ca6140普通車床的數(shù)控化改造[0008]

1、摘 要針對大多數(shù)企業(yè),具有數(shù)量眾多和較長使用壽命的普通機(jī)床，其加工精度較低、不能批量生產(chǎn)，自動化程度不高，自適應(yīng)性差，但考慮投資本錢，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、零件多變的問題，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。購置新的數(shù)控機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑,但是本錢高，許多企業(yè)在短時間內(nèi)無法實(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)競爭力，在我國成為制造強(qiáng)國的進(jìn)程中，占有一席之地。關(guān)鍵詞：普通車床,數(shù)控,改造ABSTRACTMost enter

2、prises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprises production.As a representative producti

3、on of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining.Purchasing new numerically controlled mach

4、ines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises equipment updating step are counteracted severly. So General lathes numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve product

5、ion precision and efficiency, and it can improve enterprises competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country. KeyKey WordsWords: General purpose lathe, Numerical control(NC),Reform目目 錄錄 第一章 前言-5 問題的提出-5國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)開展概況 -5國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)開展趨勢 -6智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) -6 普通機(jī)床數(shù)控

6、改造的經(jīng)濟(jì)性評價-7微觀看改造的必要性 -7宏觀看改造的必要性 -8 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場-8改造的市場 -8進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 -9第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計要求-9-10-11-12第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計與計算-13 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計-143.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部的計算與選型-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選擇與校核步驟 -15橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟-18橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 -19 滾珠絲杠設(shè)計計算 -20 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算 -22滾珠絲杠螺母副的精度等級-23滾珠絲杠副軸向間

7、隙的調(diào)整和預(yù)緊-23 進(jìn)給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除-25 采用減速箱的目的及考前須知 -25 減少或消除空程的必要性和方法 -25第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計 -25 步進(jìn)電機(jī)的工作方式-26 步進(jìn)電機(jī)的選擇-26 步進(jìn)電機(jī)選用的根本原那么 -26 CA6140 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)確實(shí)定-27 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)確實(shí)定-28第五章 自動回轉(zhuǎn)刀架的選型-28 數(shù)控車床刀架的根本要求-285.2 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理-29第六章 CA6140 普通車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)-29 數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)概述-29 機(jī)床主機(jī) -30 驅(qū)動裝置 -30 輔助裝置 -30 數(shù)

8、控裝置系統(tǒng) -31 編程裝置 -316.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計-31控制系統(tǒng)的功能要求 -31硬件電路的組成-316.3 單板控制系統(tǒng)的設(shè)計-32 硬件配置 -32 貯存器空間分配 -32 I/O 口地址分配-32 光電隔離電路 -336.4 8031 單片機(jī)簡介 -336.5 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計-34 程序存儲器的擴(kuò)展 -34 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 -346.6 譯碼電路設(shè)計-386.7 其他輔助電路設(shè)計設(shè)計-386.7.1 8031 的時鐘電路單片機(jī)的時鐘的產(chǎn)生方式-38 復(fù)位電路 -40 越界報警電路 -40 掉電保護(hù)電路 -41第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題-427.1 滾珠絲杠螺母

9、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-42參考文獻(xiàn)-43致謝-44第一章 前言數(shù)控車床作為機(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)要在劇烈的市場競爭中獲得生存、求得開展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的本錢,制造出符合市場需要的、性能適宜的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)本錢的上下,又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。購置新的數(shù)控

10、機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是本錢太高，很多工廠在短時間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通機(jī)床，由于普通機(jī)床加工精度相對較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資本錢，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)對現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選方法，也是提高機(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)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強(qiáng)國的進(jìn)程

11、中，占有一席之地。國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)開展概況機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要根底裝備，它的開展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機(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)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和開展。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC 只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(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 CAD/CAM 及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM 和CNC 之間沒有反響控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中 CNC 只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、

12、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反響控制環(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，傳統(tǒng) CNC 系統(tǒng)的這種固定程序控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開展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢在必行。數(shù)控技術(shù)開展趨勢 1. 性能開展方向 (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式檢測元件的交流數(shù)

13、字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(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，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；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，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(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開展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多外表的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子 880 系統(tǒng)控

14、制軸數(shù)可達(dá) 24 軸。 (4) 實(shí)時智能化 早期的實(shí)時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(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。而人工智能那么試圖用計算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)開展到今天，實(shí)時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域開展，而實(shí)時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用開展，由此產(chǎn)生了實(shí)時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支開展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)

15、系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(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，從而到達(dá)最正確控制的目的。智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(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、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。根據(jù)對市場的調(diào)研，目前新的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床，8.5 萬/臺，普通新車床 CA6140，售價 3.8 萬/

16、臺，使用壽命 8-10 年，而已使用了 6-8 年的舊車床 CA6140，估價 0.5萬/臺，通過改造還可使用 4-6 年。普通車床 CA6140 每臺數(shù)控化改造所需價格大約3 萬，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高 20-30%。因此需要對普通車床的數(shù)控化改造進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價。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，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，使之全部或局部到達(dá)新設(shè)備的性能。微觀看改造的必要性從微觀上看，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)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力。 (1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線

17、、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 (2) 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37 倍。由于計算機(jī)有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了柔性自動化。 (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) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、

18、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的優(yōu)點(diǎn)：(1)降低了工人的勞動強(qiáng)度；(2)節(jié)省了勞動力一個人可以看管多臺機(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)可對市場需求作出快速反響等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。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計算機(jī)集成制造系統(tǒng)等企業(yè)信息化改造的根底。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和根底技術(shù)。宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)興旺國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對

19、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。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS 外，還包括在產(chǎn)品開發(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) 、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)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造稱之為信息化 ，最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比興旺國家約落后 20 年。如我國機(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。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的

20、必要性。1.3 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場改造的市場我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3。近 10 年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為萬臺，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/半自動機(jī)床不到 20，F(xiàn)MC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)美國和日本自動和半自動機(jī)床占 60以上 ?？梢娢覀兊拇蠖鄶?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的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、本錢高、供貨期長，從而在國

21、際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、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)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從 19791988 年 10 年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造工程就有 18446 項，大約億美元。這些工程中，大局部工程為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)工程由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(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)線從國外引進(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)時只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，無視軟件

22、、工藝、管理等，造成工程不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計要求總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機(jī)的選擇，以

23、及傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。1普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(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)簡化結(jié)構(gòu)、降低本錢，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 3根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、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)、具有很高的性價比，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

24、了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，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)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 6縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 7為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動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

25、的主要結(jié)構(gòu)布局根本不變，盡量減少改動量 ，以降低本錢縮短改造周期。 10機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝局部應(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。將 CA6140 普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求該車床具有切削螺紋的功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向：，橫向：。設(shè)計參數(shù)如下：最大加工直徑：在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工長度：1000mm快進(jìn)速度縱向/min橫行/min最大切削進(jìn)給速度縱向/min橫行/min代碼制ISO脈沖分配方式逐點(diǎn)比擬法輸入方式增量值、絕對值通用控制坐標(biāo)數(shù)2最小指令值縱向0.01mm/pulse橫行/p

26、ulse刀具補(bǔ)償量0進(jìn)給傳動鏈間隙補(bǔ)償量縱向橫行自動升降速性能有CA6140 型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)都由主軸電機(jī)控制，而改造后的車床那么把主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動別離開。分別由各自的步進(jìn)電機(jī)來控制，但是為保證車床在車螺紋時主傳動運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動之間的聯(lián)系，所以在拆掉進(jìn)給系統(tǒng)的同時，必須在主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，來實(shí)現(xiàn)主軸傳動和進(jìn)給運(yùn)動之間的聯(lián)系。同時，為了提高機(jī)床的精度和效率，用滾珠絲杠來代替原機(jī)床的光杠，并且采用單獨(dú)的步進(jìn)電機(jī)來控制。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)械局部的改造首先拆去進(jìn)給箱、溜板箱；還要對車床的床鞍進(jìn)行局部的改造，拆去縱向小拖板、

27、 橫向拖板，將絲杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)來控制。2. 刀架的改造CA6140 普通車床的刀架不能滿足數(shù)改后的車床的性能和精度的要求。所以，必須要換成數(shù)控自動刀架。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間隙傳動聯(lián)軸器連接，到達(dá)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，傳動鏈短，傳動剛度提高。主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，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)生器的組成局部包括白熾燈、聚光鏡、光柵盤、光闌板、光敏

28、管及其光電整形放大電路組成。光柵盤和光闌板都是玻璃材料制成，玻璃外表經(jīng)過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。在光柵盤上刻有明暗條紋，有單條和 1024 個條兩組。當(dāng)平行光束經(jīng)過光柵盤時，在光柵盤的另一面就產(chǎn)生明暗光帶，這光帶通過一個光闌狹縫，照在對應(yīng)的光敏管上，從而產(chǎn)生光電脈沖信號，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)一個脈沖；1024 條紋的一組通過光欄上兩個相位差 /4 間距的狹縫，產(chǎn)生兩組每轉(zhuǎn) 1024個脈沖組相差為 /4 的脈沖序列，供應(yīng)微機(jī)處理，借以判斷主軸正、反轉(zhuǎn)，且可以從 1024 個脈沖中均勻地取出 F 個脈沖，作為中斷信號控制

29、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)圖:第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計與計算第三章第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計與計算進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部設(shè)計與計算進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計需要改動的主要局部有掛輪架、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)：全部撤除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進(jìn)給箱局部：全部撤除，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床尾座端原來裝軸承座的局部。溜板箱局部：全部撤除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及局部操作按鈕。橫溜板箱局部：將原橫

30、溜板的絲杠的、螺母撤除，改裝橫向進(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。刀架：撤除原刀架，改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械局部的計算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算與選型、齒輪傳動計算、步進(jìn)電機(jī)的計算和選型等。計算簡圖如下列圖所示：確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個進(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)床加工精度的一個根本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用的脈沖當(dāng)量為/step 和/step,在 CA6140 的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量為/step

31、。橫向脈沖當(dāng)量為=/steppfpf縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號選擇與校核步驟1滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球為滾動體的螺旋傳動元件。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如下圖，它可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動，或者將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。因此，滾珠絲杠副既是傳動元件，也是直線運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動相互轉(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)它們套裝在一起時便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠那么沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動。回珠管兩端還起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 特點(diǎn)

32、：傳動效率高：機(jī)械效率可高達(dá) 92%98%。 摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動代替了普通絲桿螺母副的滑動。 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、制造本錢高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，外表經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。1最大工作荷載計算滾珠絲杠的工作載荷N是指滾珠絲杠副的在驅(qū)開工作臺時滾珠絲杠所承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 車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，那么用公式 2-1 計算工作載荷的大小。 3-1 ()mvFKFLfFG車削抗力分析車削外圓時的切

33、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外表質(zhì)量。進(jìn)給抗力與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計或xF校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。切削時總切削力的分解縱切外圓時，車床的主切削力可以用下式計算：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(N)xF =2144(N)yF因為車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時作用在進(jìn)給托板的載荷和與車刀所受到

34、的車削抗力有對應(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(5360+909.8) =1790.68(N) 對于三角形導(dǎo)軌 K=1.15, =0.030.05,選=0.04(因為是貼塑導(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.最大動載荷 C 的計算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷 Ca 選用，可用式 3-4 計算： 3-4 3

35、mmCL 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 為絲杠的根本導(dǎo)程，查資料得 L0=12mm; 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因為此時有沖擊振動，mf所以取=1.5.mfV 縱向=/r1400r/min=2226mm/minn 縱向=v 縱向1/2/L0=22261/2/12 L=60nt/106=6015000/106那么 =1790.68=11740N3mmCL f F383.5 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動載荷 Ca 不得小于最大載荷 C;因此有CaC

36、=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)，因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。考慮到簡易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號為型 CD638-3.5-E 型，主要參數(shù)為=, =8mm, =63mm, =2o19 ，圈數(shù)1 wD0Lmd縱向滾珠絲杠的校核 1傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 92% 3-5tantan2 19tan()tan(2 1910 )oo2剛度驗算

37、 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 3-61mF lEA =10(31.5)2 =2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2采用有預(yù)緊的方式，因此用公式 3-7223mwyjFD F Z =在這里 =1/3=1/31790.68=597NyjFmF mwdZD 1=145.36 Z 絲杠的總變形量= + =0.0064+0.0028=3V 時，存儲器就能可靠的保持信息。2DBV第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注

38、意的問題滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比擬復(fù)雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。因此在進(jìn)行設(shè)備改造時，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇適宜以后再決定被改造設(shè)備的 其他相關(guān)局部的結(jié)構(gòu)和尺寸。利用螺母的 間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的 預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的 1 / 3 為宜。在 實(shí)際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝置預(yù)緊的判斷標(biāo)準(zhǔn)。傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因為同一聯(lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時，往往會引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件