机床数控化改造课件

机床数控化改造技术机床数控化改造技术 主要学习内容：主要学习内容：机床数控化改造的意义机床数控化改造的意义 机床数控化改造的内容机床数控化改造的内容 如何进行机床数控化改造如何进行机床数控化改造机床数控化改造技术 主要学习内容：1 一、数控机床的优越性一、数控机床的优越性 数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。o o 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂等复杂 的零件。的零件。o o 可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高从而效率可比传统机床提高3 37 7倍。倍。o o 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要易，不再需要“修配修配”。o o 可实现多工序的集中，减少零件可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频在机床间的频繁搬运。繁搬运。o o 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。律功能，因而可实现长时间无人看管加工。一、数控机床的优越性2二、二、机床数控改造的意义机床数控改造的意义 1 1）节省资金。）节省资金。机床的数控改造同购置新机床相机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省比一般可节省60%60%左右的费用，大型及特殊设备尤为左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/31/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床买新机床60%60%的费用，并可以利用现有地基。的费用，并可以利用现有地基。2 2）性能稳定可靠。）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。效，几乎不会产生应力变形而影响精度。3 3）提高生产效率。提高生产效率。机床经数控改造后即可实现机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高加工的自动化效率可比传统机床提高3 3至至5 5倍。对复杂倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。二、机床数控改造的意义 3三、数控化改造的内容三、数控化改造的内容 1.1.恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；进行诊断并恢复；2.NC 2.NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成统，改造成NCNC机床、机床、CNCCNC机床；机床；3.3.翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的恢复原精度；对其不满足生产要求的CNCCNC系统以最新系统以最新CNCCNC进行更新；进行更新；4.4.技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。次的更新改造。三、数控化改造的内容 4四、四、数控系统的选择数控系统的选择 进给伺服系统主要有三种类型，改造时，应根据进给伺服系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。具体情况进行选择。a.a.步进电机拖动的开环系统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。该系统结构简单，调试步进电机、电液脉冲马达等。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。维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。b.b.交交/直流伺服电机拖动，光栅测量反馈的闭直流伺服电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统环数控系统 该系统比开环进给系统复杂，成本也高，该系统比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。对环境室温要求严。c.c.交交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统环数控系统 四、数控系统的选择 5五、改造步骤五、改造步骤 （一）方案制定（一）方案制定 1 1 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件 2 2 机械：保留、去掉、更换、增加机械：保留、去掉、更换、增加 3 3 电气：保留、去掉、更换、增加电气：保留、去掉、更换、增加 （二）设计（二）设计 （三）实施（三）实施 （四）验收（四）验收五、改造步骤6实例实例1：普通车床数控化改造：普通车床数控化改造实例1：普通车床数控化改造7机床数控化改造课件8机床数控化改造课件9一、改造方案一、改造方案 1 1 机械：保留、去掉、更换、增加机械：保留、去掉、更换、增加 2 2 电气：保留、去掉、更换、增加电气：保留、去掉、更换、增加 3 3 数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件数控系统：伺服系统方案、系统硬件、软件一、改造方案10典型的车床数控改造方案：典型的车床数控改造方案：u配置专用车床数控改造系统配置专用车床数控改造系统;u更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动;u采用步进电机驱动进给运动采用步进电机驱动进给运动;u配置脉冲发生器实现螺纹加工功能配置脉冲发生器实现螺纹加工功能;u配置自动转位刀架实现自动换刀功能。配置自动转位刀架实现自动换刀功能。u导轨改造导轨改造典型的车床数控改造方案：11一、机械部分注意：一、机械部分注意：脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动载荷、进给传动机构原理图、滚珠丝杆的支撑形式、螺载荷、进给传动机构原理图、滚珠丝杆的支撑形式、螺母形式。母形式。1.1.步距角、丝杆螺距、脉冲当量、传动比之间关系。步距角、丝杆螺距、脉冲当量、传动比之间关系。2.为什么齿轮变速？为什么齿轮变速？3.例如：某四相步进电机步距角例如：某四相步进电机步距角0.90、丝杆螺距、丝杆螺距5mm、4.若直接传动，脉冲当量若直接传动，脉冲当量=5/（3600/0.90）5.=0.0125mm6.若要求若要求=0.01mm7.加入传动比加入传动比i=0.01/0.01258.=4/5=40/50一、机械部分注意：脉冲当量、传动比、切削力、丝杆动载荷、进给122.2.切削力切削力F F、丝杆载荷、丝杆载荷 C C3.3.例：纵向机械传动部分，已知例：纵向机械传动部分，已知4.4.工作台重量工作台重量 G=600N G=600N5.5.时间常数：时间常数：T=25ms T=25ms6.6.丝杆螺距：丝杆螺距：5mm 5mm7.7.脉冲当量：脉冲当量：0.01mm0.01mm8.8.最大进给速度：最大进给速度：2m/min2m/min9.9.最大切削进给速度：最大切削进给速度：0.5m/min0.5m/min10.10.电机功率：电机功率：4.5KW 4.5KW切削力F、丝杆载荷 C13（1 1）切削力：）切削力：Pc=PK=4.50.80.96=3.456 Pc=PK=4.50.80.96=3.456（KW)KW)Fz=60Pc/v=603.456/100=2.0736(KN)Fz=60Pc/v=603.456/100=2.0736(KN)Fx=0.5Fz=1.0368(KN)Fx=0.5Fz=1.0368(KN)Fy=0.6Fz=1.24416(KN)Fy=0.6Fz=1.24416(KN)（2 2）最大动载荷）最大动载荷C C：Fm=KFx+f(Fz+G)Fm=KFx+f(Fz+G)=1.151036.8+0.16(2073.6+600)=1.151036.8+0.16(2073.6+600)=1620.096(N)=1620.096(N)n=1000v n=1000vs s/p/p0 0=10000.50.5/5=50(r/min)=10000.50.5/5=50(r/min)t=60nT/10 t=60nT/106 6=605015000/10=605015000/106 6=45(=45(万万r)r)（1）切削力：143 3、齿轮间隙调整：偏心套、齿轮间隙调整：偏心套3、齿轮间隙调整：偏心套151 1 1 1）滚珠丝杠的结构组成）滚珠丝杠的结构组成）滚珠丝杠的结构组成）滚珠丝杠的结构组成 滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部滚珠丝杠由丝杠、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内分组成。按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内循环方式和外循环方式两大类。循环方式和外循环方式两大类。循环方式和外循环方式两大类。循环方式和外循环方式两大类。4、丝杆组件、丝杆组件1）滚珠丝杠的结构组成 4、丝杆组件16a a 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，循环。外循环滚珠丝杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚道的平稳性。滚珠滚道的平稳性。b b 内循环：内循环均采用反向器实现滚珠循环，内循环：内循环均采用反向器实现滚珠循环，滚珠在循环过程中始终与丝杆保持接触，回路滚珠在循环过程中始终与丝杆保持接触，回路短、效率高、流畅性好、螺母尺寸小，但制造精度短、效率高、流畅性好、螺母尺寸小，但制造精度要求高。要求高。a 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的17a a 传动效率高、摩擦损失小。传动效率高、摩擦损失小。b b 运动灵敏，低速时无爬行。运动灵敏，低速时无爬行。c c 传动精度高，刚性好。传动精度高，刚性好。d d 滚珠丝杠螺母副的磨损很小，使用寿命长。滚珠丝杠螺母副的磨损很小，使用寿命长。e e 无自锁能力，具有传动的可逆性，故对于垂直使用无自锁能力，具有传动的可逆性，故对于垂直使用的丝杠，由于重力的作用，当传动切断时不能立即停的丝杠，由于重力的作用，当传动切断时不能立即停止运动，应增加自锁装置。止运动，应增加自锁装置。f f 滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的滚珠丝杠螺母副制造工艺复杂，滚珠丝杠和螺母的材料，热处理和加工要求与滚动轴承相同，且螺旋滚材料，热处理和加工要求与滚动轴承相同，且螺旋滚道必须磨削，因而制造成本高。道必须磨削，因而制造成本高。2)2)滚珠丝杠螺母副的特点滚珠丝杠螺母副的特点a 传动效率高、摩擦损失小。2)滚珠丝杠螺母副的特点183)3)滚珠丝杠螺母副的选择滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠螺母杠的选择包括其精度选择、尺寸规格滚珠丝杠螺母杠的选择包括其精度选择、尺寸规格(包括包括导程与公称直径导程与公称直径)、支承方式等几个方面的内容。、支承方式等几个方面的内容。应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠螺母副的精度，应该根据机床的精度要求来选用滚珠丝杠螺母副的精度，根据机床的载荷来选定滚珠丝杠的直径。根据机床的载荷来选定滚珠丝杠的直径。在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠螺在加工中心的设计中一般按额定动载荷来确定滚珠丝杠螺母副的尺寸规格，对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆母副的尺寸规格，对细长而又承受压缩载荷的滚珠丝杠作压杆稳定性核算；对转速高，支承距离大的滚珠丝杠螺母副作临界稳定性核算；对转速高，支承距离大的滚珠丝杠螺母副作临界转速校核；对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核；对数控机床，转速校核；对精度要求高的滚珠丝杠作刚度校核；对数控机床，需核算其转动惯量；对全闭环系统，需核算其谐振频率。需核算其转动惯量；对全闭环系统，需核算其谐振频率。台湾台湾AHKAHK滚珠丝杆滚珠丝杆,台湾璟腾台湾璟腾 GTEN GTEN 滚珠丝杆，台湾上银滚珠丝杆，台湾上银 hiwinhiwin滚珠丝杆，台湾滚珠丝杆，台湾TBITBI滚珠丝杆，台湾滚珠丝杆，台湾PMIPMI滚珠丝杆，中国滚珠丝杆，中国南京工艺滚珠丝杆，韩国南京工艺滚珠丝杆，韩国SBCSBC滚珠丝杆、日本滚珠丝杆、日本THKTHK滚珠丝杆、滚珠丝杆、日本日本NSKNSK滚珠丝杆，德国滚珠丝杆，德国STARSTAR滚珠丝杆等滚珠丝杆等 3)滚珠丝杠螺母副的选择 滚珠丝杠螺母杠的选择包括194)4)滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 目前常用的双螺母预紧结构形式有以下三种。目前常用的双螺母预紧结构形式有以下三种。a a 用锁紧螺母预紧用锁紧螺母预紧 11圆螺母圆螺母 2 2锁紧螺母锁紧螺母 4)滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧 目前常用的双螺母预20b b 修磨垫片调间隙修磨垫片调间隙 垫片调隙式滚珠丝杠螺母副垫片调隙式滚珠丝杠螺母副b 修磨垫片调间隙 垫片调隙式滚珠丝杠螺母副21c c c c 齿差式调整齿差式调整齿差式调整齿差式调整 1 1、55螺母螺母 2 2滚珠滚珠 3 3套筒套筒 44丝杠丝杠 6 6内齿圈内齿圈c 齿差式调整 1、5螺母 2滚珠 3套筒 422丝杆固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于丝杆固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小的短丝杆或者用于全闭环的机床，因为这种结构的机械行程小的短丝杆或者用于全闭环的机床，因为这种结构的机械定位精度是最不可靠的，特别是对于长径比大的丝杆（滚珠丝定位精度是最不可靠的，特别是对于长径比大的丝杆（滚珠丝杆相对细长），热变性是很明显的，杆相对细长），热变性是很明显的，1.5m1.5m长的丝杠在冷、热的长的丝杠在冷、热的不同环境下变化不同环境下变化0.050.10mm0.050.10mm是很正常的。是很正常的。5)5)支撑形式：支撑形式：丝杆固定端轴承同时承受轴向力和径向力，这种支承方式用于行程小23丝杆两固定端轴承都可以同时承受轴、径向力，这种支承方式，丝杆两固定端轴承都可以同时承受轴、径向力，这种支承方式，可以对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分可以对丝杆施加适当的预紧力，提高丝杆支承刚度，可以部分补偿丝杆的热变形。补偿丝杆的热变形。丝杆两固定端轴承都可以同时承受轴、径向力，这种支承方式，可以24 丝杆固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向丝杆固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杠自重而力，而且能作微量的轴向浮动，可以减少或避免因丝杠自重而出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由的向一端伸长。这种结出现的弯曲，同时丝杆热变形可以自由的向一端伸长。这种结构使用最广泛，目前国内中小型数控车床、加工中心等均采用构使用最广泛，目前国内中小型数控车床、加工中心等均采用这种结构。这种结构。丝杆固定端同时承受轴向力和径向力；支承端只承受径向力25两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，并加预紧力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力大并加预紧力。这种结构方式不能精确地预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度转化而产生的设计时要求提高推力轴承的承载能小是由丝杠的温度转化而产生的设计时要求提高推力轴承的承载能力和支架强度。力和支架强度。两端装推力轴承，为使丝杠具有最大的刚度的两端可用双重支承，并26 成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷。置则可承受任一方向的轴向载荷。这种类型的轴承这种类型的轴承一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度。高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度。成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向27机床数控化改造课件28为了安装后有预压过为了安装后有预压过盈，套圈和钢球处于盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，轴向预加载荷状态，完成如下局部结构图。完成如下局部结构图。为了安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，完成如295.自动刀架自动刀架5.自动刀架306.编码器的安装编码器的安装 同轴安装、同轴安装、异轴安装异轴安装 6.编码器的安装317.常用联轴器常用联轴器7.常用联轴器32 塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数差值小；减振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有差值小；减振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自润滑作用；结构简单、维修方便、成本低等特点。自润滑作用；结构简单、维修方便、成本低等特点。塑料滑动导轨分为注塑导轨和贴塑导轨，导轨上的塑料滑动导轨分为注塑导轨和贴塑导轨，导轨上的塑料常采用聚四氟乙烯导轨软带和环氧树脂耐磨涂料。塑料常采用聚四氟乙烯导轨软带和环氧树脂耐磨涂料。8.导轨导轨 塑料滑动导轨具有摩擦因数低，且动、静摩擦因数差值小；33二、电气部分二、电气部分u 普通车床的电气控制电路分析普通车床的电气控制电路分析 CA6140 CA6140型普通车床的电气控制原理图，分为主电路、型普通车床的电气控制原理图，分为主电路、控制电路及照明电路三部分。控制电路及照明电路三部分。二、电气部分34CA6140电气控制原理图 1.1.主电路分析主电路分析 在主电路中，一共有三台电动机。在主电路中，一共有三台电动机。M1M1为主轴电动机，带动主为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；轴旋转和刀架作进给运动；M2M2为冷却泵电动机；用来输送切削液；为冷却泵电动机；用来输送切削液；M3M3为刀架快速移动电动机。为刀架快速移动电动机。接通三相交流电源开关接通三相交流电源开关Q Q，主轴电动机，主轴电动机M1M1由接触器由接触器KM1KM1控制起控制起动动,热继电器热继电器FR1FR1作过载保护，熔断器作过载保护，熔断器FUFU作短路保护，接触器作短路保护，接触器KM1KM1还还可作失压和欠压保护。冷却泵电动机可作失压和欠压保护。冷却泵电动机M2M2由接触器由接触器KM2KM2控制起动，热控制起动，热继电器继电器FR2FR2作为冷却泵电动机作为冷却泵电动机M2M2的过载保护。的过载保护。2.2.控制电路分析控制电路分析（1 1）主轴电动机）主轴电动机M1M1的控制。的控制。按下启动按钮按下启动按钮SB2SB2，接触器，接触器KM1KM1的线圈得电吸合，的线圈得电吸合，KM1KM1主触头闭合，主触头闭合，主轴电动机主轴电动机M1M1起动运行。按下按钮起动运行。按下按钮SB1,SB1,主轴电动机主轴电动机M1M1停转。停转。（2 2）冷却泵电动机）冷却泵电动机M2M2的控制的控制 由于主轴电动机由于主轴电动机M1M1和冷却泵和冷却泵M2M2在控制电路中采用顺序控制，所在控制电路中采用顺序控制，所以只有在主轴电机以只有在主轴电机M1M1运转情况下，即运转情况下，即KM1KM1常开触头闭合，冷却泵电常开触头闭合，冷却泵电动机动机M2M2得电才能起动。当得电才能起动。当M1M1停止运行时，停止运行时，M2M2自动停止。自动停止。（3 3）刀架快速移动电动机）刀架快速移动电动机M3M3的控制的控制 刀架快速移动电动机刀架快速移动电动机M3M3的起动是由安装在进给操纵手柄顶端的的起动是由安装在进给操纵手柄顶端的按钮按钮SB3SB3控制控制,它与交流接触器它与交流接触器KM3KM3组成点动控制环节。组成点动控制环节。3.3.照明、信号灯电路分析照明、信号灯电路分析 照明与信号灯电路，由控制变压器照明与信号灯电路，由控制变压器TCTC的二次侧分别输出的二次侧分别输出24V24V和和6V6V电压电压,作为机床照明灯和信号灯的电源。作为机床照明灯和信号灯的电源。ELEL为机床的低压照明灯为机床的低压照明灯,由开关由开关SA2SA2控制控制;HL;HL为电源的信号灯。合上电源总开关为电源的信号灯。合上电源总开关Q,HLQ,HL亮亮,表示表示机床控制线路电源正常。分别由机床控制线路电源正常。分别由FU4FU4和和FU3FU3作短路保护。作短路保护。CA6140电气控制原理图 1.主电路分析 接通三相交35u 改造后电气控制改造后电气控制 1.确定数控系统确定数控系统 改造后电气控制36机床数控化改造课件372.设计电控部分设计电控部分2.设计电控部分38机床数控化改造课件39机床数控化改造课件40机床数控化改造课件41机床数控化改造课件42机床数控化改造课件433.接线接线4.（1）采用独立配电，加稳压器采用独立配电，加稳压器5.（2）动力线与信号线分开动力线与信号线分开6.（3）CNCCNC与驱动器、驱动器与电动机直连与驱动器、驱动器与电动机直连7.（4）接地）接地8.4.机电联机调试机电联机调试9.（1）系统检查系统检查10.（2）手动检查各轴电机动作、原点、限位手动检查各轴电机动作、原点、限位11.（3）检查主轴运动检查主轴运动12.（4）编程加工试件编程加工试件接线44u X6132 X6132型万能升降台铣床型万能升降台铣床底底 座座床床 身身悬悬 梁梁主主 轴轴刀刀 杆杆挂挂 架架纵向工纵向工作台作台回转盘回转盘横向工横向工作台作台升降台升降台1、机床的组成、机床的组成X 6 1 32工作台宽工作台宽 度的度的1/101/10万能升降万能升降台铣床台铣床卧式铣床卧式铣床铣床铣床实例实例2：铣床数控化改造：铣床数控化改造 X6132型万能升降台铣床底 座床 身悬 梁主 轴刀 杆452、机床的传动系统、机床的传动系统制动装置制动装置主电动机主电动机主传动装置主传动装置垂直进给垂直进给主主 轴轴快速移动传动装置快速移动传动装置进给运动传动装置进给运动传动装置纵向进给纵向进给进给电动机进给电动机横向进给横向进给卧式升降台铣床传动框图卧式升降台铣床传动框图2、机床的传动系统制动装置主电动机主传动装置垂直进给主 轴快46（1）主运动）主运动 主电动机主电动机 （经三联传（经三联传动）动）（经三联齿轮组）（经三联齿轮组）（经（经二联齿轮组）二联齿轮组）使主轴共获得使主轴共获得1818级转速（级转速（3030 1500r/min1500r/min）（1）主运动47（2）进给运动）进给运动1 1）正常进给）正常进给进给电动机进给电动机 （经三联齿轮组）（经三联齿轮组）（经三联齿轮组）（经三联齿轮组）（经曲（经曲回机构）回机构）（M M1 1接合、接合、M M2 2脱脱开）开）MM5 5合合（纵向运动）（纵向运动）M M4 4合合（横向运动）（横向运动）MM3 3合合 （垂直运动）（垂直运动）（2）进给运动1）正常进给482 2）快速进给）快速进给进给电动机进给电动机 （M M2 2合、合、M M1 1开）开）MM5 5合合（快速纵向运动）（快速纵向运动）M M4 4合合（快速横向运动）（快速横向运动）MM3 3合合 （快速垂直运动）（快速垂直运动）2）快速进给49u 改造方案：改造方案：机械部分机械部分 数控系统部分数控系统部分 电气控制部分电气控制部分 改造方案：50(1)保留原机床的主轴旋转运动，工作台升降运动仍采用手动操保留原机床的主轴旋转运动，工作台升降运动仍采用手动操作，纵、横作，纵、横 向进给改造后既可机动进行复杂零件的计算机数控向进给改造后既可机动进行复杂零件的计算机数控加工，又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的加工，又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的对刀工作对刀工作(2)保留原机床纵向进给的机动部分，将离合器脱开去掉手轮。保留原机床纵向进给的机动部分，将离合器脱开去掉手轮。将手轮轴通过一对齿轮与步进电机相联用微机数控系统控制将手轮轴通过一对齿轮与步进电机相联用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时，将离合器脱开，使原来的机动进给停纵向进给运动。加工时，将离合器脱开，使原来的机动进给停止工作。止工作。(3)工作台横向运动方面。在原手轮安装位置。安装减速齿轮及工作台横向运动方面。在原手轮安装位置。安装减速齿轮及步进步进 电机。用微机数控系统控制横向进给运动。电机。用微机数控系统控制横向进给运动。因为改造后主要加工因为改造后主要加工 圆弧圆弧、凸轮一类平面曲、凸轮一类平面曲线的轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动线的轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制控制，工作台纵向，工作台纵向(轴轴)、横、横 向向(轴轴)及垂直方及垂直方 向向(轴轴)的运动的运动。分别。分别 由步进由步进 电动机经过电动机经过 一级齿轮一级齿轮减速减速 后后，由滚珠丝杠螺母副拖动。，由滚珠丝杠螺母副拖动。因为改造后主要加工 圆弧、凸轮一类平面曲线51(1)应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。床。(2)改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时予以补偿，改造，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。作为编程时参考依据。(3)应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙。齿轮全部采用双片薄应尽量消除齿轮副和丝杆副的间隙。齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除。除。(4)铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。衡。(5)滚动丝杆没有白锁能力，垂直坐标不能锁住工作台会自动滚动丝杆没有白锁能力，垂直坐标不能锁住工作台会自动下降可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到下降可采用超越离合器和摩擦离合器产生制动达到 自锁自锁(1)应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。521.机械部分机械部分2.（1）传动比传动比3.如：如：某铣床改造，其纵向进给步进电机步距某铣床改造，其纵向进给步进电机步距角角4.为为1.80，要求纵向脉冲当量为，要求纵向脉冲当量为0.01mm，丝杆，丝杆导导5.程为程为6mm，求传动比及齿轮齿数。，求传动比及齿轮齿数。6.（2）采用伺服电机、联轴器、丝杆直接传动改）采用伺服电机、联轴器、丝杆直接传动改造的进给机构，如要求最大进给速度为造的进给机构，如要求最大进给速度为20m/min、采用的滚珠丝杆导程为采用的滚珠丝杆导程为10mm，求所选用的伺服电，求所选用的伺服电机最大转速至少为多少？机最大转速至少为多少？机械部分53（2）切削力、丝杆最大动载荷切削力、丝杆最大动载荷（3）齿轮间隙调整：偏心套、周向弹簧调整）齿轮间隙调整：偏心套、周向弹簧调整（2）切削力、丝杆最大动载荷54机床数控化改造课件55(4)Z(4)Z轴自锁装置：配重、超越离合器轴自锁装置：配重、超越离合器(4)Z轴自锁装置：配重、超越离合器56机床数控化改造课件57二、电气部分二、电气部分二、电气部分58（一）主电路分析：万能铣床主电路共有三台电动机，其（一）主电路分析：万能铣床主电路共有三台电动机，其中中M1M1为主轴拖动电动机，为主轴拖动电动机，M2M2为工作台进给拖动电动机，为工作台进给拖动电动机，M3M3为冷却泵电动机。为冷却泵电动机。（二）控制电路分析：（二）控制电路分析：1 1控制电路电源控制电路电源 ：由控制变压器：由控制变压器TCTC的的110V110V副边供给。副边供给。2 2主轴电动机主轴电动机M1M1的控制的控制（1 1）主轴电动机）主轴电动机M1M1的起动的起动SQ7SQ7处于不受力处于不受力SA4SA4扳到主轴所需要的旋转方向扳到主轴所需要的旋转方向起动前起动前准备准备合上合上QSQS按下按下SB3SB3（或（或SB4SB4）KM1KM1得电自锁得电自锁M1M1直接起动直接起动n120r/minn120r/minKS1KS1（或（或KS2KS2）动作）动作 为为M1M1的停车制动作好准备的停车制动作好准备（2 2）主轴电动机）主轴电动机M1M1的停车制动的停车制动按下按下SB1SB1（或（或SB2SB2）KM1KM1断电断电M1串电阻串电阻反接制动反接制动n n120r/min120r/minKS1KS1（或（或KS2KS2）断开）断开KM2KM2得电自锁得电自锁M1停车停车（3 3）主轴变速时的冲动控制）主轴变速时的冲动控制 主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄、主轴变速时的冲动控制，是利用变速手柄、SQ7SQ7行程开关和变行程开关和变速数字盘的机电联合控制实现的。既可以停车变速，又可以运速数字盘的机电联合控制实现的。既可以停车变速，又可以运行时变速。行时变速。变速手柄拉出变速手柄拉出SQ7SQ7受力受力KM2KM2得电得电M1M1反接制动反接制动主轴速度降低主轴速度降低转动变速盘转动变速盘快速将变速手柄复位快速将变速手柄复位SQ7SQ7复位复位KM2KM2失电失电M1M1停车停车（一）主电路分析：万能铣床主电路共有三台电动机，其中M1为主593.3.工作台进给电动机工作台进给电动机M2M2的控制的控制:(1)(1)圆工作台控制圆工作台控制:SA1SA1扳到扳到“接通圆工作台接通圆工作台”位置位置12SQ62SQ42SQ32SQ12SQ22SA12KM312SQ62SQ42SQ32SQ12SQ22SA12KM3线圈线圈KM4KM4常闭触头常闭触头2020手柄扳到右手柄扳到右压下压下SQ1SQ1KM3KM3得电得电M2M2正转正转拖动工作台向右移动拖动工作台向右移动（2 2）工作台左右（纵向）运动的控制：）工作台左右（纵向）运动的控制：手柄扳到左手柄扳到左压下压下SQ2SQ2KM4KM4得电得电M2M2反转反转拖动工作台向左移动拖动工作台向左移动（2 2）工作台左右（纵向）运动的控制：）工作台左右（纵向）运动的控制：主轴起动后主轴起动后十字手柄扳至十字手柄扳至“向上向上”位置位置 压下压下SQ4SQ4KM4KM4得电得电M2M2反转反转工作台向上运动工作台向上运动（3 3）工作台的上下（升降）和前后（横向）运动的控制：）工作台的上下（升降）和前后（横向）运动的控制：主轴起动后主轴起动后十字手柄扳至十字手柄扳至“向下向下”位置位置 压下压下SQ3SQ3KM3KM3得电得电M2M2正转正转工作台向下运动工作台向下运动 注意：注意：对电路分析来说，工作台的对电路分析来说，工作台的“向前向前”与与“向下向下”运运动使用的是同一个电流通路；而动使用的是同一个电流通路；而“向后向后”与与“向上向上”运动在控运动在控制电路上也没有区别制电路上也没有区别。与十字手柄联动的机械机构会相应切换。与十字手柄联动的机械机构会相应切换垂直运动和横向运动传动链，区分两种不同的运动。垂直运动和横向运动传动链，区分两种不同的运动。（4 4）工作台的快速移动控制：）工作台的快速移动控制：在纵向、横向和垂直六个方向上工作台均可以快速移动，在纵向、横向和垂直六个方向上工作台均可以快速移动，快速移动是由快速移动电磁铁快速移动是由快速移动电磁铁YAYA控制的。控制的。（5 5）工作台进给运动时的变速冲动控制：）工作台进给运动时的变速冲动控制：工作台在以上六个方向的运动均可以实现多个速度的运行。工作台在以上六个方向的运动均可以实现多个速度的运行。其变速过程与主轴变速过程相类似。变速必须在进给电动机其变速过程与主轴变速过程相类似。变速必须在进给电动机停止时进行。由变速冲动限位开关停止时进行。由变速冲动限位开关SQ6SQ6实现。实现。3.工作台进给电动机M2的控制:手柄扳到右压下SQ1KM360机床数控化改造课件61机床数控化改造课件62机床数控化改造课件63机床数控化改造课件64机床数控化改造课件65机床数控化改造课件66小结：小结：1.主轴系统：经济型改造，由于机床功能变化不大，通常主轴系统：经济型改造，由于机床功能变化不大，通常 保留原主轴传动系统；若机床功能变化，或原主轴系统保留原主轴传动系统；若机床功能变化，或原主轴系统 不能满足要求，则更换电机及主轴系统，或更换电主轴。不能满足要求，则更换电机及主轴系统，或更换电主轴。2.进给系统：导轨、丝杆、传动链。进给系统：导轨、丝杆、传动链。伺服系统伺服系统 开环或半闭环；开环或半闭环；导轨导轨 贴塑或直线导轨；贴塑或直线导轨；丝杆丝杆 改滚珠丝杆改滚珠丝杆，切削力、切削分力，丝杆螺母副，切削力、切削分力，丝杆螺母副间间 隙、丝杆支撑；传动链：隙、丝杆支撑；传动链：“零零”传动、一级齿轮传动传动、一级齿轮传动（消（消 隙、传动比）；隙、传动比）；Z轴：考虑丝杆无自锁问题。轴：考虑丝杆无自锁问题。3.电气及数控系统：电气及数控系统：原电气控制图、改造后主回路、控制回路、原电气控制图、改造后主回路、控制回路、I/O接线、步接线、步 进电机接线、伺服电机接线进电机接线、伺服电机接线小结：67