毕业设计CAK6150普通车床的数控化改造(伺服系统的改造)说明书.doc
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目录
1引言 2
2数控车床与数控介质 3
2.1数控车床的组成 3
2.2数控技术的发展 4
3数控改造方法及设计 5
3.1数控机床在国内的前景 5
3.2机床数控改造 5
3.2.1机床改造的意义 5
3.2.2数控车床的性能和精度的选择 6
3.2.3车床数控改造方案选择 7
4伺服系统 8
4.1伺服系统的组成 8
4.2伺服系统的结构及分类 8
4.2.1进给伺服系统的现状与展望 9
4.2.2步进伺服系统 9
4.2.3直流伺服系统 9
4.2.4交流伺服系统 10
4.2.5直线伺服系统 10
4.3主轴伺服系统的现状及展望 11
4.3.1交流异步伺服系统 11
4.3.2交流同步伺服系统 11
4.3.3电主轴 12
4.4交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
12
4.5异步伺服驱动系统改造方案 13
结论 18
参考文献：
19
致谢 20
1引言
作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工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。
数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：
1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。
2.加工精度高；3.生产效率高；4.减轻劳动强度，改善劳动条件；5.良好的经济效益；6.有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。
我国数控机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。
但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。
我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。
但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待改造。
旧机床的数控化改造，顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。
随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。
在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。
许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。
我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。
1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。
到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。
可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。
所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
2数控车床与数控介质
2.1数控车床的组成
1、输入输出装置
输入装置可将不同加工信息传递于计算机。
在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。
输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。
2、数控装置
数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。
它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。
3、可编程控制器
即PLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。
4、检测反馈装置
由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。
5、机床主机
数控机床的主体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。
2.2数控技术的发展
随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。
高性能：
随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。
高精度：
数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。
高速度：
数控机床各轴运行的速度将大大加快。
高柔性：
数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。
模块化：
数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。
我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：
可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。
为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：
1．加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率。
2．跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。
3．加大成套设计开发能力上求突破。
4．发挥服务优势，扩大市场占有率。
5．多品种制造，满足不同层次的用户。
6．模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。
数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。
3数控改造方法及设计
3.1数控机床在国内的前景
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。
用普通机床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，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。
本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。
3.2机床数控改造
3.2.1机床改造的意义
1）节省资金。
机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。
一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。
即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。
可靠。
因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。
2）性能稳定
3）提高生产效率。
机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。
对复杂零件而用而且可以缩短生产准备周期。
言难度越高功效提高得越多。
且可以不用或少用工装，不仅节约了费
普通车床的数控化改造设计
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。
数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。
然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。
传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。
现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。
因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。
3.2.2数控车床的性能和精度的选择
并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：
第一，机床基础件必须有足够的刚性。
第二，改造的费用要合适，经济性好。
在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。
改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。
加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。
主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。
1）轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。
2）进给运动：
进给速度：
Z向（通常为8～400mm/min）；X向（通常为2～100mm/min）。
快速移动：
Z向（通常为1.2～4m/min）；X向（通常为1.2～3m/min）。
脉冲当量：
在0.025～0.005mm内选取，通常Z向为X向的2倍。
加工螺距范围：
包括能加工螺距类型（公制、英制、模数、径节和锥螺纹等），一般螺距在10mm以内都不难达到。
3）进给运动驱动方式（一般都选用步进电机驱动）。
4）给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。
5）刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。
6）其他性能指标选择：
插补功能：
车床加工需具备直线和圆弧插补功能。
刀具补偿和间隙补偿：
为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。
显示：
采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。
诊断功能：
为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。
以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设计。
3.2.3车床数控改造方案选择
当数控车床的性能和精度等内容基本选定后，可根据此来确定改造方案。
目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。
因此，较典型的车床数控改造方案可选择为：
配置专用车床数控改造系统，更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。
目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能：
1）采用单片微机为主控CPU，具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。
2）配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为：
Z为0.01mm，X向为0.005mm（要与相应导程的丝杠相配套）。
3）加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，掉电自动保护存储器存储；
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