《現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床》課件現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床11章

第十一章機(jī)床的數(shù)控技術(shù)改造學(xué)習(xí)目的與要求了解機(jī)床數(shù)控改造的條件；了解國外機(jī)床技術(shù)改造的發(fā)展趨勢；了解機(jī)床改造的主要對(duì)象和機(jī)床改造的一般步驟理解進(jìn)行數(shù)控改裝主要應(yīng)考慮的因素；了解車、銑床的數(shù)控改造方法。12.1機(jī)床改造概述12.1.1機(jī)床數(shù)控改造的條件并不是所有的舊機(jī)床都適合于進(jìn)行數(shù)控改造。機(jī)床的改造主要應(yīng)具備如下條件：（1）機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛性。數(shù)控機(jī)床屬于高精度機(jī)床，工件或刀具的移動(dòng)精度要求很高。通常閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.001mm，開環(huán)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.005mm或0.01mm。高的定位精度和輪廓加工精度要求機(jī)床的基礎(chǔ)件具有很高的動(dòng)靜剛度。基礎(chǔ)件剛性不好則受力后容易變形，且這種變形具有很大的不確定性，無法用數(shù)控系統(tǒng)中的補(bǔ)償機(jī)能進(jìn)行補(bǔ)償。因此，基礎(chǔ)件剛性不好的機(jī)床不適宜進(jìn)行數(shù)控改造。

（2）改造費(fèi)用合適、經(jīng)濟(jì)性好。機(jī)床改造費(fèi)用分為機(jī)床與電氣兩部分。一方面是維修和改動(dòng)原機(jī)床部分，更換已磨損的部件。另一方面是更換原機(jī)床控制柜，用新的數(shù)控系統(tǒng)和強(qiáng)電裝置來代替。改造費(fèi)用與原機(jī)床零件的利用率有關(guān)，也與采用何種數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)。出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，目前國內(nèi)除重型機(jī)床和有特殊要求的機(jī)床外，通常均采用功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)床改造。改造總費(fèi)用要因用戶而異，一般來說，如果不超過同類規(guī)格設(shè)備價(jià)格的一半，在經(jīng)濟(jì)上就算合適。

12.1.2國外機(jī)床技術(shù)改造的發(fā)展趨勢由于企業(yè)資金缺乏，普遍重視對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的改造，許多大企業(yè)都定制了機(jī)床改造的長遠(yuǎn)規(guī)劃。自20世紀(jì)60年代以來，國外機(jī)床改造市場十分活躍，機(jī)床改造也正在逐步從機(jī)床制造業(yè)中分化出來，目前美國已有200多家專業(yè)機(jī)床改造公司。機(jī)床改造主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)控改造，數(shù)控改造大體可分為兩類：一類是在現(xiàn)有的普通機(jī)床上加裝數(shù)控裝置和可編程控制器；另一類是采用更先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)代替現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的控制裝置。

12.1.3機(jī)床改造的主要對(duì)象

1．大型、重型機(jī)床該類機(jī)床許多役齡都很長，其控制系統(tǒng)落后，操作復(fù)雜，效率低下。而大型、重型數(shù)控機(jī)床價(jià)格十分昂貴，這類大型普通機(jī)床與數(shù)控機(jī)床相比，形狀復(fù)雜、噸位重的基礎(chǔ)件，如底座、工作臺(tái)、床身、立柱、橫梁等都是必不可少的，它們都是鑄件或焊接鋼。改造時(shí)重復(fù)利用這些基礎(chǔ)件，必然大大縮短改造周期，降低成本費(fèi)用。而且這些基礎(chǔ)件自然時(shí)效長，內(nèi)應(yīng)力的消除使得機(jī)床的主要基礎(chǔ)件穩(wěn)定性好。因此大型、重型機(jī)床的數(shù)控化改造可大大節(jié)省開支，在國外已被廣泛采用，并取得了良好的效果。

2．普通中小型車床、銑床普通中小型車床、銑床在數(shù)控化改造時(shí)，其機(jī)械部分只作較小改動(dòng)，再配以經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即可滿足通常數(shù)控車、銑床復(fù)雜零件的加工，并且價(jià)格便宜。這種較廉價(jià)的數(shù)控改造方案具有很大的實(shí)用價(jià)值，目前在我國已得到了廣泛的推廣和使用。

12.1.4機(jī)床改造的一般步驟

（1）明確微機(jī)改造的任務(wù)和目標(biāo)。在確定機(jī)床微機(jī)改造的總體方案時(shí)，首先要提出明確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。例如，有的是為了解決難加工的曲線曲面，有的是為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，有的是為了提高零件加工的一致性，這些一般都應(yīng)有明確的工藝目的，由此確定改造的對(duì)象和技術(shù)要求，并將具體的技術(shù)參數(shù)用文件形式固定下來，編寫出設(shè)計(jì)任務(wù)書，作為設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。

（2）總體方案設(shè)計(jì)?？傮w方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求進(jìn)行調(diào)研，查閱技術(shù)資料，提出系統(tǒng)的總體方案，并對(duì)方案進(jìn)行分析比較和論證，最后再確定總體方案。確定方案時(shí)，應(yīng)仔細(xì)考慮機(jī)床與控制部分相互間的各種要求，作出合理的設(shè)計(jì)，不僅要考慮各種高效能、自動(dòng)化要求，也要考慮被改造機(jī)床的具體條件，使技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)的合理性較好地統(tǒng)一起來。

（3）設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)改裝。根據(jù)機(jī)床改造后的加工工藝范圍，初步選定切削用量和刀具運(yùn)動(dòng)路線等，計(jì)算切削力及切削功率，從而計(jì)算出進(jìn)給系統(tǒng)需要的功率和力矩等，以選擇數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)元件。多數(shù)的微機(jī)數(shù)控裝置配用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，也有一些性能要求較高的系統(tǒng)采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。機(jī)床的工作臺(tái)(或刀架)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)床改造的重點(diǎn)，改造的好壞直接影響到伺服系統(tǒng)的品質(zhì)，可以說機(jī)床的微機(jī)改造是從機(jī)械部分改造的整體方案入手的，設(shè)計(jì)時(shí)可借鑒數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，許多數(shù)控機(jī)床的零配件也已經(jīng)開始成批生產(chǎn)，形成了專門的配套供應(yīng)，如滾珠絲杠螺母副、車床的自動(dòng)換刀刀架等目前都有現(xiàn)成的產(chǎn)品供應(yīng)，這給機(jī)床改造工作帶來了很大方便。

（4）制造、安裝、調(diào)試。制造、安裝、調(diào)試是改造的關(guān)鍵之一。一般應(yīng)預(yù)先將數(shù)控系統(tǒng)、接口電路等脫機(jī)運(yùn)行，機(jī)械及液壓氣動(dòng)裝置也應(yīng)單獨(dú)運(yùn)行，在確定無誤后，才能聯(lián)機(jī)調(diào)試。調(diào)試時(shí)應(yīng)遵循先手動(dòng)、后自動(dòng)，先空運(yùn)行、后試切的原則。調(diào)試合格后，要按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行負(fù)荷切削試驗(yàn)和各項(xiàng)精度指標(biāo)的考核，直至加工出合格的產(chǎn)品為止，然后交付車間使用，并協(xié)助培訓(xùn)操作和維修人員。設(shè)備投產(chǎn)后要及時(shí)總結(jié)，在可能的條件下，采用更新的技術(shù)，進(jìn)一步完善原設(shè)計(jì)。

12.2機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)改造

12.2.1數(shù)控改造主要技術(shù)方案的選擇

1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)目前在市場上有各種經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)，其中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、技術(shù)容易掌握及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，在中、小型機(jī)床數(shù)控化改裝中應(yīng)用較多。隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，目前，標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)在大型、中型機(jī)床數(shù)控化改裝中的應(yīng)用亦日益廣泛。總的來說，標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)性能完善，與機(jī)械、強(qiáng)電接合方便，可靠性高。而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)性能相對(duì)較差，系統(tǒng)平均年無故障工作時(shí)間較短，適用于有一定修理能力的單位。

在選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)了解系統(tǒng)的控制軸數(shù)，特別是聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，因?yàn)檫@與數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格有直接的關(guān)系。對(duì)于僅需實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制的改裝，就不要求控制軸聯(lián)動(dòng)，只有需要進(jìn)行輪廓控制的場合，才需選用具有聯(lián)動(dòng)功能的數(shù)控系統(tǒng)。例如，改裝鉆床時(shí)，可選用兩個(gè)控制軸的點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng)；改裝車床時(shí)，若需加工圓錐、圓弧和其他曲面，則需控制兩軸聯(lián)動(dòng)；改裝銑床時(shí)，若只加工平面凸輪類表面，兩軸聯(lián)動(dòng)就可以滿足要求，而加工空間曲面時(shí)，則至少要三軸以上聯(lián)動(dòng)。

2．控制方式通?？刂葡到y(tǒng)的控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種。開環(huán)系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，其加工精度由執(zhí)行元件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度來保證。這種控制方式的定位精度較低(一般只能達(dá)到±0．02mm／300mm)，且多以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的影響進(jìn)給速度一般不高。但該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此適用于精度要求一般的中小型機(jī)床改裝，也是目前機(jī)床數(shù)控化改裝中應(yīng)用最為普遍的一種。半閉環(huán)控制方式雖然改裝費(fèi)用較大，但控制精度較高(可達(dá)±0.01mm／300mm以上)，且多以直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，速度也比開環(huán)控制方式高，安裝調(diào)試也比較方便，因此適用于控制精度要求高的大、中型機(jī)床的改裝。閉環(huán)控制由于需直接測量出移動(dòng)部件的實(shí)際位置，要在機(jī)床的相應(yīng)部位安裝直線檢測元件，工作量大、費(fèi)用高、調(diào)試?yán)щy，它的穩(wěn)定性與機(jī)械部分的各種非線性因素有很大關(guān)系，因此在機(jī)床數(shù)控化改裝中一般不采用這種控制方式。

3．伺服驅(qū)動(dòng)元件

目前在機(jī)床數(shù)控化改裝中常用的驅(qū)動(dòng)元件有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。這些驅(qū)動(dòng)元件配以適當(dāng)?shù)墓Ψ叛b置，即組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

4．主傳動(dòng)許多機(jī)床在數(shù)控化改造時(shí)，主傳動(dòng)部分不作太大的變動(dòng)，這是因?yàn)闄C(jī)床改造的功能通常要求不高。盡管原機(jī)床的普通交流異步電動(dòng)機(jī)開環(huán)驅(qū)動(dòng)方式當(dāng)電網(wǎng)電壓或切削轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之波動(dòng)，影響零件加工的表面粗糙度，且由于變速仍采用復(fù)雜的變速箱變速，體積龐大，高速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)和噪聲都較大，對(duì)零件加工精度會(huì)產(chǎn)生不良影響；但是主軸改為閉環(huán)驅(qū)動(dòng)方式的成本太高，因此除有特殊要求，通常主軸傳動(dòng)鏈保留不變，主軸箱內(nèi)的變速機(jī)構(gòu)也不改動(dòng)，原電氣系統(tǒng)不動(dòng)。對(duì)車床改造時(shí)，如需具有螺紋加工功能，則通常在主軸傳動(dòng)鏈上加裝主軸編碼器。對(duì)自動(dòng)化程度要求較高的場合，可采用交流異步電動(dòng)機(jī)開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。采用開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)控制的自動(dòng)無級(jí)變速。

5．進(jìn)給傳動(dòng)整個(gè)機(jī)床的數(shù)控改造絕大多數(shù)工作都在進(jìn)給機(jī)構(gòu)上。

1）進(jìn)給箱普通機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)為齒輪箱，齒輪箱傳動(dòng)鏈長，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，反向間隙累積增大，大大降低了傳動(dòng)精度。進(jìn)給箱部分的改造就是要取消原齒輪箱，并換為一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)元件要有消隙裝置，以減小傳動(dòng)間隙，提高精度。

2)導(dǎo)軌副普通機(jī)床的導(dǎo)軌多采用鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌，其靜摩擦系數(shù)大，動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差較大，低速時(shí)易出現(xiàn)爬行，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和定位精度，力矩?fù)p失大。而將導(dǎo)軌改造為滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌工藝復(fù)雜、費(fèi)用大、周期長。較為常見的是采用在原導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶的方法，這種方法實(shí)現(xiàn)起來比較方便，而且費(fèi)用低、動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差小、耐磨性強(qiáng)，具有良好的自潤滑性和抗振性，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)無爬行、運(yùn)行平穩(wěn)，因而得到了廣泛采用。當(dāng)然在有些要求不高的場合下，也可以不改動(dòng)原機(jī)床導(dǎo)軌而選用較大的電動(dòng)機(jī)。

3)絲杠在機(jī)床數(shù)控化改裝中常涉及的傳動(dòng)元件是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)副。普通機(jī)床常采用普通滑動(dòng)絲杠副；而數(shù)控機(jī)床要求移動(dòng)部件靈敏度、精度高、反應(yīng)快、無爬行，采用滾珠絲杠副可滿足上述要求。在機(jī)床數(shù)控化改裝中，凡希望角位移和實(shí)現(xiàn)位移精確轉(zhuǎn)換的場合大多是用滾珠絲杠副。使用時(shí)應(yīng)注意：由于滾珠絲杠副具有可逆?zhèn)鲃?dòng)的特性，沒有自鎖能力，因此在垂直升降系統(tǒng)和高速大慣量系統(tǒng)中需設(shè)置制動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，滾珠絲杠副由于制造工藝復(fù)雜、加工精度要求高，故價(jià)格要比普通滑動(dòng)絲杠副高出許多。

由于滾珠絲杠副的徑向尺寸較大，在進(jìn)行數(shù)控化改造時(shí)，許多相關(guān)的部位都需修改，因此，為使改裝方案容易實(shí)現(xiàn)，在可能的情況下，往往仍用原普通滑動(dòng)絲杠，但為消除絲杠與螺母間隙，則應(yīng)將原單螺母副改成可調(diào)間隙的雙螺母副。如果在機(jī)床數(shù)控化改裝中，需采用其他傳動(dòng)元件，則應(yīng)注意采用消隙措施，如雙齒輪消隙機(jī)構(gòu)或采用同步齒形帶傳動(dòng)，以提高反向精度。

4)聯(lián)軸器為消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，伺服驅(qū)動(dòng)元件所用的聯(lián)軸器(如果有的話)多數(shù)采用無鍵連接的形式，如錐銷剛性聯(lián)軸器和錐環(huán)聯(lián)軸器等。

6．刀架系統(tǒng)

在刀架系統(tǒng)的改造中，將車床原普通手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架改造為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最為普遍，下面以常用的螺旋型四工位刀架為例介紹其控制原理。

圖12－1螺旋型四工位刀架結(jié)構(gòu)圖

圖12－1所示為螺旋型四工位刀架結(jié)構(gòu)，圖12－2所示為螺旋型四工位刀架控制原理。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)時(shí)，首先繼電器K1動(dòng)作，換刀電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使上刀體上升。當(dāng)上刀體上升到一定的高度時(shí)，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。刀架上方的發(fā)信盤中對(duì)應(yīng)的每個(gè)刀位都安裝有一個(gè)傳感器(如霍爾開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)等)，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某刀位時(shí)，該刀位的傳感器向數(shù)控系統(tǒng)輸出信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號(hào)與指令刀位信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K2吸合，換刀電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷反靠在反靠盤上初定位。在活動(dòng)銷反靠的作用下，螺桿帶動(dòng)上刀體下降，直至齒牙盤咬合，完成精定位，并通過蝸輪和蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K2釋放，換刀電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，從而完成換刀動(dòng)作。

圖12－2螺旋型四工位刀架控制原理圖

12.2.2普通機(jī)床數(shù)控化改造實(shí)例

1．臥式車床的數(shù)控化改造

1）總體方案設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)任務(wù)。利用微機(jī)對(duì)C616型臥式車床的縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。改造后的機(jī)床能完成一般車削及加工任意錐面、球面、螺紋等加工工序，并能控制主軸開停變速、刀架轉(zhuǎn)位及一些輔助功能，使加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

(2)總體方案確定。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用輪廓控制形式?？刂葡到y(tǒng)硬件由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口、光電隔離電路及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率放大電路等組成。縱向、橫向均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)—減速齒輪—滾珠絲杠螺母—溜板的傳動(dòng)方式。刀架更換為四刀位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。改造后的車床傳動(dòng)系統(tǒng)如圖12－3所示。

圖12－3改造后的車床傳動(dòng)系統(tǒng)

2）機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：傳動(dòng)元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，運(yùn)動(dòng)部件的慣性計(jì)算，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。

3）車床改造后的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)。為保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，保留機(jī)床的原有功能，簡化改造量，只選擇了功率大一些的電動(dòng)機(jī)。

（2）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)。它包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)和導(dǎo)軌副等。①縱向進(jìn)給系統(tǒng)。拆除原進(jìn)給箱，在原機(jī)床進(jìn)給箱的位置安裝齒輪箱體，在原絲杠位置安裝縱向進(jìn)給滾珠絲杠?？v向滾珠絲杠采用三點(diǎn)支撐形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置，可放在絲杠的任一端。由于拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速齒輪，也可在滾珠絲杠的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支撐座，而在絲杠托架處布置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速箱。我們采用后一種布置方案。車床縱向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)如圖12－4所示。

圖12－4車床縱向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)

在絲杠的左端設(shè)計(jì)了一個(gè)專用軸承支撐座，采用一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支撐，在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)分別布置一對(duì)推力球軸承，承受兩個(gè)方向的軸向力。支撐短軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套連接起來。滾珠絲杠的右端通過聯(lián)軸套和減速箱的輸出軸連接，在絲杠托架上布置一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支撐，減速箱固定在絲杠托架上。滾珠絲杠的中間支撐為滾珠螺母，它與床鞍直接連接。

②橫向進(jìn)給系統(tǒng)。橫向進(jìn)給系統(tǒng)的橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)支撐形式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都安裝在床鞍的后部。在靠近操作者一端，布置一根支撐短軸，通過一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸套作為徑向支撐，并對(duì)原支撐處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置一對(duì)推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支撐。在遠(yuǎn)離操作者的一端，用一個(gè)聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。滾珠螺母直接固定在中滑板上。車床橫向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)如圖12－5所示。

圖12－5車床橫向傳動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)

③導(dǎo)軌副。為減少運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，床鞍和刀架移動(dòng)部件的導(dǎo)軌上可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。

(3)掛輪箱。拆除原掛輪箱，在此位置安裝主軸編碼器。同軸安裝方式如圖12－6所示，連接方式如圖12－7所示。主軸脈沖編碼器作為主軸位置的信號(hào)反饋元件，目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，在加工螺紋時(shí)能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理。主軸脈沖編碼器為光學(xué)元件，安裝、使用時(shí)應(yīng)注意，以防損傷。車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過許用最高轉(zhuǎn)速。

圖12－6同軸安裝方式

圖12－7連接方式

(4)安裝電動(dòng)卡盤。為了提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的加工效率，還可考慮安裝電動(dòng)三爪自定心卡盤裝置。這種裝置可與數(shù)控裝置的收發(fā)信電路相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊、松開動(dòng)作，以提高加工過程的自動(dòng)化程度。

（5）自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的安裝。采用LD4系列電動(dòng)刀架取代原手動(dòng)四方刀架，如圖12－8所示。刀架的定位過程如下：系統(tǒng)發(fā)生換刀信號(hào)→刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)→刀臺(tái)上升并轉(zhuǎn)位→刀架到位發(fā)出信號(hào)→刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)→初定位→精定位夾緊→刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)→換刀應(yīng)答。刀架的到位信號(hào)由刀架定軸上端的4個(gè)霍爾開關(guān)和永久磁鐵檢測獲得。4個(gè)霍爾開關(guān)分別為4個(gè)刀位的位置，當(dāng)?shù)杜_(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)磁鐵一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定刀位時(shí)，通過霍爾開關(guān)輸出到位信號(hào)。

圖12－8

LD4系列電動(dòng)刀架

2.銑床的數(shù)控化改造銑床的應(yīng)用十分廣泛，主要用于加工平面或成型表面。若要在立式銑床上加工圓弧、凸輪等平面曲線時(shí)，就要借助于圓工作臺(tái)、分度頭等機(jī)床附件，并對(duì)機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。因?yàn)殂姶驳募庸ぞ容^低，所以機(jī)床調(diào)整費(fèi)事。因此對(duì)銑床進(jìn)行數(shù)控化改造的也較多，改造的目的一方面是為了提高加工精度，另一方面是為了利用數(shù)控方法加工任意圓弧面和凸輪的曲面。銑床的數(shù)控化改造，一般主要解決進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化，其主傳動(dòng)系統(tǒng)保持不變。改造的方法和程序與臥式車床基本相同。下面只對(duì)機(jī)械部分的改動(dòng)進(jìn)行說明。

1）工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)因?yàn)楦脑旌蟮臋C(jī)床主要加工圓弧、凸輪等平面曲線的輪廓，所以采用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)兩軸聯(lián)動(dòng)控制，工作臺(tái)縱向(X軸)、橫向(Y軸)及垂直方向(Z軸)的運(yùn)動(dòng)分別由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過一級(jí)齒輪減速后，由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)。由于銑削時(shí)作用在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大，因此要選擇大功率的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。而大功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)較困難，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有過載能力，在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩下降很多，容易丟步。要使改造后的銑床進(jìn)給伺服性能較好，在改造中也常采用直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。銑床改造方案如圖12－9所示。

圖12－9銑床改造方案

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）應(yīng)盡量消除齒輪副和絲杠副的間隙，齒輪采用雙片薄齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，除采用間隙消除裝置外，也可以用軟件補(bǔ)償進(jìn)給量的方法(即編程序固化在計(jì)算機(jī)中來補(bǔ)償)消除，以提高加工工件的精度。

（2）若采用直流伺服電動(dòng)機(jī)作驅(qū)動(dòng)元件，則伺服電動(dòng)機(jī)的軸端為光軸，齒輪與電動(dòng)機(jī)軸、電動(dòng)機(jī)軸與傳動(dòng)軸采用錐環(huán)無鍵連接較方便。圖12－10所示為采用無鍵連接消隙聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)。圖12－10中2、3為錐面相互配合的錐環(huán)，當(dāng)擰緊螺釘6經(jīng)壓蓋4施加軸向力時(shí)，由于錐環(huán)之間的楔緊作用，內(nèi)外環(huán)