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数控机床改造设计论文G0924105 迟磊 普通机床数控化改造研究摘要:对普通机床进行数控化改造是中小型机械加工企业技术革新的重要途径,介绍了普通机床数控化改造的总体方案设计,并以CA6140型车床为例阐述数控改造的总体方案,机械部分改造,数控系统设计等内容,对普通机床的数控改造具有实际的指导作用。关键词:普通机床;数控化改造;设计0引言机械制造业是为国民经济建设提供装备的重要基础产业,机床是发展机械制造业必不可少的生产工具。我国机械制造业与发达国家相比总体水平较低,通过提升制造业的装备水平,特别是机床数控化率,能够有效地提高加工产品的质量、降低产品成本,增强市场竞争力。以机电一体化技术为支撑的数控机床集计算机技术、信息技术、自动化技术于一体,在零件加工精度,加工效率、加工表面的复杂性以及加工柔性的适应性等方面比传统的普通机床具有无可比拟的优越性。目前,中小型机械加工企业中有大量的普通机床,其突出矛盾是生产效率低、劳动强度大、加工精度低、不能加工复杂零件,要满足提高生产效率和加工精度,适应小批量、多品种复杂零件的加工需求,完全通过购置新的数控机床来替换,因成本太高而不现实,而且替代下来的普通机床闲置起来又会造成很大的浪费。从发达国家的制造业与发展进程来看,应走普通机床数控化改造之路,尤其对中小型机械加工企业而言更是如此。1普通机床数控化改造前提普通机床的数控化改造是建立在充分利用原有机床部件的基础上,对基础部件作一定的改装,并配上经济型数控装置或标准型数控系统,使原机床具有数控加工功能。改造中主要应注意的是:增加数控系统和对原机床部件的翻新。对普通机床进行数控化改造在技术上是可行的,但并不是所有的机床都适合改装成数控机床,是否适宜改装应进行技术经济分析和论证。(1)机床基础零部件要有足够的刚度。数控机床属于高精度机床,工件定位精度和刀具重复定位精度要求很高,一般在0001001 mm,较高的定位精度要求机床基础部件应具有较高的静刚度和运动刚度,基础部件稳定性不好,受力后易变形的机床不适宜作数控化改造。(2)数控化改造要有合理的经济性机床数控化改造包含两部分:维修和改造机械部分;用新的数控系统代替旧机床的控制系统,如果全部改造费用仅为同类规格数控新机床价格的40%以内,就具有较好的技术经济性。一般说来,大中型机床,尤其是重型机床、专用机床最适宜数控化改造。2普通机床数控化改造的总体方案(1)选定数控系统和伺服驱动系统数控系统是机床数控化改造的核心。数控改造的目的是要求机床稳定可靠,运转故障率低。数控系统的选择应依据价格合理,技术先进、服务方便的原则,不应单纯追求高性能指标。可采用进口的数控系统如日本的FANUC系统,德国的Siemens系统,国产的主要有华中数控、广州数控等,也可综合机床实际,自行设计研制数控系统,改造成本会更低。伺服驱动系统的选取有闭环、半闭环、开环3种方式。前2种控制方式为实现高精度的伺服控制提供了可能,但由于在系统中增加了位置控制,反馈及伺服放大等环节,安装调试更复杂,同时要实现系统良好的动态性能难度较大,由于开环伺服系统不存在位置检测与反馈控制等环节。故一般经济型数控化改造多采用微机控制的步进电机开环伺服系统,具有较好的技术经济性。(2)丝杆螺母副的改造为保证进给伺服系统的传动精度、运转平稳性和机床加工精度,取消原机床的滑动丝杆螺母副,选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副,并应用预紧机构,以提高传动刚度和消除间隙。(3)步进电机的选用机床经济型数控改造一般是拆除原机床的机械传动机构,用步进电机经齿轮机构减速驱动滚珠丝杆,带动刀架纵向或横向运动。在步进电机转矩足够大,构件许可时,可以不用减速驱动机构,由步进电机直接与丝杆副相连。(4)自动刀架设计刀架改造是数控改造的重要内容,通过将原机床的手动转位刀架替换成自动转位刀架来实现换刀切削,自动转位刀架最常见的形式是螺旋型四工位刀架,由数控系统直接控制,效率高,工艺性能可靠。(5)主轴脉冲编码器加工螺纹时为保证步进电机与主轴旋转配合,切削出固定螺距,固定起点,多头螺纹等量分度的螺纹,通常在主轴尾部安装脉冲编码器,它将主轴旋转的角位移以电脉冲的形式输入计算机,控制车刀的进给运动和工件的旋转运动,确保正确的运动关系。(6)导轨和主轴变速机构当机床加工精度要求不是很高,尤其是对于开回答人的补充 2009-07-11 21:55 环控制系统,一般不作导轨改造和主轴交流异步电机调整改造,可大为降低改造成本。3改造实例本文以CA6140型普通车床数控化改造为例,介绍其总体方案设计,机械改造设计和数控系统设计,根据数控车床的性能要求,确定进给运动的快速定位速度:Z轴为3 m/min;X轴为1 m/min;脉冲当量:Z向为001 mm/脉冲;X向为0005 mm/脉冲。31总体方案设计数控系统自行研制,基于8031单片机为控制核心,以步进电机为伺服驱动装置,以工作台和刀架为执行部件构成一个开环控制系统。总体方案设计结构如图1所示。图1总体设计方案结构图32机械部分改造设计根据CA6140车床的实际,本着对车床的改动尽可能少,改造成本低的原则,机械部分改造方案如下:(1)保留车床主轴旋转主运动。(2)纵横向运动的改造均是卸掉拖板上的手轮或手柄,通过1对齿轮副组成减速装置,然后与相应的步进电机相连接。(3)设计一四工位电动转位刀架,由1个三相异步电机带动。(4)自行研制基于8031单片机的控制系统。(5)在刀架的纵横向运动中,设置安全超程限位保护装置。33微机数控系统设计(1)硬件设计采用8031单片机数控系统如图2所示,外接一片27256(32K8)EPROM存储系统软件,一片62256(32K8)静态RAM存放加工程序和数据,采用扩展的8255和8155接口芯片处理键盘、显示器和步进电机的驱动刀架控制及满足插补要求。图2数控系统硬件组成框图(2)软件设计根据硬件框图,