CA6140普通車床微機(jī)數(shù)控化改裝設(shè)計(說明書)(共38頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘 要針對大多數(shù)企業(yè),具有數(shù)量眾多和較長使用壽命的普通機(jī)床，其加工精度較低、不能批量生產(chǎn)，自動化程度不高，自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性，又不能馬上被淘汰。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量、零件多變的問題，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。購買新的數(shù)控機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑,但是成本高，許多企業(yè)在短時間內(nèi)無法實現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的步伐。為此把普通機(jī)床數(shù)控化改造，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的捷徑，提升企業(yè)競爭力，在我國成為制造強國的進(jìn)程中，占有一席之地。本文的主要內(nèi)容有：1對

2、普通車床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評價詳細(xì)論證，確定普通車床數(shù)控化改造方案；2對進(jìn)給系統(tǒng)的滾珠絲杠型號選擇與裝配設(shè)計，支承方式的設(shè)計與軸承型號選擇，步進(jìn)電機(jī)選擇等進(jìn)行了詳細(xì)研究；3對常用進(jìn)口數(shù)控裝置系統(tǒng)和國產(chǎn)數(shù)控裝置系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)比較，根據(jù)所改造的性能和精度指標(biāo)來選配數(shù)控裝置系統(tǒng)和自動刀架型號，提出選擇方法；4根據(jù)普通車床 CA6140 電氣控制系統(tǒng)和原理圖與普通車床數(shù)控化改造CJK6140-A 的數(shù)控系統(tǒng)對比分析，形成普通車床數(shù)控化改造完整的電氣控制技術(shù)圖；5.為保持切削螺紋的功能，仔細(xì)研究了在主軸上安裝脈沖發(fā)生器的選型，脈沖發(fā)生器直接與主軸間連接方法，并形成了相應(yīng)的技術(shù)圖；6.拆卸普通機(jī)床，甩掉原有進(jìn)

3、給箱等，對主傳動系統(tǒng)的進(jìn)行大修，滑板貼塑與鏟刮調(diào)試，對機(jī)床相關(guān)部件和參數(shù)進(jìn)行測繪、測量；7.繪出相應(yīng)的零件圖和裝備圖；8給出普通車床數(shù)控化改造的安裝、調(diào)試方法。關(guān)鍵詞：普通車床、數(shù)控、改造ABSTRACTMost enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can

4、 not be washed out because of its low cost and continuity of enterprises 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)production.As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve prob

5、lems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining.Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises equipment updat

6、ing step are counteracted severly. So General lathes numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country. The main cont

7、ents is:1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimums synthesize adjudicate principle.2. The ball screws type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed.3. The import and dom

8、estic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming.4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140s electricity control

9、 system and principle with the reforming CJK6140-As NC system.5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram.6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, r

10、epaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe.7. Draw out parts diagrams and assemble diagram.8 .Methods of installing and testing of general purpose lathes numerically controlled reforming were put

11、 forward.Key words: General purpose lathe、 Numerical control(NC)、Reform精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 目目 錄錄 第一章 前言 -61.1 問題的提出 -61.1.1 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 -61.1.2 國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 -71.1.3 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) -71.2 普通機(jī)床數(shù)控改造的經(jīng)濟(jì)性評價 -81.2.1 微觀看改造的必要性 -81.2.2 宏觀看改造的必要性 -91.3 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場 -91.3.1 改造的市場 -91.3.2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場 -10

12、第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計要求 -102.1 設(shè)計要求 -102.2 主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造 -112.3 主軸脈沖發(fā)生器 -12第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計與計算 -143.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 -143.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型 -143.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 -153.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號選擇與校核步驟 -153.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟 -193.3.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 -193.3.2 滾珠絲杠設(shè)計計算 -203.3.3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算 -223.4 滾珠絲杠螺母副的精度等級 -

13、233.5 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 -233.6 進(jìn)給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的消除 -253.6.1 采用減速箱的目的及注意事項 -253.6.2 減少或消除空程的必要性和方法 -25第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計 -264.1 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 -26精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 -264.2.1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 -264.2.2 CA6140 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 -274.2.3 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 -28第五章 自動回轉(zhuǎn)刀架的選型 -285.1 數(shù)控車床刀架的基本要求 -285.2 自動回轉(zhuǎn)刀架的

14、工作原理 -29第六章 CA6140 普通車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng) -296.1 數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)概述 -296.1.1 機(jī)床主機(jī) -304.1.2 驅(qū)動裝置 -304.1.3 輔助裝置 -304.1.4 數(shù)控裝置系統(tǒng) -314.1.5 編程裝置 -316.2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 -316.2.1 控制系統(tǒng)的功能要求 -316.2.2 硬件電路的組成 -316.3 單板控制系統(tǒng)的設(shè)計 -326.3.1 硬件配置 -326.3.2 貯存器空間分配 -326.3.3 I/O 口地址分配 -326.3.4 光電隔離電路 -336.4 8031 單片機(jī)簡介 -336.5 存儲器擴(kuò)展電路設(shè)計 -

15、346.5.1 程序存儲器的擴(kuò)展 -346.5.2 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 -346.6 譯碼電路設(shè)計 -386.7 其他輔助電路設(shè)計設(shè)計 -386.7.1 8031 的時鐘電路單片機(jī)的時鐘的產(chǎn)生方式 -386.7.2 復(fù)位電路 -406.7.3 越界報警電路 -406.7.4 掉電保護(hù)電路 -41第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題 -427.1 滾珠絲杠螺母副的選擇 -427.2 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 -42精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)7.3 聯(lián)軸器的安裝 -427.4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 -42第八章 結(jié)束語 -42致謝 -43參考文獻(xiàn)-44第一章 前言1.11.1 問題提出問題提出

16、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)數(shù)控車床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、零件多變的加工問題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)成本的高低,又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。購買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是成本太高，很多工廠在短時間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時

17、目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通機(jī)床，由于普通機(jī)床加工精度相對較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機(jī)床、配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床，是當(dāng)前許多企業(yè)對現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提高機(jī)床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強國的進(jìn)程中，占有一席之地。1.1.1 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 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，由于計算機(jī)技術(shù)

18、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)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計算機(jī)、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能

19、化基礎(chǔ)上，綜合了計算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM 與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC 只能作為非智能的機(jī)床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過 CAD/CAM 及自動編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM 和CNC 之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中 CNC 只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變

20、條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實時動態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM 中的設(shè)定量，因而影響 CNC 的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng) CNC 系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了 CNC 向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，因此，對數(shù)控技術(shù)實行變革勢在必行。1.1.2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 1 性能發(fā)展方向 (1) 高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了

21、高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。 (2) 柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3) 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、

22、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子 880 系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá) 24 軸。 (4) 實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在

23、數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.1.3 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的、智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)已成為可能。 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)將計算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)

24、融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。1.2 普通機(jī)床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評價根據(jù)對市場的調(diào)研，目前新的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床，8.5 萬/臺，普通新車床 CA6140，售價 3.8 萬/臺，使用壽命 8-10 年，而已使用了 6-8 年的舊車床 CA6140，估價 0.5萬/臺，通過改造還可使用 4-6 年。普通車床 CA6140 每臺數(shù)控化改造所需價格大約3 萬，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高 20-30%。因此需要對普通車床的數(shù)控化改造進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價。設(shè)備現(xiàn)代化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進(jìn)經(jīng)驗，適應(yīng)生產(chǎn)的需要，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)（包括更換新部件、新裝置、新附件等） ，改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能，使之全部或局

25、部達(dá)到新設(shè)備的性能。1.2.1 微觀看改造的必要性從微觀上看，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)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機(jī)的威力。 (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。由于計算機(jī)有高超的運算能力，可以瞬時準(zhǔn)確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 (2) 可以實現(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37 倍。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，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個程序，就可實現(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

26、動化，故被稱為實現(xiàn)了柔性自動化。 (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 ) 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運。 (5) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的優(yōu)點：(1)降低了工人的勞動強度；(2)節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機(jī)床） ；(3)減少了工裝；縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期；(4)可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)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)

27、）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)。1.2.2 宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、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。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(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)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化） ，

28、最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后 20 年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有 1.9，而日本在 1994 年已達(dá) 20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。1.3 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場1.3.1 改造的市場我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3。近 10 年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.60.8 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6。我國機(jī)床役齡 10 年以上

29、的占60以上；10 年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到 20，F(xiàn)MC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機(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、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。1.3.2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(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，從 19791988 年 10 年間，

30、全國引進(jìn)技術(shù)改造項目就有 18446 項，大約 165.8 億美元。這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的

31、已引進(jìn)較長時間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計要求2.1 總體方案總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機(jī)的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。（1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。

32、（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中，MCS51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電

33、路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 （9） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動量 ，以降低成本縮短改精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)造周期。 （10）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意

34、裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。總體方案設(shè)計圖如 2.1 圖所示2.2 設(shè)計要求將 CA6140 普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求該車床具有切削螺紋的功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm，橫向：0.005mm。設(shè)計參數(shù)如下：最大加工直徑： 500mm大加工長度： 1000mm絲桿長度： 13001500mm 溜板及刀架重力 橫向 700N 快進(jìn)速度 橫行 1.2m/min最大切削進(jìn)給速度 橫行 0.3m/min代碼制 ISO脈沖分配方式 逐點比較法輸入方式 增量值、絕對值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2定位精度 +-0

35、.015mm主電機(jī)功率 5.5kw啟動加速時間 30ms 自動升降速性能 有2.3 主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造CA6140 型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)都由主軸電機(jī)控制，而改造后的車精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)床則把主傳動系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的運動分離開。分別由各自的步進(jìn)電機(jī)來控制，但是為保證車床在車螺紋時主傳動運動與進(jìn)給運動之間的聯(lián)系，所以在拆掉進(jìn)給系統(tǒng)的同時，必須在主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，來實現(xiàn)主軸傳動和進(jìn)給運動之間的聯(lián)系。同時，為了提高機(jī)床的精度和效率，用滾珠絲杠來代替原機(jī)床的光杠，并且采用單獨的步進(jìn)電機(jī)來控制。這樣不僅提高了機(jī)床的性能和精度，還提高了機(jī)床的使用性能。1.

36、機(jī)械部分的改造首先拆去進(jìn)給箱、溜板箱；還要對車床的床鞍進(jìn)行部分的改造，拆去縱向小拖板、 橫向拖板，將絲杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)來控制。2. 刀架的改造CA6140 普通車床的刀架不能滿足數(shù)改后的車床的性能和精度的要求。所以，必須要換成數(shù)控自動刀架。2.4 主軸脈沖發(fā)生器為保持切削螺紋的功能，必須在主軸上安裝脈沖發(fā)生器，采用脈沖發(fā)生器直接與主軸由無間隙傳動聯(lián)軸器連接，達(dá)到傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，傳動鏈短，傳動剛度提高。主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及 I/O 接口送給數(shù)控裝置（CNC） ，脈沖發(fā)生器及光柵編碼器安裝位置如圖光柵編碼

37、器安裝位置主軸脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理:脈沖發(fā)生器的組成部分包括白熾燈、聚光鏡、光柵盤、光闌板、光敏管及其光電整形放大電路組成。光柵盤和光闌板都是玻璃材料制成，玻璃表面經(jīng)過研磨拋光后用鍍膜法鍍上一層不透光的鉻層，透光條及用照相腐蝕法制成。在光柵盤上刻有明暗條紋，有單條和 1024 個條兩組。當(dāng)平行光束經(jīng)過光柵盤時，在光柵盤的另一面就產(chǎn)生明暗光帶，這光帶通過一個光闌狹縫，照在對應(yīng)的光敏管上，從而產(chǎn)生光電脈沖信號，經(jīng)斯密特電路整形后輸出。單條紋的一組產(chǎn)生同步脈沖，每轉(zhuǎn)發(fā)一個脈精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)沖；1024 條紋的一組通過光欄上兩個相位差 /4 間距的狹縫，產(chǎn)生兩組每轉(zhuǎn) 102

38、4個脈沖組相差為 /4 的脈沖序列，供給微機(jī)處理，借以判斷主軸正、反轉(zhuǎn)，且可以從 1024 個脈沖中均勻地取出 F 個脈沖，作為中斷信號控制插補速度，實現(xiàn) F 進(jìn)給控制的目的。脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計與計算3.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計需要改動的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的

39、部分。溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。刀架：拆除原刀架，改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算與選型、齒輪傳動計算、步進(jìn)電機(jī)的計算和選型等。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)計算簡圖如下圖所示：圖 2.1 縱向進(jìn)給圖 2.2 進(jìn)給系統(tǒng)計算簡圖3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個進(jìn)給

40、脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用的脈沖當(dāng)量為 0.01mm/step 和 0.005mm/step,在 CA6140 的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量為 0.01mm/step。橫向脈沖當(dāng)量為pf=0.005mm/step。pf3.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給的設(shè)計比較簡單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。3.3.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計

41、算由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細(xì)說明，只計算結(jié)果。電機(jī)初步估算轉(zhuǎn)速為 1500r/min，進(jìn)給速度=2。maxV/minm根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊可知；inVPhmaxmax精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)則： ；mminV07. 125. 115002000maxmax根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊可查到滾珠絲杠的標(biāo)準(zhǔn)系列，初選。4hPmm已知條件如下：工作臺重量：W=700N； 脈沖當(dāng)量：；0.005/mm step步距角：；0.75 /astep 進(jìn)給速度：；max2/minVm 滾珠絲杠基本導(dǎo)程：；04Lmm滾珠絲杠行程：；650Smm(1) 削力計算橫向進(jìn)給量為縱向的

42、，取，則切削力約為縱向的：11231212 ；11909.44954.722ZFN在切斷工件時：；0.50.5 954.72477.36yZFFN3.3.2 滾珠絲杠設(shè)計計算(1) 強度計算對于燕尾型導(dǎo)軌：；()yZPKFfFW取 K=1.4，=0.2；f 則： ；1.4 477.360.2954.72300919.248PN壽命值： ；66010iiinTL 由以上條件，可以確定步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠齒輪傳動比： ；67. 1005. 0360475. 03600pLi由于電機(jī)軸與滾珠絲杠之間是降速傳動則： ;max131500900 /min5nVri電m ax由機(jī)械設(shè)計手冊可知，當(dāng)量轉(zhuǎn)速在之

43、間變化時：mVmaxminVV與精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) ；maxmin2mVVV取為時，；取；minV1 /minr450.5 /minmVr450 /minmVr因此： ；666060450 150004051010iiinTL根據(jù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床可知，最大動負(fù)載為：。33405919.248 1 1.28161.42iWHQL PffN 根據(jù)最大負(fù)載 Q 值，可選擇滾珠絲杠的型號,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預(yù)緊式的滾珠絲杠，型號為 20042.53 左，其中額定動載荷為 14200N，所以強度夠用。(2) 效率計算經(jīng)計算螺旋升角，摩擦角；2 30 10則：。2 300.926

44、()(2 3010 )tgtgtgtg(3) 剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量：；60162919.248 0.4 42.71 1020.6 103.14 (2.8964)PLLcmEF 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，即：。所以，導(dǎo)程變形總2L1LL 誤差為： ；61002.71 106.78/0.4m m 查表可知 3 級精度絲杠允許的螺距誤差（1m）為 15，故剛度足夠。/m m(4) 穩(wěn)定性由于選用的滾珠絲杠的直徑與絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ǎ欢藦较蛑С?，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。3.3.3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算(1) 有關(guān)

45、齒輪計算傳動比： ；00.75 451.67360360 0.0053pLi故取：，118Z 230Z 2m 20bmm20a 136dmm，。260dmm140admm264admm48amm(2) 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) ；2221180180 0.005300.04393.14 0.75pJWkg cm絲杠轉(zhuǎn)動慣量： ；4427.8 103.2604.907sJkg cm齒輪的轉(zhuǎn)動慣量： ；44217.8 103.620.262ZJkg cm ；44227.8 10622.022ZJkg cm電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略，因此

46、轉(zhuǎn)動慣量為：(3) 所需轉(zhuǎn)動力矩計算；maxmax052000 53833.333 /min4 3VnrL44maxmax2.801 833.3310109.739.69.6 0.025aJnMN cmT；01000 150 0.15 549.76 /min3.14 60 4 3tn finrDL 主；42.801 49.76100.589.6 0.025atMN cm0000.2 30 0.4 30.0287222 3.14 0.8 5F Lf WLMfN cmii2200047.736 0.4 311 0.90.01446060 3.14 0.8 547.736 0.4 30.22822

47、3.14 0.8 5YYtF LMN cmiF LMN mi所以，快速空載啟動所需轉(zhuǎn)矩：max09.730.2870.144101.61afMMMMN cm切削時需力矩： 00.580.2870.1442.2832.91attMMMMN cm快速進(jìn)給時所需力矩：。00.2870.1444.31fMMMN cm從上計算可，最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速進(jìn)給啟動時：max101.61MN cm3.4 滾珠絲杠螺母副的精度等級：數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用 1-5 級精度的滾珠絲杠，1-5 級度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示：222112134.9072.0220.2620.04392.8015sZZJJJ

48、JJkg cmi精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)精度等級項目符號有效行程 lm/mm123453156812162331540079131825400500810152027 目標(biāo)行程公差ep5006309111622303156812162331540068121725400500710131926行程變動量公差Vmp500630711142129任意 300mm 內(nèi)行程變動量V300p681216232rad 內(nèi)行程變動量V2p456783.5 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法滾珠絲杠副的軸向間隙，是指負(fù)載時滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。滾

49、珠絲杠副的軸向間隙直接影響其傳動剛度和傳動精度，尤其是反向傳動精度。因此，滾珠絲杠副除了對本身單一方面的進(jìn)給運動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求。滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊，通常采用雙螺母預(yù)緊方式，其結(jié)構(gòu)型式有三種?；驹硎鞘箖蓚€螺母間產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。1墊片調(diào)隙式 圖 35 所示結(jié)構(gòu)。是通過改變墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。這種結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛性好，但調(diào)整費時，且不能在工作中隨意調(diào)整。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 35 雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)圖2螺帽調(diào)隙式 圖 36 所示為利用螺帽來實現(xiàn)預(yù)緊的結(jié)構(gòu)，兩個螺母以平鍵與外套相聯(lián)，鍵可限制螺母

50、在外套內(nèi)移動，其中右邊的一個螺母外伸部分有螺紋。用兩個鎖緊螺帽1、2 能使螺母相對絲杠作軸向移動。這種結(jié)構(gòu)既緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，故應(yīng)用較廣。但調(diào)整位移量不易精確控制。這種結(jié)構(gòu)既緊湊，工作又可靠，調(diào)整也方便，幫應(yīng)用較廣。但調(diào)整位移量不易精確控制，因此，預(yù)緊力也不能準(zhǔn)確控制。圖 36 雙螺母帽式結(jié)構(gòu)圖 1、2 鎖緊螺帽 圖 37 雙螺母齒差式結(jié)構(gòu)圖3齒差調(diào)隙式 圖 37 所示為齒差式調(diào)整結(jié)構(gòu)。在兩個螺母的凸緣上分別有齒數(shù)為 Z1、Z2的齒輪，而且 Z1、Z2與相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合。內(nèi)齒圈緊固在螺母座上，預(yù)緊時脫開內(nèi)齒圈，使兩個螺母同向轉(zhuǎn)過相同的齒數(shù)，然后再合上內(nèi)齒圈。兩螺線的軸向相對位置發(fā)

51、生變化從而實現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力。如果其中一個螺母轉(zhuǎn)過 n 個齒時則其軸向位移量為（Ph為絲杠導(dǎo)程，Z1為齒輪齒數(shù)） 。如兩齒輪沿同方向各轉(zhuǎn)1hnsPZ過 n 個齒時，其兩螺母間相對軸向位移量（Z2為另21121211hhZZnPsnPZZZ Z精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一齒輪齒數(shù)）或。例如：當(dāng) n=1，Z1=99，Z2=100，,1221hsZ ZnZZP1019900hPum即兩個螺母在軸向產(chǎn)生 1的位移。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整準(zhǔn)確可靠，um精度較高。除上述三種雙螺母加預(yù)緊力的方式外，還有單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊和單螺母鋼球過盈預(yù)緊方式。3.6 進(jìn)給系統(tǒng)傳動齒輪間隙的

52、消除3.6.1 采用減速箱的目的及注意事項為了保證步進(jìn)電機(jī)的啟動性能，要特別考慮負(fù)載慣性矩。當(dāng)所帶負(fù)載的慣性矩增大時，由于步進(jìn)電機(jī)是按電磁鐵吸力原理來動作，所以當(dāng)慣性矩增大到某一值時，就會使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生擅動就會產(chǎn)生啟動不良效果，所以，使用步進(jìn)電機(jī)時盡量選小的負(fù)載。在本次設(shè)計過程中我們采用減速齒輪來聯(lián)結(jié)滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)，以達(dá)到改變慣性矩的目的。同時，應(yīng)該盡可能地消除配對齒輪之間的間隙，否則就會產(chǎn)生使運動滯后的指示信號的誤差，對加工件的精度就會產(chǎn)生很大的影響。3.6.2 減少或消除空程的必要性和方法1. 減少或消除空程的必要性數(shù)控機(jī)床的傳動精度，除了機(jī)床的幾何精度、絲桿精度影響外，又受其本身因素

53、的影響，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象而引起的間隙誤差。在這次設(shè)計改造過程中只能采用開環(huán)系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)不能對車床的誤差進(jìn)行修改，所以只能通過機(jī)械的方式對其各部分傳動誤差進(jìn)行修改。2. 消除方法本次設(shè)計采用雙片齒輪來達(dá)到消隙的目的，通常將一對齒輪的從動齒制成兩片，其中一片固定在軸上，兩片之間裝有彈簧，彈簧力使兩片齒輪的齒廓分別與主動齒輪的齒廓貼緊，從而完全消除了齒側(cè)間隙。第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計步進(jìn)電機(jī)是受脈沖信號控制的，脈沖信號的產(chǎn)生和分配由軟件編程來完成，而信號的放大由放大電路來完成。由于強弱信號的原因，我們在放大電路前加上光電耦合電路，以防止電源串路。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注

54、-專業(yè)4.1 步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式和一般電機(jī)的不同，是采用脈沖控制方式工作的。只有按一定的規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電機(jī)才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。數(shù)控機(jī)床中采用的功率步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、和六相等。工作方式有單 m 拍，雙 m 拍、三 m 拍及2m 拍，m 是電機(jī)的相數(shù)。所謂單 m 拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；雙m 拍是指每拍同時有兩相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m；三 m 拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為 m 拍；2m 拍是各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電。一般電機(jī)的相數(shù)越多，工作方式越多。由步距角計算可知，循環(huán)拍數(shù)越多，步距角越小，因此定位精度越高。另外，通電循環(huán)拍數(shù)和每拍

55、通電相數(shù)對步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性、穩(wěn)定性等都有很大的影響。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)也對步進(jìn)電機(jī)的運行性能有很大影響。為提高步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、工作頻率和穩(wěn)定性，可選用多相步進(jìn)電機(jī)，并采用 2m 拍工作方式。42 步進(jìn)電機(jī)的選擇4.21 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個系統(tǒng)的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：步距角 步距角應(yīng)滿足：；mnai式中：傳動比；i 系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。mna 精度步進(jìn)電機(jī)的精確可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值

56、，用積累誤差衡量精度比較實用。所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足： Qi式中： 步進(jìn)電機(jī)的積累誤差；m 系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分允許的角度誤差。s 轉(zhuǎn)距為了使步進(jìn)電機(jī)正常運行（不失步、不越步） ，正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 啟動力矩一般啟動力矩選取為：00.30.5LMM 式中：電動機(jī)啟動力矩；qM電動機(jī)靜負(fù)載力矩。0LM在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機(jī)運行力矩應(yīng)大于電動機(jī)的靜載力矩與電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。啟動頻率由于步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：top

57、mff式中： 極限啟動頻率；tf 要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動頻率；opmf4.22 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定0101.61203.220.50.5LqMMN cm為了滿足最小步距要求，電動機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知：；/0.866qjmMM所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為：jmM203.23234.670.8660.866qjmMMN cm步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率：maxmax20006666.66060 0.005pvfHz綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進(jìn)電動機(jī)，能滿足要求。第五章 自動回轉(zhuǎn)刀架的選型臥式車床數(shù)控化改造應(yīng)將原車床的普通手動轉(zhuǎn)位刀架替換成自動轉(zhuǎn)位刀架。自動轉(zhuǎn)

58、位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。根據(jù)所加工零件的工藝要求精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)及車床控制方式確定自動刀架的刀位數(shù)和刀架類型。5.1 數(shù)控車床刀架的基本要求數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了車床的設(shè)計和制造技術(shù)水平，所以有如下要求：(1)轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全；(2)按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時間短；(3)重復(fù)定位精度高；(4)防水、防屑，密封性能優(yōu)良；(5)夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。5.2 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號后，刀架控制器中繼電器動作，電動機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動

59、，驅(qū)動螺桿升降機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)使上刀架上升,當(dāng)上刀架上升到一定高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端的發(fā)信盤中對應(yīng)每個刀位都安裝一個霍爾傳感器元件，當(dāng)(1-電動機(jī)；2-固定安裝絲杠；3-安全離合器；4-刀架)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時，該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷的向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較，當(dāng)兩信號相同時，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在活動銷反靠作用下，螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)

60、出轉(zhuǎn)位完成信號，切斷電源，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，完成選刀過程。第六章 CA6140 車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)6.1 數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)概述第五技術(shù)委員會，對數(shù)控機(jī)床的定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能夠處理用號碼或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。定義中所指的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)或數(shù)控裝置。它是一種控制系統(tǒng)，能自動閱讀讀入載體事先給定的數(shù)字值，并將其譯碼，從而控制機(jī)床動作，進(jìn)行零件加工。數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)見圖 6-1，由機(jī)床主機(jī)、驅(qū)動裝置、輔助裝置、CNC 裝置和編程裝置等組成。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖 6-1 數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)6.1.1 機(jī)床主機(jī)機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)