C6140车床数控化改造之机械系统改造.doc

1、C6140车床数控化改造之机械系统改造摘要:利用数控系统改造车床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的机床除了能加工平面及孔等简单的零件外，还能加工形状复杂（如加工圆弧面、斜面及凸轮等）的零件，具有高精、高效及加工面广等特点，还可以减少人工的工作量，只要输入一定的加工程序就可以得到相应的加工结果。本文介绍了一种C6140车床数控改造的机械系统部分改造的一种方案。论文最后对系统的误差及精度进行分析，并提出改进的方法、建议。关键词：数控改造，机械系统，开环系统，伺服电机Reform of the mechanical system of C6140 lathe numerical contro

2、l transformation.Abstract: Utilizing NC system reforms lathes is an important method to heighten the rate of old equipments. The innovated lathe characterizes high precision high efficiency and wide-machining and so forth, and it can save workload .Only some machining program input ,the correspondin

3、g result will be done.This article introduces a way of economic NC reform of C6140 lathe at its mechanical system .The reformed system uses microcomputer to control the servo electromotor. The x-axis and y-axis forward-moving systems are controlled by respective electromotor. The ordinary screw leve

4、r will be changed into a pair of gears and rolling-bead screw lever. The servo motor will drive gear to move, and then spread the kinetic energy to rolling-bead screw lever, and the rolling-bead screw lever run and move the gears .In the end, making an analysis on the error margin and the precision

5、and giving methods for amelioration and advice.Key words: NC reform，mechanical system，open-hoop system，servo motor目 录1 前 言12 总体设计方案112.1 对机床改造的方案112.2 实现的目标123 传动系统的改造1231 机械部分的数控化改造1232 进给传动系统的改造13321 改造要求13322 进给机构的改造13323 导轨副的改造1433 纵向（向）进给系统改造14331 改造要求及目标14332 纵向进给系统的设计15333 切削力的计算15334 滚珠丝杠设计计

6、算16335 有关齿轮计算17336 转动惯量的计算18337 所需转动力矩的计算1934 横向（Y向）进给系统设计与计算20341 切削力计算20342 滚珠丝杠设计计算20343 齿轮及转矩的计算22344 转动惯量的计算22345 所需转动力矩的计算234 步进电机的选择2441 步进电机选用的基本原则2442 步进电机的选择255 分析误差来源2651 机械结构原因2652 齿轮副误差补偿分析2653 滚珠丝杠副误差补偿分析26结 论28参考文献29致 谢311前 言由于现代工业的飞速发展，普通机床已经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换代，不仅资金投入太

7、大成本太高，而且原有设备的闲置又会造成极大的浪费。所以最经济的办法，就是对原有设备进行经济型数控改造。这样既可以提高生产率，改善加工工艺还可以减少资金投入。因此方法对于中小型企业是十分有效的。该课题来源于生产实践的需要，利用大量闲置旧机床，对起进行数控化改造后，成为一种高效的、多功能的经济型数控机床，是一种推陈出新、盘活存量资金的有效办法，是低成本自动化的必由之路。数控技术及数控机床是以数控系统为代表的新技术，对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品：数控机床；其技术范围涉及很多领域：机械制造技术；信息处理技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。机床数控化改造的必要性、目

8、的和背景：（1）微观看改造的必要性 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 可以实现加工的柔性自动化，大大提高加工效率。实现“柔性自动化”加工。 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）以及CIMS （计算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。（

9、2）宏观看改造的必要性从宏观上看，工业发达国家的机械工业，由于对其机械工业进行信息化改造，使得他们的产品竞争力大为增强。而我国在这方面比发达国家约落后近20年，数控化率极低。这也说明了数控化改造的必要性。进行经济型数控机床开发，是符合我国国情的有效的机床更新途径。在当前的市场需求多变，竞争激烈的环境中，企业需要迅速地开发出新产品，以低价、好质量、快速去满足市场需求的变化。而数控机床最适宜加工小批量、多品种、高精度、形状复杂、生产周期短的零件；数控机床的柔性化加工，符合产品频繁变化的要求。国内外数控系统发展状况：目前，数控技术正由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

10、在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。而我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环

11、节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。所以，对数控技术实行变革势在必行。数控技术发展趋势：数控系统的伺服驱动从直流向交流全数字式转变，系统体系结构从封闭向开放转变，控制系统由专用计算机向通用计算机转变，能根据控制对象迅速、灵活地更改软硬件，具有联网通信功能等，主要就是：1、智能化 2、网络化 3、集成化 4、微机电控制系统 5、数字化 （1）性能发展方向随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速高精高效化采用高速芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流

12、数字伺服系统，并改善机床动、静态特性等有效措施。 柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性；群控系统的柔性。 工艺复合性和多轴化指一次装夹后，完成多工序、多表面的复合加工，以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工。 实时智能化现代数控机床的智能化发展将通过快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。基于CAD和CAM的数控编程自动化。 发展可靠性最大化。它采用更高集成度的电路芯片，同时通过自动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。（2）功能发展方向 用户界面图形化图形用户界面极大地方便了非

13、专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 科学计算可视化可视化技术与虚拟环境技术相结合，实现无图纸设计、虚拟样机技术等，从而缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM。 插补和补偿方式多样化插补如直线插补、圆弧插补等。补偿功能如间隙补偿、螺距和测量系统误差补偿、带平滑接近和退出刀具半径补偿等。 内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。 多媒体

14、技术应用可以做到信息处理综合化、智能化。（3）体系结构的发展 集成化、模块化、采用高度集成化和大规模可编程集成电路以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。 网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通用型开放式闭环控制模式采用此模式易于将实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等融于一体，从而实现集成化、智能化、网络化。 智能化新一代PCNC数控系统它将各高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。我国机床行业已拥有自主知识产权和从低档到高档次的产品，但是，我国数控机床领域与美国、日本和欧

15、洲还有相当的差距。目前，越来越多的企业都在推广和普及使用数控车床。为降低设备采购成本，一些中小企业通过将普通车床改造为数控车床，不但可以取得较好的应用效果，还可以充分利用旧的普通车床，从而延长了设备的使用寿命，提高了设备的利用率。为使数控改造取得满意的效果，在改造过程中应注意以下几个方面问题：（1）普通车床改造的工艺流程一般情况下，机床可以保留的部分包括主轴箱，床身，大、中溜板，尾座等。机床改造前，应先将要改造的机床进行大修处理，大修处理范围包括：主轴箱传动精度调整，主轴径向跳动及轴向窜动精度修复，机床导轨平面度及直线度、卡盘装夹精度调整等，达到一定精度要求后再进行数控改造。数控改造部分包括增加数控装置，X，Z轴驱动器及驱动电机，换装X，Z轴滚珠丝杠及电动刀架，增加必要的控制电器、开关，冷却液及润滑装置改造等。（2）数控装置和驱动方式的选择一般情况下，数控改造有2种方案： 步进电机 的开环系统方案，系统中没有反馈电路，不带检测装置，控制指令单向传递，系统