数控卧式车床机械部分改造及设计

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1、数控卧式车床机械部分改造及设计　　摘要：普通车床应用微机控制系统进行改造，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。本文以卧式车床改造为例，对卧式数控车床的机械部件（包括主传动系统、进给传动系统、自动回转刀架等）进行改造过程中方案的确定。　　关键词：数控车床；机械部分；改造　　引言　　数控车床通常由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。　　1.数控车床的机械部件　　1.1主传动系统　　主轴部件是车床实现旋转运动的执行件，结构如图1.1所示，其工作原理如下：7　　交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。主轴有

2、前后两个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母l和6来调整。螺钉17和13是防止螺母1和6回松的。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。　　1.2进给传动系统　　数控车床的进给传动系统多采用伺服电机直接或通过同步齿形带带动滚珠丝杠旋转。其横向进给传动系统是带动刀架作横向

3、（X轴）移动的装置，它控制工件的径向尺寸；纵向进给装置是带动刀架作轴向（Z轴）运动的装置，它控制工件的轴向尺寸。　　1.3自动回转刀架　　数控车床的刀架是车床的重要组成部分，其结构直接影响车床的切削性能和工作效率。回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转，分度和定位，实现车床的自动换刀。　　1.4液压动力卡盘　　液压动力卡盘用于夹持加工零件，它主要由固定在主轴后端的液压缸和固定在主轴前端的卡盘两部分组成，其夹紧力的大小通过调整液压系统的压力进行控制，具有结构紧凑、动作灵敏、能够实现较大夹紧力的特点。　　1.5车床尾座　　加工长轴类零件时需

4、要使用尾座，一般有手动尾座和可编程尾座两种。尾座套筒的动作与主轴互锁，即在主轴转动时，按动尾座套筒退出按钮，套筒不动作，只有在主轴停止状态下，尾座套筒才能退出，以保证安全。根据需要，数控车床上也可以配置诸如机内对刀仪、自动排屑器、工件接收器等，以增加其功能。　　2.数控卧式车床改造及设计7　　数控车床在设计上要达到：高的静动态刚度：运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙：功率大：便于操作和维修。车床数控改造时应尽量达到上述要求。　　2.1数控系统的选择　　数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择：　　（1）步进电机拖动的开环系统　　该系统的伺服驱动装置主要是步进

5、电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该系统的位移精度较低。但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。　　（2）异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统　　该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。　　（3）交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统　　半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。系统精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调

6、试都较闭环系统简单。　　（4）直线伺服系统　　直线伺服系统与传统的旋转传动方式相比，特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把车床进给传动链的长度缩短为零。目前应用到数控车床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。　　2.2数控改造中主要机械部件改造及设计7　　2.2.1进给轴的改造　　普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链。具体体现为：Z轴：纵向电机→减速箱（或联轴器）→纵向滚珠丝杠→大拖板，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。X轴：横向电机→减速箱（或联轴器）→横向滚珠丝杠→横滑板，

7、横向按数控指令获得不同的走刀量。改造后整个传动链的传动精度在保证车床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、车床导轨的精度情况等有很大的关系。　　1）滚珠丝杠副的选择和布置结构形式　　在进行普通车床数控化改造时往往都将滑动丝杠更换为滚珠丝杠副。若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性好。改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近，对有特殊要求的车床还应根据杆系的稳定性计算其临界转