们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重数控化率到年只有.，而日本在年已达.，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。数控化改造的市场空间机床的数控制化改造是个方兴未的行业，从各种统计数字上看前途应该是十分光明的，例如在美国，日本和德国等发达国家，它们的机床改造人作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及数控技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业所以不难看出国内的市场我国目前机床总量余万台，而其中数控机床总数只有.万台，即我国机床数控化率不到。近年来，我国数控机床年产量约为万台，年产值约为亿元。机床的年产量数控化率为。随转速下降而上升。至点为主轴输出的最大转矩。为转矩区。至也是由三段拼成的。分段有级变速传动方案确定传动方案的设计计算由前面计算得，带传动的传动比取故取齿轮的设计计算大小齿轮都采用号钢调质，选小齿轮硬度为，大齿轮硬度为，精度选用六级，模数.,齿宽,螺旋角所以还应该校核齿轮表面接触疲劳强度，弯曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过程略。.电磁离合器的设计计算有级变速的自动变换方法般有液压或电磁离合器两种。液压变速机构是通过液压缸活塞杆带动拔叉推动滑移齿轮移动来实现变速，双联滑移齿轮用个液压缸，而三联滑移齿轮必须使用两个液压缸实现三位移位。电磁离合器是应用电磁效用接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操作元件。电磁离合器用于数控机床的主转动时，能简化变速机构，操作方便，通过若干个安装在各转动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。图电磁离合器变速的主传动系统图图是采用电磁离合器变速的传动系统图，该传动系统由四对相互啮合的齿轮构成二级齿轮变速。每对相啮合的齿轮中有个空套在传动轴上，并与电磁离合器的联接件联接，离合器与传动轴采用花键联接，空套齿轮与传动轴之间只有在电磁离合器吸合时才能传动。因此，通过各离合器的吸合和分离的不同组合可以改变运动的传动路线，实现主轴的变速。对所示系统，四个离合器有种可实现传动的组合，由于有两组齿轮的齿数样，因而有条不同的传动路线，可获得档机械变速表.表.电磁离合器动作与传动比电动机转速•主轴转速•传动比电磁离合器当从装置中输出主轴转速主时，此主轴转速主经过比较器进行比较当•主•时电磁离合器和吸合，和分离，此时整个系统的转动比是，交流电动机的进行恒转矩传动。其转速为电主••。当•主•时电磁离合器和吸合，和分离，此时整个系统的转动比是，交流电动机的进行恒功率传动。其转速为电主••。当•主•时电磁离合器和吸合，和分离，此时整个系统的转动比是，交流电动机的进行恒功率传动。取变速箱的公比等于电机的恒功率调速范围,即.则机床主轴的恒功率变速范围为变速箱的变速级数.其中主轴恒功率区变速范围变速箱的公比必须是整数，可取变速箱的变速级数。其转速图如图所示。电动机经定比传动，使变速箱的轴Ⅰ得到恒功率和恒转矩的转速。如果经ⅠⅡⅢ轴之间的两对的齿轮传动，主轴能得到恒功率转速范围。当主轴转速降到时，电动机转速降到额定转速。如果电动机转速继续下降，则将进入恒转矩区，最大输出功率也将随之下降。表现在图的功率特性图上，主轴转速为时，为段，是恒功率。当电动机转速低于额定转速时，最大输出功率将沿段虚线下降。图传动系统及功率特性图当主轴转速降到时，变速箱变速，经传动主轴。这时电动机转速自动地回到最高转速。当电动机又从降到时，主轴从降到，还是为恒功率。在功率特性图上为段。当主轴转速降到时，变速箱变速，经转动主轴。电动机又回到最高转速。主轴从降到，在特性图上为段。主轴的转速已低于原要求的计算转速，以下进入恒转矩段。靠电动机继续降速得到，当电动机转速降到时，主轴转速降到，即为主轴的最低转速，这时电动机的最大输出功率为.即为额定功率的。在图中，应为条直线。为了清楚起见，把它画成三段，并略错开。可以看出，主轴恒功率变速范围是由段组成的，每段的变速范围为电动机的恒功率调速范围。所以，变速箱的公比。电动机的功率根据主轴的需要选择。主轴计算转速为点的转速。表.为主轴转速与有级级数和电动机调压调磁转速的关系.表.主轴转速与有级级数和电动机调压调磁转速的关系•有级级数•Ⅰ••Ⅱ••Ⅲ••Ⅳ••图为转矩特性。从至，转流调速电动机。但直流调速电动机恒功率调速范围很小，般只有，很少到，且换向有限制，现大多采用交流变频主轴驱动系统。交流变频调速电动机的性能与直流调速电动机类似，在额定转速以下为恒转矩区，在额定转速以上为恒功率区域。般主轴调速电动机的恒功率调速范围为，对于恒功率变速范围大的主轴传动系统，需要增加变速齿轮，以保证主轴上较大的恒功率范围。考虑本设计机床要求采取交流变频电动机和有级变速箱配合的方案即分段无级变速，主轴的正反转和制动停止，由数控指令直接控制电动机来实现。利用车床的主轴交流异步电动机变频器数控单元构成了变频调速系统。交流电动机的转速与频率，电动机的级对数及转差率之间的关系为,由此可知，改变电源的频率，即可改变电动机转速，且转速与频率成正比。考虑本设计机床的要求，采取交流变频电动机和有级变速箱配合的方案，即分段无级变速。主轴的正反转和制动停止由数控指令直接控制电动机实现。其主轴变频调速系统原理图如图所示如图所示是机床主轴要求的功率特性和转矩特性。这两条特性曲线是以计算转速为分界，从至最高转速的区域Ⅰ为恒功率区，在该区域内，任意转速下主轴都可输出额定的功率，在该区域内，最大转矩则随主轴转速下降而上升。从最低转速至的区域Ⅱ为恒转矩区。在该区域内，最大转矩不再随转速下降而上升，任何转速下可能提供的转矩都不能超过计算转速下的转矩，这个转矩就是机床主轴的最大转矩。在区域内，主轴可能输出的最大功率，则随主轴转速的下降而下降。通常，恒功率区约占整个主轴变速范围的恒转矩区约占。如图所示是变速电动机的功率特性。从额定转速到最高转速区域Ⅰ为恒功率区从最低转速至的区域Ⅱ为恒转矩区。直流电动机的额定转速常为。从至用调节磁通的方法得到，称为调磁调速从至用调节电驱电压的办法得到，称为调压调速。交流调频电动机用调节电源频率来达到调速的目的。额定转速常为。这两种电动机的恒功率转速范围为恒转矩变速范围则可达以上。图主轴的功率转矩特性图变速电动机的功率特性所谓分段无级变速就是在交流或直流电机无级调速的基础上配以齿轮变速。它能够实现中高速段的恒功率传动，低速段的恒转矩传动。在该系统中，主轴的正反转和制动停止，通过数控指令直接控制电机来实现。主轴的变速则有电动机的无级变速与齿轮的有机变速相配合来实现。.主传动部分改造设计计算主传动部分改造设计计算包括电动机的设计于选择,主传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析,数控机床分级变速箱的设计,电磁离合器的设计计算,机床调速电机控制电路图的设计.电动机的选择根据原机床参数及要求初选改造后车床主轴变速范围,数控,改造图纸,机械设计,毕业论文本课题重点在于机械部分的设计，重点是传动部分，伺服进给机构，自动转位刀架及数控系统的选择与设计。车床的主轴转速部分采用了变频调速交流异步电机，有级变速部分采用电磁离合器控制机构车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动，经步进电机驱动，齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向横向进给运动刀架改成由微机控制，经电机驱动的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，需安装主轴脉冲发生器。改造后的车床实现了分段的无极调速，满足了横向与纵向的自动进给，具备了数控车床的功能。因此它有利于改善工人的工作环境，降低工作强度，提高加工质量。关键词主传动变频调速电磁离合器伺服系统齿轮滚珠丝杠转位刀架数控系统概论.数控系统发展简史年诞生了世界上第台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。年后，即在年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。.国内数控机床状况分析国内数控机床现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。年，我国机床工业产值已进入世界第名，机床消费额在世界排名上升到第位，达.亿美元，仅次于美国的.亿美元，消费额比上年增长。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，年进口机床跃升至世界第位，达.亿美元，比上年增长.。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床数控磨床数控特种加工机床数控剪板机数控成形折弯机数控压铸机等，普通机床有钻床锯床插床拉床组合机床液压压力机木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。国内数控机床的特点新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。年国内数控金切机床产量已达.万台，比上年增长.。金切机床行业产值数控化率从年的.提高到年的.。数控机床发展的关键配套产品有了突破。.数控系统的发展趋势继续向开放式基于的第六代方向发展基于所具有的开放性低成本高可靠性软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用机作为它的前端机，来处理人机界面编程联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。向高速化和高精度化发展这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。应用自适应控制技术数控系统能检测过程中些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。引入专家系统指导加工将熟练工人和专家的经验，加工的般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。引入故障诊断专家系统智能化数字伺服驱动装置可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。.机床数控化改造的必要性微观看改造的必要性从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高倍。由于计算机有