时间：2023-11-20 15:34:05
关键词：管子车床主轴，中心架，卡盘，切削参数
S1-384管子车床主轴的加工基本分为：粗加工阶段，半精加工阶段，精加工阶段，，加工过程如下：1）锻造2）镗端面3）粗车外圆4）粗车内孔5）热处理6）车基准7）精车内孔8）车基准9）粗车锥孔10）粗车外圆11）粗磨外圆12）划线13）镗键槽14）钻孔15）攻螺纹16）半精车锥孔17）半精磨18）半精车锥孔19）精磨外圆20）精车外锥面21）精车内锥孔22）精车螺纹23）修整24）检验
从加工过程不难看出，主轴是根据主要表面的精度和表面粗糙度确定它的加工工艺过程的。。主轴的外圆表面与内锥面同时作为主轴的主要表面，这些表面的加工顺序，很大程度上取决于定位基准的选择。。主轴以外圆作为精基准，以轴两端的中心孔为精基准，以顶尖孔为精基准，除了使设计基准与定位基准重合外，同时所获得的定位精度较高，即使分二次装夹，调头加工也可能得到较好的位置精度。
其中大部分工序安排在车序加工，下面，就主要讨论车削加工中出现的各种问题以及保证措施，以每序分别讨论
以下是车削加工工序中的加工方法：
1．粗车外圆
（1）装夹毛坯φ550外圆，台尾上60°锥面活顶尖（290-420）顶内孔φ320，找正φ550外圆，其中毛坯尺寸留量应一致。车φ550外圆至φ535，φ420外圆至φ435，并保持大端70mm为80mm.
（2）调头夹φ435外圆，用CW61100B机床中心架，调正中心架，外圆打百分表找正在0.05左右，车φ435至尺寸（与第一次车φ435外圆接上），并车端面见平。
（3）卡φ535外圆，架φ435外圆，平端面，保持全长1229±0.50为1230
主轴的车序加工全部在CW61100B车床上进行加工。
CW61100B的车床工艺参数见下表：
【关键词】热变形的影响；主轴箱
主轴箱作为卧式车床的重要部件之一。在工作时，由于传动件的机械摩擦，油飞溅，搅拌作用等而发热，使主轴箱温度升高，产生热变形。热变形的影响，主要有以下几个方面：
第一、改变各相关部件的相对位置。
如主轴箱发热后使主轴轴线升高，而尾座则由于内部无传动件而温升很小，这就使主轴与尾座套筒轴线的相对位置发生改变，影响工件的加工精度。
第二、改变主轴的几何位置。
主轴的前后支承构造不同，温升也不同。这就使得前后支承处箱体的热膨胀量不同，从而使主轴轴线倾斜，热检时超差。
第三、改变轴承的间隙。
箱体的散热条件较好，轴承和主轴的散热条件较差，这就使得轴承和主轴的温度高于箱体，热膨胀量较多，从而产生减少轴承的间隙或加大预紧量。这样，又会进一步增加发热量和温差，严重时将导致发生事故。
第四、改变条件。
温升使油的粘度降低，粘度降低又将进一步降低油的性能和油膜的承载压力，严重时导致失效。
因此，减少主轴箱的发热和加强散热，以便降低温升，并采取某些均热措施以减少不均匀热膨胀是设计主轴箱，特别是设计数控卧式车床主轴箱所必须考虑的问题。
1.热平衡和温度场
主轴箱在工作时一方面产生热量，另一方面又向周围环境散发热量。如果单位时间产生的热量一定，则开始时，主轴箱的温度较低，与周转环境之间的温差较小，散热较少，温度升高就较快。随着温度的升高将逐步减慢。最后一定会达到某一温度，这时，同一时间内的发热量等于散热量，即达到了热平衡。
达到热平衡的时间是相当长的，对于普通车床国家现行通用技术要求规定每小时的温升不差过5℃，就认为达到了热平衡。一般需连续运转2至3小时才能达到热平衡。
主轴箱的温度不可能每个部位都相同。热源处温度较高，其它地方较低。一般机床的主轴箱往往就是主轴轴承处的温度高。按照国家现行标准规定，普通精度级机床，当主轴的最高转速空运转达到热平衡时，主轴轴承的温度和温升，滑动轴承温度不超过60℃，温升不超过30℃；滚动轴承温度不超过70℃，温升不超过40℃。这里的温升实际上是滚动轴承外圈的温升。轴颈的温升由于散热条件较差需要更高些。
热量主要是从某个热源发出的。所以热源处温度最高，离热源越远则温度较低。这就形成了温度场。
事实上，热源往往不止一个。例如若主轴箱底部油池热油聚集在内，这就形成另一个热源。此外箱体的厚度也不会均匀。这时，等温线将表现为复杂的曲线。由于各处温度不同，将产生不均匀的热变形，从而进一步影响加工精度。
2.主轴箱的温升估算
机床各部件中发热最多的主轴箱。因此，有必要对主轴箱的温升进行估算。如果发现温升过高，则在设计阶段就可采取措施。例如：加通风、箱体增加散热片、油专设油箱进行外循环、油设冷却装置等。
2.1主轴箱的发热
主轴箱的较高温度出现在主轴高速空载连续运转达到平衡温度时，主轴箱的发热量Q，可以认为是由主轴最高速旋转时空载损失N空转化来的。
Q=N（kw）=1000N（w）
2.2主轴箱体的平均温升估算
箱体内多个热源，如轴承、齿轮、摩擦离合器、油池等。它们的发热不同，又分布在箱体内各个部分。箱体和表面散热条件也不一致，故箱体上个点温度并不均匀。下式可用来对箱体的平均温升进行估算。运转2小时后箱体的平均温升：
ψ——箱体通过接合面传至其他机件的热量比例。对于车床和组合机床ψ=0.15～0.2，接触面较大时取大值。
平均散热系数K=（Wm2·℃）
式中AA.....A——各箱壁表面积（m2）
KK......K——分别为箱体第1至第n壁的散热系数（Wm2·℃）见表1。
例：估算一卧式车床主轴箱在主轴以最高转速运转时的平均温升。主轴和带轮转速均为1400r/min，空转功率损失估算为Q=N（kw）=1925（w）。箱体的尺寸如图1所示。箱体质量为500 kg。
（1）散热系数h。
箱体的面1前有高速旋转的卡盘，表面3之后又带轮皆能产生良好的气流，K=K=85（Wm2·℃）；面积皆为0.355x0.52=0.184m2。表面2、4、5的邻接面有良好的气流K=K=K=16（Wm2·℃）；表面6散热条件较差，K=14（Wm2·℃）；面积A=A=0.57x0.355=0.202m2， A=A=0.52x0.57=0.296m2。
K=
==34.2（Wm2·℃）
（2）散热面积A=（0.184+0202+0.296）×2=1.364。
（3）时间常数Z==≈1.5（h）
（4）求箱体平均温升取ψ=1.75
当t=1h时，Q=（1-0.175）××（1-e）≈15℃
当t=2h时，Q=（1-0.175）××（1-e）≈22.5℃
当t=3h时Q=（1-0.175）××（1-e）≈26.4℃
从以上计算结果可以看出，运转1小时至3小时之间温升已经小于4℃，可以认为达到了热平衡。箱体平均温升约为27℃。作为普通精度等级机床的主轴箱，可以不采用降温措施。
【参考文献】
[1]机械设计通用手册——机械工业出版社.
[2]重型机床设计与计算——北京工业大学出版社.
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
[1] 王侃夫. 数控机床控制技术与系统[M]. 北京:机械工业出版社，2002.
关键词：改造；数控车床；质量控制
如果对所用的普通车床和长时间使用的车床不进行改造，仅购买新的数控车床，则会增加许多生产厂家设备方面的成本。所以生产厂家对普通车床及长时间使用的车床进行数控化改造是必经之路。
由于进行数控化改造对于改造厂家来说，较杂又乱，但如何对改造的数控机床进行质量控制则是我们一直以来需要探讨的问题，在此谈一下如何进行改造数控车床的质量控制。
普通车床数控改造分为新机改造和旧机改造，新机改造是用户购买普通车床或普通光机（指仅带床头箱和纵、横向导轨的车床），改造厂家根据其要求进行数控化改造。旧机改造是指用户将已经使用过的普通车床或数控车床进行翻新并进行数控化改造。其中旧机改造包括大修车床改造和用户旧机部件改造。在此浅谈改造数控车床在机械方面的质量控制方法、着重控制点和检验过程。
1 新机改造和旧机大修车床改造都必须经过如下相同改造
(1)更换X轴、Z轴丝杆、轴承、电机。
(2)增加电动刀架和主轴编码器。
(3)增加轴向电机的驱动装置，限制运行超程的行程开关，加装变频器（客户需要）以及为了加工和安全所需的电气部分。
(4)X轴、Z轴的丝杆两端支承面的配刮、滚珠丝杆副托架与床鞍的配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮。
(5) 据需要增加防护设施，如各向丝杆的防护罩，安全防护门，行程开关的防护装置。
2 新机改造和旧机大修车床改造的不同点
(1)新机改造的主轴和尾座部分未进行改动，主轴部分和尾座部分无须进行再改造。
(2)旧机大修车床由于经过长时间使用，导轨已磨损，为了保证大修后，能继续长时间使用而不变形，必须经过淬火工序，然后磨导轨，且磨导轨后必须保证导轨硬度≥HRC47。
(3)旧机大修车床应根据客户需要对主轴部分和尾座部分进行改造和调整。
3 新机改造和大修机床改造的精度检验是检验的重要项目
精度检验执行JB/T8324.1-1996《简式数控卧式车床 精度》。
4 新车床改造的精度质量控制如下
(1)铲刮检验。新车床改造经过对X轴、Z轴的丝杆两端支承面的进行配刮、对滚珠丝杆副托架与床鞍进行配刮、床身与床鞍导轨副进行配刮等。车床的主轴、尾座部分未拆动。检验方法如下：用配合面进行涂色，相互配合面进行结合，并相对摩擦，然后对铲刮面进行铲刮点数检验，并对结合处用塞尺进行结合程度检验，其中刮研点不得低于6点/25*25mm，0.03mm的塞尺塞结合处，不入。
(2)丝杆与导轨平行度检验：装配丝杆时，丝杆与导轨的平行度必须≤0.02mm。
(3)精度检验的G1项中导轨在垂直平面内的直线度(只许凸)应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。
(4)精度检验中的主轴部分精度G4、G5、G6项也应由普通车床厂家进行保证，不作为重点检验项目。
(5)G11项床头、尾座两顶尖的等高度由普通车床厂家进行保证，不作为改造厂家质量控制的重点项目。 转贴于
5 用户大修车床改造的精度检验
由于进行了磨导轨，基准面已变动，所以精度检验中的所有项目必须进行检验，且应严格进行控制，以保证改造后的使用性能。
6 大修车床改造和新机改造的其它质量重要控制点
(1)锈蚀检查：各横、纵向导轨面，主轴、主轴法兰盘，尾座空心套和各
(2)外露非油漆表面都必须采取防锈措施，如清洗干净后，用润滑脂等进行防锈检查：铲刮面、丝杆和轴承在进行装配前必须清洗干净，不得留有红丹粉、铁削和其它脏物质；电箱内侧、防护罩内侧无灰尘、脏物。
(3)渗漏检查：大修车床改造的主轴轴承和齿轮等必须保持润滑，大修车床改造和新车床改造的轴向丝杆和轴承必须有润滑，必须有冷却装置，且以上润滑和冷却中接头处，油、水箱等处都不得有渗漏现象。
(4)机床噪声、温升、转速、空运转试验：
①主轴在各种转速下连续空运转 4min，其中最高转速运转时间不小于2小时。整机空运行时间≥16h，对圆弧、螺纹、外圆、端面等循环车削进行模拟空运行试验。
②主轴轴承温度稳定后，测轴承温度及温升滚动轴承：温度≤70℃，温升≤40℃；滑动轴承：温度≤60℃，温升≤30℃。
③机床噪声声压级空运转条件下≤83dB(A)，且机床有无不正常尖叫、冲击声。各轴方向进给运动进行应平稳，无明显振动、颤动和爬行现象。
④机床连续空运转试验在规定连续空运转时间内，无故障，运行可靠，稳定。
(5)用户更换部件（包括机床部分的维修）的改造：由于车床更换部件的改造项目较多，主要是更换主轴轴承、轴向丝杆、轴向电机、轴向轴承和系统。
①更换主轴轴承：由于更换主轴轴承是为了保证加工外圆和端面的精度，必须在更换轴承后，先行检验主轴的噪声在无异常的情况下，整机噪声声压级不得超过83dB（A），然后进行加工精度检验，并检验加工工件的表面粗糙度。
②更换轴向丝杆检验：检验各向位置精度，确保在规定范围内，跑机运行达到轴向运行无不正常的冲击声和杂音。更换轴向电机：由于其它项目未进行改造，则检验仅对跑机运行的噪声进行检验，轴向运行无不正常的冲击声和杂音。检验其轴向反向间隙，以防在装配中由于装配引起反向差值不符合要求。
③更换轴向轴承：对于更换轴向轴承的情况，必须保证轴向的反向差值达到要求，并检查无不正常的杂音。
关键词：总体设计；主参数；传动系统
1 总体设计
在卧式车床的设计上，打破传统机床的设计，增加CNC控制系统，使卧式车床实现数控控制，设计出数控卧式车床，数控车床的组成如图1。
卧式车床总体设计保证结构严谨可靠，操作方便，控制功能齐全，对于车床零件要设计精确，保证轴类、盘类，内外圆面型零件的加工效率，设计可以从以下几个方面着手：
（1）床身设计上采用水平，导轨在同一平面上，并对导轨做淬火处理。
（2）主轴箱内的主轴轴承采用高标准轴承，从主轴变形小，精度高方面考虑，保证主轴长期工作的稳定。
（3）设计四工位数控刀架，换位时间和换位精度要达到2～2.5s和0.003mm内。
（4）车床的床身采用半封闭的保护，要使冷却、排屑系统正常使用。
对于卧式车床的加工工艺范围的要求是，加工零件的范围包括圆柱面，螺纹以及内圆柱面，车床的整体采用钢及铸钢，加工零件的最大直径200mm，加工的规模设计为多种类小批量。
2 主参数
数控卧式车床的设计，因为加工规模为多种类小批量，所以设计的转速范围定为最大转速2000r/min，最小转速为150r/min。
车床加工刀具的选择上，选取高速钢作为车床的车刀，因为碳含量在0.75%左右的钢，综合性能较好，热稳定性强，可以制作各种复s刀具，车刀的主要参数如表1。
3 传动系统
确定车床的公比为1.26，根据机床主传动设计原则，车床的传动比采用12=3x2x2的形式，在车床传动系统中，采用的是降速传动，而在设计中，保证中间传动轴的变速范围小，确定传动轴的数量为4，这4个传动轴是指变速箱内的主轴，不包括电动机主轴，最终确定卧式车床的主轴转速为12级，也就是III轴上有12级转速，这样前一轴II轴上有6级转速，最后I轴上有3级转速，这样数控卧式车床的主轴转速图可以绘制出来，有4条竖线，12条横线，如图3。
电动机主轴到0轴之间的传动方式有3种，平带传动、V带传动、同步带传动，根据以往设计手册和传动性能，使用的经济性，最终选择V带作为它们之间的传动方式。
在齿轮设计上，采用滑移齿轮结构，可以对车床的转速进行调节，在这些设计完成后需要对轴进行校核，使选取的材料和结构满足车床使用要求。
4 结束语
在设计卧式车床上，要根据原有的普通车床设计理念，增加一些设计元素，例如并联机构，它会使虚拟轴机床的加工效率提升，提高零件的加工质量，同时在整体零件上，降低加工成本，选用新型材料作为机床的零件，从机床的全方面去优化，向着高性能、高精度、高自动化的方向去发展，使卧式车床在未来的发展中占有一席之地。
参考文献
[1]何小柏.金属切削机床设计指导[M].高等教育出版社，1995.
[2]冯辛安.机械制造装备设计[M].机械工业出版社，1999.
[3]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社，1993.
关键词：数控车床；机械部分；改造
引言
数控车床通常由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、系统、排屑器等部分组成。
1. 数控车床的机械部件
1.1主传动系统
主轴部件是车床实现旋转运动的执行件，结构如图1.1所示，其工作原理如下：
交流主轴电动机通过带轮15把运动传给主轴7。主轴有前后两个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承11和一对角接触球轴承10组成，轴承11用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承14，轴承间隙由螺母l和6来调整。螺钉17和13是防止螺母1和6回松的。主轴的运动经过同步带轮16和3以及同步带2带动脉冲编码器4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉5固定在主轴箱体9上。
1.2进给传动系统
数控车床的进给传动系统多采用伺服电机直接或通过同步齿形带带动滚珠丝杠旋转。其横向进给传动系统是带动刀架作横向（X轴）移动的装置，它控制工件的径向尺寸；纵向进给装置是带动刀架作轴向（Z轴）运动的装置，它控制工件的轴向尺寸。
1.3自动回转刀架
数控车床的刀架是车床的重要组成部分，其结构直接影响车床的切削性能和工作效率。回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转，分度和定位，实现车床的自动换刀。
1.4液压动力卡盘
液压动力卡盘用于夹持加工零件，它主要由固定在主轴后端的液压缸和固定在主轴前端的卡盘两部分组成，其夹紧力的大小通过调整液压系统的压力进行控制，具有结构紧凑、动作灵敏、能够实现较大夹紧力的特点。
1.5车床尾座
加工长轴类零件时需要使用尾座，一般有手动尾座和可编程尾座两种。尾座套筒的动作与主轴互锁，即在主轴转动时，按动尾座套筒退出按钮，套筒不动作，只有在主轴停止状态下，尾座套筒才能退出，以保证安全。根据需要，数控车床上也可以配置诸如机内对刀仪、自动排屑器、工件接收器等，以增加其功能。
2. 数控卧式车床改造及设计
数控车床在设计上要达到：高的静动态刚度：运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙：功率大：便于操作和维修。车床数控改造时应尽量达到上述要求。
2.1数控系统的选择
数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择：
（1）步进电机拖动的开环系统
该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该系统的位移精度较低。但该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。
（2）异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反馈的闭环数控系统
该系统与开环系统的区别是：由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。
（3）交/直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统
半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。系统精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。
（4）直线伺服系统
直线伺服系统与传统的旋转传动方式相比，特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节，即把车床进给传动链的长度缩短为零。目前应用到数控车床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。
2.2数控改造中主要机械部件改造及设计
2.2.1进给轴的改造
普通车床数控化改造时一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用进给伺服（或步进）传动链。具体体现为：Z轴：纵向电机减速箱（或联轴器）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（或联轴器） 横向滚珠丝杠横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。改造后整个传动链的传动精度在保证车床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、车床导轨的精度情况等有很大的关系。
1） 滚珠丝杠副的选择和布置结构形式
在进行普通车床数控化改造时往往都将滑动丝杠更换为滚珠丝杠副。若使用的丝杠螺母预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，能保证运动平稳，不易产生低速爬行现象；磨损小、寿命长、精度保持性好。改造时各轴滚珠丝杠的直径一般都是与原T型丝杠直径相近，对有特殊要求的车床还应根据杆系的稳定性计算其临界转速，最终确定滚珠丝杠的直径。丝杠导程在满足车床改造后性能的前提下越小，对车床的传动精度越有利。车床的传动精度在保证车床刚性的情况下，与丝杠副本身的精度和轴承布置形式有很大的关系，一般在普通车床改造中丝杠副选P4级即可满足要求，特殊精密车床选P3级甚至更高。
2.2.2车床导轨
在对普通车床进行数控化改造的同时必须针对车床导轨状况进行必要的检修处理，对于磨损较严重的更要进行大修。对车床的导轨修复其精度，主要方法有：
①塑料导轨重新粘塑并精加工修复导轨精度
②使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度
③铸铁导轨重新精加工修复导轨精度
④静压导轨重新调整导轨各处的压力，恢复导轨精度。
2.2.3 电机与丝杠的联接
在满足车床要求的前提下，为减少中间环节带来的传动误差，通常将电机与丝杠副通过联轴器直接联接，但对于大型车床，由于丝杠较长，直径较大，通常电机都要通过几级减速来实现传动。无论是采用齿轮还是同步带轮来传动，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，同步带轮传动中多采用调整中心距或张紧轮消隙法。
2.3主轴部分的改造
电主轴为一台高速电动机，其既可使用异步交流感应电动机，也可使用永磁同步电动机。电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术，通常内置一脉冲编码器，来实现厢位控制及与进给的准确配合。
车床主轴带动工件以不同转速旋转是车削加工中的主运动，消耗车床大部分动力。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，不做改动或少做改动。
2.4刀架部分的改造
目前数控车床刀架基本为电动刀架，其特点是定位更准确、迅速。电动刀架可分卧式转塔刀架（一般安装8-2把刀）和立式电动刀架，立式电动刀架有四工位（或六工位）。卧式转塔刀架价格相对较贵，改造中常用立式四工位电动刀架。
2.5 部分的改造
在对这些车床改造时一般都要对其部分进行相应的改动，采用稀油集中定量、定时供油的方式，可分为手控和编程自动润化两种，在车床导轨、丝杠。
2.6 车床的安全防护
必须以安全为前提。在车床改造中要根据实际情况采取相应的措施，切不可忽视。
滚珠丝杠副是精密元件，工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好，绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。车床改造后整个防护分局部防护、半防护和全防护三种。
结论：通过改造恢复了车床的精度和所有功能，车床状况明显改善，提高了设备运行的稳定性、可靠性，大大降低了设备的维修费用，节省了大量的资金。
参考文献
[1]吴祖育，秦鹏飞.数控机床（第三版）[M].上海科学技术出版社，2000：253.257页
关键词：数控机床；C轴功能与控制
1.C轴的定义和功能
对于数控车床来说，所谓C轴就是对应绕Z轴的旋转运动，既可实现主轴周向的任意位置控制，又能实现X-C、Z-C联动。主轴周向的任意位置控制，就是主轴分度的概念，配合锁紧装置可以将加工件定位到一个你所需要的度数，C80.000或者C161.000等等。比如数控花键铣床，就是利用C轴分度的功能，根据加工工艺的要求，将360度等分成几份，在加工程序中按照旋转度数来编程。对于数控丝杆磨床来说，头架的控制就是C轴，在加工过程中是连续低速旋转，带动Z轴作联动，即C轴转一圈Z轴走一个螺距。
车削中心上的C轴，既可实现主轴周向的任意位置控制，又能实现X-C、Z-C轴的联动。车削中心是在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。车削中心上的C轴控制又叫CS轮廓控制。CS轮廓控制是在伺服主轴（串行主轴）上组合专用的检测器，通过主轴电机进行定位的一种功能，与主轴定位（T系列）相比精度更高，可以在定位以及其它的伺服轴之间进行插补。对伺服主轴进行速度控制的情形叫主轴旋转控制，对伺服主轴进行位置控制的情形叫主轴轮廓控制。对主轴进行轮廓控制的功能就是CS轮廓控制功能。
2.C轴的驱动和检测
C轴控制就是位置控制。对于花键铣床来说，C轴是用来分度的；对于丝杆磨床来说，C轴是连续低速旋转，带动Z轴作联动，这两种机床都是将直线轴作为旋转轴用，所以用伺服电机来驱动就可以了，使用上与通常的伺服进给轴一样。数控车床的伺服主轴只起到带动材料旋转的作用，对于车削中心来说C轴是在伺服主轴（串行主轴）上组合专用的检测器来控制的，所以C轴是由伺服主轴电机来驱动的。主轴旋转和C轴的切换，随来自PMC的信号和M代码而定。此时C轴控制的手动以及自动运行，与通常的伺服进给轴也相同。
带有C轴的机床加工精度要求都比较高，因此需要全闭环控制。对于花键铣床和丝杆磨床来说，选用角度编码器作为检测装置就可以实现。角度编码器通常是指精度高于±5"和线数高于10000的编码器。车削中心的C轴所采用的专用检测器是模块式磁栅编码器，它的内径大，读数头尺寸小且结构紧凑，能够支持高转速且具有足够刚性。根据不同机床加工精度的要求来选择C轴检测装置的线数，由于受机械主轴以及安装尺寸大小的局限性，检测装置的线数一般都不能达到精度要求，需要它自身的细分数和数控系统的倍频数才能完成。
3.C轴应用和系统控制参数
以DLA20车削中心上的C轴为例，简述一下C轴的应用，以及三菱数控系统M70VA控制C轴相关参数的设置。此台车削中心由三菱数控系统M70VA控制，伺服主轴和动力头伺服主轴，NC控制4轴，即X轴、Z轴、Y轴、C轴，C轴的检测器是选用海德汉的ERM 200系列的模块式磁栅编码器，根据机床加工精度的要求以及主轴径的大小，选用ERM 280模块式磁栅编码器，此编码器输出信号为正弦电压信号～1 VPP，支持高倍频细分。这个信号属于增量信号，但它带有一个参考点，所以使用上相当于绝对值信号，回零时不需要回零减速开关；若确定参考点之后，数控系统每次断电通电后，不用每次回参考点，仍可找到原绝对坐标位置。此编码器的线数为1200线，经过EIB 392M接口单元细分，细分数能达到16384倍，则此编码器的分辨率为1200×16384=19660800p/rev。
三菱数控系统M70VA控制车削中心C轴的几个重要的参数如下：
#13019 位置检测分辨率：设为“0”
#13031 位置检测器类型、速度检测器类型以及电机类型：设为“6200”
#13051 双反馈控制时间常数：设为“100”
#13052 双反馈控制死区：设为“1000”
#13053 误差过大检测区间：设为“0”
#13054 闭环过行程检测宽度：设为“C1”
#13097 扩展机械侧编码器的分辨率：设为“300”
#13019在不带有C轴时设定值与#13020速度检测器分辨率设定的值相同；当带有C轴时，#13019=编码器的脉冲数/65536的余数=19660800/65536的余数。#13097就是数控系统的倍频数，在不带有C轴时设为0，当带有C轴时，#13097=编码器的脉冲数/65536的商=19660800/65536的商。这两个参数的设置值与模块式磁栅编码器的线数以及其细分数有关系。#13031带有主轴侧位置检测器时设为6200，#13053带有主轴位置检测器时需要设为0，#13054闭环过行程检测宽度设为C1，其它两个参数根据内容说明再结合机床实际运行来设置，在没有系统报警且机床运转正常就可以。如果这几个参数在带有C轴全闭环控制时设置不当，数控系统将会出现反馈异常1、反馈异常2以及误差过大等报警，机床将无法正常运行。
4. 结语
C轴在数控车床上的应用，基本上就是分度定位的应用。在复合车削中心机床上，有用到铣削功能的时候就会用到C轴， C轴和X，Y这些配合使用可以在圆周面上进行刻字等等复杂加工。一般来讲如果是加工中心的话就是机床的第四轴，也就是附加旋转轴。至于围绕哪个直线轴旋转，根据不同品牌的机床会有不同的命名。C轴的检测装置根据机床加工精度和数控系统的不同，检测装置的信号与线数以及控制接口参数都会有所不同。
参考文献：
[1]《MITSUBISHI CNC 70系列 设定说明书》
[2]《HEIDENHAIN EIB 392》
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