题目题目题目题目:普通车床的数控技术改造普通车床的数控技术改造普通车床的数控技术改造普通车床的数控技术改造及横向机构及横向机构及横向机构及横向机构设计设计设计设计答辩人:指导老师:2021/6/161 主要内容主要内容一、课题研究的背景和现状一、课题研究的背景和现状一、课题研究的背景和现状一、课题研究的背景和现状二、课题研究的目的和意义二、课题研究的目的和意义二、课题研究的目的和意义二、课题研究的目的和意义三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容四、课题研究的展望四、课题研究的展望四、课题研究的展望四、课题研究的展望2021/6/162一、课题研究的背景和现状一、课题研究的背景和现状 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不到3。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。 2021/6/163一、课题研究的背景和现状一、课题研究的背景和现状1.1 国内数控机床的发展现状: 1) 1) 除少量机床以除少量机床以FMSFMS模式集成使用外，大都处于单机运行模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。态。 2) 2) 国产数控机床不能满足市场的需求国产数控机床不能满足市场的需求 1.2 国外数控机床的发展现状: 1) 1) 国际机床市场的消费主流是数控机床国际机床市场的消费主流是数控机床 2) 2) 国外数控机床的网络化国外数控机床的网络化 2021/6/164一、课题研究的背景和现状一、课题研究的背景和现状1.3 数控系统的发展趋势: 1)1)继续向开放式、基于继续向开放式、基于PCPC的第六代方向发展的第六代方向发展 2) 2)向高速化和高精度化发展向高速化和高精度化发展 3) 3)向智能化方向发展向智能化方向发展 2021/6/165二、课题研究的目的和意义二、课题研究的目的和意义2.1 本课题研究的目的： 要求在对卧式车床的改造任务和功能需求作出认真分析的基础上，做好总体改造方案设计及纵向进给系统的详细设计。通过这一典型机电一体化产品的开发设计，培养综合运用所学专业知识改造开发新产品及解决工程实际问题的能力。2021/6/166二、课题研究的目的和意义二、课题研究的目的和意义2.2 本课题研究的意义： 数控机床是制造业实现生产现代化的主机,数控技术的水平高低和机床的数控化率是衡量一个国家工业发展水平的重要标志。目前我国机床的数控化率还不到5%,新机床的数控化率也仅为6%。无论从数控技术水平和机床的数控化率都大大落后于西方发达国家。 由于机床以及技术的不断进步,机床改造已是个”永恒”的课题。我国的机床改造业,也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业,具有重要的现实意义和使用价值: （1）节省资金。 （2）性能稳定可靠。 （3）提高生产效率。2021/6/167三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容l3.1 普通车床介绍普通车床介绍l C-类代号(车床类机床)l W-结构特性代号l 6-组代号(落地及卧式车床组)l 1-系代号(卧式车床系)l 63-主参数(最大工件回转直径的1/10)2021/6/168普通卧式车床的结构布局 2021/6/169三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容l普通车床各部分功能介绍普通车床各部分功能介绍l主轴箱是支撑主轴并带动工件作回转运动。 l进给箱是进给传动系统的变速机构。 l交换齿轮箱是用来将主轴的回转运动传递到进给箱。 l溜板箱是接受光杆传递的运动，驱动床鞍和中、小滑板及刀架实现车刀的纵横进给运动。2021/6/1610主要结构及运动特点由主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杆、光杆、床身等组成2021/6/1611主轴变速箱功能： 支承主轴和传动其旋转2021/6/1612进给箱：变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种进给量2021/6/1613溜板箱：将丝杠或光杠旋转运动变为溜板和车刀的直线进给运动2021/6/1614CXXXCXXX卧式车床的功能卧式车床的功能2021/6/1615三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容l3.2 总体方案的确定总体方案的确定 lCXXX型普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。2021/6/1616三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容l普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加线插补、圆弧插补功能，还要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。工和螺纹加工等，因此数控系统选连续控制系统。l车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。给伺服系统采用步进电机开环控制系统。2021/6/1617三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容l纵向和横向进给是两套独立的传动链，纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。辨率。l为了保证进给伺服系统的传动精度和平为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消传动刚度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。除齿侧间隙的机构。l采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。2021/6/1618三、课题研究的主要内容三、课题研究的主要内容l3.3 3.3 机械系统的改造设计方案机械系统的改造设计方案l进给系统的改造与设计方案进给系统的改造与设计方案。 l主传动系统的改造方案主传动系统的改造方案 。l自动回转刀架设计2021/6/1619二、总体方案的确定二、总体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运动方总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。机构的选择等。（1）普通车床数控化改造后应具有单）普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。应设计成连续控制型。2021/6/1620南京理工大学（2）普通车床经数控化改造后属于经）普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统常采用步进电动机的开环进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。控制系统。（3）根据技术指标中的最大加工尺寸、）根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用要求，决定选用MCS-51系列的系列的8位单片位单片机作为数控系统的机作为数控系统的CPU。MCS-51系列系列8位机具有功能强、速度快、抗干扰、位机具有功能强、速度快、抗干扰、性性/价比高等优点。价比高等优点。2021/6/1621南京理工大学（4）根据系统的功能要求，需要扩展）根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、电路、I/O接口电路、接口电路、D/A转换电路、串转换电路、串行接口电路等；还要选择步进电动机的行接口电路等；还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。等。（5）为了达到技术指标中的速度和精）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。丝杠的螺母应有预紧机构等。2021/6/1622南京理工大学（6）计算选择步进电动机，为）计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速了圆整脉冲当量，可能需要减速轮副，且应有消除间隙机构。轮副，且应有消除间隙机构。（7）选择四工位自动回转刀架）选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。与电动卡盘，选择螺纹编码器等。2021/6/1623南京理工大学三、机械系统的改造设计方案三、机械系统的改造设计方案1主传动系统的改造方案主传动系统的改造方案对普通车床进行数控化改造时，对普通车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可减少机械变速操纵机构，这样可减少机械改造的工作量。主轴的正转、反改造的工作量。主轴的正转、反转和停止可由数控系统来控制。转和停止可由数控系统来控制。2021/6/1624南京理工大学若要提高车床的自动化程度，需若要提高车床的自动化程度，需要在加工中自动变换转速，可用要在加工中自动变换转速，可用2速的多速电动机代替原有的速的多速电动机代替原有的单速主电动机；当多速电动机仍单速主电动机；当多速电动机仍不能满足要求时，可用交流变频不能满足要求时，可用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无器来控制主轴电动机，以实现无级变速。级变速。2021/6/1625南京理工大学2安装电动卡盘安装电动卡盘为了提高加工效率，工件的夹紧为了提高加工效率，工件的夹紧与松开采用电动卡盘，选用呼和与松开采用电动卡盘，选用呼和浩特机床附件总厂生产的浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。统发信控制。2021/6/1626南京理工大学3换装自动回转刀架换装自动回转刀架为了提高加工精度，实现一次装夹为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产市宏达机床数控设备有限公司生产的的LD4B-CK6140型四工位立式电型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。应的电路，由数控系统完成。2021/6/1627南京理工大学4螺纹编码器的安装方案螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件，车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动。它与车床主轴同步转动。2021/6/1628南京理工大学螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴安装和异轴安装。同轴安装是指将编码安装和异轴安装。同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，器直接安装在主轴后端，与主轴同轴，这种方式结构简单，但它堵住了主轴的这种方式结构简单，但它堵住了主轴的通孔。异轴安装是指将编码器安装在床通孔。异轴安装是指将编码器安装在床头箱的后端。需要注意的是，编码器的头箱的后端。需要注意的是，编码器的轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性轴头与安装轴之间必须采用无间隙柔性联接，且车床主轴的最高转速不允许超联接，且车床主轴的最高转速不允许超过编码器的最高许用转速。过编码器的最高许用转速。2021/6/1629南京理工大学5进给系统的改造与设计方案进给系统的改造与设计方案（1）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找主轴的同步轴，安装螺纹编码器。主轴的同步轴，安装螺纹编码器。（2）拆除进给箱总成，在此位置安装）拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。成。（3）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座与螺母座托架。杠的螺母座与螺母座托架。2021/6/1630南京理工大学（4）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式电动刀架。板上方安装四工位立式电动刀架。（5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度滑动丝杆靠刻度盘一段锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。承，换上滚珠丝杠副。（6）将横向进给步进电机通过法兰座安装）将横向进给步进电机通过法兰座安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。轴头相联。（7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。更换丝杆的右支承。2021/6/1631南京理工大学2021/6/1632南京理工大学2021/6/1633南京理工大学四、进给传动部件的计算和选型四、进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：主要包括：1、确定脉冲当量、确定脉冲当量2、计算切削力、计算切削力3、选择滚珠丝杠螺母副、选择滚珠丝杠螺母副4、设计减速箱、设计减速箱5、选择步进电动机、选择步进电动机 2021/6/1634南京理工大学五、绘制进给传动机构的装配图五、绘制进给传动机构的装配图在完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动在完成滚珠丝杠螺母副、减速箱和步进电动机的计算、选型后，就可以着手绘制进给传机的计算、选型后，就可以着手绘制进给传动机构的装配图了。在绘制装配图时，需要动机构的装配图了。在绘制装配图时，需要考虑以下问题：考虑以下问题：（1）了解原车床的详细结构，从有关资料）了解原车床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。构尺寸。（2）根据载荷特点和支承形式，确定丝杠根据载荷特点和支承形式，确定丝杠两端轴承的型号、轴承座的结构以及轴承的两端轴承的型号、轴承座的结构以及轴承的预紧和调节方式。预紧和调节方式。2021/6/1635南京理工大学（3）考虑各部件之间的定位、联接和）考虑各部件之间的定位、联接和调整方法。例如，应保证丝杠两端支调整方法。例如，应保证丝杠两端支承与螺母座同轴，保证丝杠与机床导承与螺母座同轴，保证丝杠与机床导轨平行，考虑螺母座、支承座在安装轨平行，考虑螺母座、支承座在安装面上的联接与定位，同步带减速箱的面上的联接与定位，同步带减速箱的安装与定位，同步带的张紧力调节，安装与定位，同步带的张紧力调节，步进电动机的联接与定位等。步进电动机的联接与定位等。（4）考虑密封、防护、润滑以及安全）考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。例如，丝杠螺母的润滑、机构等问题。例如，丝杠螺母的润滑、防尘防铁屑保护、轴承的润滑及密封、防尘防铁屑保护、轴承的润滑及密封、行程限位保护装置等。行程限位保护装置等。2021/6/1636南京理工大学（5）在进行各零部件设计时，应注意）在进行各零部件设计时，应注意装配的工艺性，考虑装配的顺序，保装配的工艺性，考虑装配的顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。证安装、调试和拆卸的方便。（6）注意绘制装配图时的一些基本要）注意绘制装配图时的一些基本要求。比如，制图标准，视图布置及图求。比如，制图标准，视图布置及图形画法要求，重要的中心距、中心高、形画法要求，重要的中心距、中心高、联系尺寸和轮廓尺寸的标注，重要配联系尺寸和轮廓尺寸的标注，重要配合尺寸的标注，装配技术要求，标题合尺寸的标注，装配技术要求，标题栏等。栏等。2021/6/1637南京理工大学致致 谢谢 我的论文写作和课题研究是在各位老师和同我的论文写作和课题研究是在各位老师和同学的关心、帮助下完成的。在此，我感谢他们对学的关心、帮助下完成的。在此，我感谢他们对我的支持，我要深深感谢用心血汗水教育我的老我的支持，我要深深感谢用心血汗水教育我的老师们：老师，他们渊博的知识，对教育的执著，师们：老师，他们渊博的知识，对教育的执著，严谨的治学态度，使我终身受益。感谢我周围的严谨的治学态度，使我终身受益。感谢我周围的同学们，他们给了我无微不至的关心和帮助，他同学们，他们给了我无微不至的关心和帮助，他们勤奋严谨的学习态度是我学习的榜样。们勤奋严谨的学习态度是我学习的榜样。2021/6/16382021/6/1639 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！