【正文】 ............................................ 17 6 部分齒輪結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì) ........................................... 17 縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 ..................................... 17 橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 ..................................... 18 7微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ......................................... 19 控制系統(tǒng)的功能要求 ........................................... 19 硬件電路的組成 ............................................... 19 設(shè)計(jì)說(shuō)明 ..................................................... 19 8 結(jié)束語(yǔ) ........................................................... 22 致謝 ............................................................... 22 1. 前言 隨著 計(jì)算 機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各 工業(yè) 發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì) 現(xiàn)代 制造技術(shù)進(jìn)行 研究 開(kāi)發(fā)，提出 了全新的制造模式。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以自動(dòng)化程度較高的數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)，自動(dòng)化程度較高的數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批、多變零件的加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，但是一方面數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資大，一般中小企業(yè)無(wú)力購(gòu)買(mǎi)，而另一方面普通機(jī)床大量存在，普通車(chē)床改造成自動(dòng)化程度較高的數(shù)控車(chē)床可以發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改 造后的新增功能，用較少的資金，得到較高的機(jī)床性能，提高機(jī)床的性能價(jià)格比。改造花費(fèi)少、針對(duì)性強(qiáng)，改造后的機(jī)床大多能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題，生產(chǎn)效率高。 2 設(shè)計(jì)要求 總體方案設(shè)計(jì)要求 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類(lèi)型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 （ 1）普通車(chē)床自動(dòng)化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插 補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此 選連續(xù)控制數(shù)控系統(tǒng)。 （ 2）車(chē)床自動(dòng)化化改裝后 ， 在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服 系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) （圖 1） 。 圖 1 步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制 （ 3）根據(jù)普通車(chē)床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，自動(dòng)化改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。在 8 位微機(jī)中選 MCS— 51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)， MCS— 51 系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的性?xún)r(jià)比。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命 令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其它輔助電路。 負(fù)載 步進(jìn)電機(jī) 功率放大器 步進(jìn)控制器 脈沖信號(hào) 被控量 （ 5）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床的要求。 （ 6）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （ 7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，配備有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 （ 8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 (9)改造總 體方案圖如圖 2 圖 2改造總體方案圖 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)一般包括車(chē)床的部分技術(shù)參數(shù)和自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)數(shù)控自動(dòng)進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 原普通車(chē)床 CA6140 技術(shù)數(shù)據(jù)： 名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm 工件最大直徑 在刀架上 210mm 頂尖間最大距離 650。900。1400。1900mm 宋制螺紋 mm 112(20 種 ) 加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 224(20 種 ) 模數(shù)螺紋 mm (11 種 ) 徑節(jié)螺紋 t/m 796(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 141580r/min 縱向級(jí)數(shù) 64 進(jìn)給量 縱向范圍 橫向級(jí)數(shù) 64 橫向范圍 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 177。 90176。 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 177。 10mm 外形尺寸 長(zhǎng)寬高 2418 1000 1267mm 圓度 工作精度 圓柱度 200: 平面度 表面粗糙度 Ra m 主電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)功率 總功率 改造設(shè)計(jì)參 數(shù)如下 : 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 外形尺寸 長(zhǎng)寬高 2264 840 1258mm 最大加工長(zhǎng)度 1000mm 快進(jìn)速度 縱向 橫向 最大切削進(jìn)給速度 縱向 橫向 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量值、絕對(duì)值編程通用 控制坐標(biāo)數(shù) 方向 脈沖當(dāng)量 縱向 橫向 機(jī)床定位精度 177。 刀具補(bǔ)償量 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 橫向 自動(dòng)升降速性能 具備 其它要求 （ 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，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。 3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、 刀架等； 以下是一種方案： 掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。 進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成 絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠， 滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車(chē)床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。 溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操 作按鈕。 橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺 母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。 刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。 計(jì)算及設(shè) 計(jì)簡(jiǎn)圖如圖 3 所示： 圖 3 計(jì)算及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量 ,它是衡量數(shù)控機(jī) 床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此 ,脈沖當(dāng)量應(yīng)