002小型机械产品制作1简易数控车床制作要点Word下载.docx

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知识目标

（1）了解简易数控车床的种类与用途。

（2）了解简易数控车床材料的要求和性能。

（3）了解简易数控车床的结构。

（4）掌握简易数控车床的制作过程。

技能目标

（1）初步掌握常用刀具的刃磨方法。

（2）能正确找正和安装工件。

（3）能对零件尺寸进行测量和对质量进行简单分析。

教学重点

（1）简易数控车床的种类与用途；

（2）间易数控车床材料的要求和性能；

（3）简易数控车床的结构；

（4）简易数控车床的制作过程；

教学难点

（2）简易数控车床的刃磨方法。

教学对象

分析

该教学对象已对生产实习有了一定的感性认识，具备了一定的机械加工基础。

教学环境

三个车工实习车间共计24台车床，完全满足实习生产要求。

教学方法

讲解、分析、设问、演示示范、练习

教学回顾

（1）学生操作时，指导教师要进行巡回指导，指出操作要点，演示操作要领，对操作有错误学生要进行个别指导。

（2）让学生学会分析简易数控车床磨损原因，强调简易数控车床磨损后应及时修磨。

（3）采用设问法教学生刃磨方法。

教学过程及教学内容

1.O引言

数控车床，它由床身、安装在床身的导轨尾部的尾座、安装在床身的导轨中部的刀架、安装在床身头部的床头箱、安装在床头箱上的主轴及其上的卡盘、安装在床头箱上的电机、安装在电机轴和主轴及床头箱上的变速传动装置所构成，其特

征在于所说的变速传动装置由固定在主轴端部的从动变速三角带轮的固定半轮、套装在主轴上且与固定半轮插合的从动变速三角带轮的可动半轮、以轴承安装在

可动半轮端部的推拉臂、安装在推拉臂和床头箱之间的压簧、固定在推拉臂上与主轴平行并可在床头箱的孔中滑动的齿条、与齿条啮合端部穿过床头箱的齿轮轴、以小轴安装在齿轮轴端部的开口槽中且带有手柄的偏心轮、安装在电机轴或

其连接轴上的主动变速三角带轮的可动半轮和固定半轮、安装在可动半轮和电机轴或其连接轴端部的挡圈之间的压簧以及安装在主动和从动变速三角带轮上的三角皮带所构成

1.1.1数控车床的历史

用于加工木材的车床出现较早。

15世纪末，欧洲有了人力、畜力、风

力和水力驱动的简单数控锯机。

1791年，英国的S.边沁先后发明了平刨床、

单轴数控铣床、镂铣机和数控钻床等。

1805年，英国的M.I.布津内尔发明

圆锯机。

1828年，美国的W.伍德沃思发明压刨机。

1834年，美国的G.佩奇

和J.A.费伊分别发明榫槽机和开榫机。

1880年，发明了框锯机。

1900年,

发明了多联带锯机。

此后随着电子技术和计算机技术的发展，各种自动数控机床相继出现。

1.1.2数控车床的发展

国内数控机械以山东青岛，广东伦教较为集中。

改革开放以来，以前的

老国有企业纷纷改制，转变经营理念，像哈尔滨数控机械，苏州福马集团，山西榆次热压机厂，山东威海数控机械厂，青岛数控机械总公司等等，都完全转变为市场经营体制。

砂光机以德国，意大利见长，台湾产砂光机在50-80年代占据了中低

端市场，近二十年来，大陆产砂光机异军突起，在大陆及世界各地运转生产，但是质量仍然有待提高，质量及性价比上以青岛千川木业设备有限公司的千川”牌，青岛建成豪，新动力等市场占有率较高，目前在国内山东临沂，菏泽，江苏邳州，浙江嘉善，南浔，福建莆田，广西，四川等木业加工密集地区都有大量分布；

目前我国的数控机械出口势头甚猛，主要市场以第三世界国家为主，东南亚，南亚地区为主，有些质量比较好的甚至出口到美洲，欧洲市场。

总之，我国的数控机械发展已经有了很大提高，但是质量上仍然亟需提高才能在世界木机之林占有一席之地。

1.1.3市场分析

据国内资料统计，订购新的数控车床的交货周期一般较长，往往不能满足用户需要。

因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。

1.1.4生产分析

在现代木材制造工业中，多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重。

若要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控车床，其中数控车床是最能适应这种生产需要的。

1.1.5综合分析

数控机电一体化技术的新成果不断涌现，数控机械从纯粹机械产品想机电一体化技术过渡，数控机械的普及率大大提高，加强数控数控技术在数控机床上的应用，重视和发展数控车床，以适应多品种小批量生产需要的数控机械，发展木材加工机械的新产品。

1.2数控车床的基本结构

1.2.1机床本体数控车床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置

1.2.2按加工工艺方法分类

木材切削类数控车床有数控车床、刨床、钻床、磨床等。

1.3.3数控车床按驱动装置的特点分类

1．开环控制数控车床控制系统不带反馈装置，使用功率步进电动机为伺服执行机构。

开环控制系统结构简单，成本低。

但是不能进行误差校正，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等的传动误差将影响被加工零件的精度。

开环系统仅适用于加工精度要求不是很高的中小型数控车床，特别是简易小型经济型数控车床。

工作台

2•半闭环控制数控车床

半闭环控制数控车床的特点是，在伺服电动机的轴或数控车床的传动丝杠上装有角度检测的装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，对误差进行修正。

半闭环数控系统的调试比较方便，且具有很好的稳定性。

目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，并使结构更加紧凑。

数搂

创服

—*4

装置

■

放大器

*

「位移

检测装置

3•闭环控制数控车床

闭环控制数控车床的特点是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，且使移动部件

囲轮副

1.4数控车床的特点

1.对加工对象的适应性强

在数控车床上改变加工零件时，只需重新编制（更换）程序，输入新的程序就能实现新零件的加工。

2.生产效率高

数控车床能有效的减少机动时间和辅助时间，每一道工序都能选用最有利的切削用量，选用了很高的空行程运动时间。

因而消耗在快进、快退、和定位的时间比手工少得多

3.加工精度高

数控车床加工精度高，比手工加工精度高，适合对工件尺寸要求高的生产

4.良好的经济效益

在单件、小批量生产的情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率，从而能够获得良好的经济效益。

1.4.2数控车床的应用范围

数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。

通过数控加工程序的运行,可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。

车削中心可在一次装夹中完成多个工序的加工，提高加工精度和生产效率，尤其适合于复杂形状回转类零件的加工。

主传动系统设计

2.1概述

主传动系统是实现机床主运动的传动系统，它具有一定的转速和一定的变速范围，能方便地实现运动的开停、变速、换向和和制动主传动系统包括电动机、传动系统和主轴部件，相比普通车床的主传动系统结构上比较简单，因为变速功能由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复齿轮变速机构，只有二级或三级齿轮变速系统以扩大电动机无级调速的变速范围。

2.1.1数控车床主传动系统的特点

与普通机床比较，数控车床主传动系统具有下列特点：

1）转速高、功率大。

使数控车床能进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。

2）变速范围宽。

一般Rn>

100,以保证加工时能选用合理的切削用量，获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。

3）主轴变速迅速可靠。

数控车床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。

主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。

2.1.2数控车床主传动系统的设计要求

1）主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级数，以实现运动的开停、变速、换向和和制动。

2）主电动机具有足够的功率，机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的动力要求。

3）主传动的有关结构，主轴组件要有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。

4）操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封好，从而足机床的使用要求。

5）结构简单紧凑，工艺性好，成本低，满足经济性要求。

2.2主传动系统的配置

2.2.1主传动系统的主轴电动机的选型

数控车床的调速是按照控制指令自动执行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。

主传动系统中，多采用交流主轴电动机和直流主轴电动机无级调速系统。

为了扩大调速范围，适应低速大转矩的要求，经常应用齿轮有级调速和电动机无级调速相结合的调速方式。

此处选用交流主轴电动机配以齿轮变速箱实现分级无级调速。

交流调速电机体积小，转动惯性小，动态响应快，没有电刷，达到的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少。

中小功率领域已占优势，故本次设计选用交流调速电动机。

通过调节供电频率的办法调速。

功率特性见下图：

rininridrinwx

交流主轴电动机功率转矩特性

I-恒转矩区;

U-恒功率区

主轴电动机额定转速时输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率

转矩将发生变化。

在额定转速到最低转速为恒转矩速度范围，在额定转速至最高转速为恒功率速度范围时。

恒功率的速度范围只有1：

3速度比。

当电动机速度超过某一定值之后，功率——速度曲线又会向下倾斜，不能保持恒功率。

2.2.2车床交流主轴电机的调速

交流主轴电动机是交流感应电动机,当定子三相绕组通上交流电时,将建立旋转磁场,其主磁通①m的空间转速即同步转速，其值为

n0=60f1/p（r/min）

式中f1--定子供电电源频率（HZ）

p—旋转磁场极对数

感应电动机转子的转数n为

n=n0（1-s）=60f1（1-s）/p

式中s—转差数,s=n「n/no

由上式可知，调速方法大致可分为两类。

第一类改变同步转数no的调速，

它分为两种方法，一种是改变电动机极对数p。

由于p是整数，所以只能得到级差很大的有级调速，不能满足一般数控车床的要求；

另一种是改变电动机的供电频率f1。

可得到平滑的无级调速，是一种高效型的交流调速，范围宽，精度高。

第二种是不改变同步转速的调速，一般的有调压调速和电磁调速。

由于转差功率损耗，效率低，特性软，不适合数控车床的调速。

在实际调速时，单纯改变电源频率是不行的，由“电动机学”可知，旋转磁场以no速度切割定绕组，在每相绕组感应电势为

Ei=4.44fikiw①ui

式中kiw—-定子每相绕组等效匝数；

①m—每极磁通量；

ui—定子相电压

所以

①m=ui/4.44fikiwi

由上式可知，如在变频调速中，保持定子电压ui不变，主磁通大小将会发

生变化。

如频率从工频往下调节，则上升，导致铁心过热，功率因数下降，电动机带负载能力降低。

所以，必须在降低频率的同时，降低电压，以保持不变。

这就是恒磁通变频调速中的“调速控制”。

只用变频调速，并且是有效方法。

变频调速主要环节是