CA6140普通車(chē)床的數(shù)控化改造

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 1 頁(yè)裝訂線(xiàn)摘 要針對(duì)大多數(shù)企業(yè),具有數(shù)量眾多和較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床，其加工精度較低、不能批量生產(chǎn)，自動(dòng)化程度不高，自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性，又不能馬上被淘汰。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量、零件多變的問(wèn)題，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑,但是成本高，許多企業(yè)在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的步伐。為此把普通機(jī)床數(shù)控化改造，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的捷徑，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中，占有一席之地。本文的主要內(nèi)

2、容有：1對(duì)普通車(chē)床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)詳細(xì)論證，確定普通車(chē)床數(shù)控化改造方案；2對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的滾珠絲杠型號(hào)選擇與裝配設(shè)計(jì)，支承方式的設(shè)計(jì)與軸承型號(hào)選擇，步進(jìn)電機(jī)選擇等進(jìn)行了詳細(xì)研究；3對(duì)常用進(jìn)口數(shù)控裝置系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)比較，根據(jù)所改造的性能和精度指標(biāo)來(lái)選配數(shù)控裝置系統(tǒng)和自動(dòng)刀架型號(hào)，提出選擇方法；4根據(jù)普通車(chē)床 CA6140 電氣控制系統(tǒng)和原理圖與普通車(chē)床數(shù)控化改造CJK6140-A 的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)比分析，形成普通車(chē)床數(shù)控化改造完整的電氣控制技術(shù)圖；5.為保持切削螺紋的功能，仔細(xì)研究了在主軸上安裝脈沖發(fā)生器的選型，脈沖發(fā)生器直接與主軸間連接方法，并形成了相應(yīng)的技術(shù)圖；6.拆卸普通機(jī)床，

3、甩掉原有進(jìn)給箱等，對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)行大修，滑板貼塑與鏟刮調(diào)試，對(duì)機(jī)床相關(guān)部件和參數(shù)進(jìn)行測(cè)繪、測(cè)量；7.繪出相應(yīng)的零件圖和裝備圖；8給出普通車(chē)床數(shù)控化改造的安裝、調(diào)試方法。關(guān)鍵詞：普通車(chē)床、數(shù)控、改造ABSTRACTMost enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 2 頁(yè)裝訂線(xiàn)mass production, low automatiz

4、ation and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprises production.As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can

5、solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining.Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises equip

6、ment updating step are counteracted severly. So General lathes numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country. The

7、 main contents is:1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimums synthesize adjudicate principle.2. The ball screws type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed.3. The impo

8、rt and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming.4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140s electrici

9、ty control system and principle with the reforming CJK6140-As NC system.5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram.6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding

10、 system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe.7. Draw out parts diagrams and assemble diagram.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 3 頁(yè)裝訂線(xiàn)8 .Methods of installing and testing of general purpose lathes numer

11、ically controlled reforming were put forward.Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform 目目 錄錄 第一章 前言 -6 問(wèn)題的提出 -6國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 -6數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) -7智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) -7 普通機(jī)床數(shù)控改造的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) -8微觀看改造的必要性 -8宏觀看改造的必要性 -9 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng) -9改造的市場(chǎng) -9進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)的數(shù)控化改造市場(chǎng) -10第二章 CA6140 普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)要求 -10-10-11-

12、12第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 -14 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) -143.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 -14確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 -15縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇與校核步驟 -15橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 -19橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 -193.3.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 -203.3.3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 -22滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) -23畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 4 頁(yè)裝訂線(xiàn)滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 -23 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除 -253.6.1 采用減速箱的目的及注意事項(xiàng) -253.6.2 減少或消除空程的必要性和方

13、法 -25第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì) -26 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 -26 步進(jìn)電機(jī)的選擇 -264.2.1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 -26 CA6140 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 -274.2.3 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 -28第五章 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型 -28 數(shù)控車(chē)床刀架的基本要求 -285.2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 -29第六章 CA6140 普通車(chē)床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng) -29 數(shù)控車(chē)床及數(shù)控系統(tǒng)概述 -296.1.1 機(jī)床主機(jī) -304.1.2 驅(qū)動(dòng)裝置 -304.1.3 輔助裝置 -304.1.4 數(shù)控裝置系統(tǒng) -314.1.5 編程裝置 -

14、316.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) -31-31-316.3 單板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) -326.3.1 硬件配置 -326.3.2 貯存器空間分配 -326.3.3 I/O 口地址分配 -326.3.4 光電隔離電路 -336.4 8031 單片機(jī)簡(jiǎn)介 -336.5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) -346.5.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 -346.5.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 -346.6 譯碼電路設(shè)計(jì) -386.7 其他輔助電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) -38畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 5 頁(yè)裝訂線(xiàn)6.7.1 8031 的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘的產(chǎn)生方式 -386.7.2 復(fù)位電路 -406.7.3 越界報(bào)警電路 -4

15、06.7.4 掉電保護(hù)電路 -41第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題 -427.1 滾珠絲杠螺母副的選擇 -427.2 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 -427.3 聯(lián)軸器的安裝 -427.4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 -42第八章 結(jié)束語(yǔ) -42致謝 -43參考文獻(xiàn)-44畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 6 頁(yè)裝訂線(xiàn)第一章 前言數(shù)控車(chē)床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、零件多變的加工問(wèn)題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以?xún)?yōu)異的質(zhì)量、

16、低廉的成本,制造出合乎市場(chǎng)需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)成本的高低,又往往受工廠(chǎng)現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是成本太高，很多工廠(chǎng)在短時(shí)間內(nèi)都無(wú)法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時(shí)目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床，由于普通機(jī)床加工精度相對(duì)較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機(jī)床、配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床，是當(dāng)前許多企業(yè)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提高

17、機(jī)床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)成為世界制造業(yè)中心及制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中，占有一席之地。 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精

18、度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 7 頁(yè)裝訂線(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM 與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封

19、閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC 只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方式或通過(guò) CAD/CAM 及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM 和CNC 之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過(guò)程中 CNC 只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過(guò)程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM 中的設(shè)定量，因而影響 CNC 的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng) CNC 系統(tǒng)的這種固定程序控

20、制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了 CNC 向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程，因此，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。 1 性能發(fā)展方向 (1) 高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。 (2) 柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流

21、自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3) 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 8 頁(yè)裝訂線(xiàn)旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門(mén)子 880 系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá) 24 軸。 (4) 實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)

22、合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開(kāi)發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過(guò)程的、具有

23、閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系。根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，目前新的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車(chē)床，8.5 萬(wàn)/臺(tái)，普通新車(chē)床 CA6140，售價(jià) 3.8 萬(wàn)/臺(tái)，使用壽命 8-10 年，而已使用了 6-8 年的舊車(chē)床 CA6140，估價(jià) 0.5萬(wàn)/臺(tái)，通過(guò)改造還可使用 4-6 年。普通車(chē)床 CA6140 每臺(tái)數(shù)控化改造所需價(jià)格大約3 萬(wàn)，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高 20-30%。因此需要對(duì)普通車(chē)床的數(shù)控化改

24、造進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。設(shè)備現(xiàn)代化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)生產(chǎn)的需要，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)（包括更換新部件、新裝置、新附件等） ，改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能，使之全部或局部達(dá)到新設(shè)備的性能。從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 9 頁(yè)裝訂線(xiàn)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。 (1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線(xiàn)、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線(xiàn)或曲面。 (2) 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37

25、 倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化。 (3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配。 (4 ) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 (5) 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。由以上五條派生的優(yōu)點(diǎn)：(1)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；(2)節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床） ；(3)減少了工裝；縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期；(4)可

26、對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元） 、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS 外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行 CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)）

27、、CIMS 等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱(chēng)之為信息化） ，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有，而日本在 1994 年已達(dá)，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。1.3 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 10 頁(yè)裝訂線(xiàn)我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到

28、3。近 10 年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6。我國(guó)機(jī)床役齡 10 年以上的占 60以上；10 年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到 20，F(xiàn)MC/FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60以上） ?？梢?jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)的數(shù)控化改造市場(chǎng)我國(guó)

29、自改革開(kāi)放以來(lái)，很多企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從 19791988 年 10 年間，全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446 項(xiàng)，大約億美元。這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線(xiàn)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線(xiàn)從國(guó)外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線(xiàn)，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品銷(xiāo)路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備

30、故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長(zhǎng)時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒(méi)有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線(xiàn)是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，就可以最小的投資盤(pán)活最大的存量資產(chǎn)，爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng)。第二章 CA6140 普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)要求總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 11 頁(yè)裝訂線(xiàn)（1）普通車(chē)床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫

31、向的直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車(chē)床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車(chē)床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中，MCS51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性?xún)r(jià)比，因此，可選 MCS51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O

32、 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)床所要求的分辨率。 （7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 （9） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量

33、，以降低成本縮短改造周期。 （10）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 12 頁(yè)裝訂線(xiàn)將 CA6140 普通車(chē)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。要求該車(chē)床具有切削螺紋的功能，縱向和橫向具有直線(xiàn)和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm，橫向：0.005mm。設(shè)計(jì)參數(shù)如下：最大加工直徑：在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工長(zhǎng)度：1000mm快進(jìn)速度最大切削進(jìn)給速度代碼制ISO脈沖分配方式逐點(diǎn)比較法輸入方式增量值、絕對(duì)值通用控制坐標(biāo)數(shù)2最小指令值進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量自動(dòng)升降速性能有畢業(yè)

34、設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 13 頁(yè)裝訂線(xiàn)CA6140 型普通車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)都由主軸電機(jī)控制，而改造后的車(chē)床則把主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分離開(kāi)。分別由各自的步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制，但是為保證車(chē)床在車(chē)螺紋時(shí)主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系，所以在拆掉進(jìn)給系統(tǒng)的同時(shí)，必須在主軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器，來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸傳動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系。同時(shí)，為了提高機(jī)床的精度和效率，用滾珠絲杠來(lái)代替原機(jī)床的光杠，并且采用單獨(dú)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制。這樣不僅提高了機(jī)床的性能和精度，還提高了機(jī)床的使用性能。1. 機(jī)械部分的改造首先拆去進(jìn)給箱、溜板箱；還要對(duì)車(chē)床的床鞍進(jìn)行部分的改造，拆去縱向小拖板、 橫向拖板，將絲

35、杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制。2. 刀架的改造CA6140 普通車(chē)床的刀架不能滿(mǎn)足數(shù)改后的車(chē)床的性能和精度的要求。所以，必須要換成數(shù)控自動(dòng)刀架。主軸脈沖發(fā)生器為保持切削螺紋的功能，必須在主軸上安裝脈沖發(fā)生器，采用脈沖發(fā)生器直接與主軸由無(wú)間隙傳動(dòng)聯(lián)軸器連接，達(dá)到傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)剛度提高。主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號(hào)：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)和一個(gè)同步信號(hào)，經(jīng)隔離電路以及 I/O 接口送給數(shù)控裝置（CNC） ，脈沖發(fā)生器及光柵編碼器安裝位置如圖光柵編碼器安裝位置主軸脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理:脈沖發(fā)生器的組成部分包括白熾燈、聚光鏡、光柵盤(pán)、光闌板、光敏管及其光電整

36、形放大電路組成。光柵盤(pán)和光闌板都是玻璃材料制成，玻璃表面經(jīng)過(guò)研磨拋光后用鍍膜法鍍上一層不透光的鉻層，透光條及用照相腐蝕法制成。在光柵盤(pán)上刻有畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 14 頁(yè)裝訂線(xiàn)明暗條紋，有單條和 1024 個(gè)條兩組。當(dāng)平行光束經(jīng)過(guò)光柵盤(pán)時(shí)，在光柵盤(pán)的另一面就產(chǎn)生明暗光帶，這光帶通過(guò)一個(gè)光闌狹縫，照在對(duì)應(yīng)的光敏管上，從而產(chǎn)生光電脈沖信號(hào)，經(jīng)斯密特電路整形后輸出。單條紋的一組產(chǎn)生同步脈沖，每轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)脈沖；1024 條紋的一組通過(guò)光欄上兩個(gè)相位差 /4 間距的狹縫，產(chǎn)生兩組每轉(zhuǎn) 1024個(gè)脈沖組相差為 /4 的脈沖序列，供給微機(jī)處理，借以判斷主軸正、反轉(zhuǎn)，且可以從 1024 個(gè)脈沖

37、中均勻地取出 F 個(gè)脈沖，作為中斷信號(hào)控制插補(bǔ)速度，實(shí)現(xiàn) F 進(jìn)給控制的目的。脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車(chē)床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫

38、向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 15 頁(yè)裝訂線(xiàn)刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示：脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，常采用的脈沖當(dāng)量為 0.01mm/step 和 0.005mm/step,在 CA6140 的技術(shù)參

39、數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量為 0.01mm/step。橫向脈沖當(dāng)量為pf=0.005mm/step。pf（1）滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖所示，它可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或者將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 16 頁(yè)裝訂線(xiàn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，滾珠絲杠副既是傳動(dòng)元件，也是直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的元件。滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器） 、螺母座等組成。 工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿(mǎn)滾珠。而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，

40、并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá) 92%98%。 摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。 軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。 使用壽命長(zhǎng)、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。1）最大工作荷載計(jì)算滾珠絲杠的工作載荷（N）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承mF受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于原普通 CA6140 車(chē)床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式

41、 2-1 計(jì)算工作載荷的大小。 （3-1） ()mvFKFLfFG車(chē)削抗力分析車(chē)削外圓時(shí)的切削抗力有，主切削力與主切削速度方向一致xFyFzFzF垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力與縱向進(jìn)給垂直，yF影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或xF畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 17 頁(yè)裝訂線(xiàn)校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。切削時(shí)總切削力的分解縱切外圓時(shí)，車(chē)床的主切削力可以用下式計(jì)算：zF （3-2） zzzzzxFyFnFzFpFFC afVK =5360(N) 由金屬切削原理知：=1:0.25:0.4 （3-3） :zxyFFF 得 =1340

42、(N)xF =2144(N)yF因?yàn)檐?chē)刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車(chē)刀受到的車(chē)削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車(chē)削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷和與車(chē)刀所受到的車(chē)削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系。1FvFcF因此，作用在進(jìn)給托板上的載荷可以按下式求出： 托板上的進(jìn)給方向載荷 = =1340(N)1FxF 托板上的垂直方向載荷 = =5360(N)vFzF 托板上的橫向載荷 = =2144(N) cFyF因此，最大工作載荷 ()mvFKFLfFG畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 18 頁(yè)裝訂線(xiàn)(5360+909.8) =1790.68(N) 對(duì)于三角形導(dǎo)軌 K=1.15, =0.030.05,選=0.04(因?yàn)槭?/p>

43、貼塑導(dǎo)軌)，G 是f f 縱向橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向橫向溜板箱的重量為 75kg,刀架重量為15kg.最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷 Ca 選用，可用式 3-4 計(jì)算： （3-4） 3mmCL f FL 為工作壽命，單位為 10r，L=60nt10;n 為絲杠轉(zhuǎn)速（rmin）,n=1000vL0;v為 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（mmin）,可取最高進(jìn)給速度的 1/21/3;L0 為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得 L0=12mm; 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)有沖擊振動(dòng)，mf所以取=1.5.mf1400r/min=2226mm/minn 縱向=v 縱向1/2/L0=2226 L=

44、60nt/106=6015000/106則 =1790.68=11740（N）3mmCL f F383.5 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷 Ca 不得小于最大載荷 C;因此有CaC=11740N另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷是oaC否充分地超過(guò)了滾珠絲杠的工作載荷 Fm,一般使=23.oamCF初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為型 CD638-3.5-E 型，主要參數(shù)為=4.763mm,

45、=8mm, =63mm, =2o19 ，圈數(shù)1 wD0Lmd縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 92% （3-5）tantan2 19tan()tan(2 1910 )oo2）剛度驗(yàn)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 19 頁(yè)裝訂線(xiàn) 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。1 絲杠的拉壓變形量1 （3-6）1mF lEA =10(31.5)22 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2采用有預(yù)緊

46、的方式，因此用公式 （3-7）223mwyjFD F Z在這里 =1/3=1/31790.68=597NyjFmF mwdZD 1=145.36 Z 絲杠的總變形量= +12查表知 E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為 0.015mm，故所選絲杠合格。3）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為kF 22zkf EIFL（3-8）104Mpa；I 為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面 (為絲杠的底徑)；44()64ldImmldL 為絲杠的最大工作長(zhǎng)度（mm） ；為絲杠的支撐方式系數(shù)由下表查得。zf方式兩端端自由一端固定一端

47、自由兩端固定兩端簡(jiǎn)支zF畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 20 頁(yè)裝訂線(xiàn)由 且=2.0, E=Mpa, ,L=2800mm 為絲22zkfEIFLzf420.6 1044()64ldImm杠的長(zhǎng)度由于 I=519614mm 2425196142 3.1420.6 102800kF =276276 27627614941875kN 所以絲杠很穩(wěn)定。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類(lèi)似，所用到的公式不再詳細(xì)說(shuō)

48、明，只計(jì)算結(jié)果。電機(jī)初步估算轉(zhuǎn)速為 1500r/min，進(jìn)給速度=2。maxV/minm根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知；inVPhmaxmax則： ；mminV07. 125. 115002000maxmax根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可查到滾珠絲杠的標(biāo)準(zhǔn)系列，初選。4hPmm已知條件如下：工作臺(tái)重量：； 300WN 脈沖當(dāng)量：；0.005/mm step步距角：；0.75 /astep 進(jìn)給速度：；max2/minVm 滾珠絲杠基本導(dǎo)程：；04Lmm滾珠絲杠行程：；650Smm(1) 削力計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 21 頁(yè)裝訂線(xiàn)橫向進(jìn)給量為縱向的，取，則切削力約為縱向的：11231212 ；11

49、909.44954.722ZFN在切斷工件時(shí)：；0.50.5 954.72477.36yZFFN(1) 強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：；()yZPKFfFW取 K=1.4，=；f 則： ；1.4 477.360.2954.72300919.248PN壽命值： ；66010iiinTL 由以上條件，可以確定步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠齒輪傳動(dòng)比： ；67. 1005. 0360475. 03600pLi由于電機(jī)軸與滾珠絲杠之間是降速傳動(dòng)則： ;max131500900 /min5nVri電m ax由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，當(dāng)量轉(zhuǎn)速在之間變化時(shí)：mVmaxminVV與 ；maxmin2mVVV取為時(shí)，；?。籱inV1

50、/minr450.5 /minmVr450 /minmVr因此： ；666060450 150004051010iiinTL根據(jù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床可知，最大動(dòng)負(fù)載為：。33405919.248 1 1.28161.42iWHQL PffN 根據(jù)最大負(fù)載 Q 值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào),外循環(huán)插管埋入式雙螺母預(yù)緊式的滾珠絲杠，型號(hào)為 20042.53 左，其中額定動(dòng)載荷為 14200N，所以強(qiáng)度夠用。(2) 效率計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 22 頁(yè)裝訂線(xiàn)經(jīng)計(jì)算螺旋升角，摩擦角；2 30 10則：。2 300.926()(2 3010 )tgtgtgtg(3) 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載

51、 P 引起的導(dǎo)程的變化量：；60162919.248 0.4 42.71 1020.6 103.14 (2.8964)PLLcmEF 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，即：。所以，導(dǎo)程變形總2L1LL 誤差為： ；61002.71 106.78/0.4m m 查表可知 3 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m）為 15，故剛度足夠。/m m(4) 穩(wěn)定性由于選用的滾珠絲杠的直徑與絲杠直徑相同，而支承方式由原來(lái)的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ǎ欢藦较蛑С?，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。(1) 有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比： ；00.75 451.67360360 0.0053pLi故取：，118Z 230Z

52、 2m 20bmm20a 136dmm，。260dmm140admm264admm48amm(2) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ；2221180180 0.005300.04393.14 0.75pJWkg cm絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ；4427.8 103.2604.907sJkg cm齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ；44217.8 103.620.262ZJkg cm ；44227.8 10622.022ZJkg cm電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 23 頁(yè)裝訂線(xiàn)(3) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算；maxmax052000 53833.333 /mi

53、n4 3VnrL44maxmax2.801 833.3310109.739.69.6 0.025aJnMN cmT；01000 150 0.15 549.76 /min3.14 60 4 3tn finrDL 主；42.801 49.76100.589.6 0.025atMN cm0000.2 30 0.4 30.0287222 3.14 0.8 5F Lf WLMfN cmii2200047.736 0.4 311 0.90.01446060 3.14 0.8 547.736 0.4 30.22822 3.14 0.8 5YYtF LMN cmiF LMN mi所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩：m

54、ax09.730.2870.144101.61afMMMMN cm切削時(shí)需力矩： 00.580.2870.1442.2832.91attMMMMN cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：。00.2870.1444.31fMMMN cm從上計(jì)算可，最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速進(jìn)給啟動(dòng)時(shí)：max101.61MN cm3.4 滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)：數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用 1-5 級(jí)精度的滾珠絲杠，1-5 級(jí)度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示：精度等級(jí)項(xiàng)目符號(hào)有效行程 lm/mm123453156812162331540079131825 目標(biāo)行程公差ep400500810152027222112134.9072

55、.0220.2620.04392.8015sZZJJJJJkg cmi畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 24 頁(yè)裝訂線(xiàn)5006309111622303156812162331540068121725400500710131926行程變動(dòng)量公差Vmp500630711142129任意 300mm 內(nèi)行程變動(dòng)量V300p681216232rad 內(nèi)行程變動(dòng)量V2p45678滾珠絲杠副的軸向間隙，是指負(fù)載時(shí)滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。滾珠絲杠副的軸向間隙直接影響其傳動(dòng)剛度和傳動(dòng)精度，尤其是反向傳動(dòng)精度。因此，滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方面的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度有要

56、求外，對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求。滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊，通常采用雙螺母預(yù)緊方式，其結(jié)構(gòu)型式有三種?；驹硎鞘箖蓚€(gè)螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。1墊片調(diào)隙式 圖 35 所示結(jié)構(gòu)。是通過(guò)改變墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、剛性好，但調(diào)整費(fèi)時(shí)，且不能在工作中隨意調(diào)整。圖 35 雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)圖2螺帽調(diào)隙式 圖 36 所示為利用螺帽來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)螺母以平鍵與外套相聯(lián)，鍵可畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 25 頁(yè)裝訂線(xiàn)限制螺母在外套內(nèi)移動(dòng)，其中右邊的一個(gè)螺母外伸部分有螺紋。用兩個(gè)鎖緊螺帽1、2 能使螺母相對(duì)絲杠作軸向移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)既

57、緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，故應(yīng)用較廣。但調(diào)整位移量不易精確控制。這種結(jié)構(gòu)既緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，幫應(yīng)用較廣。但調(diào)整位移量不易精確控制，因此，預(yù)緊力也不能準(zhǔn)確控制。圖 36 雙螺母帽式結(jié)構(gòu)圖 1、2 鎖緊螺帽 圖 37 雙螺母齒差式結(jié)構(gòu)圖3齒差調(diào)隙式 圖 37 所示為齒差式調(diào)整結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)螺母的凸緣上分別有齒數(shù)為 Z1、Z2的齒輪，而且 Z1、Z2與相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合。內(nèi)齒圈緊固在螺母座上，預(yù)緊時(shí)脫開(kāi)內(nèi)齒圈，使兩個(gè)螺母同向轉(zhuǎn)過(guò)相同的齒數(shù)，然后再合上內(nèi)齒圈。兩螺線(xiàn)的軸向相對(duì)位置發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力。如果其中一個(gè)螺母轉(zhuǎn)過(guò) n 個(gè)齒時(shí)則其軸向位移量為（Ph為絲杠導(dǎo)程，Z1

58、為齒輪齒數(shù)） 。如兩齒輪沿同方向各轉(zhuǎn)1hnsPZ過(guò) n 個(gè)齒時(shí)，其兩螺母間相對(duì)軸向位移量（Z2為另21121211hhZZnPsnPZZZ Z一齒輪齒數(shù)）或。例如：當(dāng) n=1，Z1=99，Z2=100，,1221hsZ ZnZZP1019900hPum即兩個(gè)螺母在軸向產(chǎn)生 1的位移。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整準(zhǔn)確可靠，um畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 26 頁(yè)裝訂線(xiàn)精度較高。除上述三種雙螺母加預(yù)緊力的方式外，還有單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊和單螺母鋼球過(guò)盈預(yù)緊方式。為了保證步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)性能，要特別考慮負(fù)載慣性矩。當(dāng)所帶負(fù)載的慣性矩增大時(shí)，由于步進(jìn)電機(jī)是按電磁鐵吸力原理來(lái)動(dòng)作，所以當(dāng)慣性矩

59、增大到某一值時(shí)，就會(huì)使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生擅動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生啟動(dòng)不良效果，所以，使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)盡量選小的負(fù)載。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中我們采用減速齒輪來(lái)聯(lián)結(jié)滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)，以達(dá)到改變慣性矩的目的。同時(shí)，應(yīng)該盡可能地消除配對(duì)齒輪之間的間隙，否則就會(huì)產(chǎn)生使運(yùn)動(dòng)滯后的指示信號(hào)的誤差，對(duì)加工件的精度就會(huì)產(chǎn)生很大的影響。1. 減少或消除空程的必要性數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度，除了機(jī)床的幾何精度、絲桿精度影響外，又受其本身因素的影響，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象而引起的間隙誤差。在這次設(shè)計(jì)改造過(guò)程中只能采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)不能對(duì)車(chē)床的誤差進(jìn)行修改，所以只能通過(guò)機(jī)械的方式對(duì)其各部分傳動(dòng)誤差進(jìn)行修改。2. 消除方法本次設(shè)計(jì)采用雙片齒輪來(lái)達(dá)到消隙的目

60、的，通常將一對(duì)齒輪的從動(dòng)齒制成兩片，其中一片固定在軸上，兩片之間裝有彈簧，彈簧力使兩片齒輪的齒廓分別與主動(dòng)齒輪的齒廓貼緊，從而完全消除了齒側(cè)間隙。第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是受脈沖信號(hào)控制的，脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和分配由軟件編程來(lái)完成，而信號(hào)的放大由放大電路來(lái)完成。由于強(qiáng)弱信號(hào)的原因，我們?cè)诜糯箅娐非凹由瞎怆婑詈想娐?，以防止電源串路?.1 步進(jìn)電機(jī)的工作方式畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 45 頁(yè) 第 27 頁(yè)裝訂線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的工作方式和一般電機(jī)的不同，是采用脈沖控制方式工作的。只有按一定的規(guī)律對(duì)各相繞組輪流通電，步進(jìn)電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五