【正文】 應(yīng)目前技術(shù)革新與技術(shù)改造中量大面廣的需要。簡(jiǎn)易型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)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(diǎn)，經(jīng)過(guò)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?cè)械牟僮鹘?jīng)驗(yàn)。(4)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。因此數(shù)控改造具有以下優(yōu)點(diǎn)。 (3)為了適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)數(shù)控改造一般是指對(duì)普通機(jī)床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力。從美國(guó)、日本等工業(yè)化國(guó)的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。 (2)目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)。使用戶在操作安全、使用方便、性能可靠的同時(shí)，還能體會(huì)到一種美的享受感、舒服感、欣賞感，令人在心情愉快中完成工作。 目前，很多企業(yè)正在對(duì)可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、可靠性試驗(yàn)技術(shù)、可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)、可靠性增長(zhǎng)技術(shù)以及可靠性管理與可靠性保證體系等進(jìn)行深入研究和廣泛應(yīng)用，以期使數(shù)控機(jī)床的整機(jī)可靠性水平提高到一個(gè)新水平。盡管由于這種高自動(dòng)的技術(shù)還不夠完備，投資過(guò)大，回收期較長(zhǎng)，但數(shù)控機(jī)床的高自動(dòng)化以及向FMC、PMS的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢(shì)仍是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主流。 （4）高自動(dòng)化 這里指的柔性自動(dòng)化是包括物料流和信息流的自動(dòng)化。而且，在提高單機(jī)柔性化的同時(shí)，正努力向單元柔性化相系統(tǒng)柔性化發(fā)展。隨著刀具、電機(jī)、軸承、數(shù)控系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的突破及機(jī)床本身基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，使各種運(yùn)動(dòng)速度大幅度提高。 （2）運(yùn)動(dòng)高速化 高速是高效的基礎(chǔ)，要提高生產(chǎn)，首先就得提高切削速度。當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)將其主要發(fā)展方向簡(jiǎn)述如下。科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了高精度、高復(fù)雜性的要求，而且產(chǎn)品改型頻繁。數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)以及精密機(jī)械等技術(shù)的最新成果而發(fā)展起來(lái)的全新型機(jī)床。后來(lái)受空軍委托與麻省理工學(xué)院合作開(kāi)始了將三坐標(biāo)銑床數(shù)控化的研究工作。所以，數(shù)控機(jī)床是一種靈活而高效的自動(dòng)化機(jī)床。[關(guān)鍵詞] 數(shù)控機(jī)床 步進(jìn)電機(jī) 齒輪傳動(dòng) 滾珠絲杠 硬件電路 程序設(shè)計(jì) 計(jì)算一、機(jī)床的數(shù)控改造概述隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，改型頻繁。本系統(tǒng)是一個(gè)典型的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置。系統(tǒng)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的位置控制。目前，機(jī)械加工中單件、小批量加工約占80％，對(duì)機(jī)床不僅要求具有高的精度和生產(chǎn)效率，而且還要具備“柔性”，即靈活、通用，能迅速適應(yīng)加工零件的變更。隨著電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和精度測(cè)試等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位將越來(lái)越重要。1952年公開(kāi)發(fā)表了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床樣機(jī)，這是一臺(tái)直線插補(bǔ)連續(xù)控制的三坐標(biāo)銑床，使用了電子管元件。就其數(shù)控系統(tǒng)而言已經(jīng)歷了幾代變化：第一代：1952～1959年采用電子管元件；第二代；從1959年開(kāi)始采用晶體管元件，第三代：從1965年開(kāi)始采用集成電路；第四代；從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路及小型通用計(jì)算機(jī)；第五代：從1974年開(kāi)始采用微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)。這對(duì)機(jī)床設(shè)備不僅提出精度與效率的要求，而且也提出了通用性與靈活性的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)的進(jìn)步，以及社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和品種多祥化的要求愈來(lái)愈強(qiáng)烈。 （1）高精度化 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工與測(cè)量提出了越來(lái)越高的精度要求。這正是機(jī)床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標(biāo)之一。（3）高柔性化 柔性是指機(jī)床適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。 實(shí)踐證明，采用柔性自動(dòng)化設(shè)備或系統(tǒng)是提高加工精度和效率、縮短生產(chǎn)和供貨周期、并能對(duì)市場(chǎng)變化需求做出快速響應(yīng)和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的有效手段。 80年代中期以來(lái)，以數(shù)控機(jī)床為主體的加工自動(dòng)化已從“點(diǎn)”(單臺(tái)數(shù)控機(jī)床)發(fā)展到“線”的自動(dòng)化＜FMS、FTL)和“面”的自動(dòng)化(柔性制造車間)。 數(shù)控機(jī)床(包括FMC和FMs)的自動(dòng)化除進(jìn)一步提高其自動(dòng)編程、自動(dòng)換刀、自動(dòng)上下料、自動(dòng)加工等自動(dòng)比程序外，在自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)診斷、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)管理等方面也進(jìn)一步得到發(fā)展的同時(shí)也提高了其標(biāo)準(zhǔn)化和在線的適應(yīng)能力。 （7）宜人化 宜人化是一種新的設(shè)計(jì)思想和觀點(diǎn)，是將功能設(shè)計(jì)與美學(xué)設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合，是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)、文化、藝術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，其核心是使產(chǎn)品變?yōu)楦哂绪攘?、更適銷的對(duì)路商品，引導(dǎo)人們進(jìn)入一種新的生活方式和工作方式。 （8）設(shè)計(jì)CAD化 數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)要求較高、綜合性強(qiáng)、工作量大的工作故應(yīng)用CAD(Computer Aided Desigin)一計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)就更有必要、更迫切。(3)在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需。如日本的大企業(yè)中有26％的機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控改造，中小企業(yè)則是74％。其改造的目的有幾點(diǎn)。(4)為了使技術(shù)等級(jí)較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行數(shù)控改造。(1)易于對(duì)現(xiàn)有的機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒(méi)有多余功能。(5)數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。簡(jiǎn)易型數(shù)控機(jī)床，其零件程序一般不使用紙帶輸入，而用鍵盤(pán)或磁帶輸入。目前國(guó)內(nèi)發(fā)展了許多品種的簡(jiǎn)易型數(shù)控機(jī)床，其中以簡(jiǎn)易型數(shù)控車床為最多。（2）實(shí)現(xiàn)要求：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工。CA6140型車床因加工范圍廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化程度不高，所以，一般用于單件、小批生產(chǎn)。采用開(kāi)環(huán)控制改造后保留原機(jī)床的主傳動(dòng)部分，去掉進(jìn)給箱、溜板箱，拆下機(jī)床三杠。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微進(jìn)給和機(jī)床刀具對(duì)零操作，原有的支承結(jié)構(gòu)也保留。為延長(zhǎng)主軸脈沖發(fā)生器的使用壽命，減少磨損。而機(jī)床設(shè)計(jì)首先是由切削力的大小來(lái)估算電機(jī)的功率。其數(shù)值可由下式計(jì)算：縱向工作負(fù)載：P＝kFX+f＇（FZ＋G）式中：k——考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。式中：L0=6mm 彈性模量 E＝104MPa縱向:6A1= πR2 ==177。故剛度足夠。⑤δpFmax=1000Vmax步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率計(jì)算：式中：Vmaxx=。24050040=Z1π根據(jù)601000100100601000由圖8－8查的動(dòng)載荷系數(shù)KV＝根據(jù)Ψd=b/d1=20/80=由圖8－11查得齒向載荷分布系數(shù)KHβ＝故得載荷系數(shù)K=1=由表8－7查得彈性影響系數(shù)ZF＝節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=SlinKNσlin許用接觸應(yīng)力［σ］=由圖8－15查得σH1lim=600MPa σH2lim=580MPa Smin=根據(jù)N1=60jn1Lh=6016003001610=144107 N2=N1/u=144107/=107由圖8－17查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1= KHN2=1則［σH1］＝1600／1＝600MPa ［σH2］＝580 MPa校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度σH=ZEZH =25==250MPaσH［σH2］＝580 MPa校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度許用彎曲應(yīng)力［σF］=KFNσFlim/Smin根據(jù)前面計(jì)算的N1和N2由圖8－18查得：KFN1＝KFN2＝－16查得σF1lim=600 MPa σF2lim=420 MPa由表8－8查得齒形系數(shù)YF1= YF2=應(yīng)力修正系數(shù)YS1＝ YS2＝ 計(jì)算［σF1］／YF1 YS1＝500／=［σF2］／YF2 YS2＝420／=大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度較弱，應(yīng)校核其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度根據(jù)KHβ= b/h=20/45=－12得KFB=則K＝KAKVKFβ＝=σF2=YF2 YS2== MPa［σF2］=420 MPa齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，齒輪強(qiáng)度足夠橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算(裝配圖)(1)切削力的計(jì)算機(jī)床橫向切削力Fy＝Fy＝。式中：L0=6mm 彈性模量 E＝104MPa橫向:6A1= πR2 ==177。故剛度足夠。 Vmaxy=計(jì)算結(jié)果：fmaxx=1000步／s ⑥TqJmax=步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Jmax: 橫向最大靜轉(zhuǎn)矩：Jmaxx= 由Jmax和fmax選取兩個(gè)方向橫向?yàn)?10BF003。24050040=Z1π根據(jù)601000100100601000由圖8－8查的動(dòng)載荷系數(shù)KV＝根據(jù)Ψd=b/d1=25/48=由圖8－11查得齒向載荷分布系數(shù)KHβ＝故得載荷系數(shù)K=1=由表8－7查得彈性影響系數(shù)ZF＝節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH=SlinKNσlin（6）許用接觸應(yīng)力［σ］=由圖8－15查得σH1lim=600MPa σH2lim=580MPa Smin=根據(jù)N1=60jn1Lh=6015003001610=109 N2=N1/u=109/=108由圖8－17查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1= 1 KHN2=則［σH1］＝1600／＝600MPa ［σH2］＝500/ M