機(jī)電系普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)論文
畢業(yè)論文 題 目：數(shù)控機(jī)床改進(jìn)學(xué) 科： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：普通車床數(shù)控化改造二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容：1.對(duì)CA6140數(shù)控車床的一些主要機(jī)構(gòu)主軸箱及典型機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、機(jī)床尾座進(jìn)行分析，了解其的大致結(jié)構(gòu)組成。2.重點(diǎn)對(duì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)改造設(shè)計(jì)和計(jì)算和同步帶傳動(dòng)改造設(shè)計(jì)。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式；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。3. 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。4. 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造。采用油氣潤(rùn)滑方式，這種潤(rùn)滑方式不同于油霧潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值。壓縮空氣有散熱作用，潤(rùn)滑油可回收，不污染周圍空氣。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告一.選題的背景與意義：本課題針是一種加工效率高，操作性能好，社會(huì)擁有量大的普通車床-C6140型車床，對(duì)機(jī)械部分重新設(shè)計(jì)、裝配，對(duì)電氣部分在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新，較大幅度地提高水平和檔次。目的為重新恢復(fù)其使用，提高其精度、效率和自動(dòng)化程度，提高性能或檔次，更好的適應(yīng)新工藝、新技術(shù)使用。中國(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)，中國(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%。中國(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%, FMC/FMS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)?？梢姶蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝各加工出來(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。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年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，本質(zhì)是采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC, FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD, CAE, CAM,虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上竟?fàn)幜Υ鬄樵鰪?qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口，為推動(dòng)我國(guó)機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展，作為機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的一名大學(xué)生，有責(zé)任做出自己的努力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件； 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 二.研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要內(nèi)容：對(duì)CA6140車床主進(jìn)行數(shù)控改造。1.對(duì)CA6140數(shù)控車床的一些主要機(jī)構(gòu)主軸箱及典型機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、機(jī)床尾座進(jìn)行分析，了解其的大致結(jié)構(gòu)組成。2.重點(diǎn)對(duì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)改造設(shè)計(jì)和計(jì)算和同步帶傳動(dòng)改造設(shè)計(jì)。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式；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。3. 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。4. 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造。采用油氣潤(rùn)滑方式，這種潤(rùn)滑方式不同于油霧潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值。壓縮空氣有散熱作用，潤(rùn)滑油可回收，不污染周圍空氣。三. 研究的方法與技術(shù)路線：通過(guò)觀察普通CA6140車床和普通CA6140數(shù)控車床，確定其改造方向，并對(duì)其進(jìn)行改造，并查閱有關(guān)資料，對(duì)進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分和軸組件部分重新進(jìn)行計(jì)算，使其提高性能。對(duì)進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分和軸組件部分重新進(jìn)行計(jì)算是這次設(shè)計(jì)中的一大難點(diǎn)，通過(guò)查閱有關(guān)以往普通CA6140數(shù)控車床資料，經(jīng)過(guò)反復(fù)修改計(jì)算，將其性能提高?？v向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方法，為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。.橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方法，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。減速機(jī)構(gòu)改造方法，采用同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。軸組件改造方法，主軸采用空心形狀大大減小了應(yīng)力的集中，使軸的剛度有很大提高。計(jì)算并驗(yàn)證分析解決上述改造相關(guān)問(wèn)題所擬定的設(shè)計(jì)參數(shù)。數(shù)控控制板改造方法，為提靠性和處理速度，采用硬件環(huán)形分配器產(chǎn)生脈沖控機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，輸入輸出信號(hào)要經(jīng)電隔離。驅(qū)動(dòng)電路改造方法，采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。隔離電路和功率放大電路改造方法，隔離電路采用的光電隔離電路；功率放大電路采用雙電源型。潤(rùn)滑方式的改造方法，采用油氣潤(rùn)滑方式替代傳統(tǒng)的油霧潤(rùn)滑方式。四. 研究的總體安排與進(jìn)度：12月12號(hào)聽指導(dǎo)老師講授如何寫作畢業(yè)論文，選題目。12月13號(hào)到12月28號(hào)，根據(jù)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)看有關(guān)論文的書籍。畢業(yè)論文第一稿在指導(dǎo)老師全面修改后完成。10年1月1號(hào)開始寫第二稿，寫完成后，交給指導(dǎo)老師修改，2月25號(hào)打印出第二稿。2月26號(hào)開始寫第三稿，在指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下于3月10號(hào)完成。3月20號(hào)把論文一、二、三稿、電子稿都上交給班主任指導(dǎo)教師審核意見： 目 錄 摘要 .(1)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 (1)一 車床主傳動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)分析. (1)二 數(shù)控車床頭箱結(jié)構(gòu)分析.(2)2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng) .（4）2.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng).（4）2.3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架.（4）2.4 機(jī)床尾座.（4）三 伺服系統(tǒng)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算（4）3.1伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案.(4)3.2 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算.(5)四 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì).(5)4.1 同步齒形帶的選擇和校核.(5)4.2 主軸組件的設(shè)計(jì).(8)五 數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì). .(10)5.1硬件電路的基本組成.(10)5.2 控制系統(tǒng)的功能(12)六 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造(14)體會(huì) . .(14)致謝.(14)參考文獻(xiàn).(15)普通車床數(shù)控化改造摘要:中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó)，但其裝備水平落后，特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。針對(duì)目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造，解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)問(wèn)題，用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，是我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對(duì)CA6140普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升，以解決目前設(shè)備老化所帶來(lái)的問(wèn)題。本課題研究過(guò)程中，首先對(duì)目前工廠所使用的常規(guī)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了全面的調(diào)查和分析。在結(jié)合原C6140車床本身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)其主傳動(dòng)部分進(jìn)行重新計(jì)算設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合改造要求的主傳動(dòng)系統(tǒng)，在滿足正常加工的條件下，選擇合適的動(dòng)力與控制系統(tǒng)，使整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)能在控制系統(tǒng)下完成設(shè)計(jì)所要求動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的無(wú)級(jí)調(diào)速的性能。 關(guān)鍵字：普通車床數(shù)控車床改造設(shè)計(jì)前 言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件； 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)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(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。一、CA6140數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)分析 機(jī)床主軸箱是一個(gè)比較復(fù)雜的傳動(dòng)件.表達(dá)主軸箱各傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系時(shí)常用展開圖.展開圖基本上是按各傳動(dòng)鏈傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序,沿軸心線剖開,并展開在一個(gè)平面上的裝配圖(如圖1) ： 1花鍵套；2帶輪；3法蘭；4箱體；5鋼球；6齒輪；7銷；8、9螺母； 10齒輪；11滑套；12元寶銷；13制動(dòng)盤；14制動(dòng)帶；15齒條；16拉桿； 17撥叉；18齒扇；19圓鍵1.CA6140型車床主軸箱展開圖如上圖所示 該圖是沿軸IV一I一II一III(V)一VI一XI一X的軸線剖切面展開的。展開圖把立體展開在一個(gè)平面上，因而其中有些軸之間的距離拉開了。如軸IV畫得III與軸V較遠(yuǎn)，因而使原來(lái)相互嚙合的齒輪副分開了。讀展開圖時(shí)，首先弄清楚傳動(dòng)關(guān)系。 1卸荷帶輪電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶將運(yùn)動(dòng)傳至軸I 左端的帶輪2（見圖1的左上部分）。帶輪2與花鍵套1用螺釘連接成一體，支承在法蘭3內(nèi)的兩個(gè)深溝球軸承上。法蘭3固定在主軸箱體4上，這樣帶輪2可通過(guò)花鍵1帶動(dòng)軸I旋轉(zhuǎn)，皮帶的拉力則經(jīng)軸承和法蘭3傳至箱體4。軸I 的花鍵部分只傳遞轉(zhuǎn)距，從而可避免因皮帶拉力而使軸I產(chǎn)生彎曲變形。這種帶輪是卸荷的（既把徑向載荷卸給體）。二、CA6140數(shù)控車床頭箱結(jié)構(gòu)分析1.主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車床主運(yùn)動(dòng)要求速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，有足夠的驅(qū)動(dòng)功率，主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準(zhǔn)確穩(wěn)定，并有足夠的剛性與抗振性。如下圖所示為濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)的MJ-50型數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 2. 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是用數(shù)字控制X、Z坐標(biāo)軸的直接對(duì)象，工件最后的尺寸精度和輪廓精度都直接受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)充分注意減少摩擦力，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣量等。為使全功能型數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求高精度、快速響應(yīng)、低速大轉(zhuǎn)矩，采用交、直流伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)刀架移動(dòng)。刀架的快速移動(dòng)和進(jìn)給移動(dòng)為同一條傳動(dòng)路線。3自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率?；剞D(zhuǎn)式刀架上回轉(zhuǎn)頭各刀座用于安裝或支持各種不同用途的刀具，通過(guò)回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度和定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀?；剞D(zhuǎn)刀架分度準(zhǔn)確，定位可靠，重復(fù)定位精度高，轉(zhuǎn)位速度快，夾緊性好，可以保證數(shù)控車床的高精度和高效率。4機(jī)床尾座如下圖所示為MJ-50數(shù)控車床出廠時(shí)配置的標(biāo)準(zhǔn)尾座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 從它上面我們可以看出，對(duì)CA6140車床的改造的方向。三、機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算（一）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案1.縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案拆除原機(jī)床的進(jìn)給像、溜板箱、滑動(dòng)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(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。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(lái)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。 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)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(shí)，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負(fù)載小時(shí)，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。 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(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的急停處理需要。2.橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案拆除原中拖板絲桿，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)，為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時(shí)消除傳動(dòng)過(guò)程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用二級(jí)傳動(dòng)，從動(dòng)輪采用雙薄片錯(cuò)位消除間隙。(二) 、進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算1. 選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向： 0.01mm/步， 橫向：0.005mm/步（半徑）2.計(jì)算切削力2.1縱車外圓主切削力FZ（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算：FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360 按切削力各分力比例： FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 F X=5360×0.25=1340 FY=5360×0.4=21442.2橫切端面主切削力FZ（N）可取縱切的0.5 FZ=0.5FZ=2680此時(shí)走刀抗力為FY（N），吃刀抗力為Fx（N）。仍按上述比例粗略計(jì)算： FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 FY=2680×0.25=670 FX=2680×0.4=10723.滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型3.1縱向進(jìn)給絲桿3.1.1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm（N）縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 Fm=KFx+f（Fz+G） =1.158×1340+0.16×（5360+800） =2530 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； f滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.150.18； G溜板及刀架重力：G=800N3.1.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C C=3LfWFM L=60×n×t/106 N=1000×Vs/Lo 式中 Lo滾珠絲桿導(dǎo)程，初選L=6mm； Vs最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/21/3），此處Vs=0.6m/min T使用壽命，按15000h； fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.21.5； L壽命、以106為一單位。n=1000Vs/Lo=1000×0.6×0.5/6=50r/minL=60×N×T/106=60×60×15000/106=45C=3LfwFm=345×1.2×2530=10798.7N3.1.3滾珠絲桿螺母副的選型查閱表，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(dòng)負(fù)載為16400N，精度等級(jí)按表4-15選為3級(jí)（大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級(jí)）。3.1.4傳動(dòng)效率計(jì)算=tg/tg(+)試中螺旋升角，W1L400b=2º44摩擦角10滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003-0.004=tg/tg(+) =tg2º44/tg(2º44+10)=0.94 3.1.5剛度驗(yàn)算最大牽引力為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。A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量1根據(jù)Pm=2530N，D0=40mm，查出L/L=1.2×10-5可算出：1=L/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2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 1(mm)為： 1=0.25×10-2 B滾珠與螺紋滾道間接觸變形qW系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量q ：q=6.4µm因進(jìn)行了預(yù)緊， 2 =0.5q =0.5×6.4=3.2µmC支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形3采用8107型推力球軸承，d1=35mm，滾動(dòng)體直徑dq=6.34mm，滾動(dòng)體數(shù)量Z=18，c=0.0024×3Fm2/(dq×Z2) =0.0024×32532/(6.35×182)注意，此公式中Fm單位為kgf應(yīng)施加預(yù)緊力，故3=0.5=0.5×0.0075=0.0038mm 根據(jù)以上計(jì)算：= 1+2+3 =0.0045+0.0032+0.0038 =0.0115mm定位精度3.1.6穩(wěn)定性校核。滾珠絲桿兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。3.2橫向進(jìn)給絲桿3.2.1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下：Fm=1.4×Fy+f(Fz+2Fx+G) =1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)2023N 3.2.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C n=1000×V3/L0=1000×0.3×0.5/5=30 L=60×n×T/106=60×30×15000/106 C=3LfwFm=327×1.2×2030=7283N3.2.3選擇滾珠絲杠螺母副從附錄A表3中查出，W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額定動(dòng)載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級(jí)。3.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算=tg/tg(+)=tg4º33/tg(4º33+10)=0.965 3.2.5剛度驗(yàn)算橫向進(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(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。計(jì)算如下：A.絲杠的拉伸或壓縮變形量1(mm)查圖4-6，根據(jù)Fm=2032N，D0=20MM，查出L/L=5×105 可算出1= L /L×L=4.2×105 ×450=1.89×102mm顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸，以提高剛度 故 =0.251=4.7×103B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形查資料（機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例M1版，）。 q=8.5m因進(jìn)行了預(yù)緊 2=0.5q=0.5×8.5=4.25mC.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用8103型推力球軸承，dq=5Z=13d=17mmc=0.00243Fm2/(dq×Z2) =0.00243202.3/5×132=1.3×103考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故 3=0.5 c=0.5×1.3×103=6.5×104綜合以上幾次變形量之和得：=123=4.7×10¯3+4.25×10¯3/+ =0.00960.015（定位精度 ）3.2.6穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。4.傳動(dòng)比計(jì)算4.1縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p =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?jì)算出傳動(dòng)比i i=360p / bL 0 =390×0.01/0.75×6=0.8可選定齒輪齒數(shù)為： I =Z1/Z2 Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=254.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量p =0.005，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75º?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i I=360p / bL 0=360×0.005/0.75×5=0.48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(jí)齒輪降速：i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照下表： 齒數(shù)324024402025分度圓d=mz648048804050齒頂數(shù)da=d+2m688452844454齒根數(shù)df=d-21.25m597543753545齒寬(6-8)m202020202020中心距A=(d1+d2)/2726445 5.步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型5.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算5.1.1等效傳動(dòng)慣量計(jì)算方法計(jì)算如下，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量J(kgcm2)可有下式計(jì)算：J=Jm+J1+（Z1/Z2）2(J2+Js)+G/g(L0/2)2式中：Jm步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgcm2)J1，J2齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kgcm2)Js滾珠絲杠傳動(dòng)慣量(kgcm2)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(dòng)慣量Jm=10(kgcm2)J1=0.78×103×d14·L1=0.78×103×6.42×2=2.6 kgcm2J2=0.78×103×d24·L2=0.78×103×82×2=6.39 kgcm2Js=0.78×103×44×150=29.952 kgcm2G=800N 代入上式： J=Jm+J1+（Z1/Z2）2(J2+Js)+G/g(L0/2)2 =10+2.62+(32/40)2(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2)2=36.355 kgcm2考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題。Jm/J=10/36.355=0.275基本滿足慣量匹配的要求。性和運(yùn)行矩頻特性。5.1.3計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率Fk=1000Vmax/60p =1000×2.4/60×0.01=4000HzFe=1000Vs/60p =1000×0.6/60×0.01=1000Hz從表中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz,再?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500時(shí)，M=100N·cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（782N·cm）直接使用則會(huì)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(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)，起動(dòng)力矩可增加到5884N·cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。5.1.2電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面分別按各階段計(jì)算：A.快速空載啟動(dòng)力矩M起在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： M起=Mamax+Mf+Ma Mamax=J·= Jnnax×102/(60×ta/2) = J×2·nmax×102/(60×ta)nmax=max·b/p·360將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 nmax=max·b/p·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/min 啟動(dòng)加速時(shí)間ta=30ms Mamax=J×2·nmax×102/(60×ta)=36.355×2×500×102/(60×0.03)=634.5N·cm 折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf： Mf=FOL0/2i=f¹(Pz+G)×L0/(2Z2/Z1) =0.16×(5360+800)×0.6/(2×0.8×1.25)=94N·cm 附加摩擦力距M0 MO=FPOL0(1-02)/2i=1/3×Ft×L0(1-02)/(2Z2/Z1) =1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2×0.8×1.25) =805.3×0.19=15.3N·cm上述三項(xiàng)合計(jì)： M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cmB快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快。M快=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cmC快速切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M切M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2i =94+15.3+1340×0.6/(2×0.8×1.25) =94+15.3+127.96=237.26N·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(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從有關(guān)手冊(cè)機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例M查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí) =Mq/Mjmax=0.951最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782N·cm按此最大靜力矩從有關(guān)手冊(cè)中查出，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(hào)，但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特5.2.3計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率Fk=1000Vmax/60p =1000×2.4/60×0.01=4000HzFe=1000Vs/60p =1000×0.6/60×0.01=1000Hz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(dòng)頻率為1500Hz，運(yùn)行頻率為7000Hz。根據(jù)110BF003型電機(jī)的起動(dòng)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(dòng)時(shí)F=1500Hz，M=98N·cm，小于機(jī)床所需的起動(dòng)力矩（184.4N·cm），直接使用會(huì)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(dòng)頻率將為1000Hz時(shí)，既可滿足要求。當(dāng)機(jī)床快速起動(dòng)和切削進(jìn)求。進(jìn)給時(shí)，則完全滿足運(yùn)行矩頻要四、同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)1同步齒形帶的選擇和校核 在車床改造時(shí)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與四缸傳動(dòng)副之間裝有減速機(jī)構(gòu)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)可得到所需的脈沖當(dāng)量和增大的驅(qū)動(dòng)力矩。減速機(jī)構(gòu)采用同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，同步齒形帶傳動(dòng)相對(duì)齒輪傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng)，其利用同步帶的齒型與帶輪的輪齒傳遞運(yùn)動(dòng)，無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，無(wú)噪聲，無(wú)需潤(rùn)滑，傳動(dòng)精度和效率高，同步帶傳動(dòng)的帶速高達(dá)4080m/s.傳遞功率可達(dá)100KW，傳動(dòng)比可達(dá)1020，傳動(dòng)效率98%。因此在這次數(shù)控改造中我們采用同步齒形帶來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。（1）模數(shù)根據(jù)表1.12 m=4（2）齒數(shù) 查表1.3選 （3）帶輪節(jié)圓直徑為： （4）帶速為： （5）中心距為： 則210a<600取a=500 （6）帶長(zhǎng)為： （7）小帶輪嚙合齒數(shù)： 則（8）帶寬 1.21同步帶模數(shù)的選擇參考機(jī)械設(shè)計(jì)教材 1.22同步帶傳動(dòng)工作情況系數(shù)載荷性質(zhì)一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h<10 1016>16載荷平穩(wěn)11.11.2載荷變動(dòng)小1.21.41.6載荷變動(dòng)大1.41.72 1.23小帶輪最小齒數(shù)小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min)模數(shù)m/mm 1.522.5,345710<1000121416182022241000300014161820222426>30001618202224 1.24傳動(dòng)比系數(shù)k1n1/n21/1.25<1/1.251/1.7<1/1.71/2.5<1/2.51/3.5<1/3.5k110.950.90.850.8 1.25聚氨酯同步帶（強(qiáng)力層為鋼絲繩）的質(zhì)量和許用拉力模數(shù)m/mm1.522.5345單位寬度每米長(zhǎng)度的質(zhì)量182430354860單位寬度的許用拉力468101525 1.26同步帶的齒數(shù)、長(zhǎng)度和寬度 齒數(shù) z模數(shù)m 1.522.5345 名義長(zhǎng)度L 35164.9219.2274.9329.9 40188.5251.3314.2377502.7628.350235.6314.2392.7471.2628.3785.460282.7377471.2565.5754942.570329.9439.8549.8659.7879.71099.680377502.7628.37541005.31256.690424.1565.5706.9848.211311413.7100471.2628.3784.4942.51256.61570.8寬度b83210151260126016802080 寬度系列8、10、12、16、20、25、32、40、50、60、80五、軸組件的設(shè)計(jì)主軸在改造過(guò)程中還可以選用原來(lái)的主軸，因?yàn)橹鬏S在精度、力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性上都能滿足改造后的要求。軸的支撐軸頸、配合軸頸是軸類零件的主要表面，它影響軸的旋轉(zhuǎn)精度與工作狀態(tài)。CA6140車床主軸支撐軸頸和配合軸頸的尺寸精度通常為IT69級(jí)公差，特別精密的軸頸為IT5級(jí)，甚至更高。在力學(xué)性能上由于主軸在工作時(shí)，應(yīng)力集中在主軸心部，而CA6140數(shù)控車床主軸采用空心形狀大大減小了應(yīng)力的集中，使軸的剛度有很大提高。主軸支撐是主軸組件的重要組成部分，主軸支撐是指主軸軸承、支撐座及其相關(guān)零件的組合體，其中核心元件是軸承。滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)的范圍大；能在零間隙或負(fù)間隙條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有教高的旋轉(zhuǎn)精度和剛度；軸承潤(rùn)滑容易，維修、供應(yīng)方便，摩擦因數(shù)小等。主軸懸伸量的確定。主軸懸伸量a是指主軸前支撐徑向支反力的作用點(diǎn)到主軸前端面之間的距離，它對(duì)主軸組件剛度影響較大。根據(jù)分析和試驗(yàn)，縮短伸量可以顯著提高主軸組件的剛度和抗振性。因此，設(shè)計(jì)時(shí)在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a。前軸徑D1115mm 后軸徑D280mm根據(jù)結(jié)構(gòu)定懸伸長(zhǎng)a=115mm(1) 求軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩Mn=9550 =1260.6N m床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑60即：240mm故半徑為0.12mFZ= =10505NFy=0.5 FZ=5252.5N故總切削力為F 11745N先暫取初值為：=2.5即暫取L0的初值為2.5×115287mm前后支撐支反力PA和PB分別為：PAF=11745 NPb=F =11754 N取前后支撐剛度為KA1530N m KB=1030 N m(2) 求懸體跨距=1.495初算時(shí)可假設(shè)主軸當(dāng)量外徑D為前后軸頸的平均值，即： D （115+80）2 98mm故慣性矩為： I 0.005（0.0984-0.0484）581 10-8 m4則 查圖得 /a值與原假設(shè)值相近，符合要求。六、數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)1.電路的基本組成 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響到系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行，是可工作的控制系統(tǒng)。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來(lái)由以下四部分組成。（1）中央處理器CPU。（2）總線，包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。（3）存儲(chǔ)器，包括只讀可編存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。（4）I/O輸入、輸出接口電路。其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，是控制其它各部分協(xié)調(diào)工作的“大腦”，其作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件、應(yīng)用程序（監(jiān)控程序）和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁。三總線則是CPU與存儲(chǔ)器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與外界進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如下所示。根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路基本組成如下圖所示： RAMROMCPUI/O接口光電隔離功率放大器步進(jìn)電機(jī)外設(shè) 鍵盤、顯示器及其它 1、系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理該系統(tǒng)是由PC機(jī)和自行開發(fā)的數(shù)控控制板兩級(jí)控制組成，其組成如圖2所示。主要功能部件有： （1）PC機(jī)。選用市面上任何一種機(jī)型，在PC平臺(tái)上可以開發(fā)出具有良好開放數(shù)控系統(tǒng)，從而增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的整體效果。（2）數(shù)控控制板?？紤]到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的特點(diǎn)，數(shù)控板采用一塊以8031單片機(jī)為核心的數(shù)控控制板。它主要成實(shí)EI性任務(wù)，如機(jī)床狀態(tài)檢測(cè)、緊急情況處理、細(xì)插補(bǔ)運(yùn)算、脈沖分配等。PC機(jī)利用標(biāo)準(zhǔn)并行打印口與8031進(jìn)行通信，將預(yù)處理后的數(shù)控加工信息通過(guò)數(shù)控控制板完成對(duì)機(jī)床的控這種結(jié)構(gòu)省去了打開機(jī)箱的麻煩，方便安裝和維護(hù)。為提靠性和處理速度，采用硬件環(huán)形分配器產(chǎn)生脈沖控機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，輸入輸出信號(hào)要經(jīng)電隔離。（3）機(jī)床本體。為滿足數(shù)控加工的要求，對(duì)原機(jī)床機(jī)械的改造主要有：進(jìn)給系統(tǒng)。拆除原機(jī)床進(jìn)給箱、溜板箱內(nèi)的零部件及光杠、滑動(dòng)絲杠、掛輪?？v、橫向以步進(jìn)電機(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)。原橫向手動(dòng)機(jī)構(gòu)仍保留，以方便機(jī)床的手動(dòng)調(diào)整。主變速系統(tǒng)。保持原機(jī)床的主舳手動(dòng)變速，數(shù)控系統(tǒng)僅控制主軸電機(jī)的起、停和正、反轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能，往機(jī)床主軸末端安裝脈沖發(fā)生器作為主軸位信號(hào)的反鎖元件。刀架部分，原機(jī)床手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架保留不變。（4）驅(qū)動(dòng)電路。采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。2、接口硬件設(shè)計(jì)PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)并行打印口是一個(gè)具有25個(gè)引腳，3個(gè)端址的控制接口。本系統(tǒng)只需把PC機(jī)插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)快速的下傳，而上傳的只是機(jī)床的少量狀態(tài)信息，機(jī)床的動(dòng)作主要由8031來(lái)控制完成。這種情況很適合打印機(jī)接口的通信特點(diǎn)。利用打印機(jī)接口在和數(shù)控控制板之間通信，不需增加額外硬件，只要把并行打的3個(gè)端口根據(jù)數(shù)控加工的需要重新定義即可利用，尤其適于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。 二、控制系統(tǒng)的功能 ( 一 )CPU和存儲(chǔ)器1、CPU采用8031芯片 8031芯片內(nèi)部具有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，地址為佳00H7FH，用作工作寄存器。堆棧，軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器，CPU對(duì)內(nèi)部RAM有較為有效的操作指令。另加有128字節(jié)的特殊功能寄存器，地址為80H-7FH。是用于對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理，控制，監(jiān)視等。8031芯片內(nèi)部雖然沒有程序存儲(chǔ)器，只有128字節(jié)ROM，在組成該系統(tǒng)時(shí)RAM不夠用。現(xiàn)外接一片6264芯片來(lái)擴(kuò)展8031的RAM存儲(chǔ)器。8031是一個(gè)無(wú)ROM的CPU。單片機(jī)的8031不能滿足設(shè)計(jì)要求，不能夠成完整的計(jì)算機(jī)。外接兩片2764，一片作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器，一片作為加工程序存儲(chǔ)器。8031的輸入、輸出（I/O）口線不多，不能滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)外接兩片8155芯片以擴(kuò)展I/O口。8031芯片的P0和P2接口用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)。P0口傳送高8位地址，P2口傳送低8位地址和數(shù)據(jù)，故要采用74LS373地址鎖存器，鎖存底8位。ALE作為選通信號(hào)，當(dāng)ALE為高電平，鎖存器的輸入和輸出透明，既輸入的低8位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn)。此時(shí)不需鎖存。當(dāng)ALE從高電平變?yōu)榈碗娖剑霈F(xiàn)下降沿時(shí)，低8位地址存入地址鎖存器重中，74LS373的輸出不再隨輸入變化，即地質(zhì)被鎖存。這樣P0口就可以傳送讀寫的樹據(jù)。8031芯片的P2口和74LS373送出的P2口共同組成它的地址，2764和6264芯片都是8kb，需要13根地址線。A0A7低8接74LS373芯片的輸出，A8A12接8031芯片的P2.0P2.4,系統(tǒng)采用全地譯碼，兩片2764芯片片選信號(hào)CE分別接74LS138譯碼器的Y0和Y1，系統(tǒng)復(fù)位以后從0000H開始執(zhí)行。6264芯片的片選信號(hào)CE接74LS132的Y2。單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址（即地址重疊）。在本次設(shè)計(jì)并沒有地址重疊。8051芯片的控制信號(hào)PSEN接2764的OE引腳，作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。讀寫控制信號(hào)WR和RD分部接6264芯片的WE和OE。以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫。由于8031芯片內(nèi)部無(wú)ROM，故要選外部程序存儲(chǔ)器，且其EA必須接地。2、采用I/O接口電路 (二)隔離電路和功率放大電路在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大電路后控制步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大（幾安到幾十安），如果將輸出信號(hào)與功率放大器直接相聯(lián)，將會(huì)起強(qiáng)電干擾。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)至計(jì)算機(jī)和接口電路損壞。所以一般在接口電路與功率放大電路之間接上隔離電路，采用的光電隔離電路。功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源型線路簡(jiǎn)單，效率不高，所以選雙電源型。雙電源型采用高低壓供電電路。在功率放大器導(dǎo)通初始，T1、T3、T4均導(dǎo)通，并使脈沖變壓器B的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使T2導(dǎo)通。高壓電源EH通告T2、T1為步進(jìn)電機(jī)某一相繞組供電，使其電流上升沿變逗。經(jīng)過(guò)T0時(shí)間后脈沖電流消失，使T2截止，高電壓電源與繞組之間被切斷，EN通過(guò)D2、T1為繞組WA供電，提供所需的額定電流。通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖變壓器的磁芯和R4可改變高壓供電的時(shí)間寬度Tb。 七、 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造對(duì)其改造重點(diǎn)是對(duì)其潤(rùn)滑方式的改造，這次改造采用油氣潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑方式不同于油霧潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值。壓縮空氣有散熱作用，潤(rùn)滑油可回收，不污染周圍空氣。根據(jù)軸承供油量的要求，定時(shí)器的循環(huán)時(shí)間可從199min定時(shí),兩位兩通氣閥每定時(shí)開通一次,壓縮空氣進(jìn)入注油器,把少量油帶入混合市,經(jīng)節(jié)流閥的壓縮空氣,經(jīng)混合室把油帶入塑料管道內(nèi),油液沿管道壁被風(fēng)吹入軸承內(nèi),此時(shí)形成小油滴狀，易于軸承充分潤(rùn)滑。課程設(shè)計(jì)體會(huì)本課題以C6140車床的數(shù)控改造為例。通過(guò)對(duì)此型號(hào)車床的研究開發(fā)，隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類生活水平的提高，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高，產(chǎn)品品種越來(lái)越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來(lái)越少，而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加，作為實(shí)現(xiàn)單件小批量加工自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床，由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用：(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。這是由于計(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)軸應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，這就可以加工復(fù)雜的曲線和曲面。(2)可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3到7倍。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)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。傳統(tǒng)機(jī)床可以靠凸輪或擋塊等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但凸輪制造及調(diào)整很費(fèi)時(shí)，只有進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)，才經(jīng)濟(jì)合理，稱之為剛性自動(dòng)化。而數(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，這是過(guò)去所不敢做到的重大突破，稱之為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。(3)加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要”修配”。這是由于加工過(guò)程自動(dòng)化，不受人的情緒和疲勞影響的結(jié)果。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)進(jìn)行刀具壽命管理，不會(huì)因刀具磨損而影響工件精度和其一致性。最近，數(shù)控系統(tǒng)中增加了機(jī)床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ?，使加工精度得到進(jìn)一步提高。(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)。這是自動(dòng)化帶來(lái)的效果(可以自動(dòng)更換刀具)，如加工中心，在工件裝夾好后，可實(shí)現(xiàn)鉆、銑、攻絲、擴(kuò)孔等多工序的加工。這些多工序是在同一基面、同一次裝夾下實(shí)現(xiàn)的，提高了相關(guān)的加工精度?，F(xiàn)已出現(xiàn)其他工序集中的機(jī)床，如車削中心、車銑中心、磨削中心等。(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。這是在配備多種傳感器條件下，計(jì)算機(jī)威力的體現(xiàn)?？梢詫?shí)現(xiàn)白班有人看管并做好充分準(zhǔn)備工作，使得二班、三班在無(wú)人條件下自動(dòng)加工。由此帶來(lái)的勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和生產(chǎn)周期的縮短等是非常明顯的。(6)數(shù)控加工降低了工人的勞動(dòng)程度，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，并可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。以上這些優(yōu)越性，是前人做不到的，是一個(gè)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C1MS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)這門課程進(jìn)一步加深了理解。對(duì)于各方面知識(shí)之間的相互聯(lián)系有了實(shí)際的體會(huì)。同時(shí)也深深感到自己初步掌握的知識(shí)與實(shí)際需要還有相當(dāng)距離，還需在今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐。致謝： 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)三年后的一次作業(yè)，同時(shí)也是對(duì)我們?nèi)陙?lái)學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)。通過(guò)過(guò)此次設(shè)計(jì)我們能鞏固我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，也能鍛煉我們的創(chuàng)新能力，對(duì)于快走上工作崗位的我們，是一筆不容忽視的財(cái)富。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行得到我的老師、同學(xué)和朋友們給予我的幫助，至此我表示真誠(chéng)的感謝。首先我要感謝我的指導(dǎo)老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一直抱著一種對(duì)我們高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，于百忙當(dāng)中抽出時(shí)間，多次來(lái)到教室對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)當(dāng)中的問(wèn)題，魚花老師更是對(duì)我們悉心分析，給我們提了很多寶貴的建議。這充分體現(xiàn)了他作為教師對(duì)于工作的一種認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)于以后踏進(jìn)社會(huì)，走入工作崗位的我們提供了借鑒。在此，我深深地道一聲，老師您辛苦了！我由衷地感謝您。另外，我
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