裝配圖車(chē)床-CA6140車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

裝配圖車(chē)床-CA6140車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì),裝配,車(chē)床,ca6140,傳動(dòng)系統(tǒng),數(shù)控,改造,設(shè)計(jì) CA6140普通車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 摘要 數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(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，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買(mǎi)昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。 針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)CA6140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CA6140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)。 通過(guò)對(duì)CA6140A普通車(chē)床的數(shù)控改造，使其加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠，操作方便，性能價(jià)格比高。這種方法對(duì)中小企業(yè)設(shè)備的數(shù)控改造有一定的借鑒與推廣作用。本次改造主要針對(duì)車(chē)床的主軸系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、反饋環(huán)節(jié)、電器控制柜及數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造方法簡(jiǎn)單、改造操作步驟便于實(shí)施。而且掌握了一些CAM、CAD等制圖軟件的應(yīng)用和論文的撰寫(xiě)格式，這篇論文對(duì)我兩年半的大學(xué)學(xué)習(xí)的一次全面總結(jié)。 關(guān)鍵詞：車(chē)床數(shù)控改造進(jìn)給系統(tǒng)主軸傳動(dòng)系統(tǒng) 目錄 引言 -1- 1.緒論 -1- 1.1數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)概述 -2- 1.2車(chē)床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國(guó)內(nèi)背景 -6- 1.3車(chē)床數(shù)控改造的必要性與可行性 -8- 2車(chē)床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案 -8- 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) -9- 2.2總體方案的論證 -9- 2.3總體改造方案的確定 -9- 2.6機(jī)械部分的改造 -10- 2.7數(shù)控部分的改造 -10- 3普通車(chē)床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造 -11- 3.1數(shù)控系統(tǒng) -11- 3.2縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 -13- 3.3橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 -16- 3.4刀架 -17- 3.5主軸傳動(dòng)系統(tǒng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造 -18- 3.6編碼器 -18- 4光柵尺安裝與調(diào)試 -19- 4.1光柵尺的安裝 -19- 4.2光柵尺的校正 -19- 5參考點(diǎn)的建立 -19- 6如何提高數(shù)控機(jī)床精度?精度不夠如何改進(jìn)? -20- 7結(jié)論 -22- 引言 數(shù)控機(jī)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，很好的解決了現(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)品的和、加工質(zhì)量。大幅度的提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床間隔較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。另外從目前國(guó)內(nèi)機(jī)床使用的現(xiàn)狀來(lái)看，普通機(jī)床擁有量巨大，在生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床相對(duì)于普通機(jī)床的優(yōu)勢(shì)較為明顯，而由于數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，所以有必要對(duì)普通機(jī)床加以數(shù)控改造，使之能完成數(shù)控機(jī)床能完成的部分生產(chǎn)任務(wù)。因此，我大膽的提出了對(duì)普通ca6140車(chē)床的數(shù)控化改造。 CA6140普通車(chē)床是普通機(jī)床中比較有代表性的機(jī)床，它在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有其先天性的不足。如剛度低、抗振動(dòng)性差、滑動(dòng)摩擦阻力較大及傳動(dòng)元件存在間隙等，因此需要有目的地改造，以滿足數(shù)控機(jī)床最基本的要求，這也是本文主要討論的問(wèn)題。對(duì)要改裝成通常加工用的數(shù)控機(jī)床，一般只在進(jìn)給系統(tǒng)作改進(jìn)。 1.緒論 數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(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，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買(mǎi)昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。 金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的一個(gè)主要設(shè)備。它擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器總制造量的40-60%。機(jī)床的計(jì)術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)和勞動(dòng)生產(chǎn)率。 金屬切削機(jī)床是人類(lèi)在改造自然的長(zhǎng)起生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。近些年來(lái)我國(guó)機(jī)床工業(yè)已取得很大成就。但和世界先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在大部分高精度和超密機(jī)床的性能還不能滿足要求。精度保持性也很差。特別是高效自動(dòng)化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。我國(guó)的技術(shù)人員素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展的需要。 通過(guò)寫(xiě)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用機(jī)械課程設(shè)計(jì)和其它課程地理論和實(shí)際知識(shí)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般能力，樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了分析和解決問(wèn)題的能力。 學(xué)會(huì)了從機(jī)械功能的要求出發(fā)，會(huì)合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類(lèi)型，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算的工作能力。確定它的尺寸，形狀，結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝，使用，維護(hù)，經(jīng)濟(jì)和安全等問(wèn)題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力，機(jī)床設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門(mén)的要求和制造部門(mén)的可能，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，所進(jìn)行的創(chuàng)造性的勞動(dòng)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，使用部門(mén)對(duì)機(jī)床的要求也在不斷地提高，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門(mén)創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)使用要求的條件，從而使機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造獲得了迅速的發(fā)展。 機(jī)床設(shè)計(jì)也是從低級(jí)到高級(jí)發(fā)展的。在開(kāi)始設(shè)計(jì)機(jī)床的最初階段，主要考慮這樣兩點(diǎn)：首先，為了加工出一定形狀的工件，必需保證刀具與工件之間具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系；其次是機(jī)件要有足夠的強(qiáng)度。過(guò)了一段時(shí)間以后，又提出對(duì)機(jī)床幾何精度的要求。這時(shí)的機(jī)床設(shè)計(jì)與制造是在滿足機(jī)床幾何精度要求的前提下，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者用類(lèi)比的方法進(jìn)行的，可統(tǒng)稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 隨著科學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展和工藝水平的提高，尤其是先進(jìn)刀具的出現(xiàn)，使機(jī)床向高速，大功率的方向發(fā)展。因此，對(duì)機(jī)床的精度和生產(chǎn)率等方面要求也就越來(lái)越高。于是，又相繼提出了一些設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)必須考慮的問(wèn)題，如機(jī)床的精度問(wèn)題，剛度，抗?fàn)幮?，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，熱變形，噪音，磨損等等。對(duì)于這些問(wèn)題的研究主要是通過(guò)機(jī)床性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析它們的規(guī)律性，分析影響機(jī)床性能的主要原因和尋求解決問(wèn)題的方法。這時(shí)的機(jī)床設(shè)計(jì)是以實(shí)物測(cè)試和模型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。與此同時(shí)，把技術(shù)科學(xué)中的理論應(yīng)用到機(jī)床設(shè)計(jì)中來(lái)，初步建立起機(jī)床的基礎(chǔ)理論。對(duì)于機(jī)床設(shè)計(jì)，顯著地提高了機(jī)床的性能。 近些年來(lái)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，為機(jī)床設(shè)計(jì)提供了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，理論研究也進(jìn)入了新的階段，尤其是電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)始進(jìn)入計(jì)算機(jī)輔助(CAD)和優(yōu)化的間斷。 通過(guò)寫(xiě)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件 1.1數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)概述 1.1.1數(shù)控車(chē)床改造的意義 我國(guó)現(xiàn)在擁有數(shù)量多達(dá)300多萬(wàn)臺(tái)的通用機(jī)床，其中大部分機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度與先進(jìn)設(shè)備相比不高，要想在幾年內(nèi)大量地用數(shù)控機(jī)床來(lái)更新，無(wú)論在資金上還是技術(shù)力量上都是難以實(shí)現(xiàn)的。但如果利用數(shù)控技術(shù)根據(jù)需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床加以改造，不僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化，提高機(jī)床的加工精度，而且投資少、見(jiàn)效快，適合我國(guó)的生產(chǎn)力水平。因此，利用數(shù)控技術(shù)改造舊設(shè)備已成為我國(guó)推廣全功能數(shù)控機(jī)床的過(guò)渡手段。 1.1.2普通車(chē)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類(lèi)提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： (1)適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 (2)加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； (3)可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件； (4)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； (5)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)效率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）； (6)機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度改善勞動(dòng)條件； (7)對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成： (8)主機(jī)，他是數(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。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 (9)數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，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(chǔ)、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。 (10)驅(qū)動(dòng)裝置，他是數(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)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)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的加工。 (11)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(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。 (12)編程及其他附屬設(shè)備，可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。 還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費(fèi)用低；機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；可以采用最新的控制技術(shù)；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類(lèi)產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。 我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買(mǎi)新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。 1984年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。 1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容 車(chē)床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式如下： 1、進(jìn)給軸的改造 　　普通車(chē)床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運(yùn)動(dòng)；走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)光桿及溜板箱，獲得不同的進(jìn)刀量即X軸運(yùn)動(dòng)。普通車(chē)床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈分別代替，具體體現(xiàn)為： 　　Z軸：縱向電機(jī)→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。 　　X軸：橫向電機(jī)→減速箱（或聯(lián)軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。 　　改造后整個(gè)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。 (1) 滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式 　　普通車(chē)床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng)。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.90～0.96；若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長(zhǎng)、精度保持性好。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。 　　滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來(lái)定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。 改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對(duì)有特殊要求的機(jī)床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導(dǎo)程在滿足機(jī)床改造后性能的前提下越小，對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。機(jī)床的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中絲杠副選P4級(jí)即可滿足要求，特殊精密機(jī)床選P3級(jí)甚至更高。絲杠副軸承常見(jiàn)的布置形式根據(jù)不同的需要可以分為以下幾種，{？？？如圖1。 圖1絲杠副軸承的布置?????} ?、?圖1－a中為一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。 　②.圖1－b中為一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。 1－d中為兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過(guò)軸承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長(zhǎng)度不大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時(shí)的預(yù)拉伸量，否則會(huì)影響軸承壽命，同時(shí)也會(huì)因?yàn)轭A(yù)加負(fù)載得不易控制而增加電機(jī)的附加扭矩。 (2）機(jī)床導(dǎo)軌 　　普通車(chē)床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。 (3）電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 　　在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來(lái)的傳動(dòng)誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過(guò)聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來(lái)定。一般對(duì)于小型車(chē)床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來(lái)傳動(dòng)；對(duì)于大型車(chē)床如C6150，床身長(zhǎng)5米的車(chē)床，由于絲杠較長(zhǎng)，直徑較大，除了要考慮傳動(dòng)力的問(wèn)題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問(wèn)題，往往電機(jī)都要通過(guò)幾級(jí)減速來(lái)傳動(dòng)。無(wú)論是采用齒輪還是同步帶論來(lái)傳動(dòng)，其傳動(dòng)間隙的消除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動(dòng)中常用的方法有錯(cuò)齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動(dòng)中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。 2、主軸部分的改造 　　車(chē)床主軸帶動(dòng)工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車(chē)削加工中的主運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)床大部分動(dòng)力。普通車(chē)床由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶傳動(dòng)，經(jīng)主軸變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動(dòng)或自動(dòng)變速獲得（9～24）級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車(chē)床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器組成。普通車(chē)床在數(shù)控化改造時(shí)大部分情況下保留原主軸箱，不做改動(dòng)或少做改動(dòng)。如需改動(dòng)則要注意以下幾點(diǎn)： 　　如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤(rùn)滑功能，則需對(duì)其增裝單獨(dú)普通電機(jī)加以驅(qū)動(dòng)，避免液壓系統(tǒng)受到主電機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。 　　如不需要原有機(jī)械變速換擋時(shí)，則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死以免因?yàn)檎`操作出現(xiàn)事故。 　　機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車(chē)床加工螺紋時(shí)往往是通過(guò)掛輪組來(lái)完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來(lái)十分麻煩。改造時(shí)如圖2，我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過(guò)反饋給系統(tǒng)控制進(jìn)給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤(pán)可分為增量式光電碼盤(pán)和絕對(duì)式光電碼盤(pán)，目前國(guó)內(nèi)常用的為增量式光電碼盤(pán)。根據(jù)光電碼盤(pán)上刻線條數(shù)可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。 3、刀架部分的改造 　　目前數(shù)控車(chē)床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng)車(chē)床刀架多為手動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電動(dòng)，改造時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)其加以更換。 　　電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動(dòng)刀架，立式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤(pán)）和免抬刀刀架（三端齒盤(pán)）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價(jià)格相對(duì)較貴，改造中常用立式四工位電動(dòng)刀架。 4、潤(rùn)滑部分的改造 　　老式傳統(tǒng)車(chē)床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤(rùn)滑和油脂潤(rùn)滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動(dòng)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 在對(duì)這些機(jī)床改造時(shí)一般都要對(duì)其潤(rùn)滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，采用稀油集中定量、定時(shí)供油潤(rùn)滑的方式，可分為手控潤(rùn)滑和編程自動(dòng)潤(rùn)化兩種，在機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。 　　絲杠支承軸承一般采用油脂潤(rùn)滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤(rùn)滑。 5、機(jī)床防護(hù) 　　機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。 　　局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。半防護(hù)是在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)，即增加擋屑裝置。全防護(hù)即在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)機(jī)床加以封閉，此種防護(hù)最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實(shí)際操作起來(lái)以前兩種最多，也最易操作。 1.2車(chē)床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國(guó)內(nèi)背景 隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來(lái)越多。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需更換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購(gòu)買(mǎi)新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來(lái)的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑。總體改造方案數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足車(chē)床總體布局的前提下要盡可能利用原來(lái)的零部件，因此確定總體改造方案如下： ① 除原車(chē)床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過(guò)托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)接； ② 橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對(duì)操作者)，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速裝置安裝在機(jī)床的右端，靠近尾座的位置； ③ 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。 　　產(chǎn)生與發(fā)展的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ) 　　(1)我國(guó)現(xiàn)有的、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的陳舊、落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，由于長(zhǎng)期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過(guò)低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為盡快改變我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來(lái)，我們?cè)谄D難地發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極地引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。一方面與世界先進(jìn)機(jī)床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進(jìn)水平的各類(lèi)機(jī)床；另一方面直接購(gòu)進(jìn)了大量的各類(lèi)機(jī)床。這一切都為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了巨大的作用。 　　但是，機(jī)床長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長(zhǎng)期閑置，需要使用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動(dòng)；由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過(guò)早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來(lái)一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10年，而我國(guó)大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。 這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。 　　(2)新進(jìn)的大批二手機(jī)床成為機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開(kāi)放以來(lái)，許多企業(yè)引進(jìn)了一大批國(guó)外淘汰的舊機(jī)床，雖然有一部分尚能滿足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、資料及備件等因素，造成雖廉價(jià)購(gòu)進(jìn)但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。 其中不乏有為改造后投入使用而引進(jìn)的舊機(jī)床和生產(chǎn)線。這里多數(shù)的二手機(jī)床只要再有適當(dāng)?shù)馁Y金投入，經(jīng)過(guò)大修改造即可發(fā)揮作用。 　　(3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力對(duì)于機(jī)床擁有者來(lái)說(shuō)，只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國(guó)際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床60%左右的價(jià)格。 　　對(duì)于機(jī)床大修改造業(yè)內(nèi)公司來(lái)說(shuō)，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動(dòng)力。 　　(4)機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件舊機(jī)床的大修、翻新、升級(jí)改造與購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床相比，具有下列優(yōu)勢(shì)： 　?、俳回浧诙獭Ｓ绕涫谴笮蜋C(jī)床和特殊專(zhuān)用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。 　　②性能更穩(wěn)定。各基礎(chǔ)件經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長(zhǎng)期磨合。功能穩(wěn)定性可靠性好。 　?、墼O(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來(lái)的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在。 　?、芸梢愿浞值伢w現(xiàn)用戶的意愿。用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見(jiàn)，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。 　　⑤更有利于使用與維護(hù)。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過(guò)程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力。 　?、蘅梢愿斓孬@取最新的更實(shí)用的備件。 　?、吖?jié)省大量投資。 　?、嘟档屯顿Y風(fēng)險(xiǎn)。 　　(5)社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化趨勢(shì)是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路舊機(jī)床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期必要和重要的行為，而且是一個(gè)企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。 　　當(dāng)前，21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國(guó)大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)改制、轉(zhuǎn)軌以進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，迅速融入國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。這就需要我們企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)集中全部力量面對(duì)這些挑戰(zhàn)。企業(yè)集團(tuán)化和集團(tuán)內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開(kāi)發(fā)適銷(xiāo)對(duì)路產(chǎn)品，提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力；集中人力、財(cái)力、物力以提高本企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價(jià)值。因此，企業(yè)自身不可能再像過(guò)去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下?lián)碛写蠖木S修隊(duì)伍。而設(shè)備維修改造的社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢(shì)。 　　國(guó)外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場(chǎng)。而在我國(guó)，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來(lái)衡量還相距甚遠(yuǎn)。但是業(yè)內(nèi)有識(shí)之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來(lái)，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專(zhuān)業(yè)化企業(yè)會(huì)成長(zhǎng)起來(lái)。 1.3車(chē)床數(shù)控改造的必要性與可行性 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，它的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國(guó)力的強(qiáng)弱，具有超越其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國(guó)企業(yè)機(jī)械制造整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。由于我國(guó)企業(yè)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)依賴(lài)進(jìn)口，企業(yè)承受不了巨額購(gòu)置費(fèi)，且易受?chē)?guó)外的控制，另外數(shù)控機(jī)械設(shè)備維修力量薄弱，進(jìn)口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，大部分進(jìn)口機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進(jìn)口后還沒(méi)使用就已因?yàn)楦鞣矫嬖虿荒苁褂玫鹊?。因此目前我?guó)企業(yè)機(jī)床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機(jī)床，很難滿足企業(yè)高技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進(jìn)一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機(jī)床的功效和潛在價(jià)值，將大批傳統(tǒng)老式機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床是一種必然性和趨勢(shì)。 2車(chē)床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案 本次改造的普通車(chē)床型號(hào)為CA6140，長(zhǎng)度750毫米。數(shù)控改造主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造和數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，擬采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)控制縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證改造后的車(chē)床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)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。 2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 2.2總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。 ① 控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車(chē)床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。 ②伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 ③數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關(guān)鍵，選擇CPU應(yīng)考慮以下要素： (1) 時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； (2) 可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； (3) I/O口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)。 除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定CPU。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋?，普及性、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)中是以MCS-51系列單片機(jī)，51系列相對(duì)48系列指令更豐富，相對(duì)96系列價(jià)格更便宜，51系列中，是無(wú)ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計(jì)以8031芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開(kāi)關(guān)組成的控制系統(tǒng)。 2.3總體改造方案的確定 CA6140A車(chē)床主要用于對(duì)中小型軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。 數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。普通車(chē)床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車(chē)床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車(chē)床的加工精度和生產(chǎn)效率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車(chē)床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。改造中需要解決的問(wèn)題是：將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車(chē)床。根據(jù)CA6140A車(chē)床的有關(guān)資料，確定總體方案為： 利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過(guò)I/O接口輸出給X軸和Z軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過(guò)刀架控制器控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車(chē)削功功能。 2.6機(jī)械部分的改造 機(jī)械制造業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。為此，各國(guó)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢(shì)下的各種先進(jìn)制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。作為制造業(yè)核心的機(jī)床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。 (1)主傳動(dòng)系統(tǒng)，保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動(dòng)改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。 (2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)改造縱、橫向傳動(dòng)全部用滾珠絲杠（傳動(dòng)效率高，達(dá)到90%）。（拆除原有的掛輪系統(tǒng)、進(jìn)給箱、溜板箱、光桿），在溜板下加裝滾珠絲杠螺母托架，在滾珠絲杠的頭、尾部加裝接套、接桿及支承。 (3)刀架部分不做改動(dòng)，一次裝夾一把刀，不能自動(dòng)換刀。 2.7數(shù)控部分的改造 為降低改造成本，決定采用開(kāi)環(huán)控制方式對(duì)X軸和Z軸進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低，調(diào)試、維護(hù)方便，一般用于精度不高的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床。本次改造的機(jī)床主要用于粗加工。 CA6140車(chē)床的數(shù)控化改造(2)2007-05-1413：364·2　 接口箱內(nèi)減速齒輪的齒數(shù)比 該車(chē)床要求的控制精度為：Z向0·005mm，X向?yàn)?·0025mm，即當(dāng)執(zhí)行一個(gè)脈沖指令時(shí)，工件的長(zhǎng)度和直徑均變化0·005mm。BYG550C-2型步進(jìn)電機(jī)的步距角為0·36°，每周步距數(shù)為360/0·36=1000(步/周)，X向絲杠螺距為4mm，脈沖當(dāng)量為0·0025mm，Z向絲杠螺距為6mm，脈沖當(dāng)量0·005mm。按公式 主動(dòng)輪齒數(shù) 從動(dòng)輪齒數(shù)=步/周×脈沖當(dāng)量絲杠螺距則X向：Z主/Z從=1000×2·5/4000=5/8Z向：Z主/Z從=1000×5/6000=5/6 3普通車(chē)床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造 3.1數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的靈魂，其性能的穩(wěn)定性直接影響零件的加工的尺寸精度、位置精度及操作工人的人身安全。一般的，普通車(chē)床數(shù)控改造時(shí)，由于需要加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控系統(tǒng)。 3.1.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類(lèi)型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 1、步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)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(guò)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(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱(chēng)之為開(kāi)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(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。 2、異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，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(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開(kāi)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)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。 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(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)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(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問(wèn)題。 當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國(guó)外著名公司的如德國(guó)SIEMENS公司、日本FANUC公司；國(guó)內(nèi)公司如中國(guó)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(yáng)高檔數(shù)控國(guó)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。 3.1.3電氣控制原理 1、主軸控制系統(tǒng)： 主軸采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)由西門(mén)子440變頻器US控制，其動(dòng)力由U、V、W三相電源經(jīng)變頻器US提供，主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由指令控制經(jīng)PLC輸出再經(jīng)變頻器US控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)XS9口直接連到變頻器US控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，若出現(xiàn)故障，則由變頻器US發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類(lèi)型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 {???????控制原理圖如下： 圖2.1主軸控制系統(tǒng)原理圖???????} 2、Z軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)： Z軸采用松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)由松下伺服模塊控制，其動(dòng)力由R、S、T三相電源經(jīng)伺服模塊提供，伺服電機(jī)控制刀架的Z（縱向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30-XS33，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類(lèi)型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 {????????控制原理圖如下： 圖2.2Z軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)原理圖 3、X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)： X軸電機(jī)采用雷賽步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由雷賽伺服模塊控制，其動(dòng)力由+V1電源經(jīng)伺服模塊提供，步進(jìn)電機(jī)控制刀架的X（橫向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類(lèi)型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 控制原理圖如下： 圖2.3X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)原理圖???????} 4、刀架控制電路： 刀架電機(jī)采用三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)由繼電器模塊控制，刀架電機(jī)控制刀架的換刀（正反轉(zhuǎn)）及轉(zhuǎn)動(dòng)角度指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，若出現(xiàn)故障，則由PLC發(fā)出信號(hào)輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類(lèi)型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 控制原理圖如下： {圖2.4刀架電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖} 5、光柵尺控制電路： 光柵尺通過(guò)測(cè)量反饋控制刀架進(jìn)給與后退量的實(shí)際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)加工情況進(jìn)行時(shí)時(shí)調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類(lèi)型并在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 控制原理圖如下： {？？？？圖2.5光柵尺控制電路原理圖？？？} 3.2縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 3.2.1改造思路 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(jí)，螺母間隙過(guò)大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。縱向進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)大拖板左右縱向移動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)安裝在縱向絲杠的右端。 3.2.2縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 工作臺(tái)重量W=80(kg)(根據(jù)圖樣粗略估計(jì)) 時(shí)間常數(shù)t=25（ms） 滾珠絲杠基本導(dǎo)程P=6（mm） 行程s=1000（mm） 脈沖當(dāng)量δp=0.01/脈沖 步距角ψ=0.75（mm/脈沖） 快速進(jìn)給速度V=4（m/min） (1)切削力計(jì)算 縱切外圓時(shí)，車(chē)床的切削力Fz可以用下式計(jì)算： F=0.67（2-1） 式中：為在車(chē)床床面上加工的最大直徑(mm)，=21（mm） 則F=0.67×210=2039(N) 進(jìn)給抗力Fx和切深抗力可按下列比例分別求出 F：F：F=1：0.25：0.4 則F=0.25×2039=510(N)F=0.4×2039=815.6(N) (2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ①實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力 可用下列進(jìn)給牽引力實(shí)際公式計(jì)算，對(duì)于三角形或綜合導(dǎo)軌機(jī)床： f=KF+f′(F+W)（2-2） 式中：F、F—X（橫）、Z（縱）方向上的切削分力，單位為（N） W—移動(dòng)部件的重量，單位為（N） f′—導(dǎo)軌上的摩檫系數(shù) K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 對(duì)于三角形或綜合性導(dǎo)軌機(jī)床： K=1.15f′=0.15-0.18取f′=0.16 =1.15×510+0.16(2039+800)=1040.7(N) ②最大動(dòng)負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸初選 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷C選用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾珠軸承相似，滾珠絲杠最大C可用下式計(jì)算： C=fF（2-3） 式中：L—工作壽命，單位為10r，L=； n—絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)，n=； V—最大切削力條件下的進(jìn)給速度(m/min)，可取最高進(jìn)給速度的～； L—絲杠基本導(dǎo)程(mm)； f—運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，一般情況取1.2-1.5； F—為滾珠絲杠工作載荷(N)。 計(jì)算時(shí)，可根據(jù)快進(jìn)速度V和絲杠最大轉(zhuǎn)速，初選一個(gè)數(shù)值L≥1000，待剛度驗(yàn)算后再確定t為額定使用壽命(h)可取t=1500h； V=V=×4=2（m/min） n=1440×1.129=1625.8（r/min） L≥1000==2.46（mm）取L=6（mm） 則n===333r/min L===300(10r) C=fF=×1.3×1040.7=9056.8(N) 初選滾珠絲桿副的尺寸，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷C不得小于最大動(dòng)載荷C：C>C，選用內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)螺旋副： D=3.696，d=40mm，C=16300，C=47100，λ=2?44'，L=6， (3)傳動(dòng)效率計(jì)算： 滾動(dòng)絲杠螺紋的傳動(dòng)效率η為： η=（2-4） 式中：λ—絲杠螺紋升角，可根據(jù)初選型號(hào)查出，λ=2.44°； —摩檫絲杠副的滾動(dòng)摩檫系數(shù)f=0.003-0.004，其摩檫角約等于10′ 則η==0.97603 (4)剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形.滾珠絲杠的扭矩變形較小，對(duì)縱向變形的影響更小，可忽略不計(jì)，螺母座只要設(shè)計(jì)合理，其變形量也可忽略不計(jì).絲杠軸承的軸向接觸變形計(jì)算方法可參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).可供滾珠絲杠支承使用的滾動(dòng)軸承種類(lèi)很多，目前占優(yōu)勢(shì)的有：接觸角為60的推力角接觸球軸承，可以背靠背或面對(duì)面組配，還可以三聯(lián)組配，四聯(lián)組配等，為提高剛度和承載能力。因此，只要滾珠絲杠的剛度設(shè)計(jì)得好，軸承的軸夏管內(nèi)接觸變形在此可以不予考慮。 1絲杠的拉壓變形量 滾珠絲杠應(yīng)計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量： δ=（2-5） 式中：δ—在工作載荷作用下絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮變形量(mm)； F—為絲杠的工作載荷(N); L—滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度(mm); E—材料彈性模量，對(duì)鋼E=20.6×10Mpa; A—滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面(mm)，+號(hào)用于拉伸，-號(hào)用于壓縮. F=1040.7(N)L=1600mmE=20.6×10MpaA=(d-D) 則δ===0.0079（mm） 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ 該變形量與滾珠列.圈數(shù)有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，有預(yù)緊力時(shí)： δ=（2-6） 式中：D——滾珠直徑(mm); Z——滾珠總數(shù)量，Z=Z×圓數(shù)×列數(shù); Z——圈的滾珠數(shù)，Z=(π)-3(內(nèi)循環(huán)); D——滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑(mm); F——為預(yù)緊力(N); F——為滾珠絲杠工作載荷(K); D=3.969（mm）Z==58 F=1040.7(N)F=F=×510=170(N) 所以，δ=0.0013=0.0022（mm） 絲杠的總變形量δ=δ+δ=0.0079+0.0101<0.015 由此可得滾珠絲杠副剛度滿足條件 3.2.3實(shí)施步驟 （1）拆下普通滑動(dòng)絲杠與溜板箱，取消絲杠與主軸箱齒輪的傳動(dòng)聯(lián)系，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷(xiāo)孔安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，兩端采用原固定方式這樣可減小改裝現(xiàn)場(chǎng)，并且由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性?xún)?yōu)于以前。滾珠絲杠選用單圓弧滾道截面，外循環(huán)方式精度選6級(jí)。為了在齒輪傳動(dòng)中消除間隙，實(shí)現(xiàn)微量自動(dòng)補(bǔ)償以提高傳動(dòng)精度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙，可調(diào)拉彈簧式結(jié)構(gòu)； （2）拆下絲杠右端的支撐座，在坐標(biāo)鏜床上將其孔徑鏜至40mm，便與伺服電動(dòng)機(jī)的支撐軸相配合； （3）車(chē)削兩個(gè)軸套（分別為一長(zhǎng)一短），長(zhǎng)套用于連接絲杠左端和左支撐座，短套用于連接絲杠右端與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸； （4）對(duì)安裝螺母的配件進(jìn)行刨、磨、鉆、鉸和攻絲等加工，使其符合安裝條件； （5）總裝后，進(jìn)行局部調(diào)整（如滾珠絲杠與道軌的平行度、螺母間隙和螺母上下前后位置等），力求使?jié)L珠絲杠受力均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)傳動(dòng)間隙。 3.3橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 3.3.1改造思路 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造應(yīng)保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速器后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)安裝在大拖板后端，用法蘭盤(pán)將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與大拖板連接起來(lái)，一保證其同軸度和提高傳動(dòng)精度。 縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速，并用雙片薄齒輪錯(cuò)齒法消除調(diào)隙，雙片齒輪間沒(méi)有家彈簧自動(dòng)消除間隙，因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，彈簧彈力顯很小，起不到自動(dòng)消除間隙的作用；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，彈簧彈力又明顯很大，則更容易加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來(lái)消除間隙。 3.3.2實(shí)施步驟 （1）拆下刀架、小拖板及滑動(dòng)絲杠； （2）車(chē)削一根定位芯軸，保證法蘭盤(pán)孔與大拖板后孔的同軸度。定位后，配鉆四個(gè)螺釘孔，并攻螺紋； （3）車(chē)削一根手輪軸，代替原絲杠手輪軸，用于與滾珠絲杠連接； （4）車(chē)削兩個(gè)連接套，用于絲杠連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)和手輪軸； （5）銑去大拖板上與螺母發(fā)生干涉的部位； （6）利用車(chē)床主軸和尾座將螺母安裝到絲杠上，在利用鎖緊螺母進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙； （7）總裝后，用墊片調(diào)整螺母上下位置，使其傳動(dòng)平穩(wěn)。 3.4刀架 3.4.1改造思路 刀架部分是機(jī)床的重要功能部件，對(duì)其進(jìn)行改裝主要是為了實(shí)現(xiàn)多刀夾持、自動(dòng)換刀。 電動(dòng)刀架能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能，降低輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，選擇常州亞興機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的四方刀架，它可以完成粗、精車(chē)，螺紋車(chē)削和切槽、切斷等加工的換刀工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用。刀架的轉(zhuǎn)位由三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)完成。 3.4.2實(shí)施步驟 （1）拆下原手動(dòng)刀架； （2）在小拖板上鉆四個(gè)安裝孔，并攻絲； （3）手動(dòng)抬起電動(dòng)刀架，將刀架安裝在小拖板上； （4）安裝后，試用MDI功能換刀，觀察三相電源有無(wú)接反。 3.5主軸傳動(dòng)系統(tǒng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造 3.5.1改造思路 為提高機(jī)床自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中自動(dòng)變速，對(duì)原CA6140A主軸傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的改裝。 3.5.2實(shí)施步驟 （1）取消原變速箱，將主軸電機(jī)換成四速異步電機(jī)； （2）保留原主軸箱內(nèi)的背齒輪機(jī)構(gòu)。 3.5.3滑動(dòng)導(dǎo)軌副 對(duì)數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車(chē)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(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。 普通車(chē)床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。 3.6編碼器 3.6.1改造思路 車(chē)螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)一圈，車(chē)刀移動(dòng)一個(gè)螺距（單頭），主軸與絲杠應(yīng)同步動(dòng)作，為保證每次吃刀都不亂扣，必須安裝一個(gè)光電編碼器。 按要求編碼器與主軸的傳動(dòng)比應(yīng)為1：1，由兩個(gè)齒數(shù)均為50的塑料齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于車(chē)床結(jié)構(gòu)不符合安裝要求，只能通過(guò)自制掛輪間接實(shí)現(xiàn)1：1的傳動(dòng)比要求。 3.6.2實(shí)施步驟 （1）拆下原有的掛輪，加工兩只67齒與90齒掛輪； （2）增加一只中間繼電器，有電門(mén)鎖開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)床的電源； （3）在電動(dòng)刀架三相電源進(jìn)線處加裝快速熔斷器和熱繼電器（2.5A），保證電動(dòng)刀架安全工作。 {？？？？？圖2.6編碼器安裝示意圖？？？？} 4光柵尺安裝與調(diào)試 4.1光柵尺的安裝 在光柵尺的安裝時(shí)應(yīng)盡量與運(yùn)動(dòng)方向的元件保持一致性；大多數(shù)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)一般部是運(yùn)用精密滾珠絲杠副，理論上要求光柵尺安裝在進(jìn)給絲杠副的軸線上。但由于實(shí)際受結(jié)構(gòu)的限制以及空間的影響，光柵尺都安裝在導(dǎo)軌外側(cè)，如果光柵尺裝配不當(dāng)，特別導(dǎo)軌誤差，對(duì)位置測(cè)量有巨大影響。為了將由此產(chǎn)生的阿貝誤差降到很小，定尺和定尺外殼應(yīng)盡可能地固定于機(jī)床的固定結(jié)合面上，安裝面一定要與機(jī)床導(dǎo)軌平行。這就要求安裝面與絲杠軸線的正側(cè)(即安裝基面與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向基面)保持平行≤0.10mm。在加工安裝基面時(shí)可以加工一個(gè)2～5mm的凸臺(tái)作為光柵尺的定位基準(zhǔn)，要求與導(dǎo)軌正側(cè)≤0.01。在安裝光柵尺時(shí)可以靠在定位基準(zhǔn)上，這樣也便于光柵尺的裝配，光柵尺安裝在導(dǎo)軌外側(cè)，也便于調(diào)試和將來(lái)的維修。 {？？？？？圖3.1光柵尺示意圖？？？？？} 光柵尺在安裝時(shí)，要避免各種加速度，抗振的最高值在55～2000Hz，對(duì)振擊和沖擊負(fù)荷(平正弦型)允許加速度最高值在llns；在裝配調(diào)整時(shí)應(yīng)避免使用鋼件或相近材質(zhì)的部件；不要固定在熱源附近，機(jī)床在使用一年以后，應(yīng)對(duì)光柵尺進(jìn)行校正，同時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)光柵尺的運(yùn)行情況；如需清洗時(shí)應(yīng)該用棉球沾無(wú)水酒精擦拭，如果光柵尺污物太多，應(yīng)讓技術(shù)人員拆下光柵尺的一頭用無(wú)水酒精沖洗，不允許用其他可以產(chǎn)生結(jié)膜的物質(zhì)清洗。 4.2光柵尺的校正 首先將掃描頭輸出接頭與數(shù)字顯示器相連，把掃描頭移至測(cè)量起點(diǎn)，將激光干涉儀置于工作臺(tái)上并將其清零；然后將掃描頭全程移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)校正螺釘，使其在任意位置上時(shí)數(shù)字顯示器上讀數(shù)與激光干涉儀上的讀數(shù)相等。 光柵尺的定尺與動(dòng)尺的相對(duì)移動(dòng)代表機(jī)床的位移，定尺安裝在固定結(jié)合面上，而動(dòng)尺則需要用支架與運(yùn)動(dòng)部件連接，這就要求支架有