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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目：C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
學(xué) 生
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院
二零一三年十月
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
設(shè)計(jì)題目：C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
學(xué) 生
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師 胡世軍
繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院
二零一三年十月
蘭 州 理 工 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)
學(xué) 生 ` 指導(dǎo)教師 胡世軍
班 級(jí) 職 稱(chēng) 副教授
一． 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目
CM6132型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
CM6132型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
CM6132型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)
CM6132型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
CM6132型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6142型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)
C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6150型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)
C6150型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6150型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
C6150型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
C6150型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
CW6163型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì)
CW6163型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
CW6163型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
CW6163型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)
CW6163型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)
二、主要設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)
1、 X軸(橫向)、Z軸(縱向)改為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)。其中X軸(橫向)脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，Z軸(縱向)脈沖當(dāng)量：0.010mm/脈沖。
2、 實(shí)現(xiàn)功能：車(chē)削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工
3、 操作要求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止
4、 采用回轉(zhuǎn)刀架及液壓尾座
5、 其余參數(shù)見(jiàn)原機(jī)床
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量
（一） 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 一份0.8—1.0萬(wàn)字
（二）、 圖紙部分
1、普通車(chē)床數(shù)控化改造總體方案圖 A0一張
2、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張
3、主要部件裝配圖（主軸箱等） A0一張
4、數(shù)控機(jī)床硬件電路圖 A0一張（選做）
四． 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求：
能按時(shí)獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的全部?jī)?nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對(duì)設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題分析深入，解決合理，有獨(dú)立見(jiàn)解，能很好運(yùn)用所學(xué)理論和提供的資料解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，能獨(dú)立查閱和正確引用中外文參考資料，說(shuō)明書(shū)文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計(jì)算準(zhǔn)確，圖面整潔。
五、 進(jìn)程安排
序號(hào)
主 要 任 務(wù)
時(shí)間
備注
1
查閱文獻(xiàn)、調(diào)研、收集資料、實(shí)習(xí)
0.5周
2
總體方案圖
1.0周
3
機(jī)床尺寸聯(lián)系圖
2.5周
4
主要部件裝配圖
2.5周
5
編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
1.0周
6
準(zhǔn)備答辯
0.5周
六.主要參考文獻(xiàn)
《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)》 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社
《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社
《新編機(jī)床數(shù)控技術(shù)》 任玉田主編 北京理工大學(xué)出版社
《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 上海紡織工學(xué)院等主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社
《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社
7、 設(shè)計(jì)書(shū)的裝訂及格式
裝訂必須采用橫向翻頁(yè)方式。內(nèi)容順序?yàn)椋悍饷?，任?wù)書(shū)，目錄，中文摘要，中文關(guān)鍵詞，引言，正文，結(jié)論（計(jì)算結(jié)果），參考文獻(xiàn)，致謝。
摘 要
針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)C6143普遍車(chē)床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說(shuō)明了普通車(chē)床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了C6143機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪傳動(dòng)減速后，帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床是我國(guó)從普通車(chē)床向數(shù)控車(chē)床發(fā)展的及其重要的臺(tái)階。利用現(xiàn)有的普通車(chē)床，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。數(shù)控車(chē)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)，數(shù)控機(jī)床的占有率還不足百分之三，但是在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的占有率達(dá)到了百分之三十六以上，單從數(shù)字上來(lái)看我過(guò)和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家還有相當(dāng)大的距離。其主要原因?yàn)閿?shù)控車(chē)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。在金屬加工行業(yè)中車(chē)床在所有加工設(shè)備中占有最大比重，例如最常見(jiàn)的軸類(lèi)零件，就是由車(chē)床加工而成本論文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀，以C6143普通車(chē)床為例提出簡(jiǎn)易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造思路和設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞：普通車(chē)床，數(shù)控，改造，伺服電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)
Abstract
Conventional existing C6143 universal lathe numerical control refitting scheme shortcomings and single-chip system design, improve the processing precision and extend the machine's usage, and to improve productivity. This paper describes the general transformation of CNC lathes of the design process, a more detailed description of the transformation part of the C6143 mechanical design and numerical control system design. Using 8031 as the CPU control system of signal processing by the I/O interface, and output the step pulse, through a gear reducer, drive the leading screw to roll, thus achieve the vertical, transverse to the feed motion.
Combined with the actual situation in our country, the economic type NC lathe is our country from the ordinary lathe to numerical control lathe development and the important step. Use of the existing ordinary lathe, the numerical control transformation is a low cost, high efficiency. CNC lathe is a typical product of electromechanical integration, machinery manufacturing plays an enormous role, good solution to the modern mechanical manufacturing complex, precision, small batches, changeable parts processing, and can stabilize the product processing quality, greatly improve production efficiency. As the machine power, numerical control machine has rate of less than three percent, but in the developed countries such as Europe and America CNC machine share has reached more than thirty-six percent, looking at the figures alone I and other developed countries there is still a considerable distance. The main reason for the CNC lathe the price more expensive, one-time investment is relatively large enterprises weak. On the general transformation of NC machine tools is a kind of good way. In the metal processing industry in the lathe in all the processing equipment has the biggest proportion, for example, the most common shaft parts, lathe processing cost is by aiming at the domestic enterprise present situation, to C6143 ordinary lathe as an example, presents simple economic NC transformation of thinking and design method.
Key words: ordinary lathes, CNC, transformation, servo motor, drive system
目 錄
第1章 概述 1
1.1問(wèn)題提出 1
1.2 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 1
1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 2
1.4 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 2
1.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.6 數(shù)控機(jī)床改造的意義 3
1.7 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 4
1.8 普通機(jī)床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 5
1.8.1 微觀看改造的必要性 5
1.8.2宏觀看改造的必要性 6
第2章 C6143普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)要求 7
2.1總體方案 7
2.2設(shè)計(jì)要求 8
2.3 其他要求 10
2.4主軸脈沖發(fā)生器 11
第3章 確定切削用量及選擇刀具 13
3.1刀具選擇 13
3.2切削用量確定 13
3.3切削三要素 14
3.4加工精度和表面粗糙度 14
3.5刀具材料 17
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
4.1 參數(shù)的確定 18
4. 2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 20
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 22
第5章 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
5.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 26
5.2橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 26
5.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 27
5.2.2橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 27
5.2.3齒輪有關(guān)計(jì)算 28
第6章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 35
6.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則 35
6.1.1步距角α 35
6.1.2 精度 35
6.1.3 轉(zhuǎn)矩 35
6.1.4啟動(dòng)頻率 36
6.2 C6143橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 36
第7章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題 37
7.1滾珠絲杠螺母副的選擇 37
7.2滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 37
7.3聯(lián)軸器的安裝 37
7.4主軸脈沖發(fā)生器的安裝 37
總 結(jié) 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
41
C6143型臥式車(chē)床數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)論文
第1章 概述
1.1問(wèn)題提出
企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以?xún)?yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出合乎市場(chǎng)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(gòu)買(mǎi)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(shí)間內(nèi)都無(wú)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(shí)目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床，由于普通機(jī)床加工精度相對(duì)較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動(dòng)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)成為世界制造業(yè)中心及制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中，占有一席之地。
1.2 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生
數(shù)控機(jī)床最早是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1948年，美國(guó)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(kāi)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(tái)數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺(tái)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(guò)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(kāi)始下降，一些民用工業(yè)開(kāi)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。
1.3 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展
自1952年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和精密測(cè)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(zhuān)用數(shù)控裝置。
第二代數(shù)控：從1959年開(kāi)始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。
第三代數(shù)控：從1965年開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(chǔ)能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來(lái)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(lèi)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(lái)，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(jí)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(shì)。
1.4 我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況
我國(guó)從1958年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床。從1965年開(kāi)始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到60年代末和70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。與此同時(shí)，還開(kāi)展了數(shù)控加工平面零件自動(dòng)編程的研究。1972-1979年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車(chē)、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開(kāi)始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開(kāi)始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。從80年代初開(kāi)始，隨著我國(guó)開(kāi)放政策的實(shí)施，先后從日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國(guó)GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開(kāi)發(fā)出BSO3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。進(jìn)而推動(dòng)了我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國(guó)的數(shù)控機(jī)床已跨入一個(gè)新的發(fā)展階段。
1.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)
從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動(dòng)化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)單臺(tái)主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動(dòng)化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國(guó)的SIEMENS和美國(guó)的A-B公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微機(jī)處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到1MB以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1微米，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min,控制軸數(shù)可達(dá)16個(gè)，并采用先進(jìn)的電裝工藝。
在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動(dòng)已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。
1.6 數(shù)控機(jī)床改造的意義
數(shù)控機(jī)床改造在國(guó)外已發(fā)展成一個(gè)新興的工業(yè)部門(mén)，早在60年代已經(jīng)開(kāi)始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和生產(chǎn)上的原因。我國(guó)是擁有300多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，不論資金和我國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國(guó)現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和精密化改裝，是我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時(shí)，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動(dòng)化改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3至1/5，用戶(hù)承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國(guó)提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時(shí)，它還可以作為全功能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化的方向過(guò)渡的主要內(nèi)容之一。
對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車(chē)床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車(chē)床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車(chē)削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。
1.7 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
??(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)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)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(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿(mǎn)足不同用戶(hù)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(dòng)進(jìn)行動(dòng)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(shí)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(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)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(mén)子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。
??(4) 實(shí)時(shí)智能化
??早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)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(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種智能行為。科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)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(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)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。
1.8 普通機(jī)床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，目前新的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車(chē)床，8.5萬(wàn)/臺(tái)，普通新車(chē)床C6142，售價(jià)3.8萬(wàn)/臺(tái)，使用壽命8-10年，而已使用了6-8年的舊車(chē)床C6142，估價(jià)0.5萬(wàn)/臺(tái)，通過(guò)改造還可使用4-6年。普通車(chē)床C6142每臺(tái)數(shù)控化改造所需價(jià)格大約3萬(wàn)，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高20-30%。因此需要對(duì)普通車(chē)床的數(shù)控化改造進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。
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(yàn)，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，使之全部或局部達(dá)到新設(shè)備的性能。
1.8.1 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(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。
(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。
由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。
(2) 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái)，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱(chēng)為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。
(3) 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。
(4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。
(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。
由以上五條派生的優(yōu)點(diǎn)：(1)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；(2)節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)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(duì)市場(chǎng)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)。
1.8.2宏觀看改造的必要性
從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(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(kāi)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(chēng)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)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(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。如我國(guó)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(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。
第2章 C6143普通車(chē)床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)要求
2.1總體方案
總體方案應(yīng)考慮車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類(lèi)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。
普通車(chē)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。
普通車(chē)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)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。
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位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS-51系列8位機(jī)具有功能多、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性/價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)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。
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。
計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需要減速齒輪副，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。
選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡盤(pán)，選擇螺紋編碼器等。
總體方案應(yīng)考慮車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類(lèi)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。
數(shù)控車(chē)床后應(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。
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)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。
比較項(xiàng)目
方案一
方案二
確定后的方案
具體原因
主軸箱
分級(jí)變速采用
調(diào)速電機(jī)+
齒輪傳動(dòng)
采用三相異步
電機(jī)+減速器
方案一
變速級(jí)數(shù)比較多
滿(mǎn)足多種加工
需要，也符合
任務(wù)書(shū)要求
進(jìn)給機(jī)構(gòu)
滾珠絲杠
+步進(jìn)電機(jī)
滾珠絲杠
+伺服電機(jī)
方案一
脈沖當(dāng)量
步進(jìn)電機(jī)控制
的準(zhǔn)確
刀架
四工位回轉(zhuǎn)
刀架
六工位回轉(zhuǎn)
刀架
都可以
各有各的好處
尾座
液壓尾座
手動(dòng)普通尾座
液壓尾座
可通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)
調(diào)整方便
數(shù)控系統(tǒng)
8位單片機(jī)
16位單片機(jī)
方案一
基本需求可以滿(mǎn)足
總體方案設(shè)計(jì)圖如2.1圖所示
2.2設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)參數(shù)包括車(chē)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)。
現(xiàn)列出C6143臥式車(chē)床的技術(shù)數(shù)據(jù)：
名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù)
在床身上 430mm
工件最大直徑
在刀架上 225mm
頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm
公制螺紋 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/m 7---96(24種)
最大通過(guò)直徑 48mm
孔錐度 莫氏6#
主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24
正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/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
刀架 最大回轉(zhuǎn)角 ±90°
刀杠支承面至中心的距離 26mm
刀杠截面B×H 25×25mm
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 2418×1000×1267mm
圓度 0.01mm
工作精度 圓柱度 200:0.02
平面度 0.02/φ300mm
表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm
主電動(dòng)機(jī) 7.5kw
電動(dòng)機(jī)功率
總功率 7.84kw
改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
最大加工直徑 在床面上 430mm
在床鞍上 225mm
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
2.3 其他要求
（1） 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量 ，以降低成本縮短改造周期。
（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，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。
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(wú)間隙傳動(dòng)聯(lián)軸器連接，達(dá)到傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)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(hào)：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)和一個(gè)同步信號(hào)，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(pán)、光闌板、光敏管及其光電整形放大電路組成。光柵盤(pán)和光闌板都是玻璃材料制成，玻璃表面經(jīng)過(guò)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(pán)上刻有明暗條紋，有單條和1024個(gè)條兩組。當(dāng)平行光束經(jīng)過(guò)光柵盤(pán)時(shí)，在光柵盤(pán)的另一面就產(chǎn)生明暗光帶，這光帶通過(guò)一個(gè)光闌狹縫，照在對(duì)應(yīng)的光敏管上，從而產(chǎn)生光電脈沖信號(hào)，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(gè)脈沖；1024條紋的一組通過(guò)光欄上兩個(gè)相位差π/4間距的狹縫，產(chǎn)生兩組每轉(zhuǎn)1024個(gè)脈沖組相差為π/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(gè)脈沖中均勻地取出F個(gè)脈沖，作為中斷信號(hào)控制插補(bǔ)速度，實(shí)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3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1刀具選擇
（一）刀具選擇：
銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。
凸臺(tái)、凹槽、箱口面：立銑刀。
毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。
立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤(pán)形刀。
（二）原則：
安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。
（三）排序原則
減少刀具數(shù)量；
裝夾一次，盡是加工完；
即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開(kāi)；
先銑后鉆；
精加工，先曲面后二維輪廓；
盡可能自動(dòng)換刀。
3.2切削用量確定
粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。
1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π
V=
2、切深t：最好是t等于加工余量。
3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。
L＝0.6－0.9d
粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。
精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。
3.3切削三要素
主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。
3.4加工精度和表面粗糙度
1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。
（1）尺寸精度：公差與配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2、IT18。
新公差等級(jí)與舊公差等級(jí)的對(duì)照及應(yīng)用
新公差等級(jí)
舊精度等級(jí)
加工方法
應(yīng)用
軸
孔
IT01－IT2
無(wú)
研磨
用于量塊、量?jī)x制造
IT3－IT4
研磨
用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工
IT5
1
無(wú)
研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉
用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍
IT6
2
1
IT7
3
2
磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金
IT8
3－4
IT9
4
銑、鏜、銑、刨、插
用于一般要求。主要用于長(zhǎng)度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合
IT10
5
IT11
6
粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄
用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合
IT12－IT13
7
IT14
8
沖壓、壓鑄
用于非配合
IT15－IT18
9－12
鑄、鍛、焊、氣割
?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實(shí)際形狀相對(duì)于理想形狀的準(zhǔn)確程度。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項(xiàng)形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
?。?）位置公差：零件上點(diǎn)、線、面要素的實(shí)際位置相對(duì)于理想位置的準(zhǔn)確程度。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項(xiàng)位置公差：
定向：平行度、垂直度、傾斜度。
定位：同軸度、對(duì)稱(chēng)度、位置度。
跳動(dòng)：圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)。
2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83）
輪廓算術(shù)平均偏差：
Ra＝ 或近似于Ra＝
微觀不平十點(diǎn)高度：
Rz＝(+)
在常用數(shù)值范圍內(nèi)（Ra＝0.25－4.5μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應(yīng)優(yōu)先選用Ra。
表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表
表面要求
表面特征
Ra(μm)
Rz(μm)
加工方法
舊國(guó)際光潔度級(jí)別代號(hào)
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
不
加
工
毛坯表面清除毛刺
1600
∽
1250
1000
800
630
500
100
400
粗
加
工
明顯可見(jiàn)的刀紋
80
320
粗銑
粗銑
粗刨
鉆
粗銼
▽1
63
250
50
200
可見(jiàn)刀紋
40
160
▽2
32
125
25
100
微見(jiàn)刀紋
20
80
▽3
16.0
63
12.5
50
半
精
加
工
可見(jiàn)加工痕跡
10
40
半精銑
精銑
精銑
精刨
粗磨
▽4
8
32
4.5
25
微見(jiàn)加工痕跡
5
20
▽5
4
16
3.2
12.5
不見(jiàn)加工痕跡
2.5
10
▽6
2
8
1.6
精
加
工
可辨加工痕跡的方向
1.25
4.5
精鉸
刮
精拉
精磨
▽7
1.00
5
0.8
4
微辨加工痕跡的方向
0.63
3.2
▽8
0.5
2.5
0.4
2.0
不辨加工痕跡的方向
0.32
1.6
▽9
0.25
1.25
0.2
1.00
精
密
加
工
暗光澤面
0.16
0.80
精密磨削
珩磨
研磨
超精加工
拋光
▽10
0.125
0. 63
0.1
0.50
亮光澤面
0.080
0.40
▽11
0.063
0.32
0.05
0.25
鏡狀光澤面
0.040
0.20
▽12
0.032
0.16
0.025
0.125
霧狀光澤面
0.020
0.10
▽13
0.016
0.080
0.012
0.063
鏡面
0.010
0.050
鏡面磨削
研磨
▽14
0.008
0.040
0.025
0.032
3.5刀具材料
碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200 -250℃，V＜8m/min。
合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。
高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min；
110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃
4、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。
另外，還有新型硬質(zhì)合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)計(jì)算
主要技術(shù)參數(shù)：?
床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑(主參數(shù)mm)
430
最大工件長(zhǎng)度（第二主參數(shù)，mm?）
1000
最大加工長(zhǎng)度/mm??????
900
主傳動(dòng)調(diào)速范圍r·min-1
10/1400
4.1 參數(shù)的確定
了解車(chē)床的基本情況和特點(diǎn)---車(chē)床的規(guī)格系列和類(lèi)型
1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類(lèi)型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車(chē)床是普通型車(chē)床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車(chē)床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說(shuō)明了。
2.車(chē)床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）
最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D是430mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于215mm；主軸通孔直徑d要大于或等于80mm；主軸頭號(hào)（JB2521-79）是4.5；最大工件長(zhǎng)度L是1800mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：10～1400r/min可無(wú)級(jí)調(diào)速.
參數(shù)確定的步驟和方法
a) 極限切削速度umax﹑umin
根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類(lèi) ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下：
取umax=300m/min；
umin=8m/min。
b) 主軸的極限轉(zhuǎn)速
計(jì)算車(chē)床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=430mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為：
加工條件
硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件
30～50
硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件
150～300
螺紋（絲杠等）加工鉸孔
3～8
nmax=r/min （2.1）
=758～1517r/min ，取=1000r/m；
nmin=r/min （2.2）
在中考慮車(chē)螺紋和絞孔時(shí)，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工情況選取0.1D和50左右。
所以 nmin==32r/min
由于轉(zhuǎn)速范圍 R= =
=31.25 ；
因?yàn)榧?jí)數(shù)Z已知：
Z=16級(jí) 。
現(xiàn)以Φ=1.26和Φ=1.41代入R=
得R=32和173 ，因此取Φ=1.26更為合適。
各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ=1.06的從1～10000的數(shù)值，因Φ=1.26=，從表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。
c) 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)z和公比￠
已知 =Rn
Rn=且： z=
因機(jī)床的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動(dòng)居多，因此，傳動(dòng)系統(tǒng)中若按傳動(dòng)順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位N.m）
T=，當(dāng)傳遞功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時(shí)，傳動(dòng)件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如下：
16=。
d) 主電機(jī)功率—?jiǎng)恿?shù)的確定
合理地確定電機(jī)功率N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。
目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類(lèi)、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車(chē)床典型重切削條件下的用量：
根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)表中推薦的數(shù)值：
取 P=7.5kw
4. 2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1) 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。
確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目
級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有Z1、Z2、Z3…個(gè)傳動(dòng)副。即
Z=Z1Z2Z3…
傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2和3的因子積為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子:
Z=
可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：
傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17個(gè)
軸向尺寸 19b
傳動(dòng)軸數(shù)目 8根
操縱機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單，兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪
根據(jù)以上分析及計(jì)算，擬定主軸箱、變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如下：
圖二中，第Ⅰ軸至第Ⅲ軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4=
圖一中，第Ⅳ軸至第Ⅷ軸，機(jī)床主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)采用分離傳動(dòng)，其主要特點(diǎn)是：
（1） 在滿(mǎn)足傳動(dòng)副極限傳動(dòng)比的條件下，可以得到較大的變速范圍。
（2） 高速由短支傳動(dòng)，有助于減少高速時(shí)機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺寸可相對(duì)小些。
（3） 變速級(jí)數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受2，3因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法配合，幾乎可以得到任意的變速級(jí)數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。
2) 主傳動(dòng)順序的安排
16級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上如果安裝摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。
主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。
(5) 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排
對(duì)于16級(jí)的傳動(dòng)只有一種方案，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該不只有這一個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是：
16=2［2］x 2［1］+ 2［2］x 2[1]+ 2[2］x 2[1]x2[8]
傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序