【正文】 國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床地?cái)?shù)控化改造必不可少，數(shù)控機(jī)床占有很大比例。（3）降低對工人技術(shù)等級的要求。因此數(shù)控改造具有以下幾點(diǎn)：（1）易于對現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動化、而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余的功能。（5）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。機(jī)床的數(shù)控化率在不斷的提高到 1998 年，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控率達(dá)到 70%。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)揮著重要作用，其可以很好的解決現(xiàn)代制造業(yè)中的復(fù)雜、精密、小批、多變零件的加工問題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率。其橫向脈沖當(dāng)量為 ，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)。該機(jī)床適用于加工形狀復(fù)雜，中小批量的零件。 總體方案的確定C6140 車床改造總體設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方式的確定、數(shù)控系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，應(yīng)仔細(xì)考慮各種高性能、自動化等要求，也要考慮被改造機(jī)床的具備條件，是技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的合理性交好的統(tǒng)一?？v、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)減速齒輪采用雙片齒輪，靠錯位消除嚙合間隙。8279 為鍵盤顯示器接口。在其縱橫向均采用步進(jìn)電機(jī) 7減速齒輪 滾珠絲杠螺母副 溜板的傳動方式，刀架更換為四刀位回轉(zhuǎn)刀架。并具有螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機(jī)能。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮和選擇步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)，拍數(shù)，步距角，最大靜轉(zhuǎn)距及外形和配合尺寸，齒輪的模數(shù)，齒數(shù)，主要尺寸及和軸的配合，滾珠絲杠副的承載能力，支撐，潤滑，配合要求，間隙的調(diào)整和有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動軸的結(jié)構(gòu)和零件的安裝，連接和密封。 9（2）減小運(yùn)動件的摩擦力尤其是減小絲杠傳動和工作臺運(yùn)動導(dǎo)軌的摩擦，以消除爬行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（5）穩(wěn)定性好，壽命長穩(wěn)定性是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作最基本的條件，在低速進(jìn)給情況下不產(chǎn)生爬行，并能夠適應(yīng)外加系統(tǒng)的變化而不發(fā)生共振，采取適當(dāng)?shù)臐櫥绞胶头雷o(hù)措施延長其壽命。/zmk 伺服電動機(jī)的選用伺服電動機(jī)是一種用脈沖信號控制的電動機(jī)，在動載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)電動機(jī)的角位移與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成反比。但是，增大轉(zhuǎn)矩和快速運(yùn)行存在一定的矛盾，高性能與低成本相矛盾。為了兼顧精度與速度的要求，在滿足精度的條件下，選擇盡可能大的脈沖當(dāng)量。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給分為快速進(jìn)給和切削進(jìn)給，快速進(jìn)給速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切削進(jìn)給的速度。 絲杠螺母副 滾珠絲杠副傳動部件滾珠絲杠副是在具有螺旋槽的絲杠和螺旋母之間裝有滾珠，是 螺旋傳動機(jī)構(gòu)的一種，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。但是，螺母要適當(dāng)預(yù)緊，同時(shí)配合數(shù)控系統(tǒng)軟件間隙補(bǔ)償消除絲杠與螺母之間的間隙。特別要求機(jī)械機(jī)構(gòu)的傳動間隙小，摩擦阻力小。 （3）減小運(yùn)動慣量，傳動元件的慣量對伺服機(jī)構(gòu)的起動和制動特性都有影向，尤其是處于運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在軌道內(nèi)既有自轉(zhuǎn)又沿軌道循環(huán)轉(zhuǎn)動，迫使螺母(或絲杠)軸向移動?；?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此絲杠立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動裝置。（7）有可逆性，可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，也可以從直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即螺母和絲杠都可以作為主運(yùn)動件。（1）滾珠絲杠副的軸向間隙調(diào)整常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有：墊片調(diào)隙式，螺紋調(diào)隙式，齒差調(diào)隙式。這種調(diào)整方式具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)整預(yù)緊量不能控制。滾珠絲杠副的支撐和制動方式為提高傳動剛度，不僅應(yīng)合理確定滾珠絲杠螺母副的參數(shù)，而且螺母座的結(jié)構(gòu)、絲杠兩端的支撐形式以及它們與機(jī)床的連接剛度也有很大影響。 132） 一端裝上推力軸承，一端裝上向心軸承 滾動絲杠較長時(shí)，一端裝上推力軸承，另一端裝上向心軸承 ，為了減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離熱源及絲杠的常用端。常用的制動方法有超越離合器、電磁離合器或者使用具有制動裝置的伺服電動機(jī)。絲杠預(yù)緊后，軸向間隙減小，當(dāng)硬質(zhì)灰或切削等污物落入螺紋軌道內(nèi)，就會妨礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)，并加快磨損，因此必須有防護(hù)裝置。①縱向滾珠絲杠略②橫向滾珠絲杠橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)支承形式，步進(jìn)電動機(jī)一般都安裝在床鞍的后部，近操作者一端，布置一根短軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠聯(lián)接起來。車床傳動在其橫向支承機(jī)構(gòu)如圖 3—4 所示：圖 3—4 橫向支承結(jié)構(gòu)圖 采用的是一端裝推力球軸承，另一端裝向心球軸承其示意圖如圖 3—5 所示： 14 圖 3—5 車床橫向支承軸承示意圖 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題利用螺母的間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時(shí)，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的 1/3 為宜。消除齒輪間隙的方法很多，用調(diào)整中心距的方法是最簡單的一種。選擇合適以后，在決定被改造設(shè)備的其它相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。 C6140車床數(shù)控化改造機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：傳動元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，運(yùn)動部件的慣性計(jì)算，伺服電動機(jī)的選擇等。①計(jì)算作用在絲杠上的最大動載荷 FQ首先根據(jù)切削力和運(yùn)動部件的重量引起的進(jìn)給力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動載荷 FQ FQ=L1/3fwfhFP 式中 F Q最大動載荷(N)；FP工作負(fù)載(N),指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力；fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),一般運(yùn)轉(zhuǎn) fw取 ～。L壽命(以 106轉(zhuǎn)為單位 1,如 則為 150 萬轉(zhuǎn)).壽命 L 可按下式計(jì)算 L=60nT/106 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/min。f`導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),f`=～ 取 f`=.則 Fp=［*+*（+800）］N=當(dāng)機(jī)床以線速度 υ=100m/min,進(jìn)給量為 f=,車削直徑為 D=80mm 的外圓時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速 n=υf10 3/(πDL 0)=100**103/(*82*6)r/min=則 L=60nT/10 6=60**15000/106萬轉(zhuǎn)= 萬轉(zhuǎn)根據(jù)工作負(fù)載 Fp﹑壽命 L,計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動載荷,取 fw=,fh=1 FQ=L1/3fwfhFP=**= 16由 F0查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本和《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》,杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm,型號為 N40063,其額定動載荷是 16672N 其強(qiáng)度足夠用。則 η=tan2176。+1039。 S=π/4* 2= “+”用于拉伸時(shí)，“”用于壓縮時(shí)。cm 2)J1聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量 (cm2 = kgcm2 ②負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜矩選擇 根據(jù)能量守恒原理，電動機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TF=FPL0*103/(2πη 0)=*6*103/(2π*)=m) Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩(Nm Tf= Wf`L0*103/(2πη 0)=800**6*103/(2π*) Nm式中 F 0 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 Fp/3.則 T=Tamax+Tf+T 0 =(++) N/m 取[θ]=176。fh硬度系數(shù),HRC 為 60 時(shí), f h為 1。W移動部件的重量(800N)。1639。/tan(2176。FpL0/ES式中 E彈性模量，對鋼 E=*106N/cm2。*(* 10 6*)cm=177。cm 2)對材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量可按下式計(jì)算： J=*104D4L式中 D圓柱零件的直徑(cm)。cm2總慣量 JF=++ kgm =m)當(dāng)工作臺快速移動時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/4)r/min=500r/min 由動力學(xué)知，Tamax=JFε式中 ε角加速度，計(jì)算公式為ε=πn/30t Tamax=JFε=*10 4*(*500)/(30*) Nm T0= F0L0*103/(2πη 0)=*4*103/(2π* )Nm ③伺服電動機(jī)的最高工作頻率 fmax=1000υmax/(60δ)=1000*1/(60*)Hz=根據(jù)機(jī)械力學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)上冊的公式,絲杠的最小處直徑 d≥{(32T*180)/ π 2 G[θ]} 1/4式中 d絲杠最小直徑G剪切彈性模型 80～84GPa 取 G=82GPa[θ]絲杠許用扭角 176。 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主傳動系統(tǒng)的改造 為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動系統(tǒng)的改造大致分為二類：（1）二級以上變速的主傳動系統(tǒng)變速裝置多采用齒輪變速機(jī)構(gòu)。圖 3—7 齒輪一級變速主傳動系統(tǒng)圖 主運(yùn)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計(jì)鑒于設(shè)計(jì)任務(wù)，在主運(yùn)動傳動連中，基本借鑒原機(jī)床傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。停車時(shí)為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停轉(zhuǎn)。主軸脈沖發(fā)生器的安裝圖如圖 3—8 所示： 21圖 3—8 主軸脈沖發(fā)生器安裝圖 為了可以加工穿出主軸的零件采用異軸安裝。車床的主軸轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖發(fā)生器。這種裝置也可與數(shù)控裝置的收發(fā)信號電路相配合，實(shí)現(xiàn)其自動夾緊、松開，提高加工過程的自動化程度。為了能高效的加工出高精度、低粗糙度的工件，必須要有一個具有良好性能的主傳動系統(tǒng)和一個具有高精度、高剛度、振動小、熱變形和噪聲均能滿足需要的主軸部件。在速度控制中要求具有很高的定倫精度，和很強(qiáng)的抗干擾的能力，即要求工作穩(wěn)定性要好。這種可是動力源盡量靠近機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使傳動裝置機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)剛性增加，傳動精度提高。為了滿足快速響應(yīng)的要求，即隨時(shí)控制信號的變化，電動機(jī)應(yīng)能在較短時(shí)間內(nèi)完成必須的動作。（2）伺服系統(tǒng)的組成 閉環(huán)伺服系統(tǒng)主要有以下幾個部分組成：① 微型計(jì)算機(jī) 它能接受輸入的加工程序和反饋信號，經(jīng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行處理后，由輸出口送指令信號。③ 執(zhí)行元件 可以是直流電動機(jī)、交流電動機(jī)，也可以是步進(jìn)電動機(jī)。⑥ 測速發(fā)電機(jī)及反饋電路 測速發(fā)電機(jī)實(shí)際是小型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)兩端的電壓值和發(fā)電 23機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，因此，可將轉(zhuǎn)速的變化量轉(zhuǎn)變成電壓的變化量。③ 按輸出被控制量的性質(zhì)分類 可分為位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)。因此，數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動機(jī)、機(jī)械方面有很高的要求。對驅(qū)動裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)總的要求是消除間隙減少摩擦，減少運(yùn)動慣量，提高部件精度和剛度，具體措施是通常采用低摩擦的傳動副。 （具體的設(shè)計(jì)計(jì)算見第二章《縱橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算》 ） 。此時(shí)，應(yīng)按如下步驟進(jìn)行處理：1. 先從當(dāng)前操作狀態(tài)返回主屏（按鍵） ；2. 斷開機(jī)床限位信號。P0 波特率其值為 1～5,分別對應(yīng) 1200,2400,4800,9600,HIGH.P1 機(jī)床接口設(shè)置P1 X X X X X X X X 8 7 6 5 4 3 2 18進(jìn)入機(jī)床手動﹑自動等操作是否先要回機(jī)床參考點(diǎn)。4刀架編碼方式。1：主軸采用 S1～S2 換檔調(diào)速。1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動接口方式。他擁有兩個軸的補(bǔ)償值即 X 軸和 Z 軸，用戶在設(shè)置時(shí)可選擇一個軸進(jìn)行，然后再設(shè)置另一個軸。這個參數(shù)應(yīng)根據(jù)機(jī)床的規(guī)格來設(shè)定，一旦設(shè)置好了，就不應(yīng)在改動。應(yīng)根據(jù)所采用的步進(jìn)電機(jī)的特性來確定這個參數(shù)，以獲得最佳效果。CNC 換刀過程是首先控制刀架正轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)段恍盘杹淼綍r(shí)，再控制刀架反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)一段時(shí)間后再檢查反靠到位信號。P6 為主軸換向等待時(shí)間。P7 是光電編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。 通訊接口P2：9 芯 D 型插座，用于數(shù)控系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。交流電源為 220V(177。另外，系統(tǒng)還具有主電源保險(xiǎn)（220，2A） ，如果通電后 CRT 沒有顯示應(yīng)檢查此保險(xiǎn)。整個機(jī)床中的每。在 NIM9702 系統(tǒng)中設(shè)置了一個主接地點(diǎn)，系統(tǒng)中的電