機(jī)床數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)床數(shù)控化改造的研究是提高我國技術(shù)裝備水平的重要項(xiàng)目，在我國目前由于數(shù)控機(jī)床的加工能力和資金受限，對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速有效的途徑。本文對C6132普通車床數(shù)控化改造進(jìn)行了深入研究，包括對機(jī)床改造進(jìn)行可行性分析、對機(jī)床關(guān)鍵部件參數(shù)的計(jì)算、對機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、對機(jī)床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計(jì)

2、算機(jī)系統(tǒng)，以及在改造中應(yīng)注意的事項(xiàng)等進(jìn)行了詳細(xì)的論述。結(jié)果表明:經(jīng)改造后的機(jī)床已達(dá)到預(yù)期的功能和精度，完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　關(guān)鍵詞: c6132普通車床; 數(shù)控化改造; 步進(jìn)電機(jī); 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><

3、;p>　　Summary of study on machine tool numerical control transformation of important project is to raise the level of technology

4、 and equipment in China, in our country now due to numerical control machine tools,   processing capacity and finance limited, NC machi

5、ne tools is a way to save money, fast and efficient. This article on C6132 of NC improvement on common lathe for in-depth study, including feasibility analysis for machine tool, machine performance and precision, fully a

6、ble to realize process </p><p>　　key words: lathe; numerical control transformation; stepping motors; CNC system </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b&

7、gt;</p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床1</p><p>　　1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的興起及意義1</p><p>　　1.2.1 國外機(jī)床改造業(yè)的興起1</p>&l

8、t;p>　　1.2.2 我國機(jī)床數(shù)控化改造的意義1</p><p>　　1.3 本文所研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.3 本章小結(jié)3</p><p>　　2 車床總體改造方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造4</p>

9、<p>　　2.2.1 主軸無級(jí)變速的實(shí)現(xiàn)4</p><p>　　2.2.2 主軸脈沖編碼器的安裝5</p><p>　　2.3 橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造6</p><p>　　2.3.1 橫向傳動(dòng)系統(tǒng)的改造6</p><p>　　2.3.2齒輪傳動(dòng)間隙的消除6</p><p>　　2.4 導(dǎo)軌的

10、改造7</p><p>　　2.5 刀架部分的改造8</p><p>　　2.6 數(shù)控系統(tǒng)的類型及選擇10</p><p>　　2.6.1 數(shù)控系統(tǒng)的分類10</p><p>　　2.6.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇11</p><p>　　2.7 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇11</p><p>　　2

11、.8 本章小結(jié)12</p><p>　　3 C6132 車床數(shù)控化改造機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算13</p><p>　　3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算13</p><p>　　3.1.1切削力計(jì)算13</p><p>　　3.1.3 同步帶減速箱設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇1

12、7</p><p>　　3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算19</p><p>　　3.3 車床改造的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)19</p><p>　　3.3.1 縱向滾珠絲杠19</p><p>　　3.3.2橫向滾珠絲杠20</p><p>　　3.3.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型20</p><

13、;p>　　3.3.4導(dǎo)軌副20</p><p>　　3.3.5主軸脈沖發(fā)生器20</p><p>　　3.3.6 安裝電動(dòng)卡盤21</p><p><b>　　3.4安裝21</b></p><p>　　3.5 本章小結(jié)22</p><p>　　4電氣控制部分設(shè)計(jì)23</

14、p><p>　　4.1 硬件電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2 單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)內(nèi)容23</p><p>　　4.3 MCS--51系列單片機(jī)簡介25</p><p>　　4.4 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.4.1地址鎖存器選用26</p><p>　

15、　4.4.2 外部程序存儲(chǔ)器選擇26</p><p>　　4.4.3 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器選擇26</p><p>　　4.4.4 外部I/O接口電路的擴(kuò)展26</p><p>　　4.4.5 鍵盤接口電路的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5 譯碼電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.6 其他輔助電路設(shè)計(jì)28&

16、lt;/p><p>　　4.7 步進(jìn)電機(jī)的控制28</p><p>　　4.7.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理28</p><p>　　4.7.2 步進(jìn)電機(jī)的控制29</p><p>　　4.7.3 步進(jìn)電機(jī)接口及驅(qū)動(dòng)電路29</p><p>　　4.8C6132普通車床微機(jī)數(shù)控化改裝硬件設(shè)計(jì)說明30</p&g

17、t;<p>　　4.9 控制軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.9.1 總體方案設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.9.2 環(huán)形分配器軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.9.3 逐點(diǎn)比較法的直線插補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.9.4 逐點(diǎn)比較法的圓弧插補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)33</p><p>

18、　　4.9.5 步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升降速控制33</p><p>　　4.10 本章小結(jié)39</p><p><b>　　結(jié) 論40</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p&

19、gt;<b>　　附 錄43</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床 </p><p>　　數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控(Numerical Corltrol——NC)，是利用數(shù)字化信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也

20、可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computer Numerical Control——CNC)。 </p><p>　　采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它很好地解決了形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高及小批量零件的加工問題且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)

21、效率。機(jī)床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀、自動(dòng)變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。 </p><p>　　1.2 機(jī)床數(shù)控化改造的興起及意義 </p><p>　　1.2.1 國外機(jī)床改造業(yè)的興起 </p>

22、<p>　　在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，他們的機(jī)床改造業(yè)作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生氣盎然，正處在黃金時(shí)期。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造成了一個(gè)“永恒"的課題。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，這已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國,機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、De

23、Vlieg—BuUavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大限工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)械公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 </p><p>　　1.2.2 我國機(jī)床數(shù)控化改造的意義</p><p>　　我國目前機(jī)床總量約400萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)

24、只有20萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率僅為5％左右，而國外發(fā)達(dá)國家的機(jī)床數(shù)控化率，多年前就達(dá)到20％以上。我國機(jī)床役齡10年以上的占60％以上；役齡10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)／半自動(dòng)機(jī)床不到20％，F(xiàn)MC／FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)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)、加工裝備絕大多數(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、成本

25、高、供貨期長等現(xiàn)象，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 </p><p>　　目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床來替換根本不現(xiàn)實(shí)，而且替換下來的舊機(jī)床閑置起來又會(huì)造成浪費(fèi)，要解決這些問題，應(yīng)走普通機(jī)床的數(shù)控化改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如日本的

26、大企業(yè)中有26％的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是74％，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機(jī)床數(shù)控化改造服務(wù)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。 </p><p>　　利用現(xiàn)有閑置的舊機(jī)床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)高效、多功能的數(shù)控機(jī)床，投資少、見效快，是一種盤活存量資產(chǎn)的有效方法，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的有效方法，也是在短期內(nèi)提高我國機(jī)床的數(shù)控化

27、率的一條有效途徑。 </p><p>　　另外對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造有許多積極的意義: </p><p>　　1）節(jié)省資金。機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。 </p><p>　　2）

28、性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 </p><p>　　3）提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多，且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 </p><p>　　4）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，提高了相關(guān)的加工精度,同時(shí)減少了零件在機(jī)床間的頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)。

29、</p><p>　　5）可縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，對市場需求做出快速反應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。 </p><p>　　6）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機(jī)床的加工狀態(tài)。還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。</p><p>　　1.3 本文所研究的主要內(nèi)容 &l

30、t;/p><p>　　1）根據(jù)數(shù)控化改造后車床所具備的功能，制訂了車床總體改造方案，并繪制了改造后車床總體布置圖； </p><p>　　2）為使改造后的車床主軸能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止等功能，本次改造采用了變頻器驅(qū)動(dòng)主電機(jī)的方式，本文對主軸變頻器的選用做了相應(yīng)的說明；</p><p>　　3）為使改造后的車床能夠加工螺紋，改造時(shí)，拆除原來的掛輪架部分，在機(jī)

31、床Ⅹ軸伸出端安裝主軸脈沖編碼器，本文對脈沖編碼器的安裝方法作了簡要論述； </p><p>　　4）在利用聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，粘接工藝的好壞將直接影響改造后導(dǎo)軌的性能。本文對粘接工藝的控制作了簡要論述； </p><p>　　5）在電氣改造方面，設(shè)計(jì)了車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路圖，縱、橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型也作了詳細(xì)闡述； </p><p>　　6

32、）在機(jī)械改造方面，對縱橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)，特別是滾珠絲杠螺母副作了詳細(xì)設(shè)計(jì)研究，并對數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架的安裝和選用作了介紹； </p><p>　　7）在軟件設(shè)計(jì)方面，對MCS-51單片機(jī)做了簡要的介紹，并在8031單片機(jī)的基礎(chǔ)上編制了相應(yīng)的程序。</p><p><b>　　1.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)和

33、數(shù)控機(jī)床，以及機(jī)床數(shù)控化改造的興起及意義。并提出了本文的研究內(nèi)容和目標(biāo)。</p><p>　　2 車床總體改造方案設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　利用數(shù)控系統(tǒng)NIM-9702對C6132型臥式車床的縱，橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制?？v向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。改造后的機(jī)床能完成一般車削及加工任意面、球面

34、、螺紋等加工工序。并能控制主軸開停變速、刀架轉(zhuǎn)位及一些輔助功能，使加工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用輪廓控制形式。控制系統(tǒng)硬件由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔電路、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率放大電路等組成?？v向、橫向均采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)→減速帶→滾珠絲杠螺母→溜板的傳動(dòng)方式。刀架更換為四刀位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。</p><p>　　2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 </p&

35、gt;<p>　　2.2.1 主軸無級(jí)變速的實(shí)現(xiàn) </p><p>　　C6132車床的主軸變速為手動(dòng)、有級(jí)變速?？紤]到數(shù)控車床在自動(dòng)加工的過程中負(fù)載切削力隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質(zhì)量的一致性、提高工件加工質(zhì)量，主軸要能實(shí)現(xiàn)恒切削速度切削。這就要求主軸能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。目前實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速主要有兩種方式，其一是采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式，同時(shí)保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣既保留了車床的

36、原有功能，又減少了改造量；其二是用雙速或者是四速電動(dòng)機(jī)替代原有車床的主電動(dòng)機(jī)。由于多速電機(jī)的功率是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以要選擇功率較大一些的電動(dòng)機(jī)，隨之電動(dòng)機(jī)的尺寸也變大了，機(jī)床改造相對較麻煩，另外在這種改造方式下，主傳動(dòng)系統(tǒng)也要拆除并進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這樣可以得到加工精度和穩(wěn)定性更高的車床，但是加大了改造成本。 </p><p>　　考慮到改造的成本，我決定采用第一種方式，這樣可以利用原車床的三相異步電動(dòng)機(jī)。

37、即由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無級(jí)變速。 </p><p>　　交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率，電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)nfp以及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系式為：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　對于C6132，電動(dòng)機(jī)磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率是定值，因此利用變頻器改變電源頻率fn即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p&

38、gt;<p>　　另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。 </p><p>　　變頻器的控制方式主要有U／f恒定控制方式、無反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。數(shù)控車床除了在車削毛坯時(shí)，負(fù)荷大小有較大變化外，以后的車削過程中，負(fù)荷的變化通常是很小的。因此，就切削精度而言，選擇U／f恒定控制方式是能夠滿足要求的。但在低速切削時(shí)，需要預(yù)置較大的U／f，在負(fù)載較輕的情況下，電

39、動(dòng)機(jī)的磁路常處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。數(shù)控車床屬于高精度、快響應(yīng)的恒功率負(fù)載加工設(shè)備，應(yīng)盡可能選用矢量控制高性能型通用變頻器，而且中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。有反饋矢量控制方式雖然是運(yùn)行性能最為完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費(fèi)用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。所以，除非對加工精度有特殊要求，一般沒有必要選擇此種控制方式。 </p><p>

40、;　　目前，無反饋矢量控制方式的變頻器已經(jīng)能夠做到在0.5Hz時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。所以，完全可以滿足主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求，而且無反饋矢量控制方式能夠克服U／f控制方式的缺點(diǎn)，因此可以說，是一種最佳選擇。 </p><p>　　數(shù)控車床連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量(kVA)計(jì)算式如下：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，

41、PM——負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率； </p><p>　　η——電動(dòng)機(jī)的效率(通常約O.85)； </p><p>　　cosφ——電動(dòng)機(jī)的功率因素(通常約O.75) </p><p>　　MU——電動(dòng)機(jī)的電壓，380V； </p><p>　　MI——電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流，為15.4A； </p><p>　

42、　k——電流波形的修正系數(shù)(PWM方式時(shí)取1.05-1.10)； </p><p>　　PCN——變頻器的額定容量，kVA； </p><p>　　ICN——變頻器的額定電流，A；</p><p>　　由公式(2-2)可得：</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　選

43、擇變頻器時(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以上三個(gè)等式的關(guān)系。綜合以上分析計(jì)算，確定選用三菱FR-A540系列變頻器，具體型號(hào)為FR-A540-7.5K-CH。</p><p>　　2.2.2 主軸脈沖編碼器的安裝 </p><p>　　為了使改造后的數(shù)控車床能自動(dòng)加工螺紋，須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，其目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置

44、，通過主軸—脈沖編碼器—數(shù)控系統(tǒng)—步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用兩種方式：一種是同軸安裝，另外一種是異軸安裝。同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是安裝后不能加工穿入車床主軸孔的零件，限制了工件的加工長度，而異軸安裝不會(huì)遇到這種問題，因此，異軸安裝較合適。主軸通過主軸箱中Ⅵ軸和Ⅸ軸的58／58及Ⅸ軸和Ⅹ軸的33／33兩級(jí)齒輪(實(shí)

45、現(xiàn)傳動(dòng)比1：1)把動(dòng)力傳遞給掛輪軸X，見圖附錄1所示，主軸脈沖編碼器1通過支架2固定，并通過聯(lián)軸器3與悶頭4相連，悶頭4通過過盈配合與主軸箱內(nèi)X軸連接。 </p><p>　　C6132主軸轉(zhuǎn)速范圍是20~2000 r/min，可以選擇歐姆龍E6B2-CWZ6C型光電脈沖編碼器，其允許的最高轉(zhuǎn)速為6000r/ min，所以滿足設(shè)計(jì)要求。 </p&g

46、t;<p>　　2.3 橫向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 </p><p>　　2.3.1 橫向傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 </p><p>　　如圖2-1所示是橫向傳動(dòng)系統(tǒng)的改造布置圖，步進(jìn)電機(jī)和減速箱安裝在遠(yuǎn)離操作者的床鞍一端，拆除床鞍上原來的手動(dòng)操作裝置，在原來支承絲杠的軸承位置，安裝角接觸球軸承進(jìn)行支撐，同縱向一樣，滾珠絲杠一端直接充當(dāng)減速器的輸出軸，滾珠絲杠兩端同樣有兩對鎖緊螺母對滾珠絲

47、杠進(jìn)行預(yù)拉伸，滾珠絲杠螺母副采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙。螺母座和中拖板的連接可以利用原來的螺釘孔進(jìn)行連接。</p><p>　　圖 2-1橫向傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　車床進(jìn)行橫向進(jìn)給時(shí)，由步進(jìn)電機(jī)通過減速箱將動(dòng)力傳遞給滾珠絲杠，再由滾珠絲杠帶動(dòng)螺母座，再通過螺母座帶動(dòng)中拖板做橫向運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠螺母副繼續(xù)采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙。 </p&

48、gt;<p>　　2.3.2齒輪傳動(dòng)間隙的消除 </p><p>　　模數(shù)相同的兩片薄齒輪2和3，齒輪2空套在齒輪3上可以做相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在齒輪3上開有三個(gè)周向圓弧槽，齒輪2上均布著三個(gè)螺紋孔，裝配時(shí)在齒輪3的槽中放置3個(gè)彈簧，數(shù)控車床在加工過程中，會(huì)經(jīng)常變換移動(dòng)方向。當(dāng)進(jìn)給方向改變時(shí)，如側(cè)存在間隙會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滯后于指令信號(hào)，丟失指令脈沖并產(chǎn)生反向死區(qū)，影響傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，必須消除齒側(cè)間

49、隙。通常齒側(cè)間隙的消除主要有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。因此決定采用柔性調(diào)整法中的雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法和周向彈簧調(diào)整法。 </p><p>　　雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法 圖2-2是雙片齒輪錯(cuò)齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相同齒數(shù)的薄齒輪1和2與另一個(gè)厚齒輪(圖中未畫出)嚙合。齒輪l空套在齒輪2上并可作相對回轉(zhuǎn)。每個(gè)齒輪的端面均勻分布著四

50、個(gè)螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四個(gè)通孔，凸耳8可以在其中穿過。彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調(diào)節(jié)螺釘7上，通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺母5就可以調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪1和2錯(cuò)位，即兩個(gè)薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側(cè)間隙。這種方法適合直徑較大，有充分安裝螺釘空間的圓柱齒輪。 </p><p>　　2）周向彈簧調(diào)整法。同樣是兩個(gè)齒數(shù)、利用齒輪2上安

51、裝的螺釘頂住彈簧，裝配完成后兩片齒輪在彈簧力作用下的情況下錯(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。這種結(jié)構(gòu)適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小。 </p><p><b>　　2.4 導(dǎo)軌的改造</b></p><p>　　由于導(dǎo)軌表面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，會(huì)產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的失真。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚

52、四氟乙烯軟帶來改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青銅粉、二硫化硅、玻璃纖維粉、二硫化銅、石墨、聚苯等填充劑，使聚四氟乙烯的性能改善如下：(1)耐負(fù)荷變形可提高5倍；(2)剛性提高4～5倍；(3)熱膨脹系數(shù)減小1／3—1／2；(4)導(dǎo)熱率提高2倍；(5)硬度提高10％；(6)抗壓強(qiáng)度增加2～3倍。</p><p>　　在利用填充聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對粘接工藝的控制。具體工藝為：首先對

53、原導(dǎo)軌進(jìn)行刮研，保證粘貼前導(dǎo)軌的表面粗糙度1.6—6.3um，平面度達(dá)到0．01／1000精度；選用厚度為1.5mm的軟帶，用鈉基溶液處理聚四氟乙烯軟帶表面；粘接前需對金屬導(dǎo)軌粘接面除銹去油，可先用砂布、砂紙或鋼絲刷清除銹斑雜質(zhì)，然后再用丙酮擦洗干凈、晾干；專用膠須隨配隨用，按A組份／B組份=1／l的重量比混合，攪拌均勻后即可涂膠?？捎谩皫X刮板”或lmm厚的膠木片進(jìn)行涂膠。專用膠可縱向涂布于金屬導(dǎo)軌上，橫向涂布于軟帶上，涂布應(yīng)均勻，膠

54、層不宜過薄或太厚，膠層厚度控制在0.08—0.12mm之間；軟帶剛粘貼在金屬導(dǎo)軌上時(shí)需前后左右蠕動(dòng)一下，使其全面接觸，要用手或器具從軟帶長度中心向兩邊擠壓，以趕走氣泡。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強(qiáng)通常為0.05—0.1MPa。加壓前在軟帶面上覆蓋一層油紙或在加壓面上涂一薄層潤滑脂或機(jī)油，防止膠粘劑粘接加壓物。軟帶粘接后約24小時(shí)固化(環(huán)境溫度15℃以上)，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對軟帶進(jìn)行開油槽和刮研，油槽

55、深度可為軟帶厚度的1／2—2</p><p>　　2.5 刀架部分的改造</p><p>　　型號(hào)及主軸中心高度，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-C6132型電動(dòng)刀架，該刀架內(nèi)帶120W三相交流異步電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)選刀。內(nèi)置的4只霍爾元件檢測刀位位置拆除原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架。根據(jù)車床的，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)完成刀具定位鎖緊。安裝時(shí)，拆除車床上的原小拖板，

56、置刀架于中拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到45°左右時(shí)，裝上螺釘，然后固定刀架即可。電機(jī)安裝圖見附錄1。</p><p>　　LD4-C6132型電動(dòng)刀架技術(shù)參數(shù)見表2-1。電動(dòng)刀架的安裝較為方便，安裝時(shí)必須注意以下兩點(diǎn)： </p><p>　　1)電動(dòng)刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進(jìn)給方向平行； </p><p>　　2)電動(dòng)刀架與

57、系統(tǒng)的連線在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架連線。</p><p>　　1、2—薄齒輪 3、8—凸耳 4—彈簧 5、6—螺母 7—調(diào)節(jié)螺釘 </p><p>　　圖 2-2 雙圓柱薄片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu) </p><p>　　根據(jù)以上分析可初步確定車床改造的總體布置方案，如圖2-4所示。</p><p>　　由于導(dǎo)軌表

58、面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，會(huì)產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的失真。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振性能，對機(jī)床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青銅粉、二硫化硅、玻璃纖維粉、二硫化銅、石墨、聚苯等填充劑，使聚四氟乙烯的性能改善如下：(1)耐負(fù)荷變形可提高5倍；(2)剛性提高4～5倍；(3)熱膨脹系數(shù)減小1／3—1／2；(4)導(dǎo)熱率提高2倍；(5)硬度提高10％；(6)抗壓強(qiáng)度增

59、加2～3倍。</p><p>　　在利用填充聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對粘接工藝的控制。</p><p>　　表2-1 LD4-C6132型電動(dòng)刀架技術(shù)參數(shù)</p><p>　　具體工藝為：首先對原導(dǎo)軌進(jìn)行刮研，保證粘貼前導(dǎo)軌的表面粗糙度1.6—6.3um，平面度達(dá)到0.01／1000精度；選用厚度為1.5mm的軟帶，用鈉基溶液處理聚四氟乙烯軟帶

60、表面；粘接前需對金屬導(dǎo)軌粘接面除銹去油，可先用砂布、砂紙或鋼絲刷清除銹斑雜質(zhì)，然后再用丙酮擦洗干凈、晾干；專用膠須隨配隨用，按A組份／B組份=1／l的重量比混合，攪拌均勻后即可涂膠?？捎谩皫X刮板”或lmm厚的膠木片進(jìn)行涂膠。專用膠可縱向涂布于金屬導(dǎo)軌上，橫向涂布于軟帶上，涂布應(yīng)均勻，膠層不宜過薄或太厚，膠層厚度控制在0.08—0.12mm之間；軟帶剛粘貼在金屬導(dǎo)軌時(shí)需前后左右蠕動(dòng)一下，使其全面接觸，要用手或器具從軟帶長度中心向兩邊擠壓

61、，以趕走氣泡。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強(qiáng)通常為0.05—0.1MPa。加壓前在軟帶面上覆蓋一層油紙或在加壓面上涂一薄層潤滑脂或機(jī)油，防止膠粘劑粘接加壓物。軟帶粘接后約24小時(shí)固化(環(huán)境溫度15℃以上)，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對軟帶進(jìn)行開油槽和刮研，油槽深度可為軟帶厚度的1／2—2／3，油槽離開軟帶邊緣至少6mm以上，刮研要求達(dá)到與導(dǎo)軌面接觸面積為：全長不</p><p>　　圖

62、2-3 車床改造總體布置圖</p><p>　　2.6 數(shù)控系統(tǒng)的類型及選擇</p><p>　　2.6.1 數(shù)控系統(tǒng)的分類</p><p>　　目前，數(shù)控系統(tǒng)的品種規(guī)格繁多，功能各異，分類方法不一，通?？砂聪旅鎯煞N方法進(jìn)行分類。</p><p>　　(1)按加工路線分類</p><p><b>　　1）點(diǎn)位

63、控制系統(tǒng)</b></p><p>　　其特點(diǎn)是：只要求控制機(jī)床移動(dòng)部件從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，至于點(diǎn)與點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡（路徑和方向）并不嚴(yán)格要求。各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)是不相關(guān)的，并且在移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削。</p><p>　　2）直線切削控制系統(tǒng)</p><p>　　其特點(diǎn)是，除了控制移動(dòng)部件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移

64、動(dòng)速度和路線（即軌跡），但其路線只是與機(jī)床坐標(biāo)軸平行的直線。也就是說，同時(shí)控制的坐標(biāo)軸只有一個(gè)，且在移動(dòng)過程中刀具能以給定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削，一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。</p><p>　　3）連續(xù)切削控制系統(tǒng)</p><p>　　也稱為輪廓控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)控制。在這類控制方式中，要求數(shù)控裝置具有插補(bǔ)運(yùn)算的功能，即根據(jù)程序輸入的

65、基本數(shù)據(jù)，通過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的插補(bǔ)運(yùn)算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或曲線的形狀描述出來，并一邊運(yùn)算，一邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸的聯(lián)動(dòng)位移量與所要求的輪廓相符合。</p><p>　　(2)按伺服系統(tǒng)的類型分類</p><p><b>　　1）開環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　采用開環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)床，沒有檢測反饋裝置。

66、指令信號(hào)單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。這種機(jī)床采用開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)，數(shù)控裝置根據(jù)所給的進(jìn)給速度和進(jìn)給位移，輸出一定的頻率和數(shù)量的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，每一個(gè)進(jìn)給脈沖控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，再經(jīng)減速齒輪、絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成工作臺(tái)的一個(gè)當(dāng)量直線位移。</p><p><b>　　2）閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p>

67、<p>　　數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值與指令進(jìn)給速度的要求，按一定的規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，得到進(jìn)給伺服系統(tǒng)的速度指令。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是定位精度高，但由于這類系統(tǒng)采用直流伺服電動(dòng)機(jī)或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，所以電動(dòng)機(jī)的控制線路比較復(fù)雜。另外檢測元件昂貴，調(diào)試和維修比較困難，成本高，所以主要用于精度要求很高的大型或精密數(shù)控機(jī)床。</p><p><

68、;b>　　3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　這種機(jī)床是將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部，或安裝在傳動(dòng)絲杠端部，間接測量部件的實(shí)際位置或位移，然后反饋到控制裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止。</p><p>　　2.6.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)中由于改造后的經(jīng)濟(jì)型

69、數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順、逆圓插補(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)。</p><p>　　考慮到屬于經(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)系統(tǒng)，雖然開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有速度反饋和位移反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號(hào)單向發(fā)送，但開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單。如果采用螺距誤差補(bǔ)償和徑向間隙補(bǔ)償?shù)却胧?，定位精度可提高?/p>

70、±0.01mm，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　2.7 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇</p><p>　　微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、ROM、RAM擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。</p><p>　　由于MCS-51單片微型機(jī)具有各種尋址方式并有硬件乘法和除法指令，具有很強(qiáng)的位尋址和運(yùn)算功能，特別適合于控制應(yīng)用場合，使用MCS-51來構(gòu)

71、成各種控制系統(tǒng)，可大大簡化硬件結(jié)構(gòu)，降低成本。</p><p><b>　　1）單片機(jī)的選擇</b></p><p>　　MCS-51系列中的8031單片機(jī)片內(nèi)無ROM，適于需外接ROM、能在現(xiàn)場進(jìn)行修改和更新程序存儲(chǔ)器的應(yīng)用場合，價(jià)格低，使用靈活，從實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性考慮，采用8031作為控制系統(tǒng)的單片機(jī)。</p><p><b>　　

72、2）存儲(chǔ)器擴(kuò)展</b></p><p>　?、?8031的片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器，必須外接擴(kuò)展電路，具有擴(kuò)展1片W27C512共64KB的程序擴(kuò)展電路。</p><p>　?、?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　8031內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)RAM存儲(chǔ)器。它可以作為寄存器，堆棧，軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器，CPU對其內(nèi)部RAM有豐富的操作指令。因此，這個(gè)RAM是十

73、分珍惜的資源。我們應(yīng)合理地充分地應(yīng)用片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器，但片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器往往是不夠的。外接RAM擴(kuò)展電路可擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量。本設(shè)計(jì)擴(kuò)展一個(gè)6264（8K）的外部RAM。</p><p>　　③ 接口電路，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等</p><p>　　接口電路主要用于控制縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)，刀架電機(jī)等。鍵盤有32個(gè)鍵。此外，還有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，光電耦合器電路，報(bào)警電路，8031時(shí)鐘電路，復(fù)位電路等

74、。</p><p>　　由此可得車床伺服系統(tǒng)控制方案，如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4車床伺服系統(tǒng)控制方案圖</p><p><b>　　2.8 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要確定了車床數(shù)控化改造的總體方案，主要從主傳動(dòng)系統(tǒng)，橫向進(jìn)給系統(tǒng)，導(dǎo)軌和刀架的部分的改造進(jìn)行計(jì)算，以及數(shù)控系統(tǒng)的類型和

75、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)類型的選擇。</p><p>　　3 C6132 車床數(shù)控化改造機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：傳動(dòng)元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，運(yùn)動(dòng)部件的慣性計(jì)算，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。 </p><p>　　3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　已知條件：</b>&

76、lt;/p><p><b>　　工作臺(tái)重量：</b></p><p><b>　　加速時(shí)間常數(shù)：</b></p><p><b>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：</b></p><p><b>　　快速進(jìn)給速度：</b></p><p>　　3

77、.1.1切削力計(jì)算</p><p>　　由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知，切削功率</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中, 電動(dòng)機(jī)功率，C6132型車床；</p><p>　　主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.75~0.85，?。?lt;/p><p>　　進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 。&

78、lt;/p><p>　　則 </p><p>　　切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或轉(zhuǎn)速）來計(jì)算，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　或

79、 （3-3）</p><p><b>　　式中，主切削力;</b></p><p><b>　　切削速度;</b></p><p><b>　　切削轉(zhuǎn)矩;</b></p><p><b>　　主軸速度。

80、</b></p><p>　　設(shè)按最大切削速度來計(jì)算，取</p><p>　　則 （3-4）</p><p>　　查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，在一般外圓車削時(shí)：</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　取

81、 </p><p>　　3.1.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。</p><p>　　計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷</p><p>　　首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出滾珠絲杠的軸向載荷，</p><p

82、>　　再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出滾珠絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　式中，最大動(dòng)載荷;</b></p><p>　　工作負(fù)載，只數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力；</p><p>　　運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.2~1

83、.5；有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)取1.5~2.5；</p><p>　　硬度系數(shù)，HRC為60時(shí)，為1；HRC<60時(shí)，>1; </p><p>　　壽命（以轉(zhuǎn)為單位1，如1.5則為150萬轉(zhuǎn)）。壽命L可按下式計(jì)算</p><p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　式中, 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速</p>

84、;<p>　　使用壽命時(shí)間，數(shù)控機(jī)床取15000h</p><p>　　工作負(fù)載的數(shù)值可用《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，對于三角形或綜合導(dǎo)軌</p><p>　?。?-8） </p><p><b>　　式中, 切削分力；</b></p><p><b>　　移動(dòng)部件的重量;

85、</b></p><p>　　考慮顛覆力矩影響的系數(shù)，；</p><p>　　導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，取。</p><p>　　則 </p><p>　　當(dāng)機(jī)床以線速度，進(jìn)給量為，車削直徑為 外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　（3-9）&l

86、t;/b></p><p>　　則 （3-10）</p><p>　　根據(jù)工作負(fù)載、壽命，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)載荷，取，</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　由查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本或《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，選擇絲杠的型號(hào)。例如參照

87、某廠滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本，選擇滾珠絲杠的直徑為，型號(hào)為,其額定動(dòng)載荷是,強(qiáng)度足夠用。</p><p><b>　　效率計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中 , 螺紋的螺旋升角，該絲

88、杠為；</p><p><b>　　摩擦角， 約等于。</b></p><p>　　則 </p><p><b>　　3.剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，因滾珠絲杠

89、受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，因此，工作負(fù)荷引起的導(dǎo)程變化量</p><p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　式中, 彈性模量，對鋼；</p><p>　　滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底經(jīng)確定）；</p><p><b>　?。?-14）</b></p>

90、<p>　　“+”用于拉升時(shí)，“-”用于壓縮時(shí)。</p><p>　　則 </p><p>　　絲杠長度上導(dǎo)程變形總誤差</p><p>　　3級(jí)精度絲杠允許的螺旋誤差為，因此剛度足夠。</p><p>　　3.1.3 同步帶減速箱設(shè)計(jì)</p><p>　　為了滿足

91、脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能的減小，傳動(dòng)鏈中常采用減速傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中，縱向減速箱采用同步帶傳動(dòng)。</p><p>　　設(shè)計(jì)同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳動(dòng)的功率P；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比i；傳動(dòng)系統(tǒng)的位置和工作條件等。</p><p>　　根據(jù)改造經(jīng)驗(yàn)，C6132車床縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩通常在15-25N·m之間選擇。今初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為11

92、0BF003，五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為20N·m，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為。該電動(dòng)機(jī)的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。</p><p>　　傳動(dòng)比i的確定 已知電動(dòng)機(jī)的步距角，脈沖當(dāng)量/脈</p><p>　　滾珠絲杠導(dǎo)程。根據(jù)式（3-15）算的傳動(dòng)比i=1.2。</p><p><b>　?。?-15）</b></p><

93、p>　　表3-1 反應(yīng)式/磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)</p><p>　?。?）主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 由縱向床鞍的最快移動(dòng)速度:</p><p>　　可以算出主傳動(dòng)論最高轉(zhuǎn)速：</p><p>　?。?） 確定帶的設(shè)計(jì)功率 預(yù)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)，對應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率為：</p><p>　　當(dāng)脈沖頻率為10000Hz時(shí)，

94、電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為3.8 ，對應(yīng)的輸出功率為，今取，取工作情況系數(shù)，則由式，求得帶的設(shè)計(jì)功率。</p><p>　　(4) 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率和主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速，選擇同步帶，型號(hào)為L型，節(jié)距。</p><p>　　(5) 確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑 取，則小帶輪節(jié)圓直徑.，當(dāng)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時(shí)，同步帶的速度為，沒有超過L型帶的極限速度35m/s。</

95、p><p>　　(6) 確定大帶輪的齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑 大帶輪的齒數(shù)</p><p><b>　　，節(jié)圓直徑。</b></p><p>　　(7) 初選中心距、帶的節(jié)線長度、帶的齒數(shù) 初選中心距</p><p>　　，圓整后取，則帶的節(jié)線長度為。選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度，相應(yīng)齒數(shù)。</p><p&g

96、t;　　(8) 計(jì)算實(shí)際中心距a 實(shí)際中心距。</p><p>　　(9) 校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) ，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。此處ent表示取整。</p><p>　　(10) 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率 (所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率)： </p><p>　　式中， —帶寬為時(shí)的許用工作拉力，查得=244.46N；</p>&l

97、t;p>　　m—帶寬為時(shí)的單位長度的質(zhì)量，查得m=0.095kg/m；</p><p>　　—同步帶的帶速，由上述(5)可知；</p><p><b>　　算得：。</b></p><p>　　(11) 確定實(shí)際所需同步帶寬度 </p><p>　　式中，—選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度，查得；</p>&l

98、t;p>　　—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查得。</p><p>　　由上式算得，查得選定最接近的帶寬。</p><p>　　(12) 帶的工作能力驗(yàn)算 根據(jù)公式：</p><p>　　算的同步帶額定功率P的精確值：</p><p>　　式中，為齒寬系數(shù)； 。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算得,而，滿足。因此，帶的工作能

99、力合格。</p><p>　　3.1.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　(1)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算</p><p>　　折算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><

100、;p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</b></p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</b></p><p>　　對材料為鋼的圓柱形零件，其的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-17

101、）</b></p><p>　　式中，圓柱零件的直徑；</p><p><b>　　零件軸向長度。</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　(2)總慣量負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等

102、效負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　如不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.3，則</p><p>　　對于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

103、</p><p>　　因數(shù)控機(jī)床對動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩的要求</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中，空載快速起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　絲杠預(yù)緊所引起，折算到

104、電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　當(dāng)工作臺(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　由動(dòng)力學(xué)知， （3-22）</p><p>　　式中 角加速度，計(jì)算公式為</

105、p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　式中， 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的，即。</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高工作效率</p><p><b>　　（3-24）</

106、b></p><p>　　根據(jù)計(jì)算綜合考慮，查表選用110BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算</p><p><b>　　已知條件：</b></p><p><b>　　工作臺(tái)重量：</b></p><p><b>　　

107、時(shí)間常數(shù)：</b></p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：左旋</p><p><b>　　快速進(jìn)給速度：</b></p><p>　　由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，所以計(jì)算過程略。</p><p>　　選擇 滾珠絲杠型號(hào) CDM2004LH-2.5-P3</p><p

108、>　　減速帶輪 15齒L型</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)110BF003</p><p>　　3.3 車床改造的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　3.3.1 縱向滾珠絲杠</p><p>　　滾珠絲杠必須采用三點(diǎn)支撐方式。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布置，可放在絲杠的任意端。由于拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置不進(jìn)電動(dòng)機(jī)和減速齒輪。機(jī)床改

109、造常采用后一種布置方案。 </p><p>　　在絲杠的左端設(shè)計(jì)了一個(gè)專用軸承座，采用一個(gè)軸套式滑動(dòng)。軸承作為徑向支承，在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)分別布置一對推力球軸承，承受兩個(gè)方向的軸承力。支承短軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套連接在一起。滾珠絲杠的右端通過聯(lián)軸套和減速箱的輸出軸連接，在絲杠托架上布置一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支承，減速箱固定在絲杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母，其與床鞍直接聯(lián)接。</p>&l

110、t;p>　　3.3.2橫向滾珠絲杠</p><p>　　橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)支承。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般都安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?，布置一根短軸，通過一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原端橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸套作為徑向支承，并對原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置一對推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支承。在遠(yuǎn)離操作者的一端，用一個(gè)聯(lián)軸套和一個(gè)連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。滾珠螺母直接固定在中滑板上。</

111、p><p>　　3.3.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑以d0（或絲杠外徑d)、導(dǎo)程Lo、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K。</p><p>　　滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母

112、變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。本設(shè)計(jì)預(yù)緊方式采用螺紋式預(yù)緊如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 滾珠絲杠副預(yù)緊方式</p><p>　　滾珠循環(huán)方式可為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式可參照表3-3選用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)循環(huán)方式采用：外循環(huán)滾珠絲杠，螺旋槽式。</p><p><b>　　3

113、.3.4導(dǎo)軌副</b></p><p>　　為減少運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力床鞍和刀架移動(dòng)部件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。</p><p>　　3.3.5主軸脈沖發(fā)生器</p><p>　　改造后的簡易數(shù)控車床需要加工螺母時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信反饋元件，改造后的簡易數(shù)控車

114、床需要加工螺母時(shí)，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個(gè)主軸脈沖發(fā)生器目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置。并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所需加工的螺距進(jìn)行處理。</p><p>　　3.3.6 安裝電動(dòng)卡盤</p><p>　　為了提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的加工效率，還可采用電動(dòng)三爪自定心卡盤裝置。這種裝置也可與數(shù)控裝置的收發(fā)信號(hào)電路相配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加緊、松開，提高加工過程的自動(dòng)化程度。&

115、lt;/p><p><b>　　安裝</b></p><p>　　表3-3 滾珠循環(huán)方式</p><p>　　利用螺母的間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙，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13為宜。在實(shí)際調(diào)整中，可以把機(jī)床處于最大負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙，或者間隙量小于0.01，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整預(yù)緊量的判斷標(biāo)準(zhǔn)。</p

116、><p>　　傳動(dòng)絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔應(yīng)按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因?yàn)橥饴?lián)軸套上分布的錐銷孔都由同一方向加工時(shí)，往往會(huì)引起軸心線的直線度誤差增大，產(chǎn)生傳動(dòng)附加載荷，影響絲杠的傳動(dòng)性能。</p><p>　　消除齒輪間隙的方法很多，用調(diào)整中心距的方法是最簡單的一種。安裝時(shí)將大齒輪所在支撐架轉(zhuǎn)動(dòng)中心與絲杠對中，首先固定，然后把電動(dòng)機(jī)小齒輪按無間隙嚙合，調(diào)整好中心距，在固定。</p

117、><p>　　滾珠絲杠副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜，都是由專業(yè)化工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。因此，在進(jìn)行設(shè)備改造時(shí)要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。選擇合適以后，再?zèng)Q定被改造設(shè)備的其它相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。</p><p>　　主軸脈沖發(fā)生器的引出軸與車床主軸 按1:1無間隙柔性連接傳動(dòng)，連接后應(yīng)保證兩者有很好的同步性。安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃器件，不能隨意敲打碰撞。使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超

118、過主軸脈沖發(fā)生器的最高需用轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要通過對機(jī)械部分的計(jì)算，確定了縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)，和車床改造的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并且提出了電動(dòng)卡盤安裝調(diào)整時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。</p><p><b>　　4電氣控制部分設(shè)計(jì)</b></p><p&g