第6章普通机床的数控化改造

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第6章普通机床的数控化改造
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6.2普通机床数控化改造实例
¡ (2)总ຫໍສະໝຸດ Baidu方案确定根据设计任务，系统应采用连续控制系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电 路、步进电机功率放大电路等组成。纵向、横向均采用步进 电机一减速齿轮一滚珠丝杠螺母一溜板的传动方式。刀架更 换为四刀位自动回转刀架。改造后的车床传动系统如图6-4所 示。
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第6章普通机床的数控化改造
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6.1普通机床数控化改造的方法
¡ (3)改造后的机床性能稳定可靠，机床应用范围得到扩大，适 应多品种、小批量的零件生产。这是因为机床的大型结构件 一般是铸铁制成的，而铸铁件年代越久则时效越充分，精度 比新铸件更加稳定。改造不需要改变支撑类大型构件，只需 修复或更换若干中小型部件就可获得与新机床类似效果。改 造后的机床功能有较好的提高。除了保留原有功能外，还可 以满足各种复杂型面类零件加工，极大地扩大了机床的应用 范围。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 机床数控化改造的优越性
¡ 采用国内外先进工艺、先进技术对旧机床进行改造有以下优 点:
¡ (1)机床改造针对性强，容易适宜生产的要求。因为机床的改 造方案是根据原机床中存在的问题提出的，需要改哪些地方， 改到什么程度都有的放矢，能与生产紧密结合，可以直接将 科学技术转化为生产力，使企业有积极性。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 6.1.1机床数控化改造的一般步骤
¡ 1.明确微机改造的任务和目标 ¡ 在确定机床微机改造的总体方案时，首先要提出明确的技术
经济指标。例如，有的是为了解决难加工的曲线曲面，有的 是为了提高劳动生产率，有的是为了提高零件加工的一致性 等，一般都应有明确的工艺目的，由此确定改造的对象和技 术要求，将具体的技术参数用文件形式固定下来，编写出设 计任务书，作为设计的原始依据。
¡ 数控机床在现代机械加工中起着举足轻重的作用，机床数控 化率已成为衡量一个国家工业水平的重要标志。提高机床数 控化率有两个途径:一是购买新的数控机床，即更新设备;二 是改造旧机床，配置数控系统，把旧机床改造成数控机床。
¡ 所谓机床的数控化改造是指应用现代的数控成熟技术和经验， 以适应生产的具体要求为目的，改变现有机床的结构，给旧 机床换上新部件、新装置和新附件，提高现有机床的技术性 指标，使之全部或局部达到新数控机床的水平。
¡ 1.总体方案设计
¡ (1)设计任务利用微机对C616型卧式车床的纵、横向进给系统 进行开环控制，纵向脉冲当量为0.Olmm/脉冲，横向脉冲当量 为0.005mm/脉冲，马伙动元件采用步进电机。改造后的机床 能完成一般车削及加工任意锥面、球面、螺纹等加工工序， 并能控制主轴开停变速、刀架转位及一些辅助功能，使加工 实现自动化。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 3.设计计算及结构改装 ¡ 根据改造后机床的加工工艺范围，初步选定切削用量，刀具
运动路线等，计算切削力及切削功率，从而计算出进给系统 需要的功率和力矩等，以选择数控系统及驭动元件。大多数 的微机数控装置配用步进电机，也有一些性能要求较高的系 统采用直流伺服电机。机床的工作台(或刀架)及其传动机构 是机床改造的重点，改造的好坏直接影响到伺服系统的品质， 可以说机床的微机改造是从机械部分改造的整体方案人手的， 设计时可借鉴数控机床的结构特点及设计要求。随着数控机 床的发展，许多数控机床的零配件也已经开始成批生产，形 成专门的配套供应，如滚珠丝杠螺母副、车床的自动换刀刀 架等目前都有现成产品供应，这给机床改造工作带来很大方 便。 ¡ 为防止出错，机械、液压气动回路、软件、接口电路和强电 逻辑回路需交叉设计，还应充分注意信号检测元件的安装、 连接设计。
¡ (2)机床改造可以充分利用原机床的绝大部分，大大节约原材 料和资金，同时见效快，改造周期短，可满足生产急需。因 为旧机床数控化改造大部分床身、立柱等主要基础件和许多 传动部分不须更换，与新机床制造相比只需其1/15一1/10的 时间，工期大大缩短，从而节约了成本，解决了生产急需。
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第6章普通机床的数控化改造
6.2普通机床数控化改造实例
¡ 6.2.1卧式车床的数控化改造
¡ 目前我国机床的拥有量超过了320万台，其中40%以上是车床， 多数役龄都很长。用价格较低，性能适宜的经济型数控系统， 改造精度要求一般的卧式车床容易实现，经济效果也比较明 显，在许多工厂都获得成功。现以C616型卧式车床数控化改 造为例作一介绍。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 2.总体方案设计 ¡ 总体方案设计的内容包括:系统运动方式的确定，伺服系统的
选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选 择等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料， 提出系统的总体方案，并对方案进行分析比较和论证，最后 确定总体方案。确定方案时，应仔细地考虑机床与控制部分 相互间的各种要求，做出合理的设计，不仅要考虑各种高效 能、自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术 的先进性与经济的合理性较好地统一起来。
¡ 2.车床改造的结构特点 ¡ (1)纵向滚珠丝杠纵向滚珠丝杠必须采用三点支承形式。步进
电机的布置，可放在丝杠的任一端。由于拆除了进给箱，可 在原安装进给箱处布置步进电机和减速齿轮，也可在滚珠丝 杠的左端设计一个专用轴承支承座，而在丝杠托架处布置步 进电机和减速箱。机床改造常采用后一种布置方案。车床纵 向传动结构的布置如图6-5所示。
¡ 在设计中尽量采用已经商品化的标准部件和外购元件
¡ 数控化改造总体方案制定举例
¡ 某车间加工图6 -2所示的多种齿数规格的端面齿离合器，以 前是在卧式铣床上利用分度头一个齿一个齿地加工，用这种 加工方法，工人操作紧张，劳动强度大，而且一次分度错误 则整个零件报废，所以对机床进行数控化改造，使其能自动 分度铣削。
¡ 6.1.2 用微机技术改造普通机床的方案
¡ 1.用微机技术实现机床简易数控的工作原理 ¡ 采用微机技术实现机床简易数控的装置，主要由单片机(或单
板机)、控制程序、零件加工程序、马伙动电源装置、收发信 板、步进电机等部分组成。在图6-1中表示了经济型数控车床 的系统装置枢图。
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6.2普通机床数控化改造实例
¡ 在丝杠的左端设计厂一个专用轴承支承座，采用一个轴套式 滑动轴承作为径向支承，在滑动轴承的两侧分别布置一对推 力球轴承，承受两个方向的轴向力。支承短轴与滚珠丝杠通 过联轴套连接起来。滚珠丝杠的右端通过联轴套和减速箱的 输出轴连接，在丝杠托架上布置一个轴套式滑动轴承作为径 向支承，减速箱固定在丝杠托架上。滚珠丝杠的中间支承为 滚珠螺母，其与床鞍直接连接。
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6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 改造方案如图6 -3所示。将分度头安装在纵向工作台面上， 分度头主轴倾斜5°，以加工出倾针的齿底部，在分度头的手 柄轴上加装一步进电机实现自动分度。另外，将纵向工作台 手柄拆去，加装步进电机，使用一个车床两坐标数控系统即 可实现离合器齿的自动加工。工作时按如下工作循环:纵向工 作台快进一工作进给(切齿)一纵向工作台快退一分度头分度 一……直至全部齿加工完毕停机。该方案简单易行，改造工 作量不大，经实际改造后，机床具有加工同样结构各种齿数 离合器的能力，收到了良好的经济效益。
第6章普通机床的数控化 改造
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2020/11/26
第6章普通机床的数控化改造
第6章 普通机床的数控化改造
¡ 6.1普通机床数控化改造的方法 ¡ 6.2普通机床数控化改造实例 ¡ 6.3 数显技术在机械设备改造中的应用
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6.1普通机床数控化改造的方法
第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 在所示的系统装置中，微控制器在控制程序的控制下，可以 使数控系统具有直线插补和圆弧插补加工工件轮廓的功能;具 有进给速度控制和快速回零的功能;具有刀具补偿和反向间隙 补偿的功能以及其他多种功能。当零件加工程序给出具体的 位移尺寸、位移方向和进给速度以后，控制程序就会通过微 控制器按照所输人的零件加工程序发出一系列的脉冲信号， 经隔离放大以后，分别驭动Z向和X向步进电机，使刀架按照 要求的方向、速度、位移量实现纵向和横向运动，从而构成 了一个经济型开环数控系统。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ (5)可以充分发挥企业现有技术力量的作用，调动技术人员的 积极性;同时降低对工人技术水平的要求。
¡ (6)通过数控化改造，可以掌握设备的构造和性能，为企业培 养了数控技术人才。在改造期间，通过拆解旧机床，装配新 部件等改造过程，间接培养了数控人才，对机床的特性有了 较详细的了解，在操作使用和维护方面培训时间短、见效快。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 4.制造、安装、调试 ¡ 制造、安装、调试是改造的关键之一。一般应预先将数控系
统、接口电路等脱机运行，机械及液压气动装置也应单独运 行，在确定无误后，才能联机调试。调试时应遵循先手动、 后自动，先空运行、后试切的原则。 ¡ 调试合格后，要按设计要求进行负荷切削试验和各项精度指 标的考核，直至加工出合格的产品为止，然后交车间使用， 并协助培训操作和维修人员。设备投产后要及时总结，在可 能的条件下，采用更新的技术，进一步完善原设计。
¡ 2.普通机床数控化改造方案的确定原则 ¡ 为了提高机床微机改造的效益，在确定总体方案时需注意下
列问题:
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 改造后的数控机床通常适用于加工具有一定批量的相类似零 件，使其既有专用机床的特性，又有一定的柔性。因此不要 勉强地要求其具备多种功能，否则花费大量的投资，而出现 某些功能名义上能实现而实际上不能实现的效果。
¡ (4)经过数控化改造，可以有效提高工件加工精度和生产效率。 因为改造时可根据生产技术的发展要求，及时提高生产设备 的自动化水平和效率，提高设备质量和档次。如某单位3.4m 的立式车床改造后，加工球体轴承座零件，其2m直径偏差仅 为0.035 mm ,满足了设计要求，并且机床改造后的工作效率 提高了5-6倍。
¡ 根据运动的控制情况选择合适的数控系统。点位控制系统适 用于钻床、橙床和冲床的改造。直线控制系统适用于直线进 给运动的车床、铣床、磨床的改造。轮廊控制系统适用于曲 线进给运动的车床、铣床、磨床等机床的改造。
¡ 另外，数控装置按照驱动系统的控制原理又可分为开环控制、 半闭环控制和闭环控制三种形式。在开环控制中，不设位置 检测反馈装置，机床的加工精度直接由步进电机的运动精度 和机床传动机构的精度来保证。由于开环系统结构简单，可 靠性高，成本较低，在工作性能良好的情况下，加工误差可 控制在0.02 mm以内，精度能满足普通机床的需要，因而在机 床改造中，对驱动系统大都选择为开环控制。
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第6章普通机床的数控化改造
6.1普通机床数控化改造的方法
¡ 机床改造范围的大小，应根据机床自身精度及性能来决定装 机床的技术状态，对于旧机床可结合机床大、中修理进行， 时间、 机床改造前必须检查被改这样可减少生产上的停机
¡ 在充分了解机床原结构、性能的基础上，考虑改装的可能性 及方便性，尽量保留原有结构，以降低改造的工作量和费用。