課程設(shè)計(jì)---c6163型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</p><p><b>　　題 目</b></p><p>　　C6163型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 校： </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)電一體化）</p><p>　　班 級(jí)： 04-01 </p><p>

3、　　完成時(shí)間： 2008-3-15 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)C6163普通車床進(jìn)行自動(dòng)化和精密化改造，改造技術(shù)主要為：在車床上附加數(shù)控裝置和執(zhí)行元件，選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。結(jié)果表明：經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制

4、，提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。采用數(shù)控技術(shù)對(duì)企業(yè)原有機(jī)床進(jìn)行改造，即發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前工礦企業(yè)機(jī)床技術(shù)改造的有效途徑。</p><p>　　關(guān)鍵詞；C6163車床；數(shù)控改造；經(jīng)濟(jì)型</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　After analyzing and studying the ov

5、er all structure of ordinary C6163 lathe, we use numerical control technology to re-equip ordinary C6163 lathe for automation and precision. We attach the numerical control device and execution elements to the lathe and

6、choose an appropriate machinery servo-system and computer system. The result shows that after the innovation,the machine can sufficiently execute automatic control on outside diameter,taper,screw,ends,etc..It improves th

7、e production rate of the </p><p>　　Key Words； C6163 lathe; innovation of the numerical control; economical</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 概論 </b></

8、p><p>　　1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史2</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析2</p><p>　　1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)2</p><p>　　1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性3</p><p>　　2 普通車床數(shù)控改造的可行性論證</p><p>　　2.1 車床的數(shù)控改造4

9、</p><p>　　2.2可行性論證7</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　3.1總體設(shè)計(jì)方案的確定8</p><p>　　3.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與校核 10</p><p>　　3.2.1 選擇脈沖當(dāng)量11</p><

10、p>　　3.2.2計(jì)算切削11</p><p>　　3.2.3滾珠絲桿螺母副的計(jì)算與選型12</p><p>　　3.2.4齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算16 </p><p>　　3.2.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算,校核與選型17</p><p>　　4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成2

11、2</p><p>　　4.2單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.2.1 硬件電路的組成24</p><p>　　4.2.2機(jī)械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計(jì)總結(jié)26</p><p>　　4.3數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)29</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b><

12、/p><p>　　數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　學(xué)生姓名：張振學(xué)號(hào)：04010040 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)電一體化）</p><p>　　1 設(shè)計(jì)題目或?qū)ｎ}： C6163型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) </p><

13、;p>　　2 學(xué)生設(shè)計(jì)的時(shí)間： 自 2 月 24 日開(kāi)始至 3 月 15 日止</p><p>　　3 設(shè)計(jì)所用資源和參考資料： </p><p>　　1）機(jī)床實(shí)物測(cè)繪的工件圖紙和技術(shù)要求 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 </p><p>　　2）現(xiàn)場(chǎng)資料 　　　　　　　　　　　　　　　　　

14、　　　　　　　　　　　　　　 </p><p>　　3）《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》，《機(jī)械技術(shù)》和《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》等參考文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)手冊(cè) </p><p>　　4 設(shè)計(jì)要完成的主要內(nèi)容：</p><p>　　1） 控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標(biāo)準(zhǔn)圖 </p><p>　　2） 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明；</p>

15、<p>　　3） 硬件電路部分設(shè)計(jì)說(shuō)明；</p><p>　　4） 數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)書明書。</p><p>　　5 提交設(shè)計(jì)形式（設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙）及要求：</p><p>　　1）車床數(shù)控改造橫向總裝圖1張（0號(hào)圖紙）；橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)電路原理圖一張。</p><p>　　2）設(shè)計(jì)說(shuō)明書按太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書的要求進(jìn)行

16、排版（打印或手寫）不少于25頁(yè) </p><p>　　6 發(fā)任務(wù)書時(shí)間： 2008 年 2 月 24 日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師：程建平</b></p><p><b>　　董長(zhǎng)雙</b></p><p>　　學(xué) 生：張 振</p><

17、;p><b>　　太原理工大學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語(yǔ)</p><p>　　指導(dǎo)人： （簽名）</p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　太原理工大學(xué)</b></p><p>　　畢

18、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)</p><p>　　評(píng)閱人： （簽名）</p><p>　　年 月 日 </p><p><b>　　太原理工大學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄</p><p>　　日期：

19、</p><p>　　學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 03級(jí)機(jī)制本一班 </p><p>　　題目: C6163型車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造設(shè)計(jì) </p><p>　　提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文) 答辯委員會(huì)下列

20、材料:</p><p>　　1設(shè)計(jì)（論文) 說(shuō)明書 共 頁(yè)</p><p>　　2設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁(yè)</p><p>　　3指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ) 共 頁(yè)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)主任

21、： （簽名） 委員： （簽名）</p><p><b>　　（簽名）</b></p><p><b>　?。ê灻?lt;/b></p><p><

22、;b>　?。ê灻?lt;/b></p><p>　　總評(píng)成績(jī)： </p><p><b>　　1 概 論</b></p><p>　　1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史　　1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比

23、，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析</p><p>　　1.2.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀：近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)

24、中也普遍開(kāi)始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比

25、上年增長(zhǎng)27.3%。 近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。 </p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) ：</p><p>　　(1) 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的

26、產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。  (2) 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高。  2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率 從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。  (3) 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。   1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.3.

27、1繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展：基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。</p><p>　　1.3.2向高速化和高精度化發(fā)展：這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向

28、發(fā)展的需要。</p><p>　　1.3.3向智能化方向發(fā)展：隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。</p><p>　　(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。</p><p>　　(2) 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)

29、律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。</p><p>　　(3) 引入故障診斷專家系統(tǒng)</p><p>　　(4) 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置</p><p>　　可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。</p><p>　　1.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性1.4.1微觀看改造的必要性

30、：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(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)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(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳

31、統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)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)。

32、 (5) 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。 (6) 由以上五條派生的好處?！　∪纾航档土斯と说膭趧?dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)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(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。 1.4.2宏觀看改造的必要性　　從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。由于采</p>

33、<p>　　數(shù)控化改造的市場(chǎng)空間</p><p>　　機(jī)床的數(shù)控化改造是一個(gè)方興未艾的行業(yè)，從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光明的，例如："在美國(guó)，日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造能作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是一個(gè)"永恒"的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看出：`&l

34、t;/p><p><b>　　(1) 國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)</b></p><p>　　我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬(wàn)臺(tái)，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(guó)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(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20％，F(xiàn)MC/FM

35、S等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60％以上）。可見(jiàn)我們的大多數(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(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、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。 (2) 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng)　　我國(guó)自改革

36、開(kāi)放以來(lái)，很多企業(yè)從國(guó)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(jì)，從1979～1988年10年間，全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。　　這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國(guó)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)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或</p><p><b>　　機(jī)床改造的效益分析</b></p><p>　　提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個(gè)途徑

37、：一是購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床；二是對(duì)舊的機(jī)床進(jìn)行改造而對(duì)于一個(gè)機(jī)床擁有量大，經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，采用舊機(jī)床改造來(lái)提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個(gè)極其有效和使用的途徑，采用第二種方法有以下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　減少了投資和交貨的期限 </p><p>　　同購(gòu)置新的數(shù)控機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費(fèi)用，改造的費(fèi)用大大減低。</p><p>　

38、　b) 機(jī)械的穩(wěn)定性可靠 </p><p>　　機(jī)床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。</p><p>　　c) 熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修，購(gòu)買的新設(shè)備，事先很難前面了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，以至很難預(yù)算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免

39、這種情況，并且大大縮短了對(duì)數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間，機(jī)床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見(jiàn)效較快。</p><p>　　d) 可以充分利用現(xiàn)有的條件 </p><p>　　可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購(gòu)新機(jī)時(shí)重新構(gòu)筑新基，同時(shí)工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。</p><p>　　f) 可更好的因地制宜合理篩選功能 </p>

40、<p>　　購(gòu)買現(xiàn)成的通用型機(jī)床，往往對(duì)一個(gè)具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個(gè)專用的特殊功能，如向機(jī)床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費(fèi)用大，交貨的日期又長(zhǎng)。而采用改造方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設(shè)計(jì)改造成專用的數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　e) 可及時(shí)采用最新技術(shù)，充分利用社會(huì)資源 </p><p>　　由于技

41、術(shù)進(jìn)步和我國(guó)機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機(jī)床方面的改造 ，如隨意采購(gòu)各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來(lái)防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說(shuō)明有一大批社會(huì)資源，可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度，及時(shí)地采用最新技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)場(chǎng)改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。</p><p>　　2 普通

42、車床數(shù)控改造的可行性論證</p><p>　　對(duì)于普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)遵循的原則是：在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能的少，以降低成本。</p><p>　　2.1 車床的數(shù)控改造</p><p>　　2.1.1數(shù)控機(jī)床工作原理及組成</p><p>　　(1) 數(shù)控機(jī)床工作原理：</p>

43、<p>　　數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開(kāi)和冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)、關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。</p><p>　　(2) 數(shù)控機(jī)床的組成：</p&g

44、t;<p>　　數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如圖2-1</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p><b>　　數(shù)控機(jī)床的組成圖</b></p><p>　　2.1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)</p><p>　　普通車床（C61

45、63）的數(shù)控改造設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗(yàn)證、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)計(jì)算（包括縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算）、主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速原理及改造后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)、機(jī)床調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C6163臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)車床的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對(duì)車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.01/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0.005/脈沖，

46、主運(yùn)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，刀架要改造成自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)的切削螺紋。</p><p>　　2.1.3 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造</p><p>　　(1) 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)

47、以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。由于C6163車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。</p><p>　　(2)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p>　　閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到高的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各

48、種誤差，消除間隙、干擾對(duì)加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。</p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開(kāi)環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。</p><p>　　開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中沒(méi)有位置控制器及反饋線路，因此開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

49、單，易于調(diào)整，所以常用于精度要求不高的場(chǎng)合。</p><p>　　經(jīng)過(guò)上序比較，由于所改造的C6163車床的目標(biāo)加工精度要求不高，所以決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　(3) 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。</p><p&g

50、t;　　數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有：</p><p>　　a) 可以全部自己設(shè)計(jì)制作</p><p>　　可以采用單板機(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制</p><p>　　可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動(dòng)</p><p>　　跟據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求采用第一種設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2.1.4機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)<

51、;/p><p>　　(1) 主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)</p><p>　　將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，無(wú)級(jí)調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　(2) 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造</p><p>　　將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)

52、給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。</p><p>　　2.2 可行性論證</p><p>　　根據(jù)《自動(dòng)化制造系統(tǒng)》，可行性論證使用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告，是上級(jí)主管部門審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。同樣，在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。&l

53、t;/p><p>　　根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實(shí)施計(jì)劃，結(jié)論等。</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，故在此，設(shè)計(jì)者僅對(duì)改造的投資概算作一簡(jiǎn)要的可行性論證。</p><p>　

54、　本改造設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C6136進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計(jì)中，采用自己設(shè)置的數(shù)控裝置，加上兩臺(tái)伺服電機(jī)，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動(dòng)部分以及齒輪副，一臺(tái)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，四個(gè)電磁離合器以及主傳動(dòng)部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過(guò)8萬(wàn)元。因此，對(duì)普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國(guó)國(guó)情，是國(guó)內(nèi)企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實(shí)用性。</p><p><b&g

55、t;　　3 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　3.1 總體方案的確定</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇</p><p>　　由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓和逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工公英螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)

56、環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　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、抗干擾能力強(qiáng)、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，決定采用MCS—51系列的8031單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光隔離電路、步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)

57、的加工程序和控制命令通過(guò)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。</p><p>　　3.1.3 機(jī)械傳動(dòng)方式</p><p>　　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(dòng)絲桿。為了保證一定的傳動(dòng)精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時(shí)，為了提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。</p>

58、<p>　　3.1.4 運(yùn)動(dòng)方式的確定</p><p>　　數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。由于C6163車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本次設(shè)計(jì)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.5 系統(tǒng)的選擇</p><p>　　伺服系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)比較，由于C6163車床加工精度要求

59、不高，所以決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.6 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定</p><p>　　為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出低摩、低慣量、高剛度、無(wú)間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1) 盡量采用低磨擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。&

60、lt;/p><p>　　(2) 盡量消除傳動(dòng)間隙。例如采用隙齒輪等。</p><p>　　(3) 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度，減小傳動(dòng)鏈誤差?？刹捎妙A(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。</p><p>　　3.1.7 微機(jī)的選擇</p><p>　　微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、I/O接口電路、

61、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路等幾部分組成。</p><p>　　3.1.8 總體方案框圖</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.2 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例</p><p>　　3.2.1 計(jì)算切削力</p><p><b>　　橫切端面<

62、;/b></p><p>　　查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P13頁(yè)</p><p>　　式中——車床床身上加工最大直徑橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)的</p><p>　　式中 ——走刀方向的切削力（N）</p><p>　　——垂直走刀方向的切削力（N）</p><p>　　3.2.2 桿螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型<

63、/p><p><b>　　(1) 計(jì)算牽引力</b></p><p>　　橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).2》6.2-2；6.2-3表</p><p>　　查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè) </p><p>　　式中：，，——切削分力（Ｎ）</p><p>　　G——移動(dòng)

64、部件的重量（N） 表1-1查得橫向溜板及刀架重力500N</p><p>　　——滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取=0.15-0.18 </p><p>　　K——考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 取K=1.15</p><p>　　(2) 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C</p><p>　　選用

65、滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3》P185-P210</p><p>　　查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè) </p><p>　　式中：L——壽命，以轉(zhuǎn)為一單位</p><p>　　n——絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　——為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3 </p&

66、gt;<p><b>　　取</b></p><p>　　——絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=6mm</p><p>　　T——為使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000h</p><p>　　——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.5</p><p>　　(3) 螺母副的選型</p>&l

67、t;p>　　查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》附表Ａ-2，可采用WD3006外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為9700N,精度等級(jí)按表3-17選為３級(jí)。</p><p>　　(4) 傳動(dòng)效率計(jì)算</p><p>　　式中：——螺旋升角，WD3006 </p><p>　　——摩擦角取 滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003-0.004</p>

68、<p><b>　　(5) 剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖２所示，最大牽引力2087.98N,支承間距Ｌ＝350mm，因絲桿長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p><b>　　計(jì)算如下:</b><

69、;/p><p>　　絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)</p><p>　　查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4,根據(jù)＝2087.98N,D=30mm查出 可算出：</p><p>　　c) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量</p><p>　　查圖3-5得Ｗ系列１列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量　</p><p><b>

70、;　　因進(jìn)行了預(yù)緊</b></p><p>　　d) 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形</p><p>　　采用推力球軸承5204查閱《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).２》表5.9-137,d=20mm,滾動(dòng)體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13</p><p>　　綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：</p><p><b>　　〈定位精度>&

71、lt;/b></p><p><b>　　(6) 穩(wěn)定性校核</b></p><p><b>　　計(jì)算臨界負(fù)載(N)</b></p><p>　　式中:E——材料彈性模量()</p><p>　　I——截面慣性矩()</p><p>　　L——絲桿兩軸承端距離(cm)

72、</p><p>　　——絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支為2.00</p><p>　　一般=2.5-4.0,所以>></p><p>　　此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 </p><p>　　(7) 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) (見(jiàn)表1)</p><p><b>　　表1<

73、;/b></p><p>　　3.2.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=6mm,</p><p>　　初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比:</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有行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速。</p><p>　　因進(jìn)

74、給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)````取2，有關(guān)參數(shù)參照表2</p><p>　　表2: 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)</p><p>　　3.2.4 橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算，校核和選型</p><p>　　(1) 初選步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　a) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　查閱《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22頁(yè)</p&

75、gt;<p>　　式中: ——脈沖當(dāng)量，取 </p><p>　　——進(jìn)給牽引力(N)</p><p>　　——步距角，初選雙拍制為</p><p>　　——電機(jī)—絲桿傳動(dòng)效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別為</p><p>　　b) 估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系

76、數(shù)來(lái)估算步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N.cm)</p><p>　　一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取0.4-0.5</p><p>　　c) 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩</p><p>　　查表3-22如取五相十拍，則</p><p>　　d) 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率和最高啟動(dòng)頻率</p><p>　　式中:——最大切削進(jìn)給速度 </p>

77、<p><b>　　——最大快移速度</b></p><p><b>　　——脈沖當(dāng)量，取</b></p><p>　　根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表3-23中查出150BFG2815最大靜轉(zhuǎn)矩為245N.cm >可以滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)，以留有一定余量，另一方面與國(guó)內(nèi)同類型機(jī)床進(jìn)

78、行類比的要求。決定采用150BFG2915，但從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P24頁(yè)查出，步進(jìn)電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為4000Hz,滿足空載時(shí)(3333.33Hz)的要求。</p><p>　　(2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　前面所述初選步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初選后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。</p><p>　　a) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p>&l

79、t;p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2，根據(jù)表3-24，經(jīng)二對(duì)齒輪降速時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算:</p><p>　　式中:——齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　——齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p><b>　　——絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　

80、——絲桿導(dǎo)程(cm)</p><p>　　G——工件及工作臺(tái)重量(N) G=500(N)</p><p>　　b) 齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計(jì)算</p><p>　　表3-24所示圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下:</p><p><b>　　對(duì)于鋼材，</b></p><p>　　式中:M——

81、圓柱體質(zhì)量</p><p>　　D——圓柱體直徑 (cm)</p><p>　　L——圓柱體長(zhǎng)度或原長(zhǎng)(cm)</p><p><b>　　鋼材的密度為</b></p><p><b>　　因此</b></p><p>　　基本滿足慣量匹配的要求。</p>&l

82、t;p><b>　　c) 電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算</b></p><p>　　機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算:</p><p><b>　　快速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　在快速空載起動(dòng)階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計(jì)算如下：</p><p>　　式中: ——快

83、速空載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　——空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　——折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　——由于絲桿預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　在采用絲桿螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計(jì)算：</p><p>　　式中:——傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上

84、的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　——電機(jī)最大角速度</b></p><p><b>　　——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　——運(yùn)動(dòng)部件最快速度</p><p><b>　　——脈沖當(dāng)量</b></p><p>　　——步進(jìn)電機(jī)的

85、步距角</p><p>　　——運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間(s)</p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間=30(ms)</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩</p><p>　　式中: ——導(dǎo)軌的摩擦力(N)</p><p>　　——垂直方向的切削力(N)</p><p>

86、　　G——運(yùn)動(dòng)部件的總重量(N)</p><p>　　——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15</p><p><b>　　——齒輪降速比</b></p><p>　　——傳動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7-0.8</p><p><b>　　附加摩擦轉(zhuǎn)矩:</b></p><p>　　式中

87、: ——滾珠絲桿預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給牽引力(N)</p><p>　　——滾珠絲桿導(dǎo)程(cm)</p><p>　　——滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取</p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計(jì): </b></p><p><b>　　快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩</b></p><

88、p>　　最大切削負(fù)載時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　式中: ——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>　　從上面計(jì)算看出、、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此項(xiàng)作為校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。</p><p>　　從表3-22查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)為</p><p><b>　　則最大靜轉(zhuǎn)矩為:</

89、b></p><p>　　從表3-23查出150BFG2815最大轉(zhuǎn)矩為為245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可以滿足此項(xiàng)要求。</p><p>　　d) 校核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性</p><p>　　前面已經(jīng)計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)，需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333.33Hz,切削進(jìn)給時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1666.7Hz</p>&l

90、t;p>　　從表3-23中查出150BFG2815型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為4000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)膱D3-15，3-16查出150BFG2815步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性如圖3所示:</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BFG2815型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性可以滿足要求。</p><p>　　3.3縱向進(jìn)給伺服系機(jī)械部分計(jì)

91、算與校核</p><p>　　3.3.1 計(jì)算切削力</p><p>　　主切削力F（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算：</p><p>　　—走刀方向的切削分力（N）</p><p>　　—車床身上加工最大直徑（mm）=630mm</p><p>　　=10594.63（N）</p><p>　　：：=1：

92、0.25：0.4</p><p><b>　　—走刀方向的切削力</b></p><p>　　—垂直走刀方向的切削力</p><p>　　=0.25=2648.66(N)</p><p>　　=0.4=4237.85(N)</p><p>　　3.3.2 絲桿螺母副的計(jì)算和造型</p>

93、<p>　　(1) 計(jì)算進(jìn)給牽引力</p><p>　　縱向進(jìn)給選為綜合導(dǎo)軌。參考表6.2—2，6.2—3兩表〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3〉〉</p><p>　　查書《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》P22</p><p><b>　　在正常情況下：</b></p><p>　　—考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.1

94、5</p><p>　　—滑動(dòng)導(dǎo)軌磨擦系數(shù)0.15～0.18</p><p>　　—溜板及刀架重力查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表1—1，取=800N</p><p>　　=1.152648.66+0.16(4237.85+500)=2175.94(N)</p><p>　　(2) 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C</p><p><b&

95、gt;　　C=</b></p><p>　　參考《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3》P185～P210 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌</p><p>　　式中：—滾珠絲桿導(dǎo)程。 初選</p><p>　　—為最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3</p><p><b>　　取=1m/min</b></p&g

96、t;<p>　　—使用壽命（h），對(duì)于數(shù)控機(jī)車取 =15000h </p><p>　　—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.2～1.5（查表3—14《綜合作業(yè)指導(dǎo)》取為1.2</p><p>　　—壽命以 轉(zhuǎn)為1單位</p><p>　　—絲桿轉(zhuǎn)速r/min</p><p><b>　　125</b></p

97、><p><b>　　113</b></p><p>　　C==19512.57</p><p>　　(3) 滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　可采用WD6008外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母珠絲桿副，1列2.5圈，其額定功動(dòng)負(fù)載為18200（N），精度等級(jí)按表《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-17選為3級(jí)。</p>

98、<p>　　(4) 傳功效率計(jì)算：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：r—螺旋升角，WD6008 r=</p><p>　　—磨擦角取10’ 滾動(dòng)磨擦系數(shù)0.003～0.004</p><p><b>　　(5) 剛度驗(yàn)算</b></p>

99、<p>　　先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如A圖所示，最大牽引力2175.94(N)。支承L=1500mm，絲桿螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷1/3。</p><p>　?、?絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p><b>　　圖3-5</b></p><p>　　查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-4，根據(jù)</p>

100、;<p>　　=2175.94(N), </p><p>　　查出10-5 可算出</p><p>　　==(0.65×10-5×1500)mm=0.975×10-2 mm</p><p>　　由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲桿進(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(mm)為</p>

101、;<p>　　=1/4=0.975×10-2/2=0.244×10-2mm</p><p>　?、?滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》圖3-5，W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量</p><p><b>　　=6.0μm</b></p><p>&

102、lt;b>　　因進(jìn)行預(yù)緊</b></p><p>　　=1/2=1/2×6.0=3.0μm</p><p>　?、?支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形</p><p>　　采用D8208型推力球軸承，=35mm,滾動(dòng)體直徑=6.35mm,滾動(dòng)體數(shù)量Z=18,</p><p>　　注意此公式中單位應(yīng)為N</p>

103、;<p><b>　　因施加預(yù)緊力，故</b></p><p>　　=1/2×=1/2×0.009065=0.004528mm</p><p><b>　　根據(jù)以上計(jì)算</b></p><p>　　=＋＋=0.00244＋0.0030＋0.004528=0.009968<定位精度&l

104、t;/p><p>　　因?yàn)椴楸磉_(dá)1-1《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》定位精度為±0.01</p><p><b>　　(6) 穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　滾珠絲桿兩端采用推力球軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p>　　(7) 縱向滾珠絲桿副幾何參數(shù)</p><p>　　表

105、3：WD6008滾珠絲桿副幾何參數(shù)</p><p>　　3.3.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已知縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量=0.01mm/step,滾珠絲桿導(dǎo)程=8mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，可計(jì)算出傳動(dòng)比：</p><p><b>　　= </b></p><p>　　－脈沖當(dāng)量（mm/step）<

106、;/p><p>　?。瓭L珠絲桿的基本導(dǎo)程（mm）</p><p><b>　　－步進(jìn)電機(jī)的步距角</b></p><p><b>　　===3/8</b></p><p>　　因?yàn)榭蛇M(jìn)定齒輪齒數(shù)為</p><p><b>　　=/=24/64</b><

107、/p><p><b>　　=24 ，=64</b></p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，又因進(jìn)給給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，</p><p>　　則有關(guān)參數(shù)如下表所示(見(jiàn)表4)： </p><p>　　表4：傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)</p><p>　　3.3.4 進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型</p>

108、;<p><b>　　(1)初選步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　?、?計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　=</b></p><p>　　－脈沖當(dāng)量（mm/step）取 =0.01mm/step</p><p>　?。M(jìn)給牽引力（N）取 =2175.94N</p

109、><p>　?。骄嘟牵踹x雙拍制為</p><p>　?。姍C(jī)－絲桿的傳動(dòng)效率，為齒輪、軸承、絲桿效率之積，分別為0.98、0.99、0.99和0.94。</p><p><b>　　=N.cm</b></p><p>　?、?算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來(lái)

110、估算步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　=/0.3～0.5</b></p><p>　　一般縱向進(jìn)給伺服系統(tǒng)的安全系數(shù)取0.3～0.4</p><p>　　= /0.4=182.36/0.4=455.9N.mm</p><p><b>　?、?計(jì)算最大靜扭矩</b></p>

111、<p>　　查《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-22，如取五相十拍，則==0.951</p><p>　　=/0.951=455.9/0.951=479.39N.mm</p><p>　　計(jì)算步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的頻率和最高起動(dòng)頻率</p><p><b>　　=HZ</b></p><p><b>　　=HZ<

112、/b></p><p>　　式中：－最大切削進(jìn)給速度m/min , =1m/min</p><p>　?。畲罂煲扑俣萴/min, =2m/min</p><p>　?。}沖當(dāng)量, =0.01mm/step </p><p>　　根據(jù)估算出的最大的靜轉(zhuǎn)矩=479.39N.mm在表3-23中查出130BF

113、001最大靜扭矩為931N>479.39N可以滿足要求，，但從表中看出130BF001步進(jìn)電機(jī)最高空載起動(dòng)頻率為3000HZ，不能滿足=3333HZ的要求，此項(xiàng)指標(biāo)可暫不考慮，可以采用軟件開(kāi)降速程序來(lái)解決。</p><p>　　(2) 校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　前面所初步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，均為估算，初迭之后，應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算。</p><p>　　錯(cuò)

114、誤！未找到引用源。效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　計(jì)算簡(jiǎn)圖如前（a）所示，根據(jù)《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3-24，傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可由下式計(jì)算：</p><p>　　=＋＋[(＋)＋()]</p><p>　　—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）</p><p>　　.—矢輪Z1Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）</p><p&

115、gt;　　—滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣車（）</p><p>　　參考同類型機(jī)床，初步反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)BF1，</p><p>　　作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　I4＝()2w＝()2×80＝0.468kg·cm2＝4.68N·cm2</p><p><b>　　齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b

116、></p><p>　　J1＝7.8×10-4×4.84×2=8.281kg·cm2=82.81 N·cm2</p><p>　　J2＝7.8×10-4×12.84×2=53.678kg·cm2</p><p><b>　　絲桿傳動(dòng)慣量：</b>&l

117、t;/p><p>　　J3=7.8×10-4×64×140=141.52kg·cm2=1415.2 N·cm2</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，可以忽略。</p><p>　　因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　?。剩?J3+J2)+J1+J4</p><p>　

118、　=(141.52+53.68)+0.468+8.281</p><p>　　= 130.52 kg·cm2=1305.2 N·cm2</p><p>　　(1) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算。</p><p>　　快速空載啟動(dòng)所需力矩：</p><p>　　最大切削力負(fù)載時(shí)所需力矩：</p><p>　　式中

119、：－－空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩</p><p>　　――折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩</p><p>　　――由于絲桿預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩</p><p>　　――切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩</p><p>　　――折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩</p><p><b>　　當(dāng)

120、時(shí)，</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，</b></p><p><b>　　當(dāng)，時(shí)，</b></p><p><b>　　N·cm</b></p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，預(yù)加載荷則</b></p><

121、p>　　所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩：</p><p>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：</p><p><b>　　切削時(shí)所需力矩：</b></p><p>　　由以上分析計(jì)算可知：</p><p>　　所需最大力矩發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí)： ，所以選擇型號(hào)WD6008</p><p>　?、?校核步進(jìn)電機(jī)起

122、動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　已計(jì)算出機(jī)床最大快移時(shí)需步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率為3333Hz，切削進(jìn)入時(shí)所需步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率為1333.3Hz。</p><p>　　從《綜合作業(yè)指導(dǎo)書》表3—23中查出型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空BF1-160載起動(dòng)頻率為3000Hz，運(yùn)行頻率為16000Hz，再?gòu)摹础淳C合作業(yè)指導(dǎo)書〉〉圖3—15，3—16查出BF1-160步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和

123、運(yùn)行矩頻特性曲線如（C）圖所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，時(shí)，,不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩222.916N.cm。直接使用則會(huì)施行失步現(xiàn)象，所以必須采取開(kāi)降進(jìn)控制〈用軟件實(shí)現(xiàn)〉，將起動(dòng)頻率到1000Hz起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可增高到588.4N.cm，然后電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，BF1-160型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性（D）圖完全可以滿足要求：<

124、/p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　4 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成</p><p>　　任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能，有了硬件，軟件就能發(fā)揮作用。</p><p