【正文】 (3)降低對工人技術(shù)等級的要求。(4)控改造費用低，可充分利用原有機床設(shè)備。(5)數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。簡易型數(shù)控機床簡易型數(shù)控機床又稱為經(jīng)濟型數(shù)控機床。這種機床的特點是簡單、實用、價廉、可靠、操作維修方便。簡易型數(shù)控機床的設(shè)計思想是面向生產(chǎn)第一線的操作工人，使操作適合操作工人的特點，經(jīng)過短期培訓(xùn)就能迅速地掌握，并讓工人在加工中發(fā)揮他們原有的操作經(jīng)驗。簡易型數(shù)控機床，其零件程序一般不使用紙帶輸入，而用鍵盤或磁帶輸入。它去掉了一些傳統(tǒng)的、復(fù)雜的自動機能，而保留了自動加工的基本功能。這種裝置由于體積小，往往與機床構(gòu)成一體，所以具有價廉、可靠等優(yōu)點，且在技術(shù)上具有一定的先進性，為我國現(xiàn)有舊機床的改造提供了有利條件。適應(yīng)目前技術(shù)革新與技術(shù)改造中量大面廣的需要。目前國內(nèi)發(fā)展了許多品種的簡易型數(shù)控機床，其中以簡易型數(shù)控車床為最多。二、設(shè)計任務(wù)與總體方案確定 1．設(shè)計任務(wù) （1） 本設(shè)計任務(wù)是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造， 利用微機對縱、橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制。／脈沖，橫向脈沖當量為0．005mm／脈沖。驅(qū)動元件采用直流步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠。（2）實現(xiàn)要求：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工。（3）操作要求：起動、點動、單步運行、自動循環(huán)、暫停、停止。2．總體方案的確定（1）確定改造對象本方案所選改造車床為應(yīng)用范圍較廣的CA6140普通車床,該車床是我國自行設(shè)計、制造的機床。該機床萬能性大，適用于加工各種軸類、套筒類、輪盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面。CA6140型車床因加工范圍廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度不高，所以，一般用于單件、小批生產(chǎn)。其主要技術(shù)規(guī)格如下:（2）CA6140主要技術(shù)參數(shù) 型號技術(shù)參數(shù)CA6140床身上最大回轉(zhuǎn)直徑（主參數(shù)）400mm工件最大長度（第二主參數(shù)）750、1000、1500、2000mm刀架溜板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑210mm主軸孔前端錐度莫氏6號主軸孔徑48mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)24級 10～1400r/min反轉(zhuǎn)12級 14～1580 r/min進給量縱向64級 ～橫向 64級 ～ mm/r縱向快速 4m/min橫向快速 2m/min車削螺紋公制44種1～192mm英制20種2～24牙／英寸～48mm徑節(jié)37種1～96牙／英寸刀架行程最大縱向行程4種650、900、1400、1900mm最大橫向形成2種260、295mm小刀架最大行程2種13165mm主軸中心線至刀桿支面距離25mm刀桿截面尺寸25mm25mm尾座套筒頂尖空錐度莫氏5號主電機轉(zhuǎn)速1400r/min溜板快速移動電機功率250kw轉(zhuǎn)速1360r/min外形尺寸長度2668mm寬度100mm高度1267mm察看了CA6140車床及有關(guān)資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為：采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。如圖1所示?？v向工作臺 功率放大步進電機光電隔離微機橫向工作臺 功率放大光電隔離步進電機由于設(shè)計的是簡易型經(jīng)濟數(shù)控,所以考慮具體方案時,基本原則是在滿足需要的前提下,對于機床盡可能減小改動量,以降低成本。采用開環(huán)控制改造后保留原機床的主傳動部分，去掉進給箱、溜板箱，拆下機床三杠?？v向進給機構(gòu)的改造：縱向進給機構(gòu)利用原車床進給箱的按裝孔和銷釘孔按裝齒輪箱體。進給運動的實現(xiàn)有滾珠絲框完成他置于原絲框的位置，兩端采用原有固定方式。用步進電機數(shù)控系統(tǒng)帶動絲框控制縱向工作臺運動。橫向進給機構(gòu)的改造：保留原手動機構(gòu)，用于微進給和機床刀具對零操作，原有的支承結(jié)構(gòu)也保留?？v、橫進給機構(gòu)都采用了一級齒輪減速，并用雙齒輪錯齒法消除間隙。改造后的機床上安裝有縱橫快速進給和急停按鈕以適應(yīng)機床調(diào)整時的操作和意外事故的緊急處理。經(jīng)濟型數(shù)控車床上加工螺紋和絲杠，需配置脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步運轉(zhuǎn)，發(fā)出車床主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號，輸送到計算機。為延長主軸脈沖發(fā)生器的使用壽命，減少磨損?？砂惭b電磁離合器不使用時將其斷開。數(shù)控系統(tǒng)采用MCS51系列的單片機控制，經(jīng)比較采用具有價格低，功能強，使用靈活等優(yōu)點的8031有擴展系統(tǒng)的單片機，即用8031外接2764（EPROM）、6264(RAM)及8155（擴展I/O）等芯片擴展一個較簡單的微機控制系統(tǒng)。CA6140車床數(shù)控改造總布置圖（如圖2）三、機械部分的設(shè)計計算縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算(裝配圖) (1)切削力的計算機床切削力的大小取決于刀具的材料、被加工工件的材料、切削用量等因素。而機床設(shè)計首先是由切削力的大小來估算電機的功率。本系統(tǒng)為對現(xiàn)有CA6140型普通車床的改造，所以可以由該機床的電動機功率和主軸上傳動的功率反推出工作臺進給時的切削力，由金屬切削原理得出機床的縱向切削力：機床縱向切削力Fx＝Fx＝。－0。4切削用量: aP=4mm ,f=,v=100m/min 式中：CFX＝29xFx=、YFx=、zFx=FZ＝＝＝＝＝＝FX將已知數(shù)據(jù)代入上式縱向切削力：FX＝ FZ＝(2)滾珠絲杠的設(shè)計計算①工作負荷P的計算工作負荷P是指數(shù)控機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力。其數(shù)值可由下式計算：縱向工作負載：P＝kFX+f＇（FZ＋G）式中：k——考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)。f＇——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)。G——移動部件的重量。取k= f＇＝計算結(jié)果：縱向工作負載P=②壽命L的計算10660nTL＝式中：n——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min） T——使用壽命時間（h）本系統(tǒng)T取1500h計算結(jié)果：L＝③最大動負荷Q的計算Q＝ fw fH P式中：fw——運轉(zhuǎn)系數(shù)： fH——運轉(zhuǎn)系數(shù)：計算結(jié)果:縱向最大負載：Q＝由以上計算結(jié)果選取滾珠絲杠：縱向選?。篸D2=40mm,選用FB4063E2④傳動效率tg(γ+φ)tgγη＝γ——螺紋的螺旋升角φ——摩擦角滾珠絲杠滾動摩擦系數(shù)f＝～＇γ＝2044＇所以縱向傳動效率η＝⑤剛度驗算滾珠絲杠受工作負載FX引起的導(dǎo)程L0的變化量EAPL0△L1＝177。式中：L0=6mm 彈性模量 E＝104MPa縱向:6A1= πR2 ==177。105mm104A2＝177。滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小可忽略△＝△L1=106100/=100所以L0查表知E級精度絲杠允差15181。m。故剛度足夠。⑥穩(wěn)定驗算FK＝FZπ2EIL2取彈性模量E＝104MPaI=πd4/64=π支承方式由表2－7得fz=將數(shù)據(jù)代入上式得FK＝672822ηK=FK/Fm=263ηK[nk]=254 2634 故絲杠不會失穩(wěn)是安全的（3）齒輪及步進電機的計算①傳動比的計算設(shè)計計算公式均來自《機床設(shè)計手冊》傳動比步距角:φ＝: S＝6mm脈沖當量δp==360δpi =φ S3606= ②主要幾何尺寸的計算故?。篫1=40 Z2=50 m=2mm ha*＝1 B1=25mm B2=20mm α=20176。齒輪主要幾何尺寸計算d1=mZ1= 240=80mm d2=mZ2= 250=100mm da1= d1+2ha*=84mm da2= d2+2ha*=104mmdf1= d12hf*=75mm df2= d22hf*=95mma=2d1+ d2=90mm③轉(zhuǎn)動慣量的計算齒輪的轉(zhuǎn)動慣量Jz1=104Jz2=104Jz1=104=(kgcm2)Jz2=104=(kgcm2)絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=104D4L=104104100＝(kgcm2)πφJ=(180δp180)2M=()280= kgcm2 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量電機轉(zhuǎn)動慣量很小可忽略?？偟霓D(zhuǎn)動慣量1i2( Js + Jz2 ) + Jz1+ JIJ＝1( + ) + + =( kgcm2)J＝④步進電機轉(zhuǎn)軸上啟動力矩的計算縱向啟動力矩2 π θb2 η