C6150普通车床主传动系统的数控改造

1、摘 要随着科学技术的迅猛发展,数控机床已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。采用经济型数控系统对普通机床进行数控改造,尤其适应我国机床拥有数量大,生产规模小的具体国情。本文对C6150普通车床数控化改造进行了深入研究,包括对机床关键部件参数的计算、对机床主传动系统结构的设计、对机床改造方案优化选择、选择合适的机床伺服系统,以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。经过改造后的机床已达到预期的功能和精度,完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制,提高了原机床的生产效率。降低了劳动强度。关键词：普通车床,数控技术,数控化改造AbstractWith the rapid devlopment of science and technology, CNC is becoming an important symbol to measure a country,s machinery manufaucturing level .Using economic numerical control system to transform General machine tools, a

2、dapts to our country which has large number General machine tools and is small scale production.The paper studied thoroughly the retrofitting technology on C6150 universal lathe ,including thecomutating of parameters of key components, the design of lathe structure ,optimization of the retrofitting scheme,as well as matters needing attention of reform in detail ,etc.The result shows that the machine tools achieveed expected function and precision after retrofitting ,the machine can sufficienfly

3、execute automatic control on outside diameter taper screw ends etc, it important the production rate of the machine and decreases the labor stress from the operator.Key words: Unversal Lathe Numerical Technology Numerical Control Transformation / 目 录1 绪论11.1概述11.1.1国外数控机床的发展状况11.1.2 国外数控机床改造的状况21.1.3机床数控化改造的优点31.1.4 机床数控化改造的必要性和可能性41.2 本课题的目的和意义52 CA6150普通车床主传动系统数控化改造62.1 C6150车床简介62.1.1 原机床功能62.1.2 原机床精度62.1.3 原机床的主要技术参数72.1.4 原机床的传动系统82.1.5 普通车床的数控化改造82.2 总体方案的确定92.3 数控机床主传动系统92.3.1 概述92.3.2 与

4、普通机床比较,数控机床主传动系统具有下列特点:102.3.3 数控机床主传动系统配置方式102.3.4 主传动系统可按不同的特征来分类122.4 数控改造对机械传动系统的要求132.5 无极变速传动链的设计132.5.1 主运动参数计算132.5.2 主轴最大切削功率及电动机的确定142.5.3 主传动系统的设计162.5.4 确定各级传动副齿轮的齿数182.5.5 轴及齿轮计算转矩的确定202.5.6 各齿轮副模数计算212.5.7 各轴间中心距的计算232.5.8 确定各轴最小直径232.5.9 齿轮参数的计算243 主轴组件的设计263.1 主轴组件的基本要求263.2 主轴283.2.1 主轴的构造283.2.2 主轴的材料和热处理283.2.3 主轴的技术要求293.3 主轴部件轴承的配置303.4 主轴主要结构参数的确定363.5主轴组件校核373.6主轴脉冲编码器的加装424 刀架及导轨部分的改造设计444.1刀架改造设计444.1.1 电动刀架的选择444.1.2 电动刀架的工作原理及控制444.1.3 电动刀架的安装464.2 机床尾座的改造设计464.3 机床导轨部

5、分的改造设计474.3.1 聚四氟乙烯基软带的主要性能474.3.2聚四氟乙烯基软带的粘接工艺484.4 伺服驱动系统的选择494.5 数控改造的控制方式选择504.5.1 步进电机拖动的开环方式504.5.2 交/直流伺服电机拖动,编码器反馈的半闭环数控方式514.5.3 异步电动机或直流电动机拖动,光栅测量反馈的闭环控制方式51结束语53致 谢54参考文献551 绪论1.1概述1.1.1国外数控机床的发展状况1946年第一台计算机在美国诞生,1952年世界第一台数控机床也在美国诞生,用于三轴镗铣床的加工,自此,数控机床的发展紧随着微电子技术和计算机技术的发展而发展,近60年来,数控机床经历了两个阶段,六个时代的发展过程。第一阶段叫逻辑数字控制阶段,其经历了电子管、晶体管和小规模集成电路三个时代；第二阶段计算机数字逻辑控制阶段,其经历了小型计算机、微处理器和PC机三个时代。目前世界上数控机床每隔2-3年就发展一代,日本、美国、德国、西班牙等国家在数控机床的研制、开发方面走在世界的前列,其中德国SIEMENS系列、日本FANUC系列、西班牙FAGOR系列、美国CINCINNATI系列以

6、其高的的可靠性和卓越的性能在世界各地赢得了用户的青睐。进入八十年代以来,市场竞争激烈,产品更新换代极为迅速,规模生产效益显著,而且随着航空工业、汽车工业以及轻工业生产的高速增长,复杂型面零件越来越多,对精度要求越来越高,这就迫切要求加工这些零件的机床向高度柔性的数控机床方向发展,其在加工设备中所占比例越来越高,其拥有量是衡量一个国家工业水平的标准。因此,世界其他各国也在大力开发机械制造自动化技术。我国从1958年开始数控机床的研制,其主要工作是剖析国外数控机床。70年代中期,由于电子元器件的质量和制造工艺水平差,致使国产数控机床的稳定性和可靠性未从根本上得到解决。另外售价也贵,未能及时推广。我国数控机床从八十年代重新开始起步发展,到1993年产量已增长1828倍,产值数控化率从1%增到12%。数控机床生产逐渐形成批量,开始出现了一批以研究所为龙头的机床厂。主要生产BF7、BF3、MTC-1等数控系统,后来又组建了许多经济型数控系统的生产厂家,如：华中数控、大方股份等等。数控机床一方面向大型多功能方向发展；一方面向经济型方向发展。所谓经济型数控机床是指价格低廉,操作使用方便,适合我国国情

7、的装有数控系统的自动化机床。由此可见,我国在作为机械制造自动化的数控机床设备,无论是在品种上、质量上,还是在使用上,同世界先进水平比均有很大差距,这也是制约我国机械工业发展的重要因素。1.1.2国外数控机床改造的状况 数控机床的逐渐普及,数控系统的价格不断降低,使得旧机床进行数控化改造的优点更明显,促使越来越多的机械加工厂选择旧机床数控改造作为设备更新的途径。世界各国,包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司,翻新公司或改造公司,承担旧机床数控改造的任务,并成功地改造了一些大型和重型机床。德国的Schiess公司在1981年吧一台加工直径为19m的超重型立式车床改装成数控机床。该机床是1929年生产的,当时曾是世界上最大的机床,其改造容有：工作台导轨改装成静压导轨,承载能力增加了50%；主传动采用半导体可控硅控制,取代老式机组的传动刀架的滑动导轨改为滚动导轨；增加测量显示装置,配置数控系统等。该机床的全部改造费用仅为当时同类规格新机床价格1200万马克的28.9%,其中大修费用占7.9%数控改造费占20.8%。该公司还改造了一台最大直径为14m的超重型立式车床,全部改造费用为当时同

8、类规格新机床价格800万马克的19.1% 。 我国常柴股份公司曾改造一台仿形铣床,改造费用40万,节约投资近250万元,用其加工N485柴油机铸造用模具,每套外协加工费用270万元,不到三个月时间,此台仿形铣床完成了两套N485模具和20套空调模具的加工。根据常柴股份公司对已完成数控化改造的11台加工中心和1台仿形铣床投入运行后统计,新增产值达到3000多万元,取得了良好的经济效益。我国从八十年代初期开始进行数控化改造技术研究和推广,到现在已有三十多年的历史。这中间取得了不少经验,但失败的教训也不少。由于机床数控化改造工艺不完善,使得改造目前大都局限在中小型车铣床的数控改造上,这和工业发达国家的水平尚有很大差距。1.1.3机床数控化改造的优点采用国外先进工艺、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。 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,与新机床制造相比只

9、需要其1/10-1/15的时间,工期大大缩减,从而节约了成本,解决了生产急需。 3. 改造后的机床性能稳定可靠,机床应用围的到扩大,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累大型构件,只需修复或更换若干中小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累零件加工,极大地扩大了机床的应用围。 4. 经过数控改造,可以有效提高工件加工精度和声产效率。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0.035mm,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。 5. 可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。1.1.4机床数控化改造的必要性和可能性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、新附件,提高现有机床的技术性指标,是之全部或部分达到新数控机床的水平。机床数控化改造主要容有以下几点：其一 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。其二 NC化,在普通机床上加上数控显示装置,或加数控系统,改造成 NC机床、CNC机床。其三 翻新,为提高精度、效率和自动化程

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