改造思路纵向进给切削力的确定纵向进给滚珠丝杠螺母副的计算和选型实施步骤横向向进给系统的改造改造思路实施步骤刀架改造思路实施步骤主轴传动系统与滑动导轨的改造改造思路实施步骤滑动导轨编码器改造思路实施步骤第三章光栅尺安装与调试光栅尺的安装光栅尺的校正第四章数控改造步进电机的设计共页第页步进电机的工作方式步进电机的选择纵向进给系统步进电机的确定横向进给系统步进电机的确定第五章数控机床精度的控制反向偏差定位精度第六章设计总结致谢参考文献共页第页第章车床数控改造的总体构思与技术方案本次改造的普通车床型号为，长度毫米如图。数控改造主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。为简化结构降低成本，拟采用步进电机开环控制系统。通过控制纵横进给系统，保证改造后的车床具有定位直线插补圆弧插补暂停等功能。为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠为保证定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。图车床实物图设计任务本设计任务是对普通车床进行数控改造。利用微机对纵横向进给系统进行开环控制，纵向向脉冲当量为脉冲，横向向脉冲当量为脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。控系统运动方式的确定共页第页数控系统按运动方式可分为点位控制系统点位直线控制系统连续控制系统。由于要求车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单设计制造容易控制精度较好容易调试价格便宜使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。数控系统的硬件电路设计任何个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，的选择是关键，选择应考虑以下要素时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合控制对象以及各种性能参数要求等，综合起来考虑以确定。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是和系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以系列单片机，系列相对系列指令更丰富，相对系列价格更便宜，系列中，是无的，是用代替的。目前，工控机中应用最多的是单片机。本设计以芯片为核心，增加存储器扩展电路接口和面板操作开关组成的控制系统。总体改造方案的确定车床主要用于对中小型轴类盘类及螺纹零件的加工，加工这些零件工艺上要求机床应完成的工作内容有能够控制主轴正反转，实现不同切削速度的主轴变速刀架能够实现纵向和横向的进给运动，并具有在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具的功能加工螺纹时，应保证主轴转转，刀架移动个加工螺纹的螺距或导程。这些内容就是数控化改造后数控系统需要控制的对象。数控机床由机床数控系统和外围技术三部分组成。普通车床改造的目的是利用数控系统控制车床自动完成机械加工任务，提高车床的加工精度和生产效率。在考虑经济型数控机床改造具体方案时，所遵循的原则是在满足需要的前提下，对原有车床尽可能减少改动，以降低改成本。改造中需要解决的问题是将机械传动的进给和手动控制的转位刀架改造成数控装置控制的自动转位刀架和自动进给的数控加工车床。根据车床的有关资料，确定总体方案为利用数控系统对输入的加工程序进行运算处理，发出的进给指令通过接口输出给轴和轴步进电机，经齿轮减速后，带动滚珠丝杠转动，由螺母带动刀架直线移动，从而实现纵向和共页第页横向的自动进给运动。换刀指令通过刀架控制器控制三相电动机实现刀架自动转位功能，由脉冲编码器协调完成螺纹车削功功能。总体方案设计图如下图总体方案设计图机械部分的改造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。主传动系统，保留原有的主传动系统和变速机构，这样既保留了机床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自动改变切削速度，可采用交流变频调速，这样改造成本较高，本次改造主传动系统不做任何改动。进给传动系统改造纵横向传动全部用滚珠丝杠传动效率高，达到。拆除原有的挂轮系统进给箱溜板箱光杆，在溜板下加装滚珠丝杠螺母托架，在滚珠丝杠的头尾部加装接套接杆及支承。数控部分的改造为降低改造成本，决定采用开环控制方式对轴和轴进给系统进行改造。经济型数控结构简单价格低，调试维护方便，般用于精度不高的经济型机床。本次改造的机床主要用于粗加工。如图共页第页图数控系统改造硬件框图共页第页第二章普通车床主要结构的数控改造二数控系统数控系统是数控机床的灵魂，其性能的稳定性直接影响零件的加工的尺寸精度位置精度及操作工人的人身安全。般的，普通车床数控改造时，由于需要加工圆锥圆弧等曲面，需要选择两轴联动控制的数控系统。数控系统的选择数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。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电机电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。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。异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统该系统与开环系统的区别是由光栅感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。交直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比较多，国外著名公司的如德国公司日本公司国内公司如中国珠峰公司北京航天机床数控系统集团公司华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。共页第页选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度驱动电机的功率和用户的要求。电气控制原理主轴控制系统主轴采用三相异步电机驱动由西门子变频器控制，其动力由三相电源经变频器提供，主轴电机的正反转由指令控制经输出再经变频器控制主轴电机的正反转，主轴电机转速由数控系统经口直接连到变频器控制电机转速，若出现故障，则由变频器发出信号经输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。主轴控制系统原理图如图所示图主轴控制系统原理图轴进给伺服控制系统轴采用松下伺服电机驱动由松下伺服模块控制，其动力由三相电源经伺服模块提供，伺服电机控制刀架的纵向进给与后退正反转及进给速度与进给量指令由数控系统发出，它们与数控系统的接口为，若出现故障，则由伺服模块发出信号经输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。如图轴进给伺服控制系统轴电机采用雷赛步进电机驱动，由雷赛伺服模块控制，其动力由电源经伺服模块提供，步进电机控制刀架的横向进给与后退正反转及进给速度与进给量指令由数控系统发出，它与数控系统的接口为，若出现故障，则由伺服模块发出信号经输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。如图共页第页图轴伺服控制电气图刀架控制电路刀架电机采用三相异步电机驱动由继电器模块控制，刀架电机控制刀架的换刀正反转及转动角度指令由数控系统发出，若出现故障，则由发出信号输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。控制原理图如图共页第页图刀架电机控制系统原理图光栅尺控制电路光栅尺通过测量反馈控制刀架进给与后退量的实际尺寸与指令尺寸的误差大小反馈给数控系统，若误差太大超出允许误差范围，数控系统可根据加工情况进行时时调整，若出现故障，由系统判断故障类型并在显示器上报警显示报警号。控制原理图如图图光栅尺控制电路原理图纵向向进给系统的改造改造思路丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。般情况滑动丝杠应不低于级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。纵向进给系统由伺服电动机经减速后驱动滚珠丝杠螺母机构运动，带动大拖板左右纵向移动。伺服电动机安装在纵向丝杠的右共页第页端。设计参数加工最大直径在床面上，在床鞍上加工最大长度溜板及刀架重力纵向刀架快速速度纵向最大进给速度纵向主电动机