2.2 数控化改造的总体设计方案
2.2.1主传动系统
由于要保证加工零件表面质量的一致性和加工质量，所以必须是主轴的转动稳定并能实现恒速切削。这就要求主轴能实现无级变速。以下是主传动系统的改造方案：拆除原车床的主轴电动机与主轴箱，用伺服电动机替换原有的三相异步电动机，所选的伺服电动机必须提供足够的切削力和切削功率。通过已确定的数据计算主轴的结构、材料与尺寸，使主轴具有足够的刚度与精度。通过带轮将伺服电动机与主轴进行定比联接，重新选择主轴部件的支承，如轴承。并且重新设计主轴部件结构，从而降低主传动的噪音、共振及发热等问题。
为了使改造后的数控车床能自动加工螺纹，须配置主轴脉冲编码器作为车床主轴位置信号的反馈元件，其目的是用来检测主轴转角的位置，通过主轴—脉冲编码器—数控系统—步进电机的信息转换系统，实现主轴转一转，刀架纵向移动一个导程的车螺纹运动。 主轴脉冲编码器的安装，通常采用两种方式：一种是同轴安装，另外一种是异轴安装。同轴安装的结构简单，缺点是安装后不能加工穿入车床主轴孔的零件，限制了工件的加工长度，而异轴安装不会遇到这种问题，因此，异轴安装较合适。 2.2.2进给传动系统的改造
数控车床的进给系统具有精度高、速度快和稳定性的特点并且还要有快速响应的特点，所以，拆除原来的手动操作装置，在远离操作者的床鞍与床身上安装伺服电动机，采用闭环控制系统，在另一端安装光电脉冲编码器。为了减小摩擦，拆除原来的传动原件改用滚珠丝杆传动以提高精度，稳定性和快速响应的特点。用螺母连接工作台与丝杆，丝杆的旋转运动带动工作台移动。通过双螺母预紧的方法可以调整滚珠丝杆副轴间的间隙。为了使进给系统在低速时有很大的转矩，于是在步进电动机与滚珠丝杆之间用一级齿轮减速机构连接，滚珠丝杆的一段作为减速机构的输出轴。齿轮副间同样存在着间隙，常见的消隙方法有刚性与柔性消隙。车床进行横向进给时，由步进电机通过减速箱将动力传递给滚珠丝杠，再由滚珠丝杠带动螺母座，再通过螺母座带动中拖板做横向运动。滚珠丝杠螺母副继续采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙。 纵向运动同样是这样。
图2-1 横向传动结构图
2.2.3刀架的改造
拆除原手动刀架和小拖板，安装由数控系统控制的四工位电动刀架。根据车床的型号及主轴中心高度，选用常州市宏达机床数控设备厂生产的LD4-C6132型电动刀架，该刀架内带120W三相交流异步电动机用于驱动正转选刀。内置的4只霍尔元件检测刀位位置，电动机反转完成刀具定位锁紧。
图2-2电动刀架安装实物图
2.2.4 改造方案图
图2-3 车床的改造方案路线
本章小结
本章通过将普通车床和数控车床进行参数对比，然后得出车床经过数控化改造后所能实现的技术参数。然后根据机床要求设计出数控化改造的大概方案和路线。
第3章 主传动系统的数控化改造
现代机械加工正朝着高速、高效和高精度的方向发展，于是机床主轴系统必须具有更高的转速、更高的稳定性和更大的无级调速范围；不但在机械加工中能自动变速，而且机床结构要简单，噪声要小，动态性能要好，可靠性要高。数控车床作为高度机电一体化设备，其传动系统的设计一般应满足如下的基本要求。
1.使用性能要求 首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速和转速级数。传动系统设计合理，操纵方便灵活、迅速、安全可靠。
2.传递动力要求 主电机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。
3.工作性能要求 主传动中所有零部件要有足够的刚度、精度和抗振性，热变形特性稳定。
此外，还要求主轴传动系统结构简单，便于调整和维修；工艺性好，便于加工和装配；防护性能好；使用寿命长[3]。
3.1 主传动系统的传动方式
机床主传动系统可分为分级变速传动和无级变速传动。与普通车床相比，数控车床的主传动通常采用交、直流主轴调速电动机，电动机调速范围大，并可无级调速，使主轴箱结构大为简化。为了适应不同的加工需要，数控车床的传动系统有以下三种传动方式。
1.由电动机直接驱动 主轴电动机与主轴通过联轴器直接连接，或采用内装式主轴电动机直接驱动。
2.采用定比传动 主轴电动机经定比传动传递给主轴，定比传动可采用带传动或齿轮传动。
3.采用分档变速传动 分档变速传动主要是为了解决主轴电动机的功率特性和机床主轴功率特性的匹配。
定比传动直接扩大了直接驱动的应用范围，即在一定程度上满足了主轴功率与转矩的要求，同时由于带传动结构简单、传动噪声小、振动小的特点，所以主传动方式选择定比传动方式，采用同步带轮传动
3.2 主轴驱动与控制
数控车床的主轴驱动单元是车床的核心部件之一。在加工过程中，主轴驱动为了维持恒定、最优的切削速度，必须相应于切削半径的变化连续的调速，以确保加工的稳定性和较高的生产率。当加工部件的切削内外半径相差很大时，主轴速度变化将达到几倍，甚至几十倍。不难看出，主轴驱动与进给驱动有很大的差别，它不但要求较高的速度精度、动态刚度，而且要求连续输出的高转矩的能力和非常宽的恒功率运行范围
随着数控技术的不断发展，传统的主轴驱动已经不能满足要求。现代数控机床对主传动提出了更高的要求。
1.主传动要有较宽的调速范围，以保证切削时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。
2.为改善主轴的动态性能，需要主传动有较大的无级调速范围。
3.要求主轴在整个速度范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。
4.为满足数控车床的螺纹切削功能，要切主轴与进给驱动实行同步控制；在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴和高精度的角度分度控制功能。
3.3 主轴电动机
过去数控机床多采用晶闸管主轴驱动系统，但由于直流电动机受机械换向的影响，其使用和维护都比较麻烦，并且其恒功率调速范围小。与直流电动机相比，交流电动机有以下几个优点：
1.无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低 2.定子绕组散热比较方便 3.惯量小，易于提高系统的快速性 4.适应于高速大力矩工作状态 5.同功率下有较小的体积和重量
由于数控机床的主轴系统不需要很高的动态性能和调速范围，主轴驱动一般选笼式异步电动机。笼式异步电动机结构简单、便宜、可靠，配上矢量变换控制的主轴驱动装置，完全可满足数控机床主轴的要求。