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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目：CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造
總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
院 （系）：
專 業(yè)：
班 級(jí)：
學(xué)生姓名：
導(dǎo)師姓名： 職稱：
起止時(shí)間：
摘 要
眾所周知，制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動(dòng)國家技術(shù)進(jìn)步的力量。我國制造業(yè)較落后，想要改變此現(xiàn)狀就必須提高制造業(yè)裝備水平，特別是機(jī)床的數(shù)控化率。數(shù)控機(jī)床是屬于高新技術(shù)集成的機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，受到世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的高度重視。成為當(dāng)今世界機(jī)械加工設(shè)備中最引人注目的產(chǎn)品，但其價(jià)格昂貴。因此，普通車床的數(shù)控化改造成為熱點(diǎn)。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床CW6163的數(shù)控化改造。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)主要包括:主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造。而我主要是針對(duì)橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械改造。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
數(shù)控改造主要傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本。通過控制橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的傳動(dòng)效率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器再傳動(dòng)絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。
關(guān)鍵詞：車床 數(shù)控改造 聯(lián)軸器 滾珠絲杠
Abstract
As we all know, manufacturing is the basic of economy industries and pillar industries, is the power to promote the progress of technological of the State. China's manufacturing industry has fallen behind，if we want to change this situation we must improve the level of equipment manufacturing industry, especially in CNC machine tools rate. High-tech CNC machine tools are integrated mechatronics mechanical processing equipment, the world's industrialized countries are highly valued of it. It has become the world's most remarkable mechanical processing equipment products, but the price is very expensive. Therefore, the lathe’s Transformation of NC has become a hot.
This design is about the common Lathe CW6163 transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design.
NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed.
Keywords: lathe , NC Transformation , Coupling ,Ball Screw
引言…………………………………………………………………………………..……- 1 -
1.緒論…………………………………………………………………..……….....……- 2 -
1.1數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)概述………………………………………….... …………..…….…- 3 -
1.1.1數(shù)控車床改造的意義…………………………………. …………..…...…..…- 3-
1.1.2普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)……………………………………….......…..…- 3 -
1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容………………………………………………..……...……- 5 -
1.2車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景……………………………………..…………. - 7 -
1.3車床數(shù)控改造的必要性與可行性…………………….……. …………..…...……- 9 -
2.車床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案…………………………………..…..………- 10-
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………..…….……- 10 -
2.2總體方案的論證…………………………………………. …………....…...……. - 10 -
2.3總體改造方案的確定………………………………………………..….…………- 10-
2.4機(jī)械部分的改造……………………………………………………..…….………- 11-
2.5橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………..…...………. - 11 -
2.5.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算………………………………………………..…..………- 11-
2.5.2切削力計(jì)算………………………………………………………..…………. - 11 -
2.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型………………………………..…….……- 12-
2.6.1滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)………………………………………………..………. - 12 -
2.6.2計(jì)算進(jìn)給牽引力………………………………………………………....……- 12 -
2.6.3計(jì)算最大動(dòng)載荷…………………………………………………..…………..- 13 -
2.6.4滾珠絲杠螺母副的選型…………………………………………..…………..- 14 -
2.6.5傳動(dòng)效率的計(jì)算…………………………………………………..…………..- 16 -
2.6.6剛度驗(yàn)算…………………………………………………………..…………..- 16-
2.6.7穩(wěn)定性校核………………………………………………………..…………..- 16 -
2.6.8滾珠絲杠副間隙的消除…………………………………………..…………..- 18 -
2.7定滾珠絲杠副支承所用軸承類型和規(guī)格……………………………..………….- 19 -
2.7.1選擇軸承類型……………………………………………………..…………...-19 -
2.7.2確定軸承內(nèi)徑……………………………………………………..…………..- 19-
2.7.3選擇軸承的規(guī)格代號(hào)……………………………………………..…………..- 19 -
2.7.4軸承所承受的最大軸向載荷……………………………………..…………..- 19 -
2.7.5軸承的壽命驗(yàn)算…………………………………………………..…………..- 20 -
2.8聯(lián)軸器的選擇…………………………………………………………..………….- 21 -
2.9電機(jī)的選擇與計(jì)算……………………………………………………..………….- 23 -
2.9.1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算……………………………………………..…………..- 23-
2.9.2電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算………………………………………..…………..- 24 -
2.9.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………..…………..- 28 -
2.10橫向滾動(dòng)直線導(dǎo)軌……………………………………………..………………...- 29-
2.10.1滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)…………………………………………..…………………- 29 -
2.10.2動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)……………………………………………..…………………- 30-
結(jié)論…………………………………………………………………………………..……- 33 -
致謝…………………………………………………………………………………..……- 34 -
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………..……- 35-
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引 言
數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好的解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密，批量小，多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的和、加工質(zhì)量。大幅度的提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床間隔較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。另外從目前國內(nèi)機(jī)床使用的現(xiàn)狀來看，普通機(jī)床擁有量巨大，在生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床相對(duì)于普通機(jī)床的優(yōu)勢(shì)較為明顯，而由于數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，所以有必要對(duì)普通機(jī)床加以數(shù)控改造，使之能完成數(shù)控機(jī)床能完成的部分生產(chǎn)任務(wù)。
我們這組的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床CW6163進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型改造，本車床主要由床身、床頭箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)、液壓、冷卻、潤滑等部分組成，本次本車床的設(shè)計(jì)主要分為三大部分：主運(yùn)動(dòng)部分、縱向（Z軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分和橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分。三部分由我團(tuán)隊(duì)三人分別完成。本人針對(duì)橫向進(jìn)給進(jìn)行機(jī)械改造。進(jìn)行完善CW6163結(jié)構(gòu)上先天性的不足。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作為我們?cè)诖髮W(xué)校園里的最后一堂課，它既是一次鍛煉也是一次檢驗(yàn)，它的目的在于：
1、?畢業(yè)設(shè)計(jì)屬于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課的延續(xù)，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。
2、?培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、精度設(shè)計(jì)、金屬工藝學(xué)、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。
3、?培養(yǎng)使用手冊(cè)、圖冊(cè)、有關(guān)資料及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力。
4、?提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。
大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，因此，我大膽的提出了對(duì)普通CW6163數(shù)控化改造。為我們中國制造業(yè)，盡一份力微薄的力量。用我們所學(xué)的知識(shí)為我們最后的考驗(yàn)做一份完美的答卷。
由于畢業(yè)設(shè)計(jì)是我的第一次綜合性設(shè)計(jì)，無論是設(shè)計(jì)本人還是經(jīng)驗(yàn)上的缺乏都難免導(dǎo)致設(shè)計(jì)的一些失誤和不足，在此，懇請(qǐng)老師和同學(xué)們給予指正。
1.緒 論
數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購買昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。
金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的一個(gè)主要設(shè)備。它擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器總制造量的40-60%。機(jī)床的計(jì)術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)和勞動(dòng)生產(chǎn)率。
金屬切削機(jī)床是人類在改造自然的長起生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。近些年來我國機(jī)床工業(yè)已取得很大成就。但和世界先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在大部分高精度和超密機(jī)床的性能還不能滿足要求。精度保持性也很差。特別是高效自動(dòng)化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。我國的技術(shù)人員素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展的需要。
通過寫這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用機(jī)械課程設(shè)計(jì)和其它課程地理論和實(shí)際知識(shí)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般能力，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了分析和解決問題的能力。
學(xué)會(huì)了從機(jī)械功能的要求出發(fā)，會(huì)合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算的工作能力。確定它的尺寸，形狀，結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝，使用，維護(hù)，經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力，機(jī)床設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門的要求和制造部門的可能，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，所進(jìn)行的創(chuàng)造性的勞動(dòng)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，使用部門對(duì)機(jī)床的要求也在不斷地提高，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)使用要求的條件，從而使機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造獲得了迅速的發(fā)展。
機(jī)床設(shè)計(jì)也是從低級(jí)到高級(jí)發(fā)展的。在開始設(shè)計(jì)機(jī)床的最初階段，主要考慮這樣兩點(diǎn)：首先，為了加工出一定形狀的工件，必需保證刀具與工件之間具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系；其次是機(jī)件要有足夠的強(qiáng)度。過了一段時(shí)間以后，又提出對(duì)機(jī)床幾何精度的要求。這時(shí)的機(jī)床設(shè)計(jì)與制造是在滿足機(jī)床幾何精度要求的前提下，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者用類比的方法進(jìn)行的，可統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
隨著科學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展和工藝水平的提高，尤其是先進(jìn)刀具的出現(xiàn)，使機(jī)床向高速，大功率的方向發(fā)展。因此，對(duì)機(jī)床的精度和生產(chǎn)率等方面要求也就越來越高。于是，又相繼提出了一些設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)必須考慮的問題，如機(jī)床的精度問題，剛度，抗?fàn)幮裕退龠\(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，熱變形，噪音，磨損等等。對(duì)于這些問題的研究主要是通過機(jī)床性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的。通過實(shí)驗(yàn)，分析它們的規(guī)律性，分析影響機(jī)床性能的主要原因和尋求解決問題的方法。這時(shí)的機(jī)床設(shè)計(jì)是以實(shí)物測(cè)試和模型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。與此同時(shí)，把技術(shù)科學(xué)中的理論應(yīng)用到機(jī)床設(shè)計(jì)中來，初步建立起機(jī)床的基礎(chǔ)理論。對(duì)于機(jī)床設(shè)計(jì)，顯著地提高了機(jī)床的性能。
近些年來，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，為機(jī)床設(shè)計(jì)提供了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，理論研究也進(jìn)入了新的階段，尤其是電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使機(jī)床設(shè)計(jì)開始進(jìn)入計(jì)算機(jī)輔助(CAD)和優(yōu)化的間斷。
通過寫這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件
1.1數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床是一種高效自動(dòng)加工機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床具有普通車床難以具備的特點(diǎn)。正因?yàn)樗倪@些特點(diǎn)，使它在制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
1、具有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性，能適應(yīng)不同零件的自動(dòng)加工。在數(shù)控機(jī)床上加工零件，一般借用通用工裝夾具，很少采用專用工裝夾具；當(dāng)改變被加工零件時(shí)，除更換刀具外，只需更改零件程序，而且編程工作可以離線進(jìn)行或邊編程邊加工。因而可大大縮短生產(chǎn)周期，有利于產(chǎn)品更新?lián)Q代。
2、具有高的生產(chǎn)效率。數(shù)控機(jī)床主機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做了較大的改變，加工是可以采用大切屑用量，加之換刀等輔助動(dòng)作的自動(dòng)化，與普通機(jī)床相比數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)率可以提高2~3倍。尤其是對(duì)一些復(fù)雜零件的加工，其生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。
3、具有高的加工精度，穩(wěn)定的加工質(zhì)量。由于數(shù)控機(jī)床是按照編寫的零件加工程序自動(dòng)加工，因而可以避免人為因素帶來的誤差。另外，由于數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了必要的措施以及機(jī)電結(jié)合的特點(diǎn)，使其本身精度比較高，而且又能利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償。因此，不但加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。
4、能夠完成普通機(jī)床難以完成或不能完成的復(fù)雜型面加工，如復(fù)雜型面模具、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。
5、工序集中，一機(jī)多用。數(shù)控機(jī)床，特別是帶有自動(dòng)換刀裝置的加工中心，一次裝夾后幾乎可以完成零件的全部加工。一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以代替數(shù)臺(tái)普通機(jī)床，節(jié)省了勞動(dòng)力以及工序間運(yùn)輸、測(cè)量和裝卡等輔助時(shí)間，同時(shí)也節(jié)省了廠房面積。
6、使生產(chǎn)環(huán)境得到改善，并可大大地減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。
7、可以實(shí)現(xiàn)精確的成本核算和生產(chǎn)進(jìn)度安排；可以大大減少在制品的數(shù)量，加速流動(dòng)資金周轉(zhuǎn)。因而有利于生產(chǎn)效率的提高。
8、是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)加工的重要設(shè)備，使發(fā)展生產(chǎn)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)的基礎(chǔ)。
1.2 數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀
我國的數(shù)控機(jī)床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國可供市場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床有 1500種，幾乎覆蓋了整個(gè)金屬切削機(jī)床的品種類別和主要的鍛壓機(jī)械。領(lǐng)域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅(qū)。這標(biāo)志著國內(nèi)數(shù)控機(jī)床已進(jìn)入快速發(fā)展的時(shí)期。
據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，近年來數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量持續(xù)地以年均增長超過30%的速度快速增長。2004 年其產(chǎn)量達(dá) 52000 臺(tái)以上，同比年增長40%，數(shù)控機(jī)床的消費(fèi)量約74000 臺(tái)，同比年增長32%。在數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平方面，由于市場(chǎng)需求的拉動(dòng)，中高檔數(shù)控機(jī)床的開發(fā)也取得了較大的進(jìn)展，在五軸聯(lián)動(dòng)、復(fù)合加工、高速加工、超精加工和數(shù)字化設(shè)計(jì)等一批關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，并形成了一批中檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化基地。
???但是，另一方面進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床數(shù)量也在逐年同步增加，而且進(jìn)口數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額的增長趨勢(shì)更快。2004年數(shù)控機(jī)床的進(jìn)口數(shù)量同比年增長30%，而進(jìn)口消費(fèi)額的增長卻達(dá)52%，從而導(dǎo)致國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場(chǎng)消費(fèi)額總額所占比例已不足30%。之所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象，其主要原因在于國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)技術(shù)和附加值高的高效精密和高性能大重型數(shù)控機(jī)床需求增長，要依靠進(jìn)口解決。
??? 從上世紀(jì)80 年代起，我國機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏，但對(duì)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床一直給予較大的關(guān)注，已具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在中、高檔數(shù)控機(jī)床方面，與國外一些先進(jìn)技術(shù)與產(chǎn)品仍存在較大差距，效率、精度和可靠性等方面均有明顯差距，相當(dāng)歐洲在上世紀(jì)90 年代中期水平，大部分處于技術(shù)跟蹤階段。
1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化需求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。這使得數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及主機(jī)結(jié)構(gòu)提出更高的要求。尤其是隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性、通信功能、人工智能和自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。歸納起來，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
高速度、高精度化
現(xiàn)代機(jī)床CNC系統(tǒng)多采用32位CPU，并向64位CPU發(fā)展，并且采用多微處理器并行技術(shù)，使運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力得到很大的提高。如FAND CF-1、FM-1、FS15系統(tǒng)，SIEMENS800系列的840C系統(tǒng)等，其主CPU都采用64位機(jī)，使插補(bǔ)運(yùn)算和快速進(jìn)給功能大為增強(qiáng)。64位簡(jiǎn)化指令集（RISC）微處理器告訴系統(tǒng)的采用，使運(yùn)算速度成倍增加，使復(fù)雜形狀零件的告訴、高精度加工成為可能。
與高性能CNC系統(tǒng)相配合，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用了交流數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的位置、速度和電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并采用現(xiàn)代控制理論，實(shí)現(xiàn)了不受機(jī)械負(fù)荷變動(dòng)影響的高速響應(yīng)伺服驅(qū)動(dòng)。
由于新型CNC系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的采用，使數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度和分辨率力得到很大提高，在100~240 m /min的進(jìn)給速度下其位移分辨力可達(dá)1μm在24m/min的進(jìn)給速度下其位移分辨力可達(dá)0.1μm，在2.4m/min的進(jìn)給速度下其位移分辨力可達(dá)0.01μm.
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床還充分利用CNC系統(tǒng)的補(bǔ)償功能（如反向間隙補(bǔ)償功能、螺距誤差補(bǔ)償功能及熱補(bǔ)償功能等）來提高其加工精度和動(dòng)態(tài)性能。
更高的可靠性
由于現(xiàn)代機(jī)床CNC系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。便于組織批量生產(chǎn)，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)代CNC系統(tǒng)大量采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，采用專用芯片及混合式集成電路，提高集成度，減少了元器件數(shù)量，降低了功耗，從而提高了可靠性。
通過完善的故障診斷功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬、軟件及外部設(shè)備的故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示及時(shí)排除故障；利用監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)發(fā)生超程、刀具損毀、過熱、干擾、斷電等各種意外自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)，從而保證了數(shù)控機(jī)床可靠的工作。
3、更完善的自動(dòng)編程技術(shù)
由于多維處理器并行技術(shù)的采用，使數(shù)控編程從離線編程發(fā)展到在線編程，即所謂的“前臺(tái)加工，后臺(tái)編程”。通過會(huì)話自動(dòng)編程系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了在線零件加工程序的編制，還可以根據(jù)機(jī)床性能、工件材料及零件加工要求自動(dòng)選擇刀具及最佳切削用量，生成工藝路線，并實(shí)現(xiàn)切削仿真，大大提高了對(duì)復(fù)雜型面編程的效率。
4、更高的通信功能
為了適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，適應(yīng)工廠自動(dòng)化規(guī)模越來越大的要求，為了使數(shù)控機(jī)床更易于進(jìn)入柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)交換能力和通信能力在不斷加強(qiáng)。目前，已通過配置的RS-232\RS-422串行接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)伺服、計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換。通過網(wǎng)絡(luò)接口可以方便的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。如SIEMENS公司的Sinumeric850/880系統(tǒng)設(shè)置有SINEC H1網(wǎng)絡(luò)接口和MAP網(wǎng)絡(luò)接口，通過網(wǎng)絡(luò)接口可將數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接到SIEMENS的SINEC H1網(wǎng)絡(luò)和MAP工業(yè)局域網(wǎng)中。FANUC公司的FANUC15系統(tǒng)也配置了類似的網(wǎng)絡(luò)接口，為了便于接入工業(yè)局域網(wǎng)，還可配置MAP3.0接口板。
5、智能化
計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)智能化的進(jìn)程。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的智能化主要體現(xiàn)在：
（1）將適應(yīng)控制應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，構(gòu)成適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)（AC—NC System）。在適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)中，把精細(xì)的程序的控制和連續(xù)的適應(yīng)調(diào)節(jié)結(jié)合起來，使系統(tǒng)的運(yùn)用達(dá)到最優(yōu)。其主要的追求目標(biāo)是：保護(hù)刀具和工件，適應(yīng)材料的變化；改善尺寸控制，提高加工精度，保持穩(wěn)定的質(zhì)量；尋求最高的生產(chǎn)率和最低的成本消耗；簡(jiǎn)化零件程序的編制，降低對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)和熟練程度的要求等。
（2）故障診斷的智能化，即數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置實(shí)時(shí)診斷軟件，在數(shù)控機(jī)床整個(gè)工作過程中進(jìn)行故障診斷并指導(dǎo)故障的排除。一旦發(fā)生故障，除采用停機(jī)措施，利用CRT進(jìn)行故障報(bào)警，提示故障發(fā)生的部位和原因外，還可與利用“冗余”技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，接通備用模塊，以滿足無人化工作環(huán)境的要求。在故障診斷中，除了采用專家系統(tǒng)外，還將模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用其中，取得了良好的效果。
(3) 刀具壽命自動(dòng)監(jiān)控檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。即利用紅外、聲發(fā)射（AE）、激光的檢測(cè)手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)工件超差，刀具損毀，及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償或更給備用刀具，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。
6、數(shù)控系統(tǒng)的開放化
隨著技術(shù)、市場(chǎng)、生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)諸多方面的快速變化，對(duì)數(shù)控機(jī)床，特別是數(shù)控系統(tǒng)提出許多更新、更高的要求，如：
(1) 為了適應(yīng)不斷出現(xiàn)的新加工需求，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具用更強(qiáng)的軟、硬件重構(gòu)能力，而且重構(gòu)成本要低，重構(gòu)周期要短；
（2）為了適應(yīng)未來車間面向任務(wù)和訂單的生產(chǎn)組織模式，使底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)的集成更為簡(jiǎn)便、有效，必須改變數(shù)控系統(tǒng)封閉型的設(shè)計(jì)模式；
（3）為了適應(yīng)機(jī)床制造廠的不同需要，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具有高度的模塊化，可重新配置、修給、擴(kuò)充和改裝，機(jī)床制造廠家和用戶可以方便地將自己的成熟技術(shù)集成到數(shù)控系統(tǒng)中；
為了適應(yīng)新需要，尋求一種新的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展模式已成必然。美國、歐洲、日本針對(duì)數(shù)控系統(tǒng)所面臨的問題和數(shù)控系統(tǒng)開放化的必然趨勢(shì)，在自動(dòng)化領(lǐng)域的開放式體系結(jié)構(gòu)上做了不少的研究工作。
第二章、數(shù)控機(jī)床改造的必要性及優(yōu)點(diǎn)
2.1 數(shù)控機(jī)床改造的必要性
數(shù)控機(jī)床可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密、小批幾多變零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，但是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用也受到了其它條件的限制。
（1）數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，不適用于中小型企業(yè)。
(2 ) 目前，各企業(yè)都用大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床代替不現(xiàn)實(shí)，投資巨大，而且代替下的機(jī)床會(huì)造成資源的浪費(fèi)。
（3）在國內(nèi)購置一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的狡猾周期比較長，必能滿足生產(chǎn)的急需。
要較好的解決上述問題，應(yīng)該把普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，在國外以發(fā)展成為一個(gè)新型的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，并用專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)。從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控化改造是必不可少的，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如日本的大企業(yè)中有26%機(jī)床經(jīng)過改造，中小型企業(yè)則是74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)公司為世界各地提供數(shù)控改造業(yè)務(wù)。我國是擁有300多萬臺(tái)機(jī)床的國家，而這些機(jī)床有大量是多年累積生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動(dòng)化程度低，想要在近幾年使用自動(dòng)化程度高的數(shù)控機(jī)床，不論是資金還是我國機(jī)床廠都是辦不到的。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。它適應(yīng)我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。
2.2 數(shù)控機(jī)床改造的優(yōu)點(diǎn)
數(shù)控機(jī)床改造一般是對(duì)普通機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工功能。器改造優(yōu)點(diǎn)有：
（1）從提高效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新加功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。
（2）適應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)。
（3）自動(dòng)化程度高，專業(yè)性強(qiáng)，加工精度高，生產(chǎn)效率高。
（4） 降低對(duì)工人技術(shù)水平的要求。
（5）數(shù)控改造費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好。
（6）數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。
1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容
車床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式如下：
1、進(jìn)給軸的改造
普通車床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運(yùn)動(dòng)；走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)光桿及溜板箱，獲得不同的進(jìn)刀量即X軸運(yùn)動(dòng)。普通車床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈分別代替，具體體現(xiàn)為：
Z軸：縱向電機(jī)→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。
X軸：橫向電機(jī)→減速箱（或聯(lián)軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。
改造后整個(gè)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。
(1) 滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式
普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng)。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.90～0.96；若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長、精度保持性好。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。
滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。
改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對(duì)有特殊要求的機(jī)床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導(dǎo)程在滿足機(jī)床改造后性能的前提下越小，對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。機(jī)床的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中絲杠副選P4級(jí)即滿足要求，特殊精密機(jī)床選P3級(jí)
甚至更高。
一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。
一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時(shí)的預(yù)拉伸量，否則會(huì)影響軸承壽命，同時(shí)也會(huì)因?yàn)轭A(yù)加負(fù)載得不易控制而增加電機(jī)的附加扭矩。
(2）機(jī)床導(dǎo)軌
普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤滑，充分保證其精度。
(3）電機(jī)與絲杠的聯(lián)接
在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來定。
3、刀架部分的改造
目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電動(dòng)，改造時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)其加以更換。
電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動(dòng)刀架，立式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價(jià)格相對(duì)較貴，改造中常用立式四工位電動(dòng)刀架。
4、潤滑部分的改造
老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動(dòng)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。
在對(duì)這些機(jī)床改造時(shí)一般都要對(duì)其潤滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，采用稀油集中定量、定時(shí)供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動(dòng)潤化兩種，在機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。
絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。
5、機(jī)床防護(hù)
機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。
局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。半防護(hù)是在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)，即增加擋屑裝置。全防護(hù)即在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)機(jī)床加以封閉，此種防護(hù)最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實(shí)際操作起來以前兩種最多，也最易操作。
1.2 車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景
隨著我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需更換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑。總體改造方案數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件，因此確定總體改造方案如下：
① 除原車床的橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)接；
② 橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及聯(lián)軸器安裝在床鞍的后部(相對(duì)操作者)；
③ 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。
產(chǎn)生與發(fā)展的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)
(1)我國現(xiàn)有的、數(shù)以萬計(jì)的陳舊、落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)我國是一個(gè)發(fā)展中國家，由于長期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為盡快改變我國機(jī)械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來，我們?cè)谄D難地發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極地引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。一方面與世界先進(jìn)機(jī)床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進(jìn)水平的各類機(jī)床；另一方面直接購進(jìn)了大量的各類機(jī)床。這一切都為我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了巨大的作用。
但是，機(jī)床長期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長期閑置，需要使用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動(dòng)； 由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10年，而我國大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。
這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。
(2)新進(jìn)的大批二手機(jī)床成為機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開放以來，許多企業(yè)引進(jìn)了一大批國外淘汰的舊機(jī)床，雖然有一部分尚能滿足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、資料及備件等因素，造成雖廉價(jià)購進(jìn)但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。
其中不乏有為改造后投入使用而引進(jìn)的舊機(jī)床和生產(chǎn)線。這里多數(shù)的二手機(jī)床只要再有適當(dāng)?shù)馁Y金投入，經(jīng)過大修改造即可發(fā)揮作用。
(3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力 對(duì)于機(jī)床擁有者來說，只需花費(fèi)購買相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%左右的價(jià)格。
對(duì)于機(jī)床大修改造業(yè)內(nèi)公司來說，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動(dòng)力。
(4)機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件 舊機(jī)床的大修、翻新、升級(jí)改造與購買新機(jī)床相比，具有下列優(yōu)勢(shì)：
①交貨期短。尤其是大型機(jī)床和特殊專用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。
?、谛阅芨€(wěn)定。各基礎(chǔ)件經(jīng)長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長期磨合。功能穩(wěn)定性可靠性好。
?、墼O(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在。
④可以更充分地體現(xiàn)用戶的意愿。用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。
?、莞欣谑褂门c維護(hù)。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力。
?、蘅梢愿斓孬@取最新的更實(shí)用的備件。
?、吖?jié)省大量投資。
?、嘟档屯顿Y風(fēng)險(xiǎn)。
(5)社會(huì)化、專業(yè)化趨勢(shì)是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路 舊機(jī)床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期必要和重要的行為，而且是一個(gè)企業(yè)長期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。
當(dāng)前，21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)改制、轉(zhuǎn)軌以進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，迅速融入國際競(jìng)爭(zhēng)。這就需要我們企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)集中全部力量面對(duì)這些挑戰(zhàn)。企業(yè)集團(tuán)化和集團(tuán)內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開發(fā)適銷對(duì)路產(chǎn)品，提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力；集中人力、財(cái)力、物力以提高本企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價(jià)值。因此，企業(yè)自身不可能再像過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下?lián)碛写蠖木S修隊(duì)伍。而設(shè)備維修改造的社會(huì)化、專業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢(shì)。
國外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國家已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場(chǎng)。而在我國，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來衡量還相距甚遠(yuǎn)。但是業(yè)內(nèi)有識(shí)之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會(huì)成長起來。
1.3 車床數(shù)控改造的必要性與可行性
數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，它的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強(qiáng)弱，具有超越其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國企業(yè)機(jī)械制造整體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。由于我國企業(yè)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進(jìn)口，企業(yè)承受不了巨額購置費(fèi)，且易受國外的控制，另外數(shù)控機(jī)械設(shè)備維修力量薄弱，進(jìn)口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，大部分進(jìn)口機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進(jìn)口后還沒使用就已因?yàn)楦鞣矫嬖虿荒苁褂玫鹊?。因此目前我國企業(yè)機(jī)床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機(jī)床，很難滿足企業(yè)高技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進(jìn)一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機(jī)床的功效和潛在價(jià)值，將大批傳統(tǒng)老式機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床是一種必然性和趨勢(shì)。
2 車床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案
本次改造的普通車床型號(hào)為CW6163。數(shù)控改造主要傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本。通過控制橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器再傳動(dòng)絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
將CW6163普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床
在過程中滿足以下幾點(diǎn)要求：、
1． 橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.001mm/脈沖
2． 進(jìn)給范圍：3-1000mm/min
快速進(jìn)給：1000-3000mm/min
3． 橫向進(jìn)給系統(tǒng)有微機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制系統(tǒng)兩軸聯(lián)動(dòng)
2.2 總體方案的論證
對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。
控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定
本設(shè)計(jì)中只對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行改造不對(duì)數(shù)控部分進(jìn)行改造。
2.3 總體改造方案的確定
CW6163車床主要用于對(duì)中型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。
數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。改造中需要解決的問題是：將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和電動(dòng)動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車床。根據(jù)CW6163車床的有關(guān)資料，確定總體方案為：
利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過I/O接口輸出給X軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)聯(lián)軸器后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過刀架控制器控制二相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。
2.4 機(jī)械部分的改造
機(jī)械制造業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。為此，各國的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢(shì)下的各種先進(jìn)制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。作為制造業(yè)核心的機(jī)床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。
(1)主傳動(dòng)系統(tǒng)，保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動(dòng)改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。
(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)改造 縱、橫向傳動(dòng)全部用滾珠絲杠（傳動(dòng)效率高，達(dá)到90%）。（拆除原有的掛輪系統(tǒng)、進(jìn)給箱、溜板箱、光桿），在溜板下加裝滾珠絲杠螺母托架，在滾珠絲杠的頭、尾部加裝接套、接桿及支承。
(3)刀架部分采用電動(dòng)自動(dòng)換刀。
2.5 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算
2.5.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算
步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過聯(lián)軸器后驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大托板上。用法蘭盤講步進(jìn)電機(jī)與機(jī)床大托板連接起來，保證同軸度，提高傳動(dòng)精度。
已知條件：
工作臺(tái)重量： W=300N
時(shí)間常數(shù)： T=30ms
滾珠絲杠導(dǎo)程： Lo=4mm
行程： S=390mm
脈沖當(dāng)量： =0.001mm/step
快速進(jìn)給速度： V=6m/min
橫向絲杠進(jìn)給速度： 0～2000mm／min
定位精度：
重復(fù)定位精度：
2.5.2切削力計(jì)算
由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》知
橫向進(jìn)給為縱向進(jìn)給的1/2-1/3，取1/2則切削力計(jì)算
= 1/2= 0.5×4200.768=2100.4N
在切斷工件時(shí)：
= 1/2= 0.5×2100.4=1050.2N
2.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型
2.6.1滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)
原機(jī)床經(jīng)過改造后成為數(shù)控機(jī)床在橫向縱向上的進(jìn)給速度有較高的要求，因此原機(jī)床的普通絲杠螺母副已經(jīng)滿足不了設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行替換。數(shù)控機(jī)床常選用滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母副摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)效率比普通絲杠更高，而且滾珠絲杠螺母副的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差甚小，有利于防止低速爬行現(xiàn)象和有利于提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度；采用預(yù)緊措施可以有效地消除其反向間隙，達(dá)達(dá)提高定位精度和傳動(dòng)剛度滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型、確定滾珠循環(huán)的方式、滾珠絲杠的預(yù)緊方式、其技術(shù)參數(shù)有公稱直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K、精度等級(jí)。
確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程
──刀架快速移動(dòng)速度，；
──電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠的傳動(dòng)比，?。?
──電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，；
所以由上式得
2.6.2計(jì)算進(jìn)給牽引力
橫向進(jìn)給為眼尾型導(dǎo)軌：
=K+（+W）
式中： K——顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，燕尾型導(dǎo)軌取K=1.4，
——為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.15～0.2，取=0.2，
W——工作臺(tái)作用在導(dǎo)軌上的重力。
=K+（+W）=1.15×1950.2+0.16×（2100.4+300）
≈1950.4 N
2.6.3計(jì)算最大動(dòng)載荷：
選用滾珠絲杠副是直徑時(shí)，必須保證在一定軸向力負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即為滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)載荷Q，由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可用下式計(jì)算：
式中：——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.1～1.5 ；
——硬度影響系數(shù)，取=1；
——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選=4mm；
L——壽命，以轉(zhuǎn)為單位，對(duì)于數(shù)控機(jī)床T=15000h；
n——絲杠轉(zhuǎn)速（r/min)；
==15r/min
==13.5(r）
=（N）
按精度要求，確定允許的滾珠絲杠的最小螺桿直徑：
（1）估算絲杠允許的最大彈性變形量
重復(fù)定位精度
定位精度
──最大彈性變形量。
已知：重復(fù)定位精度，定位精度
取兩種結(jié)果的最小值，所以絲杠允許的最大彈性變形量
（2）估算絲杠允許的最小螺紋底徑
——支承方式系數(shù)，一端固定另一端自由或游動(dòng)時(shí)為0.078，兩端固定或鉸支時(shí)取0.039；
——導(dǎo)軌靜摩擦力，；
——滾珠絲杠軸承支點(diǎn)間距離，。
2.6.4滾珠絲杠螺母副的選型
滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式，根據(jù)螺母的的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性也比單螺母的好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選用外循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。
滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊，雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。
根據(jù)已估算出的導(dǎo)程和預(yù)期動(dòng)載荷Q，并考慮滾珠絲杠的精度、成本以及估算參數(shù)等各種因素。
從滾珠絲杠尺寸系列表中找到額定動(dòng)載荷選用深圳市賽瑞德精工機(jī)械技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GD系列，選擇2504—3系列，公稱直徑=25mm,基本導(dǎo)