机床数控化改造
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而效率可比传统机床提高3～7倍。 o 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”。 o 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁
搬运。 o 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。
二、 机床数控改造的意义 1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比
f 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的 材料，热处理和加工要求与滚动轴承相同，且螺旋滚 道必须磨削，因而制造成本高。
3) 滚珠丝杠螺母副的选择
滚珠丝杠螺母杠的选择包括其精度选择、尺寸规格(包括导 程与公称直径)、支承方式等几个方面的内容。
应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠螺母副的精度，根 据机床的载荷来选定滚珠丝杠的直径。
一、机械部分注意：脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动 载荷、进给传动机构原理图、滚珠丝杆的支撑形式、螺 母形式。
1.步距角、丝杆螺距、脉冲当量、传动比之间关系。 为什么齿轮变速？ 例如：某四相步进电机步距角0.90、丝杆螺距5mm、 若直接传动，脉冲当量δ=5/（3600/0.90）
=0.0125mm 若要求δ=0.01mm 加入传动比i=0.01/0.0125
=4/5=40/50
2.切削力F、丝杆载荷 C 例：纵向机械传动部分，已知 工作台重量 G=600N 时间常数： T=25ms 丝杆螺距： 5mm 脉冲当量：0.01mm 最大进给速度：2m/min 最大切削进给速度：0.5m/min 电机功率： 4.5KW
（1）切削力：
Pc=PηK=4.5×0.8×0.96=3.456（KW)
一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明 显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。 即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购 买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。
2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时 效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加 工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零 件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用 工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
b 内循环：内循环均采用反向器实现滚珠循环， 滚珠在循环过程中始终与丝杆保持接触，回路 短、效率高、流畅性好、螺母尺寸小，但制造精度 要求高。
2) 滚珠丝杠螺母副的特点
a 传动效率高、摩擦损失小。
b 运动灵敏，低速时无爬行。
c 传动精度高，刚性好。
d 滚珠丝杠螺母副的磨损很小，使用寿命长。
e 无自锁能力，具有传动的可逆性，故对于垂直使用 的丝杠，由于重力的作用，当传动切断时不能立即停 止运动，应增加自锁装置。
机床数控化改造技术
主要学习内容： 机床数控化改造的意义 机床数控化改造的内容 如何进行机床数控化改造
一、数控机床的优越性 数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这
些优越性均来自数控系统所包含的计算机Leabharlann Baidu威力。 o 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。 o 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从
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，较大幅度地提高水平和档次 的更新改造。
四、 数控系统的选择 进给伺服系统主要有三种类型，改造时，应根据具
体情况进行选择。 a. 步进电机拖动的开环系统 该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进
实例1：普通车床数控化改造
一、改造方案 1 机械：保留、去掉、更换、增加 2 电气：保留、去掉、更换、增加 3 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件
典型的车床数控改造方案： 配置专用车床数控改造系统; 更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动; 采用步进电机驱动进给运动; 配置脉冲发生器实现螺纹加工功能; 配置自动转位刀架实现自动换刀功能。 导轨改造
在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠螺母 副的尺寸规格，对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳 定性核算；对转速高，支承距离大的滚珠丝杠螺母副作临界转 速校核；对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核；对数控机床， 需核算其转动惯量；对全闭环系统，需核算其谐振频率。
C 3 t fw fhFm 3 45 1.311620.096 7491.26N
3、齿轮间隙调整：偏心套
4、丝杆组件
1）滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部分 组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内循 环方式和外循环方式两大类。
a 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过 螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入 循环。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单， 使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响 滚珠滚道的平稳性。
电机、电液脉冲马达等。该系统结构简单，调试维修 方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
b. 交/直流伺服电机拖动，光栅测量反馈的闭环数 控系统 该系统比开环进给系统复杂，成本也高，对环 境室温要求严。
c. 交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数 控系统
五、改造步骤 （一）方案制定 1 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件 2 机械：保留、去掉、更换、增加 3 电气：保留、去掉、更换、增加 （二）设计 （三）实施 （四）验收
三、数控化改造的内容 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，
改造成NC机床、CNC机床； 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；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC 进行更新；
Fz=60Pc/v=60×3.456/100=2.0736(KN)
Fx=0.5Fz=1.0368(KN)
Fy=0.6Fz=1.24416(KN)
（2）最大动载荷C：
Fm=KFx+f(Fz+G) =1.15×1036.8+0.16×(2073.6+600) =1620.096(N)
n=1000vs/p0=1000×0.5×0.5/5=50(r/min) t=60nT/106=60×50×15000/106=45(万r)
不再需要“修配”。 o 可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁
搬运。 o 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。
二、 机床数控改造的意义 1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比
f 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的 材料，热处理和加工要求与滚动轴承相同，且螺旋滚 道必须磨削，因而制造成本高。
3) 滚珠丝杠螺母副的选择
滚珠丝杠螺母杠的选择包括其精度选择、尺寸规格(包括导 程与公称直径)、支承方式等几个方面的内容。
应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠螺母副的精度，根 据机床的载荷来选定滚珠丝杠的直径。
一、机械部分注意：脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动 载荷、进给传动机构原理图、滚珠丝杆的支撑形式、螺 母形式。
1.步距角、丝杆螺距、脉冲当量、传动比之间关系。 为什么齿轮变速？ 例如：某四相步进电机步距角0.90、丝杆螺距5mm、 若直接传动，脉冲当量δ=5/（3600/0.90）
=0.0125mm 若要求δ=0.01mm 加入传动比i=0.01/0.0125
=4/5=40/50
2.切削力F、丝杆载荷 C 例：纵向机械传动部分，已知 工作台重量 G=600N 时间常数： T=25ms 丝杆螺距： 5mm 脉冲当量：0.01mm 最大进给速度：2m/min 最大切削进给速度：0.5m/min 电机功率： 4.5KW
（1）切削力：
Pc=PηK=4.5×0.8×0.96=3.456（KW)
一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明 显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。 即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购 买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。
2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时 效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加 工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零 件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用 工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
b 内循环：内循环均采用反向器实现滚珠循环， 滚珠在循环过程中始终与丝杆保持接触，回路 短、效率高、流畅性好、螺母尺寸小，但制造精度 要求高。
2) 滚珠丝杠螺母副的特点
a 传动效率高、摩擦损失小。
b 运动灵敏，低速时无爬行。
c 传动精度高，刚性好。
d 滚珠丝杠螺母副的磨损很小，使用寿命长。
e 无自锁能力，具有传动的可逆性，故对于垂直使用 的丝杠，由于重力的作用，当传动切断时不能立即停 止运动，应增加自锁装置。
机床数控化改造技术
主要学习内容： 机床数控化改造的意义 机床数控化改造的内容 如何进行机床数控化改造
一、数控机床的优越性 数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这
些优越性均来自数控系统所包含的计算机Leabharlann Baidu威力。 o 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。 o 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从
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，较大幅度地提高水平和档次 的更新改造。
四、 数控系统的选择 进给伺服系统主要有三种类型，改造时，应根据具
体情况进行选择。 a. 步进电机拖动的开环系统 该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进
实例1：普通车床数控化改造
一、改造方案 1 机械：保留、去掉、更换、增加 2 电气：保留、去掉、更换、增加 3 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件
典型的车床数控改造方案： 配置专用车床数控改造系统; 更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动; 采用步进电机驱动进给运动; 配置脉冲发生器实现螺纹加工功能; 配置自动转位刀架实现自动换刀功能。 导轨改造
在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠螺母 副的尺寸规格，对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳 定性核算；对转速高，支承距离大的滚珠丝杠螺母副作临界转 速校核；对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核；对数控机床， 需核算其转动惯量；对全闭环系统，需核算其谐振频率。
C 3 t fw fhFm 3 45 1.311620.096 7491.26N
3、齿轮间隙调整：偏心套
4、丝杆组件
1）滚珠丝杠的结构组成
滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部分 组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内循 环方式和外循环方式两大类。
a 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过 螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入 循环。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单， 使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响 滚珠滚道的平稳性。
电机、电液脉冲马达等。该系统结构简单，调试维修 方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
b. 交/直流伺服电机拖动，光栅测量反馈的闭环数 控系统 该系统比开环进给系统复杂，成本也高，对环 境室温要求严。
c. 交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数 控系统
五、改造步骤 （一）方案制定 1 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件 2 机械：保留、去掉、更换、增加 3 电气：保留、去掉、更换、增加 （二）设计 （三）实施 （四）验收
三、数控化改造的内容 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，
改造成NC机床、CNC机床； 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；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC 进行更新；
Fz=60Pc/v=60×3.456/100=2.0736(KN)
Fx=0.5Fz=1.0368(KN)
Fy=0.6Fz=1.24416(KN)
（2）最大动载荷C：
Fm=KFx+f(Fz+G) =1.15×1036.8+0.16×(2073.6+600) =1620.096(N)
n=1000vs/p0=1000×0.5×0.5/5=50(r/min) t=60nT/106=60×50×15000/106=45(万r)