時間：2023-12-18 10:04:55
序論：在您撰寫數(shù)控機床筆記時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
關鍵詞：數(shù)控機床；改造技術(shù)；加工效率；安全水平
在我國，應用的數(shù)控機床大多是從國外引進的，我國在數(shù)控機床自主研發(fā)能力方面與國外發(fā)達國家之間仍存在一定的差距。引進國外數(shù)控機床不僅增加了企業(yè)的運營成本，同時也對數(shù)控機床的維修工作提出了更高的要求。在這樣的情況下，工作人員要及時排除數(shù)控機床故障，提升生產(chǎn)效率，就必須從數(shù)控機床的改造工作入手，對其進行優(yōu)化。本文從數(shù)控機床改造的必要性出發(fā)，對其改造技術(shù)要求進行了論述，現(xiàn)作如下總結(jié)。
1改造數(shù)控機床的必要性
1.1可有效提升加工效率
對數(shù)控機床進行改造主要是通過技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改造的方法，在傳統(tǒng)數(shù)控機床的基礎上對其進行優(yōu)化，突出其使用性能。改造數(shù)控機床后，由之前的工人一人控制1臺變?yōu)橐蝗丝刂?臺。這有利于提高加工效率，節(jié)省人力資源。除此之外，還可以提升加工精度，降低廢品率，對于縮短生產(chǎn)周期、提升企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要的促進意義。
1.2可有效提高安全水平
基于當前我國機床數(shù)控化程度普遍不高，在安全水平方面也處于相對落后的狀態(tài)，機床在未得到及時改造的情況下，極易在使用過程中發(fā)生安全事故。而對數(shù)控機床進行合理改造后，工作人員可充分遵循人機工程的相關要求，提升機床的自動化、智能化水平，由此提升數(shù)控機床的安全水平，大幅降低工作人員在操作時與危險部位接觸的概率，進而降低事故發(fā)生率。
1.3可有效提高維修便捷性
如果工作人員對數(shù)控機床設備缺乏相應的了解，便難以判斷其實際性能是否符合實際加工要求，維修的工序也因此變得較復雜。通過改造數(shù)控機床，工作人員可精確計算機床的實際加工能力，同時，在熟知機床特性的情況下，維修難度也隨之明顯降低，這有助于提升機床的加工效率。通常情況下，對經(jīng)改造后的機床進行適當調(diào)試后，便可實現(xiàn)機床的全負荷運轉(zhuǎn)。
1.4可有效降低機床成本
部分大型機床的價格相對較高，導致機床的購置成本難以得到有效降低。這一問題可通過對機床進行數(shù)控改造進行解決。研究表明，對機床進行數(shù)控改造后，所花的費用僅為原機床購置費用的1/3，且可在一定程度上縮短購置時間。除此之外，還可以有效降低機房更新過程中造成的污染排放量和能源消耗量。
2改造數(shù)控機床的相關技術(shù)要求
對機床進行數(shù)控改造的實質(zhì)就是將普通機床與數(shù)控裝置進行連接，使其充分滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，從而實現(xiàn)生產(chǎn)效益的最大化。在數(shù)控機床改造過程中，除了要確保機床能達到標準的設計要求外，還要盡可能地發(fā)揮機床的使用性能。為從根本上提高數(shù)控機床的應用效能，筆者特對其改造技術(shù)要求作了如下總結(jié)。
2.1滑動導軌副
導軌是數(shù)控機床的重要組成部分，對機床的整體性能具有重要影響。通常情況下，工作人員在改造數(shù)控機床時，要確保其導軌性能與實際改造需求相符，具體要注意以下幾點：
①在導向精度與工藝性方面，應與普通車床的基本要求相符；
②應具備一定的耐摩擦和耐磨損能力，由此盡可能地減少摩擦阻力，減少致死區(qū)；
③應具有一定的剛度，以保障導軌的防護性和度以及產(chǎn)品的加工精度。
2.2滑動絲杠與滾珠絲杠
絲杠會對傳動鏈精度產(chǎn)生直接影響，加工件的精度要求與拖動扭矩要求可對其主要指標產(chǎn)生決定性的影響。在加工件要求較低且原絲杠基本未受磨損的情況下，可將滑動絲杠作為首選。通常情況下，滑動絲杠的等級應不小于6級。如果螺母存在間隙過大的現(xiàn)象，就應及時更換。滾珠鋼絲具有傳動效率較高、摩擦損失較小、使用壽命相對較長、傳送精度相對較高的特點，可有效降低電機的啟動力矩，滿足對精度要求較高的零件加工需求。與滾珠絲杠相比，滑動絲杠的價格相對較低，但由于其精度也相對較低，因此，對于具有較高精度要求的零件加工，應將滾珠絲杠作為首選。
2.3齒輪副
機床的變速箱和主軸箱是齒輪的主要集中點，對傳動精度有著至關重要的影響。在改造機床的過程中，為進一步提高傳動精度，工作人員應在普通機床的基礎上進一步提升齒輪精度，由此實現(xiàn)傳動精度的提升。要保障機床的加工精度，就要確保傳動結(jié)構(gòu)無間隙，同時還要根據(jù)數(shù)控機床的實際要求，對機床的齒輪作出相應改造。
2.4安全防護
要從根本上提升數(shù)控機床的改造效果，就要對其安全防護性能進行有效改造。首先，應重視滾珠絲杠副的安全防護工作，采取相應的措施防止硬砂礫、切屑等塵粒進入滾道當中，對元件的精密度產(chǎn)生不良影響；其次，應將整體鐵板防護罩加在縱向絲杠上，由此對其形成防護；最后，應確保大拖板與滑動導軌接觸兩端面的密封性，防止硬質(zhì)異物進入，對導軌造成損傷。
3結(jié)束語
綜上所述，對機床進行數(shù)控改造是實現(xiàn)機械機械自動化的必經(jīng)環(huán)節(jié)，同時也是實現(xiàn)機床自動化、智能化的有效途徑。在改造數(shù)控機床的過程中，工作人員需充分遵循機床運作的客觀規(guī)律，并在此基礎上通過創(chuàng)新技術(shù)不斷革新、改造機床，由此實現(xiàn)機床應用效率的大幅提升。
參考文獻
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［3］王小軍.論職業(yè)院校數(shù)控機床升級改造的必要性及改造方法［J］.電子制作，2014（24）：205.
1實施
我院在2010級數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設計執(zhí)行時采用上述模式，進行了數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設計教學改革試點。試點選取30名數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生進行，分為4組，根據(jù)學生綜合能力高低每組題目各有差異。第一階段，指導老師根據(jù)學生情況選題。在試點階段，為了保質(zhì)保量完成教改全過程，除風力推料機構(gòu)為我院參加全省機械設計創(chuàng)新大賽機構(gòu)難度較大外，其他的如裝卸器，槽輪機構(gòu)，大力神杯相對難度都較小。風力推料機構(gòu)由15人分別完成葉輪加工，凸輪軸加工，齒輪加工，偏心輪加工，底板、推桿、料筒等部分加工，其余3項目共有15人完成。第二階段，畢業(yè)設計學生根據(jù)設計任務進行造型、編程、加工、裝配。本階段，由指導老師指導學生完成料單上報，所需工裝清單；院部進行材料的準備，并由數(shù)控實訓中心提供相應的工裝，機床；在不影響正常教學的前提下，畢業(yè)設計機構(gòu)的加工我們主要安排在課余時間進行，如晚自習、周末。學生進行零件工藝設計、數(shù)據(jù)計算、造型、數(shù)控編程、數(shù)控加工；在整個加工過程中，老師指導學生選用合適的刀具、夾具、量具、切削用量保證零件的加工精度。最終各小組成員完成零部件加工后，進行裝配。標準件：如軸承、螺釘、螺母、墊片由項目組統(tǒng)一購買；在裝配過程中，出現(xiàn)問題，老師指導學生進行修正，直至完成機構(gòu)裝配達到預定目標。第三階段，畢業(yè)設計資料整理完善。各小組成員根據(jù)自己完成的指定零件進行畢業(yè)設計資料整理，主要內(nèi)容有零件圖繪制，零件結(jié)構(gòu)分析，工藝規(guī)程設計，各工序工裝的選擇，各工序切削用量的選擇，數(shù)控加工程序的編制，畢業(yè)設計總結(jié)幾個部分。本階段不僅僅要對零件進行工藝設計，更重要的是提高工藝規(guī)程資料的填寫、畢業(yè)設計文本資料的規(guī)范，通過本階段的總結(jié)，真正實現(xiàn)畢業(yè)設計內(nèi)涵的升華，使理論與實踐相結(jié)合，為走上工作崗位做好鋪墊。第四階段，進行畢業(yè)設計答辯。在答辯過程中我們一改以往提問基礎理論知識的模式，重點讓學生陳述自己在機構(gòu)加工過程中出現(xiàn)的問題，以及問題的解決方案，真正通過畢業(yè)設計讓學生學會自己動腦、動手解決實際問題。圖1為數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設計教學改革實施流程圖。
2畢業(yè)設計教改效果
通過2013屆數(shù)控技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設計教學改革試點后座談，學生普遍反映收獲頗豐，既鞏固了原本所學的專業(yè)理論知識，同時又加強了數(shù)控編程、加工、裝配等知識的學習，尤其對數(shù)控刀具、夾具、量具、切削用量這些知識理解更深刻，還教會了學生如何處理實際問題，如何獨立解決問題，學生的積極性很高，效果很好。
3總結(jié)
關鍵詞：伺服系統(tǒng)；閉環(huán)控制；PID
一、引言
數(shù)控系統(tǒng)中伺服控制系統(tǒng)的設計，均要考慮穩(wěn)定性、動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等方面的性能指標。
穩(wěn)定性：這是伺服控制系統(tǒng)設計的最基本要求?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性可分為系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性和系統(tǒng)外部的穩(wěn)定性。所謂系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性即在任意初始狀態(tài)下伺服控制系統(tǒng)都能精準定位；系統(tǒng)外部的穩(wěn)定性即為伺服控制系統(tǒng)有外部干擾時，也能自我調(diào)節(jié)，使得位移和速度達到控制目標。
動態(tài)特性：即系統(tǒng)運行過渡過程的形式和速度，其中包括響應速度和超調(diào)量。系統(tǒng)的響應速度可用系統(tǒng)過渡過程所經(jīng)歷的時間來表示；而超調(diào)量是指系統(tǒng)的最大振幅度。一般而言，不同的系統(tǒng)對動態(tài)特性會有不同的要求，對于數(shù)控伺服系統(tǒng)而言，響應速度越快，系統(tǒng)跟隨誤差越小，控制精度就越高。
穩(wěn)態(tài)特性：當過渡過程結(jié)束后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其被控量的穩(wěn)態(tài)值與望值一致性程度。對于任何數(shù)控伺服系統(tǒng)，由于存在著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、外部干擾、以及內(nèi)摩擦等非線性因素的影響，被控量的穩(wěn)態(tài)值與期期望值之間總會有誤差存在，該誤差稱為穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)控制精度的重要標志，有好的穩(wěn)態(tài)誤差補償，伺服系統(tǒng)將獲得良好的位置控制精度和跟蹤速度。
魯棒性：當系統(tǒng)的約束條件發(fā)生變化時，系統(tǒng)的功能特性不會受到什么影響。系統(tǒng)的魯棒性好，當參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)依然能夠保持其穩(wěn)定性；在過渡過程中，系統(tǒng)的響應速度和超調(diào)量基本上不受參數(shù)變化的影響。機床在長期的使用過程中，有機械磨損及其他硬件的變化，伺服系統(tǒng)必須保持加工誤差在一定范圍內(nèi)，因此，魯棒性很重要。
二、PID算法在數(shù)控伺服閉環(huán)控制中應用
PID（Proportional Integraland Differential）控制技術(shù)是最早發(fā)展起來的控制策之一，至今已有數(shù)十年歷史。它以算法簡單、魯棒性好、可靠性高、調(diào)整方便等優(yōu)點而被廣泛應用于工業(yè)控制中。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。在實際工程應用中，根據(jù)需要也可用PI控制和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的偏差，通過比例、積分和微分運算來對控制量進行調(diào)節(jié)的。
數(shù)控伺服閉環(huán)速度控制如圖1所示，在數(shù)控加工中，加工軸雖然隨著負載特性變化而變化，但由于采用了PID控制，可以修正到等于指令速度。
PID控制器作為一種線性控制器，它將速度指令r（t）和反饋的實際速度y（t）進行比較后構(gòu)成控制偏差e（t），再將該偏差按比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構(gòu)成系統(tǒng)控制量u（t）來控制驅(qū)動器，輸出功率控制伺服電機，對電機速度進行精確控制。上述PID控制器的輸出函數(shù)可描述為：
u（t）=Kpe（t）+Ki■e（t）dt+Kd■
三、PID參數(shù)調(diào)試的具體方法
以FANUCOi機床為例，有菜單操作，顯示伺服參數(shù)設置畫面如圖2所示。
當設置驅(qū)動器為速度模式控制時，在完成對伺服驅(qū)動器參數(shù)的優(yōu)化后，引入控制器對速度環(huán)的作用?？刂破骺烧{(diào)的基本伺服參數(shù)即為比例常數(shù)KP、微分常數(shù)Kd以及積分器Ki?？刂破鳛V波傳遞函數(shù)為：
D（z）=4 ×Kp+■+■
手動調(diào)整PID各項參數(shù)：
第一，確定速度比例增益Kp值。當伺服系統(tǒng)安裝畢，必須調(diào)整各項PID參數(shù)，使得系統(tǒng)穩(wěn)定運行。可首先調(diào)整速度比例增益Kp值，因為Kp值是PID參數(shù)中對超調(diào)影響最大，可再調(diào)整之前將積分增益Ki及微分增益Kd設置為零，接著逐漸加大Kp值，主要考量伺服電機停止時是否有振蕩現(xiàn)象，以此手動方式調(diào)整Kp參數(shù)，觀察電機旋轉(zhuǎn)速度有無明顯忽快忽慢現(xiàn)象。若Kp值加大到產(chǎn)生上述現(xiàn)象時，必須將Kp值降低，減少超調(diào)量，消除振蕩，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度。以此初步確定Kp值。
第二，確定積分增益Ki值。逐漸加大積分增益Ki值，使積分效應逐漸產(chǎn)生。由PID控制原理可知，Kp值配合積分效應增加到臨界值后會產(chǎn)生振動不穩(wěn)定現(xiàn)象，此時回調(diào)Ki值，消除振蕩現(xiàn)象，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)速度。此時的Ki值既可為初步確定的參數(shù)值。
第三，調(diào)整微分增益Kd值。微分增益主要目的就是平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)速度，降低超調(diào)量，微分控制也是一種預先控制，在超調(diào)量發(fā)生之前做適當?shù)男Ｕ?。可逐漸加大Kd的值，改善速度穩(wěn)定性。
最終，數(shù)控機床伺服閉環(huán)控制速度曲線如圖3所示。
四、總結(jié)
數(shù)控機床伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)整主要是針對閉環(huán)控制器的PID參數(shù)增益進行調(diào)整，使得機床工作誤差最小，達到一個最優(yōu)狀態(tài)。其中速度環(huán)的調(diào)整是整個系統(tǒng)調(diào)整中最關鍵的，也是最難調(diào)整的。通常，在了解伺服增益的限制因素上，先調(diào)整比例增益參數(shù)，再調(diào)試積分參數(shù)，最好調(diào)整微分參數(shù)。對于每個增益參數(shù)的調(diào)整，都是從低慢慢地增加，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定。
參考文獻：
1.包杰,李亮,何寧.基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)微銑削伺服控制的研究[J].機械科學與技術(shù),2009(9).
關鍵詞：閉環(huán)控制；數(shù)控機床；PID；應用
1引言
在現(xiàn)代化的設備生產(chǎn)中，數(shù)控機床的應用變得越來越廣泛，而且對數(shù)控機床加工精度和速度的要求也越來越高。為了更高精度、更高自動化水平的控制數(shù)控機床的加工，需要在加工過程中加入反饋調(diào)節(jié)，從而對機床加工過程中的誤差因素進行實時調(diào)節(jié)，使誤差不會隨時間的延續(xù)進行累積，即在數(shù)控機床上實施閉環(huán)控制。目前，在數(shù)控機床上應用閉環(huán)控制系統(tǒng)的設備很多，并且這些機床在加工復雜精密零件時取得了很好的效果。本文根據(jù)自身實踐經(jīng)驗和理論研究，對閉環(huán)控制在數(shù)控機床中的應用理論及具體案例進行了詳細的論述，為閉環(huán)控制在數(shù)控機床中的應用和推廣提供了有力的技術(shù)支撐。
2閉環(huán)控制在數(shù)控機床中的應用
2.1數(shù)控機床中的閉環(huán)控制特點
在數(shù)控系統(tǒng)中，伺服控制系統(tǒng)必須具備較好的穩(wěn)定性、動態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性、魯棒性等。在所有的伺服系統(tǒng)中，穩(wěn)定性是其最根本的要求，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有兩種重要的作用，一是能自動排除外界對系統(tǒng)的干擾，能在有外部干擾的環(huán)境下，精確調(diào)節(jié)定位，二是自動恢復穩(wěn)定狀態(tài)，不管系統(tǒng)處于什么樣的初始狀態(tài)，都能夠快速準確的進行定位；在閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)中，動態(tài)特性是其最重要的衡量指標，它主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的響應速度和振幅，在通常狀態(tài)下，系統(tǒng)的最大振幅就表達這系統(tǒng)的控制精度，振幅越小，精度越高，而系統(tǒng)的響應速度是影響振幅的重要因素，系統(tǒng)的響應速度越快，系統(tǒng)的過渡時間就越小，系統(tǒng)的誤差就越小，控制精度也就越高；穩(wěn)態(tài)特性閉環(huán)控制系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)特性，主要是是指控制系統(tǒng)經(jīng)過過渡階段后，進入穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，其最終輸出的穩(wěn)態(tài)指與預期的穩(wěn)定指相符合的程度，通常情況下，伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)會因為自身結(jié)構(gòu)、內(nèi)部摩擦力、外界干擾等非線性的因素導致系統(tǒng)的實際的穩(wěn)態(tài)值與期望值存在一定的誤差，這種誤差就是穩(wěn)態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量閉環(huán)控制精度的重要指標，而通過加入穩(wěn)態(tài)誤差補償，可以有效的調(diào)整伺服控制系統(tǒng)的控制精度和跟蹤速度；魯棒性的主要作用是幫助閉環(huán)控制系統(tǒng)控制誤差，其主要特點是在系統(tǒng)的約束條件發(fā)生變化時，保持系統(tǒng)自身的功能特性不變，即對于具有較好魯棒性特征的閉環(huán)控制系統(tǒng)，即使參數(shù)發(fā)生了變化，控制自身仍有保持穩(wěn)定性不變，系統(tǒng)的響應速度和振幅也不會隨參數(shù)變化而變化，如魯棒性好的數(shù)控機床長期使用造成的機械零件磨損不會導致機床自身誤差的增大。
2.2閉環(huán)控制系統(tǒng)中的PID控制技術(shù)
PID控制技術(shù)是閉環(huán)控制中最早發(fā)展起來的一門技術(shù)，它以算法簡單、可靠性高、調(diào)整方便、魯棒性好等優(yōu)點在工業(yè)控制領域廣泛應用，尤其在一些被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有一定的不確定性，沒法得到精確的數(shù)學模型的情況下，可以采用PID控制技術(shù)依據(jù)現(xiàn)場調(diào)試和經(jīng)驗確定系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。在實際工程應用中，也有僅采用PI控制和PD控制的控制系統(tǒng)。PID控制技術(shù)是一種線性調(diào)節(jié)技術(shù)，它將系統(tǒng)的偏差分為比例、積分、微分三類運算對被控量進行具體的調(diào)節(jié)。它對速度的調(diào)節(jié)主要是根據(jù)速度指令（rt）與傳感器反饋的回來的實際y（t）進行比較構(gòu)成控制的偏差e（t），并將此偏差按比例（P）、積分（I）、微分（D）的方式進行線性組合，最終形成控制量u（t）對驅(qū)動器進行控制，從而達到對電機速度的精確控制的目的，具體列公式如下：
2.3閉環(huán)控制系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應用
在數(shù)控機床的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，PID控制技術(shù)的應用非常廣泛。本文以FANCOi機床為例，其控制器的調(diào)試就主要分為比例增益、積分增益、微分增益三個部分，具體調(diào)試過程如下：首選將驅(qū)動器設置成速度控制模式控制，對便于對伺服驅(qū)動器參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。伺服驅(qū)動器的調(diào)節(jié)參數(shù)就是比例常數(shù)Kp、微分參數(shù)Kd和積分參數(shù)Ki，根據(jù)實踐經(jīng)驗和現(xiàn)場控制需要，手動對PID的三項控制常數(shù)進行具體的調(diào)節(jié)。首先，確定速度比例增益常數(shù)Kp的值。當閉環(huán)控制系統(tǒng)安裝完畢后，第一步是對比例增益常數(shù)Kp就進行調(diào)節(jié)，因為在三個增益參數(shù)中，比例增益對振幅起到最主要的作用，確定比例參數(shù)的值后，再對積分增益Ki和微分增益Kd進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)比例參數(shù)的方式是在對先將積分增益Ki和微分增益Kd設置為零，再從零逐漸增加比例參數(shù)Kp的值，觀察伺服電機停止時的振蕩情況以及電機轉(zhuǎn)速的忽快忽慢現(xiàn)象，如果隨著Kp值的增加，系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，就降低Kp值，消除振蕩，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，從而初步確定Kp的值。在確定Kp的值后，保持Kp不變，從零逐漸增加系統(tǒng)的積分增益常數(shù)Ki的值，觀察積分增益的效應現(xiàn)象，當積分增益參數(shù)超過臨界值后就會導致控制系統(tǒng)的振動不穩(wěn)定，這時將Ki值進行回調(diào)，消除振蕩，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，此時的Ki值就是初步確定的控制系統(tǒng)參數(shù)。最后，對控制系統(tǒng)的微分增益進行具體的調(diào)節(jié)。微分增益的調(diào)節(jié)可以有效的降低控制系統(tǒng)的振幅，它的主要工作原理是對系統(tǒng)進行預先控制，就是在系統(tǒng)的振蕩發(fā)生之前對其進行校正，在實際調(diào)節(jié)時，從零開始逐步增加Kd的值，從而改善旋轉(zhuǎn)速度的穩(wěn)定性。
3結(jié)論
本文根據(jù)自身實踐和理論研究，對伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點進行了論述，并對PID控制技術(shù)的原理以及實際生產(chǎn)中的參數(shù)調(diào)節(jié)方法進行了具體的闡述，不僅為閉環(huán)控制技術(shù)在數(shù)控機床中應用提供了有力的技術(shù)支撐，也為閉環(huán)控制系統(tǒng)在數(shù)控機床中的推廣應用提供了有效的理論依據(jù)。
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機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術(shù)的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導致了應用數(shù)字化技術(shù)進行柔性自動化控制的新一代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點：1.適應性強，適合加工單件或小批量的復雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。2.加工精度高；3.生產(chǎn)效率高；4.減輕勞動強度，改善勞動條件；5.良好的經(jīng)濟效益；6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。隨著數(shù)控機床越來越多的普及應用，數(shù)控機床的技術(shù)經(jīng)濟效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機床，并取得了良好的經(jīng)濟效益。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設計實例具有典型性和實用性。
第二章總體方案的設計
2.1設計任務本設計任務是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。2.2總體方案的論證對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。（1）數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）伺服進給系統(tǒng)的改造設計數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。在設計的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關鍵，選擇CPU應考慮以下要素：1.時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關；2.可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關；3.I/O口擴展的能力與對外設控制的能力相關。除此之外，還應根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來考慮以確定CPU。在我國，普通機床數(shù)控改造方面應用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設計中是以MCS-51系列單片機，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機中應用最多的是8031單片機。本設計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關組成的控制系統(tǒng)。2.3總體方案的確定經(jīng)總體設計方案的論證后，確定的CA6140車床經(jīng)濟型數(shù)控改造示意圖如圖所示。CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進給運動采用步進電機驅(qū)動。由8031單片機組成微機作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。刀架改成由微機控制的經(jīng)電機驅(qū)動的自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機。如圖2－1所示：
第三章微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計
3.1微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路總體方案設計本系統(tǒng)選用8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機。外接一片2764EPROM，作為監(jiān)控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統(tǒng)的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環(huán)形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，功率放大電路等。8031芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各引腳功能簡要介紹如下：⒈源引腳VSS：電源接地端。VCC：＋5V電源端。⒉輸入/輸出（I/O）口線8031單片機有P0、P1、P2、P34個端口，每個端口8根I/O線。當系統(tǒng)擴展外部存儲器時，P0口用來輸出低8位并行數(shù)據(jù)，P2口用來輸出高8位地址，P3口除可作為一個8位準雙向并行口外，還具有第二功能，各引腳第二功能定義如下：P3.0RXD：串行數(shù)據(jù)輸入端。P3.1TXD：串行數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0：外部中斷0請求信號輸入端。P3.3INT1：外部中斷1請求信號輸入端。P3.4T0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.5T1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.6WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。在進行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。⒊信號控制線RST/VPD：RST為復位信號線輸入引腳，在時鐘電路工作以后，該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，完成一次復位操作。8031單片機采用兩種復位方式：一種是加電自動復位，另一種為開關復位。ALE/PROG：ALE是地址鎖存允許信號。它的作用是把CPU從P0口分時送出的低8位地址鎖存在一個外加的鎖存器中。外部程序存儲器讀選通信號。當其為低電平時有效。
VPP：當EA為高電平且PC值小于0FFFH時CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。當EA為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時必須接地；XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出，使用外部震蕩器時，接收震蕩信號；（2）片外三總線結(jié)構(gòu)單片機在實際應用中，常常要擴展外部存儲器、I/O口等。單片機的引腳，除了電源、復位、時鐘輸入以及用戶I/O口外，其余的引腳都是為了實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設置的，這些引腳構(gòu)成了三總線形式：⒈地址總線AB地址總線寬度為16位。因此，外部存儲器直接尋址范圍為64KB。由P0口經(jīng)地址鎖存器提供16位地址總線的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉數(shù)據(jù)總線DB數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口提供。⒊控制總線CB控制總線由第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨立的控制線RST、EA、ALE和PSEN組成。其引腳圖如圖3－3所示：3.1.28255A可編程并行I/O口擴展芯片8255A可編程并行I/O口擴展芯片可以直接與MCS系列單片機系統(tǒng)總線連接，它具有三個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢傳送或中斷傳送方式完成CPU與設備之間的信息交換。8255A的結(jié)構(gòu)及引腳功能：1、8255A的結(jié)構(gòu)8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3－4所示。其中包括三個8位并行數(shù)據(jù)I/O端口，二個工作方式控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和一個8位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部分功能介紹如下：（1）三個8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器?？删幊虨?位輸入、或8位輸出、或8位雙向寄存器。B口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。C口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，C口可分作兩個4位口，用于輸入或輸出，也可作為A口和B口選通方式工作時的狀態(tài)控制信號。（2）工作方式控制電路A、B兩組控制電路把三個端口分成A、B兩組，A組控制A口各位和C口高四位，B組控制B口各位和C口低四位。兩組控制電路各有一個控制命令寄存器，用來接收由CPU寫入的控制字，以決定兩組端口的工作方式。也可根據(jù)控制字的要求對C口按位清“0”或置“1”。（3）讀/寫控制邏輯電路它接收來自CPU的地址信號及一些控制信號，控制各個口的工作狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)總線緩沖器它是一個三態(tài)雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，以實現(xiàn)CPU和8255A之間信息的傳送。
摘要：針對現(xiàn)有常規(guī)CA6140普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)90控化改造的設計過程，較詳盡地介紹了CA6140機械改造部分的設計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。
關鍵詞：數(shù)控機床，單片機數(shù)控系統(tǒng)，改裝設計
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關鍵詞：傳統(tǒng)機床 數(shù)控化改造 必要性 特點 步驟
隨著制造業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提高，機床數(shù)控化率相應提高。利用電子技術(shù)和計算機技術(shù)對車床進行數(shù)控化改造，對提高生產(chǎn)效率、保證加工質(zhì)量、進一步提高車床設備的先進性，不僅具有可行性，還具有經(jīng)濟性。本文就車床的數(shù)控化改造談幾點看法。
一、車床數(shù)控化改造的必要性
數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均與計算機有關。
一是數(shù)控機床可以加工出傳統(tǒng)機床不能加工的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。
二是數(shù)控機床可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，相比傳統(tǒng)機床效率提高了3～7倍。計算機有記憶和存儲功能，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更改一個程序，就可以實現(xiàn)另一個工件加工的自動化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動化，故被稱作實現(xiàn)了“柔性自動化”。
三是數(shù)控機床加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要修配。
四是數(shù)控機床可實現(xiàn)多工序的集中，減小零件在機床間的搬運頻率。
五是數(shù)控機床擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而加工可實現(xiàn)長時間無人看管。
由于數(shù)控機床具有以上五大優(yōu)越性，因此大大降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎技術(shù)。
從宏觀上看，大規(guī)模應用數(shù)控機床的本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS外，還在產(chǎn)品中開發(fā)CAD、CAE、虛擬制造，在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理系統(tǒng)）、CIMS等，在生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)包括人工智能等，最終使得產(chǎn)品在國際軍品和民品市場上的競爭力大為增強。我國機床擁有量中數(shù)控機床的比例（數(shù)控化率）還比較低，因此每年都需進口大量機電產(chǎn)品。這也就從宏觀上再次說明了機床數(shù)控化改造的必要性。
二、車床數(shù)控化改造的特點
與發(fā)達國家相比，目前我國車床主要是臥式車床，型號陳舊，技術(shù)水平落后，嚴重制約了生產(chǎn)的發(fā)展。采用先進的數(shù)控車床，已經(jīng)成為當今世界制造業(yè)的發(fā)展趨勢。鑒于國內(nèi)制造業(yè)中普通機床的占有率較高，提高車床數(shù)控化率有兩個可行的途徑，一是購置新的數(shù)控車床，二是把臥式車床改裝成數(shù)控車床。
花大量的資金更換全新的數(shù)控車床，給企業(yè)造成的經(jīng)濟負擔較大，同時報廢大量的普通車床也是很大的浪費。因此，各個企業(yè)可根據(jù)自身的情況，酌情提高車床的數(shù)控化率，可以購置一批精度高、性能強的數(shù)控車床，或數(shù)控化改造一批尚有一定精度的臥式車床。
1.臥式車床數(shù)控化改造的特點
（1）車床改造針對性強，能滿足生產(chǎn)的要求。因為車床的改造方案是根據(jù)原機床中存在的問題提出的，要改哪些地方、改到什么程度都要有的放矢，能與生產(chǎn)結(jié)合，可以直接將科學技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，企業(yè)有積極性。
（2）車床改造可以充分利用原車床的絕大部分零、部件，大大節(jié)約原材料和資金，見效快，改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因為舊車床數(shù)控化改造中，大部分床身、立柱等基礎件和許多傳動部分都不需更換，費用只有購買新車床費用的l/15～1/10，工期大大縮短，節(jié)約了成本。
（3）改造后的車床性能穩(wěn)定可靠，車床應用范圍得到擴大，能適應多品種、小批量零件的生產(chǎn)。因為車床的大型構(gòu)件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久時效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐類大型構(gòu)件，只需修復或更換中小型部件就可以獲得與新車床類似的效果。改造后的車床功能有較大的提高，除了保有原有功能外，還可以滿足各種復雜型面類零件的加工要求，擴大了車床的應用范圍。
（4）經(jīng)過數(shù)控化改造，可以有效提高工件加工精度和生產(chǎn)效率。改造依據(jù)了生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，及時提高了生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高了設備質(zhì)量。
（5）可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動技術(shù)人員的積極性，同時對工人技術(shù)水平的要求也不會太高。
（6）在改造期間，通過拆解舊車床、裝配新的零部件等改造過程，間接培養(yǎng)了數(shù)控人才，讓其對機床的特性有更詳細的了解，從而縮短了操作使用和維護方面的培訓時間，見效快。
2.車床數(shù)控化改造的成效
通過車床數(shù)控化改造，可以使其具有如下優(yōu)點：可以加工出臥式車床加工不了的曲線、曲面等復雜零件；可以實現(xiàn)加工柔性自動化，效率比靠凸輪或擋塊等實現(xiàn)模擬自動化的機床高3.7倍；加工精度高，尺寸分散度小，易于裝配；可實現(xiàn)多工序集中加工，提高了加工精度，同時減小了被加工零件在機床間的搬運頻率；擁有自動補償?shù)榷喾N功能，簡化了傳統(tǒng)機床加工工藝中的工序，機床利用率得以大幅提高；若購置一臺新的數(shù)控機床，國產(chǎn)數(shù)控機床價格也要10萬元，進口設備的價格更高，而對臥式車床進行數(shù)控化改造也能滿足實際生產(chǎn)的需要，改造的成本只要2萬～3萬元；由于采用了自動化加工技術(shù)，可以大大降低操作者的勞動強度，減少廢品率，提高工作效率。
三、車床數(shù)控化改造的基本步驟
1.設計總體改造方案
數(shù)控機床由機床、數(shù)控系統(tǒng)和設備三部分組成。臥式車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制原有車床自動完成機械加工任務，提高車床的加工精度和生產(chǎn)率。
在考慮經(jīng)濟型數(shù)控機床改造的具體方案時，所遵循的原則是，在滿足需要的前提下，對原有車床盡可能減少改動量，以降低改造成本。改造中需要解決的問題是：增加數(shù)控裝置，設計微機控制裝置或選用經(jīng)濟型的數(shù)控系統(tǒng)；將現(xiàn)有機械傳動的進給控制裝置改造成數(shù)控控制的無級自動變速的進給系統(tǒng)；將絲杠換成滾珠絲杠，提高傳動精度；把手動控制的刀架轉(zhuǎn)位裝置改造成數(shù)控裝置控制的自動轉(zhuǎn)位刀架；加裝脈沖編碼器，實現(xiàn)螺紋的自動切削。若對改造后機床的要求較高，則要改造主軸，重新設計主軸箱，使用主軸伺服電動機或電主軸。
2.數(shù)控化改造項目
（1）控制系統(tǒng)的選定。目前市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型比較多，選擇前首先應對擬改造的臥式車床的功能有一個充分的了解，可按照價格合理、技術(shù)先進、服務方便的原則選擇微機系統(tǒng)式數(shù)控系統(tǒng)。若選擇微機系統(tǒng)，需要完成軟、硬件的設計，即要完成X軸、Z軸的進給控制。分別完成X、Z向的插補運動，可實現(xiàn)車削端面、外圓、任意錐度圓弧面、球面等加工。為了能夠加工螺紋，配用主軸同步脈沖傳感器，可加工導程在6mm以下的螺紋工件。整個系統(tǒng)屬于開環(huán)控制，結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動力大，成本較低，抗干擾性能強，能很好地滿足生產(chǎn)的需要，但是設計工作量大，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高。
另外，還可以根據(jù)實際情況選擇經(jīng)濟型車床的數(shù)控系統(tǒng)，調(diào)制、安裝簡單，可靠性較高，價格較貴。
（2）機械部分的改造。
①滑動導軌副。對數(shù)控車床來說，導軌除了應該具有臥式車床導軌的精度和工藝性外，還要有良好的耐磨性，并減少因摩擦力而致死區(qū)。同時還要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和。一般臥式車床的導軌材料為HT200，機床改造時可在原床鞍下滑面經(jīng)機械加工后貼一層聚四氟乙烯軟帶。聚四氟乙烯軟帶與鑄鐵配合時，具有良好的減磨性能，動摩擦因數(shù)約為鑄鐵的1/8～1/3，能有效地防止機床的爬行。此外，床鞍與床身、中滑板與小滑板應接觸均勻，接觸面積不應小于70%，接觸點數(shù)不應小于10點/cm2，這是保證加工精度和尺寸一致性的關鍵之一。
②絲杠傳動副。一般數(shù)控車床或數(shù)控系統(tǒng)要求采用滾珠絲杠副傳動，目的是為了提高機床的進給精度，減小傳動副的摩擦阻力。根據(jù)JB/T 2886—2008絲杠精度標準可知，滾珠絲杠分為九級。臥式車床使用的是7級精度的滑動絲杠。將3級精度的滾珠絲杠與7級精度的滑動絲杠比較，從精度來講，二者的差異并不大，因此建議選用3級滾珠絲杠來替換原有絲杠。這樣的好處是傳動速度快，反向靈敏，精度較高，所需轉(zhuǎn)矩小。
③拖板系統(tǒng)。拖板的運動是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，不論是點位控制還是連續(xù)控制。被加工零件的最后坐標精度將受拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響，尤其是用步進電動機作為拖動元件的開環(huán)系統(tǒng)更是如此。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運動，而沒有位置檢測和反饋，故實際移動值和系統(tǒng)指令值的差別造成加工誤差。因此，除了床鞍、中滑板（小滑板已被取消）配合精度要求較高外，在傳動裝置的布局上還應采用減速齒輪箱來提高傳動轉(zhuǎn)矩和傳動精度（分辨率為0.01mm）。
④主軸同步傳感器。主軸同步傳感器的作用就是傳遞信息給數(shù)控裝置，保持主軸的速度和刀架進給量一致。安裝時要求機床主軸轉(zhuǎn)一圈，傳感器也要轉(zhuǎn)一圈，這樣才能保證發(fā)給數(shù)控裝置的信號準確，車削螺紋時不亂扣。
關鍵詞 塑料導軌 基本特點 選用原則
在金屬導軌基體的表面上覆蓋一層塑料或塑料和金屬混合物，稱之為塑料導軌。塑料導軌自七十年代被推出，就以摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦因數(shù)相近，運動平穩(wěn)性好，能有效防止低速爬行現(xiàn)象；且耐磨性好，有自作用；抗振性及化學穩(wěn)定性好；工藝簡單、成本低等諸多優(yōu)點迅速成為數(shù)控機床廣泛使用的新型導軌材料。
1、塑料導軌的兩種類型
（1）貼塑導軌
貼塑導軌上的塑料常用聚四氟乙烯軟帶，其摩擦副的形式為鑄鐵-塑料摩擦副。以聚四氟乙烯為基體，加入石墨、銅粉和二硫化鉬混合均勻，然后燒結(jié)成軟帶狀態(tài)，就稱為聚四氟乙烯導軌軟帶。
聚四氟乙烯軟帶是通過粘接劑粘接在導軌面上的，通常被固定在導軌副中的運動導軌或者較短的導軌上，使其與支承導軌或者較長的導軌相對滑動。
（2） 注塑導軌
注塑導軌也可以叫做涂塑導軌，其上使用的塑料是環(huán)氧型耐磨導軌涂層。
以二硫化鉬和環(huán)氧樹脂為基體，添加增塑劑，使其混合成膏狀作為一組分，再以固化劑為另一組分，這樣形成的雙組份塑料涂層就是環(huán)氧型耐磨導軌涂層。
常用的有SKC-3或SKC-60耐磨涂層。
2、兩者之特點
這兩種導軌除了前面所述塑料導軌所共有的優(yōu)點以外，它們還各有自己的特點：
（1）貼塑導軌的特點及長處
除了有良好的摩擦特性外還有良好的阻尼特性，能保證部件移動的均勻性和靈敏性，這對于提高數(shù)控機床的定位精度是至關重要的；抗咬傷性能好，數(shù)控機床在使用中混入導軌中的極少量灰塵或雜物可被軟帶嵌入，而不損傷配合面；可加工性好，軟帶粘貼好后可方便的在其上開油槽；可在干摩擦下工作；能確保導軌有足夠的剛度；成本低。
聚四氟乙烯軟帶導軌的另一個最顯著優(yōu)點是使用工藝簡單，要求條件很容易達到并能快速掌握。這就使得生產(chǎn)效率大大提高，并且使用過程中的維護維修方便，損壞后更換容易。
（2）注塑導軌的特點及長處
注塑導軌所用SKC-3或SKC-60涂層與金屬的親和力好，從而導致其附著力強，具有良好的可加工型，可經(jīng)車、銑、刨、鉆、磨削和刮削加工；涂料固化時體積不收縮，尺寸穩(wěn)定；有極好的摩擦性和耐磨性；其抗壓強度比聚四氟乙烯軟帶導軌要高；能彌補一些導軌面的鑄造缺陷，有利于解決傳統(tǒng)刮研工藝費工費時的弊端；可有效縮短機床裝配周期、提高裝配精度、簡化裝配工藝。
SKC-3或SKC-60耐磨涂層導軌有別于軟帶導軌的最大優(yōu)點在于它特別適合在不能用軟帶的復雜配合型面中使用。因其固化前是半流體狀態(tài)，在高壓油槍的注入壓力下，它很容易在復雜型面中流動、成型。對于重型機床和大型機床，可以在調(diào)整好固定導軌和運動導軌間的相關位置精度后再注入涂料，這樣可以很大程度的節(jié)省加工時間。
3、貼塑導軌與注塑導軌的選用原則
一般聚四氟乙烯軟帶和SKC-3或SKC-60常與鑄鐵導軌或淬硬的鑲鋼導軌相配合使用。
（1）貼塑導軌的選用
常根據(jù)PV值來進行選用。PV值是摩擦副的重要技術(shù)指標，在設計機床導軌尺寸時，應根據(jù)滑動速度v與比壓p之值，使P、V的交點處于曲線的下方。如果滿足不了要求，可以加大導軌面積，以降低p值來滿足要求。一般導軌的比壓p=0.1～0.2Mpa。
還要考慮到導軌的承載能力，在設計機床導軌尺寸時，應注意減小導軌的比壓，以獲得較高的運動精度。導軌軟帶的厚度有很多種，一般選用1.5～2.0mm為宜。
采用導軌軟帶時常配以定程、定量系統(tǒng)，這樣可進一步提高導軌的使用壽命。
粘貼工藝原則：
導軌軟帶一般粘在短的動導軌上，不受導軌形式的限制，各種組合形式的滑動導軌都可以粘貼；
粘貼軟帶的金屬導軌面一般是采用刨削或銑削的方式加工成凹槽，以防止軟帶黏結(jié)時發(fā)生移動。粘貼軟帶相配合的金屬導軌面的粗糙度要適宜，該粗糙度值太大，容易使軟帶產(chǎn)生劃痕，太小則不能形成聚四氟乙烯的轉(zhuǎn)移膜，會使軟帶加快磨損，一般推薦為1.6 um或3.2 um；
相配金屬導軌如為鑲鋼淬硬導軌，其硬度一般為52HRC以上；
按粘貼軟帶導軌面的幾何尺寸，將軟帶切割成形，適當考慮工藝余量；
采用各種清洗劑分別將軟帶與黏結(jié)導軌面清洗干凈，曬干備用；
粘結(jié)時，分別均勻涂布于軟帶表面和黏結(jié)導軌面的涂膠層不易太厚，一般以0.05～0.1mm之間為宜；
粘結(jié)好之后，將貼塑導軌副的貼塑導軌壓在與之相配合的金屬導軌上，使固化壓力達到規(guī)定值；
經(jīng)過24小時室溫固化后，再檢查粘結(jié)質(zhì)量。合格后可根據(jù)設計要求，在軟帶上開出油槽，寬度為5mm左右為宜。
（2）注塑導軌的選用
常在不能或不便用軟帶的復雜配合型面中使用；
特別適用于大型或重型機床導向基礎件的長動導軌。
注塑工藝原則：
在為導軌涂抹環(huán)氧型耐磨涂層之前，要先將導軌的涂層面加工成鋸齒形狀，然后對與塑料導軌相配合的金屬導軌面進行清洗，并且為其涂上薄薄一層專用脫模劑或者硅油，以防其與耐磨導軌涂層的粘接。在為導軌涂抹完環(huán)氧型耐磨涂層之后，等待其固化，最后將兩導軌分離。
本論文為江漢大學機電與建筑工程學院院級項目《在數(shù)控技術(shù)課程設計環(huán)節(jié)突出創(chuàng)新性、綜合性、實踐性的研究》資助。
參考文獻：
[1]宋明寬等.型機床橫梁與立柱導軌副注膠成型工藝淺析[J].制造技術(shù)與機床，2011（10）.
