機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)論文---ca6140型普通車床數(shù)控化改造設(shè)計

1、<p>　　CA6140型普通車床數(shù)控化改造設(shè)計</p><p>　　一. 畢業(yè)設(shè)計題目</p><p>　　主要設(shè)計參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　本次設(shè)計任務(wù)是將CA6140型普通車床進(jìn)行簡易數(shù)控化改造與設(shè)計具體要求如下：</p><p>　　1. X軸（橫向）、Z軸（縱向）改為微機(jī)控制、采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動，滾

2、珠絲杠傳動；</p><p>　　2.x軸（橫向）脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖；</p><p>　　3.z軸（縱向）脈沖當(dāng)量：0.010/脈沖；</p><p>　　3.操作要求：起動、點(diǎn)動、單步運(yùn)行、自動循環(huán)、暫停、停止；</p><p>　　4.實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工；</p><p>

3、　?。ǘ┊厴I(yè)設(shè)計內(nèi)容及工作量</p><p><b>　　1.設(shè)計計算說明書</b></p><p>　?、贁?shù)控技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展；</p><p>　?、跀?shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展；</p><p>　?、蹟?shù)控改造的必要性；</p><p><b>　?、軘?shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)；</b&

4、gt;</p><p>　　⑤數(shù)控改造的設(shè)計步驟；</p><p>　　⑥數(shù)控改造方案的確定；</p><p>　　⑦機(jī)械部分改造設(shè)計與計算；</p><p>　?、嚯姍C(jī)的計算與選擇；</p><p><b>　?、釘?shù)控系統(tǒng)的選擇；</b></p><p><b>

5、;　?、鈪⒖嘉墨I(xiàn)</b></p><p><b>　　2.圖紙部分</b></p><p>　　①普通車床數(shù)控化改造總體方案圖（O號圖紙一張）；</p><p>　?、赬軸（橫向進(jìn)給）機(jī)械改造配圖（O號圖紙一張）；</p><p>　?、踷軸（縱向進(jìn)給）機(jī)械改造配圖（O號圖紙一張）；</p>&

6、lt;p>　　二、數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展</p><p>　　數(shù)控技術(shù)是一門集計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)、測量技術(shù)、現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)，是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)。它是為適應(yīng)高精度、高速度、復(fù)雜零件的加工而出現(xiàn)的，是實(shí)現(xiàn)自動化、數(shù)字化、柔性化、信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代機(jī)床裝備的靈魂和核心，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的應(yīng)用前景。一

7、般數(shù)控系統(tǒng)由輸入/輸出（I/O）裝置、數(shù)字控制系統(tǒng)、驅(qū)動控制裝置、電器邏輯控制執(zhí)行裝置等4個部分組成。數(shù)控機(jī)床就是采用了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，是高效率、高精度、高柔性和高度自動化的現(xiàn)代機(jī)械加工設(shè)備，是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品.但是隨著信息化程度的逐步提高，對實(shí)現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化的綜合自動化系統(tǒng)的需求不斷增長及通信技術(shù)與計算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合發(fā)展，為了產(chǎn)品在市場上增強(qiáng)競爭力，提高綜合效益，現(xiàn)在人們考慮更多的是把傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)放在企業(yè)信息化大背

8、景下，思考如何用信息化技術(shù)去促進(jìn)工業(yè)自動化快速向高端發(fā)展。在全球市場環(huán)境影響和推動下，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品成本的需求不斷增長，生產(chǎn)的實(shí)時優(yōu)化受到過程工業(yè)的普遍重視并廣泛加以采用。為了適應(yīng)變化的經(jīng)</p><p>　　數(shù)控技術(shù)從發(fā)明到現(xiàn)在，已有近50年的歷史。按照電子器件的發(fā)展可分為五個發(fā)展階段：電子管數(shù)控，晶體管數(shù)控，中小規(guī)模NC數(shù)控，小型計算機(jī)數(shù)控，微處理器數(shù)控；從體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，可分為以硬件及

9、連線組成的硬數(shù)控系統(tǒng)、計算機(jī)硬件及軟件組成的CNC數(shù)控系統(tǒng)，后者也稱為軟數(shù)控系統(tǒng)：從伺服及控制的方式可分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)和伺服電機(jī)驅(qū)動的閉環(huán)系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)裝備的機(jī)床大大提高了加工精度、速度和效率。人類發(fā)明了機(jī)器，延長和擴(kuò)展人的手腳功能：當(dāng)出現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)以后，制造廠家逐漸使數(shù)控系統(tǒng)部分代替機(jī)床設(shè)計師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能放進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>

10、;　　數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的發(fā)展</p><p>　　眾所周知，機(jī)械工業(yè)是是國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動國家技術(shù)進(jìn)步的主要力量，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能和效率日趨提高，因此，對加工機(jī)械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備-機(jī)床也提出了高性能、高精度與高自動化的要求。機(jī)械工業(yè)中，單件與小批量產(chǎn)品占到70～80%，這類產(chǎn)品一般都采用人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，特別是一些輪廓復(fù)雜的零件。數(shù)控

11、技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，就是為了解決單件、小批量、特別復(fù)雜型面零件加工的自動化并保證質(zhì)量要求。</p><p>　　自1952年出現(xiàn)第一臺數(shù)控機(jī)床以來，隨著計算機(jī)自動控制伺服驅(qū)動與自動檢測等技術(shù)的迅速發(fā)展，表征數(shù)控機(jī)床的水平和決定數(shù)控機(jī)床功能與特性的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個階段：</p><p>　　第一階段：數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代，即195

12、2年的第一代-電子管時代；1959年的第二代-晶體管時代；1965年的第三代-小規(guī)模集成電路時代。</p><p>　　第二階段：計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970～現(xiàn)在）。到1970年，通用小型計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段，1971年美國INTEL公司將運(yùn)算器和控制器集成在一塊芯片上，稱為微處理器，又稱為中央處理單元（即CPU）。到1974年，CPU被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，到了19

13、90年，PC的性能已發(fā)展到較高的水平，進(jìn)入基于PC階段。總之，計算機(jī)數(shù)控（CNC）的發(fā)展也經(jīng)歷了三代，即1970年的第四代-小型計算機(jī)；1974年的第五代-微處理器；1990年的第六代-基于PC（國外稱為PC-BASED）。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價格極為昂貴、應(yīng)用很不方便（主要是編程困難）等極為關(guān)鍵的問題。</p><p><b>　　數(shù)控改造的必要性</b>&

14、lt;/p><p>　?。ㄒ唬奈⒂^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。</p><p>　　1、可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。</p><p>　　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。</p>&l

15、t;p>　　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3～7倍。</p><p>　　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"。</p><p>　　3、加

16、工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。</p><p>　　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)。</p><p>　　5、擁有自動報警、自動監(jiān)控、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。</p><p>　　6、由以上五條派生的好處。</p><p>　　如：降低了工人

17、的勞動強(qiáng)度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。</p><p>　　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)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p&

18、gt;　?。ǘ暮暧^上看，數(shù)控機(jī)床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。  我國是一個機(jī)床大國，有三百多萬臺普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。

19、0; 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。  隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國經(jīng)濟(jì)資源有限，國家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床，

20、而我國的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動化程度，比較符合我國的國情。  1984年，我國開</p><p><b>　　數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　普通車床數(shù)控化改造一般是指對現(xiàn)有普通車床的某些部位做一定的改造，配上經(jīng)濟(jì)數(shù)控裝置或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)，從而是原機(jī)床具有數(shù)控加工能力

21、。其改造有如下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、資本效率出發(fā)，改造閑置的普通機(jī)床,能發(fā)揮舊機(jī)床的原有能和改造后的新增功能,提高機(jī)床的使用價值。</p><p>　　2、適應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)。</p><p>　　3、數(shù)控改造費(fèi)用低,減少了投資額,經(jīng)濟(jì)性好.數(shù)控車床改造費(fèi)用僅為新購一臺數(shù)控車床費(fèi)用的15%～20%,同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省75%～80%的費(fèi)

22、用,如果再結(jié)合機(jī)床大修理，幾乎就是一臺新的數(shù)控車床,甚至?xí)?，因?yàn)槠胀ㄜ嚧膊粫僮冃巍?lt;/p><p>　　4、機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限。所利用的普通機(jī)床基礎(chǔ)件是重而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以做為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。數(shù)控化改造后使原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)更為簡單，原有得手扶進(jìn)給機(jī)構(gòu)全部消失。這樣一方面，可以提高精度,減少傳動鏈對精度的影響；另一方面，可以減少機(jī)械故障率，提高運(yùn)行的可

23、靠性.但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p><p>　　5、操作者熟悉了解機(jī)床、便于操作維修,降低了操作者的技術(shù)要求，更易于提高管理水平.購買新機(jī)床時，不了解新機(jī)床是否滿足起加工要求。改造則不然,可以精確計算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用,操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短、見效快。改造的積儲一旦安裝好，就可以全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。操作者只需要對工件進(jìn)行裝夾和操作開關(guān)，而零

24、件的加工全部則由數(shù)控系統(tǒng)控制完成，即使比較復(fù)雜的工件也能迅速完成，省去了對技術(shù)要求的煩惱。</p><p>　　6、可充分利用現(xiàn)有的條件，可以充分利用現(xiàn)有基地,不許要重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　7、可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時提提高生產(chǎn)設(shè)備自動化水平和效率，提高機(jī)床質(zhì)量和檔次,將舊機(jī)床改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。自動化程度高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高。&

25、lt;/p><p>　　8、增強(qiáng)了功能，如圓弧加、錐度加工，這是傳統(tǒng)加工方法難以完成的。</p><p>　　9、交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。</p><p><b>　　數(shù)控改造的設(shè)計步驟</b></p><p>　　1.舊機(jī)床的設(shè)備選型</p><p>　　通常對一臺舊機(jī)床，是否需要進(jìn)行數(shù)控化改造，

26、首先應(yīng)對該設(shè)備進(jìn)行估價，這也就是設(shè)備選型。已判斷該設(shè)備是否有改造價值，改造后不能滿足需求，改造后的可能性等，這些都于設(shè)備的選擇密切相關(guān)，所以設(shè)備選型是設(shè)備改造的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)考慮幾個重要參數(shù):設(shè)備的型號規(guī)格、生產(chǎn)廠家和國別、投產(chǎn)時間、目前運(yùn)行狀況、剩余價值(機(jī)械、電氣)、改造后可達(dá)到的預(yù)期效果。數(shù)控改造應(yīng)盡可能采用20世紀(jì)80年代后生產(chǎn)的機(jī)床，因?yàn)檫@類機(jī)床由于使用年限短，其幾何精度相對高一些，改造效果也要好一些。</p>

27、<p>　　2.改造主要技術(shù)方案</p><p>　　將普通車床改造為數(shù)控機(jī)床，是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，必須根據(jù)加工對象的要求和工廠實(shí)際情況，確定切實(shí)可行的改造方案，搞好機(jī)床的改造設(shè)計。一個好的改造方案是改造成功的重要基礎(chǔ)，并在這個環(huán)節(jié)上嚴(yán)格把關(guān)，保證改造的成功實(shí)施。改造方案的制定包含了很重要的內(nèi)容，包括了對系統(tǒng)的了解熟悉、以往維修改造基礎(chǔ)情況等方面的都有很高的要求。因此方案的制定和選擇是機(jī)床數(shù)控化改

28、造中極為重要的一環(huán)，它不僅影響被改造后的機(jī)床的性能要求，而且影響到經(jīng)濟(jì)性和改造效果。因此，必須在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行充分的論證、選擇，并確定技術(shù)方案。在選擇技術(shù)方案時主要應(yīng)從以下幾個因素考慮：</p><p>　?、倏叵到y(tǒng) 目前在市場可提供各種經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，技術(shù)容易掌握及制造技術(shù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)性能完善，與機(jī)械、強(qiáng)電結(jié)合方便，可靠性高。相對

29、來說，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)性能較差，系統(tǒng)平均年無故障工作時間較短，使用于具有一定維修能力的單位。</p><p>　　一般地，普通車床改造時，由于需要加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動控制的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　?、诳刂品绞?通?？刂葡到y(tǒng)的控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種。開環(huán)系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，其加工精度由執(zhí)行元件和傳動機(jī)構(gòu)的精度來保證。定位精度較低（一般只能達(dá)到±

30、;0.02㎜/300㎜），且這種控制方式多以步進(jìn)電動機(jī)為驅(qū)動元件，受步進(jìn)電機(jī)性能的影響，也是目前控制方式多以步進(jìn)電動進(jìn)給速度一般不高。但該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此，使用于精度要求一般的機(jī)床改造，也是目前機(jī)床數(shù)控化改造中應(yīng)用最為普遍的一種。半閉環(huán)控制方式雖然改造費(fèi)用大，但精度較高（可達(dá)±0.01㎜/0.03㎜），且多以直流交流伺服電動機(jī)為驅(qū)動元件，速度也比開環(huán)控制方式高，安裝調(diào)試也比較方便，因此使用于控制精度要求高的機(jī)

31、床改造。閉環(huán)控制由于直接測量出移動部件的實(shí)際位置，要在機(jī)床的相應(yīng)部位安裝直線檢測元件，工作量大、費(fèi)用高、調(diào)試?yán)щy。它的穩(wěn)定性與機(jī)械部分的各種非線性因素有很大關(guān)系，因此在數(shù)控改造中一般不采用這種控制方式。</p><p>　?、鬯欧?qū)動元件 目前在數(shù)控機(jī)床改造技術(shù)中和常用的元件有步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)。這些驅(qū)動元件，配以適當(dāng)?shù)墓シ叛b置，即組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。</p><p&g

32、t;　?、軝C(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)改造方案主要設(shè)計提高移動部件的靈活性，減少和消除傳動間隙，特別是減少反向間隙，其改造工作量較大。通常改造的有導(dǎo)軌副、傳動元件及聯(lián)軸器等。</p><p>　　a導(dǎo)軌副 普通車床的導(dǎo)軌多數(shù)采用滑動導(dǎo)軌，在低速時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動部件的定位精度、若把滑動導(dǎo)軌改為滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，要求工藝高，許多相關(guān)零件組件需進(jìn)行更換和加工，改造加工周期長，改造費(fèi)用多，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，在一

33、般數(shù)控改造中比較少用。</p><p>　　另一種改造是采用貼塑導(dǎo)軌，即在原動導(dǎo)軌上粘接上聚四氟乙烯軟帶，能有效地防止爬行，具有自潤滑性，提高導(dǎo)軌壽命，且零部件不需要更換，加工部位少，改造工作量小，周期短，費(fèi)用低，在機(jī)床數(shù)控化改造中得到廣泛應(yīng)用。本次改造，仍然保留原滑動導(dǎo)軌。</p><p>　　b傳動元件 在普通車床數(shù)控化改造中所涉及的傳動元件是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動的傳動副。普通車床

34、通常采用普通滑動絲杠副。而數(shù)控車床由于要求移動部件靈敏、精度高反應(yīng)快、無爬行，因此采用滾珠絲杠副來滿足要求。在使用滾珠絲杠副時應(yīng)注意由于絲杠副具有可逆?zhèn)鲃犹匦?，沒有自瑣能力，在高速大慣量系統(tǒng)中需要設(shè)置制動機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，滾珠絲杠副由于制造復(fù)雜、加工精度要求高，因此價格要比普通絲杠高出許多。</p><p>　　由于滾珠絲杠副的徑向尺寸較大，在進(jìn)行普通車床的數(shù)控化改造時，許多相關(guān)部位都需修改，因此，為使改造方案容易實(shí)現(xiàn)

35、在可能的情況下，有時仍用原普通絲杠，但為了清除絲杠與螺母間隙，應(yīng)將單螺母副改成可調(diào)間隙的雙螺母副。如果在數(shù)控化改造中，需采用其他元件，應(yīng)注意消隙措施的采用以提高方向精度。</p><p>　　c聯(lián)軸器 為清除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，伺服驅(qū)動元件所用聯(lián)軸器（如果有的話）多數(shù)采用無鍵連接，如用錐銷剛性聯(lián)軸器、錐環(huán)聯(lián)軸器等。</p><p><b>　　3.改造的實(shí)施

36、</b></p><p>　　準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段的內(nèi)容按時間順序分為：</p><p>　　①原機(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長期使用后，會不同程度地在機(jī)械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床做一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣可以對改造工作指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時做對比分析用。</p>

37、<p>　?、诒Ａ舻碾姎獠糠肿罴鸦{(diào)整 對電氣系統(tǒng)做局部改造，保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電動機(jī)的保養(yǎng)，伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，新接件的緊固等。只有對保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工件，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。</p><p>　?、墼到y(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖進(jìn)行，及時在圖紙上進(jìn)行標(biāo)記，防止遺漏或過多的拆卸（在局部改造的

38、情況下）。在拆卸的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)中的欠缺之處，應(yīng)及時補(bǔ)充與修正，拆卸下來的系統(tǒng)以及零件應(yīng)該分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用。</p><p>　?、芎侠戆才判孪到y(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元件的位置、密封及必要裝飾等。</p><p><b>　　4.驗(yàn)收工作</b&

39、gt;</p><p>　　驗(yàn)收工作應(yīng)按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造后期工作也很重要。驗(yàn)收及后期工作包括：</p><p>　?、贆C(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收 經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，集合精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。</p><p>　?、陔姎饪刂乒δ芎涂刂凭闰?yàn)收 電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動作正常，靈敏可靠?？刂凭葢?yīng)在系統(tǒng)本身的功能（如步

40、進(jìn)尺寸等）與標(biāo)準(zhǔn)計量器具（如坐標(biāo)測量儀等）進(jìn)行對照檢查，必須達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時還應(yīng)與改造前普通車床的各項(xiàng)功能和精度對比，以獲得量化的指標(biāo)差。</p><p>　?、墼嚰邢黩?yàn)收 可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控車床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試件切削。試件切削可以驗(yàn)收機(jī)床的剛度、切削力、噪聲、有運(yùn)動軌跡、關(guān)聯(lián)動作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件做試件使用。</p><p>　　通

41、常有兩個內(nèi)容：標(biāo)準(zhǔn)件的試切削，按國際標(biāo)準(zhǔn)，按照數(shù)控車床相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試切削程序；機(jī)床精度的校驗(yàn)，根據(jù)各廠測量水平的高低，采用相應(yīng)的手段，也可以采用激光干涉儀進(jìn)行測量，這樣機(jī)床的位置測量系統(tǒng)的補(bǔ)償可采用得到的數(shù)據(jù)，從而提高機(jī)床精度。</p><p>　　5.操作及維修人員的培訓(xùn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床使用的好壞，與基礎(chǔ)的操作及維修人員的素質(zhì)密切相關(guān)，對操作及維修人員本身有一定的要求，要對其

42、系統(tǒng)的專業(yè)化的培訓(xùn)，使其全面地了解和掌握數(shù)控系統(tǒng)的基本原理操作規(guī)程、維修常識，懂得一般故障的判斷和簡單故障的處理</p><p><b>　　數(shù)控改造方案的確定</b></p><p><b>　　1總體方案的設(shè)計 </b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)  本設(shè)計任務(wù)是對CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造

43、。利用微機(jī)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。  </p><p>　　2 總體方案的論證  對于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機(jī)床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。  （1）數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定&#

44、160; 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)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。  （2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計  數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。  因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。  &l

45、t;/p><p>　　3總體方案的確定  經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定：CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。</p><p><b>　　主要設(shè)計參數(shù)如下：</b></p><p><b>　　最大加工直徑：</b></p>

46、<p>　　車床身上： 400mm</p><p>　　車床鞍上： 210mm</p><p>　　最大加工長度： 1000mm</p><p>　　快進(jìn)速度： </p><p>　　縱向 2.4m/min</p><p>　　橫向

47、 1.2m/min</p><p>　　最大切削進(jìn)給速度： </p><p>　　縱向 0.6m/min</p><p>　　橫向 0.3m/min</p><p><b>　　脈沖當(dāng)量：</b></p><p>　　縱向

48、 0.01mm/step</p><p>　　橫向 0.005mm/step</p><p>　　脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法</p><p>　　控制坐標(biāo)數(shù)： 2</p><p>　　機(jī)床定位精度： ±0.015</p><p><b>　　溜板及刀架重力：</b&g

49、t;</p><p>　　縱向： 800N</p><p>　　橫向： 600N</p><p>　　自動生降速性能： 有</p><p>　　起動加速時間： 30ms</p><p>　　主電機(jī)功率： 7.5Kw</p><p>　　1.進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部

50、分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案</p><p>　　4縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案</p><p>　　典型的縱向滾珠絲杠的支承形式一般采用一端固定，一端浮動，三點(diǎn)支承的布局。步進(jìn)電動機(jī)及減速器的安裝可在任一端。若安裝在機(jī)床的左側(cè)，應(yīng)拆除原機(jī)床進(jìn)給箱，在原安裝進(jìn)給箱處安裝步進(jìn)電動機(jī)及減速器。在機(jī)床右側(cè)安裝可保留其進(jìn)給箱部分，如圖4所示，在原絲杠軸承托架處安裝步進(jìn)電動機(jī)及減速器，這樣既簡單又方便，多數(shù)的數(shù)

51、控改造均采用這種方法。也可以設(shè)計一個專用的軸承支承座，使得結(jié)構(gòu)更加合理穩(wěn)定。</p><p>　　在滾珠絲杠的左端可設(shè)計一個專用的軸承支座，采用一個軸套式滑動軸承作為徑向支承，在滑動軸承的兩側(cè)分別安裝一對推力軸承， 承受兩個方向的軸向力。支撐軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套聯(lián)接起來， 并由銷釘固定。滾珠絲杠的右端通過聯(lián)軸套與減速器的輸出軸聯(lián)接， 減速器固定在絲杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母， 螺母支架固定在床鞍上。

52、</p><p>　　有許多機(jī)床在進(jìn)行數(shù)控改造時， 并未設(shè)計專用的兩端軸承支架， 而是采用原有的支承及軸承， 僅在原輸出軸處通過聯(lián)軸器聯(lián)接即可，這樣既方便又簡單， 通過實(shí)踐此方法適用于一般機(jī)床數(shù)控改造。如圖.5 所示， 是縱向減速器與絲杠安裝的典型結(jié)構(gòu)， 有鎖緊螺母3 進(jìn)行軸向鎖緊固定， 固定銷.5 防止減速器轉(zhuǎn)動， 通過連軸套1與絲杠聯(lián)接， 兩固定銷位置相差90度定位。</p><p>

53、　　注意： 減速器與絲杠支架的直徑和長度尺寸要相一致， 否則還須再拆卸絲杠支架， 進(jìn)行孔的加工， 非常麻煩。</p><p>　　拆除原機(jī)床的進(jìn)給像、溜板箱、滑動絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。</p><p>　　利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安置在原來

54、的位置，兩端仍采用原固定方式。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。</p><p>　　縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負(fù)載小時，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的辦法消除間隙。<

55、;/p><p>　　縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩，以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效果，在溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時的操作需要和遇到意外情況時的急停處理需要。</p><p>　　5橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案</p><p>　　拆除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，

56、為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時消除傳動過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用二級傳動，從動輪采用雙薄片錯位消除間隙。</p><p>　　八、機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計計算</p><p><b>　　選擇脈沖當(dāng)量</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，</p><p>　　縱向：0.01mm/步， 橫向：0.005mm

57、/步（半徑）</p><p><b>　　2.計算切削力</b></p><p><b>　　2.1縱車外圓</b></p><p>　　主切削力FZ（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算：</p><p>　　FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360</p><p>　

58、　按切削力各分力比例：</p><p>　　FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p><p>　　F X=5360×0.25=1340</p><p>　　FY=5360×0.4=2144</p><p><b>　　2.2橫切端面</b></p><p>　　主切削力F

59、ˊZ（N）可取縱切的0.5</p><p>　　FˊZ=0.5FZ=2680</p><p>　　此時走刀抗力為FˊY（N），吃刀抗力為Fˊx（N）。仍按上述比例粗略計算：</p><p>　　FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p><p>　　FˊY=2680×0.25=670</p><p>　　

60、FˊX=2680×0.4=1072</p><p>　　3.滾珠絲桿螺母副的計算和選型</p><p><b>　　3.1縱向進(jìn)給絲桿</b></p><p>　　3.1.1計算進(jìn)給牽引力Fm（N）</p><p>　　縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌</p><p>　　Fm=KFx+fˊ（Fz+

61、G）</p><p>　　=1.158×1340+0.16×（5360+800）</p><p><b>　　=2530</b></p><p>　　式中 K—考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15；</p><p>　　fˊ—滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15—0.18；</p>

62、<p>　　G—溜板及刀架重力：G=800N</p><p>　　3.1.2計算最大動負(fù)荷C</p><p><b>　　C=3√LfWFM</b></p><p>　　L=60×n×t/106</p><p>　　N=1000×Vs/Lo</p><p>

63、;　　式中 Lo—滾珠絲桿導(dǎo)程，初選L=6mm；</p><p>　　Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2—1/3），此處Vs=0.6m/min</p><p>　　T—使用壽命，按15000h；</p><p>　　fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.2—1.5；</p><p>　　L—壽命、以106為一單位。<

64、;/p><p>　　n=1000Vs/Lo=1000×0.6×0.5/6=50r/min</p><p>　　L=60×N×T/106=60×60×15000/106=45</p><p>　　C=3√LfwFm=3√45×1.2×2530=10798.7N </p><

65、p>　　3.1.3滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　查閱表，可用W1L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動負(fù)載為16400N，精度等級按表4-15選為3級（大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級）。</p><p>　　3.1.4傳動效率計算</p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p>　　試中γ

66、—螺旋升角，W1L400bγ=2º44ˊ</p><p>　　φ—摩擦角10ˊ滾動摩擦系數(shù)0.003--0.004</p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p>　　=tg2º44ˊ/tg(2º44+10ˊ)=0.94</p><p><b>　　3.1.5剛度驗(yàn)算</b>

67、</p><p>　　最大牽引力為2530N。支撐間距L=1500mm螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。</p><p>　　A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1</p><p>　　根據(jù)Pm=2530N，D0=40mm，查出ΔL/L=1.2×10-5</p><p><b>　　可算出：</b>

68、</p><p>　　δ1=δL/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2</p><p>　　由于兩端采用向心推力球軸承，且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量 δ1(mm)為：</p><p>　　δˊ1=0.25×10-2 </p><p

69、>　　B．滾珠與螺紋滾道間接觸變形δq</p><p>　　查閱表得：W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量δq ：</p><p><b>　　δq=6.4µm</b></p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊， δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2µm</p><p>　　C

70、．支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形δ3</p><p>　　采用8107型推力球軸承，d1=35mm，滾動體直徑dq=6.34mm，滾動體</p><p>　　數(shù)量Z=18，δc=0.0024×3√Fm2/(dq×Z2) </p><p>　　=0.0024×3√2532/(6.35×182)</p><p

71、>　　注意，此公式中Fm單位為kgf</p><p><b>　　應(yīng)施加預(yù)緊力，故</b></p><p>　　δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.0038mm </p><p>　　根據(jù)以上計算：δ= δ1+δ2+δ3</p><p>　　=0.0045+0.0032+0.0038</

72、p><p>　　=0.0115mm＜定位精度</p><p>　　3.1.6穩(wěn)定性校核。</p><p>　　滾珠絲桿兩端推力軸承，不會產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p><b>　　3.2橫向進(jìn)給絲桿</b></p><p>　　3.2.1計算進(jìn)給牽引力Fˊm</p>

73、<p>　　橫向?qū)к墳檠辔残?，計算如下?lt;/p><p>　　Fˊm=1.4×Fˊy+fˊ(Fz+2Fˊx+Gˊ)</p><p>　　=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N</p><p>　　3.2.2計算最大動負(fù)荷C</p><p>　　n=1000&

74、#215;V3/L0=1000×0.3×0.5/5=30</p><p>　　L=60×n×T/106=60×30×15000/106</p><p>　　C=3√LfwFˊm=3√27×1.2×2030=7283N</p><p>　　3.2.3選擇滾珠絲杠螺母副</p>

75、<p>　　經(jīng)查表得出，W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額</p><p>　　定動載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級。</p><p>　　3.2.4傳動效率計算</p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4º33ˊ/tg(4º33ˊ+10ˊ)=0.965</p><p&g

76、t;<b>　　3.2.5剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　橫向進(jìn)給絲杠支承方式如 圖所示，最大牽引力為2425N，支承間距L=450mm，因絲杠長度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。</p><p><b>　　計算如下： </b></p><p>　　A.絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1(mm)</p>&l

77、t;p>　　查表，根據(jù)Fˊm=2032N，D0=20MM，查出δL/L=5×10ˉ5 可算出</p><p>　　δ1= δL /L×L=4.2×10‐5 ×450=1.89×10‐2mm</p><p>　　顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸，以提高剛度</p><p>　　故 δˊ=0.25δ1=4.7×

78、;10—3</p><p>　　B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　查表得 δq=8.5μm</p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊 δ2=0.5δq=0.5×8.5=4.25μm</p><p>　　C.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形</p><p>　　采

79、用8103型推力球軸承，dq=5</p><p><b>　　Z=13</b></p><p><b>　　d=17mm</b></p><p>　　δc=0.00243√Fm2/(dq×Z2) </p><p>　　=0.00243√202.3/5×132=1.3×

80、10ˉ3</p><p>　　考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故</p><p>　　δ3=0.5 δc=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4</p><p>　　綜合以上幾次變形量之和得：</p><p>　　δ=δˊ1δ2δ3=4.7×10¯3+4.25×10¯3/+</

81、p><p>　　=0.0096＜0.015（定位精度 ）</p><p>　　3.2.6穩(wěn)定性校核</p><p>　　滾珠絲杠兩端推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。傳動比計算</p><p><b>　　4.傳動比計算</b></p><p>　　4.1縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算</p

82、><p>　　已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δp =0.01，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=6mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75?？捎嬎愠鰝鲃颖萯</p><p>　　i=360δp / θbL 0 =390×0.01/0.75×6=0.8</p><p><b>　　可選定齒輪齒數(shù)為：</b></p><p>　　I

83、 =Z1/Z2</p><p>　　Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=25</p><p>　　4.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算</p><p>　　已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp =0.005，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75º。可計算出傳動比i</p><p>　　I=360δp / θbL 0

84、=360×0.005/0.75×5=0.48</p><p>　　考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級齒輪降速：</p><p>　　i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25</p><p>　　Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4

85、=25</p><p>　　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)參照下表：</p><p>　　九、步進(jìn)電機(jī)的計算和選型</p><p>　　目前，步進(jìn)電動機(jī)主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，且用于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。選用步進(jìn)電動機(jī)時，通常希望步進(jìn)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，啟動頻率和運(yùn)行頻率高，步矩誤差小，性能價格比高。但增大轉(zhuǎn)矩與快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能與低成本存

86、在一定矛盾，因此實(shí)際選用時，必須全面考慮。首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求；其次，對位移誤差的的要求；第三，步進(jìn)電機(jī)的特性曲線對步進(jìn)電動機(jī)參數(shù)選擇有影響的特性曲線：起動矩頻特性曲線和反映轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的工作矩頻特性曲線；第四，步進(jìn)電動機(jī)的選擇既要滿足快速進(jìn)給的要求，又要滿足切削進(jìn)給的要求。</p><p>　　1、縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算</p><p>　　1.1等效傳動慣量計

87、算</p><p>　　傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動慣量JΣ(kg?cm2)可有下式計算：</p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><p>　　式中：Jm—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量(kg?cm2)</p><p>　　J1，J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動慣量(kg?cm2)</

88、p><p>　　Js—滾珠絲杠傳動慣量(kg?cm2)</p><p>　　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=10(kg?cm2)</p><p>　　J1=0.78×10­3×d14·L1=0.78×10­3×6.42×2=2.6 kg?cm2</p&

89、gt;<p>　　J2=0.78×10­3×d24·L2=0.78×10­3×82×2=6.39 kg?cm2</p><p>　　Js=0.78×10­3×44×150=29.952 kg?cm2</p><p><b>　　G=800N<

90、/b></p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><p>　　=10+2.62+(32/40)2〔(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2π)2〕</p><p>　　=36.355 kg?

91、cm2</p><p>　　考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。</p><p>　　Jm/JΣ=10/36.355=0.275</p><p>　　基本滿足慣量匹配的要求。</p><p><b>　　1.2電機(jī)力矩計算</b></p><p>　　機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面分別按

92、各階段計算：</p><p>　　A.快速空載啟動力矩M起</p><p>　　在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下：</p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma</p><p>　　Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×10­2/(60×ta/2π)</p>

93、<p>　　= JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　nmax=νmax·θb/δp·360</p><p>　　將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。</p><p>　　nmax=νmax·θb/δp·360=2400×0.7

94、5÷(0.01×360)=500r/min</p><p>　　啟動加速時間ta=30ms</p><p>　　Mamax=JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　=36.355×2π×500×10­2/(60×0.03

95、)</p><p>　　=634.5N·cm</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf：</p><p>　　Mf=FOL0/2πηi=f¹(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.2

96、5)=94N·cm</p><p><b>　　附加摩擦力距M0</b></p><p>　　MO=FPOL0(1-η02)/2πηi=1/3×Ft×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8&

97、#215;1.25)</p><p>　　=805.3×0.19=15.3N·cm</p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計：</b></p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cm</p><p>　　B．快速移動時所需力矩M快。</

98、p><p>　　M快=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cm</p><p>　　C．快速切削負(fù)載時所需力矩 M切</p><p>　　M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2πηi</p><p>　　=94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25)</p>

99、<p>　　=94+15.3+127.96</p><p>　　=237.26N·cm</p><p>　　從上面計算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　從查表得出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時 λ=Mq/Mjmax=0.951</p><p>

100、　　最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782N·cm</p><p>　　按此最大靜力矩從表2查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　1.3計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率</p><p>　　Fk=1

101、000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz</p><p>　　Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz從表查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz,再表中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時，f起=2500時，M=

102、100N·cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩（782N·cm）直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動頻率降到1000Hz時，起動力矩可增加到5884N·cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩擴(kuò)大一倍左右。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。</p&

103、gt;<p>　　2縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算</p><p>　　2.1等效傳動慣量計算</p><p>　　橫向傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量J可由下式計算</p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2{(J2+J3)+Z3/Zф〔(Jφ+Jξ)+G/g(L0/2π)2〕}</p><p>　　式中各符號意義同前，

104、其中</p><p>　　J1=0.78×10­3×d14·L1=0.78×10­3×4.82×2=0.83kg?cm2</p><p>　　J2=0.78×10­3×d24·L2=0.78×10­3×84×2=6.4 kg?cm2

105、</p><p>　　J3=0.78×10­3×d24·L3=0.78×10­3×44×2=0.4 kg?cm2</p><p>　　J4=0.78×10­3×d24·L4=0.78×10­3×54×2=0.98 kg?cm2<

106、;/p><p>　　Js=0.78×10­3×24×45=0.56kg?cm2</p><p><b>　　G=600n</b></p><p>　　Jm=4.7 （初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為110BF）</p><p><b>　　代入上式為：</b></p&g

107、t;<p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2{(J2+J3)+Z3/Zф〔(Jφ+Jξ)+G/g(L0/2π)2〕} </p><p>　　=4.7+0.83+(24/10)2{(6.4+0.4)+(20/25)2[(0.98+0.56)+600/10(0.5/2π)2]}</p><p>　　=8.42kg·cm2</p><p>　

108、　考慮到步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量的匹配問題</p><p>　　Jm/JΣ=4.7/8.42=0. 558</p><p>　　基本滿足慣量匹配要求</p><p><b>　　2.2電機(jī)力矩計算</b></p><p>　　A.快速空載起動力矩M</p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma

109、Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×10­2/(60×ta/2π)</p><p>　　= JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　式中： nmax=νmax·θb/δp·360</p><p>　　=1200×0.

110、75/(0.005×360)=500r/min</p><p><b>　　ta=30ms</b></p><p>　　Mamax=JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　=8.42×2π×500×10­2/(60&#

111、215;0.03)</p><p><b>　　=147N·cm</b></p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩Mf</p><p>　　Mf=FOL0/2πηi=f¹(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=0.2×(2680+600)×0.

112、5×0.48/(2π×0.8)</p><p><b>　　=31.3N·cm</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩M0</b></p><p>　　MO=FPOL0(1-η02)/2πηi=1/3×Fˊt×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1)</p&

113、gt;<p>　　=1/3×2023×0.5×0.48×(1-0.92)/( 2π×0.8)</p><p><b>　　=6.1N·cm</b></p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計：</b></p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma=

114、147+31.3+6.1=184.4N·cm</p><p>　　B．快速移動時所需力矩M快。</p><p>　　M快=Mf+M0=31.3+6.1=37.4N·cm</p><p>　　C.最大切削福載時所需力矩M切</p><p>　　M切=Mf+Ma+Mt=Mf+Ma+ FOL0/2πηi</p>&

115、lt;p>　　=37.4+1072×0.5×0.48/(2π×0.8)</p><p><b>　　=88.6N·cm</b></p><p>　　由上面計算可以看出, M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，故以此項(xiàng)作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Mq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系可知，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為

116、三相六拍時：λ=Mq/Mjmax=0.866</p><p>　　最大靜力矩Mjmax=184.4/0.866=213N·cm</p><p>　　查BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)得，110BF003型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為7.84N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　2.

117、3計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率</p><p>　　Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz</p><p>　　Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p>　　由110BF003型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其最高空載起動頻

118、率為1500Hz，運(yùn)行頻率為7000Hz。根據(jù)110BF003型電機(jī)的起動距頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時F=1500Hz，M=98N·cm，小于機(jī)床所需的起動力矩（184.4N·cm），直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)）。將起動頻率將為1000Hz時，既可滿足要求。當(dāng)機(jī)床快速起動和切削進(jìn)給時，則完全滿足運(yùn)行矩頻要求。</p><p><b&

119、gt;　　十、數(shù)控系統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、驅(qū)動控制裝置、輔助控制裝置四部分組成，機(jī)床本體為被控對象（如圖1）。其品種規(guī)格繁多，功能各異。目前，國內(nèi)大力發(fā)展的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床或舊機(jī)床設(shè)備數(shù)控改造，普遍采用經(jīng)濟(jì)型開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)（如圖2），這一檔次的數(shù)控機(jī)床通常能滿足一般精度的加工要求，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋累得零件，采用的微機(jī)系統(tǒng)一般

120、為單片機(jī)系統(tǒng)，具有數(shù)碼顯示或CRT字符顯示功能，機(jī)床進(jìn)給由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)驅(qū)動，控制的軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)在3軸或3軸以下，進(jìn)給分辨率為10μm，快速進(jìn)給速度可達(dá)10m/min。</p><p>　　當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名的公司如SIEMENS公司、FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控系統(tǒng)有限公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。一般，進(jìn)口系統(tǒng)較國產(chǎn)系統(tǒng)性能穩(wěn)

121、定，但價格昂貴，將其用于改造，有些得不償失。國產(chǎn)系統(tǒng)在目前市場上有各種經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)。其中，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，技術(shù)易于掌握及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)性能相對較差，可靠性不高；另外，隨著生產(chǎn)和技術(shù)的不斷發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)制造成本越來越低，售價也在不斷降低，經(jīng)查閱有關(guān)資料及參照表3，本次設(shè)計選用的數(shù)控系統(tǒng)為廣州數(shù)控設(shè)備廠GSK928系統(tǒng)，其主要性能指標(biāo)如下：</p><p>　　表3

122、 數(shù)控系統(tǒng)主要性能指標(biāo)</p><p>　　圖1 數(shù)控系統(tǒng)的組成</p><p><b>　　圖2 開環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　十一. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].羅永順主編,機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5；[2].廖效果、朱啟逑主