车床主轴范文
时间：2023-04-04 03:27:10
导语：如何才能写好一篇车床主轴，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：结构分析；加工工艺；加工基准；工艺路线；加工余量；切削用量
1 结构分析
车床主轴的结构特点为阶梯式，用于安装轴上齿轮和操纵机构，主轴的内部为空心，同时主轴需要传递扭矩和旋转运动，所以主轴的材质选用非常重要。常见的主轴材质如表1。
车床主轴与轴上零件的示意图如图1，通过图中的机构可以看出，车床主轴结构紧凑，每个零件都相互连接，轴承的结构和、齿轮的位置，以及固定件，这些零件直接影响主轴最终的制造精度。
2 加工工
2.1 加工基准
车床主轴加工制造过程中，需要对主轴进行基准确认，而主轴的定位基准选取分为以下几个方面：在主轴毛坯加工时候，选取毛坯表面作为粗基准；粗加工完成之后进行精加工时候，选取加工后表面定为基准，同时利用工艺基准作为主轴加工的精基准，这样做的好处就是遵循“基准重合”原则，提高主轴加工精度。
2.2 工艺路线
主轴加工路线如图2。
主轴的加工工艺如图2有3种不同方案，根据机械设计原理，加工工序要粗、精分开，先粗后精，所以最后一种的工艺路线最合理。
在对车床主轴加工时候，需要使用锥堵（图3）。
锥堵是保证车床主轴加工精度的辅助零件之一，通过使用锥堵，可以增加主轴的同轴度、圆跳动等形位公差的精度。
2.3 加工余量、切削用量
车床主轴进行加工的时候需要进行加工余量确认，保证最后精加工和研磨的尺寸，从而使加工后的主轴符合图纸尺寸和技术要求。对于粗加工，为了将毛坯的缺陷切削下去，所以对于粗加工的余量比较大，一般为30～40mm，半精加工的余量为3mm，精加工为1～1.5mm，精磨加工余量0.1mm。
切削用量是指切削速度Vc、进给量f、背吃刀量ap。它们三种因素中对主轴加工影响，切削速度影响最大，最小的是背吃刀量。
3 结束语
在当今社会，制造是一个永恒的话题，制造业是国家发展的支柱，机床就是制造业的基础，提高机床的质量就是提高国家的发展水平，提高车床零部件的技术要求就会实现机床制造质量的提高。主轴加工过程中除了结构上、加工上需要注意，在材料的选择，以及最后的热处理等，都是需要设计分析的，从车床主轴自身尺寸、形状、位置等方面全面优化，从根本上提高主轴的精度和质量。
参考文献
[1]黄鹤汀.金属切削机床设计[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]曹金榜.机床主轴/变速箱设计指导[M].北京：机械工业出版社.
篇2
在目前数控车床中，主轴控制装置通常是采用交流变频器来控制交流主轴电动机。为满足数控车床对主轴驱动的要求，必须有以下性能:(1)宽调速范围，且速度稳定性能要高;(2)在断续负载下，电机的转速波动要小;(3)加减速时间短;(4)过载能力强;(5)噪声低、震动小、寿命长。
本文介绍了采用数控车床的主轴驱动中变频控制的系统结构与运行模式，并阐述了无速度传感器的矢量变频器的基本应用。
2数控车床主轴变频的系统结构与运行模式
2.1主轴变频控制的基本原理
由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为:
n=(60f/p)×(1-s)
其中P—电动机的极对数，s—转差率，f—供电电源的频率，n—电动机的转速。从上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz(甚至更高频率)之间任意调节，因此主轴电机转速即可以在较宽的范围内调节。
当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，一般可以通过设定最高频率来进行限定。
图1所示为变频器在数控车床的应用，其中变频器与数控装置的联系通常包括:(1)数控装置到变频器的正反转信号;(2)数控装置到变频器的速度或频率信号;(3)变频器到数控装置的故障等状态信号。因此所有关于对变频器的操作和反馈均可在数控面板进行编程和显示。
2.2主轴变频控制的系统构成
不使用变频器进行变速传动的数控车床一般用时间控制器确认电机转速到达指令速度开始进刀，而使用变频器后，机床可按指令信号进刀，这样一来就提高了效率。如果被加工件如图2(1)所示所示形状，则由图2(1)中看出，对应于工件的AB段，主轴速度维持在1000rpm，对应于BC段，电机拖动主轴成恒线速度移动，但转速却是联系变化的，从而实现高精度切削。
在本系统中，速度信号的传递是通过数控装置到变频器的模拟给定通道(电压或电流)，通过变频器内部关于输入信号与设定频率的输入输出特性曲线的设置，数控装置就可以方便而自由地控制主轴的速度。该特性曲线必须涵盖电压/电流信号、正/反作用、单/双极性的不同配置，以满足数控车床快速正反转、自由调速、变速切削的要求。
3无速度传感器的矢量控制变频器
3.1主轴变频器的基本选型
目前较为简单的一类变频器是V/F控制(简称标量控制)，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变化模式调节，常见的有线性V/F控制(用于恒转矩)和平方V/F控制(用于风机水泵变转矩)。
标量控制的弱点在于低频转矩不够(需要转矩提升)、速度稳定性不好(调速范围1:10)，因此在车床主轴变频使用过程中被逐步淘汰，而矢量控制的变频器正逐步进行推广。
所谓矢量控制，最通俗的讲，为使鼠笼式异步机像直流电机那样具有优秀的运行性能及很高的控制性能，通过控制变频器输出电流的大小、频率及其相位，用以维持电机内部的磁通为设定值，产生所需要的转矩。
矢量控制相对于标量控制而言，其优点有:(1)控制特性非常优良，可以直流电机的电枢电流加励磁电流调节相媲美;(2)能适应要求高速响应的场合;(3)调速范围大(1:100);(4)可进行转矩控制。
当然相对于标量控制而言，矢量控制的结构复杂、计算烦琐，而且必须存贮和频繁地使用电动机的参数。矢量控制分无速度传感器和有速度传感器两种方式，区别在于后者具有更高的速度控制精度(万分之五)，而前者为千分之五，但是在数控车床中无速度传感器的矢量变频器的控制性能已经符合控制要求，所以这里推荐并介绍无速度传感器的矢量变频器。
3.2无速度传感器的矢量变频器
无速度传感器的矢量变频器目前包括西门子、艾默生、东芝、日立、LG、森兰等厂家都有成熟的产品推出，总结各自产品的特点，它们都具有以下特点:(1)电机参数自动辩识和手动输入相结合;(2)过载能力强，如50%额定输出电流2min、180%额定输出电流10s;(3)低频高输出转矩，如150%额定转矩/1HZ;(4)各种保护齐全(通俗地讲，就是不容易炸模块)。
无速度传感器的矢量控制变频器不仅改善了转矩控制的特性，而且改善了针对各种负载变化产生的不特定环境下的速度可控性。图3所示，为某品牌无速度传感器变频器产品在低频和正常频段时的转矩测试数据(电机为5.5kW/4极)。从图中可知，其在低速范围时同样可以产生强大的转矩。在实验中，我们同样将2Hz的矢量变频控制和V/F控制变频进行比较发现，前者具有更强的输出力矩，切削力几乎与正常频段(如30Hz或50Hz)相同。
3.3矢量控制中的电机参数辨识
由于矢量控制是着眼于转子磁通来控制电机的定子电流，因此在其内部的算法中大量涉及到电机参数。从图4的异步电动机的T型等效电路表示中可以看出，电机除了常规的参数如电机极数、额定功率、额定电流外，还有R1(定子电阻)、X11(定子漏感抗)、R2(转子电阻)、X21(转子漏感抗)、Xm(互感抗)和I0(空载电流)。
参数辨识中分电机静止辨识和旋转辨识2种，其中在静止辨识中，变频器能自动测量并计算顶子和转子电阻以及相对于基本频率的漏感抗，并同时将测量的参数写入;在旋转辨识中，变频器自动测量电机的互感抗和空载电流。
在参数辨识中，必须注意:(1)若旋转辨识中出现过流或过压故障，可适当增减加减速时间;(2)旋转辨识只能在空载中进行;(3)如辨识前必须首先正确输入电机铭牌的参数。
3.4数控车床主轴变频矢量控制的功能设置
从图1中可以看出，使用在主轴中变频器的功能设置分以下几部分:
(1)矢量控制方式的设定和电机参数;
(2)开关量数字输入和输出;
(3)模拟量输入特性曲线;
(4)SR速度闭环参数设定。
4结束语
对于数控车床的主轴电机，使用了无速度传感器的变频调速器的矢量控制后，具有以下显著优点:大幅度降低维护费用，甚至是免维护的;可实现高效率的切割和较高的加工精度;实现低速和高速情况下强劲的力矩输出。
参考文献
篇3
关键词：数控车床；主轴；部件装配工艺
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0100-01
数控车床的主轴部件是其部件的重要组成部分，也是机床运行的执行件，可以直接带动机床的旋转。主轴部件不仅要满足数控车床加工精度的要求，同时还应该具有承受切削抗力的能力。数控车床的旋转精度与其装配质量有直接的关系，如果装配人员的装配工艺存在问题，即使其他的部件精度都能够满足要求，也无法确保主轴部件装配合格。在数控车床生产实践过程中，为了确保机床主轴部件的装配质量，减少装配数据和信息误差，需要采用装配检测工具加以检测，并且制定相应的主轴装配任务指导书作为指导文件。
1 数控车床的主轴结构介绍
数控车削中心的主轴装配中，与数控车床主轴装配精度和寿命相关的零件有以下几种：锁紧螺母、前轴承、后轴承、主轴、隔套、主轴箱和压盖。在机床加工中，前轴承会受到两种力度的影响，分别是轴向力和径向力，为了保证机床的主轴精度，增强机床主轴的刚性，使其能够抵御受力变形的影响，前轴承会受到主轴、隔套、压盖以及轴箱的作用，从而处于一种紧固的状态。为了避免主轴受热伸长，后轴承采取内圈紧固的方式，同时对主轴进行加热处理，主轴随着受热会逐渐伸长，轴承外圈则会沿着主轴箱出现游动。
2 数控车床主轴部件装配工艺分析
2.1 主轴装配中的准备工作
在实施数控车辆主轴装配之前，需要做好相关零件的清理工作，由于主轴和相关零件的表面硬度较高，零件表面的毛刺以及碰伤等会直接反映在轴承滚道上，对轴承滚道造成损坏，甚至还会影响到轴承的生命。因此，需要对所有的零件进行清洗，并且采用精细砂纸打磨，去除零件表面的碰伤以及毛刺等，同时清理干净螺纹孔内部的杂质。
2.2 主轴装配中前轴承的安装工艺
前轴承的安装同主轴相配合，为了避免对轴承精度造成影响，可以选择热套安装的方式。采用专用电感应轴承加热器来加热轴承。在轴承加热过程中，需要确定具体的加热温度，例如，轴承的主轴跳动为0.003毫米，轴承内圈最大径向跳动和最大装配过盈量分别为0.005毫米和0.004毫米，由此可以算出轴承加热后的最小内径增大需求量为0.012毫米，通过相关数据还可以计算轴承的加热温度。考虑到轴承安装过程中会受到一些不可控因素的影响，为减少轴承安装中存在的困难，可以将轴承加热温度适当的调整。在加热轴承的过程中，首先，将主轴垂直放置在安装台上，在主轴上套入前端压盖，在其表面涂抹一层油脂，然后将加热好的轴承套在主轴上。为避免轴承在冷却过程中出现收缩的现象，套上轴承之后，可以采用隔套压紧轴承内圈，待轴承冷却到室温，通过转动隔套，找到合适的角度，从而确保轴承宽度满足具体要求。
2.3 主轴装配中后轴承的安装工艺
后轴承的安装相对容易。由于主轴箱和轴承外圈呈现间隙配合的现状，在安装中，为方便实际操作，可以将箱体加热，但是要确保加热温度不能过高，一般保持在40℃即可。在加热后的主轴箱内壁涂抹一层防锈油脂，将预装好的主轴插入箱体内，直至前轴承完全进入箱体内孔。紧接着从包装中取出后轴承，将其套在主轴之上，为了保证既定的旋转精度，需要通过前期检查标定最大的跳动误差点。由于轴承的内圈侧面具有轴承的制造商标，为此，在安装前后轴承时，需要保证相应的标记处于相反的位置上。
2.4 轴承的紧固和运转检测工艺
主轴的轴承安装到位仅仅完成了装配工艺的一部分，还需要施加合理的压紧力实现轴承的紧固。完成预紧的轴承通常还没有完全紧固，为此，可以向轴承施加一定的轴向力，最终完成轴承的紧固。完成主要零件的装配之后，为确保轴承能够正常运转，需要磨合试运转。在轴承试运转的过程中检查其运转是否存在异音现象，轴承温升是否正常，如果发现异常，及时停止运转并且进行检查，通过这样的方式确保轴承运行质量。
3 结语
由此可见，数控车床主轴部件的装配是制造业发展中的重要内容，良好的主轴设计和装配能够提升主轴安装的精度。为此，需要加强对主轴部件装配工艺的重视。首先，主轴的装配要求干净、细致。其次，需要严格按照相应的操作顺序进行操作，在配装中对主轴的精度进行测量，通过主轴精度的把握，可以装配出合格的主轴部件。只有遵循以上原则，才能优化好数控车床主轴部件的装配工作，促进工艺的更加完善。
参考文献
[1]张晓东，黄裕民，李林等.数控车床主轴部件装配工艺分析与制定[J].机械设计与制造，2011，（5）：154-156.
[2]黎炯宏.数控车床主轴箱装配工艺的改进[J].金属加工（冷加工），2011，（1）：58-59.
篇4
关键词：PLC程序；自动换档；主轴箱
中图分类号：TG659 文献标识码：A
一、主轴箱试车台自动换挡的PLC控制程序
采用欧姆龙CP1E-E40DR-A作为控制器的主轴箱试车台可以利用PLC程序控制完成自动换档的调试，下面利用PLC程序对各个功能做一个简要介绍。
自动换档床头箱如下图所示：
（一）换档电机控制程序
换档电机控制程序见图，以上程序中各个信号解释如下：
程序段1：
“I:0.01” 为操作面板上“一档” 按钮连接PLC侧的输入信号；
“Q100.07”为控制面板上一档信号灯的输出信号，当一档换档到位后，Q100.07由0变为1，一档换档到位信号灯点亮；
“Q100.00”、“Q100.01”、“Q100.02”、“Q100.03”分别为一档至四档按钮灯。
“T2”为换档超时定时器，如果在T2所设定的时间内仍然没有完成换档，T2将由0变为1，在此处作用为切断Q100.0信号。
程序段2：
“I:1.00” 为自动换挡推杆1上的LK2位置检测开关信号，当推杆1伸缩到位后，I:1.00信号由0变为1,说明第一个换档推杆到位；
“I:1.02” 为自动换挡推杆2上的LK4位置检测开关信号，当推杆2伸缩到位后，I:1.00信号由0变为1,说明第二个换档推杆到位；
只有当信号I1.00和I1.02同时为1时，一档信号灯Q100.07才由0变为1，说明一档换档完成。
程序段3：
“T2”为换档超时定时器，当换档超时后T2将由0变为1；
“I:0.00”为操作面板上急停按钮信号，当遇到突发事件时，按下急停按钮，停止主轴和换档电机一切动作；
“W0.05”为为换档电机1反转输出信号的中间继电器线圈，当W0.05由0变为1时，I0.01信号完成自锁。
程序段4：
“T1”为主轴减速延时定时器，为了防止主轴高速运转状态下换档电机就开始动作；
“Q101.04”为换档电机1反转输出信号，当T1到达主轴减速延时时间后，T1由0变为1，换档电机1开始反转。
程序段5：
“W0.05”为为换档电机2反转输出信号的中间继电器线圈。
程序段6：
“Q101.06”为换档电机2反转信号输出，当Q101.06=1时，换档电机2开始反转。
（二）自动换档控制程序详细控制过程阐述
我们以换一档为例详细分析程序控制过程，此时有两种情况，换一档前已经在一档和在其它档位换到一档，下面我们针对这两种情况分别进行阐述。
1、换一档前已经在一档
当换一档前已经在一档时，LK2档位检测信号I1.00=1，LK4档位检测信号I1.02=1，由程序段2得出一档信号灯Q100.07=1，这时一档档位信号灯已经是点亮状态。
此时按下一档按钮，一档按钮PLC侧输入信号I0.01=1；
程序段1，由于一档到位信号灯Q100.07=1,所以一档按钮灯Q100.00=0；
程序段3，由于LK2档位检测信号I1.00=1,所以W0.05=0，程序段4中换档电机1反转输出信号Q101.04=0，换档电机1不反转；
程序段5，由于LK2档位检测信号I1.02=1所以W0.07=0，程序段6中换档电机2反转输出信号Q101.06=0，换档电机2不反转；
综上所述，当机床换一档前已经在一档时，而这时我换档又恰好给出换一档指令后，机床换档电机没有任何动作，见程序15、16段主轴此时若是先前转动的话现在减速停止，若是静止的话现在仍保持静止状态。
2、在其它档位换到一档
当按下一档换档按钮时I0.01=1；
程序段1，一档按钮灯Q100.0=1；
程序段7，换档开始信号Q101.07=1；
程序段8，主轴减速延时定时器T1开始计时，当5S时间到时，T1=1导通；
程序段4，由于W0.05=1,所以换档电机1反转信号Q101.04=1，换档电机1开始反转；
程序段5，由于LK2到位检测信号在此处串的为开点，所以只有当换档电机1换档到位后，LK2到位检测信号I1.00=1，W0.07才导通；
程序段6，W0.07=1时，换档电机2反转信号Q101.06=1，换档电机2开始反转；
程序段10，当T1=1时，T3开始以1S为周期在0、1之间变换；
程序段11，W1.11也同时以1S为周期随着T1在0、1之间变换；
程序段15、16，主轴开始以1S为周期进行正反摆动，先开始正摆。
程序段2，当I1.00=1,I1.02=1时，Q100.07=1，说明一档换档完成了。此时换档开始信号Q101.07=0,主轴和换档电机所有动作停止。
若一直没有检测到I1.00和I1.02同时等于1，并且时间超过了T2的换档超时时间10S,由程序段17可得，Q100.06=1,报警信号灯亮，切断主轴和换档电机一切动作，只有重新按下换档按钮进行换档，报警才会切除。
二、结束语
此篇论述是在主轴箱自动换档的机械动作要求的基础上，通过PLC程序实现了自动换档中推杆电机的动作，主轴正反转的摆动。与以往在生产线上调试主轴箱换档相比，用PLC控制的主轴箱试车台为现场的调试带来方便，节省了时间，提高了效率。
参考文献：
篇5
关键词：位置编码器；模拟主轴；刚性攻丝；经济型数控车床
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.045
0 引言
模拟主轴通常用于经济型数控车床，刚性攻丝是车床的一个重要功能。刚性攻丝是指主轴旋转与进给之间保持同步，也就是说攻丝时株洲的旋转不仅要实现速度控制，还要实现位置控制，从而实现特定的加工要求。如何实现模拟主轴的刚性攻丝呢？位置编码器起着至关重要的作用。本文简要介绍了这种控制实现的一些基本原理和要求，通过两个实例介绍了位置编码器在经济型数控车床的应用。
1 位置编码器的应用
在数控系统中，位置检测元件是闭环进给伺服系统中重要的组成部分，它检测机床工作台的位移，伺服电机的角位移和速度，将信号反馈给驱动装置，与给定值比较得到差值再用于位置环闭环控制和速度环控制。检测元件通常用光或磁的原理制成，精度既分辨率是最小单位，由检测元件等级品质决定。在数控装置位置检测接口电路中常对反馈信号进行倍频处理，以进一步提高精度。
数控车床的位置编码器是测量转速的，反馈的是主轴的实际速度，当车螺纹时要使转速和进给保持一定关系，如导程1.5的螺纹，车削时必须保证主轴转一转，刀具轴轴向进给1.5。
螺纹切削或每转进给必须装有位置编码器，位置编码器检测实际主轴转速和每转信号（用于螺纹切削时检测主轴上固定点）理想编码器必须与主轴相连（1：1）。如使用齿轮，选择1：1，1：2，1：4，1：8的变化以降低位置编码器的速度。当主轴与位置编码器之间使用齿轮时，参考NO.3706的第1位和0位定义齿轮比。
2 模拟主轴实现刚性攻丝的条件
2.1 主轴电机带位置编码器
通过位置编码器对主轴实现位置控制。这样在速度环的基础上扩大到位置环，在刚性攻丝的过程中主轴与进给都是位置控制，就可以形成互相插补的关系，能够达到更严格的同步。
2.2 数控系统的接口
数控系统必须有模拟主轴接口和模拟主轴编码器的接口。模拟主轴接口既要要求系统能够根据主轴速度准确发出0～±10V的模拟电压。为了提高模拟电压的精度，要求D/A转换器至少12位。模拟主轴编码器的接口用来接收主轴的编码器信号及时对主轴实行对主轴位置控制。
2.3 变频器的接口
主轴变频器必须具有编码器接口，±10V的模拟电压接口，并且能在速度控制和位置控制提供两组参数对主轴进行分别调整。此两组参数来在速度控制时对速度控制参数对主轴进行调整，在位置控制时，有位置控制参数进行调整以适合刚性攻丝时高增益、高系统的配置。
3 故障实例
CKS6163自动运行进给轴不移动。数控车床CKS6163，系统型号FAUNC-0i-TA，程序在G00方式下可运行，当执行到G01时机床进给轴不移动，但在JOG、REF、手轮方式下均可移动车床。因为机床坐标轴可以移动，说明伺服放大器、电机、反馈等硬件都没问题。
依据梯形图，如图1所示：
SF（F7.2）：主轴功能选通信号；MF（F7.0）：辅助功能选通信号；TF（F7.3）：刀具功能选通信号；MFIN（R450.1）：辅助功能结束信号；TFIN（R450.2）：刀具功能结束信号；GR：齿轮档。
SAR（G29.4）主轴速度到达信号。当主轴速度达到指定速度后（主轴速度反馈装置将实际主轴速度信息传送到CNC中），系统输出（CNC至PMC）主轴速度达到信号F45.3=1（SARA），PMC再根据接收的信号进行逻辑关系处理。参数（PARAM3708#0=1）时，该功能有效。
从PMC梯图可以看出，在主轴速度没有达到指令转速时限制机床在G01方式运行，结合速度反馈结构，检查速度反馈装置，该车床的速度反馈是依赖于电机编码器，将编码器拆开后发现与电机相连接的键脱落，这样就导致主轴正常旋转，但编码器反馈的速度值则为0。
通过工艺角度分析此问题，发现G01是“进给吃刀”的过程，此时主轴一定是遵循S指令旋转的，假设由于主轴驱动环节出了故障，主轴转速会下降，那么如果吃刀进给，则会给工件及机床造成严重损伤。因此系统提供了一个制约功能，当主轴速度设有达到指令转速时，限制G01方式进给，但G0，JOG＼REF以及手轮方式不受此限制。
4 结论
刚性攻丝时主轴的旋转和进给轴进给之间总是保持同步。也就是说，在刚性攻丝时，主轴的旋转不仅要实现速度控制，而且要实现位置的控制，从而实现高精高效的加工要求。系统发出0～±10V模拟电压到变频器的模拟接口，控制模拟主轴的旋转。位置编码器的使用是经济型数控车床实现刚性攻丝的必要条件，当然此功能的实现还要对系统参数进行深入了解，及PMC程序的改编，此文意在对今后此类问题的研究提供借鉴。
参考文献：
[1]宋松.FANUC 0i系列数控系统维修诊断与实践[M].辽宁科学技术出版社.
篇6
1内圆弧曲面工件的工艺特点
常见的内圆弧曲面工件根据外形不同,可总结为3类:方形外形内圆弧曲面工件、旋转面外形内圆弧曲面工件和复杂外形内圆弧曲面工件。其工艺特点及常用加工设备分析如表1所示[4-6]。由表1知,内圆弧曲面工件的加工设备选用总体分两类:复杂外形或方形外形内圆弧曲面工件,在普通或数控的车床、铣床和加工中心加工,但需用专用夹具装夹;而旋转面外形内圆弧曲面工件主要在车床上加工,通用夹具装夹即可。文中以加工旋转面外形内圆弧曲面工件———电饭煲发热盘为例,设计专用数控车床,实现高效率、高精度、低成本的加工目的。若要加工其余两类内圆弧曲面工件,则配用专用夹具装夹,能达到同样的加工效果。
2内圆弧曲面工件实例加工工艺分析
以电饭煲发热盘工件为例,分析旋转面外形内圆弧曲面工件的加工工艺。
2.1碗形发热盘的结构特点碗形发热盘的结构如图1所示。碗形发热盘是由两内圆弧面(R650和R40)组成碗形托面的旋转面外形内圆弧曲面工件。加工的部位是两内圆弧面、两内孔面、外圆柱面及端面等。碗型发热盘选用的毛坯是铝材精铸铸件,各部分加工尺寸精度按IT7要求,各加工表面要求加工纹理清晰美观,内圆弧面粗糙度值要。
2.2加工工艺分析由以上结构分析知,此工件适合用车床类设备加工,加工难点是R650和R40两内圆弧面。根据工件特点,可选择的常用设备有普通车床、专用液压车床,数控车床。在普通车床上加工,需要靠模配合才能完成内圆弧面的切削,换刀时间长,车床转速低,加工效率不高,同时精度也低;在液压专用车床上加工,具有针对性,设有复合专用刀架,换刀时间短,加工效率高,加工精度高,但加工稳定性差,转速低,且一套复合专用刀架只适合一种尺寸的工件加工,加工范围小[2];使用数控车床加工,可用通用夹具,转速高,加工精度高、稳定,通用性好,但和专用车床比较,换刀时间长,效率低,因而加工成本高。因此需设计一种综合液压专用车床和数控车床优点的专用数控车床,使其具有高转速、高效率、高精度、稳定性好等特点,适合高精度、大批量生产需要。
3专用数控车床的结构组成及工作原理
3.1专用数控车床的结构组成专用数控车床和普通数控车床的区别是功能上具有针对性,因而在结构上主要满足被加工的对象。图2所示是为了加工图1所示的发热盘而设计的专用数控车床。由床身机架,主轴驱动部件,纵、横向进给伺服系统,排式刀架,电动机,皮带轮传动副及数控系统等部分组成。此专用数控车床由电动机带动主轴副旋转,主轴转速为变频调速,纵、横向进给伺服系统驱动排式刀架实现纵、横向进给运动。主轴电机为交流伺服电机,功率为5.5~7.5kW,主轴最高转速4500r/min,排式刀架纵向行程150mm,横向行程400mm,主轴中心高200mm。该机床性能稳定,切削效率高,每件切削时间35~40s。结构组成框图和结构简图如图2和图3所示。该设备是一个由机械系统和数控系统组成的机电一体化集成系统,其特点是工作台横向行程较长,而纵向行程较短,同时刀架的结构不是常用的方刀架或转塔式刀架,而采用了排式刀架。主轴采用了电主轴,主传动机构简单且刚性好,主轴转速高,整台专机的最大特点是刚性好、工作平稳、直线换刀、切削效率高、加工精度高。
3.2专用数控车床的工作原理和普通数控车床的工作原理一样,首先编制好加工程序,输入数控装置,再由数控装置控制机床的主轴转动,纵、横向进给运动,刀具的启停,冷却液的开启等[5]。框图如图4所示。文中重点讨论专用车床的机械系统结构设计,有关强电及数控系统部分和普通数控系统相似,不详细介绍。
4专机的关键技术
4.1主轴驱动部件设计主轴驱动部件完成主运动,由电机、皮带轮、卸荷装置及主轴副构成,改传统用主轴箱为主轴副结构,改善零件加工工艺及装配工艺,从而提高零件精度及安装精度[7]。选40Cr材料制作主轴,毛坯件经锻打后通过二次退火,并在精加工工序前进行时效振动,完全消除工件的内应力,采用专用工装在精密磨床上进行精加工,使主轴关键部位同轴度小于0.005mm[8-9]。主轴轴承选用精度为5级的轴承30316(前端)和N312(后端)。组装后检测,主轴轴端空载运转时径向、端面跳动都在0.01~0.015mm,运行平稳。电机通过皮带轮把运动传给主轴,其转速调节范围为100~4500r/min。主轴部件结构如图5所示。
4.2进给运动执行部件设计该专用数控车床的进给运动执行部件完成进给运动。由纵向进给、横向进给部件组成,纵向进给部件由床身和大拖板组成,和普通机床结构类似。而横向进给部件由横向工作台、排刀架组成,如图6所示[6-7]。进给运动执行部件主要完成纵横向进给运动,为了适应工件加工的实际情况,其纵向行程设置为150mm,横向行程设计为400mm。如图1所示工件,要求所有配置的刀具一次性装好,工作时有顺序地切削,横向进给运动部件设计成带T型槽的工作台形式,排刀架在其上安装,位置灵活,可根据实际需要前后、左右调整。图7是加工图1所示工件的刀架布置平面图。图中的刀具1为加工端面、内圆弧及50mm内孔刀具,刀具2为加工44mm内孔及端面刀具,刀具3为外圆车刀。
4.3数控专用车床的工作过程该专用车床选用广州数控设备有限公司生产的980T数控车床系统,工作时由数控装置发出指令,伺服驱动接收指令并通过同步带轮驱动滚珠丝杠,滚珠丝杠带动工作台左右运动,同时刀具完成对工件相应部位的切削。如图7所示,加工图1所示工件的过程为:工件和刀具安装好并对好刀后,启动机床,输入程序,运行程序,电机转动,刀具2纵向移动先加工44内孔,径向退刀5mm,刀具3接触外圆,工作台向外纵向移动完成外圆切削,继续退刀至2号刀离开工件端面,工作台移动,1号刀切削端面,接着进刀车削50内孔,切削内圆弧曲面,退刀,完成工件的加工,加工时间为35s/件。
4.4专机使用效果该设备已在广东茂名市凯星达电器有限公司使用,生产图1所示的电饭煲发热盘,月生产量5万件/台,主轴转速3500r/min,内圆弧曲面粗糙度Ra1.6~6.3,表面光滑,不出现刀痕,连续工作不需要调整机床,且尺寸精度保持恒定,控制在IT7范围内。使用效果说明该机床加工效率高,自动化程度高,精度稳定,劳动强度低。
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关键词 C620车床；数控化改造
中图分类号：TG519.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0146-01
就现在来看，中国机床设备数控制造装备率小于30%。而且很大一部分结构存在问题，如：机构比老化、闲置或淘汰，全部都依赖于购买新的数控机床代替，而购买则需要巨额资金，对于旧机器不合理的利用也是一种资源的浪费，这显然是不符合中国国情。因此，利用数字技术对现有机床进行改造，是一个国家的需要和行业政策和可行的途径。本文对C620车床机械系统进行的经济型数控化改造这一课题来做一简要探讨。
1 机械系统的改造设计方案
1.1 主传动系统的改造方案
主轴的主要作用是负责数控机床精度的准确性，是十分重要的组成部分。在主轴上增加交流异步电动机变频调速，加工精度提高的同时也实现了主轴自动无级变速，从而省去了机械换挡的麻烦。数控车床的改造采用异轴安装，在数控车床主轴上安装一个主轴脉冲编码器，是为了在加工螺纹时，防止同轴装时的加工零件无法穿出车床主轴孔。由于异轴安装会显示出主轴的位置信号，所以，在进行安装时，要特别留意主轴脉冲编码器的引出轴与车床主轴之间要达到无间隙柔性联接传动（其比例为1：1），同步齿形可以很好的做到这一点。车床主轴在使用过程中是具有限制的，以主动轴脉冲发生器的最高限速为准，不能超过其最高转速。
脉冲编码器联接方式的步骤如下：交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴，主轴的运动经过同步带轮1和同步带轮2以及同步带带动脉冲编码器，使其与主轴同速运转，脉冲编码器用螺钉固定在主轴箱体上。
一般在改造卧式车床数控化时，机械改造的工作量大，保留机床上的主传动和变速操纵机构，可以大大的减少其工作量。主轴的正反转和停止功能，可以通过数控系统来控制。单速电机可以使用2～4速的多速电动机来替代；多速电动机的控制可通过主轴电动机利用交流变频器来实现，可满足其要求最终达到无级变速的目的。通过实际操纵，证明变频器在工作的过程中，如原有电动机工作的频率在70 Hz以下，就无需更换，但前提是变频器的功率大于电动机。
上述例子中，在进行有级变速的时候可以用YD系列7.5 kW变级多速三相异步电动机（此款机器由浙江超力电机有限公司而产）来实现2～4档变速；采用无级变速的前提是加装交流变频器，推荐使用烟台惠丰电子有限公司生产的F1000―G0075T3B这个型号的，再配以7.5 kW电动机。
1.2 换装自动回转刀架
能帮助数控提高机床加工精度并可以一次性的完成多道工序，其型号为LD4B―CK6140的四工位立式电动刀架是一款比较好的设备和选择，这款设备生产于常州市宏达机床数控设备有限公司，可以很好的完成手动刀架转换自动回转刀架。而数控系统可以帮助自动换刀时电路配置的需求。
1.3 螺纹编码器的安装方案
螺纹编码器，也可称为主轴脉冲发生器或圆光栅。在进行螺纹加工时，数控车床要安装主轴脉冲发生器来反馈车床主轴的位置，且与车床主轴同步转动。以下举例说明。
改造后的车床，可加工导程最大不超过24 mm的螺纹，Z向的进给脉冲当量是0.01 mm/脉冲，螺纹编码器每一转，都不能少于24 mm/（0.01 mm脉冲-1）=2400脉冲的输出量。因编码器的输出有出入（相位差为900的A、B相信号），可将A、B经逻辑异或后获得2400个脉冲。可将A、B经逻辑异或后获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可降到1200线（A、B信号）。还要注意，要使重复车削同一螺旋槽时正常工作，编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。
按照以上的要求，以下举例选择的是型号ZLF-1200Z-05VO-15-CT的螺纹编码器，来自于长春光机数显技术有限公司。电源电压+5 V，每转输出1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头直径15 mm。
在螺纹编码安装中，常见的安装方法分同轴和异轴安装。同轴安装，即指在主轴上直接安装上编码器，与主轴同轴，虽然这种方式快速简单，但缺点却是很容易造成主轴通孔的堵塞。异轴安装，即指在主轴箱的后面安装编码器，位置最好在主轴同步旋转的输出轴上，如主轴上没有同步轴，则可以使用同步齿形带和主轴进行联接（转动比为1：1）。此时的编码器轴头必须要无间隙柔性联接安装轴，这是需要注意的一点，并且主轴的最高转速要控制在编码器的最高许用转速内。
1.4 进给系统的改造与设计方案
数控系统发出的脉冲指令由数控机床的进给传动系统接受并放大和转换后驱动机床运动之星件完成预期的运动。刀架横向（X轴）移动由横向进给传动系统带动，它控制工件的径向尺寸；轴向（Z轴）运动由纵向进给装置带动，它控制工件的轴向尺寸。
1.4.1 进给传动链
横向进给（即X向）是由步进电动机及其减速箱传动的（步进电动机装在床鞍后面），进给传动系统包含：步进电动机、纵向丝杠副、同步带、横向丝杠副。
1.4.2 滚珠丝杠螺母副的选用
为保证数控机床高的加工精度，其进给传动系统要求有高的传动精度、高的灵敏度（响应速度快）、工作稳定、有高的构件刚度及使用寿命、小的摩擦及运动惯量，并能清除传动间隙。
1.4.3 设计方案的过程
1）将挂轮上的齿轮全部拆除，找出主轴的同步轴再进行螺纹编码器安装。
2）先拆除进给箱总成，再安装纵向进给步进电动机和同步带减速箱总成（须在原来的位置上安装）。
3）先拆除快走刀齿轮条和溜板箱总成，然后安装纵向滚珠丝杠的螺母座托架（须安装在床鞍下面）。
4）先拆除四方刀架和小滑板总成，然后在中滑板上方安装四工位立式电动力架。
5）先拆除中滑板下的滑动丝杠螺母副，再锯断滑轮丝杠靠刻度盘一段（长216 mm）并保留，将刻度盘上的手柄拆掉，同时保留刻度盘附近的两个推力轴承，最后将滚珠丝杠副换上。
6）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到中滑板后部的床鞍上，并与滚珠丝杠的轴头相联。
7）将三杠（丝杠、光杠和操纵杆）拆除，更换丝杠的右
轴承。
2 结束语
我们将生产实训中使用的一台C620车床机械系统通过数控化改造后与新购置的机床进行比较，改造费用方面能减少60%到80%，十分节省。尤其在大型、特殊机床尤为突出。大型机床改造的费用，只需新购机床总费用的1/3，且交货时间短。
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【关键词】卧式车床；调整；维修
一、概述
普通车床是应用较为广泛的一种车床类型，主要有床身、床头箱、尾座、溜板箱和进给箱等部件组成。车床在使用中相对运动部件的磨损会使精度降低，机械性能变差。因此，为了满足零件加工精度，不同的切削方式和工艺操作的要求，使机床正常运转，就必须对车床进行调整和维修。车床调整和维修的主要内容有：保证机床运转精度；保证机床输出额定切削功率；保证和提高机床刚性，减少震动；保证机床加工工艺和操做要求。我单位的C620是1985年投入使用的，至今已有二十多年，目前任然能够保持良好的运行状况。这与我们日常的及时维修和保养密不可分。本文我就车床的精度调整和一些常见故障的维修方法结合自己的实际工作经验进行论述。
二、主轴箱的调整与维修
主轴箱的功用是支撑主轴传动使其旋转，实现启动、停止、变速、变向等。主轴箱是一个复杂的重要部件，包括箱体、主运动的全部变速机构及操纵机构，主轴部件、实现正反转及开停车的片式摩擦离合器和制动器。主轴及齿轮间的传动机构和变速机构以及有关的装置等。
1.主轴箱主轴轴承间隙的调整与维修
常见车床主轴结构有两种：一种是前后支撑都是滚动轴承；另一种是前轴承是滑动轴承，而后轴承是滚动轴承。
主轴轴承的间隙要分别调整，调整前轴承间隙时，先松开螺钉，向右转动螺母，借助隔套推动轴承内圈向右移动。应为轴承内孔与轴径是1︰12的锥度结合，所以轴承内圈直径因弹性变形而增大，轴承径向间隙变小，调完后再顶紧螺钉。调整后轴承间隙时，光松开螺钉，向右转动螺母，同时并紧圆锥滚子轴承和推力轴承而调小径向和轴向间隙。调整后用手转动主轴应通畅无阻滞现象，主轴的径向跳动和轴向跳动均应小于0.01mm。前后轴承调好后应进行1小时高速空运转，主轴轴承温度不得超过70℃
2.摩擦离合器的调整与维修
摩擦离合器的作用是在电动机运转中接通或停止主轴的正反转，摩擦离合器的内外摩擦片的松紧要适当。过松时离合器易打滑，造成主轴闷车，且使摩擦片磨损加快；太紧时，启动费力且操纵机构易损坏，停车时摩擦片不易脱开而使操作失灵，所以必须调整适当。
离合器的调整过程是：现将定位销从螺母缺口压入，然后旋转右边或左边螺母，分别调整右边或左边摩擦片的间隙，调整后弹出定位销以防止螺母松动。
3.制动器的调整与维修
制动器的作用是用来克服停车时主轴的旋转惯性使之立即停转，以缩短辅助时间，提高生产率。制动器和摩擦离合器的控制是联动的，摩擦离合器松开时制动钢带拉紧，使主轴很快停止转动。
通过螺母和拉杆来调整制动钢带的松紧程度，调整后应保证压紧离合器时钢带完全松开。当主轴转速为300转/分时，主轴能在2—3转内被制动。另外调整时要防止钢带产生歪扭现象。
三、溜板箱的调整与维修
溜板箱是固定在沿床身导轨移动的纵向溜板下面。它的主要作用是将光杠和丝杠传来的旋转运动转换为刀架的直线运动，实现刀架的快慢速转换，并控制刀架的接通、断开、换向以及实现过载保护，刀架的手动操纵。溜板箱中的主要机构有超越离合器、安全离合器、开合螺母、互锁机构以及纵、横向机动进给操纵机构等。
1.脱落蜗杆的调整与维修
脱落蜗杆的作用是手动接通或断开进给运动，在机床过载时能自动断开进给运动以防止机床损坏。
脱落蜗杆传递的负载大小可通过移动螺母来调整弹簧的压力来实现。调整合适时应保证既能进行正常切削工作，又能在超载时自行脱落。
2.开合螺母机构的调整与维修
在车削螺纹时利用开合螺母机构来接通或断开丝杠传来的运动。车床使用一段时间以后会出现磨损现象，使开合螺母与丝杠之间产生间隙。如不及时调整，就会在车削螺纹时出现让刀甚至乱扣现象。调整方式是：先将六角螺母松开，再将限位螺钉旋一点，把开合螺母旋紧，用手转动丝杠，相对螺母空转松紧顺滑即可。调整好后将六角螺母锁紧。
四、大中拖板的调整与维修
1.大拖板与导轨的配合间隙在使用中会应为导轨的磨损增大，间隙过大就需要调整。大拖板与床身导轨面间隙是通过顶紧平压板实现的。调整时，顶紧螺钉推动压板来减少大拖板与床身导轨面的间隙，间隙调整适当后并紧螺母。
2.中托板与大拖板的横向滑动面是燕尾导轨，用斜度1：60的镶条来调整间隙。调整时旋转螺钉使镶条前后移动，从而使间隙达到理想值。调整后，移动拖板应轻便而无阻滞现象。
在使用中，中拖板丝杠与螺母磨损使间隙增大，此时中拖板会产生攒动从而影响工件径向尺寸精度。调整横向丝杠螺母可通过间隙机构来完成。可扭动调整螺钉，向上拉动楔块，从而消除丝杠螺母间隙。
五、尾座的调整与维修
尾座分尾座体和底板两大部分。通过旋入和旋出螺钉来调整尾座体和底板之间的横向位置。
调整时，首先松开尾座紧固螺母，然后先松开尾座体一侧的螺钉，再旋进另一侧的螺钉，使尾座体相对底板偏移至需要的位置。最后将两个螺钉都拧紧。
六、车床导轨的修整
导轨面的平整与否直接影响着车床的加工精度，而且导轨也是其它部件精度检查的基准。因此，车床导轨的修理很重要。
1.导轨面修理的一般原则
（1）导轨面修理的基准选择，一般以不可调的装配孔（如主轴孔、丝杠孔等）或不磨损的平面为基准。
（2）对于不受基准孔或结合面限制的床身导轨，一般应选择整个刮研量最少的面或工艺复杂的面为基准。
（3）导轨面相互拖研时，应以刚性好的零件为基准来拖研刚性差的零件。如床身与工作台面相互拖研时，应先将床身导轨面刮好，再将工作台置于床身导轨上拖研；如果以工作台导轨为基准拖研床身导轨，床身导轨就很难得到理想的平直度。因为工作台长而薄，刚性差，由于自重变形，形成自然与床身切合，无法判断着色点的情况。
1）对于装有重型部件的床身，应将该部件修好装上或在该处配重后再进行刮研，否则，安装部件时变形，会造成返修。
2）导轨面拖研时，一般应以长面为基准拖研短面，这样易于保证拖研精度。
3）导轨面修理前后，一般应测绘运动曲线，以供修理、调整时参考分析。
4）机床导轨面修理时，必须保证在自然状态下，并放在坚实的基础上进行，以防止在修理过程中变形或影响测量精度。
5）机床导轨面一般磨损在0.3mm以上者应先精刨后再刮研或磨削。
2.机床导轨面的修理方式
（1）刮研修复法
床身导轨面和工作台导轨面都用刮研方法修复。其优点是：设备简单，修理精度取决于刮研质量和刮研技术。一般适用于高精度机床或者条件较差的工厂和车间的设备修理。其缺点是：劳动强度大，功效低。
（2）机加工和刮研相结合修复法
一般对床身导轨采用精刨、精磨，其配合件（工作台、拖板等）的导轨与床身导轨配刮，这是目前广泛采用的方法。其优点是：即减少了钳工劳动量，又能达到理想的配合精度。但缺点是：需要精度较高的导轨磨床等，钳工刮研量任然很大。
（3）配合修复法
即床身导轨和工作台导轨都采用磨削加工来达到要求。因此，不用钳工刮研，大大的提高了劳动生产率，这已成为导轨加工和修理的发展方向。
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关键词：数控车床 电气控制系统 改造 设计
随着我国数控车床的不断发展，其如今已经成为我国制造业中相当重要的基础装备之一。数控车床主要包括机械系统以及电气系统两大部分。通常来说，对于电气系统而言，其无故障运行期在5-10年之间，随后便会进入到故障的高发时期，但是，一般数控车床其机械部件若保养良好一般能够使用20-25年，且精度、可靠及稳定性能仍可以保持较高水平。如今，不少数控车床已经运行了十多年，并步入了“损耗期”，这些陈旧的数控机床常常故障频发，很多功能已经无法很好地适应如今大规模的生产需求，有必要针对数控车床相关设备进行改造，以便提高企业设备的技术水平，通过少量投资对老数控车床的电气系统进行进一步的升级和改造，以便使其重焕生机并继续发挥其作用。
1、数控车床电气控制系统
1.1 数控车床的工作原理及其功能分析
对于数控车床而言，以被加工零件的工作图以及工艺过程卡为依据，通过对数控代码及其程序格式进行加工程序编写的整个过程进行规定，在数控系统中进行准确加工程序的输入，并将已给定加工程序及输入信号进行相应的运算、控制及其处理，而后将处理结果发送至控制系统中，从而对机床各部件进行驱动，使其能够以机械加工相关要求为依据进行有序的运行，并自动进行合格零件的制作。由于数控车床主要负责进行轴类以及盘类回转体零部件的加工，并自动完成圆柱面、圆锥面、断面、圆弧面以及螺纹内外工序的切削及其加工过程，因而在机械制造领域得到了广泛的应用，经改造后的数控车床也应当能够满足这些功能。
1.2 数控车床电气控制系统电路分析
1）主轴电动机的电气控制，主轴电机为交流变频电动机，主要通过变频器进行驱动，对于其正、反转以及速度等主要是由数控系统控制的。2）主轴控制，有关零件程序的输入信号包括M03、M04以及M05，而有关机床操作面板的主要包括主轴的正、反转，点动及停止，其中，主轴正转输出信号为Q0.0，反转为Q0.1，停止为Q0.2。3）其他相关辅助控制主要包括刀架、冷却泵以及泵等电机。其中，冷却泵电机控制中零件相关程序的输入信号包括MO8及MO9；有关冷却控制的输出信号为Q0.3。对于泵电机控制而言，其输入信号主要来自于机床控制面板的导轨键，而输出信号为控制Q06。对于刀架电机控制而言，其输入信号主要来自于刀位的检测信号，零件有关程序T代码包括I1.0；T1；I1.1；T2；I1.2；T3；I1.3；T4；刀架正转输出信号为Q0.4，反转为Q0.5。
2、数控车床电气控制系统的改造与设计
2.1 数控车床电气控制系统改造设计总原则
本文以GS30型双主轴数控车床为例，对其电气控制系统的改造及设计进行了研究。对于GS30型数控车床而言，经多年使用后，无论在机械系统，还是电气系统部分均有了较严重的磨损，因而运行时故障率及异常停机频率的不断升高，对于设备使用过程的安全性、稳定性均造成了严重的影响，并导致生产质量及生产效率的大幅降低。进行GS30型数控车床的改造时应考虑到其机械结构的功能，并确保电气控制系统的性能维持良好状态。改造过程中必须从技术及经济效益两大方面进行考虑，尽可能维持车床现有的机械系统以及多数电气控制系统，本文采用了SIEMENS 840D数控系统实现了数控车床的电气控制系统的技术升级及其改造，这样不仅维持了数控车床的原操作习惯，还提高了设备运行过程的稳定性及其可靠性，实现了设备生产工艺现状的有效改善，是一种技术及经济方面均较为优良的改造方案。
2.2 数控车床电气控制系统的改造及设计方案
1）数控车床改造的总体技术方案
数控车床主要是由机械及电气两大部分构成，进行总体方案的设计时必须从机、电两大方面入手来对车床各功能实施及实现方案进行考虑，以数控车床现状为依据进行分析对GS30型数控车床电气控制系统进行相应的技术改造，改造后总技术设计图见图1。
2）电气系统部分的改造
本文采用的是840D数控系统对原有控制系统进行了替代，因而有效实现了对机床位置的控制。840D软、硬件配置同本机床原控制功能相符，即1主轴+5坐标轴及双通道；10.4寸的液晶显示器、全功能CNC键盘以及薄型MCP操作面板；选择的是带有硬盘功能的PUC，能够进行友好中文人机界面的显示，并具有加工循环、螺补、图形编程及其模拟等相关功能；原有系统被NCU单元611D驱动+1PH7主轴电机+1FT6伺服电机代替，因而确保了各轴功率及扭矩能够满足相关要求的规定；对X轴、Z轴、U轴光栅尺以及W轴编码器进行了更换，并满足了数控系统的相关要求；将副主轴由原来的开环控制改造成了半闭环控制，因而确保了同步轴功能的实现；
3）机械系统部分的改造
对X、Z、U以及W轴的丝杠螺母副进行了更换，并实现了机械精度的有效提高；进行了新操作站的制作，并配以了CNC面板、键盘及其控制面板。
2.3 改造后数控车床的结构总图
由于数控车床主要包括了控制介质、伺服系统、机床本体以及数控装置四大部分，因而经改造后的车床系统组成框架图见图2。
3、改造后数控车床的验收
数控车床验收主要指的是借助于多种高精度仪器来对车床的机、电、液、气等各大系统以及车床整机所进行的单项及综合性能、静态及动态精度等的检测，以此为基础对数控机床进行综合性的评价。其中，数控车床验收内容主要包括了机床定位、几何以及切削等精度的检测，及整个机床的综合性能检验等方面。对GS30型双主轴数控车床主要进行了如下内容的验收：1）功能的验证，通过对手动功能以及数控功能进行验证，前者是手动方式下
对机床M、S及T功能的验证，后者采用了数控程序对机床的各个部件的功能进行了验证；2）车床的几何精度，以车床验收检验项目以及允差为依据对其几何精度进行检测，采用的主要仪器包括大理石检验方箱、磁力表座以及千分表等；3）定位及重复定位的精度，采用的是激光干涉仪来对X、Z、U及W 轴进行了检测，间距为50 mm；4）试切件精度的验证，此项检测的是车床的综合性能及精度；5）24 h考机运行，此项主要负责对车床机械动作的稳定可靠性能进行检测；6）资料的验收及其归档。
参考文献
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1、 故障现象
GCL-15型数控车床，采用FANUC OT数控系统。X 、Z分别采用 FANUC5、10型AC伺服电动机驱动，主轴采用 FANUC 8S AC主轴驱动。车床带液压夹具、液压支架和15把刀的自动换刀装置，全封闭防护，自动排屑。车床本身价格高、精度好。
该车床发生的故障现象为：车床开机时全部动作正常，伺服进给系统高速运动平稳、低速无爬行 ， 加工的零件 精度全部达到要求。当车床正常工作 5-7h 后 ，Z 轴出现剧烈振荡 ，CNC 报警 ， 车床无法正常工作。这时，即使关机再启动 ，只要手动或自动移动Z轴，在所有速度范围内，都发生剧烈振荡。但是，如果关机时间足够长，车床又可以正常工作5-7h，并再次出现以上故障，如此周期性重复。
2、故障分析
根据以上故障现象，分析其原因不外乎与Z轴有关的机械、电气两个方面。在机械方面，可能是由于贴塑导轨的热变形、脱胶，滚珠丝杠、丝杠轴承的局部损坏或调整不当等原因引起的非均匀性负载变化，导致进给系统的不稳定。在电气方面，可能是由于某个元件的参数变化，引起系统的动态特性改变，导致系统的不稳定等。
鉴于本车床采用的是半闭环伺服系统，为了分清原因，维修的第一步是松开 Z 轴伺服电动机和滚珠丝杠之间的机械联接。在Z轴无负载的情况下，运行加工程序，以区分机械、电气故障。经试验发现：故障仍然存在，但发生故障的时间有所延长。因此，可以确认故障为电气原因，并且和负载大小或温升有关。
由于数控车床伺服进给系统包含了CNC 、伺服驱动器、伺服电动机三大部分， 为了进一步分清原因， 维修的第二步是将CNC的X轴和Z铀的速度给定和位置反馈互换 (CNC的M6与M8，M7与M9互换)，即：利用CNC的X轴指令控制车床的Z轴伺服和电动机运动 ，CNC的Z轴指令控制车床的X轴伺服和电动机运动，以判别故障发 生在CNC或伺服。经更换发现，此时CNC 的Z轴(带X轴伺服及电动机)运动正常，但X轴(带Z轴伺服及电动机)运动时出现振荡。据此，可以确认：控制Z轴的CNC正常，故障在Z轴伺服驱动或伺服电动机上。
考虑到该车床X 、Z轴采用的是同系列的AC伺服驱动，其伺服PCB板型号和规格相同，为了进一步缩小检查范围，维修的第三步是在恢复第二步CNC 和 X 、Z伺服间的正常连接后，将 X 、Z 的PCB板经过调整设定后互换。经互换发现 ， 这时 X 轴工作仍然正常 ，Z 轴故障依旧。可见 ，Z 轴的 PCB 板正常。
根据以上试验和检查，可以确认故障是由于Z轴伺服主回路或伺服电动机的不良而引起的。经以上维修，车床恢复了正常。
3、实例分析
数控车床的 “软故障”是维修过程中最难解决的问题之一。在条件许可时 ， 使用“互换法 ”可以较快地判别故障所在，而根据原理进行分析，是解决问题的根本办法。维修人员应根据实际情况，仔细分析故障现象，才能判定 故障原因，并加以解决。
（1）故障现象一是CRT 显示 414# 报警。报警信息为：
SERVO ALARM:X －－－AXIS
DETECTION SYSTEM ERROR
同时 ，伺服驱动单元的LED报警显示码为点亮。故障分析与处理通过查看系统维修说明书可知：414# 报警为“X 轴的伺服系统异常，当错误的信息输出至 DGN0720 时，伺服系统报警”。根据报警显示内容，用车床自我诊断功能检查车床参数 DGN072 上的信息，发现第 4 位为 “1”，而正常情况下该位应为“0”。现该位由“0” 变为 “1”则为异常电流报警，同时伺服驱动单元LED 报警显示码为点亮 ，也表示该伺服轴过电流报警。检查伺服驱动器模块 ，用万用表测得电源输入端阻抗只有6Ω，低于正常值，因而可判断该轴伺服驱动单元模块损坏。更换后正常。
（2）故障现象二转塔刀架在换刀过程时出现 2011# 、2014# 报警：
故障分析与处理查看电气使用说明书可知2011# 报警表示转塔有故障，2014# 报警指转塔未卡紧。可能是由于精定位时接近开关未发出信号，电磁铁不能锁紧。利用 FANUC 系统具有的PLC 梯形图动态显示功能，发现精定位接近开关 X0021.2 未亮 ( 没有接通) 。拆下此开关并检查，通断正常。估计是接近开关与感应块的距离不当造成的。调整两者的距离使它们保持适当的距离0.8mm，再查看X0021.2信号通断正常，转塔刀架能正常使用。
（3）故障现象：主轴不能定向，负载表指针达红区，08＃报警。
故障检查及分析：查车床维修手册，08＃报警为主轴定位故障。根据维修手册的要求，我们打开车床电源柜，在交流主轴控制器线路板上，找到了7个发光二极管（6绿1红）。这7个指示灯（从左到右）分别表示；①定向指令；②低速档；③磁道峰值检测；④减速指令；③精定位；③定位完成；以上为绿色）；⑦试验方式。
观察这7个指示的情况如下：l＃灯亮，3＃、5＃灯闪烁。这表明定位指令已经发出；磁道峰值已检测到；定位信号也检测到；但是系统不能完成定位，主轴仍在低速运行，故3＃、5＃灯不断闪烁。调节主轴控制器上的电位器RV5、RV6、RV7，仍不能定位。
从以上情况分析，怀疑是主轴箱上的放大器有问题。打开主轴防护罩检查放大器时，发现主轴上的刀具夹紧油缸软管盘绕成绞形，缠绕在主轴上，分析这个不正常的现象，我们判断就是该软管盘绕致使主轴定位偏移而不能准确定位，造成08＃报警。
解决方法：将该软管卸下捏直后装好，又将主轴控制器中的调节器RVII（定位点偏移）进行了重新调节。故障排除，报警消失，车床恢复正常运行。
4、结语
数控车床自身所具有的明显优势（高速化，大功率，高效率，长寿命等）使得它在工业中的应用前景极为乐观，随着数控技术进一步的开发和利用，我们深信，它必将在机械工程领域发挥巨大的作用。这就要求我们必须具备熟练的操作技巧和快速理解加工程序的能力，能对机床加工中出现的各种情况进行综合判断，分析影响加工质量的因素并提出处理的对策。通过努力，尽快跟上世界先进水平，这是摆在工业战线广大职工面前艰巨而光荣的任务。
参考文献
[1] 吴国经等.《数控机床床故障诊断与维修》[M].电子工业出版社.2005版