C6132車床數(shù)控化改造及縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design. NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed. Keywords: lathe, NC Transformation , Coupling ,Ball Screw 目錄 一、前言 …………………………………………………………………… 1 二、設(shè)計(jì)任務(wù) ………………………………………………………………1 三．總體方案的確定 ……………………………………………………1 四、機(jī)械傳動(dòng)方案的分析與計(jì)算 ………………………………………1 （一）脈沖當(dāng)量的確定 ………………………………………………………1 （二）切削力的計(jì)算 …………………………………………………………2 （三）縱傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與計(jì)算（Z軸方向） ……………………………2 1.滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型（縱向） ……………………………… 2 2、減速箱的設(shè)計(jì)（縱向）………………………………………………… 4 3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（縱向） …………………………………… 6 4、同步帶傳送功率的校核（縱向） ……………………………………… 9 （四）縱向傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與計(jì)算（X軸方向） ………………… 10 1、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型（橫向） ……………………………… 10 2、減速箱的設(shè)計(jì)（橫向） ……………………………………………… 12 3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（橫向）…………………………………… 12 第一章 前言 數(shù)字控制機(jī)床（Numerical Control Machine Tools）簡稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置，經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成： 1）主機(jī)，它是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 2）數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，相當(dāng)于人的大腦，它包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 3）驅(qū)動(dòng)裝置，它是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主軸電機(jī)及伺服電機(jī)等。它在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線以及曲面的加工。 4）輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 5） 編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。 與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)： 1）加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 2）可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件； 3）加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； 4）機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3-5倍）； 5）機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 6）對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)： 1） 數(shù)控機(jī)床能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切屑加工時(shí)間的比率； 2） 使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)，加工的零件精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,從而有效的提高了產(chǎn)品在市場上的競爭力； 3） 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性，因此能夠完成很多普通機(jī)床很難完成或者根本不能加工的、具有復(fù)雜型面、要求高精度的零件的加工； 4） 許多數(shù)控機(jī)床如加工中心具有自動(dòng)換刀功能，使零件一次裝夾之后就能夠完成多個(gè)加工部位的加工，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，大大節(jié)省了設(shè)備和廠房面積； 5） 生產(chǎn)者可以對生產(chǎn)成本進(jìn)行預(yù)算，并對生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理的安排，以達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的； 6） 應(yīng)用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行生產(chǎn)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工人工作的環(huán)境質(zhì)量，增加了工人的生產(chǎn)積極性，促進(jìn)了生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。 一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 數(shù)控機(jī)床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末，由于價(jià)格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。 二、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機(jī)床以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。 第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。 第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。 第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。 第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)。 目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價(jià)格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。 近年來，微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢。 機(jī)床數(shù)控化改造的意義 制造技術(shù)和自動(dòng)化水平的高低已成為一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，而其中最具代表性的就是數(shù)控機(jī)床。目前，我國是機(jī)床生產(chǎn)大國，但不是機(jī)床制造強(qiáng)國，國產(chǎn)機(jī)床的發(fā)展仍然難以支撐國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工的需要。與世界先進(jìn)水平相比差距仍然十分明顯。因?yàn)橐环矫嫖覈胀C(jī)床保有量大，要將普通機(jī)床淘汰掉是不經(jīng)濟(jì)的，也是不現(xiàn)實(shí)的；另一方面，從我國目前生產(chǎn)狀況來看，仍然以生產(chǎn)普通機(jī)床為主。然而，用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、精度低、成本高、供貨期長等缺點(diǎn)，從而使產(chǎn)品在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，這將直接影響一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效益以及生存和發(fā)展。所以大力提高機(jī)床的數(shù)控化率已迫在眉睫，有很大的意義，而且普通機(jī)床的數(shù)控化改造將會(huì)長期存在，并會(huì)不斷的發(fā)展。 機(jī)床數(shù)控改造的意義： 1）節(jié)省資金。 機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。 2）性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 3）提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 4）可以采用最新的控制技術(shù)?？梢愿鶕?jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度及時(shí)地提高生產(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)床改造為具有當(dāng)今水平的機(jī)床。 二、設(shè)計(jì)任務(wù) 題目：普通車床C6132數(shù)字控制改造 任務(wù)：將一臺C6132臥式車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。主要技術(shù)指標(biāo)如下： （1）床身上最大加工直徑320mm； （2）最大加工長度750mm； （3）X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量δx=0.005mm/脈沖,Z方向（縱向）δz=0.01mm/脈沖； （4）X方向最快移動(dòng)速度ｖxmax=2500mm/min,Z方向?yàn)椋鰖max=5000mm/min； （5）X方向最快工進(jìn)速度v maxf=400mm/min,Z方向?yàn)関 zmaxf=800mm/min; （6）已知要求：背吃刀量，進(jìn)給量f=0.2mm/r （7）已知橫向移動(dòng)部件重G=500N,縱向移動(dòng)部件重為G=1000N. （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，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號； （11）自動(dòng)控制冷卻泵的起/停； （12）安裝電動(dòng)卡盤，系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開； （13）縱、橫向安裝限位開關(guān)； 三、總體方案的確定 總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 （1）臥式車床數(shù)控系統(tǒng)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)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要求，決定選用MCS—51系列的8為單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS—51系列8為機(jī)具有功能多、速度快、 抗干擾能力強(qiáng)、性/價(jià)比搞等優(yōu)點(diǎn)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴(kuò)展成雪存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源以及主軸電動(dòng)機(jī)的交流變頻器等。 （5）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)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)等。 （6）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)有削間隙機(jī)構(gòu)。 （7）選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡盤，選擇螺紋編碼器等。 四、機(jī)械傳動(dòng)方案的分析與計(jì)算 為了提高傳動(dòng)效率和產(chǎn)品的加工精度，縱、橫向傳動(dòng)全部用滾珠絲杠。由于本次改造的是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，調(diào)試、維護(hù)方便，一般用于精度不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，并且本次改造的機(jī)床主要用于粗加工及半精加工。為降低改造成本，決定采用伺服半閉環(huán)控制方式對X軸（橫向）和Z軸（縱向）進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造。采用伺服電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)給X軸和Z軸絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。 1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是伺服電動(dòng)機(jī)減速驅(qū)動(dòng)絲桿，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。伺服電機(jī)的布置，可放在絲桿的任意一端，對車床的改造來說，外觀不必象產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的那么高，而從改造方便，實(shí)用方面考慮，一般都把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲桿的右端。 2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 工作臺重量W=800N，加速時(shí)間常數(shù)t=25ms，滾珠絲杠基本導(dǎo)程L=6mm，快速進(jìn)給速度V=2m/min。切削力計(jì)算由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知，切削功率式中 Pc=NηK P------電機(jī)功率，由條件我們選 P=4 KW η----主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.75～0.85,取η=0.8; K------進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96 則： Pc =4×0.8×0.96=3.072kW 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或轉(zhuǎn)距)和最大切削轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)速)來計(jì)算,即 Pc =×10 或 Pc= 式中 F---主主切削力(N); ν----切削速度（m/min） T----切削轉(zhuǎn)距(N.m) n----主軸轉(zhuǎn)速(r/min) 設(shè)按最大切削速度來計(jì)算，取ν=100m/min，則主切削力 Fz==（N）=1843.2（N） 從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中可得知，在一般外圓車削時(shí)： Fx=(0.1～0.6)Fz Fz=(0.15～0.7)Fz Fx=0.5Fz=0.5×1843.2＝921.6N Fy=0.6Fz=0.6×1843.2=1105.92N (2)滾珠絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸為滾珠絲杠副型號的選擇。 1）計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷 ：首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷。 式中 —工作負(fù)載(N)指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向力; —運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)取1.2~1.5，有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)取1.5~2.5； —硬度系數(shù)，為60HRC時(shí)，為1；為<60HRC時(shí)，>1; G —壽命(以轉(zhuǎn)為單位1，如1.5則為150萬轉(zhuǎn))。 壽命G可按下式計(jì)算： G= 式中 n—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速(r/min); T—使用壽命時(shí)間(h),數(shù)控機(jī)床T取15000h。 工作負(fù)載的數(shù)值可用《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，對于三角形或綜合導(dǎo)軌 =k+(+W) 式中 、—切削分力； W—移動(dòng)部件的重力(800N)； k—考慮顛覆力矩影響的系數(shù)，k=1.15； —導(dǎo)軌上的因數(shù)，=0.15~0.18，取=0.16。 則 =[1.15×921.6+0.16(184302+800)]N=1482.752N 當(dāng)機(jī)床以線速度v=100m/min,進(jìn)給兩=0.3mm/r,車削直徑D=80mm的外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速 n=×=×r/min 則G==萬轉(zhuǎn)=17.91萬轉(zhuǎn) 根工作負(fù)載、壽命G，取=12，=1，計(jì)算出滾珠絲桿副承受的最大動(dòng)負(fù)荷 ==×1.2×1×1482.752N=4655.3N 由F查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本或《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》,選擇絲杠的型號.現(xiàn)在我們參照江蘇天安機(jī)械有限公司的滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為32mm，型號為CDM3206-2.5-P3，其額定動(dòng)載荷是14022N，強(qiáng)度足夠用。 參數(shù)技術(shù): 2）效率計(jì)算：根據(jù)機(jī)械原理，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 式中 —螺紋的螺旋升角，該絲杠為325 —摩擦角，約等于。 則==0.953 3)剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭矩的作用，將引起基本導(dǎo)程L的變化，因滾珠絲杠扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量L為 L= 式中 E—彈性模量，對于鋼，E=20.6×10N/c； S—滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定d，若d=2.77cm），則S==6.03c。 其中，“+”用于拉伸時(shí)，“－”用于壓縮時(shí)。 則L== 絲杠1m長度上導(dǎo)程變形總量誤差為 ==11.78 因3級精度絲杠允許的螺距誤差為15，故此絲杠的精度足夠。 （3）確定齒輪傳動(dòng)比 根據(jù)系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，則 取齒輪齒數(shù),齒輪模數(shù)m=2m m,齒輪傳動(dòng)時(shí)效率 （4）佩服電機(jī)的選擇 1）負(fù)載傳動(dòng)慣量估算 折算到伺服電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量可按下式估算 式中 --折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（） 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（） 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（） 估算參數(shù)。 對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式估算 式中 D—圓柱零件的直徑（cm） L--_零件軸向長度（cm） 所以， 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 根據(jù)能量守恒定律，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 取安全系數(shù)為0.3，則 因?yàn)閿?shù)控機(jī)床對動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T的要求。 式中—空載快速起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩（N; —克服摩擦所需轉(zhuǎn)矩（）; ---絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（）。 當(dāng)工作臺快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由動(dòng)力學(xué)可知 T=Jε 式中 ε----角加速度，計(jì)算公式為ε=。 則 T= Jε=8.687×10×=1.516 ==0.0175 T==0.406 式中 F----預(yù)加載荷, 一般為最大軸向載荷的1/3,即F/3 則T= T++ T=(1.516+0.0175+0.406) =1.940 3)伺服電機(jī)的最高工作頻率 Hz=55.56Hz 根據(jù)計(jì)算綜合考慮,查表選用Star系列130ST-M06025H型伺服電機(jī)。 （5）橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：工作臺重量W=300N，時(shí)間常數(shù)t=25ms,滾珠絲杠基本導(dǎo)程L=4mm（左旋），快速進(jìn)給速度=1m/min。由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，故計(jì)算過程略。 選擇滾珠絲杠型號CDM2004LH-2.5-P3;減速齒輪Z=18, Z=30;伺服電機(jī)型號為110ST-M0403H. 結(jié)　論 本課題結(jié)合目前國內(nèi)外數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，具體闡述了一種桌面型數(shù)控車床的設(shè)計(jì)開發(fā)過程。本文主要完成的工作如下： 1、數(shù)控車床結(jié)構(gòu)方案的確定。分析了數(shù)控車床的特點(diǎn)，確定了數(shù)控車床基本結(jié)構(gòu)，并確定其基本尺寸。 2、確定了數(shù)控車床技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)。對該數(shù)控車床的各向切削力進(jìn)行了計(jì)算。 3、選擇了數(shù)控車床系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。采用了東達(dá)電控的電控箱。 4、數(shù)控車床本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對數(shù)控車床各大功能組件進(jìn)行詳細(xì)的模塊化設(shè)計(jì)，確定零件結(jié)構(gòu)，繪制零件圖和裝配圖，并利用三維軟件對數(shù)控車床進(jìn)行了三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真。 5、零件的剛度和壽命計(jì)算與校核。對各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行剛度和壽命計(jì)算，確保滿足使用要求，使該數(shù)控車床有足夠的可靠性。 參考文獻(xiàn) [1] 陳嬋娟.數(shù)控車床設(shè)計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006：1-160. 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Ltd.，1982：114-136. 致　謝 本文是在尊敬的導(dǎo)師XXX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、敏銳的思維、認(rèn)真的學(xué)術(shù)作風(fēng)和平易近人的生活作風(fēng)，使我在學(xué)習(xí)中獲益匪淺，對我以后的學(xué)習(xí)、工作和生活都有了很好的指引；趙老師在本課題的設(shè)計(jì)研究、理論分析及論文組織等許多方面所給了殷切地指導(dǎo)和莫大的幫助，這將使我受益終生。趙老師也對我畢業(yè)設(shè)計(jì)的許多細(xì)節(jié)方面給予了耐心的指導(dǎo)和幫助，這是不可或缺的，趙老師的隨和，認(rèn)真深深地印在我的心里。我在學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中的每一點(diǎn)進(jìn)步，無不凝聚著導(dǎo)師的心血。 值此論文完成之際，謹(jǐn)向老師致以崇高的敬意和誠摯的感謝！ 再次向所有幫助我的老師、同學(xué)和朋友致以衷心的感謝！ 22 外文資料翻譯 機(jī)床數(shù)控改造 一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢 1946年誕生了世界上第一臺電子計(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，在美國誕生了第一臺數(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、數(shù)控（NC）階段（1952～1970年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(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年的第三代--小規(guī)模集成電路。 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)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(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（國外稱為PC-BASED）。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。 1.3、數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 1.3.1　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。 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發(fā)展的需要。 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。 （1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測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。 二、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 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(jì)算機(jī)的威力。 2.1.1 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(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。 2.1.2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 由于計(jì)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(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"。 2.1.3 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"。 2.1.4 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)。 2.1.5 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)長時(shí)間無人看管加工。 2.1.6 由以上五條派生的好處。 如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，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CIMS（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)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 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），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(qiáng)。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。 三、機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場 3.1、機(jī)床數(shù)控化改造的市場 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0.6～0.8萬臺，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/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60％以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(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(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 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(jì)，從1979～1988年10年間，全國引進(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)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)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(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)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?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時(shí)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(cái)富，反而消耗著財(cái)富。 這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，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(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。 四、數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺 4.1、國外改造業(yè)的興起 在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題。我國的機(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)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 4.2、數(shù)控化改造的內(nèi)容 機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： 其一是恢復(fù)原功能，對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；其二是NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 4.3、數(shù)控化改造的優(yōu)缺 4.3.1　減少投資額、交貨期短 同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50％左右。 4.3.2　機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 4.3.3　熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時(shí)，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 4.3.4　可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。 4.3.5　可以采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)地提高生產(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)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。 五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 5.1、步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。 該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 5.2、異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。 5.3、交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。 當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求。 六、數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝探討 一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。 6.1、滑動(dòng)導(dǎo)軌副 對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。 6.2、齒輪副 一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。 6.3、滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠 絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。 滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。 6.4、安全防護(hù) 效率必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。 七、機(jī)床數(shù)控改造主要步驟 7.1、改造方案的確定 改造的可行性分析通過以后，就可以針對某臺或某幾臺機(jī)床的現(xiàn)況確定改造方案，一般包括： 7.1.1 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合 一般來說，需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床，都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求、范圍、內(nèi)容；也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求、內(nèi)容；還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)。 7.1.2 先易后難、先局部后全局 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖紙，仔細(xì)進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用。還有一定使用價(jià)值的，可作其他機(jī)床備件用。切忌大手大腳，亂扔亂放。 7.2 合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗(yàn)，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。 7.3 調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜，隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度，防止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈，無多余物品；各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn)的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。 7.4、驗(yàn)收及后期工作 驗(yàn)收工作應(yīng)聘請有關(guān)的人員共同參加，并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造的后期工作也很重要，它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)。驗(yàn)收及后期工作包括： 7.4.1 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收 經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。 7.4.2 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收 電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常，靈敏可靠?？刂凭葢?yīng)用系統(tǒng)本身的功能(如步進(jìn)尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具(如激光干涉儀、坐標(biāo)測量儀等)對照檢查，達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對比，獲得量化的指標(biāo)差。 7.4.3 試件切削驗(yàn)收 可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。 7.4.4 圖紙、資料驗(yàn)收 機(jī)床改造完后，應(yīng)及時(shí)將圖紙(包括原理圖、配置圖、接線圖、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)、改造檔案(包括改造前、后的各種記錄)匯總、整理、移交入檔。保持資料的完整、有效、連續(xù)，這對該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。 7.4.5 總結(jié)、提高 每次改造結(jié)束后應(yīng)及時(shí)總結(jié)，既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平，也有利于整個(gè)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 八、數(shù)控改造幾個(gè)實(shí)例 1、用SIEMENS 810M改造X53銑床 1998年，公司投入20萬元，用德國西門子810M數(shù)控系統(tǒng)、611A交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對公司的一臺型號為X53的銑床進(jìn)行X、Y、Z三軸數(shù)控改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、PLC程序的編制與調(diào)試、機(jī)床大修，最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試。銑床改造后，加工有效行程X/Y/Z軸分別為880/270/280 mm；最大速度X/Y/Z軸分別為5000/1500/800 mm/min；手動(dòng)速度X/Y/Z軸分別為3000/1000/500 mm/min；機(jī)床加工精度達(dá)到±0.001mm。機(jī)床的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可完成各種復(fù)雜曲線或曲面的加工。 2、用GSK980T和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床 1999年，公司投入了8萬元，采用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)、DY3混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元對公司的一臺加長C6140車床的X、Z兩軸進(jìn)行改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試。車床改造后，加工有效行程X/Z軸分別為390/1400 mm；最大速度X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；手動(dòng)速度為400mm/min；手動(dòng)快速為X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm。 3、用GSK980T和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床 2000年，用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)、DA98交流伺服單元及4工位自動(dòng)刀架對電機(jī)分廠的一臺C6140車床X、Z兩軸進(jìn)行數(shù)控改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試。車床改造后，加工有效行程X/Z軸分別為390/730 mm；最大速度X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；手動(dòng)速度為400mm/min；手動(dòng)快速為X/Z軸分別為1200/3000 mm/min；機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm。 4、用SIEMENS 802S改造X53銑床 2000年，公司投入12萬元，用德國西門子802S數(shù)控系統(tǒng)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對公司的另一臺型號為X53的銑床進(jìn)行X、Y、Z三軸數(shù)控改造；保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)；改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、機(jī)床大修，最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試。銑床改造后，加工有效行程X/Y/Z軸分別為630/240/280 mm；最大速度X/Y/Z軸分別為3000/1000/600 mm/min；手動(dòng)進(jìn)給速度X/Y/Z軸分別為2000/800/500 mm/min；最小移動(dòng)單位為0.001mm。 九、數(shù)控改造中的問題和建議 通過幾臺機(jī)床的數(shù)控改造工作后，發(fā)現(xiàn)工作中也存在許多問題，主要表現(xiàn)在： 一是各部門、開發(fā)人員職責(zé)不明朗，組織混亂，嚴(yán)重影響了改造進(jìn)度； 二是制定的工作進(jìn)程和計(jì)劃大多只是憑經(jīng)驗(yàn)制定，不太合理； 三是相關(guān)人員的培訓(xùn)工作沒有到位，導(dǎo)致機(jī)床改造后工藝人員不會(huì)編程、操作人員對機(jī)床操作不熟練等問題。 綜合以上問題，有幾點(diǎn)建議： 一是負(fù)責(zé)改造的員工職責(zé)明確，獎(jiǎng)罰分明，充分調(diào)動(dòng)員工的積極性； 二是培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用和維護(hù)人員，選派人員外出進(jìn)修，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)； 三是要注重用戶使用、維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)，建立國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)資源庫。 11