数控机床的概述
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇数控机床的概述范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
数控机床的概述范文第1篇
一、数控机床改造设计的意义概述
1、数控机床改造的意义
节省资金：机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%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1/3。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60%的费用，并可以有效的利用现有地基。
性能稳定可靠：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。
提高生产效率：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 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
2、车床的性能和精度的选择
并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。
3、车床数控改造总体方案
目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。较典型的车床数控改造方案可选择为：配置专用车床数控改造系统，采用伺服电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。比如某方案选择下列基本配置和功能：
1、采用KENT-18T车床数控系统。本系统控制电路采用了高速微处理器，超大规模定制型集成电路芯片，多层印刷电路板，从而极大地提高了系统的可靠性；在控制面板上，将CNC操作面板与机床操作面板集成为一体，极大地简化了联机。具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。
2、配有伺服电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：Z为0.01mm，X向为0.005mm（要与相应导程的丝杠相配套）。
3、主电机采用变频电机，固定在电机底座上，通过皮带轮、皮带传带给主轴，可使主轴得到由低速到高速的无级变速运动，并可实现正反向旋转。
4、具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。
二、数控机床主轴驱动及控制
1、主轴驱动系统概述
主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。
2、数控机床对主轴驱动系统的要求
机床的主轴驱动和进给驱动有较大的差别。机床主轴的工作运动通常是旋转运动，不像进给驱动需要丝杠或其它直线运动装置作往复运动。数控机床通常通过主轴的回转与进给轴的进给实现刀具与工件的快速的相对切削运动。在20纪60-70年代，数控机床的主轴一般采用三相感应电动机配上多级齿轮变速箱实现有级变速的驱动方式。随着刀具技术、生产技术、加工工艺以及生产效率的不断发展，上述传统的主轴驱动已不能满足生产的需要。现代数控机床对主轴传动提出了更高的要求：
首先，调速范围宽并实现无极调速
为保证加工时选用合适的切削用量，以获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。特别对于具有自动换刀功能的数控加工中心，为适应各种刀具、工序和各种材料的加工要求，对主轴的调速范围要求更高，要求主轴能在较宽的转速范围内根据数控系统的指令自动实现无级调速，并减少中间传动环节，简化主轴箱。目前主轴驱动装置的恒转矩调速范围已可达1∶100，恒功率调速范围也可达1∶30，一般过载1.5倍时可持续工作达到30min。主轴调速范围：100至2800r/min。
其次，具有4象限驱动能力：要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加、减速控制，并且加、减速时间要短。
另外，也要具有较高的精度与刚度，传动平稳，噪音低：数控机床加工精度的提高与主轴系统的精度密切相关。为了提高传动件的制造精度与刚度，采用齿轮传动时齿轮齿面应采用高频感应加热淬火工艺以增加耐磨性。最后一级一般用斜齿轮传动，使传动平稳。采用带传动时应采用齿型带。应采用精度高的轴承及合理的支撑跨距，以提高主轴的组件的刚性。在结构允许的条件下，应适当增加齿轮宽度，提高齿轮的重叠系数。变速滑移齿轮一般都用花键传动，采用内径定心。侧面定心的花键对降低噪声更为有利，因为这种定心方式传动间隙小，接触面大，但加工需要专门的刀具和花键磨床。
此外，也要保证有良好的抗振性和热稳定性：数控机床加工时，可能由于持续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自振等原因引起冲击力和交变力，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至可能损坏刀具和主轴系统中的零件，使其无法工作。主轴系统的发热使其中的零部件产生热变形，降低传动效率，影响零部件之间的相对位置精度和运动精度，从而造成加工误差。因此，主轴组件要有较高的固有频率，较好的动平衡，且要保持合适的配合间隙，并要进行循环。
总之，机床的改造设计对于提升生产效率、工艺精度都有着十分重要的意义，需要我们认真对待，同时在设计、改造的过程中我们也要不断创新、不断进取，采取先进的生产工艺，使数控机床发挥其最佳的效应，创造出最高的生产效率！
参考文献：
数控机床的概述范文第2篇
【关键词】控置系统；定位精度；前置反馈控制器
1 引言
数控机床在工业生产中应用的越来越广发。数控系统采用控制系统与电机相互控制方案能够保证很高的稳定性、精确度。在实际应用中，数控机床的刀具与工件之间不但要确保很高的定位精度，而且还要保证较快的动态响应和系统速度过渡平稳不能有柔性冲击[1]。
在本文中，根据控制系统的特点并结合函数算法研究了一种前置反馈控制器，进而实现系统的精确控制。
2 前置反馈控制原理分析
在控制系统中交流电机的数学模型是非线性微分方程，非常复杂[2]。通常把前置调节器设计成一种比例控制器，把速度和电流调节器设计为普通的比例积分控制器。在本系统中采用前馈环、速度环、电流环的多环控制方式，其中一般调制方法采用空间相对矢量法，逆变电路采用经常用的电桥电路[3]。
数控机床工作时，要求伺服的定位系统必须保证以下几方面的要求：
1）定位的精度要求系统稳态误差尽量为零；
2）定位的速度要求更快的响应时间；
3）整个系统响应应该没有超调。
为了满足上述对系统的要求，大量文献对前置位置环的控制方式进行了研究和论述。前置反馈控制算法是近些年来数控机床控制系统普遍采用的一种提高控制性能的算法。
结合各种理论研究，本文提出了前置反馈控制的位置控制器，结合函数加减速的算法，通过前置反馈控制使整个控制系统获得更快的动态响应，并且通过调节前置环积分系数，保证了整个系统定位的高精度 。
3 前置反馈控制器的设计
3.1 前置反馈控制器工作原理
前置反馈控制器要遵循差分控制原理：在每一个周期内，控制卡要向控制系统发出脉冲指令，不仅由当前位置偏差运算决定，同时与下一个周期的插补点还有关系，我们把脉冲指令记为，则有。
在公式（1）中，等式右侧第一项为控制算法结果，第二项是差分控制。其中，是前置反馈系数，是当前指令所在位置，是下一个周期要执行的指令位置。实际的前置反馈控制器如图1所示。
图1中，代表的是相位置输入，代表的是电机转过位置。当速度调节器运行时，在前置环的截止率要远远小于速度环的截止率，速度环的传递函数可以看成是一个惯性环节。则速度环的一般传递函数为：
电机积分函数为：
此时可以将前置环设计成比例控制，此时有： （4）
则整个控制系统的传递函数为：
根据前置反馈的控制原理，一般认为只要采用任意一种算法都可以构成公式（7）中的加速度和速度的叠加公式。但是在实际应用中，必须考虑所采用的加减速算法变化是否平滑，以免对机床的起动与停止造成硬性冲击，引起较大抖动或不必要误差。
3.2 加减速控制算法对控制系统动态性能的影响
设为速度变化时间量，起始的稳态速度设为，运行变化后的稳态速度记为，过渡过程时间常数记为，则加减速控制算法中的速度一般可以表示为：
利用速度的前置反馈控制可以通过开环控制使整个控制系统响应加快。同时为了保证整个控制系统的定位精度，必须还要有积分控制环节。
如果对公式（8）进行微分，可以得到加速度的公式为：
在控制系统运行的过程中，要求系统变化尽可能平稳，这就需要加速度必须是连续的，还要满足系统要求的边界条件，也就是在起始和终止时的速度要与与系统要求速度一致，加速度也必须为零。对于公式式（9）而言，经过分析完全符合上述条件。
4 结论
本文通过对前置控制系统的分析，提出了基于速度和加速度前置反馈控制器，并且采用函数加减算法，使整个系统获得更快的动态响应，保证了系统定位要求的高精度。采用前置反馈控制的前置环，能使整个系统获得理想的控制性能，能够满足数控机床硬件系统对速度的平稳性以及在快速频繁换向时无抖动的要求。
【参考文献】
[1]郭新贵，李从心.一种新型柔性加减速算法[J].上海交通大学学报，2003，37（2）：205-206.
[2]Atkeson，C.G.，Moore，A.W. Schaal，S.. Locally weighted learning[J]. Artif. Intell. ReV.，1997，11， 11-73.
[3]Bontempi，G.，Bersini，H.，Birattari，M.. The local paradigm for modeling and control：from neuro-fuzzy to lazy learning[J].Fuzzy Sets Syst.，2001，121，59-72.
数控机床的概述范文第3篇
关键词：普通机床；数控机床；改造设计
Abstract: NC machine tools are in now science and technology development situation, to promote productivity, has great role in promoting the development of machinery. This paper mainly analyses the common machine tool (C618) to the design steps of CNC machine tools, and the design of special knuckle CNC vertical lathe parts is introduced, with important implications for machinery industry!
Key words: general machine tools; NC machine tool; design
中图分类号：TU2 文献标识码：文章编号
一、数控机床与应用
机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
二、普通车床的数控化改造设计
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。
2.1设计内容及任务。普通车床（C618）的数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。本设计任务是对C618卧式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为0.01 /脉冲，横向最小运动单位0.005 /脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。
2.2数控部分的设计改造。（1）数控系统运动方式的确定。数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C618车床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。（2）伺服进给系统的设计改造。数控机床的伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易于调整，所以常用于精度要求不高的场合。经过上述比较，由于所改造的C618车床的目标加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。
2.3数控系统的硬件电路设计。数控系统都是由硬件和软件两部分组成，硬件是控制系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。
数控装置的设计方案通常有：
(1) 可以全部自己设计制作
(2)可以采用单板机或STD模块或工控机改制
(3)可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动
在普通机床的经济型数控改造中，由于第一种设计周期较长且不经济，同时质量也难于保证。第二种则更加不经济。所以设计将采取第三种方案。
2.4机械改造部分的设计。(1)主传动部分的改造设计。将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。（2）进给机构的改造。将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。（3）其它部件的改造。刀架部分：拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。
三、转向节专用立式数控车床部件设计
3.1 主轴箱设计。（1）主轴箱结构设计。本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身 ，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。（2）主轴箱传动系统。传动比确定：机床主要加工转向节，兼顾通用数控立车功能，传动比为1:10，最低转速为63转每分钟，最高转速为1000转每分钟；转动路线确定：传动路线采用伺服电机通过行星减速箱、皮带轮驱动主轴单元使主轴旋转；主轴单元结构：采用主轴单元结构目的是方便制造、安装、维修。选用主轴单元结构要适合加工转向节特殊件的需要。选用主轴单元结构要适应加工转向节特殊件的需要，第一满足刚性要求，旋转精度的长久稳定性；第二要有夹紧油缸及分油装置；第三动力卡盘和专用车具可快速切换，实现通用立式数控车床功能和专用转向节数控加工的切换。据此，选用的主轴单元为标准50规格的车主轴支撑形式，具有高刚性、高精度的特点。
3.2 进给系统设计。（1）纵向进给传动系统设计。纵向进给传动系统主要有纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。其纵向滑板安装在立柱的纵向滚动导轨上，它可以沿立柱导轨做纵向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。纵向伺服电机经联轴直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动纵向滑板沿立柱导轨运动。（2）横向进给系统设计。横向进给传动系统主要由横向滑板和横向滚珠丝杠传动副组成。其横向滑板安装在纵向护板的横向滚动导轨上，它可沿着纵向滑板向滑板横向导轨做横向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。横向伺服电机经联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动横向滑板沿纵向滑板横向导轨运动。
3.3 转向节工装夹具设计。（1）顶尖部件设计。顶尖是机床的重要定位机构，其功用：定位功能、回转功能、夹紧功能，其动作：安装工件时，顶尖部件处于上部，当工件在专用车具的正确位置上时，顶尖在油缸的作用下向下移动，使上顶尖顶紧工件杆部上顶尖孔，完成工件的定位夹紧。主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件首先确定夹紧力，设计驱动油缸的规格，确保夹紧可靠；转向节是不平衡件，顶尖主轴及顶尖要有足够的刚性，以保证回转精度的长久稳定性。（2）转向节车具设计。转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；第四是在旋转的主轴上采用液压自动夹紧，主轴设置旋转编码器，以适应车螺纹功能，车具设置夹紧油缸。
数控机床的概述范文第4篇
关键词: 机床数控化改造 西门子802D 专业教学 应用
一、机床数控化改造的意义
数控机床改造是提高制造业技术水平的重要途径之一[1],大量的生产实践证明数控机床改造具有很强的实用性、经济性和可靠性。在高职院校中有很多旧机床和数控设备,由于使用时间长,无法满足技术的进步和产品革新的要求,购置数控机床或对旧机床进行数控化改造是解决这类问题的主要途径之一。但购买新型数控机床价格昂贵,闲置通用机床又会造成浪费。对旧机床进行数控改造,对学生讲授数控技术改造相关知识,与国家培养高技能型人才的要求相一致,符合工学结合的培养目标,企业对机床改造也非常重视,对这类人才需求更是强烈。所以选择数控系统对一些利用率低的通用机床进行改造势在必行。
二、教学中存在的问题
《机床电气装调》是数控专业一门理实一体化教学课程[2]。学生通过系统的学习,能够理解机床控制系统的一般工作过程,熟悉机床控制系统安装调试的方法,同时能培养一定的数控机床电气维修单项技能。原有的教学设备是用于电气连接调试的控制板,实践教学的安排主要从电气元件的识别与选用、PLC模块的接口与连接等方面入手培养学生的实践能力。教师上课只能在模拟的电气操作面板上进行演示,不能在真实的机床上进行具体的真实的工作任务,因而学生无法在真实的数控机床上对电气控制系统所控制设备的各项功能进行调试。还有一个更核心的问题就是教学是面对一个班级几十名的学生,即使学校配备专门用于电气装调的数控机床实训设备在教学中也无法保证每个学生在课堂上都得到充分的在真实机床控制板上的动手实践机会,在真实的数控机床上进行机床电气控制系统装调训练。
三、数控化改造的内容
为了解决专业教学中这一情况,同时有效利用学校已有闲置资源,在进行充分调研的基础上对专业已有设备CA6132车床进行数控化改造,改造的主导思想是数控化改造后的机床能在今后的教学中发挥最大的效果,能够达到使用一台数控机床就可提供一个整班实施本课程的实训的配套设备与环境。所以在机床改造时,首先要作全面配套改造的设想,绝不能搞局部改造。要利用现有资源节约成本,同时要采用针对教学的机床结构设计,电气元件的安装,接口信号的端子安排都要求进行最大限度的整合,最大限度地满足教学和科研的需要。
1.改造方案的确定
在改造方案的综合设想中,从全面配套考虑提出下列改造内容:(1)数控系统选用西门子802D。(2)机床电气柜改用PLC控制;SINUMERIK 802D集成了内置PLC系统,对机床进行逻辑控制。(3)配置机床电气操作面板。(4)重新对机床电器进行布线。(5)更换刀库部件,采用LD4B-CK6163型电动刀架。(6)进给伺服系统中用交流伺服电动机,机械连接采用电机与丝杠副通过联轴节带来传动。(7)用滚珠丝杠副代替原滑动丝杠副。(8)液压冷却系统作相应调整,去除多余的管路。(9)设计新型防护罩板。
2.数控系统的选择
数控系统的选择应根据改造后所要达到的精度、各种性能指标等选用性价比合适、技术先进的数控系统,当然还要考虑改造好设备在教学中的应用。目前市场上生产研发数控系统的厂家很多,在国外有德国的SIEMENS公司、日本的FANUC公司,在国内有华中数控设备有限公司等。数控系统所具有的功能要与准备改造的数控机床所能达到的功能相匹配,尽量避免系统功能过剩,同时考虑到专业已有数控机床的配置缺少SIEMENS数控系统,无法正常进行有关SIEMENS数控系统的教学,经综合考虑选用西门子802D数控系统[2]。
西门子802D数控系统是西门子公司2000年推出的经济型数控系统:核心部件PCU将CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体,可以控制四个进给轴和一个模拟或者数字信号的主轴;模块化的驱动装置SIMODRIVE 611UE[3];可以配置两个I/O板,与驱动装置都通过生产现场总线连接;此外还可通过视窗化的调试工具软件便捷地设置驱动参数,并对驱动器的控制参数进行动态优化。在改造过程中,为达到最好的控制效果,进给轴采用了配套的1FK6交流伺服电机,主轴采用普通三相交流异步电机,采用变频器(MM420)来驱动主轴电机。802D输出±10V的模态信号经伺服驱动器使主轴电机获得不同转速。
3.电气控制系统设计改造
原有机床的机械部件和液压部件长时间使用后仍能保持很高的精度和稳定性,但电器元件使用寿命短,长时间使用后经常发生故障。因此需要设计接口转换电路和强电控制电路。电路中的控制变压器、中间继电器和交流接触器等需设计强电控制箱。
(1)电气控制系统设计的原则
首先机床改造后要满足整班学生电气装调的要求,其次要根据机床各项控制目的和要求,制定电气控制方案。设计方案要求简单经济,操作容易,使用维修方便,同时要选择合适的电器元件。
(2)电气控制系统设计的内容
系统设计内容一是选择控制方式,包括电源、继电器、主轴单元、输入/输出、伺服驱动电路图,也包括确定电动机的类型、型号、容量、转速;二是针对教学应用的特点,把教学中需要学生完成的电气装调内容单独列出来,设计电气原理图,制作电气安装板,各项控制功能通过航空插头传输到改造好的数控机床上来实现,电气调试到满足数控车床的各项控制功能至正常,这样就可以在真实的数控机床上检验学生电气装调的成果。表一描述了各个插头的线号和对应的导线连接功能。X1插头用39号红色导线和40号黄色导线连接机床工作灯,X2插头连接机床冷却泵,X3用插头连接机床集中部件,X4插头连接机床刀架部件,X5插头连接机床PCU与NC信号,X6插头连接数控车床X轴与Z轴超程限位,X7插头对数控车床驱动器与变频器信号进行传输。通过这样信号传输就可以把机床的一些电气控制功能单独从电路控制中提取出来,单独制作电气安装板,这样改造好的一台数控车床就可以配备多台电气控制板,平常可以进行正常的数控加工任务,在教学中又可以让学生在控制板上进行电气装调训练,按完成先后在改造好的CK6132数控车床上进行机床电气装调训练。
4.PLC程序设计与调试
采用SIEMENS 802D系统所使用PLC非常简单、方便灵活。我们使用S7-200作为编程工具,参照系统自带的工具盒(Tool box)中配备的“PLC802文件库”,在应用过程中对其车床的编程实例作一些简单的修改和扩展就可完成所需要的PLC程序。在子程序中,根据不同功能分别进行了定义,主要包括PLC-INI(系统初始化)、EMG-STOP(急停处理)、MCP-802D(传送控制面板I/O状态到接口)、AXES-CTL(各坐标轴控制)、LUBRICAT(定时、定量控制)、COOLING(冷却控制)等。
四、改造后数控车床CK6132在教学中的应用
针对“教学做一体”教学模式实施中支持环境与系统薄弱的不足,研制的数控加工操作与电气维修培训一体机解决了机床电气装调实训设备配套经费昂贵的瓶颈问题,仅需投入少量经费,就可利用现有旧机床改造获得可供一个整班实施本课程的实训的配套设备与环境。改造后的数控车床在满足正常加工工作任务外,还可以进行下列实验实训的安排:(1)SINUMERIK 802D数控车床电气装调基本连接,(2)SINUMERIK 802D系统的基本数据设置;(3)SIMODRIVE 611U伺服驱动配置与优化;(4)SINUMERIK 802D数控系统的数据保护;(5)机床故障模拟与诊断等方面的内容。
五、结语
以上是对通用车床结合教学实际进行数控化改造的实例,机床的数控化改造可以提高高职院校中设备的利用率[4],更重要的是在数控化改造过程中可以根据教学内容安排需要合理进行设备的改造过程,提高教师的现场动手技能,也便于在今后教学活动中进行教学组织,而且机床改造完成后,图纸(包括原理图、配置图、接线图、梯形图等)、资料(包括各类说明书)、软件(调试软件、通讯软件)等资源也是今后教学的宝贵财富,有利于教师充实教学内容。
参考文献:
[1]高杉,赵波.普通机床的数控改造策略,辽宁省交通高等专科学校学报,2009,(6):40-41.
[2]李南,张博等.西门子802D数控系统在DPS1800车床数控改造中的应用,机床与液压,2009,(5):181-182.
[3]陈平信.西门子系统与数控机床改造,中国设备工程,2008,(12):12-16.
数控机床的概述范文第5篇
关键词：非标轴承 车铣复合加工 车削装置 夹持装置 自动化生产
轴承工业迅速发展，其应用领域不断扩大，轴承类型、品种越来越多，其中非标轴承（图1）的产量越来越大，已成为应用最广泛的轴承类型之一，约占滚动轴承总量的20%。该类轴承和标准轴承的不同之处在于，其外圈表面上或者内孔表面上设有特殊的8字形油槽、偏心油槽等异形结构，增加了加工的难度。国内现有技术通常是各8字形油槽、偏心油槽、注油孔和销孔等异形结构分步加工，由于装夹次数增加，基准一致性差，很难保证非标轴承的车削加工精度，效率低、成本高，已成为制约该类轴承生产企业的技术瓶颈。
本技术针对以上问题，设计开发了一款全自动非标轴承数控车床。
图1 非标轴承
一、非标轴承数控车床总体设计方案
图2 非标轴承数控车床总体设计方案
利用专用的生产夹具，采用机械设备车铣复合加工原理，通过数控系统控制刀具进行车削、钻削、铣削加工，实现工件的一次装夹加工成型。
二、非标轴承数控车床结构设计
全自动非标轴承数控车床，包括机架、自动上料装置、夹持装置、车削装置、自动下料装置、电气控制系统如图3所示。
图3 全自动非标轴承数控车床结构框图
1.自动上料装置结构设计
自动上料装置包括安装于主轴座上方的斜向进料道和上料机械手，上料机械手包括推料杆、推料汽缸。非标轴承外圈基本为圆环料体，没有什么位置要求，将其放入斜向进料道即可。工件自斜向进料道上的滑动斜面自动滚至出料口，感应器触发上料机械手中的汽缸运动，机械手夹持工件到主轴的正前方，由气动推料杆推动工件进入夹持装置中的夹头上，感应器触发夹持装置动作，完成工件自动上料。
2.夹持装置结构设计
非标轴承外圈内表面为圆环体内表面，夹持装置采用圆环体内表面点接触定位夹紧。夹持装置包括动夹头、气动拉杆、顶杆、感应器。
动夹头设置在主轴孔内，气动拉杆安装在夹持汽缸上并由汽缸驱动直线移动，两者之间采用螺纹配合。工件夹紧时，气动拉杆拉动动夹头涨紧工件，完成工件自动夹紧。车削完成后，汽缸复位，动夹头在弹性变形的作用下复位到原始状态。夹紧过程平稳、匀速，且采用圆形凸台内撑于轴承外圈内壁，减少了车削过程中的零件变形。
3.车削装置设计
针对此类非标轴承常见的径向定位孔和8字油槽等结构特点，在车削装置上设计安装了包括车刀和伺服电动机驱动的铣削装置。在车床的拖板上设置车刀安装座，根据车刀的中心高低不同，刀座可实现手动调整，刀座安装在横向拖板上，根据需要安装1～6把数控车刀，进行车削加工。拖板的另一侧安装铣削装置，由伺服电动机驱动，铣削装置可以根据加工方向需要进行手动调节，实现径向或者周向铣削加工。
4.自动下料装置结构设计
自动下料装置包括出料道、推料汽缸。加工完成后，动夹头复位松开工件，工件自动落入出料道，由推料汽缸推动至出料道出口，实现自动下料。
5.电气控制系统设计
电气控制系统包括机床控制面板、PLC控制系统、伺服电动机。数控系统通过编写的数控程序，控制PLC系统动作，PLC控制系统协调控制自动上下料、装夹、车削、铣削进给等机械部件的自动化运行。
6.数控系统型号选择
根据设计的需要，本机控制系统采用广州数控GSK990MC数控系统，最多可以控制3个伺服电动机。系统采用8.4英寸彩色高分辨率LCD显示屏，支持B类宏程序（语句式），开放式PLC支持在线编辑、编译，使逻辑控制功能更加方便、灵活。
三、非标轴承数控车床工作过程
非标轴承数控车床工作时，由进料道向机械手输送毛坯，落到机械手的夹持位置后，机械手夹持工件移动到和主轴同一轴线上，推料汽缸推动工件平移到动夹头的圆柱凸台上，感应器触动夹持汽缸运动，汽缸活塞拉动动夹头直线运动，动夹头受力涨开定位夹紧工件，车削装置进刀车削内外形及钻孔等铣削加工。加工完毕，车削装置退刀，汽缸复位，动夹头在弹性力的作用下自动复位、松开，工件掉入出料道，完成自动零件的自动加工。
四、非标轴承数控车床生产验证
上述全自动非标轴承数控车床交付轴承生产厂家使用后，产品加工合格率大幅上升，加工效率是传统工艺的6倍以上，有效地提高了生产效率，降低了劳动强度和生产成本。相关对比数据见下表。
表 全自动非标轴承数控车床与传统钻孔工艺试验结果对比
采用工艺 日产量（件） 产品合格率 劳动强度 生产成本
自动化数控车床 1200件 100% 低 低
传统生产工艺 200件 85% 高 高
五、小结
我们利用全自动非标轴承数控车床，通过自主研发设计的自动上料装置、装夹装置及车削装置，成功地解决了非标轴承套圈自动化车削技术难题，实现了非标轴承套圈的全自动车铣复合加工，大幅提高了生产效率和质量水平，降低了生产成本。该设备通用性强，适合于圆环类产品自动化车铣复合加工，市场前景广阔。
参考文献：
[1]C・H・柯热夫尼柯夫.机构参考手册[M].北京：机械工业出版社，1988.
