C6163型车床的经济型数控改造设计

以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于C6163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高的机床精度，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。

经过上序比较，由于所改造的C6163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。

(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： a) 可以全部自己设计制作

b) 可以采用单板机或STD模块或工控机改制 c) 可以选用现成的数控装置作少量的适应化改动 跟据本次设计的要求采用第一种设计方案。 2.1.4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。 2.2 可行性论证

根据《自动化制造系统》，可行性论证使用户建造自动化制造系统项目前所进行的技术和经济性分析报告，是上级主管部门审定和批准立项的基本依据。同样，在进行普通车床的经济型数控改造之前进行合理的、科学的可行性论证是必要的。

根据传统的论证方法，普通车床的经济型数控改造的可行性论证应围绕以下几个方面进行，

11

C6163型车床的经济型数控改造设计

即企业生产经营现状及存在的问题分析，企业生产经营目标，改造的基础条件、目标、技术方案、投资概算、效益分析，改造后车床的实施计划，结论等。

由于本设计仅作为大学本科生的毕业设计，故在此，设计者仅对改造的投资概算作一简要的可行性论证。

本改造设计是对普通车床C6136进行经济型数控改造。在改造设计中，采用自己设置的数控装置，加上两台伺服电机，两套滚珠丝杠副和相配的传动部分以及齿轮副，一台变频调速电动机，四个电磁离合器以及主传动部分的齿轮副。这样设备改造费用和旧设备费用总计不会超过8万元。因此，对普通车床作经济型数控改造适合我国国情，是国内企业提高车床的自动化能力和精密程度的有效选择。它具有一定的典型性和实用性。

12

C6163型车床的经济型数控改造设计

3 设计方案

3.1 总体方案的确定

3.1.1系统的运动方式与伺服系统的选择

由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆和逆圆插补、暂停、循环加工公英螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于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。

3.1.2 计算机系统

根据机床要求，采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性能价格比高等特点，决定采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。

控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。

3.1.3 机械传动方式

为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杆。为了保证一定的传动精度跟平稳性，尽量减少摩擦力。选用滚珠丝杆螺母副。同时，为了提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。

3.1.4 运动方式的确定

数按系统运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。由于C6163车床要加工复杂轮廓零件，所以本次设计采用连续控制系统。

3.1.5 系统的选择

伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制和闭环控制系统。经过比较，由于C6163车床加工精度要求不高，所以决定采用开环控制系统。

3.1.6 机构传动方式的确定

为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及有适宜尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：

(1) 尽量采用低磨擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。 (2) 尽量消除传动间隙。例如采用隙齿轮等。

(3) 提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度，减小传动链误差。可采用预紧的方法提高系统刚度。例如采用预加负载导轨和滚珠丝杠副等。

3.1.7 微机的选择

微机数控系统由CPU、存储器扩展电路、I/O接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分组成。

3.1.8 总体方案框图

13

C6163型车床的经济型数控改造设计

光功隔率步进离放电机大运微动机部件光功隔率步进离放电机大图3-1

3.2 横向进给伺服系统机械部分计算与校核实例 3.2.1 计算切削力 横切端面

F1.5Z?0.67Dmax 查《综合作业指导书》P13页 式中Dmax——车床床身上加工最大直径横切端面时主切削力FZ?可取纵切时FZ的12F?0.67D1.5Zmax?0.676303?10594.63?N?

F??1Z2?10594.63?5297.31?N? Fz?:Fx?:Fy??1:0.25:0.4式中 Fx?——走刀方向的切削力（N） Fy?——垂直走刀方向的切削力（N）

Fx??0.25?5297.31?1059.46?N?

Fy??0.4?5297.31?2118.92?N?

3.2.2 杆螺母副的设计、计算与选型 (1) 计算牵引力

横向进给选为三角型或综合导轨 参考《机床设计手册.2》6.2-2；6.2-3表

Fm?KFx??f??Fz??G? 查阅《综合作业指导书》P22页

14