數控車床論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇數控車床論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

本文作者完成的設計主要包括根據一些原始數據（其中包括機床的類型、規格等）結合實際條件和情況對車床一些參數進行擬定，再根據擬定的參數，進行傳動方案的比較，確定傳動方案。然后計算各傳動副的傳動比及齒輪齒數，再估算齒輪的模數和各軸的軸徑，并對齒輪和軸的強度、剛度進行校核。除此之外，還要對箱體內的主要結構進行設計，一些零件的選型，如電磁離合器的選擇等，從而完成對整個主傳動系統的設計。

關鍵詞：數控車床主傳動系統設計

Abstract

Whatauthorofthistextstudynumericalcontrolmaintransmissionoflathemainly,themaindesignoftransmissioncanusefortoordinarytransformationoflathe,Inordertoadapttothecurrentsituationofthepresentindustrialdevelopmentoflatheofourcountry,havecertaineconomicbenefitsandsocialbenefit.

Thedesignthattheauthorofthistextfinishedincludesaccordingtosomeinitialdatamainly(type,specificationofincludingthelathe,etc.)Combineactualconditionandsituationdrafttosomeparametersoflathe,andthenaccordingtotheparameterdrafted,Carryonthecomparisonofthetransmissionscheme,confirmthetransmissionscheme.Itthencan''''tcalculateeverytransmissiontransmissionofthepacksthanandgearwheeltoothcount,estimatemodulusandtheeveryaxlefoot-pathsofaxleofgearwheelmore,Andchecktheintensity,rigidityofgearwheelandaxle.Inaddition,willdesignthemainstructureinthebodyofthecase,theselectingtypesofsomeparts,Electromagneticchoiceofclutch,etc.,finishtowholemaindesignoftransmissionforinstance.

Keywords：NCmachinetool;maindrivingsystem;design

這次畢業設計中,我所從事設計的課題是經濟型數控車床主傳動機構設計。此類數控車床屬于經濟型中檔精度機床，這類機床的傳動要求采用手動與電控雙操縱方式，在一定范圍內實現電控變速。總體的設計方案就是對傳動方案進行比較，繪出轉速圖，對箱體及內部結構進行設計，包括軸和齒輪的設計、校核等。

為什么要設計此類數控車床呢？因為隨著我國國民經濟的不斷發展，我國制造業領域涌現出了許多私營企業，這些企業的規模普遍不大，沒有太多的資本。一些全功能數控系統，其功能雖然豐富，但成本高，對于這些中小型企業來說購置困難，但是中小型企業為了發展生產，希望對原有機床進行改造，進行數控化、自動化，以提高生產效率。我國機床工業的發展現狀是機床擁有量大、工業生產規模小，突出的任務就是用較少的資金迅速改變機械工業落后的生產面貌，使之盡可能提高自動化程度，保證加工質量，減輕勞動強度，提高經濟效益。我國是擁有300多萬臺機床的國家，而這些機床又大量是多年累積生產的通用機床，自動化程度低，要想在近幾年內用自動和精密設備更新現有機床，不論是資金還是我國機床廠的能力都是辦不到的。因此，普通機床的數控改造，大有可為。它適合我國的經濟水平、教育水平和生產水平，已成為我國設備技術改造主要方法之一。目前，我國經濟型數控系統發展迅速，研制了幾十種簡易數控系統，有力地促進了我國數控事業的發展。經濟型數控機床系統就是結合現實的生產實際，我國的國情，在滿足系統基本功能的前提下，盡可能地降低價格。

經濟型數控車床有許多優點。1）其降格便宜，且性能價格比適中，與進口標準數控車床相比，前者只需一萬元左右，后者則需十萬甚至幾十萬元。因此，它特別適合于改造在設備中占有較大比重的普通車床，適合在生產第一線大面積推廣。從提高資本效率出發，改造閑置設備，能發揮機床的原有功能和改造后的新增功能，提高機床的使用價值。2）適用于多品種、中小批量產品的適應性強。在普通車床上加工的產品，大都可在經濟型數控車床上進行。加工不同零件，只要改變加工程序，很快適應和達到批量生產的要求。3）相對于普通車床，經濟型數控車床能提高產品質量，降低廢品損失。數控有較高的加工精度，加工出的產品尺寸一致性好，合格率高。4）采用數控車床，能解決復雜的加工精度，還能節約大量工裝費用，降低生產成本。5）采用此類車床，還能減輕工人勞動強度將工人從緊張、繁重的體力勞動中解脫出來。6）可以提高工人素質，促進技術進步。數控系統的出現擴大了工人的視野，帶動了學習微電子技術的熱潮，為工人由“體力型”向“智力型”過渡創造了條件，促進了工廠的技術進步。7）增強了企業應變能力，為提高企業競爭能力創造了條件。企業應用經濟型數控設備對設備進行改造后，提高了加工精度和批量生產的能力，同時又保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產品更新換代所需要的應變能力，增強企業的競爭能力。

本設計中的數控車床主傳動系統的特點就是主電機采用雙速電機，這樣可以簡化箱體內的結構。操縱方式并非是完全數控，而是采用采用手動與電控雙操縱方式，在一定范圍內實現電控變速。本設計就是對在我國應用非常廣泛的C6型數控車床進行的改造，具有廣泛的適應性。C6型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數控車床，已經收到了良好的經濟效益。

總體的設計方案就是對傳動方案進行比較，繪出轉速圖，對箱體及內部結構進行設計，包括軸和齒輪的設計、校核等。設計時一要注意設計的科學性和條理性，另一點就是要注意和實際的結合。設計的依據主要是以經驗或類比為基礎的傳統(經驗)設計方法。作為一名尚未畢業的大學生，經驗自然是我們所欠缺的，所以除了老師的指導，最主要的就是借鑒書上的設計方法。書上雖然不會有完全相同的示例，但一些其他類型的主軸箱設計方法在這個課題上同樣適用，適用也只是大體上的適用，具體到一些細節的設計就需我們自己查設計手冊了。比如說其中涉及到電磁離合器的設計就需自己解決。雖然我們很缺乏設計的經驗，但還應處處從實際出發。從大處講，聯系實際是指在進行機床工藝可能性的分析、參數擬定和方案確定中，既要了解當今的先進生產水平和可能趨勢，更應了解我國實際生產水平，使設計的機床、機器在四化建設中發揮最佳的效益。從小處講，指對設計的機床零部件的制造、裝配和維修要進行認真的、切實的考慮和分析，對推薦的設計數據和資料要結合實際情況進行取舍。通過設計實踐，了解和掌握結合實際、綜合思考的設計方法。

總體設計方案擬定

1．1擬定主運動參數

機床設計的初始，首先需要確定有關參數，它們是傳動設計和結構設計的依據，影響到產品是否能滿足所需要的功能要求。根據擬定的參數、規格和其他特點，了解典型工藝的切削用量，了解極限轉速、和級數Z、主傳動電機功率N。

1．2運動設計

根據擬定的參數，通過結構網和轉速圖的分析，確定傳動結構方案和傳動系統圖。傳動方案有多種，傳動型式更是式樣眾多，比如：傳動型式上有集中傳動的主軸變速箱。分離傳動的主軸箱與變速箱；擴大變速范圍可以用增加傳動組數，也可用背輪機構、分支傳動等型式；變速型式上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。然后計算各傳動比及齒輪的齒數。

1．3動力計算和結構草圖設計

估算齒輪模數m和軸頸d，選擇和計算離合器。

將各傳動件及其它零件在展開圖和剖面圖上做初步的安排、布置和設計。

1．4軸和齒輪的驗算

在結構草圖的基礎上，對一根傳動軸和齒輪的剛度、強度進行校核。

1．5主軸變速箱裝配設計

主軸變速箱裝配圖是以結構草圖為“底稿”，進行設計和繪制的。圖上各零部件要表達清楚，并標明尺寸和配合。

目錄

0引言1

1總體設計方案擬定3

1．1擬定主運動參數(、、Z)3

1．2運動設計3

1．3動力計算和結構草圖設計3

1．4軸和齒輪的驗算3

1．5主軸變速箱裝配設計3

2參數擬定4

2.1車床主參數(規格尺寸)和基本參數4

2.2各級轉速的確定4

3．運動設計5

3．1主擬定傳動方案5

3．2傳動方案的比較5

3．2．1采用單速電機5

3．2．2采用雙速電機6

3．3各級傳動比的計算7

3．4各軸轉速的確定方法9

3．4．1Ⅰ軸的轉速9

3．4．2中間傳動軸的轉速9

3．5轉速圖擬定10

4動力計算11

4.1齒輪的計算11

4.1.1確定齒輪齒數和模數（查表法）11

4．1.2確定齒輪的齒數和模數（計算法）并校核12

4．1.3齒輪的精度設計；15

4.2電磁離合器的選擇和使用19

5軸的設計和驗算21

5.1軸的結構設計21

5.2軸的強度校核(以Ⅰ軸為例)21

5.2.1選擇軸的材料22

5.2.2初估軸徑22

5.2.3結構設計22

5．2.4軸的受力分析23

5.3軸的剛度校核(以Ⅰ軸為例)25

6主軸變速箱的裝配設計28

6.1箱體內結構設計的特點28

6.2設計的方法(以軸的布置為例)28

7結論31

致謝32

參考文獻33

附件清單34

附件清單

1數控車床總裝圖CK-000A3一張

2主傳動系統裝配圖CK-001A0一張

3內隔套零件圖CK-101A4一張

4齒輪零件圖CK-102A3一張

5齒輪零件圖CK-103A3一張

6齒輪零件圖CK-108A3一張

7擋油環零件圖CK-114A4一張

8擋油環零件圖CK-115A3一張

9主軸零件圖CK-116A1一張

10軸承透蓋零件圖CK-117A3一張

11齒輪零件圖CK-118A3一張

12齒輪零件圖CK-120A3一張

13Ⅰ軸零件圖CK-121A3一張

14內隔套零件圖CK-122A4一張

15內隔套零件圖CK-123A4一張

16帶輪零件圖CK-124A3一張

17軸承透蓋零件圖CK-125A4一張

18外隔套零件圖CK-126A4一張

19齒輪零件圖CK-127A4一張

20內隔套零件圖CK-129A4一張

21齒輪零件圖CK-131A3一張

22內隔套零件圖CK-132A4一張

23齒輪零件圖CK-133A3一張

24外隔套零件圖CK-134A4一張

25內隔套零件圖CK-135A4一張

26床頭箱零件圖CK-139A0一張

27端蓋零件圖CK-140A4一張

28外隔套零件圖CK-143A4一張

29軸承透蓋零件圖CK-146A3一張

30傳動鍵零件圖CK-147A4一張

篇（2）

如果對所用的普通車床和長時間使用的車床不進行改造，僅購買新的數控車床，則會增加許多生產廠家設備方面的成本。所以生產廠家對普通車床及長時間使用的車床進行數控化改造是必經之路。

由于進行數控化改造對于改造廠家來說，較雜又亂，但如何對改造的數控機床進行質量控制則是我們一直以來需要探討的問題，在此談一下如何進行改造數控車床的質量控制。

普通車床數控改造分為新機改造和舊機改造，新機改造是用戶購買普通車床或普通光機（指僅帶床頭箱和縱、橫向導軌的車床），改造廠家根據其要求進行數控化改造。舊機改造是指用戶將已經使用過的普通車床或數控車床進行翻新并進行數控化改造。其中舊機改造包括大修車床改造和用戶舊機部件改造。在此淺談改造數控車床在機械方面的質量控制方法、著重控制點和檢驗過程。

1新機改造和舊機大修車床改造都必須經過如下相同改造

(1)更換X軸、Z軸絲桿、軸承、電機。

(2)增加電動刀架和主軸編碼器。

(3)增加軸向電機的驅動裝置，限制運行超程的行程開關，加裝變頻器（客戶需要）以及為了加工和安全所需的電氣部分。

(4)X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的配刮、滾珠絲桿副托架與床鞍的配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮。

(5)據需要增加防護設施，如各向絲桿的防護罩，安全防護門，行程開關的防護裝置。

2新機改造和舊機大修車床改造的不同點

(1)新機改造的主軸和尾座部分未進行改動，主軸部分和尾座部分無須進行再改造。

(2)舊機大修車床由于經過長時間使用，導軌已磨損，為了保證大修后，能繼續長時間使用而不變形，必須經過淬火工序，然后磨導軌，且磨導軌后必須保證導軌硬度≥HRC47。

(3)舊機大修車床應根據客戶需要對主軸部分和尾座部分進行改造和調整。

3新機改造和大修機床改造的精度檢驗是檢驗的重要項目

精度檢驗執行JB/T8324.1-1996《簡式數控臥式車床精度》。

4新車床改造的精度質量控制如下

(1)鏟刮檢驗。新車床改造經過對X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的進行配刮、對滾珠絲桿副托架與床鞍進行配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮等。車床的主軸、尾座部分未拆動。檢驗方法如下：用配合面進行涂色，相互配合面進行結合，并相對摩擦，然后對鏟刮面進行鏟刮點數檢驗，并對結合處用塞尺進行結合程度檢驗，其中刮研點不得低于6點/25*25mm，0.03mm的塞尺塞結合處，不入。

(2)絲桿與導軌平行度檢驗：裝配絲桿時，絲桿與導軌的平行度必須≤0.02mm。

(3)精度檢驗的G1項中導軌在垂直平面內的直線度(只許凸)應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。

(4)精度檢驗中的主軸部分精度G4、G5、G6項也應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。

(5)G11項床頭、尾座兩頂尖的等高度由普通車床廠家進行保證，不作為改造廠家質量控制的重點項目。5用戶大修車床改造的精度檢驗

由于進行了磨導軌，基準面已變動，所以精度檢驗中的所有項目必須進行檢驗，且應嚴格進行控制，以保證改造后的使用性能。

6大修車床改造和新機改造的其它質量重要控制點

(1)銹蝕檢查：各橫、縱向導軌面，主軸、主軸法蘭盤，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必須采取防銹措施，如清洗干凈后，用脂等進行防銹檢查：鏟刮面、絲桿和軸承在進行裝配前必須清洗干凈，不得留有紅丹粉、鐵削和其它臟物質；電箱內側、防護罩內側無灰塵、臟物。

(3)滲漏檢查：大修車床改造的主軸軸承和齒輪等必須保持，大修車床改造和新車床改造的軸向絲桿和軸承必須有，必須有冷卻裝置，且以上和冷卻中接頭處，油、水箱等處都不得有滲漏現象。

(4)機床噪聲、溫升、轉速、空運轉試驗：

①主軸在各種轉速下連續空運轉4min，其中最高轉速運轉時間不小于2小時。整機空運行時間≥16h，對圓弧、螺紋、外圓、端面等循環車削進行模擬空運行試驗。

②主軸軸承溫度穩定后，測軸承溫度及溫升滾動軸承：溫度≤70℃，溫升≤40℃；滑動軸承：溫度≤60℃，溫升≤30℃。

③機床噪聲聲壓級空運轉條件下≤83dB(A)，且機床有無不正常尖叫、沖擊聲。各軸方向進給運動進行應平穩，無明顯振動、顫動和爬行現象。

④機床連續空運轉試驗在規定連續空運轉時間內，無故障，運行可靠，穩定。

(5)用戶更換部件（包括機床部分的維修）的改造：由于車床更換部件的改造項目較多，主要是更換主軸軸承、軸向絲桿、軸向電機、軸向軸承和系統。

①更換主軸軸承：由于更換主軸軸承是為了保證加工外圓和端面的精度，必須在更換軸承后，先行檢驗主軸的噪聲在無異常的情況下，整機噪聲聲壓級不得超過83dB（A），然后進行加工精度檢驗，并檢驗加工工件的表面粗糙度。

篇（3）

如果對所用的普通車床和長時間使用的車床不進行改造，僅購買新的數控車床，則會增加許多生產廠家設備方面的成本。所以生產廠家對普通車床及長時間使用的車床進行數控化改造是必經之路。

由于進行數控化改造對于改造廠家來說，較雜又亂，但如何對改造的數控機床進行質量控制則是我們一直以來需要探討的問題，在此談一下如何進行改造數控車床的質量控制。

普通車床數控改造分為新機改造和舊機改造，新機改造是用戶購買普通車床或普通光機（指僅帶床頭箱和縱、橫向導軌的車床），改造廠家根據其要求進行數控化改造。舊機改造是指用戶將已經使用過的普通車床或數控車床進行翻新并進行數控化改造。其中舊機改造包括大修車床改造和用戶舊機部件改造。在此淺談改造數控車床在機械方面的質量控制方法、著重控制點和檢驗過程。

1新機改造和舊機大修車床改造都必須經過如下相同改造

(1)更換X軸、Z軸絲桿、軸承、電機。

(2)增加電動刀架和主軸編碼器。

(3)增加軸向電機的驅動裝置，限制運行超程的行程開關，加裝變頻器（客戶需要）以及為了加工和安全所需的電氣部分。

(4)X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的配刮、滾珠絲桿副托架與床鞍的配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮。

(5)據需要增加防護設施，如各向絲桿的防護罩，安全防護門，行程開關的防護裝置。

2新機改造和舊機大修車床改造的不同點

(1)新機改造的主軸和尾座部分未進行改動，主軸部分和尾座部分無須進行再改造。

(2)舊機大修車床由于經過長時間使用，導軌已磨損，為了保證大修后，能繼續長時間使用而不變形，必須經過淬火工序，然后磨導軌，且磨導軌后必須保證導軌硬度≥HRC47。

(3)舊機大修車床應根據客戶需要對主軸部分和尾座部分進行改造和調整。

3新機改造和大修機床改造的精度檢驗是檢驗的重要項目

精度檢驗執行JB/T8324.1-1996《簡式數控臥式車床精度》。

4新車床改造的精度質量控制如下

(1)鏟刮檢驗。新車床改造經過對X軸、Z軸的絲桿兩端支承面的進行配刮、對滾珠絲桿副托架與床鞍進行配刮、床身與床鞍導軌副進行配刮等。車床的主軸、尾座部分未拆動。檢驗方法如下：用配合面進行涂色，相互配合面進行結合，并相對摩擦，然后對鏟刮面進行鏟刮點數檢驗，并對結合處用塞尺進行結合程度檢驗，其中刮研點不得低于6點/25*25mm，0.03mm的塞尺塞結合處，不入。

(2)絲桿與導軌平行度檢驗：裝配絲桿時，絲桿與導軌的平行度必須≤0.02mm。

(3)精度檢驗的G1項中導軌在垂直平面內的直線度(只許凸)應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。

(4)精度檢驗中的主軸部分精度G4、G5、G6項也應由普通車床廠家進行保證，不作為重點檢驗項目。

(5)G11項床頭、尾座兩頂尖的等高度由普通車床廠家進行保證，不作為改造廠家質量控制的重點項目。

5用戶大修車床改造的精度檢驗

由于進行了磨導軌，基準面已變動，所以精度檢驗中的所有項目必須進行檢驗，且應嚴格進行控制，以保證改造后的使用性能。

6大修車床改造和新機改造的其它質量重要控制點

(1)銹蝕檢查：各橫、縱向導軌面，主軸、主軸法蘭盤，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必須采取防銹措施，如清洗干凈后，用脂等進行防銹檢查：鏟刮面、絲桿和軸承在進行裝配前必須清洗干凈，不得留有紅丹粉、鐵削和其它臟物質；電箱內側、防護罩內側無灰塵、臟物。

(3)滲漏檢查：大修車床改造的主軸軸承和齒輪等必須保持，大修車床改造和新車床改造的軸向絲桿和軸承必須有，必須有冷卻裝置，且以上和冷卻中接頭處，油、水箱等處都不得有滲漏現象。

(4)機床噪聲、溫升、轉速、空運轉試驗：

①主軸在各種轉速下連續空運轉4min，其中最高轉速運轉時間不小于2小時。整機空運行時間≥16h，對圓弧、螺紋、外圓、端面等循環車削進行模擬空運行試驗。

②主軸軸承溫度穩定后，測軸承溫度及溫升滾動軸承：溫度≤70℃，溫升≤40℃；滑動軸承：溫度≤60℃，溫升≤30℃。

③機床噪聲聲壓級空運轉條件下≤83dB(A)，且機床有無不正常尖叫、沖擊聲。各軸方向進給運動進行應平穩，無明顯振動、顫動和爬行現象。

④機床連續空運轉試驗在規定連續空運轉時間內，無故障，運行可靠，穩定。

(5)用戶更換部件（包括機床部分的維修）的改造：由于車床更換部件的改造項目較多，主要是更換主軸軸承、軸向絲桿、軸向電機、軸向軸承和系統。

①更換主軸軸承：由于更換主軸軸承是為了保證加工外圓和端面的精度，必須在更換軸承后，先行檢驗主軸的噪聲在無異常的情況下，整機噪聲聲壓級不得超過83dB（A），然后進行加工精度檢驗，并檢驗加工工件的表面粗糙度。

篇（4）

二誤差分析及改進方法

下面依次分析車削加工各類零件表面形狀引起的差異以及采取的措施。

1.車刀刀尖圓弧半徑對加工圓柱類零件表面的影響

眾所周知，被加工零件表面的成形是由車刀與零件表面接觸間切點的運行軌跡保證的。

對于主偏角kr=90度的車削加工，參見圖1.1示，被加工零件表面的軸向尺寸由刀尖圓弧頂點A保證。

當(D-d)/2=ap>r時，由圖可知，由刀尖圓弧半徑引起的軸向尺寸變化量Δa為

Δa=b-a=r

式中：b——零件軸向尺寸;a——實際軸向位移量;r——刀尖圓弧半徑。

此時，刀具實際軸向位移是長度a為：

a=b-Δa=b-r

當(D-d)/2=ap

Δa=BC=

此時，刀具實際軸向位移長度a=b-Δa=

對于主偏角KF<90°的車削加工，當完成軸向加工即處于圖1.1c位置時，被加工零件的已加工表面部由車刀刀尖點A保證，零件的加工表面由刀具型面AC和CE形成。顯而易見，當刀具軸向位移長度為a時，則達到零件要求的軸向長度。所以軸向尺寸變化量Δa為：

Δa=b-a=BC+DE

因為BC=rsinKr

DE=CEctgKr=(ap-r+rcos，Kr)ctgKr

所以Δa=rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr……

此時，刀具的實際軸向位移長度a為：

a=b-Δa=b-rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr……

當(D-d)/2=ap

由此可得結論：

對于圓柱類零件表面的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑與車刀主偏角的存在，使得被加工零件的軸向尺寸發生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大;隨車刀主偏角的增大而減小。所以，在編制加工程序時，應相應改變其軸向位移長度。刀具幾何參數對此類零件的徑向尺寸無影響。

2.車刀刀尖圓弧半徑對加工單段錐體類零件表面的影響

車削加工中，車刀與被加工零件的位置關系見圖1.2。

車刀處于初始加工點即位置I時，刀尖圓弧上B’點與錐體小端起點相切，因為編程一般是以車刀刀尖圓弧中心位置為準進行的，所以錐體小端部的軸向尺寸變化量為B′C′;當完成錐體加工即車刀處于位置II時，刀尖圓弧上B點與錐體相切，而此時須使刀尖圓弧頂點處于圓柱體部要求的半徑位置上。由此分析可知:當刀具位移a時，形成錐體軸向長度b′，大端半徑R=BH，而此時當轉人加工圓柱體時，刀尖頂點A形成的零件加工半徑R′=EG，錐體部的軸向長度減短，從而使得錐體部軸向長度由b′變為b，所以錐體軸向變化量Δa為：

Δa＝a-b

因為B′C′＝BC＝rsinα

所以a=b′

即Δa＝b′－b＝BF

因為刀尖圓弧同時相切于錐體和圓柱體的B、A兩點，由幾何關系得：

Δa＝rcosαtg（α/2）

此時刀具實際軸向位移是長度a為：

a=b=rcosαtg（α/2）

由此可得結論：

對于單段外錐體零件的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑的存在，錐體的軸向尺寸、徑向尺寸均發生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨錐體錐角的增大而增大，徑向尺寸隨刀尖圓弧半徑的增大而減小，隨錐體增大減小。

3.車刀刀尖圓弧半徑對加工球體類零件表面的影響

車削加工中，車刀刀尖與被加工零件的位置關系如圖1.3所示。

設定由內向外走刀。當加工整半球時，刀尖處于位置I。由于加工是按刀具圓弧的中心軌跡運行的，所以此時軸向尺寸的變化量均為Δa=b-a=r而當加工非整半球面時，刀具處于位置II，因為此時刀尖圓弧是B點而不是A點與零件相切，所以加工中軸向尺寸的變化量Δa為：

Δa＝b-a=EF＝rsinα

α——零件球面夾角

此時刀具的實際軸向位移長度a為：

a=b-Δa＝（R－r）sinα

同理可知，當加工外球面時，Δa應取負值。

因為在加工中，刀具各點依次陸續進入切削，其軸向尺寸的變化量Δa=EF，當完成球體加工而進行球體大端面加工時，則應使刀尖圓弧頂點A與端面相切，此時，軸向應移動EF+AE而非EF，否則必定使得球面的徑向尺寸發生變化，并造成零件報廢。由此引起的徑向尺寸變化量Δd為：

Δd=2BF=2bcosα

此時球體實際最大盲徑Dmax為：

Dmax=D-Δd=D-2bcosα

因為b′＝b-AE

所以b′<b

這在實際加工中應特別引起足夠的重視。

由此可得結論:

對于內球面零件的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑的存在，使得被加工零件的軸向尺寸發生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨球面夾角的增大而增大，同理亦可得加工外球面時軸向尺寸的變化量及其位移長度。此處略。

4.車刀刀尖圓弧半徑對加工錐體接球體類零件表面的影響

車削加工中，車刀與被加工零件的位置如圖1.4所示。

當刀具處于圖示位置時，刀尖圓弧與錐體部相切于B點，同時與球體部相切于E點，圖中DBLEF為理論要求軌跡，由于刀尖圓弧半徑的存在，正確的實際形成軌跡為DBEF，其中BE由刀尖圓弧形成。刀尖圓弧半徑的存在，必使零件的軸向尺寸、徑向尺寸發生變化。圖示中，設定∠BO1A=∠α，為錐體部斜角，∠LOO′==∠θ為理論球面起點與軸線夾角，∠EOO′=∠β為實際球面起點與軸向夾角，則錐體部軸向尺寸的變化量Δa為：

Δa=b1-a1=LC=(R+r)cosβ-Rcosθ-rsinα

所以錐體部的實際軸向位移長度a1為：

a1=b1-Δa1=b1-(R+r)cosβ+Rcosθ+rsinα

此時球體部軸向尺寸的變化量Δa2為

Δa2=b2-a2=R(cosθ-cosβ)

球體部的實際軸向位移長度a2為

a2=b2-Δa2=b2-R(cosθ-cosβ)

由于軸向尺寸的變化，使得零件徑向尺寸也隨之發生變化，錐體徑向尺寸的變化量Δdl為

Δdl=2BC=2[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

所以錐體部最大直徑d1max為

dlmax=d-Δdl=d-[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

同理球體部徑向尺寸的變化量Δad2為

Δad2=2R[sinβ-sinθ]

所以球體部最小直徑d2min為d2min＝2Rsinβ

由此可得結論:圖1.4

對于錐體接球體類零件的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑的存在，使得被加工零件的軸向尺寸、徑向尺寸均發生變化;且錐體部軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨體斜角的增大而增大;球體部軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨刀尖零件切點處與軸線間夾角的增大而增大;其徑向尺寸的變化量為：錐體部大端的徑向尺寸隨刀尖圓弧半徑的增大而減小，隨錐體斜角的增大而減小;球體部小端徑向尺寸隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨刀尖零件切點處與軸線間夾角的增大而增大。所以加工中應隨之變換其位移長度。

同理可得加工凹球面、內球面與錐體部相接時軸向尺寸、徑向尺寸的變化量及其位移長

度。此處略。

5.誤差的消除方法

消除方法(1)：編程時，調整刀尖的軌跡，使得圓弧形刀尖實際加工輪廓與理想輪廓相符。即通過簡單的幾何計算，將實際需要的圓弧形刀尖的軌跡換算出假想、刀尖的軌跡。

消除方法(2)：以刀尖圓弧中心為刀位點編程步驟如下:

繪制件草圖以刀尖圓弧半徑r和工件尺寸為依據繪制刀尖圓弧運動軌跡計算圓弧中心軌跡特征點編程。

在這個過程中刀尖圓弧中心軌跡的繪制及其特征點計算略顯繁瑣，如果使用CAD軟件中等距線的繪制功能和點的坐標查詢功能來完成此項操作則顯得十分方便。

另外，采用這種方法加工時，注意以下兩點:

1.檢查所使用刀具的刀尖圓弧半徑的r-值是否與程序中的r值相符；

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關鍵詞:數控車床進給系統機構

Abstract

Thisarticlemainlytoldtheresearch,thedesigningandtransformationonthelongitudinalmotionsystemandtracklubricationmechanismofCA6140economicmediumprecisionNCmachine.ThearticlemadeabrilliantexpositiononthedesigningandtransformationschemeofthelongitudinalmotionsystemandtracklubricationmechanismofNCmachine.Thearticlealsoexposedbrilliantlythemechanism’smailparts:theball-racebearing,theservo-electricmachine,thecouplingandsoon.Doingthedesignisforthesakeofimprovingthesiteprecision,duplicatesiteprecisionandtransformatingtheLongitudinalmotionsystem.Soitcanworkcredibility,meettherequestofeverypropertynorm,cometotheexpectedconsequence,andfulfilltherequireofdesignassignmentlist.Besides,theauthorhasdesignedanddrawedallofmechanism’parts,andalsodrawedtheassemblechart.Thismechanismissimpleandreliable,itcanapplytoeverysimilarNCmachine.

Keywords:NCmachineLongitudinalmotionsystemTracklubricationmechanism

數控機床簡介

數控機床是一種高科技的機電一體化產品,是綜合應用計算機技術、精密測量及現在機械制造技術等各種先進技術相結合的產物。數控機床作為實現柔性制造系統、計算機集成制造系統和未來工廠自動化的基礎已成為現在制造技術中不可缺少的生產手段,是機電一體化技術的重要組成部分。隨著科學技術的迅速發展,數控技術的應用范圍日益擴大。數控機床已成為現在機械制造業中的主要技術裝備。

四．經濟型數控車床的改造

縱橫向進給系統原機床掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠,光杠等全部拆除,縱、橫向以伺服電機作為驅動元件,經一級齒輪減速轉矩增大后,由滾珠絲杠傳動。縱向進給機構：縱向伺服電機為P20B200DxS，2.0的交流伺服電機,滾珠絲杠仍利用原絲杠位置,其螺母副通過托架安裝在床鞍底部,滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承,與床身尾部步進電機相聯接。伺服電機經減速后,減速器輸出軸用套筒聯軸器與絲杠直接聯接,這種結構簡單,徑向尺寸小,可防止被聯接軸的位移和偏斜所帶來裝配困難和附加應力。

改造后的數控機床應有以下發展方向：單一的數字控制應向數控中心發展，數控機床總體布局更加合理，機床控制系統的控制和運算功能更進一步加強，機床的伺服系統采用交流數字伺服系統代替直流伺服系統，編程更趨合理化，加工工藝更趨簡單化90%機床的檢測和監控系統要能實現自動化。

隨著科學技術水平和人類生活水平的提高，對機械產品的質量要求越來越高，產品品種越來越多，中大批量的產品需求越來越少，而單件小批量生產模式迅速增加。作為實現單件小批量加工自動化的數控機床，由于其突出的優點而得到廣泛應用。目前,國外數控機床的性能正朝著高精度、高效率、高柔性、高自動化方向迅速發展,這將對數控機床機械結構設計和制造的質量和可靠性提出更高的要求。“十五”期間,我國機械制造行業必須瞄準國際數控機床發展的科學前沿,開拓創新,消化吸收國外先進技術,開創我國數控機床設計和制造技術的新局面。

總體設計方案論證

數控車床的進給系統包括橫向進給系統(X軸)和縱向進給系統(Z軸),它們是由伺服電機經同步齒形帶傳動,驅動滾珠絲杠螺母副機構,來實現刀架的運動。根據GB/T16462-1996《數控臥式車床精度檢驗》,機床的位置精度包括重復定位精度、反向偏差和定位精度。當機床的中心距DC=3000mm時,其重復定位精度X軸0.0075mm,Z軸0.010mm;反向偏差X軸為0.006mm,Z軸為0.012mm;定位精度X軸為0.035mm,Z軸為0.040mm。可以看出,進給軸設計與主軸設計相比,具有相同的重要性。因而,進給軸的設計應從動、靜兩方面充分考慮,位置精度才能達到該標準的要求。在數控車床進給系統的設計中,根據橫向、縱向的不同精度要求,不同移動質量及轉動慣量等特點,分別解決設計中的主要矛盾。以期望設計結果能滿足各項性能指標的要求,達到預期的結果,即滿足設計任務書的要求。

驅動元件：

各種數控機床加工的對象不同，工藝要求不同，所以對進給驅動的要求不盡相同，但基本要求是一樣的，大致有四個方面。

（1）高精度使用數控機床主要是解決零件加工質量的穩定性，一致性，減少廢品率；解決復雜空間曲面零件的加工；解決復雜零件的加工精度，縮短制造周期等。為了滿足這些要求，必須保證數控機床的定位精度和加工精度。要求定位精度和輪廓切削精度能達到機床要求的指標。在位置控制中要求有高的定位精度，而在速度控制中，要求有高的調速精度，強的抗負載擾動的能力，即靜態和動態速度降盡可能小。

（2）快速響應為了保證輪廓切削形狀精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。

（3）調速范圍寬在各種數控機床中，由于加工用刀具，被加工零件的材質及加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求進給驅動必須具有足夠寬的調速范圍。

（4）低速大轉矩根據機床的加工特點，大都是在低速進行重切削，即在低速時進給驅動要有大的轉矩輸出。

附件清單

1.畢業設計任務書1份

2.畢業設計說明書1份

3.總裝圖CK000A31份

4.進給系統裝配圖CK001A01份

5.機構裝配圖CK002A11份

6.床鞍零件圖CK124A11份

7.電機支座零件圖CK117A11份

8.螺母支架零件圖CK110A21份

9．連接軸零件圖CK101A31份

10．面板零件圖CK102A31份

11．端蓋零件圖CK106A31份

12．法蘭零件圖CK108A31份

13．滾珠絲杠副零件圖CK112A31份

14．支座零件圖CK114A31份

15．墊圈零件圖CK103A41份

16．套筒零件圖CK104A41份

17．連接法蘭零件圖CK105A41份

18．側板零件圖CK107A41份

19．法蘭零件圖CK109A41份

20．法蘭零件圖CK111A41份

21．法蘭零件圖CK113A41份

22．小端蓋零件圖CK115A41份

23．防護罩零件圖CK116A41份

24．錐銷零件圖CK118A41份

25．連接管零件圖CK119A41份

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一、問題的提出

數控車削加工主要包括工藝分析、程序編制、裝刀、裝工件、對刀、粗加工、半精加工、精加工。而數控車削的工藝分析是數控車削加工順利完成的保障。

數控車削加工工藝是采用數控車床加工零件時所運用的方法和技術手段的總和。其主要內容包括以下幾個方面：

(一)選擇并確定零件的數控車削加工內容；(二)對零件圖紙進行數控車削加工工藝分析；(三)工具、夾具的選擇和調整設計；(四)切削用量選擇；(五)工序、工步的設計；(六)加工軌跡的計算和優化；(七)編制數控加工工藝技術文件。

筆者觀察了很多數控車的技術工人，閱讀了不少關于數控車削加工工藝的文章，發現大部分的使用者采用選擇并確定零件的數控車削加工內容、零件圖分析、夾具和刀具的選擇、切削用量選擇、劃分工序及擬定加工順序、加工軌跡的計算和優化、編制數控加工工藝技術文件的順序來進行工藝分析。

但是筆者分析了上述的順序之后，發現有點不妥。因為整個零件的工序、工步的設計是工藝分析這一環節中最重要的一部分內容。工序、工步的設計直接關系到能否加工出符合零件形位公差要求的零件。工序、工步的設計不合理將直接導致零件的形位公差達不到要求。換言之就是工序、工步的設計不合理直接導致產生次品。

二、分析問題

目前，數控車床的使用者的操作水平非常高，并且能夠獨立解決很多操作上的難題，但是他們的理論水平不是很高，這是造成工藝分析順序不合理的主要原因。

造成工藝分析順序不合理的另一個原因是企業的工量具設備不足。

三、解決問題

其實分析了工藝分析順序不合理的現象和原因之后，解決問題就非常容易了。需要做的工作只要將對零件的分析順序稍做調整就可以。

筆者認為合理的工藝分析步驟應該是：

(一)選擇并確定零件的數控車削加工內容；(二)對零件圖紙進行數控車削加工工藝分析；(三)工序、工步的設計；(四)工具、夾具的選擇和調整設計；(五)切削用量選擇；

(六)加工軌跡的計算和優化；(七)編制數控加工工藝技術文件。

本文主要對二、三、四、五三個步驟進行詳細的闡述。

(一)零件圖分析

零件圖分析是制定數控車削工藝的首要任務。主要進行尺寸標注方法分析、輪廓幾何要素分析以及精度和技術要求分析。此外還應分析零件結構和加工要求的合理性，選擇工藝基準。

1.選擇基準

零件圖上的尺寸標注方法應適應數控車床的加工特點，以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法既便于編程，又有利于設計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統一。

2.節點坐標計算

在手工編程時，要計算每個節點坐標。在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義。

3.精度和技術要求分析

對被加工零件的精度和技術進行分析，是零件工藝性分析的重要內容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基礎上，才能正確合理地選擇加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量等。

(二)工序、工步的設計

1.工序劃分的原則

在數控車床上加工零件，常用的工序的劃分原則有兩種。

(1)保持精度原則。工序一般要求盡可能地集中，粗、精加工通常會在一次裝夾中全部完成。為減少熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，則應將粗、精加工分開進行。

(2)提高生產效率原則。為減少換刀次數，節省換刀時間，提高生產效率，應將需要用同一把刀加工的加工部位都完成后，再換另一把刀來加工其他部位，同時應盡量減少空行程。

2.確定加工順序

制定加工順序一般遵循下列原則：

(1)先粗后精。按照粗車半精車精車的順序進行，逐步提高加工精度。

(2)先近后遠。離對刀點近的部位先加工，離對刀點遠的部位后加工，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。此外，先近后遠車削還有利于保持坯件或半成品的剛性，改善其切削條件。

(3)內外交叉。對既有內表面又有外表面需加工的零件，應先進行內外表面的粗加工，后進行內外表面的精加工。

(4)基面先行。用作精基準的表面應優先加工出來，定位基準的表面越精確，裝夾誤差越小。

(三)夾具和刀具的選擇

1.工件的裝夾與定位

數控車削加工中盡可能做到一次裝夾后能加工出全部或大部分代加工表面，盡量減少裝夾次數，以提高加工效率、保證加工精度。對于軸類零件，通常以零件自身的外圓柱面作定位基準；對于套類零件，則以內孔為定位基準。數控車床夾具除了使用通用的三爪自動定心卡盤、四爪卡盤、液壓、電動及氣動夾具外，還有多種通用性較好的專用夾具。實際操作時應合理選擇。

2.刀具選擇

刀具的使用壽命除與刀具材料相關外，還與刀具的直徑有很大的關系。刀具直徑越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形狀允許的情況下，采用盡可能大的刀具直徑是延長刀具壽命，提高生產率的有效措施。數控車削常用的刀具一般分為3類。即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。

(四)切削用量選擇

數控車削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主軸轉速S(或切削速度υ)及進給速度F(或進給量f)。

切削用量的選擇原則，合理選用切削用量對提高數控車床的加工質量至關重要。確定數控車床的切削用量時一定要根據機床說明書中規定的要求，以及刀具的耐用度去選擇，也可結合實際經驗采用類比法來確定。一般的選擇原則是：粗車時，首先考慮在機床剛度允許的情況下選擇盡可能大的背吃刀量ap；其次選擇較大的進給量f；最后再根據刀具允許的壽命確定一個合適的切削速度υ。增大背吃刀量可減少走刀次數，提高加工效率，增大進給量有利于斷屑。精車時，應著重考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高加工效率，因此宜選用較小的背吃刀量和進給量，盡可能地提高加工速度。主軸轉速S(r/min)可根據切削速度υ(mm/min)由公式S=υ1000/πD(D為工件或刀/具直徑mm)計算得出，也可以查表或根據實踐經驗確定。

三、結語

數控機床作為一種高效率的設備，欲充分發揮其高性能、高精度和高自動化的特點，除了必須掌握機床的性能、特點及操作方法外，還應在編程前進行詳細的工藝分析和確定合理的加工工藝，以得到最優的加工方案。

篇（7）

1 數控車床的基本原理

數控系統的主要一個特點就是可靠性高，發生故障的情況比較小，對環境的適應性比較強，無關是溫度還是適度強度，都有一定的適應性，內部電路比較復雜，要求想配套的數控車床控制系統緊密的聯系和運行。在車床加工之前，將被加工零件的信息，所需要達到的要求編寫程序輸入到控制端，數控裝置就會對接收到的信息進行分析和處理，根據處理的結果，會分配執行到各個裝置完成處理，并且按照要求的形狀和尺寸完成零件的加工任務。

我國今年來在數控裝置上面的水平逐漸升高，性能也有了很大的保障，故障的產生也減少了。對運行的壞境要求低，出現故障之后的維修費用也比進口的要低，所以相比進口的車床還是具有很高的性價比的。為了長久的使用，同時要考慮到儀器適合運行的時間，可以考慮搭配著數控系統整套都是國外進口；臺灣生產的控制系統加上國產的反應處理系統；這兩種情況，便于數字化的集中控制。

2 數控車床故障的排除

目前數控系統比較繁多，種類樣式各種各樣，但都是源自系統最初的要求和需要設計的，數控系統一般分為控制系統、伺服系統和位置測量系統，這三個部分有效的結合，完成一個完整的數控系統。在通電之前可以進行一些簡單的檢查，比如說打開車床的電控箱，檢查繼電器、接觸器等有沒有松動接觸不良的情況，再檢查電箱門，檢查各類接口的插座，如果有松動的情況一定要重新插緊，這樣才能保證接觸好運行穩。按照車床的說明書進行各個電路板的檢查，有錯誤的地方進行改正，確定沒有錯的情況檢查下一步；在相關的接線地方查看線路，有沒有線路的銅絲，每個端子都要旋具緊固一次，各個電機的插座都要擰緊，確保沒有松動；檢查電磁閥，需要手推動多次確保不會因為長時間沒有通電而運行不良，如果發現問題需要及時進行整理，并且做好記錄。

我國自主生產的車床具有這樣的特點：齒輪轉動級數高、剛度比較差，反向間隙大，這就造成了齒輪的不耐磨，如果改造之后還是采用原來的齒輪齒鏈的話，加工精度就會降低，并且使用的年限也要受損，能否帶動車床的運行還是個問題。也會造成車床需要經常的調整和維修，造成的維修維修費用也是比較高的，當齒輪的間隙大，超過了一定的補償數值就會需要進行維修或者是更換一個新的齒輪，同時也會增加事故的產生。如果采用了好的齒輪，那么滾動的摩擦小，齒輪的使用壽命也會增長，降低齒輪和滾軸之間的摩擦，也會降低事故的發生，維修費用也會降低。數控系統的操作面板，通過控制端口輸入到數控單元，通過各個原件的協調運作實行分工完成車床的任務。采用減速的機構，可以達到增大減少轉軸和齒輪的摩擦，還可以達到一定的沖擊力滿足車床的運行需要。在刀具的選擇上，可以采用方形或者是三角形的刀具，這樣就能夠避免因為切的寬度大，車床和齒輪收到的壓力大，容易損壞刀具或者是造成車床和零件不必要的損耗。在刀具的選擇上，盡量采用進口的刀具，比較耐沖擊，損耗小，壽命長，這樣就會提高切割的效率，并且費用和國產的刀具相當。數控改造的方式上面，需要高精度的產品要求，在系統上面可以選擇國產開發的技術，在刀具的選擇上面采用進口的刀具減少損耗和提高工作效率，這是一種比較理性的方案。

3 數控機床的經濟效益

選擇機床首先要考慮其實用性，明確需要什么樣子的車床，是否具有實用性，要掌握好機床的數據在規格和精度上面要特別的注意，生產的零件決定了所要選擇的機床的加工范圍，可以決定的指標有很多，定為精度和重復定位精度以及復雜的綜合加工。根據不同的功能選擇模板，同時不同的模板還具有不同的價錢和功能，合理的選擇有需要的功能，避免經濟上的浪費。在可以滿足功能上的使用的前提盡量選擇結構和功能都比較經濟使用性的，機床的選擇在同樣的型號中盡量減少錢的使用，這就能達到節省開支的效果。同時避免功能的太過強大造成的造作比較復雜，只需要根據所需要的功能進行選購。考慮車床的使用壽命還要考慮市場的占有率以及使用年頭多久會淘汰。

4 結論

通過對前文數控車輪車床存在的問題進行分析，可以看出來在當前使用的數控車輪車床的主要特點。車輪踏面鏇的質量直接影響著列車的行駛安全，也會要求檢修成本，如果車輛的行駛過程中，有儀器出現問題，檢修還有一定的費用。電路系統的不完備，給設備的檢修還帶來困難。數控機床的發展方向，必然是要向著pc等高端機的技術進行發展，向著高速化和高精度的方向來發展，數字化必然要取代人工的力量，向著自動化發展。如果能夠大力推行車輪踏面鏇技術，嚴格控制車輪踏面的加工數量，能夠降低維修的成本，減少事故的發生，保證又好又快運行。通過對前文出現問題進行分析，提出了初步的解決問題的方案，并且在實際的檢修中具體問題具體分析，出現的故障降低，取得較好的效果。并且事實證明了，采用更少的經濟成本，將普通機床改造成數控機床，將會為企業帶來更大的經濟成本。

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[5]張新義，主編.經濟型數控機床系統設計[M].北京：機械工業出版社，1994，7.

篇（8）

1 引言

隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術的逐漸發展，很多工業生產要求實現自動化控制的功能，都采用PLC來構建自動化控制系統，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優勢，如順序控制，可靠性高，穩定性好，易于構建網絡化和遠程化控制，以及實現無人值守等眾多優點。基于此，PLC技術逐漸成為工業電氣自動化控制的主要應用技術。

本論文主要結合數控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數控機床電氣化改造過程中基于PLC技術的應用，以及PLC技術在實現數控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。

2 數控機床的電氣化改造概述

2.1 數控機床的主要功能

數控機床是實現機械加工、制造和生產中應用的最為廣泛的一類機電設備。數控機床依托數控化程序，實現對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術，實現數控機床的電氣化改造，主要實現以下功能：

（1） 數控機床的所有電機、接觸器等實現基于PLC的自動化控制；

（2）數控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；

（3） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數，如加工參數、狀態參數等等；

（4） 結合上位機能夠實現對數控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。

2.2 電氣化改造的總體方案

結合上文對于數控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結合的自動化改造方案。該方案總體結構分析如下：

（1） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數控車床的生產組態畫面顯示，以及必要的生產數據的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠實現相關控制指令的下達，確保數控車床能夠自動完成所有切削加工生產任務。

（ 2）下位機采用基于PLC技術的電氣控制模式，由傳感器、數據采集板卡負責采集數控車床的生產數據、環境數據、狀態數據等所有參數，由PLC實現對相關數據的計算，并傳輸給上位機進行相關數據的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統還接收來自于上位機的控制指令，實現對數控車床的遠程控制。

（3） 對于數控車床最為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現電氣化和自動化的控制。具體實現方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現伺服運動控制，從而實現對數控車床進給運動的自動化控制。

3 數控車床電氣化自動控制改造的實現

3.1 系統改造結構設計

數控車床的電氣化自動控制改造，其整體結構如下圖1所示，其整體結構主要由以下幾個部分構成：

3.1.1 底層設備

底層設備主要包括兩個方面，首先是實現數控車床自動切削加工運轉等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數控車床的基本功能的穩定可靠的實現；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監測電機轉速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數據采集類設備為實現數控車床自動化控制提供了基礎數據源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數、狀態參數及其他檢測參數，通過內部程序的運算，判斷整個數控車床的工作狀態，并將其中的重點參數上傳到遠程控制終端進行數據的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執行器（比如電機）的控制，從而實現自動化控制的功能。

3.1.3 遠程控制終端

遠程控制終端主要是依賴于工控機實現的上位機數據管理和狀態監控，需要專門開發一套面向數控車床加工、生產和自動控制的軟件程序，以實現對數控車床的遠程化、網絡化、自動化控制，真正實現無人值守的功能。

基于PLC的數控車床電氣自動化改造框圖

3.2 PLC電氣控制系統的設計實現

本研究論文以CK6140普通數量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結構功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現14個系統輸入，9個系統輸出。結合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據對數控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數控車床電氣化改造。

4 結語

篇（9）

0前言

機械結構虛擬優化設計是以計算機建模和仿真技術為基礎，集計算機圖形學、虛擬現實技術、機械動力學、有限元分析、優化設計等技術為一體，由多學科知識組成的綜合系統技術，是機械結構動力學設計技術在計算機環境中數字化、圖像化的映射。本文分析了機械產品虛擬動態優化設計的一般過程，以數控車床關鍵部件一尾架為例，建立了三維可視化的有限元CAE模型，通過對模型進行結構分析，實現該部件結構的動態優化。

1機械結構虛擬動態優化設計過程

機械產品虛擬動態設計的一般過程是:先建立滿足工作性能要求的產品初始CAD模型(初步設計圖樣)，然后對產品結構進行動力學建模和動態特性分析，再根據工程實際情況，給出結構動態特性的要求或預定的動態設計目標，按結構動力學“逆問題”方法直接求解設計參數，或按結構“正問題”分析法，進行結構改進設計，直到滿足預期性能設計要求，從而獲得一個具有良好靜、動態特性的產品設計方案，如圖1所示。結構動態設計的主要內容包括:

(1)建立一個切合實際的結構動力學模型;

(2)選擇有效的動態優化設計方法。

2機械結構建模分析及優化實例

以數控車床關鍵部件尾架為例進行研究。數控車床動態設計是在“正問題”處理方法的基礎上進行的，數控車床共有零、部件800多個，其中對整機結構性能影響大的零、部件主要有以下幾個:床身、主軸箱、尾架等。為使整機具有良好的動態性能，必須對關鍵部件進行優化。為此，應先建立數控車床主要部件的幾何模型和滿足其動力學特征的有限元模型，進行動態分析，根據動態分析的結果對原部件結構設計的薄弱環節進行動力學修改和結構分析優化，最終得到一個具有良好靜、動態特性的產品設計方案。

數控車床的尾架安置在床身的尾架導軌上，并可沿此導軌調整其縱向位置。尾架套筒的錐孔裝有后頂尖，用以支撐工件。由于尾架頂尖與主軸箱卡盤的同軸度直接影響著車床加工零件的精度，因此，尾架的結構是否合理對保證車床加工高精度很重要。

如圖2為尾架系統的有限元模型，考慮到實際情況，將尾架導軌與兩導軌座作為一體處理，尾架體與導軌之間以互為接觸單元為主，每個導軌座均布4個全約束點，系統共有單元7 049個。得到尾架系統前三階振型如圖3(a)，3(b)，3(c)所示。表1列出了尾架系統計算頻率及振型特性。

由分析可知，該尾架系統剛度很弱，相當于簡支梁，是整機結構中非常薄弱的部分。綜合新車床的布局，考慮鑄造工藝性，尾架的導軌直接與床身一體，優化后的尾架由上下2部分組成，如圖4所示，其有限元模型如圖5所示。

建立改進尾架的有限元模型，系統共有2 210個體單元，對尾架上下2部分禍合12個節點，前三階固有振型如表2所示。

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1.數控車床工藝

對于一些傳統的加工在工藝上的變革來說，有一些定位和基準選擇的問題是比較明顯的。在對這些問題和差別進行了解之后，能夠對加工的質量問題進行保證，同時也能夠促進加工的順利進行。

在整體的數控加工過程中，會有一些設計基準和定位基準不相符合的問題出現，然而在工序基準和基本的測量基準問題上，卻是統一的。這樣就會杜絕一些尺寸鏈解所導致的誤差問題出現。對于一些數控的加工在基本的編制問題上來說，主要把各段的尺寸和形狀進行確定。確保形位公差和尺寸公差。所以即便是在基準沒有統一或者是重合的現象出現時，在對工件在精度方面的影響也是很小的。

對于定位的誤差來說，主要是由基準的誤差和不重合的誤差兩方面所構成。對于基準誤差來說，如果要進行一些批量的生產，那么在很大程度上對零件的影響是很大的。然而現實情況是對于數控的加工來說，在夾具頻繁使用的情況已經不是很多，對于一些零件來說，在基本的加工之前一定要有對刀的過程。主要是通過實際的表面來進行對刀處理，在具體的加工中，也很少有換位和裝夾的現象出現。而且對于改革后的加工工藝來說，定位誤差也已經不是很關鍵。

1.1車床的基本加工對象。基本的數控車床加工對象有：粗糙度高的一些回轉體加工零件，精度比較高的加工零件，還有一些螺紋和表面比較復雜的零件等。

1.2車床加工的內容。待數控車床的合適加工零件選好之后，還要對所選擇的加工零件進行圖樣分析，對加工的技術和內容進行明確。把加工的零件方案確定下來，還有工藝的加工路線，以及程序的調整和工序的設計等都要進行確定。

1.3車床加工在路線方面的擬定。作為工藝的重要規程來說，工藝在路線方面的擬定也是非常重要的加工內容。基本包括了：加工的基本方法，不同的加工階段，工序的安排和劃分等。

1.3.1車床加工方法上的選擇。對于不同的數控車床來說，都有不同的加工方法，根據不同的零件加工在粗糙，精度，形狀和材料尺寸上的不同選擇來決定，來選擇合適的加工方案和方法。

1.3.2不同階段的加工劃分。對于半精細的加工階段來說，主要的目的就是在加工的表面有一定的精度要求，還要留出多少不一的精加工剩余量；對于粗加工的那一階段來說，主要是把一些毛坯上的多余部分切除，這樣經過加工后的毛坯無論是在尺寸上還是在形狀上都能夠和零件的成品比較接近。對于一些精加工來說，主要是為了能夠確保表面所規定的精度尺寸和一些粗糙度方面的要求。最后的目的就是為了能夠從整體上來確保加工完成后的質量問題。對于一些純粹的加工來說，在對零件的表面粗糙度和零件精度的要求上，就要進行必要的光整來進行加工。最后的目的就是為了能夠減小粗糙度，從整體上來提高尺寸的精度。

1.3.3工序劃分的基本原則。主要有兩種，第一種是工序的分散劃分原則，主要是把工序分散在工序比較多的地方進行加工，但是在工序的主要加工內容上卻極少。第二種就是工序集中的基本原則，主要是指在不同的工序中，要有很多不同的加工內容進行選擇，在環節上減少工序的總數。

2.數控車床在加工工藝的分析

2.1圖紙的尺寸要為編程服務。 對于數控的加工圖紙來說，基本的都是提供了坐標的尺寸，還有的就是用同一個標準來確定尺寸。對于手工的基本編程來說，對于每個節點上的坐標都要清晰的計算，在整個自動編程的過程中，對于一些零件的構成上要做出定義。

2.2機構的工藝性和數控特點相符。對于零件來說，在尺寸和類型上，最好是用統一的，這樣就可以減少換刀和刀具規格的次數，從簡單上來說，可以對編程的過程起到簡化的作用。對于數控加工來說，最好是用一定的基準來進行定位。避免由于工件在加工過程中由于安裝所造成的一些形位錯誤。在零件的加工精度上進行分析，對于一些形位的公差，尺寸的公差，都要得到具體的精確保證，看是否有一些多余的尺寸或者是其他的一些能夠給工序安排造成影響的問題等。

總結：

我國的數字控制技術也被大范圍的應用在各個領域。在對數控車床的工藝總結基礎之上，通過一些具體的實例，來對數控車床的零件加工進行分析。對于數控的加工來說，工藝的設計環節是編程中比較關鍵的，其本身的合理性也影響到了零件加工后的質量問題，還有使用效率問題上。所以要選擇一些高效又合理的加工路線和工藝方法。對數控程序的質量進行嚴格的把關，從整體上提高加工的效率和質量問題，而且對經濟效益的提高也有重要的現實意義。參考文獻：

[1]徐敏. 基于Pro/E和VERICUT的虛擬數車床建模與仿真應用[D].浙江工業大學,2012(05)

[2]李慶興.異型軋輥數控車床切削進給系統的設計理論及其關鍵技術研究[D].河北工業大學,2009(06)