前言
数控机床经济型改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。经改造后的机床加工的精度、效率、速度都有了很明显的提高，适合我国现在经济水平的发展要求。
本次毕业设计主要是对机床机械部分进行改造,以步进电机驱动横向进给运动、纵向进给运动以及刀架的快速换刀,使传动系统变得十分简单，传动链大大缩短,传动件数减少,从而提高机床的精度。
设计中，我们对有关数控机床及数控改造的相关书籍、刊物进行大量阅读,收集了很多资料,了解了数控机床的基本概念，数控机床的发展概况，数控机床的组成及其工作原理，扩大了我们的知识面。
随着科学技术的发展,现代机械制造要求产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化要求的增强，产品品种增多,产品更新换代加速。数控机床代替普通机床被广泛应用是一个必然的趋势。同时，数控机床将向着更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能发展。
普通车床数控改造
——用微机数控技术改造最大加工直径为400mm普通车床的进给系统
摘要：了解数控机床的概念，所谓数控是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它的优点很多,如可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低,要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个问题,也为了适应多品种中、小批量零件加工我们选择机床经济型数控改造。总体设计方案：在普通车床上采用适合现场实时控制的80C51单片机为控制器，以运行特性好、可靠性高的步进电机为驱动执行元件进行数控改造。
关键词：数控、车床、改造、80C51单片机；步进电机；
目录
第一章绪论
1.1 毕业设计目的 (5)
1.2 毕业设计内容 (5)
1.2.1 微机数控系统总设计方案拟定 (5)
1.2.2 进给伺服系统机械部分设计计算 (5)
1.2.3 微机控制系统的设计 (5)
1.2.4 数控加工程序的编制 (5)
1.2.5 直线的逐点比较法插补软件程序流程框图的绘制 (6)
第二章微型数控系统总体设计方案的拟定
2.1 毕业论文的要求和内容 (6)
2.1.1 课题名称 (6)
2.1.2 设计任务与要求 (6)
2.2 总体方案的确定 (6)
2.2.1 系统的运动方试与伺服系统的选择 (6)
2.2.2 计算机系统 (7)
第三章机床进给系统机械部分设计计算
3.1 系统脉冲当量及切削力的确定 (8)
3.2 切削力的计算 (8)
3.2.1 纵车外圆 (8)
3.2.2 横切端面 (8)
3.3 滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型 (9)
3.3.1 纵向进给丝杠 (10)
3.3.2 横向进给丝杠 (11)
3.3.3 纵向和横向滚珠给丝杠副几何参数 (14)
3.3.4 进给伺服系统传动计算 (15)
3.3.5 步进电机的计算和选用 (15)
第四章微机数控系统的设计
4.1 微机数控系统设计的内容 (22)
4.1.1 硬件电路设计内容 (22)
4.1.2 机床数控系统软件设计 (22)
4.2 80C51单片机及其扩展 (23)
4.2.1 80C51单片机的简介 (23)
4.2.2 单片机的系统扩展概述 (24)
4.2.3 存储器扩展 (25)
4.2.4 I/O口的扩展 (26)
4.2.5 步进电机驱动电路 (26)
4.2.6 液晶显示控制器 (27)
4.2.7 控制面板 (30)
第五章数控机床的零件加工程序
5.1数控机床加工基本要求 (31)
5.2加工步骤 (31)
5.3加工程序 (32)
第六章心得与体会
参考文献 (35)
附表，混合式步进电动机相关资料 (36)
第一章：绪论
§1 毕业设计的目的：
毕业设计是培养我们理论联系实际，解决生产实际问题能力的重要步骤，它系统的检验了我们是否是合格的毕业生。它通过对机床数控系统设计总体方案的拟定，进给伺服系统机械部分结构设计、计算控制系统硬件电路的设计以及数控机床加工程序的编制，使我们综合运用所学的机械、电子和微机的知识,进行一次机电结合的全面训练，从而培养了我们具有加工编程能力，初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇到的机电方面技术问题的能力。
§2 毕业设计的内容：
1、微机数控系统总体设计方案的拟定：
（1）系统运动方式的确定
（2）伺服系统的选择。
（3）执行机构传动方式的确定。
（4）计算机的选择。
2、进给伺服系统机械部分设计计算：
（1）进给伺服系统机械部分设计方案的确定。
（2）确定脉冲当量。
（3）滚珠丝杠螺母副的选型。
（4）滚动导轨的选型。
（5）进给伺服系统传动计算。
（6）步进电机的计算和选用。
（7）设计绘制进给伺服系统一个坐标轴的机械装配图。
（8）设计绘制进给伺服系统的一张或两张零件图。
3、微机控制系统的设计：
（1）控制系统方案的确定及框图绘制。
（2）MCS-51系列单片机及扩展芯片的选用。
（3）I/O接口电路及译码电路的设计。
（4）设计绘制一台数控机床微机控制系统电路原理图。
4、数控加工程序的编制：
（1）零件工艺分析及确定工艺路线。
（2）选择数控机床设备。
（3）确定对刀点。
（4）选择刀具。
（5）确定切削用量。
（6）编制加工程序。
5、直线的逐点比较法插补软件程序流程框图的绘制。
第二章微型数控系统总体设计方案的拟定：
§1、毕业论文的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求）
1.课题名称：
用微机数控技术改造最大加工直径为400毫米普通车床的进给系统
2.设计任务与要求：
主要技术参数：
最大加工直径（mm）：在床身上：400 在床鞍上：210
最大加工长度（mm）：750 ---- 1000
溜板及刀架重量（N）：纵向：1000 横向：500
刀架快移速度（m/min）：纵向：2 横向：1
最大进给速度（m/min）：纵向：0.6 横向：0.3
最小分辨率（mm）：纵向：0.01 横向：0.005
定位精度（mm）：0.02
主电机功率（KW）： 5.5
起动加速时间（ms）：35
设计的要求
1）CNC系统的主CPU既可采用8031单片机也可用系统机。
2）两个坐标的进给伺服系统既查采用步进电机驱动也可用直流或交流伺服电机驱动。3）所编的零件加工程序应符合ISO标准的有关规定。既可用手工也可用UG等软件编程。4）所绘制的机械装配图和硬件电路原理图要求正确、合理、图面整洁、符合标准。
5）所编写的软件应在计算机上进行汇编和通讯等。
6）说明书应简明扼要、计算准确、条理清楚、图文并茂并全部用计算机打印后装订成册
§2、总体方案的确定
1、系统的运动方试与伺服系统的选择：
由于改造后的经济型数控车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工、螺纹加工等功能，所以应该选用连续控制系统。考虑到经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。
2、计算机系统：
根据机床要求，采用8位微机。由于MCS-51系列单片机的特点之一是硬件设计简单，系统结构紧凑。对于简单的应用场合，MCS-51系统的最小系统用一片80C51外扩一片EPROM就能满足功能的要求，对于复杂的应用场合，可以利用MCS-51的扩展功能，构成功能强、规模较大的系统。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用LCD液晶显示器显示加工数据及机床状态等信息。
3、为了实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠，为了保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载荷的结构。传动齿轮也要采用消除齿侧间隙的结构。
系统总体方案框图见图（1）
图（1）
第三章、机床进给系统机械部分设计计算：
伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的负载，确定系统脉冲当量，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩机计算，确定伺服电机，绘制机械部分装配图及零件工作图等。现分述如下：
§1 系统脉冲当量及切削力的确定
脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。经济型数控车床、铣床常采用的脉冲当量是0.01~0.005mm/脉冲,根据机床精度要求确定脉冲当量：纵向：0.01mm/step ；横向：0.005mm/step
§2 切削力的计算
1、纵车外圆：
主切削力F Z （N ）由经验公式（1）估算：
60000/Z F V V =切线线（V =90100m/min ） …………………………式（1）
而N = N ηη切额（=0.7
0.85） ……………………………………………式（2）
取0.8η=，则N = N 0.8 5.5 4.4KW η=?=切额 ，
取90/min V mm =线
，则进给抗力60000 4.4/902933Z F N =?=
X 向和Y 向根据经验公式（3）（4）确定
0.5X Z F F = …………………………………………式（3） 0.6Y Z F F = …………………………………………式（4）
则得：0.51467X
Z F F N == 0.61760Y Z F F N ==
2、横切端面：
主切削力|Z
F 可取纵切的一半，即|
114672
Z
Z F F N =?= 此时走刀抗力|Y F （N ），吃刀抗力|X F （N ）
依然按上述经验公式粗略计算： 1:0.5:0.6=|||
Z X Y F :F :F
则得：|
X
F =734N |Y F =880N
§3、滚珠丝杠螺母副的设计、计算、和选型
（一）纵向进给丝杠： 1 . 计算进给牵引力Fm(N)
作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切屑时的走刀抗力以及移动件的重量和切屑分力作用在导轨上的摩擦力，因而其数值大小和导轨的形式有关。本次设计纵向进给为综合型导轨，则按以下公式确定：
|()X Z Fm KF f F G =++ ……………………………………式（5）
式中：K —考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合型导轨取K=1.15
|f —滑动导轨摩擦系数：0.15~0.18，取|f =0.16
G —溜板及刀架重力，由已知G=1000N 代入得： 1.1514670.16(29331000)2316Fm N =?+?+=
2 . 计算最大动负载Q
选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100
万（6
10）转后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载 C ，计算如下：
w m Q F ……………………………………………式（6）
6
6010n T
L ??= ………………………………………式（7）
01000S
V n L =
…………………………………………式（8）
式中：
L —为滚珠丝杠导程,初选丝杠导程Lo=6mm ；
Vs-最大切削力下的进给速度,可取最高进给速度的1/2~1/3,此处为0.3m/min; T-使用寿命,按15000h;
fw-运转系数,按一般运转取fw =1.2~1.5;此处取fw=1.2； L-寿命以转6
10为1单位.
则：610000.3
601500064510
L ??
?=
=
1.223169885Q N ?=
3 . 滚珠丝杠螺母副的选型：
查阅《数控机床系统设计》中附表1，可采用W1L2506外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈,其额定动负载为1310N,精度等级按滚珠丝杠行程公差表，选为3级(大致相当于老表准E 级)
33001210P V mm -=?
4 . 传动效率计算
η=tan γ/tan(γ+φ)
式中：γ—螺旋升角,W1L2506的螺旋升角γ=4°22′ φ—摩擦角取10′滚动摩擦系数0.003~0.004
则：η=tan γ/tan(γ+φ) =tan4°22′/tan(4°22′+10′)=0.96 5 . 刚度校核
先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图，如下图（2）所示：
图（2）纵向进给滚珠丝杠支承方式草图
则：100095315201160L L L L mm =+++?=++?+=支承
行程螺母总长间隙轴承宽度 …………式
（9）
支承间距L=1160mm ，最大轴向力为2316N ，丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负载的1/3。
（1）、丝杠的拉伸或压缩变形量1δ
2316m F N
=，
025D mm
=，
06L mm
=，
10022402(/2)sin 236.954d d e R R d R mm β=+-=+?--=……式（10）
对刚：4220.610/E
N mm =?
22
136.95(
).().1071.822
d A mm ππ=== ………………………式（11） 丝杠导程0L 的变化量：
5
0423166 6.291020.6101071.8
m F l l EA -??=
==???………式（12） 总长度L=1160mm ，丝杠上的变形量1δ，由于两端均采用推力球轴承，则值：
5
31011 6.29101160 3.0410446
l L mm L δ--??=??=??=?
（2）滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ：
由 3.969,231.6p
d mm Fm Kgf
==
承载滚珠数量40 2.5179.153.969
Z π
∑?=??=……………………………………式（13）
由于对滚珠丝杠副施加预紧力，且预紧力P F 为轴向载荷的1/3，则变形：
230.00130.00132.4210mm
δ-=?
==?
（3）滚珠丝杠总的弹性变形量δ： 根据以下经验公式：
12
0.9
δδδ+=
……………………………………………………………………式（14）
则可得：33312
3.0410 2.4210 6.07100.90.9
mm δδδ---+?+?=
==?
（4）定位误差?
3300(6.0712)100.018070.02p V mm mm
δ-?=+=+?=<
所以，满足要求。
（二）横向进给丝杠： 1 . 计算进给轴向力|
m F
横向导轨为双燕尾形，有如下计算式：
|||||(2)m Y Z X F KF f F F G =+++…………………………………………式（15）
式中：K —考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合型导轨取K=1.4；
|f —滑动导轨摩擦系数：取|
f
=0.2；
G —溜板及刀架重力，由已知G=500N
则代入已知得：|
1.48800.2(14672734500)1919m F N =?++?+=
2 . 计算最大动负载Q
计算如下：
w m Q F =……………………………………………………………………………式（6）
6
6010n T
L ??= ………………………………………………………………………式（7）
01000S
V n L =
…………………………………………………………………………式
（8） 式中：
L —为滚珠丝杠导程,初选丝杠导程Lo=6mm ；
Vs —最大切削力下的进给速度,可取最高进给速度的1/2~1/3,此处为0.3m/min;
T —使用寿命,按15000h;
fw —运转系数,按一般运转取fw =1.2~1.5;此处取fw=1.2； L —寿命以转6
10为1单位. 则：0
100010000.30.5/530S
V n L =
=??=
6
603015000
2710L ??=
=
1.219196908Q N =?=
3 . 滚珠丝杠螺母副的选型：
查阅《数控机床系统设计》中附表1，可采用W 1L2005外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈,其额定动负载为8800N,精度等级按滚珠丝杠行程公差表，选为3级(大致相当于老表准E 级)
33001210P V mm -=?
4 . 传动效率计算
η=tan γ/tan(γ+φ)
式中：γ—螺旋升角,W1L2005的螺旋升角γ=4°30′ φ—摩擦角取10′滚动摩擦系数0.003~0.004
则：η=tan γ/tan(γ+φ) =tan4°30′/tan(4°30′+10′)=0.964 5 . 刚度校核
先画出此横向进给滚珠丝杠支承方式草图，如下图（3）所示：
图（3）、横向进给滚珠丝杠支承方式草图
则40084 2.51216530L L L L mm =+++?=++?+=支承
行程螺母总长间隙轴承宽度………式（9）
支承间距L=530mm ，最大轴向力为1919N 。 （1）、丝杠的拉伸或压缩变形量1δ 根据：1919m
F N
=，0
20D mm =，216.788().221.42
A π==，
对刚：4220.610/E
N mm =?，总长度L=1160mm ，丝杠上的变形量1δ：
|314
01919
53022.31020.610221.4
m F l L L mm L EA δ-?=?=?=?=??? （2）滚珠与螺纹滚道间接触变形2δ： 由 3.15,191.9p
d mm Fm Kgf ==.20 2.5149.473.175
Z π=??=，
由于对滚珠丝杠副施加预紧力，且预紧力P F 为轴向载荷的1/3，则变形：
230.00130.00133.1510mm
δ-==?
=?
（3）滚珠丝杠总的弹性变形量δ： 根据以下经验公式：
12
0.9
δδδ+=
………………………………………………………………式（14）
则可得：33312
22.310 3.151028.28100.9
0.9
mm δδδ---+?+?=
==?
（4）定位误差?
3300(28.2812)100.040280.02p V mm mm δ-?=+=+?=>
显然，变形量已大于定位精度（0.02mm ）要求，应该采取相应的措施修改，因横向溜板限制，不宜加大滚珠丝杠直径，故采用贴塑导轨（|0.04f =），减小摩擦力，从而减小轴
向力，根据式（16）重新计算如下：
|||||1.4(2)
1.48800.04(14672734500)1369m Y Z X F F f F F G N
=?+++=?+?+?+≈
此时的变形量为：21
1.5910mm δ-=?
32 2.2510mm δ-=?
312()20.2100.9mm δδδ-+==?
则定位误差为：3330020.21012100.032p V mm δ
--?=+=?+?=
仍不能满足精度要求0.02mm 。如果将顾主丝杠再进行预拉伸，则丝杠刚度可提高四倍，则定位误差为：
12
33
30014 6.921012100.9
0.018920.02p V mm mm
δδδ--+?=+==?+?=< 满足要求。
（三）纵向和横向滚珠给丝杠副几何参数：
§4 进给伺服系统传动计算
1. 齿轮传动比计算 (纵向进给齿轮箱传动比计算)
（1）,已确定纵向进给脉冲当量0.01p mm δ=,滚珠丝杠导程06L mm =,初选步进电机步距角0.9°,可计算出传动比i
0360/(.)3600.01/(0.96)2/3p b i L δθ==??=………………………………式（17） 可选定齿轮齿数为:
12/2/324/3620/30i Z Z ===或
由齿轮传动比i=2/3，可以选定齿轮齿数为: 1Z =24和2Z =36或1Z =28和 2Z =42，初选1Z =28和2Z =42的齿轮。有关参数如表2。
2 . 齿轮齿数及技术参数
计算出传动比i 后,降速级数决定采用一对齿轮降速,因为进给伺服系统传递功率不大,一般取ｍ=1~2,数控车床,铣床取ｍ=2,此设计中取ｍ=2。 为了消除齿轮侧隙，此作业中采用双片齿轮。
§5 步进电机的计算和选用
（一）纵向机构步进电机选型： 1 . 计算步进电机负载转矩Tm (/180)m m m m F T F T δ
θδθπ
=?= ………………………………式（18）
23160.01
1.475.(0.9/180) 3.14
m T N m ??=
=?
式中:
δ—脉冲当量 (mm/step);
m F —进给牵引力 (N);
b θ—步距角,初选双拍制为0.9°;
2 . 初选步进电机型号
根据m T =1.475N.m 在网上查混合式步进电机技术数据表初选步进电机型号为
56BYG250E-SASSBL-0601，其中，2
0.75.m J Kg cm =,保持转矩为2.5N.m..
3 . 等效转动惯量计算
根据简图 ，即图（1），传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量J ∑ 运动件的转动惯量J ∑可由下式计算: ()2
2
0112122M
L Z W J J J J J Z g π∑??
????=++++?? ? ?????????
式中 1J ，2J —齿轮1Z ,2Z 的转动惯量 (2.kg cm ) S J —滚珠丝杠转动惯量 (2.kg cm )
34341100.78100.7810 5.62 1.53J d L --=??=???=2.kg cm
2J =34
3420.78100.78108.427.77d L --??=???=2.kg cm
S J 340.7810 2.5116 3.53-=???=2.kg cm
0.75M
J
=2.kg cm
式中 D —圆柱体直径(cm); L —圆柱体长度 (cm); 代入上式:
()()()2
2
0112122
220.75 1.53(28/42)(7.77 3.53)1000/9.80.6/27.22
M L Z W J J J J J Z g ππ∑??
????=++++??
? ?????????
??=++++??
=
4 . 电机转矩计算
机床在不同的工况下,在,下面分别按各阶段计算: 1) 快速空载起动惯性矩Q M
在快速空载起动阶段，加速力矩所占的比例较大，具体计算公式如下：
max 0Q a f M M M M =++……………………………………………………式（19） max
max 260a a
n M J J t πε∑∑==………………………………………………式（20）
又：()()()()0003max
max //3602/0.010.9/36010p b n V δθ=?=??
500/min r =………………………………………………………式（21）
350.035a t ms s == 代入得：2max max 225000
7.7210115.460600.035
a a n M J N cm t ππ-∑
?==??=?
折算到电机轴上的摩擦力矩f M :
|00021()0.16(29331000)
50.22/20.8 1.5
Z f F L f F W L M N cm i Z Z πηπηπ+?+====??……式（22）
式中：η—传动链总效率,一般可取0.7~0.85此处取0.8; i —传动比;
附加摩擦力矩0M ：
02
00(1)2p F L M i
ηπη=
-………………………………………………………………式（22）
2
20211/319190.61/319190.6(1)(10.9)9.70.2/20.8 1.5
N cm Z Z ηπηπ????=
-=-=??
式中：η—传动链总效率,一般可取0.7~0.85此处取0.8; i —传动比;
Fp o —滚珠丝杠预加负荷,一般取1/3Fm,Fm 为进给牵引力(N); ηo —滚珠丝杠未预紧时的传动效率,一般取≥0.9,此处取ηo=0.9 所以：max 0115.4509.7175.1.Q a f M M M M N cm =++=++= 2) 快速移动所需力矩K M
0K f M M M =+………………………………………………………式（23） =50+9.7=59.7N.cm 3) 最大切削载时所需力矩M 切
02X f F L M M M i
πη=++
切……………………………………………式（24） 14670.6
509.7175.5.20.8 1.5
N cm π?=++
=??
从上面计算可以看出Q M 、K M 、M 切三种工况下,以最大切削载时所需转矩最大,即以此项作为校核步进电机转矩的依据.
查得：当步进电机为两相四拍时，
/M M λ=jmax 切 =0.707
故最大静力矩M jmax =175.5/0.707=2.48 N ?m ，而电机保持转矩为2.5N.m 最大静力矩M jmax ，大于所以满足要求！
但还必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运转矩频特性。 计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率
max 100010002333360600.01k v f HZ p δ?=
==? 100010000.6
100060600.01
t t v f HZ p δ?===?
图（4）、56BYG250E —SASSBL —0601混合式步进电机矩频特性图
当快速运动和切削进给时，56BYG250E-SASSBL-0601型混合式步进电机运行矩频完全可以满足要求。
5、绘制进给伺服系统机械装配图
在完成运动及动力计算后，以后确定了滚珠丝杠螺母副、步进电机型号，以及齿轮齿数、模数、轴承型号之后，就可以画机械装配图。见附图（一）
例如，双片齿轮采用如图（5）所示，采用了可调拉力弹簧调整间隙。个薄片齿轮1和2上分别装上耳座3和8，弹簧4的一端钩在耳座3上，另一端钩在耳座8螺钉7上。用螺母5调节螺钉7的伸出长度即可调整弹簧的弹力，调整好后再用螺母6锁紧。弹簧的弹力使薄齿轮1和的左、了齿侧间隙。
1、2-薄片齿轮 3、8-耳座 4-弹簧 5-调节螺母 6-锁紧螺
母 7-螺钉
（二）、横向机构初选步进电机： 1 . 计算步进电机负载转矩Tm (/180)m m m m F T F T δ
θδθπ
=?= ………………………………式（18）
19190.005
0.611.(0.9/180) 3.14
m T N m ??=
=?
式中: δ—脉冲当量 (mm/step);
m F —进给牵引力 (N);
b θ—步距角,初选双拍制为0.9°;
2 . 初选步进电机型号
根据m T =0.611N.m 在网上查混合式步进电机技术数据表初选步进电机型号为
56BYG250D-SASSBL-0241，其中，2
0.46.m J Kg cm =,保持转矩为1.72N.m..
3 . 等效转动惯量计算
根据简图 ，即图（2），计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量J ∑
运动件的转动惯量J ∑可由下式计算:
()4
2
23011234
24()()()2M
s Z
L Z w J J J J J J J Z Z g π∑??
????=+++++?? ????????
?
………………………………………………………………………………式（25） 式中 1J 、2J 、3J 、4J —齿轮1Z 、2Z 、3Z 、4Z 的转动惯量 (2.kg cm ) S J —滚珠丝杠转动惯量 (2.kg cm )
34341100.78100.7810420.2J d L --=??=???=2.kg cm
2J =34
3420.78100.781062 1.01d L --??=???=2.kg cm
34
34330.78100.7810 4.820.41J d L --=??=???=2
.kg cm
3434440.78100.781082 6.39J d L --=??=???=2
.kg cm
S J 340.78102530.66-=???=2.kg cm
0.46M
J
=2.kg cm
式中 D —圆柱体直径(cm);
L —圆柱体长度 (cm); 代入上式:
()4
2
23011234
242
()()()23.51.M s Z
L Z w J J J J J J J Z Z g kg cm π∑??????=+++++?? ????????
?=
4. 电机转矩计算
机床在不同的工况下,在,下面分别按各阶段计算: 1) 快速空载起动惯性矩Q M
在快速空载起动阶段，加速力矩所占的比例较大，具体计算公式如下：
max 0Q a f M M M M =++……………………………………………………式（19） max
max 260a a
n M J J t πε∑∑==………………………………………………式（20）
又：()()()()000max
max //3601000/0.0050.9/360p b n V δθ=?=?
500/min r =………………………………………………………式（21） 350.035a t ms s == 代入得：2max max 225000
3.511052.560600.035
a a n M J N cm t ππ-∑
?==??=?
折算到电机轴上的摩擦力矩f M :
|00021()0.04(734500)
1.96.22/20.8 1.5
Z f F L f F W L M N cm i Z Z πηπηπ+?+====??……式（22）
式中：η—传动链总效率,一般可取0.7~0.85此处取0.8; i —传动比;
|f —贴塑导轨摩擦系数，取|f =0.04
附加摩擦力矩0M ：
02
00(1)2p F L M i
ηπη=
-………………………………………………………………式（22）
2
20211/319190.51/319190.5(1)(10.9) 4.84.2/20.8 2.5
N cm Z Z ηπηπ????=
-=-=??
式中：η—传动链总效率,一般可取0.7~0.85此处取0.8; i —传动比;
Fp o —滚珠丝杠预加负荷,一般取1/3Fm,Fm 为进给牵引力(N);
普通机床数控化改造实例及分析 来源：数控产品网添加：2010-05-22 阅读:649次 [ 内容简介] 机床与生产线的数控改造主要内容有：(1)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； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)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，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)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模的技术更新或技术创新。 现在很多企业为了生存和发展，不断地提高机床的数控化率是必要的。需要进行数控改造的设备一般包括传统机床及近期从国外引进，因存在问题而不能投产的机床设备和生产线。我们芜湖高新重型机床有限公司，在机床数字化控制和改造方面有独特的心得和实际经验。在普通机床恢复精度改造成高效的数控机床方面做了大量的工作。现为了更好的服务客户，我们总结了有关机床数控改造的知识供大家参考。 一、数控改造的内容 机床与生产线的数控改造主要内容有：(1)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； (2) NC化，在普通机床上加数显装置或加数控系统；(3)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，恢复原精度；对其不能满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；(4)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模的技术更新或技术创新。 二、数控系统发展的趋势 l．向开放式、基于PC的第六代方向发展 基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控任务PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。在远程通信、远程诊断和维修的应用将更加普遍。 2．向高速化和高精度化发展 3．向智能化方向发展 (1)应用自适应控制技术。数控系统能检测过程中的重要信息，并自动调整系统参数，改进系统运行状态。 (2)引入专家系统指导加工。将熟练工人和专家经验、加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化数字伺服驱动装置。可以通过自动识别负载和自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行状态。 三、数控系统的选择 1．开环系统 该系统的伺服驱动装置是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。这种系统不需要位置和速度反馈，位移精度主要决定于步进电机的角位移精度和齿轮丝杠等传动元件的精度，所以位移精度低。但系统结构简单、调试维修方便、工作可靠、成本低、易改装成功。 2．闭环系统 该系统由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置信号反馈给计算机，与给定值进行比较，将两者的差值放大并变换，驱动执行机构，以消除偏差。此系统复杂、成本高、对环境温度要求严。但系统精度高、速度快、功率大。可根据产品技术要求，决定是否采用。
目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目： (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要
我国目前机床总量为380万余台，而其中数控机床总数只有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术改造中主要方向之一，也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。
一、机床进行数控化改造的必要性 （1）数控机床：1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 ①数控（NC）阶段（1952～1970年） 早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。 ②计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在） 到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代--小型计算机；1974年的第五代--微处理器和1990年的第六代--基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控
小区智能化改造方案
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2
皇都花园监控系统 改 造 方 案 上海同日自动化科技有限公司 二零一一年七月
皇都花园监控系统改造方案 目录 第 1 章综合说明 (3) 1.1项目简介 (3) 1.2项目特点 (3) 1.3设计理念 (3) 1.4设计范围 (4) 1.5设计原则 (4) 1.6依据及标准 (5) 第 2 章小区监控系统改造方案 (7) 2.1系统改造目标 (7) 2.2设计原则 (9) 2.3系统构成 (10) 2.4系统介绍 (20) 2.5系统安装实施方案 (24) 第 3 章技术支持和服务及人员培训 (30) 3.1一、技术支持和服务 (30) 3.2二、人员培训 (31)
第 1 章综合说明 1.1 项目简介 皇都花园在上海市闵行内，紧临热带风暴旅游区，位于新镇路79号，皇都花园是个高档小区。内有高层电梯20部。整个园区设有监控系统、出入口控制系统等安防系统，确保业主有个安全的生活保障。 本次方案承担的内容：原有一期监控系统机房内设备迁移到二期机房，同时改造前端摄象机的工程。结合我们多年来建筑智能化的设计、施工经验进行智能化系统的设计，之后可根据工程实际情况、及需求再进行完善而深入和细化。我们的方案力求把握主体功能、风格和设计符合小区运营管理需求。 1.2 项目特点 1.2.1 系统用途： 小区内实时监控。 1.3 设计理念 为了使我们设计的系统具有极高的可靠性和可持续发展的能力，同时也最大限度地降低系统的建设成本、运行成本费用。我们首先确立了以下几个设计的总体思路： 一、系统的先进性和开放性 为保证小区监管系统既能保持在一定时期内不落后，并保证该系统互连的方便性，我们在该系统的设计时，要充分考虑到系统的先进性和开放系性，尽可能采取先进开放的技术和产品。 随着人们生活水平的不断提高，消费观念已经从传统的“量的满足”转变到了“质的满足”，转向以追求环境与服务为重点，对于旅行居住环境，更是以安全、舒适、便捷、高效作为衡量道路监控设施智能化、设计人性化程度的重要标志，以小区监控管理的水平与服务的质量作为衡量入住愿望的重要标准。同时，小区监控智能化已不仅仅是现代化建
关于数控机床改造方案的方法选择及设计 【摘要】随着我国科学技术的不断发展、基础材料工艺的生产工艺不断改善，消费者对产品的质量的要求也在随着时间的推移而增加，但是作为加工仪器部件、机械零件的主要工具，机床的数控化率水平相比于发达国家还是有很大的差距，目前我国加工机床的数控化率在3%左右。 非数控化机床加工产品精度差、质量难以保证、种类少、劳动强度高、效率低。在我国劳动力成本不断增加、国际市场竞争加剧的情况下，加工企业在国内、国际市场的竞争力不断下降，这中情况对企业的生存和发展是巨大的威胁，机床数控化普及已经到了迫在眉睫的阶段。本文简单介绍机床数控化改革的方法和不同机床的改造方案的确定。 【关键词】数控机床改造措施意义 1数控机床改造的历史背景 进入21世纪后，我国每年生产的数控机床在10000台左右，数控化率在8%上下。但多数的加工制造企业的加工、生产设备是传统的机床，而且使用多年，加工效率和质量得不到保障。但是这类机床数量众多，而且多数机床机械加工部分尚可使用，这使得数控机床改造有非常广阔的市场。 2数控机床改造的条件
现行使用的机床只有部分适合对其进行数控改造，至少应具备下列条件：一、现有机床的基础机械部件基本完好，具有足够的机械强度，在升级改造完成之后能够继续服役一定年限，有能力为企业创造一定价值。二、改造机床的整体费用要适当。在升级改造之前需要对机床性能评估和改造项目整体费用进行预算，对于性价比比较低的升级改造项目要妥善考虑甚至放弃升级改造计划，以达到整体收益最大化的目标。三、改造升级的技术要成熟。国内外先进的数控技术经过多年实践，已经具备了一定的技术基础，在进行项目升级改造的过程中可以适当的进行借鉴，以减少升级过程中的技术难度。 3机床数控改造的方向 （1）对现有机床进行评估，可以正常使用但生产效率低、加工精度不够的进行模块化改造；对于现有数控系统整体瘫痪、伺服器停止更新致使机床无法正常使用的考虑数控系统整体升级，引进国外近年来先进成熟的系统与现有机床进行匹配。 （2）对于因长期使用产生磨损的机械部件进行修配、再加工，甚至更换新的部件，以达到甚至超过机床原有精度。 （3）使用创新技术。现有机床很多都是十年之前使用的老一代数控系统，加工程序单一、生产控制能力不强，可以采用新的模块进行编程，增加不同的加工工艺参数，使加
摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字：普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架
一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的，经历了几十年的发展，直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后，我国的数控技术才有质的飞跃，应用面逐渐铺开，数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展，市场需求变的越来越多样化，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术和计算机技术的发展更快，应用到数控系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工精度，所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 机床数控化改造的优点：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高；（4）降低对工人的操作水平的要求；（5）数控改造费用低、经济性好；（6）数控改造的周期短，可满足生产急需。因此，我们必须走数控改造之路。 普通车床（如C616，C618，CA6140）等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，
摘要 数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中的结构复杂.精密.批量小.多变零件的加工问题。且能稳定加工质量，大幅度提高生产效率。但数控机床价格昂贵，一次性投入对企业来说负担很大。另一方面，在国内还有大量的普通机床,只需对其进行一些相关的技术性改造就可以形成一定生产能力的经济型数控机床。不仅能节省很大一部分资金，还能提升其市场竞争力。具有极大的经济潜力。 对于职业院校的数控实训教学而言，通过闲置的普通车床进行数控化改造，可盘活资产，实现资产优化配置，同时对教师和学生而言也是一次很好的学习、锻炼和提高的机会。对推动教学改革、专业转型和课程开发都有积极的意义。 我院现有闲置的普通车床为云南机床厂生产的CAY6140-1000，通过对该机床的结构特点进行分析，对机械和电气进行数控化改造，改造后的数控车床主要用于中小型轴类零件、盘类零件及螺纹的加工。
第一章数控机床的结构和工作原理 1.1数控车床工作原理及加工特点 以数字形式进行信息控制的机床称为数字控制机床，简称为数控机床。 数字控制系统是相对于模拟系统而言：数字控制系统中的信息是数字量，而模拟控制系统中的信息是模拟量。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已被逐渐淘汰，取而代之的是计算机数控（CNC）系统。 图1-1 数控车床 1．数控车床的工作原理 数控车床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。将数控程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如择刀、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其辅助装置严格地按照程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。 2．数控车床的加工特点 （1）高难度零件加工：“口小肚大”的内成型面零件，有仅在普通车床上难以加工，还难以测量。 （2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特种数控车床上加工完成。 （3）高效率完成加工：为了提高车削加工的效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件，也便于实现一批工序特别复杂零件车削全过程的自动化。 1.2 数控车床的组成 数控车床一般由输入/输出装置、CNC装置、伺服单元、驱动装置、可编程控制器及电器控制装置、辅助装置、机床本体和测量装置组成。图3-1是数控车床的组成框图。其中除机床本体之外的部分统称为CNC系统
前言 2005年，我国数控金属切削机床生产59639台，进口30746台。除部分出口外，总消费数量约85000台。在生产的数控金属切削机床中，经济型数控机床占60%以上（生产的数控机床中经济型数控机床占89%到90%），中档以上的数控金属切削机床不足40%。2006年，我国机床工业的产值和销售收入保持较高的增长速度，其中数控金属切削机床产量快速增长，全年生产85756台，同比增长32.8%，增幅高于金属切削机床产量增幅的18.4%。2007年1月至10月我国进口金属加工机床57.06亿美元，其中金属切削机床进口达41.98亿美元，同比减少8.18%，所占比例为73.57%；成形机床进口达15.08亿美元，同比增长5.68%，所占比例为26.43%。 专家认为，目前我国机床市场的需求结构已经发生了很大的变化，数控机床，特别是普及型数控机床将逐步成为市场主体。国内的机床制造企业在努力开拓高档机床的同时，一定要加速普及型数控机床产业化步伐。通过生产和进口数控机床并不能满足我国日益增长的制造业需求，而淘汰大型企业原有的大量普通金属切削机床不但会造成很大的浪费，而且会因为缺乏资金购买大量的数控机床来填补淘汰普通金属切削机床后的机床空缺，造成停产。所以，目前数控化改造是适应我国制造也迅猛发展，资金短缺，旧有机床所占比例大的国情所需。据调查，现有的与机床数控化改造有关的书籍不多，在网上有关机床数控化改造的问题很多，但是多偏向于一些基本的改造常识和高级的改造技巧方面的问题。由于机床数控化改造涉及的知识面广，若没有专业知识的支持，改造后的机床在使用中会出现很多问题，进而造成事故；而且数控化改造的市场也会因此变得不规范。因此，数控化改造的规范化设计改造是非常迎合目前数控化改造市场的需要的。 机床数控化改造主要是针对数控系统，伺服系统，辅助控制系统和液压系统的改造。由于数控机床本身是机，电，液一体化，结构复杂的产品，因此在改造中是否按照准确的计算方法计算，是否按照规则，要求选择改造方案和元器件类型，是决定改造后机床性能，运行精度，加工质量和可靠性的关键因素。 本书着眼于数控机床改造的具体实例，通过提供详细的计算公式，选择原则和选择方案，进一步说明了数控机床的改造方法。同时根据已有的改造案例总结改造中出现的问题，并说明相应的改造方法。 第一章机床数控化改造概述 1.1 机床数空化改造的必要性 1.1.1微观改造的必要性 从微观上看，数控机床同传统机床相比有如下突出的优越性，而且优越性都来自数控系统计算机的威力。 1）可以加工传统机床加工不出来的曲线，曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。
C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台，这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点，因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了，这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况，大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的，只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说，能充分发挥设备的潜力，改造后的机床比传统机床有很多突出优点，由于数控机床的计算机有很高的运算能力，可以准确的计算出每个坐标轴的运动量，加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记忆和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可以实现另一工件的加工，从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样，要重新了解机床操作和维修，也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力，另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，操作和维修方面培训时间短，见效快。另外，数控改造可以充分利用现有地基，不必像购入新机那样需要重新构筑地基，还可以根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和档次，将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础，不但技术上具有先进性，同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性，且投入费用低，用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益，已成为我国设备技术
C6150A普通车床数控改造方案 一、概述： 贵公司现有C61140普通车床，为了提高生产效率，提高产品的一致性和加工复杂零件。贵公司提出对C61140普通车床进行数控化升级改造。根据贵公司提出的技术要求，结合我公司在数控机床改造方面积累的经验。特制定如下C61140普通车床数控化升级改造技术协议。 二、机械改造部分： 根据《GJB5481-2005国家军用标准》{机床数控化改造通用技术要求} 改造前，应按GB/T 17421.1-1998规定的方法对机床几何精度进行检测，并符合下列要求: 对于改造后需加工的零件（顶头）精度在8级或8级以上的机床，其几何精度应不低于（设备修理精度检验技术手册）Ⅱ类机床的要求。 对于改造后需加工的零件精度在8级以下的机床，其几何精度应不低于（设备修理精度检验技术手册）Ⅲ类机床的要求。 (说明：由于该车床为全新设备。在改造前由双方共同确认机床几何精度，如果几何精完全符合国家标准及出厂精度将不进行几何精度修复工作。) ▲改造部分 (1)进给系统改造：用数控系统控制纵横两方向的伺服电机，实现X、Z两方向的进给。 ①保留Z轴梯形丝杆，只增加伺服电机及行星减速机，获得Z向进给运动。 ②将刀架滑动丝杠螺母副改为滚珠丝杠副。通过连接装置与伺服电机连接，得到X向进给运动。 (2)刀架保留原手动刀架，如需电动刀架，费用另计 (3)保留主轴的驱动方式，增加主轴编码器，编码器采用同步带传动方式。 ▲普通卧式车床数控改造后示意图： ①在改造时取消其原有的走刀箱及溜板箱。
②将原机床上床身梯形丝杆、中拖板梯形丝杆更换为滚珠丝杆。 ③因为为了节约费用，保留了Z轴梯形丝杆，但轴反向间隙可能较大（数控只能补偿1MM间隙），加工时尽量向同一个方向移动，反向移动时，需在程序上补偿反向间隙，同时T型丝杠精度不高，长距离时可能误差较大（根据丝杠磨损情况而定）。 ④重新设计、加工伺服电机安装座。 ⑤伺服电机与滚珠丝杆的联接采用梅花辨式联轴器。 ⑥滚珠丝杆副的润滑采用集中润滑站系统定时定量润滑。 ▲改造件的机械设计要求 1 机床改造件的安全防护设计应符合GB15760的规定。 2 加工件应符合图样、技术文件和有关标准的规定。 3 加工尺寸的未注公差，应符合GB/T 1804－2000的m级。 4 加工件在热处理后不再进行加工的表面应清洁，表面处理后的光泽应均匀一致。 5 重要铸件粗加工后应进行时效处理。 6 铸件上不影响使用和外观的缺陷，允许按有关规定进行修补。 7 加工件的已加工表面不应有磕碰、划伤和锈蚀等缺陷，螺纹表面不应有压痕。搬运和存放时，应防止加工件损伤和变形。 ▲主要改造件加工的基本要求 1 箱体上滚动轴承孔的形状公差应符合GB/T 275-1993的规定。 2 箱体上孔端面对孔轴线的垂直度，一般应按所选轴承的型号和精度等级的安装精度要求确定。 3 系统中高速、重载和滑移齿轮的齿部应进行淬火、渗碳和表面氮化的处理，并应符合有关标准的规定。圆锥齿轮的精度应符合GB/T 11365-1989的规定。 4 滚珠丝杠副应符合GB/T 17587.3-1998的规定。机床传动链末端滚珠丝杠副精度等级的选择应保证各类型机床精度的要求。 ▲数控改造装配技术要求 1）装配环境应清洁。精度要求高的部件，装配环境应符合有关规定。 2 ）装配时的零、部件应清理清洁。在装配过程中，零部件不应磕碰、划伤和锈蚀。零部件的配合面及外露表面不应有修挫和打磨等痕迹。 3）机床应按产品图样和装配工艺规程进行装配。装配到机床上的零、部件（包括外购件）均应达到图样及技术文件规定的质量要求。
推进工业智能化改造攻坚方案 推进企业技术改造攻坚方案 根据《X省推进企业技术改造攻坚方案》精神，按照市委、市政府《关于打好转型发展攻坚战的实施方案》总体部署，为实施我市新一轮大规模技术改造，进一步转变经济发展方式，促进产业优化升级，特制定本方案。 一、总体要求 紧紧围绕经济结构调整和产业转型升级主线，坚持创新发展核心地位，以提质增效为中心，以新产品开发为重点，以“三对标四提高”为抓手，科学引导企业增资扩产，充分运用先进适用技术，采用新材料、新工艺、新设备，通过改技术、改工艺、改设备、改产品、改管理等方式，抢占产业价值链的中高端环节，推动企业实行全方位的新一轮大规模技术改造，培育一批制造业创新中心，开发一批标志性新产品，加快实现产业提档升级。 二、发展目标 力争用4年左右时间，推动全市工业企业实施新一轮技术改造，实现从产品型向品牌型发展、从粗放型向生态型发展、从制造型向智能型发展、从生产型制造向服务型制造发展。 到X年，引导215家规模以上工业企业实施技术改造，工业技改投资占工业投资比重力争达到15%以上；力争培育1家省级制造业创新中心。
到X年，引导全市规模以上工业企业全面实施新一轮技术改造，工业技改投资占工业投资比重力争达到30%；力争培育1-2家省级制造业创新中心；重点企业技术装备总体达到国内先进水平；制造业数字化、网络化、智能化取得明显进展。 三、重点任务 （一）积极推动新一轮技术改造 在全市范围内开展以“对照行业标准、国家标准和国际标准，推动产品提质、企业提效、产业提升、结构提优”为主体的“三对标四提高”活动，推动先进产能提质增效。鼓励优势企业扩大生产规模，采用多种方式引进和购置国内外先进适用装备，淘汰老旧设备，树立技改成效标杆，发挥示范带动作用，提升行业整体装备水平。支持企业开发制约产业发展瓶颈的行业共性、关键技术，加速科技成果转化应用。X年，实施一批重点技术改造项目，完成技术改造投资力争达到140亿元以上；到X年，工业技改投资占工业投资比重力争达到30%以上。 责任单位：市工信委、发改委、质监局、科技局，各县（市）、区政府 （二）大力推进企业技术进步 以企业为主体，产学研用相结合，加强技术创新体系和机制建设，大力推进企业技术进步。充分发挥市场主体的创造性和积极性，培育和建设一批省级制造业创新中心。鼓励和支持企业技术中心、工程实验室、科技重大基础设施等创新载体的改造提升，培育一批研发基础
数控机床改造方案及实施 一、具体步骤 机械修理与电气改造相结合 一般来说，需进行电气改造的机床，都需进行机械修理。要确定修理的要求、范围、内容；也要确定因电气改造而需进行机械结构改造的要求、内容；还要确定电气改造与机械修理、改造之间的交错时间要求。机械性能的完好是电气改造成功的基础。 先易后难、先局部后全局 确定改造步骤时，应把整个电气部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，使人的注意力能集中到关键地方。 根据使用条件选择系统 针对某台或某几台机床，确定它的环境、温度、湿度、灰尘、电源、光线，甚至有否鼠害等外界使用条件，这对选择电气系统的防护性能、抗干扰性能、自冷却性能、空气过滤性能等可提供正确的依据，使改造后的电气系统有了可行的使用保证。当然，电气系统的选择必须考虑成熟产品，性能合理、实用，有备件及维修支持，功能满足当前和今后若干年内的发展要求等。 落实参与改造人员和责任 改造是一个系统工程，人员配备十分重要。除了人员的素质条件外，根据项目的大小，合理地确定人数与分工是关键。人员太少不利于开展工作，人员太多也容易引起混乱。根据各个划分开的子系统，确定人员职责，有主有次，便于组织与协调。如果项目采用对外合作形式，更需在目标明确的前提下，界定分工，确定技术协调人。 改造范围与周期的确定 有时数控机床电气系统改造，并不一定包含该机床全部电气系统，应根据科学的测定和分析决定其改造范围。停机改造的周期，根据各企业的实际情况确定，考虑因素有生产紧张程度、人员技术水平、准备工作充分程度、新系统大小与复杂程度，甚至还包括天气情况等。切忌好大喜功，急于求成，匆忙上阵，但也要合理安排，防止拖拖拉拉。 二、改造的技术准备 改造前的技术准备充分与否，很大程度上决定着改造能否取得成功。技术准备包括： 机械部分准备
综 述机床的数控化改造及其未来发展趋势 赵中敏 (淮海工学院东港学院,222069) 摘要:普通机床数控化改造是综合性很强的一门机电一体化技术,本文就如何实现改造进行了分析并提供了一些方法和思路。同时对数控设备的发展趋势作了介绍,为进一步改造提供了一些参考。 关键词:机床;数控化改造;数控设备;新特征 中图分类号:TG659 文献标识码:B 文章编号:1004-0420(2006)02-0005-03 NC tran sforma ti on and developm en t trend of mach i n e tool Z HAO Zhong-m in (Huahai Engineering College,222069) Abstract:The common machine t ool NC transf or mati on is a synthet electr omechanical integrati on technol ogy,this text p r ovided s ome methods and trains of thought t o realize the transf or mati on,and intr oduced the devel opment trend of NC equi p2 ment at the sa me ti m e. Key words:machine t ool;NC transf or mati on;NC equi pment;new characteristic 0 前言 有关资料表明,目前我国机床总拥有量为378万台,其中数控机床只有8万多台,远远低于美国、日本、德国、韩国等制造业发达国家机床数控化率20%以上的水平。主要表现在设备老化陈旧、自动化水平低、技术水平落后、劳动生产率低,严重影响了生产力的发展。采用先进的工艺设备,逐步增加数控机床所占比重,已经成为我国制造技术发展的总趋势,也是企业走出困境、提升水平,实现跨越式发展的必由之路。提高机床数控化率有两个途径: a1购买新的数控机床; b1把普通型的旧机床改造成数控机床。 平均测算,购买一台数控车床12万左右,数控改造一台只需3万元左右。考虑到我国企业的经济状况,靠投入大量资金购买更新数控机床不太现实。如何少投资多收益,利用有限的设备改造资金引进数控技术,笔者认为第2种方法比较适合我国企业的实际情况,普通机床的数控改造应成为我国企业数控技术推广应用的基本做法。 1 机床的数控化改造 普通机床的数控改造,是指将普通机床配置上数控系统,并对机床的某些部位做一定的改造,使机床具有数控加工能力。改造的项目随机床种类和精度要求而不同,现以经济型数控车床为例说明。 111 数字控制系统 进口数控系统有日本F ANUC系统、德国Sie mens 系统、美国MCS-8051系统等;国产数控系统主要有华中数控系统、广州数控系统等。这些数控系统均具有直线插补、圆弧插补、车公/英制螺纹、刀具补偿、间隙补偿、刀具自动转位等功能,性能稳定、价格适中。操作面板简单直观,主要有起动键、暂停键、单段/连续开关、连续进给键、急停键、键盘、显示屏等。不但控制弱电,对主轴变速、刀架转位、主轴起停与换向及其他一些辅助性动作也能通过指令控制。 112 滚珠丝杠螺母副改造 普通车床的进给丝杠都是滑动丝杠,即丝杠与螺母之间的摩擦为滑动摩擦。为了更好地消除丝杠与螺母之间的转动间隙,保证机床的加工精度,需要将原机床的滑动丝杠螺母副改换成滚珠丝杠螺母副。此项改造不属于必改项,对机床精度要求不高时,可以通过预紧原螺母的方法消除转动间隙。 113 步进电机选用 车床进给传动部分改造一般是拆除原机床的机械传动机构,用步进电机经齿轮或同步带机构,减速驱动丝杠,带动刀架纵向或横向移动。纵向步进电机固定在床身上,横向步进电机固定在床鞍上。 综 述———机床的数控化改造及其未来发展趋势机床电器200612
机电一体化系统设计任务书总汇 课题：C6140普通机床的数控化改造 姓名：蒋青松（第7组） 班级： 5 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 院系：机械工程学院 2015年6月
任务一 一：总体方案的确定 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 1.普通车床数控化改造后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 2.普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 3.根据技术指标中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及数控系统的经济性要求，决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多、速度快、抗干扰能力强、性/价比高等优点。 4.根据系统的功能要求，需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等，还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器等。 5.为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有预紧机构等。 6.计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速齿轮副，且应有消间隙机构。
二：机械本体 初步原理框图
数控原理框图 三：问题说明 1：连续控制系统：由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速度相对于工件沿加工路径运动（因为点位控制系统要求工件相对于刀具运动过程不进行切削），所以选择之； 2：开环控制系统：该改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，没有加入反馈系统，为了简化系统，降低成本，所以选择之。3：机床选择X，Z两轴联动。 4：由于是开环控制，而且结构简单，适用于普通数控机床，功能水平低。
自动化、智能化改造初步解决方案提纲 一、确定改造内容 （一）“机器换人”改造（生产环节及工序改造、整条生产线改造）。 （二）数字化车间（智能工厂）建设。 （三）智能制造新模式建设。 二、制定初步技术方案 （一）建设内容初步方案 1.“机器换人”改造建设内容初步方案应包括：工程设计、设备研制（集成）、零部件采购及应用；以及设备自身状态和环境的自感知功能、故障诊断功能、信息通信及数据传送功能、自适应功能、运行数据采集分析功能的实现等相关内容。 2.数字化车间（智能工厂）建设内容初步方案，其中： （1）流程型应包括：车间总体设计、工艺流程及布局数字化建模；基于三维模型的产品设计与仿真，产品数据管理系统（PDM），关键制造工艺的数值模拟以及加工、装配的可视化仿真；传感、控制、检测、装配、物流及智能化工艺装备与生产管理软件集成；现场数据采集与分析系统、车间制造执行系统（MES）、产品全生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）系统协同与集成等相关内容。
（2）离散型应包括：工厂总体设计、工艺流程及布局数字化建模；生产流程可视化、生产工艺可预测优化；传感及仪器仪表、网络化控制与分析、在线检测、远程监控与故障诊断系统在生产管控中实现集成；实时数据采集与工艺数据库平台、车间制造执行系统（MES）与企业资源计划（ERP）系统实现协同与集成等相关内容。 3.智能制造新模式建设内容初步方案，还必须提出平台框架、与相关系统集成等方案，具体参照《宁波市“3511”产业投资导向目录和智能制造评判标准》中明确的网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务等三种模式要求。 （二）工业软件应用初步方案，内容应包括：设计软件、工艺仿真软件、工业控制软件、业务管理软件、数据管理软件、人工智能软件等开发应用。 （三）数字化车间（智能工厂）建设，还需制定工业互联网集成应用初步方案。 三、提出改造的投资预算、项目建设期、设备及软件清单等。 四、提出改造后预计经济效益，包括：生产效率提高、企业运营成本降低、产品生产周期缩短、产品不良品率降低、单位产值能耗降低等。 五、提出如何提升内部精益化管理的初步报告。 附表：实施自动化、智能化改造需购置（研制开发）的设备、
传统机床数控化改造的意义、市场以及实施方法 一、机床数控化改造的意义 一般说来，数控机床比传统机床有以下突出的优越性。 1.可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2.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3～7倍。 3.加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要工人“修配”。 4.可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 5.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。 6.降低了工人的劳动强度，节省了劳动力（一个人可以看管多台机床），减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。
数控技术现已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 二、机床数控化改造的市场 由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产品市场需求年均增长30％，带动了机床市场需求30％以上的增长。从2002年开始，我国就成为世界第一机床消费大国。2004年国产金属切削机床年产量达到38.94万台、数控机床产量5.19万台；2005年前三季度，我国金属切削机床和数控机床产量分别达到34.08万台和4.33万台。 我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备大多数是传统的机床，而且多数是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响到企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 由于近几年国内外数控系统的高速发展，使原来进口的高档数控系统已不再满足日新月异的产品需求，迫切需要更换最新的数控系统及软件。 我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备
附件3 xxx（企业名称） 智能化改造设计方案 xxx（服务机构名称） 年月
智能化改造设计方案编制提纲 一、确定改造内容 对企业两化融合的现状进行详细分析，针对企业需求，围绕数字化、网络化、智能化升级和“机器换人”改造（生产环节及工序改造、整条生产线改造）、数字化车间（智能工厂）建设等提出改造方向和内容。 二、制定详细技术方案 （一）建设内容方案 1．数字化、网络化、智能化升级和“机器换人”改造建设部分应包括：工程设计、设备研制（集成）、零部件采购及应用；企业内外网改造；设备自身状态和环境的自感知功能、故障诊断功能、信息通信及数据传送功能、自适应功能、运行数据采集分析功能的实现等相关内容。 2．数字化车间（智能工厂）建设内容整体方案，其中： （1）流程型应包括：车间总体设计、工艺流程及布局数字化建模；基于三维模型的产品设计与仿真，产品数据管理系统（PDM），关键制造工艺的数值模拟以及加工、装配的可视化仿真；传感、控制、检测、装配、物流及智能化工艺装备与生产管理软件集成；现场数据采集与分析系统、车间制造执行系统（MES）、产品全生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）系统协同与集成等相关内容。 （2）离散型应包括：工厂总体设计、工艺流程及布局数字
化建模；生产流程可视化、生产工艺可预测优化；传感及仪器仪表、网络化控制与分析、在线检测、远程监控与故障诊断系统在生产管控中实现集成；实时数据采集与工艺数据库平台、车间制造执行系统（MES）与企业资源计划（ERP）系统实现协同与集成等相关内容。 （二）工业软件应用初步方案，内容应包括：设计软件、工艺仿真软件、工业控制软件、业务管理软件、数据管理软件、人工智能软件等开发应用。 （三）数字化车间（智能工厂）建设，还需制定工业互联网集成应用方案。 （四）智能化改造分阶段实施路径和考核指标。 三、提出改造的投资预算、项目建设期、设备及软件清单等。 四、提出改造后预计经济效益，包括：生产效率提高、企业运营成本降低、产品生产周期缩短、产品不良品率降低、单位产值能耗降低等。 五、提出如何提升内部精益化管理的初步报告。 附表：实施智能化改造需购置（研制开发）的设备、软件清单