车床数控改造设计论文

摘要：随着时代变迁和经济水平的大幅提高，我国的各层面也进入了蓬勃发展的春天。传统普通机床的加工技术已很难适应现代制造业的需求，数控机床化改造是机械加工向高质量、高精度和高效率发展的必然趋势，对现有机床进行数控化改造能够在满足生产需求的基础上，提高精度保证产品一致性、减少劳动强度、高效率、方便管理和减少操作人员，显著提高企业的经济效益。今天小编为大家精心挑选了关于《车床数控改造设计论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

车床数控改造设计论文 篇1：

C630普通车床数控化改造设计

摘要：对C630普通车床进行经济型数控改造，且主要涉及对C630R的纵向进给系统、横向进给系统、步进电机、机床导轨、刀架以及三爪夹头液压系统改造，利用微机系统对纵，横向进给系统，主轴系统，自动回转刀架进行数字控制。设计方案力求简单，经济，不宜盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单，使用与维修方便。综合考虑性价比。

关键词：普通车床 数控改造 进给系统 滚珠丝杠副 数控刀架

一、数控车床的发展和现状

随着现代科学技术的迅猛发展，现代机械产品的形状和结构不断改进，计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加一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。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。

与机床迅猛发展的现状相比，作为机床“心脏部件”的数控系统，2005年销量虽然超过3万台，但处于低档的经济型数控系统占据较大比重。业内专家不无忧虑地表示，国产数控系统近几年虽有很大发展，但仍无法阻止进口数控系统垄断的局面。在我国机床消费额中，进口机床占据了半壁江山，其中绝太多数是数控机床。长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。我国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。

二、C630数控步进改造设计的目的及意义

首先，对C630数控步进改造设计后能使其实现数控控制；让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工；提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。其次通过对C630普通车床进行改造能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。

三、总体改造方案

（一）改造任务

采用数控技术对C630普通车床进行自动化和精密化的改造，经改造后的机床能实现车削端面、外圆、螺纹、任意锥面圆弧面、球面等加工。

（二）改造方案确定

1.数控系统的选择

北京凯恩帝数控技术公司针对中国国情开发生产的，控制全数字伺服或步进电机的经济型车床或两轴机械控制用数控系统有以下优点：

（1）控制电路采用了高速微处理器，超大规模定制式集成电路芯片，多层印制电路板，显示器采用了高分辨率的液晶屏，从而使整套系统更为紧凑，体积进一步缩小，同时也使系统的可靠性进一步的提高。

（2）在控制面板上与机床操作面板集成为一体，在控制软件上，将全功能数控系统的机能引入步进机控制系统中，从而使系统具有较高的性能价格比。

（3）具有丝杆螺距误差补偿功能。

（4）可高速加工螺纹，快速退尾，退尾角度可调。

（5）系统配置U盘接口实现系统与U盘之间程序互存。

2.对车床导轨和床鞍配合滑动面的改造

对数控车床来说，导轨除了应该具有卧式车床导轨的精度和工艺性外，还要有良好的耐磨性，并减少因摩擦力而致死区，同时还要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响。

在该项工作中，主要是对贴塑材料的选用和贴接工艺的控制。考虑到性能价格比，选用聚四氟乙烯软带作为粘贴材料。精磨床鞍导轨，大拖板滑动面、调整塞铁滑动面粘贴聚四氟乙烯软带，并进行刮研，使床鞍与大拖板配合精度达到要求。

3.进给系统的改造

按伺服系统分类， 进给传动系统可分为闭环控制、半闭环控制和开环控制系统三类。由于闭环控制系统结构复杂及成本高， 开环控制系统控制精度不高及控制速度低，不予采用。而半闭环控制系统在装配和调整时都比较方便， 在精度上也可以满足一般要求， 所以采用半闭环控制系统的设计方法。

4.刀架改造

数控车床的方刀架可以根据机床的实际尺寸选择，也可以选用厂家生产的成品刀架，下面分别介绍自行设计和选择成品刀架的方法。

鉴于本机床的具体情况，对设计数控刀架的技术要求有如下三方面：1）夹紧力在4000N以上。2）需要进行四个方位的转换选择。3）重复定位精度不大于0.005mm。

4.滚珠丝杠螺母副的选择

滚珠丝杠副根据其滚珠的回转方式可以分为外循环和内循环两种方式，根据螺母的的结构形式又可以分为双螺母和单螺母。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定，由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边，结构简单，加工方便。由于双螺母不仅装配、预紧调整等比单螺母方便，而且其传动刚性也比单螺母的好，所以只要结构和机床空间满足要求，在普通机床数控化改造中多选用外循环式双螺母结构。

机床的数控化改造的优缺点总结以下几点：（1）减少投资额，制造周期短。（2）机械性能稳定性可靠所利用的床身箱体、等基础件都是重而坚固的铸造构件性能高，质量好，可以作为新设备继续使用多年。（3）熟悉了解设备便于维修，改造的机床操作者对机床的性能早已了解经过短期培训就可上机操作。（4）可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。（5）可以采用最新的控制技术，提高设备质量和档次将旧机床改成当今水平的机床。（6）缺点是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。

车床改造后，实现了半闭环控制系统数控自动化加工，大大提高了加工工效，增强了其适应性，稳定了零件的加工质量，并保留了原有的基本结构和部分工作性能，能节约资金，缩短生产周期，是工厂进行机械设备技术化改造的趋势。

参考文献：

[1] 机械设计手册编写组编.《机械设计手册》（一至三卷）[M]， 北京：化学工业出版社，1992.

[2] 张新义.《经济型数控系统设计》[M]， 济南：机械工业出版社，1979.

[3] 罗学科，谢富春.《数控原理和数控机床》[M]， 北京：化学工业出版社，2003.

作者：秦显峰

车床数控改造设计论文 篇2：

普通车床数控化改造与机械结构设计要点

摘要：随着时代变迁和经济水平的大幅提高，我国的各层面也进入了蓬勃发展的春天。传统普通机床的加工技术已很难适应现代制造业的需求，数控机床化改造是机械加工向高质量、高精度和高效率发展的必然趋势，对现有机床进行数控化改造能够在满足生产需求的基础上，提高精度保证产品一致性、减少劳动强度、高效率、方便管理和减少操作人员，显著提高企业的经济效益。

关键词：普通车床;数控化;改造;机械结构;设计要点

引言

随着现代化社会的不断发展，我国的经济水平以及科学技术水平有了很大的提高，车床属于机械加工中的关键工具，可以加工多种多样的工件。当前在不断提升机械加工技术的情况下，数控车床已经逐渐取代了传统车床。所以，面对此发展形势，很多的加工企业开始着手于革新机械加工工艺。为了充分地运用好普通机床，就要做到科学的数控化机床改造。但是为了提升改造机床的数控加工效果，必须要合理的设计机床机械结构，达到普及运用数控机床的目标。

1普通車床改造的必要性分析

当前，落后的普通机床显然不能再满足当前的发展需求，大量的普通车床面临淘汰，取而代之的将是更加先进的数控机床。但同时应该认识到，普通车床和数控机床在总结结构上有一定的相似之处，因此对其进行数控化改造是许多中小企业和职业院校的最佳选择。普通机床的数控控化改造不仅可以最大化地利用资源，还可以减少固定资产投资，提高经济效益。从技术上看，对普通机床的数控化改造已经形成了一套日益成熟的技术流程，并有着明显的产业化发展趋势。综上所述，对普通机床进行数控化改造是十分必要的，同时也具有很强的可行性。

2普通车床数控化改造

2.1车床数控改造方案选择

在将改造数控的车床相关参数与信息初步确定后，就可以依据所需的前面所述的进给速度、快速移动与脉冲当量等参数的改造方案进行施工。特别是在当前机床数控化已经达到区域化很完善且成功率极高的情况下，完全可以将其专业化的改造达到所需的加工工件的特别要求和精度范围，这些都可以很有效的增加改造的方案与类型，最终供所需方进行选择与实施，实现车床数控化达到工业环境的目标。由于改造之后的车床必须实现之前的所有功能，还能增加新的功能。因此，整合数据进行推导，可得出步进电机步距角、减速齿轮比、丝杠导程的关系式：

（θ/360）×（ac/bd）×T=δ

在上式中，T是所驱动丝杠导程（mm）;θ为步进电机步聚角（度）;a，b，c，d是齿轮的齿数;δ是脉冲当量值（mm）。根据式中我们清晰的得知，当单级减数时，令c、d=1，δ是与其他参数有直接比例关系的，因此车床改造时的注意事项与可修改参数与范围，特别是改成之后，需要进行接线的调试与检修，然后配合有关技术人员完成验收与审核，使其运行在安全、良好的环境下，达到任务要求。

2.2刀架设计

在车床中，不可缺少的部件就是刀架。通过科学的改造刀架，能够达到的目标就是多刀挟持、自动传位。改造环节，换下原始车床中刀架，用LD4-1型自动刀架对其取代，此产品具备的主要特点就是刚性较强，拥有较优的工艺性能，而且可以精准的定位，增加应用的年限等。改造横向与纵向系统减速机构过程中，应用有机玻璃罩壳，可以达到更好地清除灰尘的效果，而且有助于试验环节及时的观察了解齿轮啮合状态。按照以下的公式进行计算齿轮传动比

I=360p/θb·L0

公式中，i、θb、δp、L0分别代表的是齿轮传动比、步距角、脉冲当量、滚珠丝杠导程。改造以后，可以将齿轮减速箱的输出轴转速明显的减小，增加输出轴的扭矩，发挥出良好的减速增扭效果。

2.3进给部分的改造

1）电气部分XS30和XS31与步进驱动装置连接，采用开环控制方式。通过步进驱动装置，系统发出的指令脉冲信号呈环形分布。为了分别实现X轴和Z轴的自动进给，在功率放大后，对步进电机发出明确的指令。2）机床进行电气改造的同时需进行机械改造。为了满足机床高功率、高静动态刚度、操作维修方便、运动副摩擦系数小、无间隙等要求，机床原有机械结构有进给箱、滑动螺杆、挂轮机械等，拆除机床原有的进给箱，滑动丝杠，挂轮机构等机械结构，纵方向全部用P4级滚珠丝杠副来代替磨损快、传动效率低而且摩擦阻力大的T型滑动丝杠。副滚珠丝杠螺母副预紧后，可以提高传动刚度，完全消除间隙，不易发生低速爬行现象从而保证运动平稳。车床身后部装有齿轮箱和混合式步进电机，与纵向滚珠丝杠连接。在横向安装滚珠丝杠螺母对后，在滑板后面安装步进电机、纵横齿轮箱和齿轮箱的丝杠，并加装保护罩，防止灰尘使机床整体美观。

3普通车床数控化改造中机械结构设计方法

首先，需要对车床加工对象进行分析，确定车床采用的加工工艺。通常情况下，普通车床用于加工轴类、盘类等回转类零件，也用于实现螺纹零件的加工，不同零件形状存在一定差异，需要采用不同加工方法，达到不同加工技术要求。在结构改造时，需要结合工艺生产要求进行切削功率和切削力的计算，以便实现车床主轴和进给系统的合理设计。车床数控化改造需要对部分机构进行拆换，所以需要加强原始数据把握，明确各部分机械结构的连接方式和尺寸参数。针对车床存在的缺陷，如端面车削平面度超差等问题，需要在数控化改造中进行解决。为保证改造后的车床达到较高性能要求，需要对车床实际载荷进行分析，通过合理的机械结构设计保证车床整体及各部分结构的刚度。明确车床规格参数，根据机械结构设计需要的硬件型号和数量，可以进行元器件采购，然后将旧机床拆除，分别完成新机构的安装。针对改造得到的新机床，需要完成整机调试，然后进行工件试切，确保车床的机械加工水平能够达到设计要求。

结语

随着自动化控制技术和机械加工技术的深度结合，数控机床的发展也表现出了许多新的趋势，不难发现，目前的数控机床正朝着智能化、自动化、数字化、网络化、集成化等方向发展，普通车床被逐步取代是一种必然的结果。不难预测，数控机床将在未来的机械加工领域占据着举足轻重的作用。

参考文献

[1]吴承康，高刚毅.普通车床数控化改造中机械结构设计问题的研究[J].中国设备工程，2019，（8）：57-58.

[2]赵一平.车床数控化机械部分的改造设计[J].内燃机与配件，2020，（8）： 96-97.

湖南省常德市常德技师学院 湖南省常德市 415000

作者：龚雪

车床数控改造设计论文 篇3：

一种普通车床的数控改造系统方案设计

摘 要：将传统机床进行数字化改造，如果方案得当，可以达到改造成本低、见效快、加工效率高的目的。本文结合普通车床的基本运动，提出了一种数字化改造方案，将普通铣床改造为具有简单数控系统的数控车床。这种数控车床具备较为精确的两轴联动功能，刀具的运动路径和速度由操作人员通过遥控（线控）的专用控制键盘进行设置，该专用键盘上面有液晶显示屏，能够提示操作人员输入相应要素的具体数值。在机床加工时，工人可在机床附近观察而不必直接靠近操作，提高了生产加工的安全性。

关键词：车床;数控;数字化改造

A Scheme Design of NC Transformation System for Ordinary Lathe

MAO Baoyu1 ZHANG Hongshuai2

（1.Zhengzhou Zijingshan Park，Zhengzhou Henan 450001;2. School of Mechanical Engineering， Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

目前，我国制造行业和企业的生产、加工装备大多数是传统机床，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、成本高和供货期长等问题[1]。

传统车床需要工人手工控制进给量、切削速度等加工要素，无法实现两轴联动操作，所以在加工锥面或剖面轮廓为曲线的成型面时更加困难，质量无法保证，甚至无法加工。在生产过程中，工人需要同时控制刀具在两个轴的运动，工作强度大。在切削时，工人始终在机床边进行操作，容易造成各类人身安全事故。

将传统机床进行数字化改造，如果方案得当，可以达到改造成本低、见效快、加工效率高的目的。使用数字方式对机床刀具在两个轴的运动进行控制，在加工多种成型面时，能够使机床刀路更加准確。在加工时，工人不需要手动操作，能够有效减轻劳动强度。可采用遥控（线控）方式，在机床加工时，工人可在机床附近观察而不必直接靠近操作，待一次走刀完成，机床停止工作时，工人只需要对切削结果进行测量检查，从而避免多种事故，提高生产加工的安全性[2-5]。

1 方案设计

如图1所示，用于改造普通车床的数字化遥控（线控）进给控制系统主要由以下部分组成：电机、减速器、联轴器、控制器、遥控（线控）控制键盘。

用于改造普通车床的数字化遥控（线控）进给控制系统在车床两轴增加电机及减速器，用控制器控制电机运动，从而使控制器能够分别控制车床两轴的进给。需要两轴同时协调运动时，控制器同时控制两轴运动，从而使车床能够简单精确地加工多种成型面，刀路准确，在加工时工人不需要手动操作。

运动的路径及速度由操作人员通过遥控（线控）的专用控制键盘进行设置，该专用键盘上面有液晶显示屏，能够提示操作人员输入相应要素的具体数值。在机床加工时，工人可在机床附近观察而不必直接靠近操作，提高了生产加工的安全性。

2 机床进给系统改造

本系统在传统车床的基础上增加了两车床进给轴的自动控制系统，该控制系统的核心是主控制器，主控制器接收人机接口发来的目标指令，结合刀具位置对该指令进行计算并输出。主控制器会把每次运动完成后的刀具所在位置自动置零，即本系统采用的是相对坐标控制方式。计算结果用于对机床两进给轴进行控制，控制信号首先发送到相应轴的进给控制器（电子调速器），作为该进给控制器的控制依据，电机的电源也需要先进入进给控制器，从而使进给控制器能够通过控制电机电源的方式来控制电机运动，电机通过减速箱和联轴器连接相应进给轴（见图2），从而带动该轴转动，转动速度由安装在轴上的转速传感器感知，并反馈到主控制器，以便主控制器对输入信号进行调整修正，使机床上相应进给轴的运动按照要求进行。

安装该系统时，人们需要对原车床进行简单改造，车床两进给轴上需要安装联轴器和传感器，如图2所示。本系统其余部分为附加部分，不需要再改动车床。

3 控制系统设计

车床改造控制系统的组成和连接如图3所示。主控制器采用单片机作为核心处理装置，除负责信号的输入、输出和数据的处理之外，还要连接人机交互设备以便接受操作指令。

本系统人机交互方式主要有两种：一是采用专用键盘输入，键盘示意图如图4所示。

采用该方式，操作人员能够完成直线刀路、圆弧刀路的输入和加工，在输入指令或数据的过程中，系统在显示屏上给出相应提示，从而降低操作难度，提高输入正确性，用户也可通过按键选择手动模式操纵机床进给轴运动。该键盘采用无线电遥控或有线方式与主控制器连接;第二种方式是连接PC设备，在PC上采用CAD画出曲线刀路，导入数据存储器并选择刀路起始端（0点），而后可通过专用键盘调出该存储器中的刀路进行切削加工，在刀路输入存储器后，可去除PC，存储器中可存储带有编号的多条刀路，从而对多种工件或一个工件加工工序中的多次走刀刀路进行存储，以备使用。

4 结语

与现有技术相比，本设计采用的技术方案简单易行，可以解决传统车床低成本数字化改造的问题，该方案主要有4个优点：改装简单，不必改动原机床，只是增加进给控制系统，升级容易，成本低;解决了传统车床无法手工协调同时控制两轴运动的问题，使机床能够较精确地加工多种成型表面;采用遥控（线控）指令输入方式操作，有效减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产加工的安全性;不使用专业的数控系统，在有效降低改造成本的同时，大大简化了操作，操作人员只需要经过简单学习即可使用，有效降低了使用难度。该方案不需要对机床进行复杂改造，仅需要安装进给控制系统，即可使机床能够加工多种表面，提高产品质量，减轻操作人员负担，使生产更安全。

參考文献：

[1]滕士波.数控机床的改造及应用[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2006.

[2]王三民.加工中心数控化改造与工程实现[D].南京：南京理工大学，2007.

[3]穆增峰.普通机床的数控改造[J].机械研究与应用，2010（2）：142-143.

[4]李体仁，黄超.A-C双转台五轴机床数控加工安全性研究[J].机床与液压，2018（14）：17-20.

[5]王荣芝.普通车床数控改造方案[J].自动化技术与应用，2013（10）：93-95.

[6]丁喜合，袁军堂，汪振华，等.数控机床双丝杠驱动直线进给系统静动态特性分析[J].机械设计与制造，2014（3）：155-157.

作者：毛宝雨　张宏帅