普通车床的数控化改造设计

普通车床的数控化改造设计

摘要

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造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。由于切削参数，切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造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切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量，多品种复杂零件的加工。

本设计主要对横向进给系统的数控改造，其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨，把螺纹丝杠改成滚珠丝杠，一把的异步电动机改成伺服电动机（步进电动机），最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。

关键词：进给伺服系统，回转刀架，滚珠丝杠，导轨

目录

前言 (1)

第1章横向进给传动链的设计计算 (6)

1.1 主切削力及其切削分力的计算 (6)

1.2 导轨摩擦力的计算 (6)

1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7)

1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 (7)

1.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (7)

第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10)

2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷

F的校验 (10)

c

2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速

n的校验 (10)

c

2.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 (11)

第3章计算机械传动系统的刚度 (12)

3.1 计算机械传动系统的刚度 (12)

(13)

3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K

φ

第4章驱动电动机的选型与计算 (14)

4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (14)

4.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 (14)

4.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩

T (15)

ap

4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩16

4.5 选择驱动电动机的型号 (16)

第5章机械传动系统的动态分析 (18)

5.1 计算丝杆—工作台纵向振动系统的最低固有频率

ω (18)

nc

5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率

ω (18)

nt

第6章机械传动系统的误差计算与分析 (19)

6.1 计算机械传动系统的反向死区∆ (19)

6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差

δ (19)

k

max

6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (19)

第7章确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 (20)

7.1 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 (20)

7.2 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 (20)

结论 (21)

谢辞................................................................................................... I 参考文献 ........................................................................................... II

前言

数控技术是近代发展起来的用数字化信息进行控制的自动控制技术，是发展最快的工业技术之一，以制造过程为对象，以信息技术为手段，以数字坐标方式对运动部件进行位置控制为主要特征，为单件小批量生产的自动化开辟了可行的技术途径。它是运用高新技术对传统产业进行改进和提升的。以信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，将在一定程度上取决于数控机床的进步。由于数控机床具有加工精度高，生产效率高，对要加工的工件的适应性强，具有良好的经济效益，自动化程度高，工人劳动强度低等优点而被国内外广泛应用。

最早采用数字控制技术进行机械加工的思想，是20世纪40年代提出的。1952年，美国麻省理工学院成功的研制出一套三坐标联动数控铣床，1959年由美国克耐.杜列克公司发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。1960年，出现了小规模的集成电路，使数控系统的可靠性得到进一步的提高，数控发展到第三代。1967年，英国首先出现了FMS 柔性制造系统。1974年，美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床，多年来得到飞速发展和广泛的应用，这就是第五代数控MNC。20世纪80年代，国际上又出现了柔性制造单元FMC。

而在我国，从1958年开始到20世纪60年代中期处于研制开发时期。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。70年代初研制成功X53K-1G立式数控铣床，CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。80年代，我国从日本FANUC公司引进5、7、3等系列的数控系统和直流伺服电机、直流主轴电机技术，以及从美、德等国引进了一些新技术。1995年我国数控机床品种有了新的发展，品种增多，规格齐全。现在，我国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。2004年，我过机床工具行业产品销售收入1032亿元，大约是2000年507亿元的2.3倍，平均年增长23%，其发展远高于机床工具全行业的平均发展速度。而机床产量从“九五”计划末期的几千台，增长到2001年的17521台，2002年的24803台，2003年的36813台，2004年的51861台。机床品种也从“九五”期间的128种增长到1500

多种。国产数控机床大部分达到了国际90年代初期或中期水平。“十五”期间，我国在高端数控机床关键技术研究方面取得了重大突破。目前数控机床在我国国民经济的各行业发挥着越来越重要的作用，数控机床已经成为企业技术改造的首先设备之一。我过也已成为数控机床的生产大国、消费大国和进口大国。国民经济的各个行业需要大量数控机床的开发人才和应用人才。

虽然我国数控技术取得了巨大发展，但与世界最先进的技术水平还有一定的差距。国外数控机床发展很快，呈现出高速、高效、高精度高、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化和环保化发展的趋势，我国数控技术的发展与世界的差距主要体现在以下几个方面：1，在技术水平上，国外对加工中心的研究已经转向高速、精密、多轴、复合、智能和环保等技术的研究。而我国加工中心的总体技术水平与国外同类产品的先进水平相比大约落后10-15年，在“高、精、尖”技术水平方面则更大。2，在产品结构上，高端市场（即高速、精密、多轴、复合加工中心市场）基本上被美国、日本和欧洲发达工业国家所垄断，国内开发的五轴联动数控机床、复合加工中心、高速加工中心等产品，虽然已经投入使用，但多数产品与商品化尚有一段距离，而且在技术水平上和性能参数上与欧、美、日等地的产品还有较大差距。低端市场（即普及型数控机床市场）受到周边的日本、韩国和我国台湾地区产品的冲击较大，形成激烈竞争。多年来，国产数控机床产量小、进口产品量大的局面一直存在。3，产品开发能力上，国内生产企业缺乏对产品竞争前数控技术的深入研究和开发，特别是对加工中心应用领域的拓展力度不强，集中体现在：产品开发能力较弱，对产品标准规范的研究、制定滞后，技术创新能力不强。导致开发出的产品技术先进性不明显，市场针对性不强，缺乏市场竞争力。4，产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小。从总体上看，加工中心还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及配套能力较低；产品质量不高，主要体现在可靠性不高，商品化程度不足，关键功能部件没有自己配套的主渠道；数控系统的推广应用还不够等等。对于这些问题，首先国家政策要支持数控机床产业化基地建设；二是加强功能部件的开发制造能力；三是提高高档数控机床开发能力。同时，现如今的主要任务有以下四点：1，