【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。(4)控改造費用低，可充分利用原有機床設(shè)備。因此數(shù)控改造具有以下優(yōu)點。 (3)為了適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)而進行數(shù)控改造。數(shù)控改造的優(yōu)點數(shù)控改造一般是指對普通機床某些部位做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機床具有數(shù)控加工能力。從美國、日本等工業(yè)化國的經(jīng)驗看，機床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機床占有較大比例。 (2)目前各企業(yè)都有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且替代下的機床閑置起來又會造成浪費。使用戶在操作安全、使用方便、性能可靠的同時，還能體會到一種美的享受感、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)正在對可靠性設(shè)計技術(shù)、可靠性試驗技術(shù)、可靠性評價技術(shù)、可靠性增長技術(shù)以及可靠性管理與可靠性保證體系等進行深入研究和廣泛應(yīng)用，以期使數(shù)控機床的整機可靠性水平提高到一個新水平。盡管由于這種高自動的技術(shù)還不夠完備，投資過大，回收期較長，但數(shù)控機床的高自動化以及向FMC、PMS的系統(tǒng)集成方向發(fā)展的總趨勢仍是機械制造業(yè)發(fā)展的主流。 （4）高自動化 這里指的柔性自動化是包括物料流和信息流的自動化。而且，在提高單機柔性化的同時，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、軸承、數(shù)控系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的突破及機床本身基礎(chǔ)技術(shù)的進步，使各種運動速度大幅度提高。 （2）運動高速化 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)控機床技術(shù)呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢。現(xiàn)將其主要發(fā)展方向簡述如下。科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對機械產(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)控機床是綜合應(yīng)用了微電子、計算機、自動控制、自動檢測以及精密機械等技術(shù)的最新成果而發(fā)展起來的全新型機床。后來受空軍委托與麻省理工學(xué)院合作開始了將三坐標銑床數(shù)控化的研究工作。所以，數(shù)控機床是一種靈活而高效的自動化機床。[關(guān)鍵詞] 數(shù)控機床 步進電機 齒輪傳動 滾珠絲杠 硬件電路 程序設(shè)計 計算一、機床的數(shù)控改造概述隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，改型頻繁。本系統(tǒng)是一個典型的經(jīng)濟型數(shù)控裝置。系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)控機床的位置控制。目前，機械加工中單件、小批量加工約占80％，對機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、自動化、計算機和精度測試等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的地位將越來越重要。1952年公開發(fā)表了世界上第一臺數(shù)控機床樣機，這是一臺直線插補連續(xù)控制的三坐標銑床，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年開始采用晶體管元件，第三代：從1965年開始采用集成電路；第四代；從1970年開始采用大規(guī)模集成電路及小型通用計算機；第五代：從1974年開始采用微處理機或微型計算機。這對機床設(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)的進步，以及社會對產(chǎn)品質(zhì)量和品種多祥化的要求愈來愈強烈。 （1）高精度化 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，對機械加工與測量提出了越來越高的精度要求。這正是機床技術(shù)發(fā)展追求的基本目標之一。（3）高柔性化 柔性是指機床適應(yīng)加工對象變化的能力。 實踐證明，采用柔性自動化設(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、并能對市場變化需求做出快速響應(yīng)和提高競爭能力的有效手段。 80年代中期以來，以數(shù)控機床為主體的加工自動化已從“點”(單臺數(shù)控機床)發(fā)展到“線”的自動化＜FMS、FTL)和“面”的自動化(柔性制造車間)。 數(shù)控機床(包括FMC和FMs)的自動化除進一步提高其自動編程、自動換刀、自動上下料、自動加工等自動比程序外，在自動檢測、自動監(jiān)控、自動診斷、自動對刀、自動傳輸、自動調(diào)度、自動管理等方面也進一步得到發(fā)展的同時也提高了其標準化和在線的適應(yīng)能力。 （7）宜人化 宜人化是一種新的設(shè)計思想和觀點，是將功能設(shè)計與美學(xué)設(shè)計有機結(jié)合，是技術(shù)與經(jīng)濟、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?、更適銷的對路商品，引導(dǎo)人們進入一種新的生活方式和工作方式。 （8）設(shè)計CAD化 數(shù)控機床的設(shè)計是一項要求較高、綜合性強、工作量大的工作故應(yīng)用CAD(Computer Aided Desigin)一計算機輔助設(shè)計)技術(shù)就更有必要、更迫切。(3)在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。如日本的大企業(yè)中有26％的機床經(jīng)過數(shù)控改造，中小企業(yè)則是74％。其改造的目的有幾點。(4)為了使技術(shù)等級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)效率而進行數(shù)控改造。(1)易于對現(xiàn)有的機床實現(xiàn)自動化，而且專業(yè)性強，沒有多余功能。(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，其零件程序一般不使用紙帶輸入，而用鍵盤或磁帶輸入。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。（2）實現(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、自動化程度不高，所以，一般用于單件、小批生產(chǎn)。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。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。為延長主軸脈沖發(fā)生器的使用壽命，減少磨損。而機床設(shè)計首先是由切削力的大小來估算電機的功率。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)。式中：L0=6mm 彈性模量 E＝104MPa縱向:6A1= πR2 ==177。故剛度足夠。⑤δpFmax=1000Vmax步進電機的最高工作頻率計算：式中：Vmaxx=。24050040=Z1π根據(jù)601000100100601000由圖8－8查的動載荷系數(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度σH=ZEZH =25==250MPaσH［σH2］＝580 MPa校核齒根彎曲疲勞強度許用彎曲應(yīng)力［σF］=KFNσFlim/Smin根據(jù)前面計算的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＝ 計算［σF1］／YF1 YS1＝500／=［σF2］／YF2 YS2＝420／=大齒輪彎曲疲勞強度較弱，應(yīng)校核其齒根彎曲疲勞強度校核齒根彎曲疲勞強度根據(jù)KHβ= b/h=20/45=－12得KFB=則K＝KAKVKFβ＝=σF2=YF2 YS2== MPa［σF2］=420 MPa齒根彎曲疲勞強度滿足要求，齒輪強度足夠橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算(裝配圖)(1)切削力的計算機床橫向切削力Fy＝Fy＝。式中：L0=6mm 彈性模量 E＝104MPa橫向:6A1= πR2 ==177。故剛度足夠。 Vmaxy=計算結(jié)果：fmaxx=1000步／s ⑥TqJmax=步進電機的選擇步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Jmax: 橫向最大靜轉(zhuǎn)矩：Jmaxx= 由Jmax和fmax選取兩個方向橫向為110BF003。24050040=Z1π根據(jù)601000100100601000由圖8－8查的動載荷系數(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