正文結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝分析

1、第一章 緒論11概述國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r1946年世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國誕生，1952年世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床也在美國誕生，用于三軸镋銑床的加工，自此，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展緊隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，近50年來，其數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六個(gè)時(shí)代的發(fā)展歷程。即第一階段叫邏輯數(shù)字控制（NC）階段，其經(jīng)歷了電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路三個(gè)時(shí)代：第二階段叫計(jì)算機(jī)數(shù)字邏輯控制（CNC）階段，其經(jīng)歷了小型計(jì)算機(jī)、微處理器和 機(jī)床每隔23年就發(fā)展一代，日本、美 研制、開發(fā)方面走在世界前列，其中德國 西班牙 FAGOR系列、美國 CINCINATI 性和卓越的性能在世界各地贏得用戶的青睞。PC

2、機(jī)三個(gè)時(shí)代陰。目前，世界上數(shù)控 國、德國、西班牙等國家在數(shù)控機(jī)床的SIEMENS系列、日本 FANUC系列、 系列、法國 NUM系列，以其高的可靠 進(jìn)入八十年代以來，市場競爭激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代極為迅速，規(guī)模生產(chǎn)效益顯著，而且隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)以及輕工業(yè)生產(chǎn)的高速增長，復(fù)雜型面零件越來越多，精度要求也越來越高，這就迫切要求加工這些零件的母機(jī)-機(jī)床向高度柔性的數(shù)控機(jī)床方向發(fā)展，其 在加工設(shè)備所占比例越來越高，其擁有量是衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的標(biāo)準(zhǔn)。因此，世界其他各國也都在大力開發(fā)機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國通用電器公司數(shù)控機(jī)床占70%。從1982年起，日本機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率超過80%，且主要生

3、產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床。我國從1958年開始數(shù)控機(jī)床的研制，其主要工作是剖析國外數(shù)控機(jī)床。70年代中期，由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性、可靠性問題未從根本上得到解決。另外，售價(jià)也較貴，未能及時(shí)推廣。我國數(shù)控機(jī)床從八十年代重新開始起步發(fā)展，到1993年產(chǎn)量已增長 1828倍，產(chǎn)值數(shù)控化率從1%以下增長到12%。數(shù)控機(jī)床 生產(chǎn)逐漸形成批量，開始出現(xiàn)了一批以北京機(jī)床研究所為龍頭的機(jī)床廠。主要生產(chǎn)BF7、BF3等數(shù)控系統(tǒng)，后來又組建了許多經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家，如:武漢華中數(shù)控有限公司、南京大方股份有限公司、常州寶馬集團(tuán)、西安微電子研究所等。數(shù)控機(jī)床一方面向大型、多功能方向發(fā)

4、展；一方面向經(jīng)濟(jì)型方向發(fā)展。所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床就是指價(jià)格低廉、操作使用方便， 適合我國國情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。由此可見，我國在作為機(jī)械制造自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，無論是在品種上、質(zhì)量上，還是在使用上，同世界先進(jìn)水平比均有很大差距，這也是制約我國機(jī)械工業(yè)發(fā)展的重要因素。國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床 改造的狀況數(shù)控機(jī)床的逐漸普及，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格不斷降低，使得舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)更明顯，促使越來越多的機(jī)械加工廠選擇舊機(jī)床數(shù)控化改造作為設(shè) 備更新的途徑。世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相繼成立了機(jī)床修復(fù)公司、 翻新公司或改造公司，承擔(dān)舊機(jī)床數(shù)控改造的任務(wù)，并成功的改造了一些大型和重型機(jī)床。德國的Sh

5、iness公司在1981年把一臺(tái)加工直徑為19m的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床。該機(jī)床是1929年生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)曾是世界上最大的機(jī)床，其改造內(nèi)容有：工作臺(tái)導(dǎo)軌改裝為靜壓導(dǎo)軌，承載能力增加了50%:主傳動(dòng)采用半導(dǎo)體可控硅控制，取代老式機(jī)組的傳動(dòng);刀架的滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌:增加測 量顯示裝置，配置數(shù)控系統(tǒng)等。該機(jī)床的全部改造費(fèi)用僅為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī) 床價(jià)格1200萬馬克的28.9%，其中大修費(fèi)用占7.9%，數(shù)控改造費(fèi)用占20%。該公司還改造了一臺(tái)最大加工直徑為14m的超重型立式車床，全部改造費(fèi)用為當(dāng)時(shí)同類規(guī)格新機(jī)床價(jià)格800萬馬克的。香港理工大學(xué)的工業(yè)中心是國際上現(xiàn)代培訓(xùn)公認(rèn)的楷模，它的數(shù)控化機(jī)床

6、 占機(jī)床總數(shù) 72%，其中就約有 10%的數(shù)控化機(jī)床便是舊機(jī)床改造而來的，從設(shè) 備運(yùn)行情況來看，改造后的設(shè)備取得令人滿意的效果。我國常柴股份公 司曾經(jīng)改造 一臺(tái)仿形銑床，改造費(fèi)用40萬，節(jié)約投資近250萬元，用其加工 N485柴油機(jī)鑄造用模具，每套外協(xié)加工費(fèi)用270萬元，不到三個(gè)月時(shí)間， 此臺(tái)仿形銑床完成了兩套 N485模具和20套空調(diào)模具的加工。 根據(jù)常柴股份公司對(duì)已完成數(shù)控化改造的11臺(tái)加工中心和1臺(tái)仿形銑床投入運(yùn)行后統(tǒng)計(jì)，新增產(chǎn)值達(dá)到3000多萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，也有許多失敗的例子。如：航天部國營 507廠，在八十年代曾經(jīng)對(duì)70年代產(chǎn)品牡丹江廠的一臺(tái)C620-1型舊車床進(jìn)行

7、數(shù) 控化改造，但由于對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造工藝論證不充分，所選用的數(shù)控系統(tǒng)性能不穩(wěn)定等原因?qū)е率?。我國從八十年代初期開始進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)研究和推廣，到現(xiàn)在已 有二十多年的歷史。這中間取得了不少經(jīng)驗(yàn)，但失敗的教訓(xùn)也不少。由于機(jī)床 數(shù)控化改造工藝的不完善，使得改造目前大都局限在中、小型車、銑床的數(shù)控 化改造上，這和工業(yè)發(fā)達(dá)國家的水平尚有很大差距，因此，筆者對(duì)具體機(jī)床數(shù) 控化改造工藝方案研究為例，提出了對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造工藝的研究模式。機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)采用國內(nèi)外先進(jìn)工藝、先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 機(jī)床改造針對(duì)性強(qiáng)，容易適宜生產(chǎn)的要求。因?yàn)闄C(jī)床的改造方案是根據(jù) 原機(jī)床中存在的問題提

8、出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能 與生產(chǎn)緊密結(jié)合，可以直接將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使企業(yè)有積極性。2. 機(jī)床改造可以充分利用 原機(jī)床的絕 大部分，大大 節(jié)約原材料和 資金，同時(shí)見效快，改造周 期短，可滿足生產(chǎn)急需。因?yàn)榕f機(jī)床數(shù)控化改造大部分床身、立柱等主要基礎(chǔ)件和許多傳動(dòng)部分不需更換，與新機(jī)床制造格比只需其 1/10-1/15的時(shí)間，工期大大縮短，從而節(jié)約了成本，解決了生產(chǎn)急需。3. 改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，機(jī)床應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大，適應(yīng)多品種、小 批量的零件生產(chǎn)。這是因?yàn)闄C(jī)床的大型結(jié)構(gòu)件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年 代越久則時(shí)效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐類

9、大型構(gòu)件，只需修復(fù)或更換若干中小型部件就可獲得與新機(jī)床類似效果。改造后的機(jī) 床功能有較好的提高，除了保留原有功能外，還可以滿足各種復(fù)雜型面類零件 加工，極大地?cái)U(kuò)大了機(jī)床的應(yīng)用范圍。4、經(jīng)過數(shù)控化改造，可以有效提高工件加工精度和生產(chǎn)效率。因?yàn)楦脑鞎r(shí)可根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求，及時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次。如某單位 的立式車床改造后，加工球體 軸承座零件，其 2m直徑 偏差僅為0.035mm，滿足了設(shè)計(jì)要求，并且機(jī)床改造后的工作效率提高了5-6倍。5、 可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)力量的作用，調(diào)動(dòng)技術(shù)人員的積極性；同時(shí)降 低對(duì)工人技術(shù)水平的要求。6、通過數(shù)控化改造，可以掌握設(shè)備

10、的構(gòu)造和性能，為工科院校培養(yǎng)了數(shù)控技 術(shù)人才，為學(xué)生更好地服務(wù)。在改造期間，工科院校通過拆解舊機(jī)床，裝配新部件等改造過程，間接培養(yǎng)了數(shù)控人才，對(duì)機(jī)床的特性有了較詳細(xì)的了解，在 操作使用和維護(hù)方面培訓(xùn)時(shí)間短、見效快。機(jī)床數(shù)控化改造 的必要性和可能性數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械加工中起著舉足輕重的作用，機(jī)床數(shù)控化率己成為衡量一個(gè)國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。提高機(jī)床數(shù)控化率有兩個(gè)途徑；一是購買新的數(shù)控機(jī)床，即更新設(shè)備；二是改造舊機(jī)床，配置數(shù)控系統(tǒng)，把舊機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床。所謂機(jī)床的數(shù)控化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代的數(shù)控成熟技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn)的具體要求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件、新裝置、新 附件，提高

11、現(xiàn)有機(jī)床的技術(shù)性指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水平。機(jī)床數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：其一是恢復(fù)原功能， 對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；其二是NC化，在普通機(jī)床上加數(shù) 顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC機(jī)床、CNC 機(jī)床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻 新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度，對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、?技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水 平和檔次的更新改造。我國現(xiàn)有機(jī)床大約四百多萬臺(tái)，其中40%以上是

12、車床，多數(shù)機(jī)床役齡都很長，尤其是大型和重型機(jī)床的役齡更長，這些機(jī)床結(jié)構(gòu)一般陳舊，操作部分復(fù) 雜，測量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)落后。把這些性能落后、生產(chǎn)率低的機(jī)床全部閑置或 淘汰，用新的機(jī)床去取代是不現(xiàn)實(shí)的。重型機(jī)床，特別是現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床價(jià) 格都非常昂貴，我國是一個(gè)發(fā)展中國家，國家財(cái)力薄弱、資金短缺，不可能花 大量的資金添置新的數(shù)控機(jī)床，把舊機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的意義就更加 明顯了。對(duì)普通機(jī)床和舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造是可行的。首先國家政策是支持的， 我國經(jīng)濟(jì)增長方式正在由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，集約型經(jīng)濟(jì)增長方式就是以經(jīng) 濟(jì)效益為中心，主要依靠科技進(jìn)步和提高勞動(dòng)者素質(zhì)，重點(diǎn)放在現(xiàn)有企業(yè)的挖 潛改造、充實(shí)和

13、提高上，也就是運(yùn)用高新技術(shù)對(duì)老設(shè)備進(jìn)行改造，以大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的：二是技術(shù)上的保障，近年來，微電子技術(shù)的發(fā)展、電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用、傳感技術(shù)、粘結(jié)技術(shù)等新工藝、新產(chǎn) 品出現(xiàn)都為機(jī)床數(shù)控化改造提供了充足的后備力量；三是在經(jīng)濟(jì)方面， 機(jī)床數(shù)控化改造針對(duì)性強(qiáng)、投資少、資金利用率高，許多基礎(chǔ)部件仍可利用，可以縮短 改造周期并降低生產(chǎn)成本。另外籌集資金相對(duì)容易一些。購買一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床一般需幾十到幾百萬元，改造一臺(tái)只需幾萬到十幾萬元即可，資金回收快。1.2課題研究背景和目標(biāo)加入世貿(mào)組織后，中國正在逐步成為世界制造中心”。制造設(shè)備的大規(guī)模數(shù)控化，使企業(yè)急需一大批數(shù)控編程、數(shù)控

14、設(shè)備操作及其維修、CAD/CAM 應(yīng)用人員。然而，目前掌握數(shù)控技術(shù)的機(jī)電復(fù)合人才奇缺，月薪6000元難聘數(shù)控技工”、年薪16萬招不到模具技工 ”成為全社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題。數(shù)控 人才奇缺已引起中央領(lǐng)導(dǎo)、教育部、勞動(dòng)保障部等政府部門咼度重視。為社會(huì) 培養(yǎng)急需的數(shù)控人才，是各高校、高職、中職、技校義不容辭的責(zé)任！據(jù)機(jī)械主管部門統(tǒng)計(jì)，工科院校用于實(shí)踐教學(xué)的機(jī)床約有1萬臺(tái)，但數(shù)控化率不到4%。絕大多數(shù)是傳統(tǒng)機(jī)床，且半數(shù)役齡在10年以上。隨著學(xué)生人數(shù)的增加，新科目 的普及，高科技的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)因?yàn)闂l件差而不能達(dá)到要求。力卩之目前工科院校機(jī)床設(shè)備投入資金都十分有限，為此我們必須推廣投入少，收 效大的舊機(jī)床

15、數(shù)控化改造。以最小的投資盤活龐大的存量資產(chǎn)，以促進(jìn)工科院 校的實(shí)踐教學(xué)。我國機(jī)床數(shù)控化改造起步較晚，對(duì)其工藝深入研究還不夠，雖然有成功的 經(jīng)驗(yàn)，但也走了不少彎路，其原因大概有以下幾個(gè)方面；1. 改造以前沒有可行性分析或只定性分析；2. 所設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)或選擇系統(tǒng)性能不穩(wěn)定；3. 機(jī)床的關(guān)鍵部件選擇不合理；4接口電路設(shè)計(jì)不合理。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，許多專門為工業(yè)環(huán)境下使用的電子元器件大量涌現(xiàn)，它們的性能價(jià)格比越來越高，在改造中自己設(shè)計(jì)制造單片機(jī)，單板機(jī)擴(kuò) 展系統(tǒng)存在許多弊端，如:不易實(shí)行規(guī)范化設(shè)計(jì)，安裝、調(diào)試、維護(hù)的工作量大,系統(tǒng)不穩(wěn)定等，因此，逐漸被性能價(jià)格比高的批量生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)和可編程

16、控 制器等所取代。這樣，對(duì)這些系統(tǒng)如何選型越來越引起人們的關(guān)注。第二章CA614O普通車床數(shù)控化改造的可行性分析2.1機(jī)床簡介原機(jī)床功能CA614O舊車床是沈陽第一機(jī)床廠于 床，它的萬能性較大，適用于加工各種軸類、如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成形回轉(zhuǎn)表面在其上還能作鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、滾花等工作原機(jī)床精度CA614D舊車床在數(shù)控化改造前進(jìn)行了整體修復(fù), 和加工精度檢測結(jié)果如下：床身導(dǎo)軌調(diào)平：縱向：導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度橫向：導(dǎo)軌應(yīng)在同一平面內(nèi)的平面度機(jī)床主軸：主軸軸向串動(dòng)主軸軸肩支承面的跳動(dòng)主軸定心軸頸的徑向跳動(dòng)主軸軸線的徑向跳動(dòng) 主軸頂尖的徑向跳動(dòng) 主軸軸線的平行度1995年5月出廠的一

17、臺(tái)普通臥式車套筒類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，；車削端面及各種常用螺紋；修復(fù)后對(duì)機(jī)床原始精度0.004mm/250mm0.4mm/1000mm0.01mm0.015mm0.008mm0.015mm/300mm0.01mm0.01mm/100mm加工精度：精車外圓的圓度精車外圓的圓柱度精車端面的平面度精車的表面粗糙度 原機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) ：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 最大工件長度 最大車削一長度刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 主軸內(nèi)孔直徑主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)24級(jí)0.01mm400mm50mm0.01mm/100mm0.02mm/300mmRa=1.252.5um600mm210mm52mm101400r/min反轉(zhuǎn)1

18、2級(jí)141580r/minY132M-4-B3 左7.5KW,1450r/minR12-15L/min25L/mi n2418X1000X 1267mm1990kg主電機(jī)型號(hào)主電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速潤滑冷卻系統(tǒng)：潤滑葉片泵型號(hào)潤滑葉片泵流量冷卻泵流量機(jī)床輪廓尺寸（長x寬x高） 機(jī)床凈重原機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)原機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由兩大部分組成一是主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈， 它的功能是把動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn) 實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。二是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，它用來實(shí)現(xiàn)刀架 的縱向和橫向移動(dòng)及車螺紋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)主軸箱、主軸、進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、溜板傳至刀架。原

19、機(jī)床電氣控制原機(jī)床電氣控制線路圖如下：其中，Ml為主電機(jī);MZ為控制冷卻液的冷卻泵;M3為控制溜板橫、縱向移動(dòng)的快速電機(jī)。電密主輛冷即泵縈tit速刀架快保護(hù)電機(jī)燈JTt21 3456?89101112圖2-1機(jī)床電氣控制線路圖1.主電路分析三相交流電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)QS1引入，主軸電動(dòng)機(jī) M1由接觸器 KM1控制起動(dòng)，熱繼電器FRI為主軸電動(dòng)機(jī)Ml的過載保護(hù)。冷卻泵電機(jī) M2由接觸器 KM2控制起動(dòng)，熱繼電器 FR2為冷卻泵電機(jī) M2的過載保護(hù)。接觸器 KM3為控制刀架快速移動(dòng)電機(jī)M3起動(dòng)用，因快速移動(dòng)電機(jī)M3是短期工作，故可不設(shè)過載保護(hù)。2.控制電路分析：控制變壓器 TC二次側(cè)輸出110V電壓

20、，作為控制回路的電源。1）主軸電動(dòng)機(jī) Ml的控制。按下起動(dòng)按鈕開關(guān) SB2，接觸器 KM1的線圈獲電吸合，KM1主觸頭閉合，主軸電動(dòng)機(jī)Ml起動(dòng)。按下蘑菇形停止按鈕開關(guān)SB1，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2的控制。只能在接觸器KM1獲電吸合，主軸電動(dòng)機(jī)Ml起動(dòng)后，合上開關(guān)SA，使接觸器 KM2線圈獲電吸合，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2才能起動(dòng)。（3）刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制。刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3的起動(dòng)，是由安裝在進(jìn)給操縱手柄頂端的按鈕開關(guān)SB3來控制，它與交流接觸器 KM3組成電動(dòng)控制環(huán)節(jié)。將操 縱手柄 扳到所需的方向，按下按鈕 開關(guān)SB2，接觸器KM3 獲電吸合，電動(dòng)機(jī) M3獲電起動(dòng)，刀架就向指定方向快

21、速移動(dòng)。3照明、信號(hào)燈電路分析控制變壓器二次側(cè)分別輸出24v和6v電壓，作為作為機(jī)床照明燈和信號(hào)燈的電源。EL為機(jī)床的低照明燈，由開關(guān) QS2控制，HL為電源信號(hào)燈。 2.2 CA6140普通車床數(shù)控化改造的可行性論證機(jī)床改造的基本原則是：把技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性有機(jī)的結(jié)合起來。所謂機(jī)床數(shù)控化改造的可行性論證就是指從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面對(duì)機(jī)床數(shù)控化改 造進(jìn)行論證，判斷進(jìn)行數(shù)控 化改造是否合理，改造方案是否最佳。技術(shù)可行性的指標(biāo)之一是技術(shù)實(shí)用性；經(jīng)濟(jì)合理性就是以最少的投資獲取 最大的效益。2.2 技術(shù)可行性論證機(jī)床改造的技術(shù)可行性論證就是對(duì)機(jī)床改造在技術(shù)上是否能夠保障改造 成功以及從改造后維護(hù)角度

22、論證。具體的應(yīng)從機(jī)床本身、加工對(duì)象、技術(shù)性和 市場可供性等四方面分析：一機(jī)床本身分析能否進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造主要取決于機(jī)床本身的條件，如：機(jī)床磨損程度、剛度等以及機(jī)床的技術(shù)壽命。1. 機(jī)床磨損程度、剛度我校CA614O，主要用來學(xué)生實(shí)習(xí)，沒有批量生產(chǎn)過產(chǎn)品，機(jī)床本身機(jī)械 部分磨損很小，導(dǎo)軌和齒輪等的磨損也不大，根據(jù)改造前對(duì)原機(jī)床精度檢測，可見原機(jī)床綜合精度比較高。根據(jù)航天部機(jī)動(dòng)設(shè)備完好標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，機(jī)床幾何精 度仍等于原新機(jī)床的精度，所以原機(jī)床從磨損程度上看能夠保證。普通機(jī)床結(jié)構(gòu)上有先天性不足，剛度低、抗振性差、滑動(dòng)摩擦阻力較大及 傳動(dòng)元件存在間隙等。在后面改造中將有目的改造其中部分結(jié)構(gòu)，以滿足數(shù)控

23、 機(jī)床最基本的要求。2. 技術(shù)壽命的計(jì)算機(jī)床的技術(shù)壽命是指從機(jī)床開始使用到因技術(shù)落后而被淘汰所經(jīng)歷的時(shí) 間。隨電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，加速了機(jī)電產(chǎn)品的更新?lián)Q代，原機(jī)床結(jié) 構(gòu)復(fù)雜而且自動(dòng)化程度低，所以只適用于單件、小批量生產(chǎn)及修配車間?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床以其高自動(dòng)化、高精度化、高速化及高復(fù)合化的發(fā)展趨勢，數(shù)控化率 逐年提高，大有 取代普通 機(jī)床的趨勢，而且數(shù) 控機(jī)床的數(shù) 控裝置（CNC）技術(shù)壽 命一般為2-3年，數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅猛。故為了改善原機(jī)床性能滿足教學(xué)和加工要求，對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，同時(shí)也延長了原機(jī)床的技術(shù)壽命。二加工對(duì)象分析機(jī)床的加工對(duì)象分析主要涉及被加工對(duì)象的幾何參數(shù)及公差要求。零件

24、的 幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制 精度、脈沖當(dāng)量。改造后的數(shù)控車床，主要用來學(xué)生實(shí)習(xí)，其加工范圍為車臺(tái)肩、外圓、內(nèi)孔、螺紋、錐形體、球體、切槽、切斷等及帶有復(fù)雜型面的卡盤 類零件。加工精度要求小于0.011mm，現(xiàn)在市場上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為 0.005-0.1mm ，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術(shù)上是可行的。三. 技術(shù)性分析目前，我國在機(jī)床的數(shù)控化改造方面有許多成功的經(jīng)驗(yàn)可供參考，機(jī)床的 數(shù)控化改造技術(shù)方面也有一定的基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的成功經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)基礎(chǔ)并 結(jié)合我們的具體條件，完成本課題在技術(shù)上也是可行的。四、市場可供性所謂市場可供

25、性就是研究市場是否能夠方便及時(shí)地提供改造用的各種備 件，以保證備件的供應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)劃實(shí)施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng) 的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術(shù)咨詢服務(wù)。就 本機(jī)床改造而言，市場上已建立了一套機(jī)電一體化配套產(chǎn)品代理機(jī)構(gòu)，并且我校比鄰北京，選購元器件非常方便，對(duì)于CA6140改造而言市場可供性好。綜上所述，對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造符合技術(shù)可行性要求。第三章 CA6140普通車床的數(shù)控化改造3.1總體設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造。（1） 、利用微機(jī)對(duì)縱向進(jìn)給、刀架系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為

26、0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。（2）、利用CNC系統(tǒng)對(duì)機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)控制?？傮w設(shè)計(jì)方案的確定由于是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求前提下，對(duì)機(jī)床改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù)CA6140車床有關(guān)資料以及數(shù)控機(jī)床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為：采用工控微型機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由FO接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪變速箱減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；由I/O接口輸出信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)達(dá)到刀架旋轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制；為加工螺紋在主軸上加裝主軸脈沖編碼器。其方案結(jié)構(gòu)見圖3-1 <ItA 工祥由圖3-1總體

27、改追方案結(jié)梅示產(chǎn)圖3.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作臺(tái)重量：W=100Kgf=1100N（根據(jù)圖紙粗略估算 ）時(shí)間常數(shù)：T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=10mm行程：S=650mm脈沖當(dāng)量：S p=0.01mm/step步距角：巾=0.36o/step快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min2.縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：（1）切削力的計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，切削功率經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板 箱上.帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-2Nc=NnK式中N-電機(jī)功率,N=7.5KW;n主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率,

28、一般取為 0.6-0.7 取n =0.65；K為進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù),取為K=0.96。又因?yàn)镹c=F乙v6120所以 Fz=6120 Ncv式中V為切削線速度，取則 Nc=7.5X 0.65 X0.96=4.68KWv=100m/min主切削力Fz=6120X4.68100=286.42(Kgf ) =2864.2 ( N)Fz=C Fz a pXFzfYFzKFzXFz=1 YFz=0.75 KFz=1由金屬切削原理可知，主切削力查表得 CFz =188Kgf/mm2=1880KPa則可計(jì)算Fz如表3-1所示:Ap(mm)222333F (mm)0.20.30.40.20.30.4Fz(N )

29、112515241891168722872837當(dāng)Fz=2840N 時(shí)，切削深度即=3mm，進(jìn)給量 f=0.4mm，以次參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊中可知，在一般外圓切削時(shí)：Fx= （ 0.1-0.6）Fz Fy=（0.15-0.7）Fz取：Fx=0.5Fz=0.5 X 2864.2=1432.1NFy=0.6Fz=0.6 X 2864.2=1718.52N322滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力為：P=KFx+f '（Fz+W ）式中K-考慮顛覆矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取K=1.15F 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，f丄0.15-0.18，取f / =0.16則

30、P=1.15X1432.1+0.16 （ 2864.2+1100 ） =2281.2N1）強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)機(jī)床以線速度V=100m/min ,進(jìn)給量為 f=0.4mm/r ,車削直徑 D=80mm 外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速為：vf103100x0.4x103n= n DL0 =3.14x80x10P=15.92r/min則壽命值為.60 nT60x15.92x15000L= 106=106=14.33 (查表得使用壽命為15000h）根據(jù)工作負(fù)荷 P，壽命L，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)載荷Fq =3 LfwfhP查表得運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fw=1.2 ,硬度系數(shù)fh=1則 Fq=3 由Fq查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本，選擇

31、絲杠為漢江絲杠導(dǎo)軌廠生產(chǎn)的型號(hào)為Fc1B40x10-2.5-E2（1200/1130）其額定動(dòng)載荷為30303N，滿足強(qiáng)度要求。2 ） 效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母的傳動(dòng)效率 n為：n入、tan （入 +10 /中的入為-螺紋的螺旋升角，該絲杠為 入=4o33，©為摩擦角，©約等于則傳動(dòng)效率：n taT=0.964tan （入 + ）3 ） 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用，他將引起導(dǎo)程L0發(fā)生變化，滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程 變化量 L（ cm），為 L=PL 0/ES式中 E為彈性模量，對(duì)鋼E=20.6 X10

32、6N/cm2 ;S為滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定d=3.405cm ）n nS=4d2 =4x3.4052=9.1cm2“ +”用于拉伸-”用于壓縮時(shí)。PLoIS+2182.2 X1(20.6 X106X9.1 )= ±12.17 xio-6cm滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，所以絲杠1m長度上導(dǎo)程變形總誤差為 = ；00 jzym/m100 =12.17 g m/m查手冊知E 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15 g m/m,故剛滿足要求。4 ）穩(wěn)定性驗(yàn)算由于機(jī)床元絲杠直徑為© 40mm,現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為© 40mm,支撐方式不變，所以 穩(wěn)

33、定性不存在問題， 不必再進(jìn)行驗(yàn)算。3.2.3 齒輪有關(guān)計(jì)算傳動(dòng)比 i=360 =36需01 =1故取：齒數(shù) ZA / = ZB / =30 模數(shù) m=2mm 齒寬b=20mm 壓力角a =200分度圓直徑 dA / =dB / =mZA=3(0 2=60mm 齒頂圓直徑 dA / =dB / =Da± 2ham=64mm 中心距 a=A+dB/2 =60mm3.2.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量18 SpJg=(冗書180x0.01)2W=( 3.14x0.36110)2x00 =2.7892Kg.cm絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

34、慣量很小可忽略不計(jì).因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js+Jzbi2+Jza+Jg=28.015+2.02181+2.0218+2.7892=34.8478kg.cm2）所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)所需力矩M=Mmax+Mf+MO最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M=Mat+Mf+MO+Mt快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M=Mf+MO式中Mmax為空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；Mf為折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；MO由于絲杠預(yù)緊所引起的折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩;Mat為切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；Mt為折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；由Ma= 9 6T 人-4 N.m T-時(shí)間差常數(shù)當(dāng) n=nmax 時(shí),Mamax

35、=Ma ,而 nmax=vmaxiLO=2000x1/10=200r/mi所以,Mamax=Ma=疇78 X2009.6>0 025>10-4=2.904N.m 當(dāng) n=nt 時(shí)，Ma=Mat ,n 主 f1000vfiL0 = Dn L034.8478 >15.924 Mat=nt=9.6 >0.0251000X100X0.4 >=3.14 $0X10=15.924r/minX0-4=0.2132N.m由Mf=雪L 0 式中f為摩擦系數(shù)，當(dāng)n =0.8時(shí)，f=0.162 nni則 Mf=0.6 X 110X1/3.14 X2X0.8 X由 M0=P0L0n ni

36、1- n 0 2 式中， P0 為預(yù)加載荷，當(dāng) 70=0.9 時(shí)，P0=1/3Fx6 nni43.21 XX(1-0.92)則 M0= 6X3 14 X0 8 X 由Mt=Fx L02 nn143.21 X2X3.14 X0.8 X=28.505 Kgf.cm =280505N.m所以快速空載起動(dòng)所需力矩切削時(shí)所需力矩：快速進(jìn)給市所需力矩：由以上計(jì)算可知：所需最大力矩發(fā)生在切削時(shí)，即3）步進(jìn)電機(jī)最大靜力矩計(jì)算一般啟動(dòng)力矩選 取為:Mq>°豎； 式中Ml0-電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩（快速啟動(dòng)最大力矩），則 Mq=二彰5 為了滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用五相十拍工作方式，由手冊步進(jìn)電機(jī) 相

37、數(shù),拍數(shù)力矩表可知 ：Mq/Mjm=0.951所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm 為：Mjm= 09.03130.951=9.4967N.m4）步進(jìn)電機(jī)最大空載頻率. vmaxfmax=斫-1000=60x0.005=3333.3Hzr . vmaxfmin= 60TP5060x0.01=83.3Hz=100 飛 0x0.005=333.3Hz綜合考慮，選用北京四通電機(jī)產(chǎn)品，步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為110BYG550B-0301能滿足使用要求3.3 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡單，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，

38、用法蘭將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度，其結(jié)構(gòu)示意圖 如圖所示2.橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件： 工作臺(tái)重量： 時(shí)間常數(shù)： 滾珠絲杠發(fā)的基本導(dǎo)程： 行程： 脈沖當(dāng)量： 步距角： 快速進(jìn)給速度：(1)切削力的計(jì)算橫向進(jìn)給量為縱向的W=40Kgf=400NT=25msLo=5mmS=190mmSp=0.005mm/step 巾=0.36°/step Vmax=1m/min1/3-1/2，取1/2，則切削力為縱向的1/2，即Fz=12x2864.2=1432.1N在切斷工作時(shí)：Fx=0.5Fz=0.5x1432.1=716.05N3.3.2 滾珠 絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算

39、(2)強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：P=KFx+f / ( Fz+W )取 K=1.4 f / =0.2貝U P=1.4X716.05+0.2(1432.1+400 ) =1368.89N壽命值=23.89r/min ),60nTL=亍60X23.89 X15000=21.5Nn=3vf103n DL最大動(dòng)負(fù)荷：fwfhP=寺21.5 X1.2 X X1368.89=4567.68N由Fq查滾珠絲杠產(chǎn)品樣本，選擇絲杠的型號(hào)為漢江生產(chǎn)的Fc1B20x5-2.5-F2 左，其 額定橫載荷是8630N ,所以強(qiáng)度足夠用。(3)效率計(jì)算由螺旋升角入=才33 /摩擦角© =10則傳動(dòng)效率：n=taA

40、=0.964tan (入 + ©(4 )剛度驗(yàn)算長度上導(dǎo)程變形總誤差厶= L；。100-214.95 X 10 X 100 =05卩 m/m=29.9 卩 m/m,滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量± PLoL= ES -± 1368.89 X 0.5 X4-6'3.14 X 20.6 X 10 6 X 1.6825 2 =± 14.95 X 10 cm滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)。所以絲扛1m查手冊知F級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為30卩m/m,故剛度滿足要求。(5 )穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用的滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支撐方

41、式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ǎ欢溯S承支撐，所以穩(wěn)定性強(qiáng)， 故不再驗(yàn) 算。齒輪有關(guān)計(jì)算傳動(dòng)比匸丄丄=°35溝 =1傳動(dòng)比 1=360 Sp =360X0.005 =1故?。糊X數(shù) Za，= Zb，=20 模數(shù)m=2mm 齒寬b=20mm 壓力角 a =20分度圓直徑 dA =d b =40mm齒頂圓直徑 dA =dB =44mm 中心距a =40mm3.3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, J8SP2180x0.0005Jg=( n 詁 W=( 3.14x0.36幾益 =0.2536Kg.cm 2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Js=7.8x10

42、-4x242電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略不計(jì)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jza=Jzb=7.8x10 -4x242 .因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=JS2zb +Jza+Jg=(1/1)2）所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算vmaxinmax= u1000x15=200r/minJnmaxMmax= "96T"x10-4 =1.6764x2009.6x0.025x10-4=0.1397N.mn主fi nt="L?1000v .fiDnl_01000x100x0.3x1_3.14x60x5 =31.85r/min-1.6764x31.85Mat= 9.6x0.025x10-4=0.02225N.m0.1

43、6x40x0.5fW _ 0Mf=T7ni =2x3.14x0.8x1=0.6369Kgf.cm=0.0637N.m2 2P0L0 nni n 2)71.605x0.5(1-0.9 2)M=6nn = (6x3.14x0.8x1)= 0.4513kgf.cm=0.04513N.m皿= =2；3.饗0.0?1=7.1263kgf.cm=0.7126N.m所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M=Mmax+Mf+M 0=0.1397+0.0637+0.04513=0.2485N.m切削時(shí)所需力矩 M=Mat+ Mf+ M0+Mt=0.02225+0.0637+0.04513+0.7126=0.8437N.m快

44、速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= Mf+ M 0=0.0637+0.04513=0.1088N.m由以上分析計(jì)算可知 ：所需最大力矩Mmax發(fā)生切削時(shí)，Mmax=0.8437N.m3）步進(jìn)電機(jī)最大靜力矩計(jì)算一般啟動(dòng)力矩選取為:Mq> 0曙005式中M-q-電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩（快速啟動(dòng)最大力矩M L0)，則Mq=麗0.8437=0.4=2.1093N.m為了滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用五相十拍工作方式，由手冊步進(jìn)電機(jī)相數(shù),拍數(shù)力矩表可知：Mq/Mjm=0.951所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：Mjm= 0M1 =2q953fF =VF60 Sp=100 飛 0x0.005=333.3Hz4 ）步進(jìn)電機(jī)

45、最大空載頻率vmax1000fmax=60 Sp=3333.3Hz60x0.005r . vmax fmin=60 Sp50=166.6Hz60x0.005110BYG550B-0301綜合考慮，選用北京四通電機(jī)產(chǎn)品，步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 能滿足使用要求。3.4 電動(dòng)刀架的選擇及原理刀架是車床的一個(gè)重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，其結(jié)構(gòu)直 接影響到機(jī)床切削的效率和性能。根據(jù)車床的型號(hào)和主軸中心高度，選用常州 宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備 廠生產(chǎn)的LD4-C6140型四工位電動(dòng)刀架。其電動(dòng)刀架的工作原理如下：圖3-4換刀過程原理圖當(dāng)微機(jī)發(fā)出煥刀信號(hào)后，刀架控制器中繼電器動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿減速 機(jī)

46、構(gòu)，蝸桿升降機(jī)構(gòu)使上刀體上升，當(dāng)上刀體升到一定高度時(shí)，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng) 上刀體旋轉(zhuǎn)刀架上端的發(fā)信盤中對(duì)應(yīng)每個(gè)刀位都安裝一個(gè)霍爾元件，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某 一刀位時(shí)，該刀架上霍爾元件向數(shù)控系統(tǒng)輸出低電平，而其他刀位的霍爾元件輸出高電 平。在刀架旋轉(zhuǎn)的過程中，發(fā)信盤不斷向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號(hào)。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位 信號(hào)與指令刀位信號(hào)相比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時(shí)，數(shù) 控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷反靠在反靠盤上初定位。在活動(dòng)銷 反靠的作用下，蝸桿帶動(dòng)刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖 緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號(hào)，切斷電源

47、，電機(jī)停轉(zhuǎn)完成換刀過 程。3.5 電氣系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)3.5.1 電氣控制技術(shù)的發(fā)展電氣控制技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而不斷發(fā) 展的，從手動(dòng)控制到自動(dòng)控制從簡單的控制設(shè)備到復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)、從有 觸點(diǎn)的硬接線控制系統(tǒng)到以計(jì)算機(jī)為中心的存儲(chǔ)控制系統(tǒng)。現(xiàn)代電氣控制技術(shù) 已經(jīng)綜合了應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、自動(dòng)檢測等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù) 成果。作為生產(chǎn)機(jī)械動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其拖動(dòng)方式已由初期的集中拖動(dòng)發(fā)展 成為單獨(dú)拖動(dòng)，后又發(fā)展為多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。隨著電力拖動(dòng)方式的演變和發(fā)展， 電力拖動(dòng)的控制方式也有手動(dòng)控制向自動(dòng)控制方向發(fā)展。自動(dòng)控制方式又分為 斷續(xù)系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。一般普通

48、機(jī)床使用斷續(xù)控制系統(tǒng)，由于這種控制系 統(tǒng)采用固定的接線方式，存在靈活性差，觸頭易損壞、可靠性差難以適應(yīng)頻繁 操作的缺點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)都采用了連續(xù)控制系統(tǒng)，它把計(jì)算機(jī)的功能設(shè)備、靈活性、通用好等優(yōu)點(diǎn)和電接觸器控制系統(tǒng)的操作方便、價(jià)格低、簡單易懂等優(yōu)點(diǎn) 結(jié)合起來成為一種適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制系統(tǒng)。現(xiàn)在可編程控制器的應(yīng)用， 使之成為電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用最為廣泛的裝置。3.5.2 數(shù)控電氣控制系統(tǒng)的組成一臺(tái)典型的數(shù)控機(jī)床其全部電氣控制系統(tǒng)如下圖所示。主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī) 床 電 器 部 分圖3-5數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)目前，在數(shù)控機(jī)床中都使用了現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)。采用以PC機(jī)控制技術(shù)為主的現(xiàn)代電氣控制

49、系統(tǒng)，不僅保留了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有體積小、功能強(qiáng)、通用性和靈活性強(qiáng)、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。由于現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)能 用軟件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以省去大量的控制電器及線路連接，又能實(shí)現(xiàn)繼電接 觸系統(tǒng)難以完成的功能，當(dāng)改變控制要求和參數(shù)時(shí)只需改動(dòng)程序的相應(yīng)部分， 外部線路基本上不用改動(dòng)，因而也節(jié)省了資源。同時(shí)因執(zhí)行程序時(shí)間短，一些 電器元件的觸點(diǎn)可以用無觸點(diǎn)開關(guān)代替，所以整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作頻率高、壽命長，這些都較好的克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)。3.5.4 電氣系統(tǒng)改造的現(xiàn)實(shí)意義設(shè)備改造是企業(yè)提高技術(shù)裝備水平的重要手段。一臺(tái)機(jī)床一般電氣系統(tǒng)的 無故障運(yùn)行期為 57年，隨后即進(jìn)入故障高發(fā)期，而一般設(shè)備

50、的機(jī)械和液壓部件通常可以使用 20年，甚至25年以上，且能夠保證較高的精度、可靠性及穩(wěn) 定性。從價(jià)值上講，機(jī)械部分的價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電氣系統(tǒng)。因此用少量的投資對(duì)原有設(shè)備的電氣部分進(jìn)行改造，可使舊設(shè)備再生，并獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同 時(shí)可使舊設(shè)備升值。設(shè)備電氣系統(tǒng)改造的另一現(xiàn)實(shí)意義在于原有的電氣系統(tǒng)由 于受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，與現(xiàn)有的系統(tǒng)相比，技術(shù)上落后，功能一較弱。通過改造可以提高設(shè)備的技術(shù)水平，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。3.5.5 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般技術(shù)原則在電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：1）最大限度的滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電氣控制的要求，這些生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求是電 氣控制設(shè)計(jì)的依據(jù)。2）在滿足

51、控制要求的前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡單、經(jīng)濟(jì)、合理，不宜盲目追求自動(dòng) 化和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)操作簡使用和維修方便。3）正確、合理選用電器元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作；同時(shí)考慮技術(shù)進(jìn)步、 造型美觀。4）為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制設(shè)備時(shí)，設(shè)備能力應(yīng)留有適當(dāng)裕量。3.5.6 數(shù)控改造的控制方式的選擇數(shù)控改造的控制方式按伺服驅(qū)動(dòng)方式不同基本上分為開環(huán)控制，半閉環(huán)控 制和閉環(huán)控制三種類型，改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。1 ）步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)控制方式該方式的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)， 電液脈沖馬達(dá)等，由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和脈沖放大后，使步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)

52、動(dòng)，通過齒輪副和滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制脈沖的數(shù)量、頻率以 及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種方式不 需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，因此，系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度。因此該控制方 式不具有反饋裝置，對(duì)移動(dòng)部件實(shí)際位移量不進(jìn)行測量，無反饋與原指令進(jìn)行 比較，不能進(jìn)行誤差校正，所以系統(tǒng)的位移精度低。但具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維 修方便、成本低易改裝成功等特點(diǎn)。2）交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)方式半閉環(huán)控制方式檢測元件安裝在中間傳動(dòng)部件上，間接測量執(zhí)行部件的位 置，它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路部部分元件的誤差

53、，因此，它的精度比閉環(huán)控制系統(tǒng) 的進(jìn)度低，但是它的結(jié)果與調(diào)試都較閉環(huán)方式簡單。在將角位移測量元件和伺服電機(jī)做成一個(gè)整體時(shí)，則無需考慮位置測量裝置的安裝問題。該方式移動(dòng)部件的傳動(dòng)絲杠螺母結(jié)構(gòu)不包括在閉環(huán)之內(nèi)，由絲杠的螺距誤 差和齒輪間隙引起的誤差難以消除，可用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ钥傻玫綕M意 的精度。系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)部包括或只包括少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可獲得穩(wěn)定的 控制性能。具有調(diào)試方便，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，目前應(yīng)以十分廣泛。3 ） 異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測量反饋的閉環(huán)控制方式該方式與開環(huán)方式的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的 實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大

54、和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置和反饋的實(shí)際的位置的差值等于零為止。該方式在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)控制方式復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)格。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)方式難。但可獲得比開環(huán)方式更高 的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的性能指標(biāo)。可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定 是否采用這種方式。該方式可以消除整個(gè)放大和傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動(dòng)，具有很高的位 置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是 非線性的，很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝，調(diào)試都很困難。全 閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的鏜銑床，超精度車床和超精度磨床等。結(jié)論：根據(jù)本章確定的設(shè)計(jì)任務(wù)和總體設(shè)計(jì)方案，我們決定采用半閉環(huán)控制方 式，這樣既經(jīng)濟(jì)又易改造，同時(shí)也能滿足改造后的性能要求。3.5.7 普通車床電氣部分的數(shù)控化改造機(jī)床電氣的改造，是將原機(jī)床電氣電路改為與數(shù)控系統(tǒng)連接，并受數(shù)控系統(tǒng) 控制的電路