CA6132普通車床的數(shù)控技術(shù)改造

1、第一章 緒論亠4-數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢 -4 -第二章數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) -8-一總體方案設(shè)計(jì)容 -8 -二總體方案確定-9 -第三章進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 -10 -一選擇脈沖當(dāng)量-10 -二計(jì)算切削力-11 -三滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 -12-四齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算 -18-五步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 -19-第四章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) -24 -一微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綱要 -24 -一硬件電路設(shè)計(jì) -24 -二軟件電路設(shè)計(jì) -25 -二8031單片機(jī)及其擴(kuò)展 -26 -一 8031 單片機(jī)的簡介 -26 -二8031 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展 26-三存儲器擴(kuò)展-28 -四 I/O 口 的擴(kuò)展-

2、29 -三 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 -30 -一脈沖分配器（環(huán)行分配器） -31 -二光電隔離電路-31 -三 功率放大器-31-四其他輔助電路-32 -四 數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) -33 -一 軟件脈沖分配器 -34-二逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)程序 - 35 -三步進(jìn)電機(jī)升降速軟件設(shè)計(jì) -37 -第五章數(shù)控機(jī)床零件加工程序 -38-第六章 總結(jié)與展望-40 -當(dāng)今世界數(shù)控技術(shù)及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn) 狀，在此基礎(chǔ)上討論了在我國加入WTO和對外開放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下，發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性，并從戰(zhàn) 略和策略兩個(gè)層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)及

3、裝備的幾點(diǎn)看法。裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度， 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物 技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思 曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動 資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù) 又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技 術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世 界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重

4、大 措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面 對我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已 成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)圍覆蓋很多領(lǐng)域：（1）機(jī)械制造技術(shù)； （2）信息處理、加工、傳輸技術(shù)；（3）自動控制技術(shù)； （4）伺服驅(qū)動技術(shù)； （5）傳感器技術(shù)；（6）軟件技術(shù)等。關(guān)鍵詞：普通車床； 數(shù)控改造；伺服系統(tǒng)； 數(shù)控系統(tǒng)The tr

5、an sformatio n and desig n of the econo mic CNC latheABSTRACTThe survey found that most en terprises of chi na still have largeamounts general-purposemachine tools which have Iongevity of, lowprecisi on, can not adapt to mass producti on , low automatizati on andadaptability ,but can not be washed o

6、ut because of its low cost and con ti nuity of en terprises product ionPurchas ing new nu merically con trolled mach ines is an importa nt wayto improve product ion precisi on and efficie ncy, but it may not cometrue to manyen terprises because it cost much. En terprises equipme nt updat ing step ar

7、e coun teracted severly. So Gen eral lathesnu merically con trolledreforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprisescompetitive power. So itcan takes its place in our way to a powerful manu facturi ng coun try.The econo mical effici

8、e ncy of the reform and the applicati on of NCtech no logyin Gen eral purpose lathe CA6132s nu mericallycon trolledreforming is researched in this paper according to our practice of CA6132s nu merically con trolled reformi ng. And the reformi ng scheme and main points are formed. The main contents i

9、s:The econo mical efficie ncy of the reform is evaluated in detailand the rerorming scheme is makedaccording to misty optimums synthesize adjudicate prin ciple.The ball screws type, assembli ng, support ing,bearing type, and stepping motor of feeding system is designed.he import and domestic NC syst

10、ems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest accord ing to the function.Methods of installingand testing of general purpose lathesnu merically con trolled reformi ng were put forward.KEY WORDS: Ge neral purpose lathe; NC reform ; Servo sy

11、stem ; CNC system第一章緒論數(shù)控技術(shù)和裝備發(fā)展趨勢1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要 行業(yè)（IT、汽車、輕工、意料等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所 需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨 勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面14 。1. 1高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率， 提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端

12、技術(shù)研 究會將其列為 5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會（CIRP）將其確定為 21世紀(jì)的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄 壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況 下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來 制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式 拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高 精和高柔性的要求。從EMO2001展會情況來看，

13、高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。80m/min，甚至更高,包括我國的通用汽車公司，美國CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為 100m/min，加速度達(dá) 2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60 000r/min 。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銃床加工需3h，在普通銃床加工需8h ;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12*!000r/mm 和1g。在加工精度方面，近 5卩m精密級加工中心則從 始進(jìn)入納米級（0.01卩

14、m）。35 1 m,提咼到11.5 1 m并且超精密加工精度已開10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6 OOOh以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的 發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。1.2 5軸聯(lián)動加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺5軸聯(lián)動機(jī)床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機(jī)床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銃刀進(jìn)行高速銃削淬硬鋼零件 時(shí)，

15、5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了 5軸聯(lián)動機(jī)床的發(fā)展。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動機(jī)床和復(fù)合加工機(jī)床(含在EMO2001展會上，新日本工機(jī)的 個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。5面加工機(jī)床)的發(fā)展。5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)45面加工和 5軸加工可在同一臺機(jī)床上 德國DMG公司展出 DMUVoution

16、系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和 5軸聯(lián)動加工，可由CNC系統(tǒng)控制或 CAD/CAM直接或間接控制。1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控 制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、 電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化 操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、 智能監(jiān)控方面的容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和

17、數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next Gen erati onWork-Station/MachineControl)、歐共體的 OSACA(Open System Architecture forControl within AutomationSystems)、日本的 OSEC(Open System Environment forCon troller) ，中國的 ONC(Ope n Numerical Con trol System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可

18、以在統(tǒng) 一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù) 控功能)，形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng) 中，快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn) 品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)、通信規(guī)、配置規(guī)、運(yùn)行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功 能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制 造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù) 控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出

19、了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（ Mazak）公司展出的CyberProductionCenter （智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC）;日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“ IT plaza ” （信息技術(shù)廣場，簡稱IT 廣場）;德國西門子（Siemens）公司展出的 Open ManufacturingEnvironment （開放制造環(huán)境，簡稱OME等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。1.4重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)的建立1.4.1 關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，

20、并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)（OMAG OSACA OSEC）的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)框架的研究和制定。1.4.2 關(guān)于數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G, M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649 （ STEP- NC），其目的是提供一種不

21、依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型， 從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的NC程序可以分散STEP-NC數(shù)控系35 %）和加工時(shí)間（約STEP-NC 的 IMS 計(jì)劃20個(gè)制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次， 統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75%）、加工程序編制時(shí)間（約50 %）。目前，歐美國家非常重視STEP-NC的

22、研究，歐洲發(fā)起了（1999.1.12001.12.31）。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的STEP Tools 公司是全球圍制造 業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級模型（Super Model），其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格 式已經(jīng)在配備了SIEMENS FIDIA以及歐洲 OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。2 對我國數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計(jì)我國數(shù)控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展

23、階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖 和我國的基礎(chǔ)條件的限制，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六 五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國 產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開放和國家的重視，以及研究開發(fā)環(huán)境和國際 環(huán)境的改善，我國數(shù)控技術(shù)的研究、開發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究， 進(jìn)入市場競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數(shù)控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在“九五”末期，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國市場占有率達(dá)50 %，配國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)（普及型）也達(dá)到了 10 %?？傮w縱觀我國數(shù)控技術(shù)近50年

24、的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過 4個(gè)5年計(jì)劃的攻關(guān)，來看取得了以下成績。a. 奠定了數(shù)控技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)。我國現(xiàn)在已基本掌 握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機(jī)、專機(jī)及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分 技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。b. 初步形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了 諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠。電機(jī)廠、華中數(shù) 控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)生產(chǎn)廠以及北京第一機(jī)床廠、第一機(jī)床廠等若干數(shù)控 主機(jī)生產(chǎn)廠。這些生產(chǎn)廠基本形成了我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。c. 建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊(duì)伍。雖然

25、在數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長足的進(jìn)步，但我們也要清醒地 認(rèn)識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我 國的現(xiàn)實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與 國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的 數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢。從國際上來看，對我國數(shù)控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè) 化水平估計(jì)大致如下。a. 技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后1015年，在高精尖技術(shù)方面則更大。b. 產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品

26、化程度 不足；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。c. 可持續(xù)發(fā)展的能力上，對競爭前數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)、工程化能力較弱；數(shù) 控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強(qiáng)；相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)的研究、制定滯后。分析存在上述差距的主要原因有以下幾個(gè)方面。a. 認(rèn)識方面。對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點(diǎn)認(rèn)識不足； 對市場的不規(guī)、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計(jì)不足；對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水 平及能力分析不夠。b. 體系方面。從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時(shí)候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈 的 角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時(shí)候少；沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善 的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。c. 機(jī)制方面。不

27、良機(jī)制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng) 新，且制約了規(guī)劃的有效實(shí)施，往往規(guī)劃理想，實(shí)施困難。d. 技術(shù)方面。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，核心技術(shù)的工程化能力不強(qiáng)。機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標(biāo)準(zhǔn)研究不夠。3對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考3.1 戰(zhàn)略考慮我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要 掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格 局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位， 這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制

28、造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全 看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水 平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定；其次從國防安全看，西方發(fā) 達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝 事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。3.2 發(fā)展策略從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能 夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支 撐技術(shù)、配套技術(shù)作為

29、研究開發(fā)的容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控車 床、銃床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等）帶 動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、 高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會 有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品。第二章 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)一 總體方案設(shè)計(jì)容接到一個(gè)數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖， 才能決定各種設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后再分別對機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體

30、方案的擬定包括以下容：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。一、系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)?？刂品绞降倪x擇系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中， 沒有檢測反饋裝置， 數(shù) 控裝置發(fā)出的信號的流程是單向的， 也正是由于信號的單向流程， 它對機(jī)床移動部件的 實(shí)際位置不做檢測， 所以機(jī)床加工精度要求不太高， 其精度主要取決于伺

31、服系統(tǒng)的性能。 開環(huán)伺服系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 這類機(jī)床工作比較穩(wěn)定， 反應(yīng)迅速， 調(diào)試和維修都 比較簡單。二 總體方案確定（1）、系統(tǒng)的運(yùn)動方式伺服系統(tǒng)的選擇由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床應(yīng)具備定位，直線插補(bǔ)，順、逆圓弧插補(bǔ)，暫停，循 環(huán)加工， 公英制螺紋加工等功能， 故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 考慮達(dá)到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī) 床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。（2）、數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)機(jī)床要求，采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高， 可靠性好， 功能強(qiáng)，速度快，抗干擾性強(qiáng)，具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)，決定采用MCS-51 系列的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。

32、控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放 大電路等組成， 系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)， 顯示器采用數(shù)碼管顯示 加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。（3）、機(jī)械傳動方式為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿，為保證一定 的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力， 選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)， 為提高傳動剛度 和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒輪間隙的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體方案框圖如下：DOA圖1系統(tǒng)總體方案框圖第三章進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算選擇脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、銃床常采用的脈沖當(dāng)量是

33、0.010.005mm/step。根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量：縱向：0.01mm/step, 橫向：0.005mm/step（半徑）B3-IFI一 二 mm尊Cv % I let ,曙于BL基牛嚴(yán)電出 厚Ji| 1 CJU I 1#*亠 F T 橫切端而縱車夕卜圓圖2縱切和橫切時(shí)切削力的示意圖1、縱車外圓主切削力Fz(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)算：Fz = 0.67Dm：x=0.67 5001.5 7491.751 ( N按切削力各分力比例：F z : Fx : Fy=1 : 0.25 : 0.4F x 7491.751 0.25 1872.711 (N)Fy 7491.751 0.42996.33

34、5 (N)2、橫切端面主切削力Fz (N)可取縱切的1/2。1Fz 艮 3745.421 (N)2 sFx 3745.421 0.25 936.340 (N)Fy 3745.421 0.4 1498.165 (N)三滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型(一) 縱向進(jìn)給絲杠1、計(jì)算進(jìn)給軸向力 Fm (N)縱向進(jìn)給這里為三角形導(dǎo)軌：Fm kFxf (Fz G)式中K:指顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K=1.15 ；f :指滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)取 0.150.18之間的值；G:指流板及刀架重力， G=1100N則 F m = 1.15 1872.7070.17(7490.816 1101)3614.052

35、(N)2、計(jì)算最大動負(fù)載 Q考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負(fù)載Q的計(jì)算公式為：Q 3 LfwFmL 60 n T1061000vsnL0式中1-0 :指滾珠絲杠導(dǎo)程，初選1-0=8；n :指絲杠轉(zhuǎn)速，(r/min )；Vs:指最大切削力條件下的進(jìn)給速度(m/min),可取最高進(jìn)給速度的1/21/3，此處取vs=0.3 mm ；T :指使用壽命時(shí)間（h）,對于數(shù)控機(jī)床取 T=15000h.。L:指壽命，以10 6轉(zhuǎn)為一單位；fw :指運(yùn)動系數(shù)，見表1，選fw=1.3。表1運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.01.2一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.21.5有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)1.5-2.5嗨 1000

36、 06 O537.47( r/min)L060 n T10660 3747 1500033.761063 LfwFm3 33.76 1.3 3614.054 15183.1748(N)3、滾珠絲杠螺母副的選型C的滾珠絲杠副的2.5圈1列，其額定動負(fù)從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應(yīng)的動負(fù)載尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時(shí)應(yīng)滿足Q C的條件。查表：可采用 WJL5008外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副,載為23400N,符合Q C的條件。精度等級按表 2，選為1級。3V300p610 mm表2 滾珠絲杠行程公差項(xiàng)目符號有效行程Lu（mm精度等級12345目標(biāo)行程公差eP31568121

37、62331540079131825400500810152027500630911162230行程變動量公差Vmp3156812162331540068121725400500710131926500630711142129任意300 mm行程變動量V300p681216232弧度行程變 動量V p45678Jl圖3縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖計(jì)算如下:(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量1 (mr)Fm = 3614.054N,0=8mm,A3縱向號配團(tuán)縱向AutoCAD 圖形X幽二著商裝配國jA.it craEDft F6*4r?.527 KB畢業(yè)設(shè)計(jì)開題抿備MiF0E*ft ffird 9 54 O畢

38、業(yè)設(shè)計(jì):論文Microsoft Ward 91.01& ES需要圖紙請聯(lián)系QQi 1940527833有優(yōu)惠tgtg4 220.958 tg( ) tg(4 2210)5、剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式如圖4所示，最大軸向力為 2759N,支承間距L=550mm,因計(jì)算如下:(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量1 ( mm根據(jù) Fm 2759 N, D 0=25mm, E 20.6 104N/mm , R=2.064, e=0.056mm d1 D0 2e 2R 25 2 0.056 2 2.064 20.9832( mm) A (蟲)2?(20.984)2 3.14 345.8341(mm)2 2

39、(mm1L Fm L27595502.13 10L0EA 20.6 10345.833(2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形2 ( mm對滾珠絲杠副施加預(yù)緊力F為軸向負(fù)載的1/3。由 db 3.969 mm, Fm 275.9 kgf承載滾珠數(shù)量Z Z圈數(shù)列數(shù)D。db圈數(shù)列數(shù)3.14 253.9692.5 149.462 =0.0013db?Fp?Z0.0013275.93 3.969 275.9/349.4623.72 10 3 ( mr)(3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變3 (mn)這里采用有預(yù)緊時(shí)的推力球軸承則1.746Fm10 43 DwZ2Fp查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中表6-2-82，采用511

40、04型推力球軸承，其 d=20mm,滾動體直徑 DW =3.175 mm,滾動體數(shù)量 Z=14,31.746 10Fm43 DwZ2Fp1.746 1027595.8 103 3.1751422759/3(mm則定位誤差2.13 103V300p3333.72 105.8 106 10=0.03682 (mm)顯然變形量已大于規(guī)定的定位精度（0.025mm），應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板空間限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌來減少摩擦力，從而減少軸向力，采用貼塑導(dǎo)軌f=0.030.05。重新計(jì)算如下:F m kFxf (Fz 2Fy G)1.4936.355 0.03(3745.

41、4142 1498.166 500)1528NQ 3 LfwFm 3 22.5 1.3 1527 5606 (N)由此可知：滾珠絲杠螺母副和軸承的型號可不改變。 此時(shí)的變形量為：1占LL0FmEA20.6152845501.17 10 2 ( mm10345.8332=0.0013Fm0.00133 db2?Fp?Z31.746 104Fm3 DwZ2Fp1.746152.83 3.969152.8/3 49.47“小 4152810 -.2.5110 3(mr)i定位誤差23V300 p1.17 10-22.51 10 33.913 3.175 142 1528/33.91 10 36 10

42、 3103 ( mm0.02412 （mm）0.025m m（規(guī)定定位精度6、穩(wěn)定性校核臨界負(fù)載Fk與工作負(fù)載 Fm之比稱為穩(wěn)定性系數(shù)nk，如果nkFkF nk1 m，則壓桿穩(wěn)定，nk為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般nk =2.54。2(N/mm)；J :指截面慣性矩（mm）,絲杠截面慣性矩J464d1（ d1為絲杠螺紋的底徑）；計(jì)算臨界負(fù)載Fk （N）： Fk一EJk k （ l）2I :絲杠兩支承端距離（mn）;:絲杠支承方式系數(shù)，見表3，這里2.00。表3滾珠絲杠支承方式系數(shù)方式一端固疋一端自由兩端簡支一端固疋一端簡支兩端固定0.251.002.004.00Fk2Ed14643.14220.7

43、 104 31420.9744卑155993N(2.00 551)2nkFk 155992Fm152810.47nk所以此絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。（三）縱向及橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù) 其幾何參數(shù)見表:表4 W1L5008及W/L2506滾珠絲杠幾何參數(shù)名稱符號WL5008WL2506螺紋滾道公稱直徑D。5025導(dǎo)程L。86接觸角2 554 22鋼球直徑db4.7633.969滾道法面半徑RR 0.52db2.4772.064偏心距ee (R db/2)sin0.0680.螺紋升角arctgD02 554 22螺 桿絲杠外徑dd D0 (0.2 0.25)db48.524絲杠徑d1d1 D0 2e 2R

44、45.18220.984螺桿接觸直徑dzd z d1 db cos40.42417.025螺 母螺母螺紋直徑DD D0 2e 2R54.81829.016螺母徑D1D1D0 (0.2 0.25)db51.19025.992四齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算1、縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算b 0.75，可計(jì)算出傳動比:i12bL0360 p0.75 8360 0.011.668在閉式軟齒面齒輪傳動中，齒輪的彎曲強(qiáng)度總是足夠的，因此齒數(shù)可取多些，推薦取Z=2440。所以可選定齒輪數(shù)為:i12Z240Z1242、橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.005，滾珠絲杠導(dǎo)程 L06mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距

45、360 p可選定齒輪數(shù)為:i124518因進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照表 5。角b 0.75，可計(jì)算出傳動比:i12b L0表5傳動齒輪幾何參數(shù)所處位置縱向橫向齒數(shù)24401845分度圓直徑d mz48803690齒頂圓直徑da d 2m52844094齒根圓直徑df d 2 1.25m43753185齒寬(610) m16161616中心距1A m(Z1 Z2)26463五步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型（一） 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算1、等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量J （kg ?cm2）可由下式計(jì)算:JM 山（J2 Js）詈 ）2式中Jm :指步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量

46、 （kg ?cm2）；Ji、J2:指齒輪 乙、Z2的轉(zhuǎn)動慣量（kg?cm2）；Js:指滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（kg ?cm2）；W :指工件及工作臺重量（N）；Lo :指絲杠導(dǎo)程（cm）；參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 JM 10kg? cm2。Ji0.7810 3dL （ d和L分別表示齒輪Z2的分度圓直徑和齒寬）0.7810 34.841.60.66( kg? cm2)J20.7810 3dL（ d和L分別表示齒輪乙的分度圓直徑和齒寬）0.7810 38421.65.11(kg?cm2)Js0.7810 3dL（d和L分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距）0.7

47、810 354150273.134(kg?cm2)把這些數(shù)據(jù)代入上式:JMJ1 自2(J2 Js)號p224 211000.8100.66 (40)(5.11 73.125)藥(F)43.97021（ kg? cm2）2、電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按個(gè)階段計(jì)算：（1）快速空載起動力矩 M起在快速空載起動階段，加速度所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下:M 起 M amax M f M 0M a max J ?n max210 史ta2,2 ?nmax 10 J60tamaxbp 360F0L02G iMo邑0(12)2 i(10 )以上式中Mamax :指空載起動時(shí)折

48、算到電機(jī)軸上的加速度力矩（N ?cm)；M f ：指折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N ?cm）；M。：指絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（N ?cm)；J :指傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量（kg?cm2）；2:指電機(jī)最大角加速度（rad / s2）； nmax:指電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）；max:指運(yùn)動部件最大進(jìn)給速度（mm/min）；p ：指脈沖當(dāng)量（mm/step）；b :指步進(jìn)電機(jī)步距角（deg）；s），這里是30msta :指運(yùn)動部件從停止起動到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間（F0 :指導(dǎo)程的摩擦力（N）, F f （Fz W）；Fz :指垂直方向的切削力（N）;W :指工件及工作臺

49、重量（N ；f :指導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，f 0.15 0.18 ；G :指運(yùn)動部件的總重量（N ；i :指齒輪降速比；按i Z1計(jì)算；乙:指傳動鏈總效率，一般可取0.7 0.85 ;F p :指滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，一般取Fm/3 , Fm為進(jìn)給軸向力（N）；L0 :指滾珠絲杠導(dǎo)程；0 :指滾珠絲杠未加預(yù)緊時(shí)的傳動效率，一般取0.9 。將以前計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入:nmax b 2000nmax360 0.020 75416.56(r/mi n)360M a max J22?n max 1043.971!060 0.032639.424( N?cm)f (Fz W) L0.17Z2/Z1(7490.827 1

50、100)20.8 1.66708139.38(N ?cm)M01/3FmL2 Z2/Z1 (102)1/33614.055 0.820.8 1.667(10.92)21.84( N ?cm)M 起 M a maxM0639.424 139.3821.84800.644 ( N ?cm)(2)快速移動時(shí)所需力矩139.38 21.84161.22( N ?cm)(3)最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M切M f M 0 MtFxLoM f M0139.38 21.841872.707 0.82 i20.81.667340.036( N ?cm)從上面計(jì)算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動所

51、需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。由表6得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，M q / M jmax 0.866 ，則表6步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)距M q與最大靜轉(zhuǎn)距 M jmax關(guān)系步進(jìn)電機(jī)相數(shù)三相四相五相六相拍數(shù)3648510612Mq/M jmax0.50.8660.7070.8090.9510.8660.866按此最大靜轉(zhuǎn)距從表中查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)距為13.72 N ?M，大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)動矩頻特性。M j max800.770.886903.8 (N)o3、計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時(shí)的工作頻率1000 max60 p1000 2.060 0.013333.33Hzfe1000 s60 p1000 0.660 0.011000Hz可查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動頻率為2800 Hz運(yùn)行頻率為8000 Hz，再從圖 5查出150BF002步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性