臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

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1、機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)目錄摘要1第1章 緒論1 1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史1 1.2數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀21.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 31.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 41.5主要技術(shù)指標(biāo)4第2章 華中HNC-21數(shù)控車削系統(tǒng)介紹4第3章 普通車床的數(shù)控改造可行性論證11 3.1技術(shù)可行性11 3.2機(jī)床本身11 3.3加工對(duì)象分析12 3.4市場(chǎng)可供性12第4章 總體方案的確定12 4.1總體方案設(shè)計(jì)要求124.2設(shè)計(jì)參數(shù)13第5章 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型165.1 脈沖當(dāng)量的確定165.2 切削力的計(jì)算175.3 滾珠絲杠螺

2、母副的計(jì)算和選型（縱向）175.3.1 工作載荷Fm的計(jì)算175.3.2 最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算175.3.3 初選型號(hào)175.3.4傳動(dòng)效率的計(jì)算185.3.5 剛度的驗(yàn)算185.3.6 壓桿穩(wěn)定性校核185.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型(縱向) 18 5.4.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq185.4.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq19 5.4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定21 5.4.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核21 5.5 主軸交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選型22 5.5.1主軸的變速范圍22 5.5.2初選主軸電機(jī)的型號(hào)22 5.5.3主軸電機(jī)的校核22第6章 繪制進(jìn)給

3、伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖22第7章 元件的選擇23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)26臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)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)己報(bào)廢的C6140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)備老化所帶來的問題。本設(shè)計(jì)說明書包括：概論

4、、總體設(shè)計(jì)方案的擬定和驗(yàn)證、主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。改造后的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控控制，并要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.01mm /脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0.005mm/脈沖，刀架要是自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)切削螺紋。關(guān)鍵詞:機(jī)床改造 數(shù)控技術(shù) 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠 自動(dòng)刀架第1章 緒論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，起了質(zhì)的飛躍，為人

5、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，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。 1.1.1 數(shù)控（ NC ）階段（ 1952 1970 年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 “搭”成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即 1952 年的第一代電子管；1959年的第二代晶體管； 1965 年的第

6、三代小規(guī)模集成電路。 1.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（ 1970 年現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC)階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的“通用”兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國(guó) INTEL 公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR),又可稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU)。 到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控），不如

7、采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。 到了1990年，PC機(jī)(個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段。 總之,計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970 年的第四代小型計(jì)算機(jī)； 1974 年的第五代微處理器和1990年的第六代基于PC（國(guó)外稱為PCBASED）。 還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC ）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)

8、控”,實(shí)質(zhì)上已是指“計(jì)算機(jī)數(shù)控”了。 1.2數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 近年來我國(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)中也普遍開始使用。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，比上年增長(zhǎng)27.3%。 近

9、年來我國(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。1.2.1國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析1. 新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。 例如：全長(zhǎng)33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對(duì)加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。沈陽機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個(gè)月、標(biāo)的6200萬元在磁懸浮軌道專用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開招標(biāo)中折桂，并于當(dāng)年8月底

10、將一次性驗(yàn)收合格的8臺(tái)數(shù)控鏜銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑鏜加工中心已加工出軌道梁1100根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實(shí)現(xiàn)年底試車打下了良好的基礎(chǔ)。 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。 近年來通過政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)；煙臺(tái)第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機(jī)床配套的多種動(dòng)力卡

11、盤和過濾排屑裝置；濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)公司的數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等30多個(gè)系列100多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。1.2.2國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析1. 國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床1998年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70%，我國(guó)為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢(shì)己從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。2. 國(guó)外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢(shì)和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化

12、對(duì)于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門(人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷)或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例;第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。以FANUC和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商己在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這

13、些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國(guó)外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1.3.1數(shù)控未來發(fā)展的趨勢(shì) 1. 繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展 基于 PC 所具有的開放性、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)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，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。 2. 向高速化和高精度化發(fā)展

14、這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 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。（ 1 ） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中一些重要信息，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。 （ 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)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （ 3 ） 引入故障診斷專家系統(tǒng) （ 4 ） 智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過自動(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。1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)

15、展,數(shù)字控制技術(shù)的高度成熟,數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用,特別是近幾年來應(yīng)用比例越來越大,有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量,使得人們對(duì)其有了更清楚的認(rèn)識(shí),但由于產(chǎn)品零件的類型、形狀、尺寸和用途的差異很大,零件的加工批量相差懸殊,其質(zhì)量和精度的要求也有顯著的不同,因此制造業(yè)需要不同類型的數(shù)控機(jī)床,在同一類型數(shù)控機(jī)床中需要高、中、低檔不同層次的數(shù)控機(jī)床,購買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的途徑,對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,也是提高數(shù)控化率的重要途徑。我國(guó)現(xiàn)有400多萬臺(tái)數(shù)控機(jī)床,數(shù)控機(jī)床占有量約占2%,這些機(jī)床的結(jié)構(gòu)一般比較陳舊,操作部分復(fù)雜,控制系統(tǒng)落后,但如果把這些落后機(jī)床全部閑置或淘汰,全部購買新的數(shù)控機(jī)

16、床去代替,必然耗費(fèi)巨額資金,顯然不符合我國(guó)國(guó)情,因此,用數(shù)控這一高新技術(shù)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,是一條符合國(guó)家急需與產(chǎn)業(yè)政策且又可行的途徑,于是人民為了降低采購數(shù)控設(shè)備的成本,開始嘗試將機(jī)械尚有70%以上殘留價(jià)值的一部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,使老設(shè)備煥發(fā)青春,為企業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。而近幾年,美、日、德等先進(jìn)工業(yè)國(guó),在大量制造數(shù)控機(jī)床的同時(shí),十分重視對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,并已形成一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。1.5 主要技術(shù)指標(biāo)1. 床身上最大加工直徑400mm；2. 最大加工長(zhǎng)度1000mm；3. X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖；4. X方向最

17、快移動(dòng)速度Vxmax=3000/min，Z方向?yàn)閂zmax=6000mm/min；5. X方向最快工進(jìn)速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向?yàn)閂zmaxf=800mm/min；6. X方向定位精度0.01mm，Z方向0.02mm；7. 可以車削柱面、錐面與球面等； 8. 安裝螺紋編碼器，可以車削米/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導(dǎo)程為24mm；9. 安裝四工位立式電動(dòng)刀架，系統(tǒng)控制自動(dòng)選刀；10. 自動(dòng)控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出主軸有級(jí)變速與無級(jí)變速信號(hào)；11. 自動(dòng)控制冷卻泵的起/停；12. 安裝電動(dòng)卡盤，系統(tǒng)控制工件的加緊與松開；13. 縱、橫向安裝限位開關(guān)；14. 數(shù)控系統(tǒng)可

18、與PC機(jī)串行通信；15. 顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用ISO數(shù)控代碼。第2章 華中HNC-21數(shù)控車削系統(tǒng)介紹“世紀(jì)星” HNC-21數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4/彩色液品顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲(chǔ)方式以及軟驅(qū)、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點(diǎn)。最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為3軸。可選配各種類型的脈沖式交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（HSV-16系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)單元）。除標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板外，配置40路開關(guān)量輸入和32路開關(guān)量輸出接口、手持

19、單元接口、主軸控制與編碼器接口。還可擴(kuò)展20路輸入/16路輸出。采用7.5/彩色液晶顯示器（分辨率為640 x480），全漢字操作界面、障診斷與報(bào)警、加工軌跡圖形顯示和仿真，操作簡(jiǎn)便，易于掌握和使用。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)兼容，具有直線插補(bǔ)、圓 弧插補(bǔ)、螺紋切削、刀具補(bǔ)償、宏程序、恒線速切削等功能。反向間隙和單、雙向螺距誤差補(bǔ)償功能。內(nèi)置RS232通訊接口，輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)據(jù)通訊。32MB Flash RAM(可擴(kuò)充至2GB)程序斷電存儲(chǔ)， 32MB RAM加工內(nèi)存緩沖區(qū)。系統(tǒng)選件軟驅(qū)單元全密封結(jié)構(gòu)3.5/標(biāo)準(zhǔn)軟盤驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤轉(zhuǎn)接口RS232、以太網(wǎng)

20、轉(zhuǎn)接口DNC單元全密封結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤轉(zhuǎn)接口RS232、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)接口以太網(wǎng)10MB/100MB速度自適應(yīng)支持NT/NOVELL網(wǎng)絡(luò)支持文件網(wǎng)絡(luò)傳輸手持單元手搖脈沖發(fā)生器坐標(biāo)選擇倍率選擇緊急停止按鈕手持使能按鈕輸入/輸出端子板繼電器輸出端子板系統(tǒng)配置程序緩沖區(qū)：32MB零件程序和斷點(diǎn)保護(hù)區(qū)：基本32MB，可擴(kuò)展至2GB（選件）進(jìn)給軸接口類型：脈沖接口（HSV-16系列）主軸驅(qū)動(dòng)單元接口主軸編碼器接口開關(guān)量輸入輸出接口：40輸入/32輸出，可擴(kuò)展20輸入/16輸出（選件）手持單元接口軟驅(qū)單元接口RS232接口以太網(wǎng)接口（選件）標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤接口手持單元（選件）軟驅(qū)單元（選件）I/Q端子板（支持NPN

21、和PNP型開關(guān)量）(選件)CNC功能最大控制軸數(shù)：6進(jìn)給軸 1主軸聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：3軸最小分辨率：1微米最大移動(dòng)速度：24米/分鐘（與驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)床相關(guān)）直線、圓弧、螺紋功能自動(dòng)加減速控制（直線/拋物線）參考點(diǎn)返回坐標(biāo)系設(shè)定MDI功能M、S、T功能加工過程圖形靜態(tài)仿真和實(shí)時(shí)跟蹤內(nèi)部二級(jí)電子齒輪簡(jiǎn)單車削循環(huán)復(fù)合車削循環(huán)CNC編程編程最小單位：0.001毫米、度最大編程尺寸：99999.999最大編程行數(shù)：20億行公/英制編程絕對(duì)/相對(duì)指令編程宏指令編程子程序調(diào)用工件坐標(biāo)系設(shè)定直徑/半徑編程自動(dòng)控制倒角（圓角、直角）恒線速切削功能編輯后臺(tái)編輯（選件）字符查找與替換文件刪除及拷貝顯示中文菜單功能圖形顯示狀

22、態(tài)顯示當(dāng)前位置顯示程序顯示程序錯(cuò)誤顯示操作錯(cuò)誤顯示坐標(biāo)軸設(shè)置顯示主軸速度及修調(diào)進(jìn)給速度及修調(diào)快速進(jìn)給及修調(diào)自診斷功能插補(bǔ)功能HNC-21直線插補(bǔ)螺紋切削圓弧插補(bǔ)螺旋線插補(bǔ)正弦線插補(bǔ)刀具補(bǔ)償?shù)毒唛L(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)都獍霃窖a(bǔ)償參考點(diǎn)功能參考點(diǎn)位置設(shè)定參考點(diǎn)開關(guān)偏差設(shè)定回參考點(diǎn)快移速度設(shè)定回參考點(diǎn)定位速度設(shè)定數(shù)據(jù)交換RS232以太網(wǎng)（選件）3.5/軟驅(qū)（選件）操作7.5/彩色液晶顯示屏防靜電薄膜編程面板與機(jī)床操作面板PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口手持單元（選件）圖形顯示功能與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真網(wǎng)絡(luò)通訊功能（選件）操作方式自動(dòng)單段MDI點(diǎn)動(dòng)步進(jìn)增量進(jìn)給手搖增量進(jìn)給手動(dòng)/自動(dòng)回參考點(diǎn)進(jìn)給保持 重新對(duì)刀空運(yùn)行保存斷點(diǎn)/返回?cái)帱c(diǎn)2-1

23、HNC-21數(shù)控系操作面板坐標(biāo)軸監(jiān)視機(jī)床坐標(biāo)系顯示工件坐標(biāo)系顯示跟蹤誤差顯示剩余進(jìn)給顯示進(jìn)給速度顯示主軸速度顯示指令位置顯示實(shí)際位置顯示工件坐標(biāo)系原點(diǎn)顯示運(yùn)動(dòng)軌跡顯示進(jìn)給軸功能無限制旋轉(zhuǎn)軸功能最高設(shè)定速度16000 mm/min進(jìn)給修調(diào)0%到150%快移修調(diào)0%到150%每分鐘進(jìn)給/每轉(zhuǎn)進(jìn)給多種回參考點(diǎn)功能：?jiǎn)蜗颉㈦p向快移、進(jìn)給加減速設(shè)定最大跟蹤誤差設(shè)定輔助功能主軸正反轉(zhuǎn)自動(dòng)換刀冷卻開/停主軸功能主軸速度：可通過PLC編程控制（最大99999 rpm）主軸修調(diào)：從0%到150%主軸速度和修調(diào)顯示變速比和變速比級(jí)數(shù)可通過PLC編程控制編碼器接口螺紋功能主軸定向PLC功能內(nèi)嵌式PLC提供標(biāo)準(zhǔn)PLC

24、例程PLC狀態(tài)顯示安全功能坐標(biāo)軸軟極限保護(hù)斷電保護(hù)區(qū)加工斷點(diǎn)保存/斷點(diǎn)恢復(fù)參數(shù)備份與恢復(fù)參數(shù)權(quán)限保護(hù)加工統(tǒng)計(jì)技術(shù)規(guī)格輸入電源：AC24V 50W DC24V50W或者DC24V100WAC電源頻率：50Hz安裝方式：控制柜內(nèi)運(yùn)行、儲(chǔ)存環(huán)境（如下表）光電隔離開關(guān)量輸入接口（40位），可擴(kuò)展20位光電隔離開關(guān)量輸出接口（32位），可擴(kuò)展16位 輸出電流范圍0-100mA 輸出電壓范圍DC24V主軸模擬量輸出接口 分辨率：12位 輸出電壓：DC10V或0- 10V主軸編碼器輸入接口 方波差分接收手搖脈沖發(fā)生器輸入接口，TTL電平輸入進(jìn)給軸脈沖輸出接口/HSV-16伺服接口（最大6個(gè)）差分輸出，包括脈

25、沖及方向信號(hào)，高 脈沖頻率2MHZ進(jìn)給軸碼盤反饋輸入接口（最大6個(gè)）RS422差分輸入 2-2 HNC-21數(shù)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖第3章 普通車床的數(shù)控改造可行性論證3.1技術(shù)可行性機(jī)床改造的技術(shù)可行性論證就是對(duì)機(jī)床改造在技術(shù)上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護(hù)角度論證.具體的應(yīng)從機(jī)床本身、加工對(duì)象的要求和市場(chǎng)可供性三方面分析。3.2機(jī)床本身 能否進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造主要取決于機(jī)床本身的條件,如:機(jī)床磨損程度、剛度以及機(jī)床的技術(shù)壽命等。(1) 機(jī)床磨損程度、剛度。C6140是1995年5月出廠，主要用于教學(xué)實(shí)習(xí)，機(jī)床本身折合使用年限小于5年，機(jī)床幾何精度仍等于原新機(jī)床的精度。普通機(jī)床結(jié)構(gòu)上有先天性

26、不足，剛度低、抗振性差、滑動(dòng)摩擦阻力較大及傳動(dòng)元件存在間隙等。改造中將有目的改造其中部分結(jié)構(gòu)，以滿足數(shù)控機(jī)床最基本的要求。(2) 技術(shù)壽命的計(jì)算?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床以其高自動(dòng)化、高精度化、高速化及復(fù)合化的發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)控化率逐年提高，大有取代普通機(jī)床的趨勢(shì)，而且數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置（CNC）技術(shù)壽命一般為23年，數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅猛。故為了改善原機(jī)床性能、滿足教學(xué)和加工要求，對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，同時(shí)也延長(zhǎng)了原機(jī)床的技術(shù)壽命。3.3加工對(duì)象分析機(jī)床的加工對(duì)象分析主要涉及被加工對(duì)象的幾何參數(shù)及公差要求。零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、脈沖當(dāng)量。改造后的數(shù)控車床

27、，主要用于教學(xué)實(shí)習(xí)，其加工范圍為車外圓、內(nèi)孔、螺紋、錐形體、球體、切槽、切斷等及帶有復(fù)雜型面的卡盤類零件。加工精度要求小于0.01mm，現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為0.005mm0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術(shù)上是可行的。3.4市場(chǎng)可供性所謂市場(chǎng)可供性就是研究市場(chǎng)是否能夠方便及時(shí)地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)劃實(shí)施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng)的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術(shù)咨詢服務(wù)。就本機(jī)床改造而言，市場(chǎng)上已建立了一套機(jī)電一體化配套產(chǎn)品代理機(jī)構(gòu)，對(duì)于C6140改造而言市場(chǎng)可供性好。綜上所述，對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造

28、符合技術(shù)可行性要求。第4章 總體方案的確定4.1總體方案設(shè)計(jì)要求（1）臥式車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位,兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。（2）臥式車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)系統(tǒng)。（3）為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)中的速度和精度要求，縱、橫向的進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用摩擦力小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動(dòng)間隙、提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠的螺母應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。（4）計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需要減速輪副，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。（5）采用貼塑導(dǎo)軌，以減

29、小導(dǎo)軌的摩擦力。（6）選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，選擇螺紋編碼器等。總體方案設(shè)計(jì)圖如下圖4-1所示：進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖4-2所示：4.2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)?，F(xiàn)列出C6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)：名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm工件最大直徑在刀架上 210mm頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm宋制螺紋 mm 1-12(20種)加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2-24(20種) 模數(shù)螺紋 mm 0.25-3(11種) 徑節(jié)螺紋 t/m7-96(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)

30、24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍101400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍14-1580r/min縱向級(jí)數(shù)64進(jìn)給量縱向范圍0.028-6.33mm/r橫向級(jí)數(shù)64橫向范圍0.014-3.16mm/r 滑板行程 橫向320mm縱向650;900;1400;1900mm 最大行程140mm最大回轉(zhuǎn)角 90刀架刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面BH2525mm 頂尖套莫氏錐度5#尾座橫向最大移動(dòng)量10mm外形尺寸 長(zhǎng)寬高241810001267mm 圓度 0.01mm工作精度圓柱度200:0.02 平面度0.02/300mm表面粗糙度Ra1.6-3.2m 主電動(dòng)機(jī)7.5kw電動(dòng)機(jī)功率總功率7.

31、84kw改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上210mm最大加工長(zhǎng)度 1000mm快進(jìn)速度 縱向2.4m/min 橫向1.2m/min最大切削進(jìn)給速度 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min溜板及刀架重力 縱向800N 橫向600N 代碼制ISO脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2脈沖當(dāng)量 縱向0.01mm/脈沖 橫向0.005mm/脈沖機(jī)床定位精度0.015mm刀具補(bǔ)償量 0mm-99.99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向0.15mm橫向 0.075mm自動(dòng)升降速性能 有第5章 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型縱、橫向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型

32、主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。以下詳細(xì)介紹縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與縱向類似，在此從略。5.1 脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需要，X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量為x=0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）為z=0.01mm/脈沖。5.2 切削力的計(jì)算假設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角r=60，前角。=10，刃傾角Z=-5；切削用量為：背吃刀量p=3mm，進(jìn)給量f=0.6mm/r，切削速度C=105m/min。由金屬切削原理查表3-1得：CFC=2795,xfc=1.0，yfc=0.75，nfc

33、=-0.15。 查表3-3得：主偏角r的修正系數(shù)KkrFc=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為1.0。由經(jīng)驗(yàn)公式：主切削力Fc=CFc.aPxFc.fyFc.vcnFc.KFc (1)背向力 FP=CFP.aPxFO.fyFO.vcnFO.KF0 (2)進(jìn)給力 Ff=CFf.aPxFf.fyFf.vcnFf.KFf (3)算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗(yàn)公式Fc：Ff：Fp=1:0.35:0.4，算得縱向進(jìn)給切削力Ff=935.69N，背向力=1069.36N。5.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（縱向）5.3.1 工作載荷Fm的計(jì)算 已知移動(dòng)部件總重G=1300N；車

34、削力Fc=2673.4N，F(xiàn)p=1069.36N,Ft=935.69N。根據(jù)Fz=Fc，F(xiàn)y=Fp，F(xiàn)x=Ff的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得：Fz=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N，F(xiàn)x=935.69N。選用矩形三角形組合滑動(dòng)導(dǎo)軌，由公式Fm=KFx+（Fz+G），取K=1.15，=0.16，代入Fm=KFx+(Fz+G)，得工作載荷Fm1712N。5.3.2 最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算設(shè)本車床Z向在承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度v=0.8m/min，初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph133r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入Lo=60nT/106，得絲杠

35、壽命系數(shù)Lo=119.7（單位為：106r）取載荷系數(shù)fW=1.15，再取硬度系數(shù)fH=1，代入式FQ= fWFHFm，求得最大動(dòng)載荷FQ9703N。5.3.3 初選型號(hào)根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查FL系列滾珠絲杠副有關(guān)參數(shù)，選擇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm，基本導(dǎo)程為6mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為3x2圈=6圈，精度等級(jí)取4級(jí)，額定動(dòng)載荷為13200N，滿足要求。5.3.4傳動(dòng)效率的計(jì)算將公稱直徑d0=40mm，基本導(dǎo)程為6mm，代入=arctanPh/(do)，得絲杠螺旋升角=244。將摩擦角=10，代入=tan/ tan(+)，得傳動(dòng)效率=94.

36、2%。5.3.5 剛度的驗(yàn)算（1） 縱向滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式，固定端采取一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為a=1497mm；鋼的彈性模量E=2.1x105MPa；查FL系列滾珠絲杠副有關(guān)參數(shù)得Dw=3.9688mm，算得絲杠底徑d2=公稱直徑do-滾珠直徑Dw=36.0312mm，則絲杠截面積S=d22/4=1019.64mm2。 忽略1=中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1=Fm/3(ES) 0.01197mm。（2） 根據(jù)公式Z=（do/Dw）-3，求得單圈滾珠數(shù)目Z=29；該型號(hào)絲杠為雙螺母

37、，滾珠總?cè)?shù)為3x2=6，則滾珠總數(shù)量Z=29x6=174。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3571N。則由式 2=0.0013，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.00117mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減少一半，取2=0.000585mm。（3） 將以上算出的1和2代入總=1+2，求得絲杠總變量（對(duì)應(yīng)跨度1497mm）總=0.012555mm=12.555m。查行程偏差和變動(dòng)量表知，4級(jí)精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許16m，而對(duì)于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量總只有12.555m，可見絲杠剛度足夠。5.3.6 壓

38、桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式Fk=Fm計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk。查絲杠支承系數(shù)表，取支承系數(shù)k=2；由絲杠底徑d2=36.0312mm，求得截面慣性矩I=d24/6482734.15mm4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式Fk=Fm，得臨界載荷Fk51012N，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm（1712N），故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。5.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型(縱向)5.4.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq已知：滾珠絲杠的公稱直徑do=40mm，總長(zhǎng)（帶接桿）l=1560mm，導(dǎo)程Ph=6mm，材料密度

39、=7.85x10-3Kg.cm3；縱向移動(dòng)部件總重量G=1300N；同步帶減速箱大帶輪寬度28mm，節(jié)徑54.57mm，孔徑30mm，輪外徑42mm，寬度14mm；小帶輪寬度28mm，節(jié)徑45.48mm，孔徑19mm，輪外徑29mm，寬度12mm；傳動(dòng)比i=1.2。查常用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算表，可以算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=30.78 Kg.cm2；床鞍折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw=1.21 Kg.cm2；小帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1=0.95 Kg.cm2；大帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2=1.99 Kg.cm2。 在設(shè)計(jì)減速箱時(shí)，初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為130BY5

40、501，從永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=33 Kg.cm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：Jeq=Jm+Jz1+(Jz2+Jw+Js)/i2=57.55Kg.cm25-1電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖5-2永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表5.4.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq分快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1. 快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1由式Teq1=Tamax+Tf+To可知，Teq1包括三部分：快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠

41、預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩To。以為滾珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)To=(FYJPh/2i)(1-o2) 式可知，To相對(duì)于Tamax和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則有：Teq1=Tamax+Tf (4) 根據(jù)Tamax=Jeq=2Jeqnm/60ta式，考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：Tamax=（2Jeqnm/60ta）. 1/ (5)式中nm-對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；ta -步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm所需的時(shí)間，單位為s。其中：nm=Vmax/360 (6)式中Vmax-縱向空載最快移動(dòng)速度，任

42、務(wù)書指定為6000mm/min； -縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角，為0.72； -縱向脈沖當(dāng)量，本例=0.01mm/脈沖。將以上各值代入式nm=Vmax/360，算得nm=1200r/min。設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時(shí)間Ta=0.4s，縱向傳動(dòng)鏈總效率=0.7；則由式Tamax=（2Jeqnm/60ta）.1/求得：Tamax=2x57.55x10-4x1200/60 x0.4x0.7 N.m2.58N.m由式Tf=F擦Ph/2i可知，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：Tf=（Fc+G）Ph/2i (7)式中-導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.16； Fc-垂直方向的工作負(fù)載，

43、空載時(shí)取0； -縱向傳動(dòng)鏈總效率，取0.7。則由式Tf=（Fc+G）Ph/2i，得：Tf=0.16x(0+1300)x0.006/2x0.7x1.2 N.m0.24 N.m最后由式Teq1=Tamax+Tf，求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Teq1=Tamax+Tf=2.82 N.M 2. 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2由式Teq2=Tf+Tt+To可知，Teq2包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩To。To相對(duì)于Tt和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則

44、有：Teq2=Tf+Tt (8)其中，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt由式子Tt= Ff Ph/2i計(jì)算。本例中在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知進(jìn)給方向的最大工作載荷Ff=935.69N，則有：Tt= Ff Ph/2i=935.69x0.006/2x0.7x1.2 N.m=1.06 N.m再由式Tf=F擦Ph/2i計(jì)算承受最大工作負(fù)載（Fc=2673.4 N.m）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：Tf=（Fc+G）Ph/2i=0.16x(2673.4+1300)x0.006/2x0.7x1.2 N.m0.72 N.m最后由式Teq2=Tf+Tt，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下

45、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq2=Tf+Tt=1.78 N.m經(jīng)過上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq=maxTeq1，Teq2=2.82 N.m5.4.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax4Teq=4x2.82 N.m=11.28 N.m對(duì)于前面預(yù)選的130BYG5501型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表5-2查得，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tj

46、max=20 N.m，可見完全滿足式Tjmax4Teq=4x2.82 N.m=11.28 N.m的要求。5.4.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核（1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定縱向最快工進(jìn)速度Vmaxf=800mm/min，脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖，由式fmax=Vmax/60求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率fmaxf=800/（60 x0.01）Hz1333Hz。從130BYG5501的運(yùn)行矩頻特性圖5-3可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf17N.m，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78N.m，滿足要求。（2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快空載移動(dòng)速

47、度Vmax=6000mm/min，仿照式fmax=Vmax/60求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率fmax=6000/(60 x0.01)Hz=10000Hz。從圖5-2查得，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=3.8N.m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82N.m，滿足要求。5-3 130BYG步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻率特性曲線（3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動(dòng)速度Vmax=6000mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率fmax=10000Hz。查永磁感應(yīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)表5-2可知130BYG5501的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見沒有超出上限。（4）起動(dòng)頻率的計(jì)算已

48、知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=57.55kg.cm2，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=33 kg.cm2，查表5-2可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載起動(dòng)頻率fq=1800Hz。則由式fL=fq/可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的起動(dòng)頻率為：fL=fq/=1087Hz上式說明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的起動(dòng)頻率都必須小于1087Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時(shí)，起動(dòng)頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，本例中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用130BYG5501步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。5.5 主軸交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選型5.5.1主軸的變速范圍 主軸能實(shí)現(xiàn)的最

49、高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍Rn, 即Rn=nmax/nmin,數(shù)控機(jī)床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于 nmax =1800 nmin=14Nmax/nj=2nnj/nmin （9） 則 nj=113r/min這里nj為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為：Rn=nmax/nj （10） =1800/113=15.9主軸電機(jī)的功率是：7.5kw5.5.2初選主軸電機(jī)的型號(hào)選主軸電機(jī)的型號(hào)為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)型號(hào)為1HP6167-4CB4，連續(xù)負(fù)載PH/KW=14.5，間歇負(fù)載（60%）/kw=17.5kw,

50、短時(shí)負(fù)載（20min）/kw=19.25kw,額定負(fù)載n/r.min=5000，最大轉(zhuǎn)速nmax/r/min=8000,額定轉(zhuǎn)矩277N.m,慣性矩0.206/kg.m晶體管PWM變頻器型號(hào)為6SC6058-4AA025.5.3主軸電機(jī)的校核電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍：Rn=nmax/nmin=8000/500=16所以所選電動(dòng)機(jī)型號(hào)的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。第6章 繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選型后可以著手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。在繪制機(jī)械裝配圖時(shí)，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況以及伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)與原機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的

51、一些問題。（1） 了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。（2） 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號(hào)，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號(hào)。（3） 考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進(jìn)電機(jī)在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。（4） 考慮密封、防護(hù)、潤(rùn)滑以及安全機(jī)構(gòu)等問題。例如，絲杠螺母的潤(rùn)滑、防塵、防鐵屑保護(hù)、軸承的潤(rùn)滑及密封、齒輪的潤(rùn)滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。（5） 在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)

52、設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。此外，注意繪制裝配圖時(shí)的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布置及圖形畫法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。第7章 元件的選擇7.1 SZGDBM01光電編碼器7.1.1 概述 SZGDBM01光電編碼器，是常用的位移、角位移、長(zhǎng)度、深度等機(jī)械量的檢測(cè)器件，廣泛用于化工、冶金、能源、輕工、紡織、電子、機(jī)械、汽車等行業(yè)。7.1.2 主要技術(shù)性能SZGDBM01的分類方法7.2數(shù)控刀架/AK21系列刀架：AK21160*4*4C安裝圖及尺寸： 型 號(hào)ABCL1L

53、2H1HXX1yh12MH3H4NAK2116041261261464412252197016017011230.5132082/44AK211604C1171261463882732177016017011432132060/32主要參數(shù)：序號(hào)項(xiàng) 目AK2116044C 1刀臺(tái)方(mm)1602工位數(shù)(個(gè))43裝刀基面高(mm)704裝刀基準(zhǔn)孔高(mm)/5單工位轉(zhuǎn)位時(shí)間(s)3.246刀架轉(zhuǎn)速(r/min)177最大切向力矩(N .m)5008最大顛覆力矩(N .m)12509重復(fù)定位精度(mm)0.00510毛重(Kg)3811凈重(Kg)3012箱體尺寸(mm)560400353結(jié)論這

54、次畢業(yè)設(shè)計(jì)持續(xù)的時(shí)間為8周，時(shí)間對(duì)于我們來說是非常長(zhǎng)的。這次我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：把C6140普通車床設(shè)計(jì)成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。剛剛接受到這個(gè)題目的時(shí)候，感覺很難，因?yàn)橐郧皬膩頉]有接觸過這方面的設(shè)計(jì)，頭腦里一個(gè)最基本的概念都沒有，后來老師給我們大體上講了一下基本過程，經(jīng)過一個(gè)星期的研究，終于有一點(diǎn)眉目，再經(jīng)過兩個(gè)星期資料搜集，包括車床的說明書等等，設(shè)計(jì)進(jìn)入了正式的軌道。在生活逐漸自動(dòng)化的今天，對(duì)加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求，因此對(duì)機(jī)床等加工設(shè)備提出了很高的要求。以前單一的靠手工操作的機(jī)床，在很大程度上已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的要求，數(shù)控機(jī)床的改造已經(jīng)成為一種必要。但這次機(jī)床的改造是在原有的機(jī)床上換掉部分零部件，使它具有數(shù)控機(jī)床的基本功能，如不用手工操作能自動(dòng)控制進(jìn)給量等。但又考慮到改造成的是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，所以在選材等方面，必須考慮到經(jīng)濟(jì)這一重要問題。 因?yàn)槲乙郧暗幕A(chǔ)知識(shí)掌握得不牢固，在這次設(shè)計(jì)中確實(shí)是遇到了很多的問題，但在這過程中，我又學(xué)會(huì)了很多東西，在以前的小設(shè)計(jì)中，有些能馬馬虎虎過去的問題，就糊里糊涂過去了，可