计机床的最初阶段，主要考虑 这样两点：首先，为了加工出一定形状的工件，必需保证刀具与工件之间具有一 定的相对运动关系；其次是机件要有足够的强度。过了一段时间以后，又提出对 机床几何精度的要求。 这时的机床设计与制造是在满足机床几何精度要求的前提 下，主要根据经验或者用类比的方法进行的，可统称为经验设计。 3 随着科学设计的发展和工艺水平的提高，尤其是先进刀具的出现，使机床向 高速，大功率的方向发展。因此，对机床的精度和生产率等方面要求也就越来越 高。于是，又相继提出了一些设计机床时必须考虑的问题，如机床的精度问题， 刚度，抗争性，低速运动平稳性，热变形，噪音，磨损等等。对于这些问题的研 究主要是通过机床性能实验进行的。通过实验，分析它们的规律性，分析影响机 床性能的主要原因和寻求解决问题的方法。 这时的机床设计是以实物测试和模型 实验为基础进行的。与此同时，把技术科学中的理论应用到机床设计中来，初步 建立起机床的基础理论。对于机床设计，显著地提高了机床的性能。 近些年来，现代科学技术的成就，为机床设计提供了大量的测试数据，理论 研究也进入了新的阶段，尤其是电子计算机的应用，使机床设计开始进入计算机 辅助(CAD)和优化的间断。 通过写这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程 技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件 1.1 数控机床的特点 数控机床是一种高效自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。数控机 床具有普通车床难以具备的特点。正因为它的这些特点，使它在制造业中得到日 益广泛的应用。 1、具有广泛的适应性和较大的灵活性，能适应不同零件的自动加工。在数 控机床上加工零件，一般借用通用工装夹具，很少采用专用工装夹具；当改变被 加工零件时，除更换刀具外，只需更改零件程序，而且编程工作可以离线进行或 边编程边加工。因而可大大缩短生产周期，有利于产品更新换代。 2、具有高的生产效率。数控机床主机在结构设计上做了较大的改变，加工 是可以采用大切屑用量，加之换刀等辅助动作的自动化，与普通机床相比数控机 床的生产率可以提高 23 倍。尤其是对一些复杂零件的加工，其生产率可提高十 几倍甚至几十倍。 3、具有高的加工精度，稳定的加工质量。由于数控机床是按照编写的零件 加工程序自动加工，因而可以避免人为因素带来的误差。另外，由于数控机床的 结构设计采用了必要的措施以及机电结合的特点，使其本身精度比较高，而且又 能利用软件进行精度校正和补偿。因此，不但加工精度高，而且质量稳定。 4、能够完成普通机床难以完成或不能完成的复杂型面加工，如复杂型面模 具、发动机叶片等。 5、工序集中，一机多用。数控机床，特别是带有自动换刀装置的加工中心， 一次装夹后几乎可以完成零件的全部加工。一台数控机床可以代替数台普通机 床，节省了劳动力以及工序间运输、测量和装卡等辅助时间，同时也节省了厂房 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 4 面积。 6、使生产环境得到改善，并可大大地减轻操作者的劳动强度。 7、可以实现精确的成本核算和生产进度安排；可以大大减少在制品的数量， 加速流动资金周转。因而有利于生产效率的提高。 8、是实现柔性自动加工的重要设备，使发展生产和计算机辅助制造(CAM) 的基础。 1.2 数控机床的现状 我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的 发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数 控机床有 1500 种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机 械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入 快速发展的时期。 据初步统计，近年来数控机床产量持续地以年均增长超过 30%的速度快速增 长。2004 年其产量达 52000 台以上，同比年增长 40%，数控机床的消费量约 74000 台， 同比年增长 32%。 在数控机床的技术水平方面，由于市场需求的拉动， 中高档数控机床的开发也取得了较大的进展， 在五轴联动、 复合加工、 高速加工、 超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破， 并形成了一批中档数控机 床产业化基地。 但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控 机床消费额的增长趋势更快。2004 年数控机床的进口数量同比年增长 30%，而进 口消费额的增长却达 52%，从而导致国产数控机床在国内市场消费额总额所占比 例已不足 30%。之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值 高的高效精密和高性能大重型数控机床需求增长，要依靠进口解决。 从上世纪 80 年代起，我国机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技 术和数控机床一直给予较大的关注，已具有较强的市场竞争力。在中、高档数控 机床方面，与国外一些先进技术与产品仍存在较大差距，效率、精度和可靠性等 方面均有明显差距，相当欧洲在上世纪 90 年代中期水平，大部分处于技术跟踪 阶段。 1.3 数控机床的发展趋势 随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量的 要求也越来越高。随着社会对产品多样化需求的增强，产品品种增多，产品更新 换代加速。这使得数控机床在生产中得到广泛的应用，同时也对数控机床的数控 系统、 伺服驱动系统及主机结构提出更高的要求。尤其是随着柔性制造系统的迅 速发展和计算机集成制造系统的兴起和不断成熟，对数控机床的可靠性、通信功 能、人工智能和自适应控制技术的应用提出了更高的要求。归纳起来，数控机床 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 5 的发展体现在以下几个方面： 高速度、高精度化 现代机床 CNC 系统多采用 32 位 CPU，并向 64 位 CPU 发展，并且采用多微处 理器并行技术， 使运算速度和数据处理能力得到很大的提高。 如 FAND CF-1、 FM-1、 FS15 系统，SIEMENS800 系列的 840C 系统等，其主 CPU 都采用 64 位机，使插补 运算和快速进给功能大为增强。64 位简化指令集（RISC）微处理器告诉系统的 采用，使运算速度成倍增加，使复杂形状零件的告诉、高精度加工成为可能。 与高性能 CNC 系统相配合，现代数控机床采用了交流数字伺服驱动系统。 伺 服驱动系统的位置、速度和电流环都实现了数字化，并采用现代控制理论，实现 了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服驱动。 由于新型 CNC 系统和伺服驱动系统的采用， 使数控机床的进给速度和分辨率 力得到很大提高，在 100240 m /min 的进给速度下其位移分辨力可达 1m 在 24m/min 的进给速度下其位移分辨力可达 0.1m， 在 2.4m/min 的进给速度下其位 移分辨力可达 0.01m. 现代数控机床还充分利用 CNC 系统的补偿功能（如反向间隙补偿功能、螺距 误差补偿功能及热补偿功能等）来提高其加工精度和动态性能。 更高的可靠性 由于现代机床 CNC 系统的模块化、标准化、通用化和系列化。便于组织批量 生产， 有利于保证产品质量。 现代 CNC 系统大量采用大规模或超大规模集成电路， 采用专用芯片及混合式集成电路， 提高集成度， 减少了元器件数量， 降低了功耗， 从而提高了可靠性。 通过完善的故障诊断功能，实现对系统内硬、软件及外部设备的故障诊断和 报警。利用报警提示及时排除故障；利用监测技术，对发生超程、刀具损毁、 过 热、 干扰、 断电等各种意外自动进行相应保护， 从而保证了数控机床可靠的工作。 3、更完善的自动编程技术 由于多维处理器并行技术的采用，使数控编程从离线编程发展到在线编程， 即所谓的“前台加工，后台编程” 。通过会话自动编程系统，不仅实现了在线零 件加工程序的编制，还可以根据机床性能、工件材料及零件加工要求自动选择刀 具及最佳切削用量，生成工艺路线，并实现切削仿真，大大提高了对复杂型面编 程的效率。 4、更高的通信功能 为了适应自动化技术的不断发展，适应工厂自动化规模越来越大的要求， 为 了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的控制网络中， 机 床数控系统的接口数据交换能力和通信能力在不断加强。目前，已通过配置的 RS-232RS-422 串行接口实现了对伺服、计算机的数据交换。通过网络接口可以 方便的实现网络连接。 如SIEMENS公司的Sinumeric850/880系统设置有SINEC H1 网络接口和 MAP 网络接口，通过网络接口可将数据系统连接到 SIEMENS 的 SINEC H1 网络和 MAP 工业局域网中。 FANUC 公司的 FANUC15 系统也配置了类似的网络接 口，为了便于接入工业局域网，还可配置 MAP3.0 接口板。 5、智能化 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 6 计算机软、硬件技术的发展，人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能 化的进程。机床数控系统的智能化主要体现在： （1）将适应控制应用于数控系统中，构成适应数控系统（ACNC System）。 在适应数控系统中，把精细的程序的控制和连续的适应调节结合起来，使系统的 运用达到最优。其主要的追求目标是：保护刀具和工件，适应材料的变化；改善 尺寸控制，提高加工精度，保持稳定的质量；寻求最高的生产率和最低的成本消 耗；简化零件程序的编制，降低对操作人员经验和熟练程度的要求等。 （2）故障诊断的智能化，即数控系统内置实时诊断软件，在数控机床整个 工作过程中进行故障诊断并指导故障的排除。一旦发生故障，除采用停机措施， 利用 CRT 进行故障报警，提示故障发生的部位和原因外，还可与利用“冗余” 技 术，自动使故障模块脱机，接通备用模块，以满足无人化工作环境的要求。在故 障诊断中，除了采用专家系统外，还将模糊数学、神经网络应用其中，取得了良 好的效果。 (3) 刀具寿命自动监控检测技术的应用。即利用红外、声发射（AE） 、激光 的检测手段，对刀具和工件进行监控。发现工件超差，刀具损毁，及时报警、 自 动进行补偿或更给备用刀具，以确保产品质量。 6、数控系统的开放化 随着技术、市场、生产组织结构诸多方面的快速变化，对数控机床，特别 是数控系统提出许多更新、更高的要求，如： (1) 为了适应不断出现的新加工需求，数控系统应具用更强的软、硬件重 构能力，而且重构成本要低，重构周期要短； （2）为了适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式，使底层生产控制 系统的集成更为简便、有效，必须改变数控系统封闭型的设计模式； （3）为了适应机床制造厂的不同需要，数控系统应该具有高度的模块化， 可重新配置、修给、扩充和改装，机床制造厂家和用户可以方便地将自己的成熟 技术集成到数控系统中； 为了适应新需要，寻求一种新的数控系统发展模式已成必然。美国、欧洲、 日本针对数控系统所面临的问题和数控系统开放化的必然趋势， 在自动化领域的 开放式体系结构上做了不少的研究工作。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 7 第二章、数控机床改造的必要性及优点 2.1 数控机床改造的必要性 数控机床可以较好的解决形状复杂、精密、小批几多变零件的加工问题， 能 够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到了其它条件的限制。 （1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，不适用于中小型企业。 (2 ) 目前，各企业都用大量的普通机床，完全用数控机床代替不现实， 投 资巨大，而且代替下的机床会造成资源的浪费。 （3）在国内购置一台数控机床的狡猾周期比较长，必能满足生产的急需。 要较好的解决上述问题，应该把普通机床进行数控化改造，在国外以发展 成为一个新型的工业部门，早在 60 年代已经开始迅速发展，并用专门企业经营 这门业务。从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造是必不可少 的，数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有 26%机床经过改造，中小 型企业则是 74%。在美国有许多数控专业公司为世界各地提供数控改造业务。我 国是拥有 300 多万台机床的国家，而这些机床有大量是多年累积生产的普通机 床，自动化程度低，想要在近几年使用自动化程度高的数控机床，不论是资金还 是我国机床厂都是办不到的。因此，普通机床的数控化改造大有可为。它适应我 国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。 2.2 数控机床改造的优点 数控机床改造一般是对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置， 从 而使机床具有数控加工功能。器改造优点有： （1）从提高效率出发，改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新 加功能，提高机床的使用价值。 （2）适应多品种，小批量零件生产。 （3）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。 （4） 降低对工人技术水平的要求。 （5）数控改造费用低，经济性好。 （6）数控改造周期短，可满足生产急需。 1.1.3 数控化改造的内容 车床数控化改造的主要内容和主要结构形式如下： 1、进给轴的改造 普通车床的 X 轴和 Z 轴均由同一电机驱动，走刀运动经走刀箱传动丝杠及 溜板箱，获得不同的工件螺距即 Z 轴运动；走刀运动经走刀箱传动光杆及溜板 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 8 箱，获得不同的进刀量即 X 轴运动。普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱 及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替，具体体现为： Z 轴：纵向电机减速箱（或联轴器）纵向滚珠丝杠大拖板，纵向按数 控指令获得不同的走刀量和螺距。 X 轴：横向电机减速箱（或联轴器）横向滚珠丝杠横滑板，横向按数 控指令获得不同的走刀量。 改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下， 与滚珠丝杠副的选 择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。 (1)滚珠丝杠副的选择和布置结构形式 普通车床大多采用的是 T 型丝杠等滑动丝杠副，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。另外由于磨损快，造成其精度保持性 和寿命低等等，在进行普通机床数控化改造时往往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，可达 0.900.96；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、精度保持性好。但应注意，由于滚珠丝杠副不能自锁，有可逆 性，即能将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动，因此丝杠 立式和倾斜使用时，应增加制动装置或平衡装置。 滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种， 根据螺母 的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。 在进行改造时应根据具体情况和结构形 式来定， 由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边， 所以很容易损坏而出现卡 死现象，而内循环式的回珠器在螺母副内部，不存在卡死和脱落现象。由于双螺 母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性比单螺母也好，所以只 要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结 构。 改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原 T 型丝杠直径相近，对有特殊要求的 机床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝杠的直径。丝杠导 程在满足机床改造后性能的前提下越小，对机床的传动精度越有利。机床的传动 精度在保证机床刚性的情况下， 与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关 系，一般在普通机床改造中丝杠副选 P4 级即满足要求，特殊精密机床选 P3 级 甚至更高。 一端固定，一端悬空的布置方式。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低， 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 9 仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。 一端固定，一端支承的布置方式。这种安装方式多在丝杠较长，转速较高的场 合， 在受力较大时还得增加角接触球轴承得数量， 转速不高时多用更经济的推力 球轴承代替角接触球轴承。 两端固定的布置方式。这种布置方式丝杠副得支承刚性最好，通过轴承的预 紧力预拉伸丝杠， 以减少丝杠热变形的影响。 这种方式多用在丝杠长度不大得情 况， 但设计时要注意提高平面球轴承的承载能力、 支承刚度以及丝杠装配时的预 拉伸量， 否则会影响轴承寿命，同时也会因为预加负载得不易控制而增加电机的 附加扭矩。 (2）机床导轨 普通车床导轨大多采用的是滑动导轨，其动、静摩擦系数大，在使用一段时 间后都会有不同程度的磨损， 对机床传动精度和其保持性带来很大的影响。因此 在对其进行数控化改造的同时必须针对机床导轨状况进行必要的检修处理， 对于 磨损较严重的更要进行大修，即进行磨削、淬火、贴塑、配刮等处理，同时采用 合理的润滑，充分保证其精度。 (3）电机与丝杠的联接 在满足机床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，我们多将电机 与丝杠副通过联轴器直接联接，这要根据改造中实际情况来定。 3、刀架部分的改造 目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。老式传统 车床刀架多为手动、 液压驱动或少部分的电动， 改造时可以根据需要对其加以更 换。 电动刀架可分为卧式转塔刀架（一般安装 812 把刀）和立式电动刀架， 立 式电动刀架有四工位（或六工位） ，其中每一种刀架又有抬刀刀架（两端齿盘） 和免抬刀刀架（三端齿盘）之分。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用立式 四工位电动刀架。 4、润滑部分的改造 老式传统车床除主轴箱外，导轨、丝杠副、光杆等多用油枪定期注油润滑和 油脂润滑，这对机床的导轨、丝杠副等的精度保持很不利，在同等驱动下机床运 动的稳定性、灵活性也差一些。 在对这些机床改造时一般都要对其润滑部分进行相应的改动， 采用稀油集中 定量、 定时供油润滑的方式， 可分为手控润滑和编程自动润化两种， 在机床导轨、 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 10 丝杠副布置好油路后可根据需要任选一种。 丝杠支承轴承一般采用油脂润滑， 如特殊需要和供油充分的条件下也可采用 稀油润滑。 5、机床防护 机床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。 局部防护只对丝杠副、电机、走线等采取防护措施。半防护是在局部防护的 基础上增加切削的保护， 即增加挡屑装置。 全防护即在局部防护的基础上对整个 机床加以封闭， 此种防护最难处理， 考虑的因素也很多如安装位、 防水、 美观等。 实际操作起来以前两种最多，也最易操作。 1.2 车床数控改造的现状与国内背景 随着我国市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅 速， 中、 小批量的生产越来越多。 而普通机床已不适应多品种、 小批量生产要求， 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 更换零件加工程序， 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。对于机械制造企业，单纯靠购买新的数控机床，所需投资大。为了节 约资金，降低成本，利用原来的部分普通机床进行数控化改造，提高机械设备的 数控化率，是一种有效的途径。总体改造方案数控化改造设计时，在满足车床总 体布局的前提下要尽可能利用原来的零部件，因此确定总体改造方案如下： 1除原车床的横向丝杠光杠、溜板箱及挂轮箱中的齿轮，用滚珠丝杠替换 原有普通滑动丝杠，横向滚珠丝杠两端尽可能利用原固定和支承方式。 为便于安装滚珠丝杠副，丝杠采用分体式，用套筒联轴器实现刚性联接； 2横向驱动电机及联轴器安装在床鞍的后部(相对操作者)； 3要实现自动换刀。 产生与发展的社会、经济基础 (1)我国现有的、数以万计的陈旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行 业产生的现实基础我国是一个发展中国家，由于长期自身机制的不适应性，经济 实力过低、技术落后、设备陈旧，极大地制约着国民经济的发展。为尽快改变我 国机械制造业的落后状态， 近二十多年来， 我们在艰难地发展民族机床制造业的 同时，积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂合作， 不断生产出具有世界先进水平的各类机床；另一方面直接购进了大量的各类机 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 11 床。这一切都为我国国民经济的快速发展起到了巨大的作用。 但是，机床长期运转甚至超负荷使用，同时又缺少认真的维修与保养，造成 机床严重磨损，丧失了精度；有些机床则由于企业人员及产品结构的改变，或由 于技术力量不足而被长期闲置， 需要使用时却发现早已锈迹斑斑，电控系统不能 起动； 由于新产品制造的需要，原有机床性能已不能满足使用要求，急需更新 升级改造；由于世界计算机及网络技术的飞速发展，造成数控系统、驱动系统厂 的产品更新加快，原有产品过早停产，给备件更换与维修带来一定困难；况且数 控系统的使用寿命一般在 510 年，而我国大多数机床都在超期服役。 这些诸多因素都需要对机床进行大修及数控化升级改造。 (2)新进的大批二手机床成为机床大修及数控化改造行业的催化剂自改革开 放以来， 许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床， 虽然有一部分尚能满足使用 要求，但是多数由于缺少经验、技术、资料及备件等因素，造成虽廉价购进但却 不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。 其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。 这里多数的二手机 床只要再有适当的资金投入，经过大修改造即可发挥作用。 (3)显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力 对于机床拥 有者来说，只需花费购买相同新机床 30%以下的费用即可获得相同的使用效果。 根据国际该行业的记载， 即使将原机床的结构性能进行彻底改造升级，也只需花 费购买新机床 60%左右的价格。 对于机床大修改造业内公司来说， 这不仅为他们的服务企业产生巨大社会经 济效益，而且也是他们自身生存和发展的根本动力。 (4)机床大修及数控化改造的优势是该行业生存与发展的有利条件 旧机床 的大修、翻新、升级改造与购买新机床相比，具有下列优势： 交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。 性能更稳定。各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度； 各功能部件经长期磨合。功能稳定性可靠性好。 设计风险小。 新机床设计中带来的技术、 方案风险在大修改造中几乎不存 在。 可以更充分地体现用户的意愿。 用户与维修人员可以依照实际需要和机床 长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进 (包括 增、改)意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能 等。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 12 更有利于使用与维护。 由于用户、 维修人员不仅可以直接参与改造方案的 制定，而且可以参与改造的全过程，可以直接获取各种技术信息，更深入地掌握 机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力。 可以更快地获取最新的更实用的备件。 节省大量投资。 降低投资风险。 (5)社会化、专业化趋势是机床大修及数控化改造行业的必由之路 旧机床的 数控化改造和翻新不仅仅是当前经济转轨时期必要和重要的行为， 而且是一个企 业长期发展的战略措施。 当前，21 世纪知识经济时代，我国大多数企业正面临着企业改制、转轨以 进入市场经济， 迅速融入国际竞争。 这就需要我们企业的领导集中全部力量面对 这些挑战。企业集团化和集团内部分散网络化、自治性、并行工作的新型组织、 生产结构、敏捷制造技术、虚拟制造技术、可持续制造技术、绿色制造技术等等 一系列新的技术理论，都需要下大力量去研究，以开发适销对路产品，提高对市 场的快速反应能力；集中人力、财力、物力以提高本企业的市场竞争力，充分发 挥自身的优势以最快速度创造出尽可能多的价值。因此， 企业自身不可能再像过 去计划经济体制下拥有大而全的维修队伍。而设备维修改造的社会化、专业化也 就不可避免地成为了大趋势。 国外机床的改造与翻新是近期发展起来的一个新兴产业， 在先进国家已经形 成了一定的规模和市场。而在我国，这一产业才刚刚兴起，按照应具备的条件来 衡量还相距甚远。但是业内有识之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的 将来， 一批具备一定条件和一定规模的机床改造、 翻新的专业化企业会成长起来。 1.3 车床数控改造的必要性与可行性 数控技术是先进制造技术的核心技术， 它的整体水平标志着一个国家工业现 代化的水平和综合国力的强弱， 具有超越其经济价值的战略物资地位。目前我国 企业机械制造整体水平与发达国家相比还有很大的差距。 由于我国企业大部分数 控机床和数控系统依赖进口，企业承受不了巨额购置费，且易受国外的控制， 另 外数控机械设备维修力量薄弱，进口的备件维修成本高，设备完好率低，大部分 进口机床数控系统已经崩溃， 有的甚至在进口后还没使用就已因为各方面原因不 能使用等等。因此目前我国企业机床数控化比例极低，不到 5%，各企业使用的 绝大部分为传统老式机床，很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率。 为 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 13 节约成本， 进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值， 将大批传统老式机床改 造为数控机床是一种必然性和趋势。 2 2 2 2 车床数控改造的总体构思与技术方案车床数控改造的总体构思与技术方案 本次改造的普通车床型号为 CW6163。数控改造主要传动系统的机械改造。 由于对经济型数控机床的加工精度要求不高，为简化结构、降低成本。通过控制 横进给系统，保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。 为实现机床所要求的分辨率， 采用步进电机经联轴器再传动丝杠；为保证一定的 传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。 2.1 设计任务 将 CW6163 普通车床改造成经济型数控车床 在过程中满足以下几点要求： 、 1横向进给脉冲当量为 0.001mm/脉冲 2进给范围：3-1000mm/min 快速进给：1000-3000mm/min 3横向进给系统有微机实现开环控制系统两轴联动 2.2 总体方案的论证 对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设 计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。 控制系统运动方式的确定 本设计中只对机械部分进行改造不对数控部分进行改造。 2.3 总体改造方案的确定 CW6163 车床主要用于对中型轴类、盘类及螺纹零件的加工，加工这些零件 工艺上要求机床应完成的工作内容有：能够控制主轴正反转， 实现不同切削速度 的主轴变速； 刀架能够实现横向的进给运动， 并具有在换刀点自动改变四个刀位 完成选择刀具的功能；加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个加工螺纹 的螺距或导程。这些内容就是数控化改造后数控系统需要控制的对象。 数控机床由机床、 数控系统和外围技术三部分组成。 普通车床改造的目的是利用 数控系统控制车床自动完成机械加工任务，提高车床的加工精度和生产效率。 在 考虑经济型数控机床改造具体方案时，所遵循的原则是在满足需要的前提下， 对 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 14 原有车床尽可能减少改动，以降低改成本。改造中需要解决的问题是：将机械传 动的进给和电动动控制的转位刀架改造成数控装置控制的自动转位刀架和自动 进给的数控加工车床。根据 CW6163 车床的有关资料，确定总体方案为： 利用数控系统对输入的加工程序进行运算处理， 发出的进给指令通过 I/O 接 口输出给 X 轴步进电机，经联轴器后，带动滚珠丝杠转动，由螺母带动刀架直 线移动， 从而实现横向的自动进给运动。 换刀指令通过刀架控制器控制二相电动 机实现刀架自动转位功能，由脉冲编码器协调完成螺纹车削功功能。 2.4 机械部分的改造