第八章 传统机械加工设备的机电一体化改 造分析与设计
传统机械加工机床机电一体化改造分析
传统机械加工机床机电一体化改造分析作者：冯绍贵来源：《科学与信息化》2019年第11期摘要工业化对我国的经济发展起到了重大的推动作用，随着产业的发展，我国对机械加工产业的需求越来越高，机床机电一体化的技术改造也越来越迅速。
近年来，在机械制造产业中，机床机电一体化改造已经逐渐应用在产业中，实践证明，机床机电一体化可以提高机械制造的效率和质量。
因此，本文在分析了机床机电一体化在机械制造中的必要性基础上，进一步对如何改进机床机电一体化进行阐述，为机床机电一体化改造提供参考建议。
关键词机床机电一体化；机械制造；改造1 机床机电一体化改造的重要性在工业生产中，机床机电一体化对于机械以及相关产业来说意义非凡，对于在工业生产中工作人员，机床机电一体化在机械的设计制造、产品开发、使用技巧、机械运行管理中起到重要作用。
传统的机床机电一体化技术提高了生产效率，但是仍然存在很多的的不足之处，将计算机科学、信息技术、自动控制技术引入机床机电一体化中，对机床机电一体化进行技术升级，有助于突破现代工程领域中的瓶颈问题，实现机床机电产业科技化[1]。
机床机电一体化在工业生产中具有重要作用，降低运营成本，提高劳动效率，增加企业利益。
当机床机电一体化技术高度发达以后，机床机电一体化技术可以为企业带来更多利益，企业实现机床机电一体化改造，是对生产的效率的提升，增加了劳动效率[2]。
机床机电一体化促进了行业的自我价值实现，使得机床机电一体化技术变得更加不可取代，同时，在一定程度上也会促进员工进步，员工为了增加收入也会主动提高个人能力，增加生产速度，提高自己的收入。
突破传统的机床机电一体化技术，实现升级改造，在企业中的研究、推广和应用中起到很大的促进作用，可以改变人类的生产、生活。
机床机电一体化改造可以提高社会生产率，科学合理的机床机电一体化改造也可以帮助企业节约资源和能源的消耗，也可以提高商品的品质，改善机床机电员工的生产环境，优化机床机电产业结构，加快社会信息化的进程。
传统机械加工机床机电一体化改造分析满国帅
传统机械加工机床机电一体化改造分析满国帅摘要：随着社会的发展进步，在我国机械制造发展过程中，传统的机械加工技术已经无法适应现代发展的需求。
新的电子技术的应用到数控机床中，将有效的优化生产系统，提升生产效率和安全性，促进机械制造业的发展。
关键词：机械；加工机床；机电一体化引言机电一体化是从系统观点出发，形成的系统技术，将微电子、软件编程、信息变换、接口与机械等技术综合运用起来，并根据系统功能、组织优化等目标，将每个功能单位进行科学地布局和配置，最终组成特有功能的价值，实现整个系统的高质量和最优化。
在机械加工的过程中，将传统的机械加工机床改造成机电一体化的设备能够有效地降低生产成本，还能满足复杂化与小批量、多品种零件的加工需求，具有重要的现实意义。
1机电一体化技术概述在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业发生了巨大变化，工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段,并且机电一体化的信息采集系统中，传感器技术的应用极其广泛，起着信息处理、控制决策等功能的重要作用。
当前，全世界都在大力发展人工智能，其发展程度与一个国家的机电一体化水平有着紧密的联系，特别是在工业制造的领域中，机械电子工程通过对人工智能技术的应用，能够实现制造业的自动化生产控制、故障分析以及诊断，不仅能够有效地提高生产效率，而且在一定程度上能控制企业的运营成本。
如今，工业机器人的发展处于上升阶段，工业机器人技术的提高与产业模式的发展息息相关，相互促进，工业机器人可以设定精确的加工尺寸、降本增效，机器人技术是机电行业一体化系统操作技术在工业领域中具有强有力的优化行为。
2我国数控机床在机电一体化方面的发展机电一体化是机械与电子结合的产物，它对数控机床的发展产生了重大影响，同时对人类的生产生活也带来了革命性的影响。
我国有全世界最多的数控机床，但大部分机床都是普通机床，机电一体化对数控机床的发展有着很大的作用，目前，我国的数控技术正在发生根本性变革，数控机床在机电一体化方面的发展越来越多，开放式数控机床现在已成为使用数控机床的基本要求，所谓的开放式数控系统，打破了传统的封闭式系统，在不同的工业平台上均能实现系统的功能，且可以与其他系统应用进行互操作的系统。
传统机械加工机床机电一体化改造分析
传统机械加工机床机电一体化改造分析发布时间：2021-01-11T06:42:37.067Z 来源：《防护工程》2020年28期作者：程晓龙董海鹏满立宝郭志斌徐宇航[导读] 这些问题的存在，使得对传统机床实施机械加工机电一体化改造是十分必要的。
北方华安工业集团有限公司黑龙江 161046摘要：传统加工技术难以适应社会环境的快速发展，根据结构优化组织结构和系统功能，随着科学技术的迅速更新，传统机床的改造成为一种趋势，传统机床技术已经无法适应社会的发展速度。
鉴于此，本文对传统机械加工机床机电一体化改造进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：传统机械加工；机床；机电一体化；改造一、传统机械加工机床机电一体化改造的必要性我国数控机床技术虽然在改革开放中已经逐步完善，并有效地解决了各种小批量复杂零件的加工问题，但也在不同程度上受到一些固有的局限性：一是相对于其他设备，数控机床机床设备价格比较昂贵，需要一次性巨额投资，对于一些中小企业管理本身并不好，容易因为财务困难而无法实现数控机床的采购；第二，在这个阶段很多机械加工企业都会购买普通机床，而且数量多，但是如果普通机床被数控机床所取代，实际上很难实现，加上数控机床不经常使用，在其闲置时间，容易造成设备使用的浪费；第三，我国数控机床的采购和重新订购需要较长的交货期，在很多情况下不能满足企业的生产和加工需要；第四，即使企业真正进入和使用数控机床，但会有一些功能不能使用，造成资源的浪费。
这些问题的存在，使得对传统机床实施机械加工机电一体化改造是十分必要的。
二、传统机械一体化改造分析1、数字控制系统缺乏控制与传统机床相比，数控机床具有明显的优势，但不能直接取代传统机床。
这是因为目前大多数加工机构规模小，升级数控机床的成本高，企业负担不起。
小型数控机床的更换对制造过程控制没有显著影响，实际上不能提高加工质量。
由于数控机床结构复杂，需要结合实际需要进行设计，所以除了购买数控机床交货前一般需要很长时间，这严重降低了机械加工改革的进度，影响了企业的日常生产和管理。
机械设计制造中机电一体化的应用分析
机械设计制造中机电一体化的应用分析机电一体化是近年来国内外工业制造行业中广泛关注的一个重要概念。
随着工业技术的快速发展，机电一体化也得到了越来越广泛的应用。
机电一体化，顾名思义，就是机械和电气、电子技术的一种融合。
在机械设计制造中，机电一体化的应用可以有效提高设备的自动化程度、减少人工干预，提高生产效率和质量，降低生产成本，提高企业的竞争力。
一、智能制造在工业生产中，随着人工智能和机器学习的发展，智能制造逐渐被广泛应用。
智能制造是指在制造过程中融合先进信息技术和现代工业制造技术，实现设备智能化、管理智能化、生产过程智能化、制造服务智能化等一系列全新的制造模式。
机电一体化技术在智能制造中起到了至关重要的作用。
例如，通过与工业互联网等现代信息技术融合，机电一体化技术可以实现对生产过程的远程监控和控制。
这样一来，可以随时随地了解设备运行状态，及时发现问题并采取措施。
通过智能化的管理和控制，以及数据分析和挖掘，可以针对生产过程的瓶颈，进行智能调度、实现优化，从而显著提高生产效率和品质。
二、自动化设备自动化设备是机电一体化的重点应用领域之一。
自动化设备可以减少人工干预，提高生产效率和减少生产成本。
机电一体化技术在自动化设备中起到了重要作用。
例如，自动机床是智能控制技术与传统机床制造技术相结合的代表。
在自动机床中，机电一体化技术实现了传动、控制、传感、执行等多种功能的一体化。
通过加装以夹紧、换刀、测量、冷却等功能的自动化系统，可以使刀具自动换刀、调整并自动控制进给、车削、铣削、钻孔等加工过程，从而提高生产质量和效率，同时减少人力、资源和时间的浪费。
三、智能仓储除上述两个方面之外，机电一体化技术在智能仓储方面同样起到了重要作用。
智能仓储是将现代信息技术、机电一体化技术应用于仓储物流领域的一种新型智能管理模式。
智能仓储中，机电一体化技术主要体现在智能巡检、自动分类、自动取货和自动堆垛等方面。
通过安装传感器和比较先进的人工智能模型，对仓库中的货物进行全程监控、自动分类和归档统计。
传统机械加工机床机电一体化改造分析
传统机械加工机床机电一体化改造分析作者：张仲文来源：《中国科技博览》2013年第25期[摘要]传统机械加工技术已远远满足不了如今的发展需求，机电一体化作为应用机械技术和电子技术于一体的系统技术，体现出了巨大的优势。
本文从分析机电一体化现状出发，深入研究探讨如何进行传统机械加工机床机电一体化改造，并阐述了传统机械加工机床机电一体化改造的重要意义。
[关键词]传统机械机床加工机电一体化改造中图分类号：U492.3+23 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）25―0600―01引言：伴随着计算机和数控技术的飞速发展，传统的机械加工技术已经跟不上时代发展的脚步，满足不了时代发展的需求。
近年来，机械工程技术、微电子技术和计算机等技术走进机械制造行业，机械工程技术与微电子技术的结合便形成了机电一体化技术。
它作为一门跨学科的复合技术成为改造传统机械加工机床的大势所趋。
目前，相对发达的国家数控机床可高达25%以上，我国却还不到1%，我国已远远落后。
进行机电一体化改造，能够满足多品种、小批量、复杂零件加工的需要。
不仅如此，它还能够提高加工精度和生产效率，大大降低生产成本、缩短生产周期。
这完全符合我国国情和发展实际。
由此可见，进行传统机械加工机床机电一体化改造势在必行。
鉴于此，本文通过对机床机电一体化现状的全面分析，研究探讨进行机电一体化改造的有效方法及优势，并总结了对传统机械加工机床机电一体化改造的重要意义。
一、机床机电一体化发展现状分析机电一体化是一个新兴的边缘学科，正处于发展阶段，代表着机械工业技术革命的发展方向。
[1] 美国和日本对于机电一体化技术的应用已经走在了世界的前列，他们的数控机床、工业机器人、智能机器人等几乎占据了本国所有的制造业领域。
这些国家应用计算机集成制造系统，将经营决策、产品开发、生产准备、生产实验以及经营管理进行动态综合管理。
并将激光技术引入机电一体化领域，实现了激光技术、机械制造技术与电子技术的完美结合。
机电一体化系统设计有机结合分析与设计
推动模块的标准化和互换性，降低维护成本和提高系统灵活性。
结合实例分析
实例一
数控机床的机电一体化系统设计， 通过电子系统实现对机床运动的
精确控制，提高加工精度和效率。
实例二
智能机器人的机电一体化系统设计， 集成传感器、控制器和执行器，实 现机器人的自主导航、物体识别和 抓取等功能。
实例三
机床的性能和稳定性。
数控机床的应用范围广泛，可适用于各种复杂零件的 加工，为现代制造业的发展提供了重要的技术支持。
自动化生产线设计
自动化生产线是机电一体化系统设计 的又一重要应用，通过自动化技术实 现生产过程的连续性和高效性。
自动化生产线在汽车、电子产品、食 品等领域得到广泛应用，提高了生产 效率和产品质量，降低了生产成本。
结合原则
确保机电一体化系统的稳定性、可靠性、高效性 和低成本。
接口设计
合理设计机械与电子系统之间的接口，实现数据 和信号的有效传输。
结合策略与实现
策略
采用模块化设计方法，将机电一体化系统划分为若干个功能模块， 分别进行设计、优化和集成。
实现
利用现代计算机辅助设计工具进行建模、仿真和分析，确保各模块 之间的协调性和整体性能的最优化。
风力发电机的机电一体化系统设计， 将机械能转换为电能，同时考虑风 能利用率和系统稳定性。
04
机电一体化系统设计案例
数控机床设计
数控机床是机电一体化系统设计的典型案例，通过将 机械、电子、控制等技术有机结合，实现高精度、高
效率的加工能力。
数控机床设计过程中，需要考虑机床的整体布局、传 动系统、控制系统、冷却系统等方面的设计，以确保
机械系统设计是机电一体化系统 的核心部分，包括机械结构、传
机械设计制造中机电一体化的应用分析
机械设计制造中机电一体化的应用分析【摘要】本文主要探讨了在机械设计制造中机电一体化的应用分析。
首先介绍了机电一体化的定义，然后分析了其在传感器技术、运动控制系统、自动化装配和智能制造中的具体应用。
接着讨论了机械设计制造中机电一体化的未来发展趋势，以及技术的优势与挑战。
通过本文的研究可以看出，机电一体化在现代工业生产中发挥着越来越重要的作用，其将成为未来工业制造的主要发展方向。
同时也需要面对诸多挑战，例如技术集成、数据安全等问题。
机电一体化技术将在未来发展中起着至关重要的作用，值得产业界和学术界的深入研究和探讨。
【关键词】机械设计制造，机电一体化，传感器技术，运动控制系统，自动化装配，智能制造，未来发展趋势，技术优势，挑战，结论总结。
1. 引言1.1 机械设计制造中机电一体化的应用分析随着科技的不断发展，机电一体化在机械设计制造领域中的应用越来越广泛。
机电一体化是指将机械系统和电气系统进行集成，以实现更高效的自动化生产。
在传统的机械设计制造中，机械和电气系统往往是分开设计和制造的，导致生产效率低下和成本较高。
而机电一体化的应用能够有效地解决这些问题。
在传感器技术中，机电一体化的应用可以带来更高的精度和可靠性。
通过将传感器系统与机械系统进行集成，可以实现实时监测和数据反馈，从而提高生产过程的控制精度和稳定性。
利用传感器技术实现对温度、压力、流量等参数的监测和调节，可以有效地提高生产效率和产品质量。
在运动控制系统中，机电一体化的应用可以实现更灵活和精准的运动控制。
通过将电机与控制器集成在一起，可以实现快速的响应和准确的控制，从而提高生产的效率和灵活性。
利用机电一体化的技术实现对机械臂的运动控制，可以实现复杂的装配和加工操作。
在智能制造中，机电一体化的应用可以实现更智能和高效的生产模式。
通过将各个系统进行集成和优化，可以实现生产过程的智能化和自适应性，从而实现定制化生产和快速响应市场需求。
利用机电一体化技术实现对生产线的实时监控和调节，可以实现生产过程的智能化控制，提高生产效率和产品质量。
传统机械加工机床机电一体化改造探讨 义蛟龙
传统机械加工机床机电一体化改造探讨义蛟龙摘要：智能化与自动化技术的发展应用推动了工业生产技术的革新，特别是机械加工行业中，机电一体化属于机床加工工作发展的方向，与传统机械加工模式相比，机电一体化机床不仅精准度与工作效率高，还能减少工人工作量，基于此，本文将分析机床几点一体化改造的重要性，并在此基础上提出相应的改造措施，旨在促进机械加工企业的进一步发展。
关键词：机械加工机床；机电一体化；改造前言：随着科学技术的不断发展，生产加工中普遍应用数控技术，生产活动由人工控制转变为计算基控制，数控机床逐渐替代传统机床。
但是，我国目前仍然有些企业使用传统机床，此机床并不能接受计算机控制，若是将其直接淘汰，全部重新购买数控机床，则对于企业将会造成较大的负担[1]。
因此，可以利用改造技术，将传统机械加工机床进行改造，有效解决企业生产难题。
一、机床机电一体化改造的重要性我国科技不断发展，现阶段的机械加工已经实现了自动化控制，但是传统加工机床由于其自身并没有数字化的控制系统，对自动化控制的应用造成了一定的制约，影响其机械加工的精度与效率[2]。
数控机床是在传统机床的基础上加入了数字化控制功能，以加工任务为主实现加工过程的自动调节，更加精密的控制过程也可以完成更为复杂的加工操作。
尽管相较于传统机床数控机床优势更加明显，但并不能直接将数控机床替代传统机床，主要是由于大部分数机企业规模小，数控机床更新成本过高，企业没有充足的流动资金负担设备的更新，而小规模数控机床的更换对于优化控制生产过程并没有较大的作用，对于机械的加工质量不能实现真正改善。
并且，数控机床结构十分复杂，应当与企业生产实际情况相结合进行设计，往往购置数控机床时堆放需要较长时间才能交付，拖慢了企业改革加工的进程，对于企业正常运行也造成了一定的影响。
另外，企业现有的大部分传统加工机床没有损坏，具有良好的工作状态，若是直接更换数控机床也会造成资源浪费。
实际生产过程中，数控机床并不需要应用到所有机械加工环节之中，传统机床对于部分加工工作仍然可以胜任，若是此部分机床功能也进行数字化更新，必然会导致数控机床性能的浪费。
传统机械加工机床机电一体化改造分析
传统机械加工机床机电一体化改造分析摘要：随着社会经济和科学技术不断发展，中国的传统机械加工领域改变传统机械加工技术应用模式，运用现代化、智能化技术，提高机械加工精度，降低机械加工能耗，通过自动化的技术改造使机床机电一体化改造取得了很好的效果。
关键词：传统机械加工；机床机电一体化；措施引言机电一体化是机器电子的别称，主要是指通过计算机技术、信息技术、机器技术等优势，贯彻智能化、模块化、网络化的高效率处理方式。
该加工方法的应用，不仅可以在一定程度上促进我国制造业当前发展过程中加工技术、质量和精度的显著提高，还可为我国制造业在当前社会条件下的发展做出贡献。
因此，在不断发展的过程中，机电一体化改建传统机床具有很大的优势。
1传统机械一体化改造分析（1）随着信息技术的不断发展，当前的加工过程早已基本贯彻了自主支配，而传统的加工机床由于缺乏数控系统，因此在自主控制过程中存在一些隐患，影响了加工效率和精确度，无法顺利地完成加工工作，从而慢慢被数控机床替代。
数控机床在传统机床的根本上，引入数字控制板块，可以根据加工工作的改变自动调整加工过程，使控制过程更加精准，能够完成难度系数更高的加工操作。
（2）随着我国技术水平的显著提高，传统的加工机床以确保机电一体化方面的转变工作有很好的效果，然后可以用它来改进制造工作，计算机控制软件以其高效率逐渐应用于改造工作中，这样改造作业不仅发扬了旧式加工机床的软件技术，并且在操作过程中不断更新，促进机床在操作过程中充分体现自我判断和自我选择的基础，该逻辑功能可实现人对危险因素的实际操作自动控制。
因此，充分发挥智能化的优势，有利于对传统机床进行机电一体化改造。
（3）因为传统的加工机床对数字控制系统缺乏控制，自动控制流程中出现了一些问题，影响了加工效率和精度，无法顺利地完成加工任务。
逐渐被CNC机床所替代。
在传统机床的基础上，把CNC机床引入到CNC模块中，方便根据加工目标的变化自动调整和控制加工流程。
常用机械加工设备的机电一体化改造分析与设计
二、机床机电一体化改造的性能及精度选择
脉冲当量：0，005—0.01mm,通常Z向为X向的两倍。 3、 刀架：是否需要改为自动转位刀架。 4、显示：根据需要选取LED或CRT显示。
四、机床进给系统主要设计计算
因为主要是对进给系统进行改造，所以进给系统的电机选取，滚珠丝杠传动选择是主要的设计计算局部。 下面举例设计计算：
车床的纵向〔Z向〕进给系统改造计算举例P264
设某车床,其纵向(Z向)进给丝杠改用滚珠丝杠,其根本导程l0=6mm,纵向溜板箱及横向工作台等可移动部件的总质量改为400kg,脉冲当量δ取为0.01mm/step,这里取工进速度为υ溜=60mm/min,快进速度取υ溜=2m/min,，步进电机的步距角α取0.75º/step。
改造后的优点：可省去进给系统的大局部零部件，可以取代手动，省去了劳动力。
改造方案： 微机→存储器扩展→I/O口扩展→光电隔离→驱动电源→X、Y、Z向直流或交流伺服电机，构成一个半闭环伺服系统。 由于步进电机的驱动功率受限制，为了不改变原来铣床的加工能力，这里采用直流 或交流伺服电机。
一、刀架的改造
每一根本导程内变形量为：ΔL=±Fl0/(ES)±Ml02/(2πIE) 丝杠最大轴向力 F=Fmax=2500N， l0=6mm=0.006m, E=2.1×1011Pa, 丝杠截面积 S=π(d1/2)2 S =3.14×(0.035/2)2=9.616×10-4 m2 丝杠所受转矩 M=Tjmaxi =7.84×1.25=9.8N·m
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但是采用半闭环控制，调试比开环控制步进电动机要困难些，设计上要有其自身的特 点；另外反馈环节外的传动零件将会直接影响机床精度和加工精度，因此在设计中也必须给 予足够重视。在直流和交流伺服电动机之间进行比较时，交流调速逐渐扩大了其使用范围， 似乎有取代直流伺服电动机的趋势。但交流伺服的控制结构较复杂，技术难度高，而且价格 高；此外，相比于直流伺服的大惯量电动机，交流伺服电动机自身惯量小，调试时困难大一 些，维修时元件来源也较困难。直流伺服电动机的控制系统技术较成熟，普及较广。 通过上述比较分析，确定采用直流伺服电动机驱动半闭环控制为宜。x、y、z 轴采用其 中二轴作插补联动； 第三轴作单独的周期进刀， 故称2.5轴联动加工；其传动方案如下图a 所示。下图b为结构改装装配原理图。 下图b 下图
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自动转位刀架具有重复定位精度高、刚性好、寿命长等特点。按其工 作原理可分为螺旋升降转位刀架、槽轮转位刀架、棘 轮棘爪转位刀架及电 磁转位刀架等。下图a为螺旋升降转位刀架原 理 图，电动机l经弹簧安全离 合器2、蜗轮蜗杆副3带动螺母6旋转，并将刀架5推起使端齿盘7的上、下 盘分离，随即带动刀架 旋 转 到 位，然后，由内装信号盘4发出到位信号 ，让电动机反转锁紧。图b为槽轮转位刀架原理图。它是利用十字槽轮原 理进行转位和锁紧定位的。销钉盘2每转一周，带动槽轮转过一个槽，使 其刀架4转过360°/K(K为刀架工位数)。
图a XA6132铣床改造方案示意 图
1-离合器；2-锥齿轮副；3-滚珠丝杠副；4-减速齿轮；5-直流伺服电动机(2.5kW，1000r／min)； 6-(横向)直流伺服电动机(1.4kw，1500r／min)； 7-(纵向)直流伺服电动机 (1．4kW，1500r／min)；8-减速齿轮；9-滚珠丝杠副
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为使铣床的机电一体化改造后的性能不低于原铣床，选X、Z坐标快 进速度不低于2.4m／min，水平拖动力按15kN计算，则要求电动机功率 P ＝15×2.4／60＝0.6kW，如选用步进电动机作为执行元件，则步进电动 机达不到此功率要求。例如，200BF001反应式步进电动机，其最大静转 矩为14.7N . m，最高空载运行频率为l1000step／s，步距角为0.16°/step。 若取最高工作频率下的工作转矩为最大静转矩的1／4，则高速运行 工作状态下所需功率为PH＝1／4×14.7×11000×0.16×2／ 360O≈112.9(W)=0.1129kW，因此，如果选用步进电动机，必须相应地降 低快速性要求。又由于步进电动机在低速工作时有明显冲击，易引起自 激振荡，而且其振荡频率很可能与铣削加工所用进给速度相近或一致， 对加工极为不利。故不宜采用步进电动机驱动。若采用直流或交流伺服 电动机的全闭环控制方案，结构复杂技术难度大，成本高。如果采用直 流或交流伺服电动机的半闭环控制，其性能介于开环和闭环控制之间。 由于调速范围宽；过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于步进 电动机开环控制；反馈环节不包括大部分机械传动元件，调试比闭环简 单，系统的稳定性较易保证，所以比闭环容易实现。
上述改造方案成本较低。但是，为了保证加工精度，还需根据实 际情况对机床进行检修，以能保证控制精度。原机床运动部件(包括导 轨副、丝杠副等)安装质量的好坏，直接影响阻力和阻转矩的大小，应 尽量减小阻力(转矩)，以提高步进电动机驱动转矩的有效率。对丝杠 要提高其直线度，导轨压板及螺母的预紧力都要调得合适。为减少导 轨副的摩擦阻力可改换成滚动导轨副或采用镶塑料导轨。根据阻力(转 矩)、切削用量的大小及机床型号的不同，应通过计算，选用与之相匹 配的步进电动机。
四工位自动转位刀架结构原理
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三、 机床机电一体化改造的性能及精度选择
机床的性能指标应在改造前根据实际需要作出选择。以车床为例，其能加工工 件的最大回转直径及最大长度、主轴电动机功率等一般都不改变。加工工件的平面 度、直线度、圆柱度及粗糙度等基本上仍取决于机床本身原来的水平。但有一些性 能和精度的选择是要在改装前确定，主要包括： 1）主轴 ） 主轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。 2) 进给运动 进给速度：Z向(通常为8~400mm／min)；X向(通常为2~100mm/min)； 快速移动：Z向(通常为1.2~4m/min); X向(通常为1.2~5m/min); 脉冲当量：在0.005~0.01mm)内选取，通常Z向为X向的2倍。 加工螺距范围：包括能加工何种螺纹(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等)，一般 螺距在10mm以内。通常进给运动都改装成滚珠丝杠副传动。 3）刀架 ） 是否需要配置自动转位刀架，若配置自动转位刀架时需要确定工位数，通常有 4、6、8个工位；刀架的重复定位精度通常为5角秒以内。
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一、 机械传动系统的改造设计方案分析
1.车床机械传动系统的改造设计方案析
右图a、b为C620-l机床外形与改造 方案，下图为CA6140机床改造方案。这 些改造方案均比较简单，当数控系统出 现故障时，仍可使用原驱动系统进行手 动加工。改装时，只要将原机床进给丝 杠尾部加装减速箱和步进电动机(如图中 A和B)即可。对CA6140车床（如下图）的 纵向(z向)进给运动，可将对开开合螺母 合上，离合器M5脱开，以使主运动与进给 运动脱开，此时，将脱开蜗杆等横向自 动进给机构调整至空挡（脱开）位置。 若原刀架换为自动转位刀架则可以由微 机控制自动转换刀具，否则仍由手动转 动刀架。
图b 改装部分装配原理图
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二、机械传动系统的简化
以车床C620-1为例，如果原机床不再考虑原手动传 动系统的使用问题，其机械系统将得到大大简化。图8.2b 所示车床改装时需要改动的部分为： ①挂轮架系统： 全部拆除。②进给齿轮箱：箱体内零件全部拆去，原丝 杠端加一个轴承套。③溜板齿轮箱：拆去箱体部分光杠 、操作杆、增加滚珠丝杠支承架和螺母座。④横向拖板 ：安装步进电动机，并通过减速齿轮、联轴器将电动机 轴与横向滚珠丝杠连接起来。改造后，主传动系统与进 给系统互相独立。⑤刀架体：采用自动转位刀架或根据 需要加装纵、横向微调装置，供调整刀具用。 改造后，车床的主运动：驱动主轴电动机→V型带传 动→主轴变速齿轮传动→主轴;进给运动：步进电动机→ 减速齿轮传动→丝杠传动→溜板→刀架。改造后的车床 传动系统如图C620-1C车床的改造方案b所示。
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CA6140车床的改造方案
如需加工螺纹，则要在主轴外 端(如图所示)或其他适当位置安装 一个脉冲发生器C 检测主轴转位， 用它发出的脉冲来保证主轴旋转运 动与纵向进给运动的相互关系，因 为在车螺纹时，主轴转一转，车刀 要移动一个螺距(单头螺纹)。为了 每次吃刀都不乱扣，也必须取得脉 冲发生器的帮助。
2． 铣床机械传动系统改造的方案分析
1） X52K立式铣床传动系统改造方案分析 X52K立式铣床的原传动系统原理 如下图 a 所示。其主轴转动由电动 如下图a 机1经变速齿轮驱动。其主轴的升降用手柄5经锥齿轮副3、丝杠2手动操 作。工作台的X轴(纵轴)和Y轴(横轴)均通过离合器6和离合器7，由进给 电动机10通过变速齿轮驱动丝杠副4和8机动进给。工作台的升降由电动 机10通过离合器9将运动传给丝杠副11实现。 为实现复杂零件的自动铣削加工，可以将工作台升降、工作台X与Y 轴的进给运动、或将主轴升降和工作台的X、Y轴的进给运动、或仅将工 作台的X、Y轴进给运动改为微机控制实现三轴或二轴的开环同步控制或 非同步控制。上述方案中的第一种方案，由于工作台较重，升降所需步 进电动机转矩大，功率损失也大，改造成本高，故一般不采用。而第三 种方案仅为二轴控制，不能自动铣削三维曲面零件，显然改造的意义不 大。第二种方案实现较容易、成本也较低，故多被采用。现就第二种方 案的改造设计思路作说明。
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第八章 传统机械加工设备的 机电一体化改造分析与设计
第一节 传统机械加工机床 机电一体化改造分析 第二节 微机控制系统的设计分析 习题与思考题
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第一节 机床的机电一体化改造分析
在机械加工工业中， 如果绝大多数传统机床，改用微机控 制，实现机电一体化改造，将会适应多品种、小批量、复杂零件 加工的需求，不但提高加工精度和生产率，而且会降低生产成本、 缩短生产周期，更加适合我国国情。利用微机实现机床的机电一 体化改造的方法有两种，一种是以微机为中心设计控制系统；另 一种是采用标准的步进电动机数字控制系统作为主要控制装置， 前者需要重新设计控制系统，比较复杂；后者选用国内标准化的 微机数控系统，比较简单。这种标准的微机数控系统通常采用单 扳机、单片机、驱动电源、步进电动机及专用控制程序组成的开 环控制，如下图所示， 其结构简单、价格低廉。对机床的控制过 程大多是由单片机或单扳机， 按照输入的加工程序进行插补运 算 ，由软件或硬件实现脉冲分配，输出一系列脉冲，经功率放大、 驱动纵横轴运动的步进电动机来实现的。
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1、10-电动机；2、4、8、11-.丝杠副；3.锥齿轮副；5-受柄；6、7、9-离合器
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12-丝杠副；13-椭轮；14-偏心套；15-电动机；16、17-步进电机
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为保留原机床的半自动功能，应对原系统作尽可能少的改动，即一 旦控制系统出了问题，机床还可以手动进行加工，以免影响生产。为此 可进行以下改动（如上图b 所示）：①保留原机床主轴传动系统；②保 如上图b 如上图 留机床工作台X、Y轴进给系统，脱开离合器6、7去掉手轮，将滑动丝杠 副换为滚珠丝杠副(也可用原有丝杠副)，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、 步进电动机（16、17）；③主轴垂直升降进给运动：拆去原手动锥齿轮 副3及丝杠副2，更换成滚珠丝杠副12或采用滑动丝杠副并将丝杠上的锥 齿轮改为圆柱齿轮，由于安装电动机受到减速齿轮副中心距尺寸的限制， 故可安装一个采用偏心轴支承的中间轮(惰轮13)，设计并安装减速箱， 将电动机15安装在减速箱的偏心套14上。 为了调整齿轮传动间隙；可通过惰轮轴（偏心轴）调整与丝杠轴上 齿轮的啮合间隙。调整偏心套14又可调整电动机输出轴上的齿轮与中间 轴齿轮之间的传动间隙。 2）XA6132型升降工作台卧式铣床传动系统改造方案分析 对于XA6132普通升降工作台卧式铣床可采用下图 下图所示的改造方案。 下图 其改造目的主要是加工不同品种的凸轮轴。由于凸轮轴所需加工的轮 廓外形含有直线、圆弧和渐开线，要求的轮廓的尺寸公差为0.1mm，表 面粗糙度为Ra1.6,因此，采用了三坐标联动方案。