时间：2022-04-28 21:45:28
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
1 PBS输送线的工艺参数及流程
PBS线是汽车总装车间常用的机械化输送系统，其主要功能是使用滑撬把在涂装车间检测合格的车身成品输送至总装车间，并根据生产要求将车身进行排序、编组、存储、输送，并将空滑撬进行堆垛储存运输、拆垛输送回上线点。具有柔性高、稳定性强、维护保养方便、节能环保、无污染等诸多优点。主要设备类型包括滑撬、滚床、转台、移行机、升降举升台、升降机、堆拆垛机、滑撬夹紧定位机构等。[1]
1.1 工艺参数设计
PBS输送系统的主要参数包括存储量、输送速度、滑撬尺寸、平台高度等。其中存储量主要取决于车间空间布局和生产节拍，在满足生产物流拉动和总装涂装停线互不影响时间的要求下，实现对一定量车身的粗排序、精排序和输送。滑撬尺寸主要取决于车身的长度和宽度尺寸。
1.2 工艺流程
整个PBS系统根据功能划分为总涂连廊输送区、粗排区、精排区、空撬返回区、维修区。
1.2.1 总涂连廊。滚床将带车身滑撬从涂装车间经由连通总装车间与涂装车间的连廊输送至总装车间，有标高不一致的地方通过升降举升台实现升降。总装滑撬与涂装滑撬不共用，需要有换撬机构来实现换撬。
1.2.2 粗排区。带车身滑撬进入总装车间后，经过一系列的滚床、转台、移行机等电动输送机，进入排序区，通过电控系统程序进行车辆顺序调整。采用车身编组系统通过移行机使车身按照品种自动分类存储到不同的存储线路内。总装车间的生产控制人员根据库区内存储车身情况安排总装车间的生产次序。车身编组存储系统能够按照生产次序自动的从存储区内提取符合要求的车身并转运至内饰线。若有误品车产生，系统可以使车身通过排序区末端的移行机交回至库区重新进行排序、编组、存储。误品车暂存与下线控制具备人工和自动两种方式实现。另外设置1条调整道实现车身纠错重排。快速道与调整道共用，车辆可不进排序区直接进入定序区直至下线；该道可通过人机界面设置为快速下线道或正常排序道和调整返回道。
1.2.3 定序区。排序后的滑撬通过移行机进入定序区。定序区内，车身顺序将不可调整，出车时遵循先进先出原则。滑撬经过辊床、转台等设备输送至升降机处，车身进入内饰线。空滑撬进入空撬返回线。
1.2.4 空撬返回线。空橇离开下内饰转接工位之后进入空橇返回线，在返回线中设置相应检查装置，避免出现带车身的滑橇。空橇通过堆垛进行存储、运输，最后拆垛，空橇返回涂装接车间进入下一个循环。
1.2.5 维修区。在空橇堆垛之前设置滑橇维修区，滑橇检查和小修在维修滚床上完成。维修区内设置检具，检查时精确定位滑橇。维修区设有电动升降葫芦、KBK轨道、可开合平台和滑撬推动小车，滑撬需要大修时可以降到地面进行；维修区安全网可采用人工、电动、气缸等多种方式控制开合。
2 PBS输送线的组成及技术
PBS输送线主要由滑撬系统组成。滑撬系统的主要设备包括钢平台、滑撬、滚床、转台、移行机、升降举升台、升降机、堆拆垛机、滑撬夹紧定位机构等。这些设备能够使涂装车间和总装车间相互连接，通过升降机将车身有效编组排序后导入到内饰线，以此有效提高了整个生产系统的灵活性。以下介绍几种PBS输送线的常用设备。[3]
2.1 滑橇
用于承运工件，本体采用优制矩形钢材组焊，橇体支撑结构根据车体支点的形式确定。
橇体配专用检具一套。滑橇在成形胎具上焊接而成，时效处理。所有定位销都有公差及位置公差要求。滑橇在现场要通过检具测试后方安装。滑橇使用预计的车身挂点，托点适用所有车型，具有高柔性的特点。
2.2 滚床
滚床床体采用型材折弯而成，各板材之间采用螺栓联接的方式。滚床长度根据车身长度而定，标准高度为500mm。滚床上的行走滚轮表面包覆高强度聚氨酯轮，缓冲耐磨，设备接口位置滚床两侧带有导向轮，采用封闭免维护轴承。驱动采用一体式带制动电机减速机，制动器带手动释放手柄，便于检修、维护保养。滚床线体间距需可以满足车体通过性要求。
2.3 转台
转台主要的作用是完成前后工序之间滑橇的转向及进行快速输送与积存，实现对滑橇的可控输送。转台分两部分：
2.3.1 输送部分。输送采用滚床的形式。滚床的端头装有安全止档，防止滑橇越位，造成事故。
2.3.2 旋转部分。旋转部分包括轨道和旋转装置。轨道由型钢、可调支架、限位装置组成。可调支架满足轨道安装时调整所需。旋转装置包括四个滚子支架和驱动单元。滚子支架的滚子内衬滚动轴承，带有耐久润滑油。驱动单元带有一体式带制动减速电机，可靠性高，寿命长。减速电机通过输出轴与驱动轮直联，驱动旋转滚床水平旋转。制动器带手动释放（松闸）手柄，便于检修和维护保养。
2.4 移行机
移行机主要的作用是完成两条橇体在各条平行输送线间的横向可控平移输送。主要分为移行部分和输送部分。
2.4.1 输送部分。输送采用滚床的形式。滚床的端头装有安全止档，防止滑橇越位，造成事故。
2.4.2 移行部分。移行部分包括轨道和移行装置。轨道由型钢、可调支架、限位装置组成。可调支架满足轨道安装时调整所需。移行装置包括四个滚子支架和驱动单元。滚子支架的滚子内衬滚动轴承，带有耐久润滑油。驱动单元带有一体式带制动减速电机，可靠性高，寿命长。减速电机采用直交轴安装，轴装式，便于检修，维护保养及更换。供电及信号采用电缆，通过电缆拖链与系统联接，安全可靠，供电及信号稳定。
[关键词] 圆锥体 小滑板 百分表
圆锥面(圆锥孔和圆锥体)配合，定心准确、装拆方便，多次装拆不影响配合精度；配合紧密，可实现无间隙配合。因此，广泛应用于机床和一些工具的零件配合中，如车床主轴锥孔与顶尖的配合，车床尾座锥孔与麻花钻锥柄的配合等。加工圆锥表面方法很多，在车床上可以用转动小滑板法。
传统方法是根据确定的转动角度(α/2)和转动方向，转动小滑板至所需位置，使小滑板基准零线与圆锥半角α/2刻线对齐，然后锁紧转盘上的螺母。转动小滑板时，可以使小滑板转角略大于圆锥半角α/2，然后逐步找正，凭手指的感觉决定微调量。圆锥半角α/2一般用tan，α/2≈28.7°×≈28.7°×C计算，计算繁琐。小滑板转盘刻度，一格为一度。而计算结果的单位往往是秒，两者之间的精度相差千百倍，校正难度大，精度很难控制。
经过多年的教学实践研究，我们发现可以用百分表校正小滑板转动角度来车圆锥体。具体方法如下：
一、移动床鞍法
原理是把工件的圆锥部分(截面)分解成为一个长方形和两个直角三角形(如图)。
图中Ac与AB所形成的夹角α/2。即工件中圆锥部分的圆锥斜角α/2。斜边AB即圆锥体的表面素线，就是车削圆锥表面时的进刀轨迹。当车刀的刀尖纵向行进b距离时，同时横向相应地位移a距离。这样，就明显地形成直角三角形中的正切(a／b=tanα/2)关系了。
为确保车刀刀尖按上述进刀轨迹运动，我们可以利用上述直角三角形的正切关系来移动床鞍。方法是，先在车床的床身导轨上面安置一个具有磁吸力的百分表座，并把百分表的测头触及小滑板，然后将床鞍纵向移动图3中b的距离时，稍许转动小滑板使百分表出现图3中a的数值。这样就运用三角函数的正切(a／b=tanα/2)关系，确定了车削圆锥体时小滑板应转动的角度α/2。例如，车削一件莫氏圆锥的工件。调整时，只须把小滑板底部的紧固螺帽松开。在床身导轨上面安装一个具有磁吸力的百分表座，并把百分表的测头触及小滑板的侧边(如图4所示)。接着利用床鞍手轮轴上的刻度盘控制，将床鞍纵向移动100mm (即图3中b的距离)。稍许转动小拖板，使百分表出现2.60mm的读数(即图3中a的数值，可以在表l中查得)，这就是车削4号莫氏圆锥前小拖板应转动的正确角度。然后拧紧小拖板底部的紧固螺帽，最后再移动小滑板复核一次。车削时只需按工件的大端直径或小端直径(按生产图样中要求的具体情况而定)车削即可。
为了便于操作者调整车床的小滑板。根据各种圆锥斜角中的正切(a／b=tanα/2)关系，制定移动床鞍为100mm(b的长度)时，触及小滑板侧边的百分表读数(a的数值)的对应关系，列于表l和表2中。
二、移动小滑板法
先在车床的小滑板上面安置一个具有电磁吸力的百分表座，并把百分表的测头触及尾座套筒的侧表面(如图5所示)。接着将床鞍作纵向移动来检验尾座套筒是否与床身导轨平行。然后松开小滑板底部的紧固螺帽，将小滑板转动近似的角度，摇动小滑板的手柄，以圆锥体长度100为例，可用小滑板螺杆上的刻度盘控制小拖板准确地移动如图3中AB距离（可在表3中查得）。并使百分表中出现CB数值(可以按照不同圆锥度从表l或表2中查得)。这样，就迅速地得到车削指定圆锥斜角α/2或锥度C的圆锥时，小滑板应转动的正确角度，并能使车成的圆锥体达到同样高的精度。
在直角三角形中，虽斜边总是大于邻边(AB>Ac)，但当α/2
用这两种方法调整小滑板车削圆锥体，可以省去任何计算，也不需要查三角函数表，熟练的工人调整一次小滑板只需花十几秒种时间，避免了反复校正小滑板转动角度的麻烦。在车削过程中不需要用圆锥塞规或圆锥套规来检验工件。
误差分析及预防措施
(1)在移动床鞍法中，移动是沿着床身导轨移动的，装夹在三爪自定心卡盘中的工件，其中心线是车床主轴中心线的延长线段。所以车床主轴的中心线与床身导轨是否平行，是影响圆锥精度的一个因素。如果发现车床主轴与床身导轨不平行，可在调整小拖板时适当增减触及小拖板侧边的百分表的读数。来纠正因车床主轴与床身导轨不平行而产生的误差。
(2)在移动小滑板法中，尾座套筒是调整小滑板的基准。因此，首先应检验尾座套筒是否与床身导轨平行。检验时，应使百分表的测头对准尾座套筒的中心高度，同时百分表的轴心线必须与尾座套筒的表面母线相垂直。如果发现尾座套筒与床身导轨不平行，纠正的方法同样可在调整小滑板时，适当地增减触及尾座套筒侧表面的百分表的读数。
(3)如果因为工件较长，一夹一顶装夹时。尾座中心的是否偏移，也会影响圆锥的精度，检验与纠正的方法同上。
参 考 文 献
[1]《车工工艺学》，劳动出版社出版
金工实习报告磨钻 一、实习时间：20xx年X月2日至X月6日
实习地点：邵阳学院机械实习工厂
实习单位：电气工程系12电气工程及其自动化 实习目的：此次金工实习可使学生理论联系实践，学以致用，使学生在金工具体操作过程中，对机械制造过程有一个完整的感性认识，为学习有关的后续课程和将来从事相关的技术工作，打下一定的实践基础。
二、实习过程概述;
在七里坪校区的校工场里，我们进行了为期一周的金工实习。在实习期间，我们接触并学习了车、铣、磨、铇四个工种的操作要领。每天，大家有会有新的收获，都能接触到平常在书本上接触不到的知识，在八个小时的实习时间里有老师耐心且详细的教授与指导，我们能够很快掌握每个工序的操作要领。在整个实习过程中没有出现过一次伤害事故，每个人都完成了自己的作品。虽说质量不尽人意，但是它其中凝结的汗水值得我们欣慰。总的来说这次实习活动是一次有趣而且必将影响今后学习和工作的重要实践经验。
三、主要实习岗位和实习内容;
1、车工实习
车工让我们简单了解车床的工作原理及其工作方式学会正确的车床使用方法并能正确使用一种工件加工方式知道车床型号含义熟练车削加工操作。车工安全知识上班穿工作服女生戴工作帽并将长发挽入帽内。工件和车刀需装夹牢固以免工件和车刀飞出伤人。工件旋转时不准测量工件。工件安装好后三爪扳手必须随手取下以免不注意开动车床以免扳手飞出伤人。 开始时听从师傅安排和操作过程熟悉车床操作后来练习车锉刀手柄过一段时间后又实习如何车螺纹最后独立加工铁锤柄。又向我们讲解了各个手柄的作用初步示范了一下操作方法并加工了一部分然后就让我们开始加工。 车工对精确性的要求很高差之毫厘就将失之千里。如果是把工件车的太大那还可以继续车到合适大小如果车小了那整个工件就报废了只能从头再来一次。我们这组很不幸的出现了一次这样的状况大大耽误我们的工作进度。最后经过努力终于完成了我们的工件铁锤和螺母。 车工体会车床是通过各个手柄来进行操作的成功通过车床完成工件的这种成功的喜悦。
有通过亲身参加实习才能感受得到身为大学生的我们经历了十几年的理论学习不止一次的被告知理论知识与实践是有差距的但我们一直没有把这句话当真也没有机会来验证这句话的实际差距到底有多少。理论归理论实践才是真目的才能练出真本领。此阶段实习给我最大的感受还是必须要亲自动手操作不动手不知道怎么操作不动手不知道哪里有错不动手就不知道错了以后该如何改正。实践出真知实践使人的进步更快收获更多适应社会能力更强。
车床运转时，不能用手去摸工件表面，严禁用棉纱擦抹转动的工件，更不能用手去刹住转动的卡盘。当用顶尖装夹工件时，顶尖与中心孔应完全一致，不能用破损或歪斜的顶尖，使用前应将顶尖和中心孔擦净，后尾座顶尖要顶牢，用砂布打磨工件表面时，应把刀具移动到安全位置，不要让衣服和手接触工件表面。加工内孔时，不可用手指支持砂布，应用木棍代替，同时速度不宜太快。禁止把工具、夹具或工件放直接在车床床身上和主轴变速箱上。工作时，必须集中精力，注意头、手、身体和衣服不能靠近正在旋转的机件，如工件、带轮、皮带、齿轮等。
我们做的作业是一个类似螺丝的零件，用车床可以很快车出基本形状，最大的难题是要保证尺寸，特别是车外圆的时候，要特别小心，按照计算慢慢车，先是粗加工，然后是精加工，分几次来做。有时候车得时候如果进太多的话，超过误差范围，那么按照老师的话 ，就是废品了，切断后重新做过。实习老师也是在我们身边是不是的指导我们，虽然做了很多废品，但最后我们还是都做出了合格的作业。
通过车工实习，我们熟悉了有关车工及车工工艺方面的基本知识，掌握了一定的基本操作技能，已经会初步正确使用和操作车床，而且还增强我们的实践动手能力，以及分析问题和解决问题的能力。
2、刨工和铣工实习
在车工的实习过程后，我们还花了一天的时间练习了刨床和铣床。实习老师只是让我们熟悉一下刨工，在钳工实训中我们知道了钳工的主要内容为刮研、钻孔、攻套丝、锯割、锉削、装配、划线了解了锉刀的构造、分类、选用、锉削姿势、锉削方法和质量的检测。首先要正确的握锉刀锉削平面时保持锉刀的平直运动是锉削的关键锉削力有水平推力和垂直压力两种。锉刀推进时前手压力逐渐减小后手压力大则后小锉刀推到中间位置时两手压力相同继续推进锉刀时前手压力逐渐减小后压力加大。锉刀返回时不施加
压力。这样我们锉削也就比较简单了。同时我也知道了钳工的安全技术为钳台要放在便于工作和光线适宜的地方钻床和砂轮一般应放在场地的边缘以保证安全。使用机床、工具如钻床、砂轮、手电钻等要经常检查发现损坏不得使用需要修好再用。3台虎钳夹持工具时得用锤子锤击台虎手柄或钢管施加夹紧力。接着便是刮削、研磨、钻孔、扩孔、攻螺纹等。虽然不是很标准但却是我们汗水的结晶是我们两天来奋斗的结果。 钳工的实训说实话是很枯燥的可能干一个上午却都是在反反复复着一个动作还要有力气还要做到位那就是手握锉刀在工件上来来回回的锉锉到中午时整个人的手都酸疼酸疼的腿也站的有一些僵直了然而每每累时却能看见老师在一旁指导并且亲自示范他也是满头的汗水气喘呼呼的看到这每每给我以动力。之后看着自己的加工成果我们最想说的就是感谢指导我们的老师了。
铣床的工作部分是一根旋转的有刃槽的圆柱体，开动铣床机床前，要检查铣床传动部件和润滑系统是否正常，各操作手柄是否正确，工件、夹具及刀具是否已夹持牢固等，检查周围有无障碍物，才可正常使用，变速、更换铣刀、装卸工件、变更进给量或测量工件时，都必须停车。更换铣刀时，要仔细检查刀具是否夹持牢固，同时注意不要被铣刀刃口割伤。铣削时，要选择合适的刀具旋转方向和工件进给方向，切削速度、切削深度、进给量选择要适当，要用铁勾或毛刷清理铁屑，不能用手拉或用嘴吹铁屑，工作加工后的毛刺应夹持在虎钳上用锉刀锉削，小心毛刺割手。铣齿轮时，必须等铣刀完全离开工件后，方可转动分度头手柄。
3、磨工
接下来我又进行了磨床操作的学习。铣削加工是在铣床上利用刀具的旋转与工件的连续运动来加工工件的切削加工方法铣削加工的重要设备是卧式升台降铣床和立式升降台铣床。铣刀是一种多齿刃刀具，其齿刃分布于圆柱铣刀得外院柱表面或端铣刀得端面上。铣床主要附件有机用虎钳、回转工作台、分度头和万能铣头。铣削的加工范围很广选择不同的铣刀和工件装夹方法可实现平面、斜面、沟槽、成形面和曲面以及齿状表面等的加工。短短的一天学习中让我了解了铣削加工的基本操作方法用途让我从一个刚看到机床碰都不敢碰到现在可以熟练的加工一些简单的平面。磨削加工时在磨床上利用磨具对工件进行加工的方法磨削加工过程实际是一个多刀、多刃、高速切削的过程。磨削时可以采用砂轮、砂带和油石等作为磨具最常用的磨具是用磨料和结合级制成的砂
轮。砂轮的特性用磨料、粒度、硬度、组织号和结合剂等表示。按照磨削时工作台主进给运动方向与砂轮之间的关系外圆磨削有轴向磨削、径向磨削和切向磨削等三种磨削方式;按照磨削时砂轮工作表面的不同平面磨削有周边磨削和端面磨削两种磨削方式磨床相应地则提供各种磨削方式所需的磨削运动。指导我们做磨工的老师说，磨床的操作比我们实习做的其他几个工种的危险系数要高，因为磨床的砂轮转速高，打磨工件时产生的温度也很高，一旦出了问题会对我们的身体产生极大危害，所以我们要非常认真的进行操作，他也基本上是手把手的教授。最后在熟悉操作要领之后我打磨了几个工件，老师检验是还行。
四、实习收获和重要心得体会;
一共五天的金工实习结束了，金工实习带给我们的，不全是我们所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工种所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在实习结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次实习达到了它的真正目的。实习中感触最深的就是各个工种加工的必要性，工种间不是独立进行的，而是相互联系、相互制约。上一工种的加工是否合理会影响到下一工种的加工。制造业当中都有适合它们自己的制造方法，这些方法简单合理又非常巧妙。它们都是人类智慧的结晶，人类经过几千年所创造出来的文明。于是，我不禁感慨人类文明的博大精深!总的来说这次实习活动是一次有趣且必将影响今后学习和工作的重要实践经验。金工实习是一门实践性的技术基础课，是工科学生学习机械制造的基本工艺方法和技术，完成工程基本训练的重要必修课。金工实习不仅可以让我们获得机械制造的基础知识，了解机械制造的一般操作，而且还可以提高自己的操作技能和动手能力，而且加强了理论联系实际的锻炼，提高了我们的工程实践能力，培养了我们的工程素质。 总而言之，虽然在五天的实习中，我们所学到的只是皮毛的皮毛，但是凡事都有一个过程，我们所学到的都是基础中的基础，最后感谢机械系及指导老师给了我们这次实习机会，以及工厂师傅对我的指导。
摘 要：机床夹具课是一门理论性和专业性都很强的专业课程，学生基础知识、基本技能掌握差，学习过程中容易出现对工作原理、部件结构理解不清，对应用工艺产生混淆以及分析问题、解决问题的能力普遍较弱等现象。因此，教师只有采用适当的教学方法，才能提高课堂教学效果。
关键词：机床夹具 课堂教学 学习兴趣 教学方法
机床夹具课程具有知识点多、杂、难等特点，在这种情况下多数学生的学习只是为了应付考试，造成课堂教学气氛死气沉沉、事倍功半。因此如何有效地改进课堂教学方法，激发学生求知欲，便成为教师认真探索的一个重要课题。下面笔者谈谈在“机床夹具”课堂教学中采用的一些方法。
一、创设问题情境，启发学生质疑问难
学习新知识实际上是设疑解疑的过程，我们在教学中有意识地设置一些疑问，巧妙合理地设疑发问能激发学生学习新知识的兴趣，使学生感到“山重水复疑无路”，然后去寻找“柳暗花明又一村”，这样可以培养学生的积极探索精神，在解疑后有一种成功的喜悦感。如讲“六点定位基本原理”时，教师可以利用准备好的教具向同学发问：“该零件对它未加限制时，它在我们设置的直角坐标系中的位置是不确定的，那么它有哪些位置不确定度呢？”通过设疑吸引同学们的注意力，再让同学们利用手中的书、笔等模拟零件上下、前后、左右移动和转动，从而得出六个位置不定度。此时再设问：“要想使零件在加工中有一个正确的位置，我们如何消除六个不定度呢？”。教师利用手中的模型做演示，设问“一个定位点消除几个不定度？两个呢？……还是六个呢？”这样通过设疑层层递进，牢牢抓住学生的好奇心，最后得出六点定位基本原理：利用空间合理分布的六个定位点消除工件最多六个不定度。
二、转变课堂教学观念，发挥学生主体作用
在课堂上，教师引导学生去寻找和发现，教师只是一个组织者与参与者，与学生一起共同探索；学生真正成为学习的主人，积极地参与每一个教学环节，切身感受学习的快乐，品尝成功的喜悦，这样使不同的学生得到不同的发展，满足学生求知、参与、成功、交流和自尊的需要。比如在讲夹紧力的确定原则时，教师先让学生自由结合分组，每组7～8人，每个小组有一个零件模型，根据模型的特点每组确定合理的夹紧力方案。这样学生可以自己去回顾与本堂课有关的旧知识。由于学生的个体差异，寻找到的旧知识可能各不相同，因此需要通过相互组合讨论、交流，首先确定夹紧力有三个要素：大小、方向和作用点，然后再通过进一步分析、讨论确定夹紧力的合理布置。职业院校的学生动手能力较强，思维比较活跃，他们提出的方案也五花八门，因此老师要做一个引导者，对学生的奇思妙想要给予表扬和鼓励，对于错误的方案不要横加指责，而要耐心地和他们分析不足之处，从而进一步确定正确的夹紧方案。每个小组根据自己的夹紧方案，总结出夹紧力三要素的确定原则并且写到黑板上，通过小组之间的对比总结出最佳的夹紧原则，最后评选出最佳小组和最佳个人。这种教学模式改变了以往教师自导自演、学生被动学习的状况，体现了学生的个性需求和参与操作性，使学生的创新意识和创造性思维得到充分的发挥，有利于培养学生的学习兴趣，调动了学生学习的积极性和主动性。
三、理论与实践相结合，增强感性认识
机床夹具课的所有知识都来自于现实的生活、生产实践实习中，并与现代机械工业密切联系。因此，在教学中我们要将课本中的理论知识与实践相结合，以增强学生的感性认识，提高学生的学习兴趣。除此之外，我们还要创造各种条件，让学生有更多的动手机会。如讲到典型机床夹具之车床夹具时，可组织现场参观，结合生产实习车间现有的车床夹具的类型、特点及应用进行讲解。学生通过观察车床的工作，可以得到大部分车床夹具都是与车床主轴连接，并随着主轴高速回转的认识，从而进一步总结出车床夹具的回转轴线必须与车床主轴轴线同轴，车床夹具的结构一般要平衡，在不平衡时可加配重块或加工减重孔，卡盘类夹具及心轴类夹具均为自动定心夹具等等。耳听为虚眼见为实，教师与其在课堂上滔滔不绝地讲，不如在实习车间边观察边讲解，这样就可以用20分钟的时间解决需要45分钟解决的内容，并且学生有了感性认识，加深了所学知识的理解。最后教师再回到课堂上，引导学生对本课题的知识点做总结，以加深记忆。
机床夹具是中职学校专业课中较难掌握的一门课程，其内容紧密贴近生活与实际生产。教师只有恰当地应用教学方法，才能使学生对这门课产生浓厚的兴趣，才能让学生感到这是一门很实用、能解决实际问题的课程，从而使学生对这门课产生极大的兴趣，提高学习的效果，达到预期的教学目标。
（作者单位：淄博市技师学院）
关键词：教学型数控车床 可视化 Mach3软件 微动开关
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0176-03
开放式数控系统是能够在多种平台上运行，可以和其他系统互操作，并能给用户提供一种统一风格的交互方式。具有可互换性、可伸缩性、可移植性、可扩展性等特征，是当前数控技术发展的主要趋势。鉴于此本文采用了基于Mach3的纯软件开发式数控系统作为控制系统的教学型数控车床。文献[1]利用Mach3软件对经济型数控铣床进行改造，满足了数控铣床操作方便、价格低的特点，试切效果良好。文献[2]通过Mach3软件完成了对经济型数控铣床试验台的研发，开发出一种价格低廉、结构简单的简易型数控铣床，可用于数控原理等课程的实验教学。文献[3]～[5]提出了对教学型数控机床的研制，实现了操作方便、结构简单等特点。文献[6]提出了对数控机床的设计、改装，实现了降低成本、教学、生产、实践的有机结合。在此基础上本文利用Mach3软件设计了一台可视化教学型数控车床，从最初的机床的设计、选型，到装配，调试，以及到最后的试件加工，除了同时具备上述机床开发成本低、操作方便、结构简单特点外，这套教学型数控车床还具备以下特点：（1）完整性；（2）可视化的外壳，可清晰观察到数控车床在工作时的内部工作原理和工作过程，直观的展现数控车内部结构，从而便于教学讲解和使用；（3）安全系数高，可以避免人机事故的发生；（4）满足学生“好奇、好动、好学”的特点，更能锻炼学生的综合分析能力和应用能力；（5）实习材料（尼龙、木材或工程塑料）价格低。
1 数控车床的工作过程及总体设计思路
1.1 数控车床的工作过程
该车床的结构与一般的数控车床组成基本相同，主要由车床本体、数控系统（通用计算机+Mach3板卡+Mach3控制软件）、伺服系统、检测装置和辅助装置5大部分组成，由硬件和软件共同完成控制工作。工作过程如图1所示。
1.2 总体设计思路
数控车床的控制系统为全软件开放式控制类型，CNC的全部功能均由PC实现，并通过装在PC机上扩展槽的伺服接口卡对伺服驱动等进行控制。PC机上的数控系统软件为Mach3软件，控制卡为标准化商用CNC控制板，完成对两相步进电机的驱动。总体设计框图如图2所示。Mach3软件发出控制信号，通过接口板分别向X、Z轴发出控制脉冲，进而驱动X、Z向进给机构实现进给运动；向机床主轴的控制以继电器发出控制信号，来实现主轴的正转、反转、停止的控制。行程开关通过控制板向Mach3反馈检测信号，以保证操作安全可靠。
2 数控车床的设计
2.1 主要部件选型
本文设计的一台集数控车床水平床身与倾斜床身于一体的新型可视化数控车床教学模型，利用销钉和辅助销钉定位来实现旋转。由于本设计主要起演示和展示切削原理及控制原理的作用，因此，根据需要，本设计的主要部件选型如表1所示。可视化数控车床效果如图3所示。
2.2 行程开关
本设计采用微动开关作为行程开关，因为它兼具尺寸小、反应灵敏、容易安装的特点。选用KW11-3Z型号微动开关，COM是公共端；ON闭合；NC（NOT CONNECT）断开。本文采用微动开关的常开触点（COM接GND，ON接板卡端子），当工作台撞到微动开关时，表明到达极限位置，机械位移转变成电信号（ON闭合），通过接口板迅速反馈Mach3控制系统，机床复位，电机停止运转，对电机和机床起保护作用，下次启动需重新复位。微动开关切换时间为5～15 msec。与板卡连线接口如表3所示。因为每个轴有两个极限位置，即各轴正负极限位置（电机正、反转的极限位置）。微动开关与板卡接口如图4所示。
3 控制系统设计
3.1 软件介绍
Mach3 CNC控制软件是开放式数控系统，操作简单，维护方便， 具有开放性、性能稳定、价格低廉的新型数控系统。标准PC电脑完全转换为全功能的CNC控制器，可以实现最高6轴连动CNC控制，直接支持多种DXF、BMP、JPG文件格式输入、视觉G代码显示、直接生成G代码、主轴转速控制、多重继电器控制、手摇脉冲生成，包括大量加工策略、视频展示、可以用触摸屏、全屏显示、数字化、三维动态显示跟踪、自动对刀、程序跳段执行（断点记忆）系统具有螺距误差补偿、反向间隙补偿、刀具长度补偿、刀尖半径补偿及磨损补偿功能。轴向运动加速度及速度调节界面可根据其实情调整适应高速高精度加工。
3.2 Mach3设置
（1）打开Mach3软件，在公英制设置中选择毫米（1英寸=25.4 mm），由于并口选择和传输速度一般都只使用一个并口，不必进行设置，采用默认即可，其他参数要根据界面进行相应的设置。Mach3驱动程序可以在25000 Hz、35000 Hz、45000 Hz的频率下工作，Mach3的运行频率与电脑处理器的速度和处理器加载的进程有关，本设计采用的驱动频率为25000 Hz。
（2）微动开关在软件上的设置如下：在工作界面的“输入信号设置”中进行设置，25针并口有5个输入端口，分别是10～13和15，每个轴要用到2个微动开关即用到2个输入口（只需设置软件中的X++，X--，Z++，Z--即可，X home和Z home在此处没有用到可以不用设置），信号为低电平有效。
（3）Mach3的输入和输出信号是二进制数字，输入信号是通过并口加在输入针脚上的电压，输出信号是输出针脚上的电压。
3.3 电机调试
窗口右边的轴选择区域用于选择需要设定参数的轴，左边的曲线图反应了参数设定后步进电机运行是加速―稳定―减速的变化曲线，在两者之间的Velocity调整块用于快速的调整步进电机的最高运行速度，这里的速度不是电机转速，而是电机带动丝杠丝杠带动工作台的最终最大移动速度。这里的参数关系到步进电机的旋转运动正确的转换到工作台的直线运动。参数Steps per：这个参数是决定了工作台每运动1mm，步进电机需要多少个脉冲。
计算方法=（步进电机旋转1圈的标准脉冲数×驱动器细分数）/丝杠导程（导程也就是螺距，如果丝杠不是直接连接电机而是通过减速后连接则计算结果还需要再乘以减速比）。
参数Acceleration Inn’s or mm's/sec/sec：这个参数是决定了电机由停止到最高速或者由最高速到停止的启动与停止加速度，根据需要进行相应的设定，采用的具体参数如图5所示。
4 试切验证
选择毛坯为Φ25×45的尼龙材质毛坯进行试切削。零件图如图6所示，程序测试仿真图如图7所示。
5 结论
本文设计并制作了一台教学型数控车床，该数控车床实现了数控车床基本功能，能够进行内外廓的车削加工；能够对硬度较低的材料进行车削并保证一定精度；实现了数控车床结构和原理的可视化，达到了教学应用的目的。在以后的工作中，要进一步完善模型的主轴控制系统、X轴向行程在进一步加大、辅助功能的完善等，使车床模型更加完善。
参考文献
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2009年度沈阳机床(12.34,-0.03,-0.24%)依靠债务重组收益3 640万元和政府补贴3 415万元等非经常性损益实现归属母公司盈利2 704万元,折合每股收益为0.05元,而扣除非经常性损益后的净利润为-2 548万元,折合每股收益为-0.047元。
2009年,公司实现总收入59.8亿元,同比下降8.7%,公司综合毛利水平为20.98%,同比上升5.9个百分点,其中下半年明显高于上半年。受益于铸件及原材料价格的下调等因素,公司各类产品除镗床外毛利率同比有所上升,数控机床和普通机床的毛利率进一步拉大,导致整体毛利率攀升。
从结构来看,普通类机床销量受金融危机影响更大,公司普通类机床产品销售收入同比均出现下降,而高端的数控机床收入同比上升12.4%。这使得公司数控机床比重有所增加,收入比重由去年同期的42%上升到今年上半年的46%。
公司2010年2月公告将以不低于10.8元价格增发不超过2亿股,募资投入重大性数控机床和CAK 数控机床技改以及偿还部分银行贷款。我们对募投项目长期前景谨慎乐观,但预计短期内对公司经营状况的改善影响有限。考虑到发行需要审批等程序,乐观预计2010年年底前完成发行。
公司的高企期间费用仍然是制约公司盈利能力的重要因素,2009年销售费用和去年相比分别增加了44.4%,管理费用和财务费用虽然基本去年持平,但仍处于较高水平,费用控制问题导致公司的业绩在收入出现下滑时雪上加霜,导致经营利润出现了亏损。
由于下游需求的回暖,预计2010公司的主营业务将有所恢复,我们维持2010～2012年的盈利预测分别为0.16、0.18和0.20元。维持持有评级。
操作看点:重组预期强烈,年报显示新机构进入,一年来主要在8、12元两个平台整理,区间波段操作等待重组的推进。
晋西车轴:渡过业绩低谷,恢复正常增长
2009年业绩处于低谷。年报显示,公司2009年全年营业收入15亿元,下滑22%;净利润0.43亿元,下滑61%。2009年经营不佳的主要原因是受2009年年初金融危机的影响,铁道部大幅缩减订单所致。公司及子公司2009年全年销售车轴10万根,货车车辆1 400辆,轮对3万套。除去车辆业务,产品销量较2008年有所增长,增量主要来自2009年初公司全资收购的子公司北方锻造,北方锻造2009年生产3万根左右车轴。
车轴业务毛利下滑主要原因是北方锻造的亏损所致,10年情况将好转。年报显示,公司车轴、轮对业务毛利率大幅度下滑,这主要原因是同样生产车轴及轮对的子公司北方锻造处于亏损状态所致。
北方锻造2009年营收2.7亿元,亏损2 225万元,由于处在技改阶段产出水平及盈利水平均处于低位。10年北方锻造的技改基本完成,届时其车轴产能将达到8万根,产品的盈利水平也将于母公司保持相近的水平,公司预计10年北方锻造车轴产量在3～4万根左右,基本可以实现扭亏。从2009年母公司报表来看,公司车轴及轮对的综合毛利在17%左右,我们认为未来公司车轴及轮对的利润率应该恢复到这个水平。
此外,公司车轴的出口业务2009年下滑严重,许多订单被取消。我们预计随着世界经济的回暖,公司的出口业务10年下半年将会有所好转。
车辆业务增长前景也将逐渐转好。公司2009年四季度更改了定向增发募集资金的用途,将原本用于本部车轴生产线扩产的资金改为收购子公司晋西铁路车辆有限公司“晋西车辆”剩余股权。收购结束后,公司在晋西车辆的股权达到了94%,车辆业务对公司业绩的影响增大。2009年晋西车辆应收7.9亿元,净利润1 375万元,同比减少66%。10年开始,铁路货运需求大幅度回升,运力紧张的局面已经出现,在此情况下10年铁道部货车车辆料将大幅上升。同时,长期来看铁路作为环保节能的货运方式将在长期保持增长。
操作看点:小盘绩优,年报送配10转8,2～3月在19.50之上高换手率,有望抢填权创出今年新高。
安徽合力:业绩恢复迅速,2010年成长更好
安徽合力(600761)2009年年报。报告期内,公司实现营业收入31.11亿元,同比下降14.25%;归属于母公司所有者的净利润1.11亿元,同比下降40.83%;基本EPS0.31元,扣除非经常性损益后基本EPS0.25元。分析与点评:
全年生产经营先抑后扬从第三季度开始,公司生产经营明显好转,经济效益逐渐回升,年末公司主导产品产销规模已基本恢复到金融危机前的水平。单季EPS-0.043元、0.06元、0.20098元、0.198元。
报告期内,发生非经常性损益金额约2 290万元,合EPS0.064元,对EPS产生较大影响,主要为计入当期损益的政府补助和税收返还、减免,分别为1 527万元、740万元。
叉车产品的主导地位进一步突出,综合毛利率下降1.3个百分点主导产品叉车营业收入24.73亿,同比下降9.98%,占总营收比重79.5%,与上半年基本持平,但较2008年提升3.8个百分点,显示叉车产品的主导地位进一步突出。
综合毛利率16.91%,较年中好转,但较2008年末下降1.3个百分点。叉车及其他产品毛利率下降,装载机降幅收窄,受产品结构变化(阿发系列等经济型产品占比提升)影响,利润率为16.84%,较2008年下降0.8个百分点。装载机收入同比增61%,经营出现一定好转,预计10年继续增长50%以上。公司在国内市场收入不降反升,实现26.95亿,增长9.6%,占总营收比重87.9%;但国际市场仍然低迷,全年下降67.34%,但降幅较上半年有一定收窄(2009H1,75.63%)。
全球叉车市场将有望转暖,公司在国内市场占有率提高5.2个百分点2009年,一方面,国内工业车辆销售总量约13.9万辆,同比减少17.4%,全球工业车辆销售总量同比下降近40%,欧美发达国家的降幅超过50%,海外市场大幅萎缩;另一方面,一些新投资的叉车项目在国内陆续开建,共有包括独资、合资企业在内的100余家企业从事叉车产品生产,市场竞争更加激烈和残酷。
操作看点:皖江振兴计划受益股,净资产高,目前股价在2010年业绩有保障,有一定安全边际。
银河动力:中兵光电第二
银河动力年报业绩一般,但是该股已正式变换新的东家,投身中国兵器工业集团公司怀抱。而随着银河动力的脱离,银河动力在国资委、国防科工委批准之后将正式转型为军工个股,落户湖南。
按照中兵光电的重组模式,重组之后还将在一年之内实施高比例增发,作为总股本才1.9亿的小盘重组股增发也是必经之路,套用一句广告用语:“今年20,明年18”或许就是银河动力增发转增后的股价变化,而赢取的就是10送10的大机会。
关键词：数控车床；设计；进给系统
汽车转向节是汽车上应力最集中、形状最复杂的零件之一，需要具有良好的机械性能。它的加工质量直接影响到汽车的操作性和安全性。随着汽车数量的迅猛增加，转向节的需求也随之上升，因此提高生产效率是至关重要的。但由于其结构的复杂性，给机械加工带来一定难度，特别是转向节杆部及法兰端面的加工，尺寸精度和位置精度很难保证。传统的转向节杆部及法兰端面的加工采用普通卧式车床或简易卧式数控车床，设计简易车具，利用尾座顶尖将转向节夹持在车具和尾座顶尖之间，车具拨动转向节旋转进行加工。此种加工工艺方法的不足：工件装夹困难；车具无配重，转速提高受限；加工效率低。鉴于上述对传统转向节生产工艺的分析，为了解决传统加工转向节杆部及法兰端面生产工艺的不足，我们开发设计了一种新的加工转向节杆部的专用立式数控车床。该设备具有同规格立式数控车床的工艺性能，同时具备加工转向节的高效性，同时减轻了工人装夹工件的劳动强度，是一种一举两得的理想设备。
1 转向节专用立式数控车床工艺方案分析
1.1 整体式转向节工艺特性
形状如羊角，结构复杂；毛坯为锻件，加工余量大，特别是法兰盘根部圆弧部分；工件偏重，转动惯量大；定位夹紧困难。
1.2 机床方案
根据转向节工艺特性和定位夹紧要求，该机床采用主轴偏置的立式数控车床结构，在传统立式数控车床的基础上，增设尾座顶尖部件，并设计专用车具，形成高效加工转向节的新型机床，同时仍具备通用数控立车的功能。电气控制系统为日本FANUC-0i-Mate数控系统。液压系统为符合ISO标准的叠加阀结构。
1.3 机床的工作循环
安装工件—定位夹紧—数控滑台快移—X、Z轴联动，同时主轴旋转—完成外圆加工—数控滑台快退至原位—伺服刀架换刀—数控滑台快移—X、Z轴联动，完成工件外圆各槽的加工—数控滑台快退至原位—伺服刀架换刀—数控滑台快移—X、Z轴联动，完成工件各螺纹的加工—数控滑台退至原位—松卡—卸下工件—进入下一循环。
2 转向节专用立式数控车床部件设计
2.1 主轴箱设计
2.1.1 主轴箱结构设计
本机床为立式结构，主轴箱就是传统意义上的床身 ，其作用一是安装主轴及其传动系统，二是支撑立柱即在其上安装的纵横滑板和电动刀架。因此要求主轴箱具有据够的刚性，结构必须合理，长期使用不变形。
2.1.2 主轴箱传动系统
传动比确定：机床主要加工转向节，兼顾通用数控立车功能，传动比为1:10，最低转速为63转“分钟，最高转速为1000转“分钟；转动路线确定：传动路线采用伺服电机通过行星减速箱、皮带轮驱动主轴单元使主轴旋转；主轴单元结构：采用主轴单元结构目的是方便制造、安装、维修。选用主轴单元结构要适合加工转向节特殊件的需要。选用主轴单元结构要适应加工转向节特殊件的需要，第一满足刚性要求，旋转精度的长久稳定性；第二要有夹紧油缸及分油装置；第三动力卡盘和专用车具可快速切换，实现通用立式数控车床功能和专用转向节数控加工的切换。据此，选用的主轴单元为标准50规格的车主轴支撑形式，具有高刚性、高精度的特点。
2.2 进给系统设计
2.2.1 纵向进给传动系统设计
纵向进给传动系统主要有纵向滑板和纵向滚珠丝杠传动副组成。其纵向滑板安装在立柱的纵向滚动导轨上，它可以沿立柱导轨做纵向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。纵向伺服电机经联轴直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动纵向滑板沿立柱导轨运动。
2.2.2 横向进给系统设计
横向进给传动系统主要由横向滑板和横向滚珠丝杠传动副组成。其横向滑板安装在纵向护板的横向滚动导轨上，它可沿着纵向滑板向滑板横向导轨做横向运动。导轨采用重载型滚珠滚动导轨，导轨承载能力大，刚性强。横向伺服电机经联轴器直接驱动滚珠丝杠螺母副，带动横向滑板沿纵向滑板横向导轨运动。
2.3 转向节工装夹具设计
2.3.1 顶尖部件设计
顶尖是机床的重要定位机构，其功用：定位功能、回转功能、夹紧功能，其动作：安装工件时，顶尖部件处于上部，当工件在专用车具的正确位置上时，顶尖在油缸的作用下向下移动，使上顶尖顶紧工件杆部上顶尖孔，完成工件的定位夹紧。主轴旋转时顶尖也随着旋转，实现机床的主运动。设计此部件首先确定夹紧力，设计驱动油缸的规格，确保夹紧可靠；转向节是不平衡件，顶尖主轴及顶尖要有足够的刚性，以保证回转精度的长久稳定性。
2.3.2转向节车具设计
转向节是异形件，非常的不平衡，其车具设计有一定难度，第一是定位采用顶尖孔，其刚性不好，需要上下顶尖定位夹紧，下顶尖固定在主轴上，上顶尖单独设计移动部件；第二是夹紧，没有规则的夹紧面，同时不同的顶尖形状各异，要使车具具有通用性，车具必须具有适应不同工件的柔性；第三是工件的不平衡性，在设计车具时必须有可调整的配置设置；第四是在旋转的主轴上采用液压自动夹紧，主轴设置旋转编码器，以适应车螺纹功能，车具设置夹紧油缸。
3 结束语
本机床已交付用户使用，其性能已达到设计要求。图纸经完善后开始投入小批量生产，并参加了2010年在北京举办的第十届国际机床博览会，得到广泛好评。
参考文献
[1]张振国，数控机床的结构与应用[M]，北京：机械工业出版社，2010
关键词：数控化 进给轴 主轴
机床改造就是通过对旧机床进行翻新改造,使其重新达到新机床的性能,从而实现循环经济生产方式,节约资源。数控车床是机电一体化设备的典型代表,其机械总体结构同普通的机床有许多相似之处。然而,现代的数控机床并不是简单地将传统普通机床安装上一套数控系统即可,也不是在传统机床的基础上,只对局部加以改造而成。
1、进给轴的改造
机床坐标轴驱动取决于机床的类型和各组成部分的布局,一般普通车床的X轴和Z轴由同一电动机驱动,机床的走刀运动经走刀箱传动丝杠溜板箱,获得工件螺距即Z轴运动;走刀运动经走刀箱传动光杆溜板箱,获得进刀量即X轴运动。普通车床数控化改造时要去掉走刀箱及溜板箱,改用进给伺服传动链来代替,具体传动过程为:
Z轴:纵向电机减速箱纵向滚珠丝杠大拖板,纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。
X轴:横向电机减速箱横向滚珠丝杠横滑板,横向按数控指令获得不同的走刀量。
改造后的机床传动链的传动精度与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度状况等因素有密切的关系。
1.1 滚珠丝杠副的改造
滚珠丝杠副是机床中常用的功能部件,它是由滚珠丝杠、滚珠螺母、和滚珠,反向器组成的部件。可以将旋转运动转变为直线运动,或者将直线运动转换为旋转运动。滚珠丝杠副中的滚动体是滚珠,工作中摩擦阻力小、灵敏度高、启动时无颤动、低速时无爬行现象,普通车床大多采用的是T型滑动丝杠副,与滚珠丝杠副相比传动效率低、摩擦阻力大,不能适应于高速运动。但由于滚珠丝杠副不能自锁,有可逆性,即能将旋转运动转换为直线运动,或将直线运动转换为旋转运动,因此丝杠立式和倾斜使用时,必须增加制动装置或平衡装置。
滚珠丝杠副的传动精度,效率受构造差异影响很大,对于丝杠来讲,除了螺纹滚道型面的区别外,其他的参数基本都一样。对于螺母,其构造主要与滚珠循环装置和调隙预紧的形式有关。而滚珠循环装置返回器的构造,则对整个传动装置的精度,寿命,运行的流畅程度都有重要影响。在进行改造时应根据具体情况和结构形式来定,由于外循环式丝杠副螺母回珠器在螺母外边,所以很容易损坏而出现卡死现象,而内循环式的回珠器在螺母副内部,不存在卡死和脱落现象。在普通机床数控化改造中多选内循环式双螺母结构,再选用滚珠丝杠副的直径时,要优先选用与原T型丝杠直径相近的,并且,必须保证在一定轴向负载作用下,丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀现象。
1.2 机床导轨
普通车床导轨大多采用的是滑动导轨,其动摩擦和静摩擦系数比较大,在使用一段时间后会有不同程度的磨损,对机床传动精度和其稳定性带来很大的影响。因此在对其进行数控化改造的时,必须对机床导轨进行必要的检修处理,对于磨损较严重的更要进行大修,即进行磨削、淬火、配刮等处理,同时采用合理的,充分保证其精度和稳定性。
1.3 电机与丝杠的联接
在满足机床性能的前提下,要减少中间环节带来的传动误差,结合改造实际情况,可以将电机与丝杠副通过联轴器进行直接联接,一般对于小型车床如C6116型,由于空间尺寸有限,特别是X轴,电机与丝杠副不能直接联接,大多采用齿轮副或同步带论来传动;对于大型车床如C6150,床身长5米的车床,由于丝杠较长,直径较大,除了要考虑传动力的问题,还要考虑其低速性能及加减速惯量匹配的问题,往往电机都要通过几级减速来传动。无论是采用齿轮还是同步带论来传动,其传动间隙的消除是比较关键的。齿轮传动中常用的方法有错齿消隙法、偏心轴调整法等等,同步带论传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。
2、主轴部分的改造
机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件(齿轮或带轮)等组成主轴部件。除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外,大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。普通车床由主电动机经皮带传动,经主轴变速箱带动主轴旋转,主轴箱经手动或自动变速获得(9～24)级转速,通过电磁或液压离合器操纵主轴的变速和正反转;而数控车床主轴箱由电主轴或传统机械主轴单元加变频电机和变频器组成。普通车床在数控化改造时大部分情况下保留原主轴箱,可以根据需要进行适当地改造,改造时如原主轴含液压操纵主轴的变速、正反转和功能,则需对其增装单独普通电机加以驱动,避免液压系统受到主电机正反转或转速变换而失灵。
传统车床加工螺纹时通常是通过挂轮组来完成,加工不同的螺纹时则需更换不同的挂轮组,操作起来十分麻烦,主轴部分数控化改造的另一重要功能是进行螺纹加工。改造时,通常在主轴末端或挂轮架处增加一光电编码器,保证其转速与主轴转速一致,主轴转一周,光电码盘转一转,通过反馈给系统控制进给轴与主轴的同步性,从而加工出理想螺距的螺纹。
3、结语
综上所述,经过系统改造后的经济型数控车床要具有一定实用性和稳定性。其改造涉及到机械、电气控制、计算机系统等领域,是一项复杂的系统工程。在进行车床进给轴与主轴数控化改造时,必须做好改造前的各种技术准备工作。
参考文献
[课题编号]
项目一 （P1~15）
[课题名称]
普通车床加工技术入门
[教学目标与要求]
一、知识目标
1．了解CA6140车床主要部件名称、用途及传动系统
2．了解普通车床的加工范围、切削用量
3．熟悉机床的日常一级维护工作和管理知识及车工安全技术守则
4．了解工量具定置管理
二、能力目标
1．会作好车床的日常维护工作
2．会正确操作机床，选择合适的切削用量
3．熟悉车工安全技术守则的要求，会合理安排工量具
三、素质目标
1．了解普通车床的各部件功用及传动路线
2．会调换主、从动运动的参数，并操作车床
3．会使用工量具，并作定置管理
4．会保养机床，做好日常维护，熟悉安全技术守则
四、教学要求
1．熟悉CA6140车床各部件的功用，了解传动路线，会变换主轴和进给运动参数。能读懂型号的含义
2．了解普通车床的加工内容，会按公式初选切削用量
3．会对机床作日常维护，遵守车工安全技术守则
[教学重点]
1． 会操作车床，会调整参数
2． 会维护车床，懂得遵守车工安全技术守则的重要性
[难点分析]
1． 传动系统图表达的传动路线
2． 切削用量的确定，理论值与实际值的差别如何确定
[分析学生]
1． 第一次上机操作，要克服心理障碍，特别是女生，既要能上机操作，以要遵守安全操作守则
2． 要重视车床的日常维护工作，要像爱护自己一样来爱护机器
[教学思路设计]
1． 理论教学与现场教学相结合，边讲边结合车床操作演示
2． 示范—练习—指导—总结
[教学安排]
4+6学时
[教学过程]
一、开场白
1．自我介绍
2．本课程特点：理论联系实际，用理论来指导实习
3．听从指导教师的安排，自觉遵守劳动纪律和操作规程
二、新课教学
1．CA6140车床的基本参数及功用
2．了解CA6140车床型号的含义及各主要部件的名称及期用途
3．了解卧式车床的传动系统，重点是主运动及纵向运动和快速运动
4．熟悉车床主运动和进给运动的组数和最大与最小转速与进给量
5．会对机床进行空运转，并变换运动速度，熟悉车床的加工范围。了解待加工表面、已加工表面和加工表面的含义。这里要注意防止车刀撞击卡盘，造成事故
6．会按公式计算不同工件的切削速度，求同主轴的转速，会按精、精车选择不同的进给量和背吃刀量
7．熟悉车床铺的日常保养要求及保养内容
8．熟悉工、量具的安置规则和安全技术守则的内容，保证加工质量和人身操作安全。防止出现人身和机械事故。特别不允许出现刀架撞击卡盘的事故发生
三、小结
1．车床是最常用的机械加工设备
2．注意遵守操作规程和安全技术守则，确保人身安全
3．会操作车床空运行，变换运动参数，是操作机床的基本要求
[作业布置]
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
关键词：车床 卧车 立车
一、 立车机床及其加工制造技术
1、 立车车床
立车指的是主轴竖直布置，其工作平台在水平面内进行旋转，刀架做出垂直或者是斜面上进给的车床总称。对于立车来讲，主要的是用于加工那些直径相对比较大，但是长度又比较短的大型部件，还有那些不容易在卧车上加工的部件。在回转直径满足的情况下，太重的部件在卧车上是不容易填装的。这也是需要使用立车进行加工。对于那些自身重量比较大，对加工的精度有比较大影响的部件，也会采取立车进行敬爱工。
对于立车的车床来讲，一般会分为单柱式立车和双柱式立车。单柱式的立车一般是小型的车床，大型的车床一般都是双柱式的。立车的车床结构本身主要的特点就是其的主轴处在垂直的状态，工作平台在平面以内，所要加工的部件在安装和调整方面都比较方便。工作台一般用导轨进行支撑，所以其刚性比较强，切削的平面也比较稳定。其一般配备了几个刀架，所以就能够实现刀的快速切换。进度能够达到IT9-IT8的水平。
2、 立车车床的加工制造技术
（1）主轴颈向双列辊子轴承间隙调整
大部分的生产厂家对于轴承的外圈都会装在锥套的内部，然后再通过手盘的轴承感受其松紧程度。这样的话就对装配车床的工人经验要求比较高。很多的时候由于装配工人的经验不足，而比较容易导致装配的过程中出现轴承间隙的松紧程度不合格现象。为了能够进一步的解决这个问题，采取一个新的工艺，就是将径向轴承内圈直接装套在主轴上，用铜棒均匀的从上往下进行敲击，使得其能够胀大到了一定程度之后，将轴承的外圈套上，然后手盘轴承的外圈。当松手了之后，如果外圈不会因为自重而下落的话，则表示已经调整到了正确的部位，如果下落的话，就需要继续进行敲击，不断的重复这个过程一直等到不下落位置。这样的方法操作相对比较简单，而且操作的过程中效果很直观，比较明显。在完成了套装之后，再用量块测量出下垫的尺寸，四点取其算术平均值，下垫要按照-0.002mm的规格进行磨削。
（2）底座与工作导轨副的现象精刮问题
由于立车本身的底座比较大，承受的重力大的过程中就比较容易出现变形的现象。如果不经过现场的铲刮的话，是很难再将其调整到精确位置的。因为工作台的精度比较差，往往就会导致导轨副发热的现象，严重的时候甚至会出现模研伤的问题。所以，对于大型的立车来讲，底座导轨的现场铲刮是保证车床能够保持机床加工精度的关键所在。具体的方法就是，将底座的导轨用长平尺从水平的位置按照“米”字型进行精度的测量和粗略的调配。然后，在此基础上使用两个水平仪沿着导轨的切线以及颈向排水平并且调整到整体平面度在两个刻度之间。导轨要均匀的涂上红丹粉，扣起工作台，点动工作台并且进行合研的工序。然后，将工作条吊起来之后，根据点的接触情况，对底座导轨进行铲刮。这个过程要不断的重复，一直等到水平的接触合格之后再进行精铲的工序。只需要加密点子到每个平方厘米12个以上就可以满足精铲的要求。
（3）卸荷垫的调整问题
对于工作台来讲，其导轨的位置主要起的是支撑的作用，在其中心下会变形甚至下凹。所以，为了抵抗变形以及预紧卸荷，通过卸荷垫就能够提起工作台的中心达到一定的工艺吃寸。其安装的主要工序为，首先要通过螺栓将工作台与锥套相互固定在一起，在不放卸荷垫的情况下，通过四个90度分布的螺栓将锥套提起来。提起的尺度为0.77mm-0.99mm之间。策略这个时候的卸荷垫装配位置及其空间高度，这个高度值就是我们要装配的卸荷垫的尺寸。然后装进预算磨好的卸荷垫，再提起锥套进行测量，看是不是已经提起达到了规定的范围。如果存在一定的误差的话，那就根据测量的数据以及卸荷垫的具体尺寸对卸荷垫进行重新的加工。
二、 卧车机床及其加工制造技术
1 、卧车车床
卧车车床指的是主轴水平布置，但是旋转的运动，大刀可以进行沿着床身纵向的运动，可以用于加工各种旋转体以及螺纹等的部件，是一种广泛使用的车床。
2、 卧车车床虎头刀夹拉刀结构问题
（1）设计方案设置
到目前为止，对于卧车的车床刀夹一般是采取了螺丝直接顶紧车刀的传统方式进行固定，每一次换刀的过程中都需要一定过得人工首先拆卸，然后组装刀具。在换刀之后还是进行试运行的供需。要中心点对刀尖的原点。在整个的过程中，刀具的更换、拆卸不仅仅费时费力，还降低了车床的工作效率。为了能够进一步的解决这个问题。可以采取卧车车床虎头刀夹拉刀的结构。将原有的虎头刀夹整体进行重新的标准化设计。这样就能够实现笔记哦好的更换性能，使得整体的换刀过程能够缩短时间。并且在这个过程中如果选用了标准刀具的话，也能过实现刀具更换之后的原点不便。刀具在虎头的刀夹上的固定以及对刀的过程通过很简单的车间装配程序就能够完成。并且刀具在虎头刀夹上固定以及对刀的过程都不会占有任何的机床加工工作时间。虎头刀夹本身与L型的刀夹固定底座的配合使用可以有效的进行结构的定位。这样就能够在最大限度的负荷切削力的作用下依然可以保持比较好的重复定位进度与联接的刚度。虎头刀夹要采取液压马达驱动的机动拉刀进行夹紧。这样的运行相对比较安全可靠。
（2）虎头刀夹的拉刀结构工作原理
对于虎头刀夹的固定过程，首先要将虎头刀夹安装在L型的刀夹固定座之上，然后将固定在刀夹后部的刀夹拉钉向锁刀拉杆的螺纹部分进行靠近，通过按钮站来对液压马达按照顺时针的方向转动，再将液压马达通过联轴器的驱动锁刀拉杆向着顺时针的方向进行转动，同时，锁刀的拉杆拉动固定在刀夹候补的拉钉，带动装配了车道的虎头刀夹整体的向后面转动，到了与L型的刀夹固定座相互配合的面之后，将虎头刀夹所在L座上面，再停止液压马达就完成了虎头刀刀夹的固定工作。
参考文献：
1、华夕晓，赵艳朋，张文彪，立式车床刀架滑枕加工工艺改进[J]，民营科技，2011年03期
2、王丽艳，李立强，姜辉，孙先柱，季伟东，卧式车床虎头刀夹拉刀结构设计[J]，制造技术与机床，2011年04期
3、宗西成，孙彦旭，卧式车床改为双面镗床[J]，机械工人.冷加工，1999年07期
4、庞峰！710048，细长轴螺纹在卧式车床上的加工[J]，企业技术开发，2000年08期