机床改造
引言
据有关资料报道，在一些工业发达的国家里，设备的平均役龄控制在10~20年之间，设备的“技术老化”期已短于10年，10年役龄以内的设备数量能够达到设备总数的百分之50左右。由此可见，设备更新速度相当快，一是用技术更为先进的新设备来代替技术性能“老化”了的旧设备；另一是进行有效的技术改造，使旧设备适应新的生产需要，例如，美国和西欧的一些工业先进国家，在钢铁企业中虽然早已实现了现代化，可是旧设备并没有完全毁弃，而是通过技术改造的方法，，使一些旧设备能够达到使用新技术、新工艺的要求，继续生产出具有竞争力的优质产品。
目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在设备“技术老化”问题，设备役龄在15年以上的，所占比重相当大，面对这么多的陈旧设备应该怎么办？这是一个急需解决的大问题。
为了实现工业现代化，我们要创造或引进新技术，新工艺，新设备，进行必要的设备更新。另一方面，动员机械制造业的广大职工，坚持自力更生的勤俭办企业的方针，挖掘设备潜力，更具有现实意义。而机床改造正是大家欢迎的一种形式，为满足生产的需要已经做出了重大的贡献。例如，某工具厂现拥有主要设备1280台，其中金切设备为1014台，超龄设备占50%以上，平均役龄18年，不能满足生产的需要。几年来，该厂在有计划的更新老设备的同时，将旧机床改装120余台，约占设备总数的10%，其中包括：用静压技术改造M7120A型平面磨床和立式磨床用数显技术改造车床，内圆磨床；用单板机改造C5201型卧式车床等。从而使这些老设备技术性能得到改善，能够继续在关键工序中发挥作用。近几年这个厂工获国优、部优和省优产品17种，基本上都是用经过改造的老设备加工的，明显的表现出机床改造具有投资小、上马快、充分利用废旧设备等特点。
机床改造的效益是多方面的，在从提高生产率来看，假设机床改造100万台，每台生产率平均提高20%，这就等于多生产20万台新机床；反之，如果不对旧机床实行技术改造，当前生产的新机床在技术水平上或数量上
通过上述实例不难看出，机床改造不但是解决设备“技术老化”的重要途径，能够满足生产发展而且可以获得十分可观的经济效果。
由于个人能力有限，还有很多不足之处，恳请各位老师给予指教。
第1章绪论
1.1机床改造的内容
时间经验表明，由于各工厂的生产性质和设备条件不同，机床改造的内容和要求也各有差异，概括起来大致有以下几个方面：
1）使旧型号机床达到新型号机床的性能指标
2）扩大机床的工艺范围
3）改变机床的工艺范围
4）提高机床的自动化程度
5）改善机床的操作性能和劳动条件
6）使机床能够适应新技术、新工艺的要求
7）适合于组成生产流水线
这次的改装主要是对多轴头箱的改装，使一个钻头变成两个钻头，这里有必要说一下多轴钻床。
1.2多轴钻床
多轴钻床是一种能满足多轴加工要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。
(1) 自动更换主轴机床
自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。
(2) 多轴转塔机床
转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多
个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不过4—6个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱床合适，但它的结构简单。
(3) 自动更换主轴箱组合机床
它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。
(4) 数控八轴落地钻床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达15000个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为20毫米，孔深180毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，5－7巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成90°供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以8轴数控落地加工。
在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工，通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低，用非标设备，即组合机床加工，生产效率高，但设备投资大。但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床，改造后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰、等工序。
1.3多轴加工应用
据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。
虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个ψ20孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要842.5小时，另外还要划线工时151.1小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要171.6小时，划线也简单，只要1.9小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机30种箱形与杆形零件的2000多个钻孔操作中，有40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少20%的加工时间。1975年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势。多轴加工生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，多轴加工的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。
1.3.2 多轴加工的设备
多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。
1.3.3多轴箱
也像多轴头那样作为标准部件生产。美国Secto公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有32种规格，加工面积从300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作轴达60根，动力达22.5千瓦。Romai工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与
它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。
根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（5）尺寸超差时能立即发现。
1.3.4生产任务
一个零件的同一个面上，往往有多个孔，如果在普通钻床上加工，通常要一个孔一个孔的钻削，生产效率低。要是在普通立式钻床的主轴上装一个多轴头，就可以同时钻削多个孔，大大提高了生产效率。这次设计的主要任务就是把一个钻头改装成两个钻头，就是能同时钻削两个孔。
按照传动形式，多轴头分成齿轮传动多轴头个曲柄传动轴头（或称偏心多轴头），在一般情况下，多轴头工作轴的中心轴作成不可调的，叫做一般多轴头。只能在特殊需要的情况下，将工作轴的中心距作成可调整的，叫做可调多轴头，目前，普遍采用的是一般齿轮传动多轴头。
多轴头的设计特点是程序强。设计者应按照实际程序逐步进行设计与计算，多轴头设计可分成三大步骤：设计前的准备工作，传动系统的设计，多轴头的机构设计。
设计前的准备工作是设计的基础，需要认真进行，其内容主要是掌握产品和工艺要求，了解所用机床、刀具、夹具等的状况。
产品方面应明确：工件上被加工孔的直径、数目、分布情况、位置精度及工件的材料等。
工艺方面应明确：工序内容（钻、扩孔、或攻丝），切削用量（刀具转速、切削速度及刀具每转进给量），单件工时及生产批量等
机床方面应明确：机床主轴的回转方向，机床主轴各级的转速，机床主轴各级的进给量，机床额定功率，机床允许最大轴向进给力，机床主轴端面工作台的最大及最小距离。
同时，要核算多轴头的总轴向力和消耗的总功率，是其不能超过机床允许的最大轴向力和机床的额定功率。核算公式如下：
N=机N N N N n Nn ≤+??????++=∑21
P=
机
P P P P P n Nn ≤+??????++=21
式中，N ——多轴头各工作轴消耗的总和（马力）
n
N N N +??????++21——多轴头每个工作轴消耗的功率（马力）
机
N ——机车的额定功率（马力）
P ——多轴头各工作轴向力的总和（公斤力）
n
P P P +??????++21——多轴头每个工作轴的轴向力（公斤力） 机P
——机床允许最大轴向力（公斤力）
第2章 机床改造分析
2.1加工方案的对比
ф20H8锥孔的底孔ф16的钻削方案有 1.在摇臂钻床上用钻模夹具单孔钻削： 其效率低、但投入少、见效快。
2.在立式钻床上用多轴头架、钻模夹具，双孔同时钻削 其效率高、投入少、见效快。
3.在专用配合机床上双孔同时钻削
其效率高、精度高、但投入大、见效慢。
根据本工件年产量50000件，属中批量生产。工件两孔精度要求一般，故选择第二种加工方案为宜。
2.2 立式钻床的确定
2.2.1对机床改造的基本要求
多轴头架的两钻削主轴相距等于工件两ф20锥孔轴线的中心距。
L=2R ·Sin110°/2=2·150·Sin55°=245.75mm
2.2.2钻削时切削用量及钻削力
根据钻底孔为ф16，根据切削用量选择
切削速度v=48.7米/分（对应钻削主轴转速970r/min ） 进给量f=0.14mm/r
查明：钻削时单轴向力单P
=246公斤力
采用双轴时双P =单P
×2=246×2=492公斤力
单轴钻削扭矩 单M
=151公斤力·厘米
采用双轴时双M
=单M ×2=151×2=302公斤力·厘米
根据以上数据，选择Z525立式钻床较宜。 其最大钻削孔径ф25 主轴锥孔为英式#
3 其能承受的最大轴向力P=900公斤力>492公斤力 最大扭矩 M=2500>302公斤力·厘米
2.3主要参数
1、钻床功率 pd=3kw
2、孔径 d=Φ16mm
3、孔间距 a=245.7506.0
＋
mm
第3章 拟定主轴箱传动方案
3.1主轴箱传动方案的拟定
机器通常由原动机、传动装置和工作机等三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力。并可用以改变转速、转矩的大小或改变运动形式，以适应工作机功能要求。
选用这个方案比较好的就是结构简单，类似于减速器，不同的是减速器一般是输入一跟轴，输出一跟轴。而这里才用的是与减速器不同的就是输入一跟轴输出两跟轴这样才能实现两跟轴在同一时间同一工序里完成同样的工作，使原来要分成两个工序的工作变成了一次装夹加工完成。这样就提高了生产效率。但是在钻孔的时候有要求两个孔的距离和位置。所以只要将主轴箱的两跟钻削轴的距离确定下来就可以完成了与原始方法的质量和精度，并且效率也提高了。所以这种方案还是比较合适的。
合理的选择传动形式是传动方案的重要环节。主轴箱采用单级圆柱齿轮传动，传动比为1， 112=i 113=i 。
3.2结构方案初步拟定
1）考虑到左旋麻花钻属非标准刀具，其货源不充足、且价格较贵，故仍采用普通标准（右旋）麻花钻头，这就决定了多轴头架钻削主轴必须右旋，（双轴立式钻床主轴传递多来的运动，必须经偶数齿轮传动） 2）多轴头架主轴通过#
3 莫式 锥柄直接装入Z525立式钻床主轴莫式
#3锥孔内，将其运动直接传入则必须通过一个介轮才能将运动传递给钻削
主轴
为了减少多轴头架的外形尺寸，且要保证两钻削主轴轴线的距离245.75mm 。多轴头架主轴，介轮轴，钻削主轴上的齿轮尽量采用相同的模数m ，和齿数Z （根据凑中心距齿轮齿数作适当调整）
因此，各级传动比，初定1：1，钻削时，钻削主轴则需的切削用量依靠Z525立式钻来提供。
3）用类比法初定各轴，安装轴承处轴颈ф25，安装齿轮轴颈ф32，其中
1．多轴头架主轴两端各用205轴承，双定限制轴向移动上端用#3莫式锥孔配合，为了防止相对滑动用直销加强扭矩
2.介轮轴采用轴固定，齿轮在其上空转，为了减少磨损，用40Cr轴颈淬硬HRC48，齿轮孔内镶2Q6-6-3衬套
3.钻削主轴由于考虑到轴向力,上端用滑动轴承,并用8105轴承承受轴向负荷,下端采用205轴承,轴下部有#3莫式锥孔与ф16麻花钻头#3莫式锥柄想匹配,因此轴也采用40Cr,淬火HRC48
为材料准备方便,主轴也用40Cr, #3莫式锥柄处淬火HRC48
第4章 选择钻床输出功率
4.1选择钻床输出功率
钻床的输出功率一般为3KW 。
主轴输出功率为：
ηPd
Pw =
21ηηη?=
查《机械设计基础·课程设计》表2-4得：滚动轴承传动效率：99.01=η 圆柱齿轮传动效率：，97.02=η 9603.097.099.0=?=η
pw = 3 x0.9603 = 3.8412 KW
4.2 计算传动装置的运动和动力参数
传动装置中初轴转速为：n （r/min ） 则：
??
?
?
====i n i n n n n n 1321 钻孔时车床选择转速为：n = 970 r/min
m in /9701r n n == min /970197032r i n n n ===
=
各轴输入功率分别为：P （kw ）
????=??==222131ηηηPed P Ped p P
kw p P 88.29603.0331=?== kw P 91.297.062=?=
各轴输入转矩：T （N ·M ） 传动系统中各周转矩为：
??
????==3229550
219550 T1p n p T n p
??????=?=?=m
N T m N T 35.28365.282m 28.35N T1
将以上结果整理如下表：
表1
1
第5章齿轮计算及齿轮强度校核
5.1变位齿轮传动
5.1.1变位齿轮传动的基本原则
变位齿轮设计的关键问题是正确地选择变位系数，如果变位系选择得当，可使齿轮的承载能力提高20—30%；假若变位系数选择不当，反而可能降低齿轮的承载能力。
关于变位系数的选择方法，以前，人们作过大量的研究工作，世界各国也有着自己的不同推荐，或制订了一些标准和制度。在我国，由于各行各业的不同特点，应用变位的齿轮的情况和选择变位系数的方法也各不相同。近年来，用“封闭图”法选择变位系数[1]、[7]得到了普遍的重视和推广，大齿形角齿轮的“封闭图”也已制作出来并即将出版。利用“封闭图”，可以根据齿轮的传动要求，综合地考虑各种性能指标，比较合理地确定变位系数。但是，由于它的篇幅太大，一般的机械设计手册中均不推荐它，而推荐一些较简单的篇幅小的选择变位系数方法。
本文提出的选择变位系数方法，是根据齿轮的破坏情况，抓住主要矛盾，并以“封闭图”作为研究工具而得出的。为了说明本方法的优点，笔者还将它与国内应用得较多的一些变位系数选择方法（如西德标准
DIN3992[9]、瑞士标准VSM15525[4]、苏联的B.H.库德里也夫切夫选择变位系数方法[7]、英国的N. E.曼里特选择变位第数方法[8]以及“封闭图”法等）进行了全面的分析和比较，本方法具有下列优点：在满足限制条件下，它配凑中心距的范围大，可以很方便地确定啮合角的数值，并能按最大啮合角和等滑动率选择变位系数、方法简单，使用方便，篇幅小等。5.1.2系数的基本原则
为了提高齿轮传动的承载能力，必须分析各种齿轮传动的失效原因及破坏方式，找出主要矛盾，从而确定选择变位系数的基本原则。
1.对于润滑良好的软齿面（HB<350）的闭式齿轮传动，其齿面在循环应力的作用下，易产生点蚀破坏而失去工作能力。为了减小齿面的接触应
力，提高接触强度，应当增大啮合节点处的当量曲率半径。这时应采用尽可能大的正变位，即尽量增大传动的啮合角α。
2.对于润滑良好的硬齿面（HB>350）的闭式齿轮传动，一般认为其主要危险是在循环应力的作用下齿根的疲劳裂纹逐渐扩展而造成齿根折断。但是，实际上也有许多硬齿面齿轮传动因齿面点蚀剥落而失去工作能力的。因而。对这种齿轮传动，仍应尽量增大传动的啮合角α（即尽量增大），这样不仅可以提高接触强度，还能增大齿形系数y值，总变位系数ξ
∑
提高齿根的弯曲强度。
3.对于开式齿轮传动，由于润滑不良，且易落入灰尘成为磨料，故极易产生齿面磨损而使传动失效。为了提高齿轮的耐磨损能力，应增加齿根厚度并降低齿面的滑动率。这也要求采用尽可能大的啮合角的正传动，并合理地分配变位系数，以使两齿轮齿根处的最大滑动率接近或相等（即
η'=η"）。
4.对于高速或重载的齿轮传动，易产生齿面胶合破坏而使传动失效。除了应在润滑方面采取措施外，应用变位齿轮时，也应尽可能减小其齿面的接触应力及滑动率，因而它也要求尽量增大啮合角α，并使η'=η"
综上所述，虽然由于齿轮的传动方式、材料和热处理的不同，其失失效的形式各异，但为了提高承载能力而采用变位齿轮时，不论是闭式传动还是开式传动，硬齿面还是软齿面，一般情况下，都应尽可能地增大齿轮
），并使齿根处的最大滑动率接传动的啮合角α（即增大总变位系数ξ
∑
近或相等（即η'=η"）。
5.1.3系数的限制条件
1. 几何条件
一对变位齿轮传动，要实现无侧隙啮合，就必须满足下式：
即
式中：ξ
1、ξ
2
---分别为齿轮Z
1
、Z
2
的变位系数；
ξ∑---总变位系数，；
Z
∑---齿数和；Z
∑
=Z
1
+Z
2
；
α---啮合角；
α0---刀具的齿形角。
图 1
ξ∑为α和Z∑的函数，当给定α，如α＝19°,20°,21°……等，
即可求得如图1的ξ
∑---Z
∑
曲线，这就是一对变位齿轮所必须满足的几何
条件。
从图1可以看出，对于一定的Z
∑
，只要给定啮合角α，即可求得相
应的ξ
∑
。而根据前述选择变位系数的基本原则，为了提高齿轮的承载能力，应该尽量增大啮合角α；但是，α大到一定数值后，将会使重合度ε<1或产生啮合干涉，甚至使齿顶变尖。因而变位系数绝不能仅按照几何
2. 保证齿轮加工时不根切
用齿条型刀具加工标准齿轮时，不产生根切的最小齿数Z
m in
及不根切
的最小变位系数ξ
m i n
分别为：
式中：f
---齿顶高系数。
当 f
0＝1，α
＝20° 时,
根据公式（3"），可以作出如图1的根切限制线，在该线右侧选取变
位系数并按公式（3'）分配ξ
1及ξ
2
时，就不会产生根切。
3. 保证有必要的重合度
为保证齿轮传动的平衡性，重合度ε必须大于1。一般多要求ε≥1.2；其计算公式为：
式中：α
e1、α
e2
---分别为两齿轮的齿顶压力角，
D
e
---齿顶圆直径
d
j
---基圆直径
对于一定齿数的齿轮付（即Z
1、Z
2
一定时），如果限定重合度的数值，
如ε＝1.2时，公式（4）可以改写成：
将公式（4'）对变位系数求解，即可作出如图2所示的ε＝1.2曲线。
在该曲线的任一点上选取ξ
1及ξ
2
时，该对齿轮传动的重合度ε均
为1.2。可以看出，在曲线的不同点上选取变位系数时，其ξ
∑＝(ξ
1
+ξ
2
)
的数值是不一样的，因而齿轮的啮合角α也是不同的。若在该曲线与等啮合角线（图2中的45°斜直线）的切点A取变位系数，此时啮合角为最大
值(ε＝1.2时），即α＝α
m ax ，其总变位系数ξ
∑A
＝(ξ
1A
+ξ
2A
)。
为了提高齿轮的接触强度，希望选取尽可能大的啮合角α，这就要求在最大啮合角α
m ax
处选取总变位系数。另一方面，为了提高齿轮的抗胶合和耐磨损能力，还应尽量减小齿轮的滑动率，并使其相等（η'=η"）。
经过对ε＝1.2曲线和η'=η"曲线的分析，一般情况下，在该二曲线的交点B（见图2）上选取变位系数时，其啮合角大都接近或等于最大啮合
角α
m ax ，此时所得的总变位系数ξ
∑B
大都接近或等于ξ
∑A
，因此，我们
可以用ξ
∑B ＝(ξ
1A
+ξ
2A
)代替ξ
∑A
。
图 2
在图3中，曲线组Ⅱ中的每一条曲线即为Z
1一定时（如Z
1
＝12,13，……
等），对于不同的Z
2所得到的ξ
∑B
──Z
∑
变化曲线。而曲线组Ⅰ为ε＝1
的曲线与η'=η"曲线的交点所得的总变位系数ξ
∑──Z
∑
曲线。
5.1.4变位系数的分配
当根据传动的不同要求，按Z
∑确定ξ
∑
之后，还必须把分配给每个齿
轮，否则，将无法计算齿轮的尺寸。
变位系数分配得是否恰当，将直接影响齿轮的传动质量。根据前面的分析，我们按滑动率相等的原则(η'=η")分配变位系数。
所谓滑动率，就是两齿面在啮合点的相对切向速度（齿面相对滑动速度）与该与的切向速度的比值。当一齿轮的齿根与另一齿轮的齿顶啮合时，齿根处的滑动率达到最大值η
m ax
。
小齿轮Z
1
的最大滑动率η'为：
大齿轮Z
2
的最大滑动率η"为：
若令η'=η"时，则有：
式中：u──齿数比，u=Z
2/Z
1
将公式（10）对变位系数求解，即可作出等滑动率曲线（见图2中的η'=η"曲线），在该曲线上选取位变系数时，齿轮的最大滑动率是相等的。
从公式（10）还可以看出，η'=η"曲线的基本斜率主要取决于齿数比u的大小，当然，曲线的具体形状还与齿数Z2、Z1有关。
图8为Z 1=17，而Z 2不同（即u 不同）时的η'=η"曲线。可以看出，各曲线的基本斜率及其与原点的截距（图中的0，α1，α2……等）都相差较大。
图9为齿数比u =2，而小齿轮的齿数Z 1=12～42(Z 2=u Z 1)时的η'=η"
曲线。可以看出，各曲线的基本斜率很相近，而且截距也相差不多。
5.2、齿轮计算及齿轮强度校核
5.2.1 齿轮参数计算
齿轮查表用类比法采用2.5，直齿,齿轮厚度25mm
根据两钻削主轴轴线距离245.75mm 的要求,三轴齿轮总齿数
15.495.2275.2452=÷÷==
m L
Z 总
根据此,分配齿数,主轴齿轮Z1=24 齿轮Z2=25 钻削主轴齿数齿轮Z3=24 .考虑到主轴齿数手负荷较大,采用正角变位齿轮补偿,凑中心距,齿轮计算如下: 其中:齿数<1> 模数2.5 齿数24
其与齿轮(2)标准中心距 a=m(Z1+Z2)/2=2.5×(24+25)/2=61.25 其按要求应具有中心距a ′=L/2－a=247.75/2－61.25=61.625 啮合角cos α′=a/a ′cos α=61.25/61.625 cos20°=0.93397
α′=20°56′12″
X 21z z +
CA6140普通车床数控化改造设计
目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要
我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
机床数控改造
第一章经济型数控系统简介 1.1经济型数控机床的原理与组成 经济型数控机床就是指价格低廉、操作使用方便，比较适合我国国情的，在普通机床上加装数控系统的高级自动化机床。 一、数控机床的工作原理 用数控机床加工工件时，首先应编制零件加工程序。这是数控机床的工作指令。将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启动、停止、进给运动的方向、速度和位移量，以及刀具选择交换，工件装夹和冷却润滑的开关等动作，使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、运行轨迹和运行参数进行工作，从而达到加工出符合要求零件的目的。 二、数控机床的组成 根据数控机床的工作原理，数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体和测量装置等五部分组成。其组成框图如图1.1-1所示。 1.控制介质 它是用于记载各种加工信息的载体，以控制机床的运动，实现零件的加工。 在普通机床上加工零件时，都由工人按图样和工艺要求手工操作完成。在数控机床上加工时，则把加工零件所需的全部动作、相关数据及刀具相对于零件的位置等参数，用数控装置所能接受的数字和文字代码来表示，并将这些代码存储在控制介质上。 控制介质可以是穿孔纸带、穿孔卡、磁带、软磁盘或其他可以存储信息的载体。对于经济型数控系统，一般直接用存储器作为载体，用操作面板上的按键和键盘将加工程序直接键入，并且可在数码显示器或CRT显示器上显示出来。 2．数控装置 数控装置是数控机床的核心。它由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件对代码进行处理后，输出相应的指令脉冲，驱动伺服系统，来控制机床的各个运动部件按规定的要求实现各个动作。 3．伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。其作用是把来自数控装置的各种指令，转换成机床移动部件的运动速度、运动方向和位移量。机床中每个运动的执行部件，都有各自的伺服系统。 数控机床的伺服系统中，常用的伺服驱动系统有开环系统、闭环系统和半闭环系统之分。其驱动元件主要有功率步进电动机，电液脉冲马达和大惯量直流电动机等。 4．机床本体 与普通机床相比，数控机床应具有更好的刚性和抗振性，尤其是相对运动表面的摩擦系数要小、传动件之间的间隙要小外，还要求具有自动变速、自动换刀和自动诊断故障的功能，以便于实现自动加工的需要。 5．测量装置 测量装置的作用是将机床的实际位置、速度等参数，转换成电信号，反馈回数控装置，以校核执行部件实际运动的速度、方向和位移量，并使之与加工指令相一致。 开环数控系统无测量装置。 三、经济型数控机床的特点 1）价格便宜。仅数控系统与国外同类型系统相比，前者只需1～2万元，而国外系统则需十几至几十万元。因此，它特别适合对国内企业现有普通机床进行改造。 2）解决复杂零件的加工精度控制，提高生产率。对经济型数控车床，一般可提高工效3～7倍，对经济型数控铣床，可提高3倍～几十倍。对复杂零件而言，难度越高，提高的工效则越多。 3）适合于多品种、中小批量产品的自动化加工，对产品的适应性强。对于不同零件的加工，可以通过变换不同的加工程序和更换不同的刀具来实现。
C6140普通车床数控化改造设计方案
C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术
机床设备大修与数控化改造
机床设备大修与数控化改造 Posted by bfjcwx 2011年5月22日 机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术及制造业的发展战略。作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。 一、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、落后的机床是机床设备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5～10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设备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： ①交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。 ②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。 ③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。 ④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。 ⑤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。
机床数控化改造必要性
一、机床进行数控化改造的必要性 （1）数控机床：1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 ①数控（NC）阶段（1952～1970年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。 ②计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控
CA6140普通车床的数控化改造毕业设计论文
摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架
一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。 普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，
机床数控改造方案及实施(doc 9页)
机床数控改造方案及实施(doc 9页)
机床数控改造方案及实施 改造的可行性分析通过以后，就可以针对某台或某几台机床的现况确定改造方案，一般包括： 1 机械修理与电气改造相结合 一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 2 先易后难、先局部后全局 确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。
系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。 二，改造的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括： 1 机械部分准备 为配合电气改造而需进行的机械大修改造的测量、计算、设计、绘图、零件制作等应先期完成。同时对停机后需拆、改、加工的部分等应事先规划完毕，提出明确要求，与整个改造工作衔接得当。 2 新系统电气资料消化 新系统有许多新功能、新要求、新技术，因此改造前应熟悉技术资料，包括系统原理说明、线路图、PLC梯形图及文本、安装调试说明、使用手册、编程手册等。要有充裕的时间来
(完整版)普通机床数控化改造实例及分析
普通机床数控化改造实例及分析 来源：数控产品网添加：2010-05-22 阅读:649次 [ 内容简介] 机床与生产线的数控改造主要内容有：(1)恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。 现在很多企业为了生存和发展，不断地提高机床的数控化率是必要的。需要进行数控改造的设备一般包括传统机床及近期从国外引进，因存在问题而不能投产的机床设备和生产线。我们芜湖高新重型机床有限公司，在机床数字化控制和改造方面有独特的心得和实际经验。在普通机床恢复精度改造成高效的数控机床方面做了大量的工作。现为了更好的服务客户，我们总结了有关机床数控改造的知识供大家参考。 一、数控改造的内容 机床与生产线的数控改造主要内容有：(1)恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新。 二、数控系统发展的趋势 l．向开放式、基于PC的第六代方向发展 基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控任务PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。在远程通信、远程诊断和维修的应用将更加普遍。 2．向高速化和高精度化发展 3．向智能化方向发展 (1)应用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的重要信息，并自动调整系统参数，改进系统运行状态。 (2)引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家经验、加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化数字伺服驱动装置。可以通过自动识别负载和自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。 三、数控系统的选择 1．开环系统 该系统的伺服驱动装置是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。这种系统不需要位置和速度反馈，位移精度主要决定于步进电机的角位移精度和齿轮丝杠等传动元件的精度，所以位移精度低。但系统结构简单、调试维修方便、工作可靠、成本低、易改装成功。 2．闭环系统 该系统由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置信号反馈给计算机，与给定值进行比较，将两者的差值放大并变换，驱动执行机构，以消除偏差。此系统复杂、成本高、对环境温度要求严。但系统精度高、速度快、功率大。可根据产品技术要求，决定是否采用。
C616型普通车床改造为经济型数控车床
毕业设计（论文） 设计（论文）题目：C616型普通车床改造为经济型数控车床 系别：------------- 专业：----------------- 班级：------------------ 姓名：------------------- 学号：-------------------- 指导老师：--------------- 完成时间：---------------
目录 序言--------------------------------------------------------------------------------------3 一、设计方案的确定-----------------------------------------------------------------4 （一）设计任务------------------------------------------------------------------------4 （二）总体设计方案的确定---------------------------------------------------------4 二、机械部分改造与设计------------------------------------------------------------4 （一）纵向进给系统的设计与计算------------------------------------------------4 （二）横向进给系统的设计与计算------------------------------------------------10 三、步进电机的选择------------------------------------------------------------------13 （一）步进电机选用的基本原则---------------------------------------------------13 （二）步进电机的选择---------------------------------------------------------------14 四、机床导轨改造---------------------------------------------------------------------15 五、自动转位刀架的选用------------------------------------------------------------16 六、经济型数控机床改造时数控系统的选用------------------------------------17 七、典型零件的工艺设计及应用程序的编制------------------------------------18 （一）工艺分析------------------------------------------------------------------------18 （二）工作坐标系的设定------------------------------------------------------------19 （三）手动钻孔------------------------------------------------------------------------19 （四）编制加工程序------------------------------------------------------------------19 小结---------------------------------------------------------------------------------------21参考文献---------------------------------------------------------------------------------22
数控机床维修改造技术
数控机床维修改造技术 数控机床维修改造技术 凯普机电一体化工程有限公司（北京100011）刘荫庭没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系。当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化。因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文仅是将多年的实践探索及业内众同仁的经验总结加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。一、数控技术谈到维修，首先必须从总体上了解我们的维修对象。 1.数控机床电气控制系统综述一台典型的数控机床其全部的电气控制系统如图1所示。（1）数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。它可以是穿孔带阅读机（已很少使用），3.5in软盘驱动器，CNC键盘（一般输入操作），数控系统配备的硬盘及驱动装置（用于大量数据的存储保护）、磁带机（较少使用）、PC计算机等等。（2）数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。（3）可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。它将来自CNC的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给CNC,使CNC能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。当代PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。PLC与CNC的集
数控机床改造设计
毕业设计任务书 机电工程系 一、设计课题名称：CA6140车床的数控化改造 二、指导教师： 三、设计要求： 采用数控装置和伺服装置，对CA6140车床进行数控化改造。要求能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选择合理，控制系统设计简单可靠，保护措施完备。 四、设计依据： CA6140车床控制要求、电气原理图及相关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数； 常用低压控制电器型号规格参数。 五、参考资料： 熊光华主编2数控机床2北京：机械工业出版社；2002 廖兆荣主编2机床电气自动控制2北京：化学工业出版社；2003 王爱玲主编2现代数控机床结构与设计2北京：兵器工业出版社；1999 余良英编著2机床数控改造设计与实例2北京：机械工业出版社；1998 白恩远主编2现代数控机床伺服及检测技术2北京：国防工业出版社；2002 袁任光编著2交流变频调速器选用手册2广州：广东科技出版社，2002 曾毅等编著2变频调速控制系统的设计与维护2济南：山东科学技术出版社，2002 编写组编2机床设计手册第5卷上、下册2北京：机械工业出版社，1979 李荣生主编2电气传动控制系统设计指导2北京：机械工业出版社，2004 姜德希编2机床电气线路图册2北京：中国农业出版社， 编写组编著2工厂常用电气设备手册上、下册2北京：中国电力出版社，1997 六、设计内容进度及工作量 (一)设计内容和进度要求 序号进度要求设计内容
1 1周了解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。 经过分析、比较、计算，确定改造总体方案。 2 0．5周 对进给、主轴传动系统进行分析计算，选择拖动电动机并确定传动系统 改造方案。 1周完成进给、主轴传动系统改造图。 3 0．5周选择伺服装置 0．5周完成伺服系统控制设计，并完成伺服系统控制原理图。 4 0．5周选择数控装置。 5 1周完成电气原理图草图和电气安装接线图草图。 0．5周完成电气原理图和电气安装接线图。 6 0．5周伺服系统调试设计。0．5周数控装置调试设计。0．5周机床安装及调试设计。 7 2周编写设计说明书。 8 1周毕业设计答辩准备及答辩。 (二)工作量 设计说明书：数控化改造总体方案设计；机械部分改造设计；伺服装置选型；伺服系统控制设计；数控装置选型；电气控制系统设计；机床安装与调试设计。 图纸：机械改造图；伺服系统控制原理图；电气安装接线图；电气原理图；元器件清单； 七、说明书的格式和装订要求 （一）毕业设计封面（全系统一格式） （二）毕业设计评阅书（全系统一格式） （三）评分标准（全系统一格式） （四）毕业设计任务书（指导教师下发） （五）毕业设计明细表（全系统一格式）
普通车床的改造方法及设计方案图
用华中Ⅰ数控系统对 C6132 车床进行数控改造 2008-4-21 20:16:00 来源：中国自动化网 网友评论 1 条 点击查看
1 机械部分的改造 把 C6132 普通车床改成数控车床的主要改造部 位：主电动机和水泵电动机能分别通过 M03、M04、 M05、阴刀、M09 等指令来进行控制；把原来的手动进
给改成微机控制，实现二轴联动；为实现螺纹车削在主 轴后端加一光电编码器。 机械部分的改造，在原机床的基础上，去掉挂轮箱(保 留三星齿轮>、进给箱、溜板箱、刀架部分，保留大拖 板、中拖板。
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光电编码器的安装利用挂轮箱中的三星齿轮，找 到与主轴传动比为 1:1 的传动齿轮，采用同心套通过一 个固定支架与光电编码器相联，结构示意图如图 1 所 示。 纵、横向丝杠的改造去掉机床的进给传动系统， 安装上滚珠丝杠、减速器接口、步进电动机。X 轴传动 比为 5:3, Z 轴的传动比为 1:1。这类小型机床在中间设 置一级传动结构的目的是提高伺服电动机的使用寿命。 对于瞬时性的快速起、停起到一定的缓冲作用。改造后 机床的传动进给示意图如图 2 所示。 2 电控部分的改造 华中Ⅰ型数控系统开放性好，所以改造非常简 单。具体方法为全部拆除原车床的电控线路。对单速电 动机，直接从数控系统的电控柜中出线与主轴电动机的 U2、 V2、W2 和冷却泵电动机的 U6、V6、W6 连接。 对于双速电动机，除了直接连线以外还应对电控柜和系 统软件中的内置 PLC 系统程序 STEP.DAT 进行相应的 修改。 3 微机系统控制部分的设置 对于一般车床的改造只须对以下两部分系统配置 进行参数设置就可以了。一是轴参数，二是内置 PLC
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数控机床改造方案及实施
数控机床改造方案及实施 一、具体步骤 机械修理与电气改造相结合 一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 先易后难、先局部后全局 确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。 根据使用条件选择系统 针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可行的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。 落实参与改造人员和责任 改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。 改造范围与周期的确定 有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。 二、改造的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括： 机械部分准备
普通机床如何改造成数控机床
摘要 针对大多数企业，具有数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低、不能批量生产，自动化程度不高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰，购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径，但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展，就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本，制造出合乎市场需要的、性能合适的产品。为此改造现有旧机床、配备与之相适应的数控系统，把普通机床改装成数控机床，不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径，是当前许多企业对现有设备更新换代的首选办法，也是提高机床数控化率的一条有效途径。 改造后的车床属于开环控制。由于开环系统自身固有的缺陷不容易保证加工精度。因此，合理选择伺服系统是课题的一个中心环节。步进电机工作原理特性和实际应用正好符合我们的这一需求，所以，改造系统选择步进电机作为双向进给驱动电动机。步进电机是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件，与其他类型电机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点，在众多领域中获得了广泛的应用。为了得到性能优良的控制结果，出现了很多步进电机控制系统，其中采用单片机作为控制核心的控制系统得到了广泛的应用。很多这种控制系统在步进电机的驱动上已经做的非常好，本文采用的控制电路主要由8031单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、EEPROM存储器及可编程键盘／显示控制器Intel一8279等组成，单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的设计。 本设计在对原有机床机械机构、性能、功能等进行充分研究基础上，主要针对中小型普通车床控制系统进行改造，用单片机系统实现弱电控制强电机，改造了系统的切削工艺，提高了切削精度和效率，对旧车床的数控改造有一定的指导作用，是一种新的尝试，也必将有更加广阔的应用前景。 关键词：数控化、自动控制、步进电机、自动刀架。
关于数控机床改造方案的方法选择及设计
关于数控机床改造方案的方法选择及设计 【摘要】随着我国科学技术的不断发展、基础材料工艺的生产工艺不断改善，消费者对产品的质量的要求也在随着时间的推移而增加，但是作为加工仪器部件、机械零件的主要工具，机床的数控化率水平相比于发达国家还是有很大的差距，目前我国加工机床的数控化率在3%左右。 非数控化机床加工产品精度差、质量难以保证、种类少、劳动强度高、效率低。在我国劳动力成本不断增加、国际市场竞争加剧的情况下，加工企业在国内、国际市场的竞争力不断下降，这中情况对企业的生存和发展是巨大的威胁，机床数控化普及已经到了迫在眉睫的阶段。本文简单介绍机床数控化改革的方法和不同机床的改造方案的确定。 【关键词】数控机床改造措施意义 1数控机床改造的历史背景 进入21世纪后，我国每年生产的数控机床在10000台左右，数控化率在8%上下。但多数的加工制造企业的加工、生产设备是传统的机床，而且使用多年，加工效率和质量得不到保障。但是这类机床数量众多，而且多数机床机械加工部分尚可使用，这使得数控机床改造有非常广阔的市场。 2数控机床改造的条件
现行使用的机床只有部分适合对其进行数控改造，至少应具备下列条件：一、现有机床的基础机械部件基本完好，具有足够的机械强度，在升级改造完成之后能够继续服役一定年限，有能力为企业创造一定价值。二、改造机床的整体费用要适当。在升级改造之前需要对机床性能评估和改造项目整体费用进行预算，对于性价比比较低的升级改造项目要妥善考虑甚至放弃升级改造计划，以达到整体收益最大化的目标。三、改造升级的技术要成熟。国内外先进的数控技术经过多年实践，已经具备了一定的技术基础，在进行项目升级改造的过程中可以适当的进行借鉴，以减少升级过程中的技术难度。 3机床数控改造的方向 （1）对现有机床进行评估，可以正常使用但生产效率低、加工精度不够的进行模块化改造；对于现有数控系统整体瘫痪、伺服器停止更新致使机床无法正常使用的考虑数控系统整体升级，引进国外近年来先进成熟的系统与现有机床进行匹配。 （2）对于因长期使用产生磨损的机械部件进行修配、再加工，甚至更换新的部件，以达到甚至超过机床原有精度。 （3）使用创新技术。现有机床很多都是十年之前使用的老一代数控系统，加工程序单一、生产控制能力不强，可以采用新的模块进行编程，增加不同的加工工艺参数，使加
数控机床改造升级
东风公司技师学院 XF1072数控机床改造 ——The numerical control machine’s reconstruct for ] 姓名：张西洋李晴阳赵园丽曹瑞 班级：JS-846 指导教师：费俭 完成时间：2011-4-20 *
Abstract The enterprise must be changeable in the current market demand, competes in the intense environment the survival and the development needs rapidly the renewal and the development new goods come into the market the product, by the lowest price, the best quality, the shortest time satisfies the market demand the unceasing change. But the ordinary engine bed unsuitable multi- varieties, the small volume production request, the numerical control engine bed synthesized the numerical control technology, the micro electron technology, the automatic detection technology and so on the advanced technology, most is suitable processes the small batch, the high accuracy, the shape is complex, the production cycle requests the short components. When change processing object only needs to trade the components processing procedure, does not need to make any adjustment to the engine bed, therefore can satisfy the product frequent change well the processing request. In my this sis, my important step heavily what to describe is the numbers to control the system CNC, Keyword: The numerical control the technique The numerical control the system CNC Servodrive device ）
机床数控化改造实例
前言 2005年，我国数控金属切削机床生产59639台，进口30746台。除部分出口外，总消费数量约85000台。在生产的数控金属切削机床中，经济型数控机床占60%以上（生产的数控机床中经济型数控机床占89%到90%），中档以上的数控金属切削机床不足40%。2006年，我国机床工业的产值和销售收入保持较高的增长速度，其中数控金属切削机床产量快速增长，全年生产85756台，同比增长32.8%，增幅高于金属切削机床产量增幅的18.4%。2007年1月至10月我国进口金属加工机床57.06亿美元，其中金属切削机床进口达41.98亿美元，同比减少8.18%，所占比例为73.57%；成形机床进口达15.08亿美元，同比增长5.68%，所占比例为26.43%。 专家认为，目前我国机床市场的需求结构已经发生了很大的变化，数控机床，特别是普及型数控机床将逐步成为市场主体。国内的机床制造企业在努力开拓高档机床的同时，一定要加速普及型数控机床产业化步伐。通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的制造业需求，而淘汰大型企业原有的大量普通金属切削机床不但会造成很大的浪费，而且会因为缺乏资金购买大量的数控机床来填补淘汰普通金属切削机床后的机床空缺，造成停产。所以，目前数控化改造是适应我国制造也迅猛发展，资金短缺，旧有机床所占比例大的国情所需。据调查，现有的与机床数控化改造有关的书籍不多，在网上有关机床数控化改造的问题很多，但是多偏向于一些基本的改造常识和高级的改造技巧方面的问题。由于机床数控化改造涉及的知识面广，若没有专业知识的支持，改造后的机床在使用中会出现很多问题，进而造成事故；而且数控化改造的市场也会因此变得不规范。因此，数控化改造的规范化设计改造是非常迎合目前数控化改造市场的需要的。 机床数控化改造主要是针对数控系统，伺服系统，辅助控制系统和液压系统的改造。由于数控机床本身是机，电，液一体化，结构复杂的产品，因此在改造中是否按照准确的计算方法计算，是否按照规则，要求选择改造方案和元器件类型，是决定改造后机床性能，运行精度，加工质量和可靠性的关键因素。 本书着眼于数控机床改造的具体实例，通过提供详细的计算公式，选择原则和选择方案，进一步说明了数控机床的改造方法。同时根据已有的改造案例总结改造中出现的问题，并说明相应的改造方法。 第一章机床数控化改造概述 1.1 机床数空化改造的必要性 1.1.1微观改造的必要性 从微观上看，数控机床同传统机床相比有如下突出的优越性，而且优越性都来自数控系统计算机的威力。 1）可以加工传统机床加工不出来的曲线，曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。