数控车床论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇数控车床论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

本文作者完成的设计主要包括根据一些原始数据（其中包括机床的类型、规格等）结合实际条件和情况对车床一些参数进行拟定，再根据拟定的参数，进行传动方案的比较，确定传动方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数，再估算齿轮的模数和各轴的轴径，并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。除此之外，还要对箱体内的主要结构进行设计，一些零件的选型，如电磁离合器的选择等，从而完成对整个主传动系统的设计。

关键词：数控车床主传动系统设计

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

这次毕业设计中,我所从事设计的课题是经济型数控车床主传动机构设计。此类数控车床属于经济型中档精度机床，这类机床的传动要求采用手动与电控双操纵方式，在一定范围内实现电控变速。总体的设计方案就是对传动方案进行比较，绘出转速图，对箱体及内部结构进行设计，包括轴和齿轮的设计、校核等。

为什么要设计此类数控车床呢？因为随着我国国民经济的不断发展，我国制造业领域涌现出了许多私营企业，这些企业的规模普遍不大，没有太多的资本。一些全功能数控系统，其功能虽然丰富，但成本高，对于这些中小型企业来说购置困难，但是中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，进行数控化、自动化，以提高生产效率。我国机床工业的发展现状是机床拥有量大、工业生产规模小，突出的任务就是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。我国是拥有300多万台机床的国家，而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度低，要想在近几年内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是我国机床厂的能力都是办不到的。因此，普通机床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方法之一。目前，我国经济型数控系统发展迅速，研制了几十种简易数控系统，有力地促进了我国数控事业的发展。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能地降低价格。

经济型数控车床有许多优点。1）其降格便宜，且性能价格比适中，与进口标准数控车床相比，前者只需一万元左右，后者则需十万甚至几十万元。因此，它特别适合于改造在设备中占有较大比重的普通车床，适合在生产第一线大面积推广。从提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。2）适用于多品种、中小批量产品的适应性强。在普通车床上加工的产品，大都可在经济型数控车床上进行。加工不同零件，只要改变加工程序，很快适应和达到批量生产的要求。3）相对于普通车床，经济型数控车床能提高产品质量，降低废品损失。数控有较高的加工精度，加工出的产品尺寸一致性好，合格率高。4）采用数控车床，能解决复杂的加工精度，还能节约大量工装费用，降低生产成本。5）采用此类车床，还能减轻工人劳动强度将工人从紧张、繁重的体力劳动中解脱出来。6）可以提高工人素质，促进技术进步。数控系统的出现扩大了工人的视野，带动了学习微电子技术的热潮，为工人由“体力型”向“智力型”过渡创造了条件，促进了工厂的技术进步。7）增强了企业应变能力，为提高企业竞争能力创造了条件。企业应用经济型数控设备对设备进行改造后，提高了加工精度和批量生产的能力，同时又保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代所需要的应变能力，增强企业的竞争能力。

本设计中的数控车床主传动系统的特点就是主电机采用双速电机，这样可以简化箱体内的结构。操纵方式并非是完全数控，而是采用采用手动与电控双操纵方式，在一定范围内实现电控变速。本设计就是对在我国应用非常广泛的C6型数控车床进行的改造，具有广泛的适应性。C6型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的经济效益。

总体的设计方案就是对传动方案进行比较，绘出转速图，对箱体及内部结构进行设计，包括轴和齿轮的设计、校核等。设计时一要注意设计的科学性和条理性，另一点就是要注意和实际的结合。设计的依据主要是以经验或类比为基础的传统(经验)设计方法。作为一名尚未毕业的大学生，经验自然是我们所欠缺的，所以除了老师的指导，最主要的就是借鉴书上的设计方法。书上虽然不会有完全相同的示例，但一些其他类型的主轴箱设计方法在这个课题上同样适用，适用也只是大体上的适用，具体到一些细节的设计就需我们自己查设计手册了。比如说其中涉及到电磁离合器的设计就需自己解决。虽然我们很缺乏设计的经验，但还应处处从实际出发。从大处讲，联系实际是指在进行机床工艺可能性的分析、参数拟定和方案确定中，既要了解当今的先进生产水平和可能趋势，更应了解我国实际生产水平，使设计的机床、机器在四化建设中发挥最佳的效益。从小处讲，指对设计的机床零部件的制造、装配和维修要进行认真的、切实的考虑和分析，对推荐的设计数据和资料要结合实际情况进行取舍。通过设计实践，了解和掌握结合实际、综合思考的设计方法。

总体设计方案拟定

1．1拟定主运动参数

机床设计的初始，首先需要确定有关参数，它们是传动设计和结构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求。根据拟定的参数、规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，了解极限转速、和级数Z、主传动电机功率N。

1．2运动设计

根据拟定的参数，通过结构网和转速图的分析，确定传动结构方案和传动系统图。传动方案有多种，传动型式更是式样众多，比如：传动型式上有集中传动的主轴变速箱。分离传动的主轴箱与变速箱；扩大变速范围可以用增加传动组数，也可用背轮机构、分支传动等型式；变速型式上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。然后计算各传动比及齿轮的齿数。

1．3动力计算和结构草图设计

估算齿轮模数m和轴颈d，选择和计算离合器。

将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排、布置和设计。

1．4轴和齿轮的验算

在结构草图的基础上，对一根传动轴和齿轮的刚度、强度进行校核。

1．5主轴变速箱装配设计

主轴变速箱装配图是以结构草图为“底稿”，进行设计和绘制的。图上各零部件要表达清楚，并标明尺寸和配合。

目录

0引言1

1总体设计方案拟定3

1．1拟定主运动参数(、、Z)3

1．2运动设计3

1．3动力计算和结构草图设计3

1．4轴和齿轮的验算3

1．5主轴变速箱装配设计3

2参数拟定4

2.1车床主参数(规格尺寸)和基本参数4

2.2各级转速的确定4

3．运动设计5

3．1主拟定传动方案5

3．2传动方案的比较5

3．2．1采用单速电机5

3．2．2采用双速电机6

3．3各级传动比的计算7

3．4各轴转速的确定方法9

3．4．1Ⅰ轴的转速9

3．4．2中间传动轴的转速9

3．5转速图拟定10

4动力计算11

4.1齿轮的计算11

4.1.1确定齿轮齿数和模数（查表法）11

4．1.2确定齿轮的齿数和模数（计算法）并校核12

4．1.3齿轮的精度设计；15

4.2电磁离合器的选择和使用19

5轴的设计和验算21

5.1轴的结构设计21

5.2轴的强度校核(以Ⅰ轴为例)21

5.2.1选择轴的材料22

5.2.2初估轴径22

5.2.3结构设计22

5．2.4轴的受力分析23

5.3轴的刚度校核(以Ⅰ轴为例)25

6主轴变速箱的装配设计28

6.1箱体内结构设计的特点28

6.2设计的方法(以轴的布置为例)28

7结论31

致谢32

参考文献33

附件清单34

附件清单

1数控车床总装图CK-000A3一张

2主传动系统装配图CK-001A0一张

3内隔套零件图CK-101A4一张

4齿轮零件图CK-102A3一张

5齿轮零件图CK-103A3一张

6齿轮零件图CK-108A3一张

7挡油环零件图CK-114A4一张

8挡油环零件图CK-115A3一张

9主轴零件图CK-116A1一张

10轴承透盖零件图CK-117A3一张

11齿轮零件图CK-118A3一张

12齿轮零件图CK-120A3一张

13Ⅰ轴零件图CK-121A3一张

14内隔套零件图CK-122A4一张

15内隔套零件图CK-123A4一张

16带轮零件图CK-124A3一张

17轴承透盖零件图CK-125A4一张

18外隔套零件图CK-126A4一张

19齿轮零件图CK-127A4一张

20内隔套零件图CK-129A4一张

21齿轮零件图CK-131A3一张

22内隔套零件图CK-132A4一张

23齿轮零件图CK-133A3一张

24外隔套零件图CK-134A4一张

25内隔套零件图CK-135A4一张

26床头箱零件图CK-139A0一张

27端盖零件图CK-140A4一张

28外隔套零件图CK-143A4一张

29轴承透盖零件图CK-146A3一张

30传动键零件图CK-147A4一张

篇（2）

如果对所用的普通车床和长时间使用的车床不进行改造，仅购买新的数控车床，则会增加许多生产厂家设备方面的成本。所以生产厂家对普通车床及长时间使用的车床进行数控化改造是必经之路。

由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。

普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。

1新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造

(1)更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。

(2)增加电动刀架和主轴编码器。

(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。

(4)X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。

(5)据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。

2新机改造和旧机大修车床改造的不同点

(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。

(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度≥HRC47。

(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。

3新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目

精度检验执行JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床精度》。

4新车床改造的精度质量控制如下

(1)铲刮检验。新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处，不入。

(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须≤0.02mm。

(3)精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(4)精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(5)G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。5用户大修车床改造的精度检验

由于进行了磨导轨，基准面已变动，所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。

6大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点

(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。

(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有，必须有冷却装置，且以上和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。

(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：

①主轴在各种转速下连续空运转4min，其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间≥16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。

②主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度≤70℃，温升≤40℃；滑动轴承：温度≤60℃，温升≤30℃。

③机床噪声声压级空运转条件下≤83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。

④机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。

(5)用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。

①更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。

篇（3）

如果对所用的普通车床和长时间使用的车床不进行改造，仅购买新的数控车床，则会增加许多生产厂家设备方面的成本。所以生产厂家对普通车床及长时间使用的车床进行数控化改造是必经之路。

由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。

普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。

1新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造

(1)更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。

(2)增加电动刀架和主轴编码器。

(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。

(4)X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。

(5)据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。

2新机改造和旧机大修车床改造的不同点

(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。

(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度≥HRC47。

(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。

3新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目

精度检验执行JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床精度》。

4新车床改造的精度质量控制如下

(1)铲刮检验。新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处，不入。

(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须≤0.02mm。

(3)精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(4)精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。

(5)G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。

5用户大修车床改造的精度检验

由于进行了磨导轨，基准面已变动，所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。

6大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点

(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各

(2)外露非油漆表面都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。

(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有，必须有冷却装置，且以上和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。

(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：

①主轴在各种转速下连续空运转4min，其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间≥16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。

②主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度≤70℃，温升≤40℃；滑动轴承：温度≤60℃，温升≤30℃。

③机床噪声声压级空运转条件下≤83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。

④机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。

(5)用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。

①更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。

篇（4）

二误差分析及改进方法

下面依次分析车削加工各类零件表面形状引起的差异以及采取的措施。

1.车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面的影响

众所周知，被加工零件表面的成形是由车刀与零件表面接触间切点的运行轨迹保证的。

对于主偏角kr=90度的车削加工，参见图1.1示，被加工零件表面的轴向尺寸由刀尖圆弧顶点A保证。

当(D-d)/2=ap>r时，由图可知，由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量Δa为

Δa=b-a=r

式中：b——零件轴向尺寸;a——实际轴向位移量;r——刀尖圆弧半径。

此时，刀具实际轴向位移是长度a为：

a=b-Δa=b-r

当(D-d)/2=ap

Δa=BC=

此时，刀具实际轴向位移长度a=b-Δa=

对于主偏角KF<90°的车削加工，当完成轴向加工即处于图1.1c位置时，被加工零件的已加工表面部由车刀刀尖点A保证，零件的加工表面由刀具型面AC和CE形成。显而易见，当刀具轴向位移长度为a时，则达到零件要求的轴向长度。所以轴向尺寸变化量Δa为：

Δa=b-a=BC+DE

因为BC=rsinKr

DE=CEctgKr=(ap-r+rcos，Kr)ctgKr

所以Δa=rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr……

此时，刀具的实际轴向位移长度a为：

a=b-Δa=b-rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr……

当(D-d)/2=ap

由此可得结论：

对于圆柱类零件表面的加工，由于车刀刀尖圆弧半径与车刀主偏角的存在，使得被加工零件的轴向尺寸发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大;随车刀主偏角的增大而减小。所以，在编制加工程序时，应相应改变其轴向位移长度。刀具几何参数对此类零件的径向尺寸无影响。

2.车刀刀尖圆弧半径对加工单段锥体类零件表面的影响

车削加工中，车刀与被加工零件的位置关系见图1.2。

车刀处于初始加工点即位置I时，刀尖圆弧上B’点与锥体小端起点相切，因为编程一般是以车刀刀尖圆弧中心位置为准进行的，所以锥体小端部的轴向尺寸变化量为B′C′;当完成锥体加工即车刀处于位置II时，刀尖圆弧上B点与锥体相切，而此时须使刀尖圆弧顶点处于圆柱体部要求的半径位置上。由此分析可知:当刀具位移a时，形成锥体轴向长度b′，大端半径R=BH，而此时当转人加工圆柱体时，刀尖顶点A形成的零件加工半径R′=EG，锥体部的轴向长度减短，从而使得锥体部轴向长度由b′变为b，所以锥体轴向变化量Δa为：

Δa＝a-b

因为B′C′＝BC＝rsinα

所以a=b′

即Δa＝b′－b＝BF

因为刀尖圆弧同时相切于锥体和圆柱体的B、A两点，由几何关系得：

Δa＝rcosαtg（α/2）

此时刀具实际轴向位移是长度a为：

a=b=rcosαtg（α/2）

由此可得结论：

对于单段外锥体零件的加工，由于车刀刀尖圆弧半径的存在，锥体的轴向尺寸、径向尺寸均发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随锥体锥角的增大而增大，径向尺寸随刀尖圆弧半径的增大而减小，随锥体增大减小。

3.车刀刀尖圆弧半径对加工球体类零件表面的影响

车削加工中，车刀刀尖与被加工零件的位置关系如图1.3所示。

设定由内向外走刀。当加工整半球时，刀尖处于位置I。由于加工是按刀具圆弧的中心轨迹运行的，所以此时轴向尺寸的变化量均为Δa=b-a=r而当加工非整半球面时，刀具处于位置II，因为此时刀尖圆弧是B点而不是A点与零件相切，所以加工中轴向尺寸的变化量Δa为：

Δa＝b-a=EF＝rsinα

α——零件球面夹角

此时刀具的实际轴向位移长度a为：

a=b-Δa＝（R－r）sinα

同理可知，当加工外球面时，Δa应取负值。

因为在加工中，刀具各点依次陆续进入切削，其轴向尺寸的变化量Δa=EF，当完成球体加工而进行球体大端面加工时，则应使刀尖圆弧顶点A与端面相切，此时，轴向应移动EF+AE而非EF，否则必定使得球面的径向尺寸发生变化，并造成零件报废。由此引起的径向尺寸变化量Δd为：

Δd=2BF=2bcosα

此时球体实际最大盲径Dmax为：

Dmax=D-Δd=D-2bcosα

因为b′＝b-AE

所以b′<b

这在实际加工中应特别引起足够的重视。

由此可得结论:

对于内球面零件的加工，由于车刀刀尖圆弧半径的存在，使得被加工零件的轴向尺寸发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随球面夹角的增大而增大，同理亦可得加工外球面时轴向尺寸的变化量及其位移长度。此处略。

4.车刀刀尖圆弧半径对加工锥体接球体类零件表面的影响

车削加工中，车刀与被加工零件的位置如图1.4所示。

当刀具处于图示位置时，刀尖圆弧与锥体部相切于B点，同时与球体部相切于E点，图中DBLEF为理论要求轨迹，由于刀尖圆弧半径的存在，正确的实际形成轨迹为DBEF，其中BE由刀尖圆弧形成。刀尖圆弧半径的存在，必使零件的轴向尺寸、径向尺寸发生变化。图示中，设定∠BO1A=∠α，为锥体部斜角，∠LOO′==∠θ为理论球面起点与轴线夹角，∠EOO′=∠β为实际球面起点与轴向夹角，则锥体部轴向尺寸的变化量Δa为：

Δa=b1-a1=LC=(R+r)cosβ-Rcosθ-rsinα

所以锥体部的实际轴向位移长度a1为：

a1=b1-Δa1=b1-(R+r)cosβ+Rcosθ+rsinα

此时球体部轴向尺寸的变化量Δa2为

Δa2=b2-a2=R(cosθ-cosβ)

球体部的实际轴向位移长度a2为

a2=b2-Δa2=b2-R(cosθ-cosβ)

由于轴向尺寸的变化，使得零件径向尺寸也随之发生变化，锥体径向尺寸的变化量Δdl为

Δdl=2BC=2[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

所以锥体部最大直径d1max为

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

同理球体部径向尺寸的变化量Δad2为

Δad2=2R[sinβ-sinθ]

所以球体部最小直径d2min为d2min＝2Rsinβ

由此可得结论:图1.4

对于锥体接球体类零件的加工，由于车刀刀尖圆弧半径的存在，使得被加工零件的轴向尺寸、径向尺寸均发生变化;且锥体部轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随体斜角的增大而增大;球体部轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随刀尖零件切点处与轴线间夹角的增大而增大;其径向尺寸的变化量为：锥体部大端的径向尺寸随刀尖圆弧半径的增大而减小，随锥体斜角的增大而减小;球体部小端径向尺寸随刀尖圆弧半径的增大而增大，随刀尖零件切点处与轴线间夹角的增大而增大。所以加工中应随之变换其位移长度。

同理可得加工凹球面、内球面与锥体部相接时轴向尺寸、径向尺寸的变化量及其位移长

度。此处略。

5.误差的消除方法

消除方法(1)：编程时，调整刀尖的轨迹，使得圆弧形刀尖实际加工轮廓与理想轮廓相符。即通过简单的几何计算，将实际需要的圆弧形刀尖的轨迹换算出假想、刀尖的轨迹。

消除方法(2)：以刀尖圆弧中心为刀位点编程步骤如下:

绘制件草图以刀尖圆弧半径r和工件尺寸为依据绘制刀尖圆弧运动轨迹计算圆弧中心轨迹特征点编程。

在这个过程中刀尖圆弧中心轨迹的绘制及其特征点计算略显繁琐，如果使用CAD软件中等距线的绘制功能和点的坐标查询功能来完成此项操作则显得十分方便。

另外，采用这种方法加工时，注意以下两点:

1.检查所使用刀具的刀尖圆弧半径的r-值是否与程序中的r值相符；

篇（5）

关键词:数控车床进给系统机构

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

数控机床简介

数控机床是一种高科技的机电一体化产品,是综合应用计算机技术、精密测量及现在机械制造技术等各种先进技术相结合的产物。数控机床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础已成为现在制造技术中不可缺少的生产手段,是机电一体化技术的重要组成部分。随着科学技术的迅速发展,数控技术的应用范围日益扩大。数控机床已成为现在机械制造业中的主要技术装备。

四．经济型数控车床的改造

纵横向进给系统原机床挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠,光杠等全部拆除,纵、横向以伺服电机作为驱动元件,经一级齿轮减速转矩增大后,由滚珠丝杠传动。纵向进给机构：纵向伺服电机为P20B200DxS，2.0的交流伺服电机,滚珠丝杠仍利用原丝杠位置,其螺母副通过托架安装在床鞍底部,滚珠丝杠两端加装接套、接杆及支承,与床身尾部步进电机相联接。伺服电机经减速后,减速器输出轴用套筒联轴器与丝杠直接联接,这种结构简单,径向尺寸小,可防止被联接轴的位移和偏斜所带来装配困难和附加应力。

改造后的数控机床应有以下发展方向：单一的数字控制应向数控中心发展，数控机床总体布局更加合理，机床控制系统的控制和运算功能更进一步加强，机床的伺服系统采用交流数字伺服系统代替直流伺服系统，编程更趋合理化，加工工艺更趋简单化90%机床的检测和监控系统要能实现自动化。

随着科学技术水平和人类生活水平的提高，对机械产品的质量要求越来越高，产品品种越来越多，中大批量的产品需求越来越少，而单件小批量生产模式迅速增加。作为实现单件小批量加工自动化的数控机床，由于其突出的优点而得到广泛应用。目前,国外数控机床的性能正朝着高精度、高效率、高柔性、高自动化方向迅速发展,这将对数控机床机械结构设计和制造的质量和可靠性提出更高的要求。“十五”期间,我国机械制造行业必须瞄准国际数控机床发展的科学前沿,开拓创新,消化吸收国外先进技术,开创我国数控机床设计和制造技术的新局面。

总体设计方案论证

数控车床的进给系统包括横向进给系统(X轴)和纵向进给系统(Z轴),它们是由伺服电机经同步齿形带传动,驱动滚珠丝杠螺母副机构,来实现刀架的运动。根据GB/T16462-1996《数控卧式车床精度检验》,机床的位置精度包括重复定位精度、反向偏差和定位精度。当机床的中心距DC=3000mm时,其重复定位精度X轴0.0075mm,Z轴0.010mm;反向偏差X轴为0.006mm,Z轴为0.012mm;定位精度X轴为0.035mm,Z轴为0.040mm。可以看出,进给轴设计与主轴设计相比,具有相同的重要性。因而,进给轴的设计应从动、静两方面充分考虑,位置精度才能达到该标准的要求。在数控车床进给系统的设计中,根据横向、纵向的不同精度要求,不同移动质量及转动惯量等特点,分别解决设计中的主要矛盾。以期望设计结果能满足各项性能指标的要求,达到预期的结果,即满足设计任务书的要求。

驱动元件：

各种数控机床加工的对象不同，工艺要求不同，所以对进给驱动的要求不尽相同，但基本要求是一样的，大致有四个方面。

（1）高精度使用数控机床主要是解决零件加工质量的稳定性，一致性，减少废品率；解决复杂空间曲面零件的加工；解决复杂零件的加工精度，缩短制造周期等。为了满足这些要求，必须保证数控机床的定位精度和加工精度。要求定位精度和轮廓切削精度能达到机床要求的指标。在位置控制中要求有高的定位精度，而在速度控制中，要求有高的调速精度，强的抗负载扰动的能力，即静态和动态速度降尽可能小。

（2）快速响应为了保证轮廓切削形状精度和低的加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。

（3）调速范围宽在各种数控机床中，由于加工用刀具，被加工零件的材质及加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，就要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围。

（4）低速大转矩根据机床的加工特点，大都是在低速进行重切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。

附件清单

1.毕业设计任务书1份

2.毕业设计说明书1份

3.总装图CK000A31份

4.进给系统装配图CK001A01份

5.机构装配图CK002A11份

6.床鞍零件图CK124A11份

7.电机支座零件图CK117A11份

8.螺母支架零件图CK110A21份

9．连接轴零件图CK101A31份

10．面板零件图CK102A31份

11．端盖零件图CK106A31份

12．法兰零件图CK108A31份

13．滚珠丝杠副零件图CK112A31份

14．支座零件图CK114A31份

15．垫圈零件图CK103A41份

16．套筒零件图CK104A41份

17．连接法兰零件图CK105A41份

18．侧板零件图CK107A41份

19．法兰零件图CK109A41份

20．法兰零件图CK111A41份

21．法兰零件图CK113A41份

22．小端盖零件图CK115A41份

23．防护罩零件图CK116A41份

24．锥销零件图CK118A41份

25．连接管零件图CK119A41份

篇（6）

一、问题的提出

数控车削加工主要包括工艺分析、程序编制、装刀、装工件、对刀、粗加工、半精加工、精加工。而数控车削的工艺分析是数控车削加工顺利完成的保障。

数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。其主要内容包括以下几个方面：

(一)选择并确定零件的数控车削加工内容；(二)对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；(三)工具、夹具的选择和调整设计；(四)切削用量选择；(五)工序、工步的设计；(六)加工轨迹的计算和优化；(七)编制数控加工工艺技术文件。

笔者观察了很多数控车的技术工人，阅读了不少关于数控车削加工工艺的文章，发现大部分的使用者采用选择并确定零件的数控车削加工内容、零件图分析、夹具和刀具的选择、切削用量选择、划分工序及拟定加工顺序、加工轨迹的计算和优化、编制数控加工工艺技术文件的顺序来进行工艺分析。

但是笔者分析了上述的顺序之后，发现有点不妥。因为整个零件的工序、工步的设计是工艺分析这一环节中最重要的一部分内容。工序、工步的设计直接关系到能否加工出符合零件形位公差要求的零件。工序、工步的设计不合理将直接导致零件的形位公差达不到要求。换言之就是工序、工步的设计不合理直接导致产生次品。

二、分析问题

目前，数控车床的使用者的操作水平非常高，并且能够独立解决很多操作上的难题，但是他们的理论水平不是很高，这是造成工艺分析顺序不合理的主要原因。

造成工艺分析顺序不合理的另一个原因是企业的工量具设备不足。

三、解决问题

其实分析了工艺分析顺序不合理的现象和原因之后，解决问题就非常容易了。需要做的工作只要将对零件的分析顺序稍做调整就可以。

笔者认为合理的工艺分析步骤应该是：

(一)选择并确定零件的数控车削加工内容；(二)对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；(三)工序、工步的设计；(四)工具、夹具的选择和调整设计；(五)切削用量选择；

(六)加工轨迹的计算和优化；(七)编制数控加工工艺技术文件。

本文主要对二、三、四、五三个步骤进行详细的阐述。

(一)零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。

1.选择基准

零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点，以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

2.节点坐标计算

在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。

3.精度和技术要求分析

对被加工零件的精度和技术进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。

(二)工序、工步的设计

1.工序划分的原则

在数控车床上加工零件，常用的工序的划分原则有两种。

(1)保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中，粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，则应将粗、精加工分开进行。

(2)提高生产效率原则。为减少换刀次数，节省换刀时间，提高生产效率，应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后，再换另一把刀来加工其他部位，同时应尽量减少空行程。

2.确定加工顺序

制定加工顺序一般遵循下列原则：

(1)先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。

(2)先近后远。离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。此外，先近后远车削还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。

(3)内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件，应先进行内外表面的粗加工，后进行内外表面的精加工。

(4)基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来，定位基准的表面越精确，装夹误差越小。

(三)夹具和刀具的选择

1.工件的装夹与定位

数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作定位基准；对于套类零件，则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外，还有多种通用性较好的专用夹具。实际操作时应合理选择。

2.刀具选择

刀具的使用寿命除与刀具材料相关外，还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下，采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命，提高生产率的有效措施。数控车削常用的刀具一般分为3类。即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。

(四)切削用量选择

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S(或切削速度υ)及进给速度F(或进给量f)。

切削用量的选择原则，合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求，以及刀具的耐用度去选择，也可结合实际经验采用类比法来确定。一般的选择原则是：粗车时，首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap；其次选择较大的进给量f；最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度υ。增大背吃刀量可减少走刀次数，提高加工效率，增大进给量有利于断屑。精车时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高加工效率，因此宜选用较小的背吃刀量和进给量，尽可能地提高加工速度。主轴转速S(r/min)可根据切削速度υ(mm/min)由公式S=υ1000/πD(D为工件或刀/具直径mm)计算得出，也可以查表或根据实践经验确定。

三、结语

数控机床作为一种高效率的设备，欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点，除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外，还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺，以得到最优的加工方案。

篇（7）

1 数控车床的基本原理

数控系统的主要一个特点就是可靠性高，发生故障的情况比较小，对环境的适应性比较强，无关是温度还是适度强度，都有一定的适应性，内部电路比较复杂，要求想配套的数控车床控制系统紧密的联系和运行。在车床加工之前，将被加工零件的信息，所需要达到的要求编写程序输入到控制端，数控装置就会对接收到的信息进行分析和处理，根据处理的结果，会分配执行到各个装置完成处理，并且按照要求的形状和尺寸完成零件的加工任务。

我国今年来在数控装置上面的水平逐渐升高，性能也有了很大的保障，故障的产生也减少了。对运行的坏境要求低，出现故障之后的维修费用也比进口的要低，所以相比进口的车床还是具有很高的性价比的。为了长久的使用，同时要考虑到仪器适合运行的时间，可以考虑搭配着数控系统整套都是国外进口；台湾生产的控制系统加上国产的反应处理系统；这两种情况，便于数字化的集中控制。

2 数控车床故障的排除

目前数控系统比较繁多，种类样式各种各样，但都是源自系统最初的要求和需要设计的，数控系统一般分为控制系统、伺服系统和位置测量系统，这三个部分有效的结合，完成一个完整的数控系统。在通电之前可以进行一些简单的检查，比如说打开车床的电控箱，检查继电器、接触器等有没有松动接触不良的情况，再检查电箱门，检查各类接口的插座，如果有松动的情况一定要重新插紧，这样才能保证接触好运行稳。按照车床的说明书进行各个电路板的检查，有错误的地方进行改正，确定没有错的情况检查下一步；在相关的接线地方查看线路，有没有线路的铜丝，每个端子都要旋具紧固一次，各个电机的插座都要拧紧，确保没有松动；检查电磁阀，需要手推动多次确保不会因为长时间没有通电而运行不良，如果发现问题需要及时进行整理，并且做好记录。

我国自主生产的车床具有这样的特点：齿轮转动级数高、刚度比较差，反向间隙大，这就造成了齿轮的不耐磨，如果改造之后还是采用原来的齿轮齿链的话，加工精度就会降低，并且使用的年限也要受损，能否带动车床的运行还是个问题。也会造成车床需要经常的调整和维修，造成的维修维修费用也是比较高的，当齿轮的间隙大，超过了一定的补偿数值就会需要进行维修或者是更换一个新的齿轮，同时也会增加事故的产生。如果采用了好的齿轮，那么滚动的摩擦小，齿轮的使用寿命也会增长，降低齿轮和滚轴之间的摩擦，也会降低事故的发生，维修费用也会降低。数控系统的操作面板，通过控制端口输入到数控单元，通过各个原件的协调运作实行分工完成车床的任务。采用减速的机构，可以达到增大减少转轴和齿轮的摩擦，还可以达到一定的冲击力满足车床的运行需要。在刀具的选择上，可以采用方形或者是三角形的刀具，这样就能够避免因为切的宽度大，车床和齿轮收到的压力大，容易损坏刀具或者是造成车床和零件不必要的损耗。在刀具的选择上，尽量采用进口的刀具，比较耐冲击，损耗小，寿命长，这样就会提高切割的效率，并且费用和国产的刀具相当。数控改造的方式上面，需要高精度的产品要求，在系统上面可以选择国产开发的技术，在刀具的选择上面采用进口的刀具减少损耗和提高工作效率，这是一种比较理性的方案。

3 数控机床的经济效益

选择机床首先要考虑其实用性，明确需要什么样子的车床，是否具有实用性，要掌握好机床的数据在规格和精度上面要特别的注意，生产的零件决定了所要选择的机床的加工范围，可以决定的指标有很多，定为精度和重复定位精度以及复杂的综合加工。根据不同的功能选择模板，同时不同的模板还具有不同的价钱和功能，合理的选择有需要的功能，避免经济上的浪费。在可以满足功能上的使用的前提尽量选择结构和功能都比较经济使用性的，机床的选择在同样的型号中尽量减少钱的使用，这就能达到节省开支的效果。同时避免功能的太过强大造成的造作比较复杂，只需要根据所需要的功能进行选购。考虑车床的使用寿命还要考虑市场的占有率以及使用年头多久会淘汰。

4 结论

通过对前文数控车轮车床存在的问题进行分析，可以看出来在当前使用的数控车轮车床的主要特点。车轮踏面镟的质量直接影响着列车的行驶安全，也会要求检修成本，如果车辆的行驶过程中，有仪器出现问题，检修还有一定的费用。电路系统的不完备，给设备的检修还带来困难。数控机床的发展方向，必然是要向着pc等高端机的技术进行发展，向着高速化和高精度的方向来发展，数字化必然要取代人工的力量，向着自动化发展。如果能够大力推行车轮踏面镟技术，严格控制车轮踏面的加工数量，能够降低维修的成本，减少事故的发生，保证又好又快运行。通过对前文出现问题进行分析，提出了初步的解决问题的方案，并且在实际的检修中具体问题具体分析，出现的故障降低，取得较好的效果。并且事实证明了，采用更少的经济成本，将普通机床改造成数控机床，将会为企业带来更大的经济成本。

【参考文献】

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[4]陈强.机械系统的微机控制[M].北京：清华大学出版社.

[5]张新义，主编.经济型数控机床系统设计[M].北京：机械工业出版社，1994，7.

篇（8）

1 引言

随着可编程逻辑控制器（PLC）技术的逐渐发展，很多工业生产要求实现自动化控制的功能，都采用PLC来构建自动化控制系统，尤其是对于一些电气控制较为复杂的电气设备和大型机电装备，PLC在电气化和自动化控制方面具有独到的优势，如顺序控制，可靠性高，稳定性好，易于构建网络化和远程化控制，以及实现无人值守等众多优点。基于此，PLC技术逐渐成为工业电气自动化控制的主要应用技术。

本论文主要结合数控机床的电气化功能的改造，详细探讨数控机床电气化改造过程中基于PLC技术的应用，以及PLC技术在实现数控机床自动化控制功能上的应用，以此和广大同行分享。

2 数控机床的电气化改造概述

2.1 数控机床的主要功能

数控机床是实现机械加工、制造和生产中应用的最为广泛的一类机电设备。数控机床依托数控化程序，实现对零部件的自动切削和加工。但是目前我国仍然有超过近1000万台的数控机床，主要依靠手动控制完成切削加工，无法实现基本的电气化和自动化控制。为此，本论文的主要的目的是基于PLC控制技术，实现数控机床的电气化改造，主要实现以下功能：

（1） 数控机床的所有电机、接触器等实现基于PLC的自动化控制；

（2）数控机床的进给运动由PLC控制自动完成，无需人工手动干预；

（3） 自动检测零部件切削过程中的相关参数，如加工参数、状态参数等等；

（4） 结合上位机能够实现对数控机床的远程控制，以达到无人值守的目的。

2.2 电气化改造的总体方案

结合上文对于数控车床的电气化、自动化改造的功能要求，确定了采用上位机与下位机结合的自动化改造方案。该方案总体结构分析如下：

（1） 上位机借助于工控机，利用工控机强大的图像处理能力，重点完成数控车床的生产组态画面显示，以及必要的生产数据的传输、保存、输出，同时还要能够实现相关控制指令的下达，确保数控车床能够自动完成所有切削加工生产任务。

（ 2）下位机采用基于PLC技术的电气控制模式，由传感器、数据采集板卡负责采集数控车床的生产数据、环境数据、状态数据等所有参数，由PLC实现对相关数据的计算，并传输给上位机进行相关数据的图形化显示和保存；另一方面，PLC控制系统还接收来自于上位机的控制指令，实现对数控车床的远程控制。

（3） 对于数控车床最为关键的控制――进给运动的控制，利用PLC+运动控制板卡的模式实现电气化和自动化的控制。具体实现方式为：选用合适的运动控制板卡，配合PLC的顺序控制，对进给轴电机实现伺服运动控制，从而实现对数控车床进给运动的自动化控制。

3 数控车床电气化自动控制改造的实现

3.1 系统改造结构设计

数控车床的电气化自动控制改造，其整体结构如下图1所示，其整体结构主要由以下几个部分构成：

3.1.1 底层设备

底层设备主要包括两个方面，首先是实现数控车床自动切削加工运转等基本功能的必要电气、机电设备，如电源模块、电机模块等，这些机电设备能够保证数控车床的基本功能的稳定可靠的实现；其次，底层设备还包括各类传感器，比如监测电机转速、温度的速度传感器和温度传感器，监测进给轴运动进给量的光栅尺等，这些传感类和数据采集类设备为实现数控车床自动化控制提供了基础数据源。

3.1.2 本地PLC站

本地PLC站主要负责接收底层传感设备传送过来的传感参数、状态参数及其他检测参数，通过内部程序的运算，判断整个数控车床的工作状态，并将其中的重点参数上传到远程控制终端进行数据的图形化显示、存储、输出打印等操作；另一方面，本地PLC站同时还接收来自于远程控制终端所下达的控制指令，比如停机、启动等控制指令，PLC站通过对相应执行器（比如电机）的控制，从而实现自动化控制的功能。

3.1.3 远程控制终端

远程控制终端主要是依赖于工控机实现的上位机数据管理和状态监控，需要专门开发一套面向数控车床加工、生产和自动控制的软件程序，以实现对数控车床的远程化、网络化、自动化控制，真正实现无人值守的功能。

基于PLC的数控车床电气自动化改造框图

3.2 PLC电气控制系统的设计实现

本研究论文以CK6140普通数量机床为具体研究对象，详细探讨其电气化、自动化控制的改造。通过上文对机床改造方案和结构功能的分析，可以确定整个机床电气化、自动化改造，一共需要实现14个系统输入，9个系统输出。结合控制要求，这里选用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，输入回路采用24V直流电源供电方式。根据对数控机床的各模块控制功能的分析，选用合适的接触器、继电器、开关、辅助触点等电气控制元件，与PLC共同实现对电气设备的控制，比如PLC通过接触器控制电机模块，PLC通过继电器控制电磁阀等部件，从而完成基于PLC控制的数控车床电气化改造。

4 结语

篇（9）

0前言

机械结构虚拟优化设计是以计算机建模和仿真技术为基础，集计算机图形学、虚拟现实技术、机械动力学、有限元分析、优化设计等技术为一体，由多学科知识组成的综合系统技术，是机械结构动力学设计技术在计算机环境中数字化、图像化的映射。本文分析了机械产品虚拟动态优化设计的一般过程，以数控车床关键部件一尾架为例，建立了三维可视化的有限元CAE模型，通过对模型进行结构分析，实现该部件结构的动态优化。

1机械结构虚拟动态优化设计过程

机械产品虚拟动态设计的一般过程是:先建立满足工作性能要求的产品初始CAD模型(初步设计图样)，然后对产品结构进行动力学建模和动态特性分析，再根据工程实际情况，给出结构动态特性的要求或预定的动态设计目标，按结构动力学“逆问题”方法直接求解设计参数，或按结构“正问题”分析法，进行结构改进设计，直到满足预期性能设计要求，从而获得一个具有良好静、动态特性的产品设计方案，如图1所示。结构动态设计的主要内容包括:

(1)建立一个切合实际的结构动力学模型;

(2)选择有效的动态优化设计方法。

2机械结构建模分析及优化实例

以数控车床关键部件尾架为例进行研究。数控车床动态设计是在“正问题”处理方法的基础上进行的，数控车床共有零、部件800多个，其中对整机结构性能影响大的零、部件主要有以下几个:床身、主轴箱、尾架等。为使整机具有良好的动态性能，必须对关键部件进行优化。为此，应先建立数控车床主要部件的几何模型和满足其动力学特征的有限元模型，进行动态分析，根据动态分析的结果对原部件结构设计的薄弱环节进行动力学修改和结构分析优化，最终得到一个具有良好静、动态特性的产品设计方案。

数控车床的尾架安置在床身的尾架导轨上，并可沿此导轨调整其纵向位置。尾架套筒的锥孔装有后顶尖，用以支撑工件。由于尾架顶尖与主轴箱卡盘的同轴度直接影响着车床加工零件的精度，因此，尾架的结构是否合理对保证车床加工高精度很重要。

如图2为尾架系统的有限元模型，考虑到实际情况，将尾架导轨与两导轨座作为一体处理，尾架体与导轨之间以互为接触单元为主，每个导轨座均布4个全约束点，系统共有单元7 049个。得到尾架系统前三阶振型如图3(a)，3(b)，3(c)所示。表1列出了尾架系统计算频率及振型特性。

由分析可知，该尾架系统刚度很弱，相当于简支梁，是整机结构中非常薄弱的部分。综合新车床的布局，考虑铸造工艺性，尾架的导轨直接与床身一体，优化后的尾架由上下2部分组成，如图4所示，其有限元模型如图5所示。

建立改进尾架的有限元模型，系统共有2 210个体单元，对尾架上下2部分祸合12个节点，前三阶固有振型如表2所示。

篇（10）

1.数控车床工艺

对于一些传统的加工在工艺上的变革来说，有一些定位和基准选择的问题是比较明显的。在对这些问题和差别进行了解之后，能够对加工的质量问题进行保证，同时也能够促进加工的顺利进行。

在整体的数控加工过程中，会有一些设计基准和定位基准不相符合的问题出现，然而在工序基准和基本的测量基准问题上，却是统一的。这样就会杜绝一些尺寸链解所导致的误差问题出现。对于一些数控的加工在基本的编制问题上来说，主要把各段的尺寸和形状进行确定。确保形位公差和尺寸公差。所以即便是在基准没有统一或者是重合的现象出现时，在对工件在精度方面的影响也是很小的。

对于定位的误差来说，主要是由基准的误差和不重合的误差两方面所构成。对于基准误差来说，如果要进行一些批量的生产，那么在很大程度上对零件的影响是很大的。然而现实情况是对于数控的加工来说，在夹具频繁使用的情况已经不是很多，对于一些零件来说，在基本的加工之前一定要有对刀的过程。主要是通过实际的表面来进行对刀处理，在具体的加工中，也很少有换位和装夹的现象出现。而且对于改革后的加工工艺来说，定位误差也已经不是很关键。

1.1车床的基本加工对象。基本的数控车床加工对象有：粗糙度高的一些回转体加工零件，精度比较高的加工零件，还有一些螺纹和表面比较复杂的零件等。

1.2车床加工的内容。待数控车床的合适加工零件选好之后，还要对所选择的加工零件进行图样分析，对加工的技术和内容进行明确。把加工的零件方案确定下来，还有工艺的加工路线，以及程序的调整和工序的设计等都要进行确定。

1.3车床加工在路线方面的拟定。作为工艺的重要规程来说，工艺在路线方面的拟定也是非常重要的加工内容。基本包括了：加工的基本方法，不同的加工阶段，工序的安排和划分等。

1.3.1车床加工方法上的选择。对于不同的数控车床来说，都有不同的加工方法，根据不同的零件加工在粗糙，精度，形状和材料尺寸上的不同选择来决定，来选择合适的加工方案和方法。

1.3.2不同阶段的加工划分。对于半精细的加工阶段来说，主要的目的就是在加工的表面有一定的精度要求，还要留出多少不一的精加工剩余量；对于粗加工的那一阶段来说，主要是把一些毛坯上的多余部分切除，这样经过加工后的毛坯无论是在尺寸上还是在形状上都能够和零件的成品比较接近。对于一些精加工来说，主要是为了能够确保表面所规定的精度尺寸和一些粗糙度方面的要求。最后的目的就是为了能够从整体上来确保加工完成后的质量问题。对于一些纯粹的加工来说，在对零件的表面粗糙度和零件精度的要求上，就要进行必要的光整来进行加工。最后的目的就是为了能够减小粗糙度，从整体上来提高尺寸的精度。

1.3.3工序划分的基本原则。主要有两种，第一种是工序的分散划分原则，主要是把工序分散在工序比较多的地方进行加工，但是在工序的主要加工内容上却极少。第二种就是工序集中的基本原则，主要是指在不同的工序中，要有很多不同的加工内容进行选择，在环节上减少工序的总数。

2.数控车床在加工工艺的分析

2.1图纸的尺寸要为编程服务。 对于数控的加工图纸来说，基本的都是提供了坐标的尺寸，还有的就是用同一个标准来确定尺寸。对于手工的基本编程来说，对于每个节点上的坐标都要清晰的计算，在整个自动编程的过程中，对于一些零件的构成上要做出定义。

2.2机构的工艺性和数控特点相符。对于零件来说，在尺寸和类型上，最好是用统一的，这样就可以减少换刀和刀具规格的次数，从简单上来说，可以对编程的过程起到简化的作用。对于数控加工来说，最好是用一定的基准来进行定位。避免由于工件在加工过程中由于安装所造成的一些形位错误。在零件的加工精度上进行分析，对于一些形位的公差，尺寸的公差，都要得到具体的精确保证，看是否有一些多余的尺寸或者是其他的一些能够给工序安排造成影响的问题等。

总结：

我国的数字控制技术也被大范围的应用在各个领域。在对数控车床的工艺总结基础之上，通过一些具体的实例，来对数控车床的零件加工进行分析。对于数控的加工来说，工艺的设计环节是编程中比较关键的，其本身的合理性也影响到了零件加工后的质量问题，还有使用效率问题上。所以要选择一些高效又合理的加工路线和工艺方法。对数控程序的质量进行严格的把关，从整体上提高加工的效率和质量问题，而且对经济效益的提高也有重要的现实意义。参考文献：

[1]徐敏. 基于Pro/E和VERICUT的虚拟数车床建模与仿真应用[D].浙江工业大学,2012(05)

[2]李庆兴.异型轧辊数控车床切削进给系统的设计理论及其关键技术研究[D].河北工业大学,2009(06)