【正文】 工業(yè)化國(guó)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(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求。因此數(shù)控改造具有以下幾點(diǎn)：（1）易于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、而且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，沒(méi)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(wèn)題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。其橫向脈沖當(dāng)量為 ，驅(qū)動(dòng)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(chē)床改造總體設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)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(dòng)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(cuò)位消除嚙合間隙。8279 為鍵盤(pán)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(rùn)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(dòng)軸的結(jié)構(gòu)和零件的安裝，連接和密封。 9（2）減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦力尤其是減小絲杠傳動(dòng)和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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?rùn)滑方式和防護(hù)措施延長(zhǎng)其壽命。/zmk 伺服電動(dòng)機(jī)的選用伺服電動(dòng)機(jī)是一種用脈沖信號(hào)控制的電動(dòng)機(jī)，在動(dòng)載能力及動(dòng)態(tài)特性范圍內(nèi)電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的一種，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)間隙小，摩擦阻力小。 （3）減小運(yùn)動(dòng)慣量，傳動(dòng)元件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的起動(dòng)和制動(dòng)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(dòng)，迫使螺母(或絲杠)軸向移動(dòng)?；?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。（7）有可逆性，可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即螺母和絲杠都可以作為主運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)方式為提高傳動(dòng)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(dòng)絲杠較長(zhǎng)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(dòng)方法有超越離合器、電磁離合器或者使用具有制動(dòng)裝置的伺服電動(dòng)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(huì)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(dòng)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(guò)一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲杠聯(lián)接起來(lái)。車(chē)床傳動(dòng)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(chē)床橫向支承軸承示意圖 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)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(jiǎn)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(chē)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(dòng)元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，運(yùn)動(dòng)部件的慣性計(jì)算，伺服電動(dòng)機(jī)的選擇等。①計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)載荷 FQ首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)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(dòng)載荷 FQ FQ=L1/3fwfhFP 式中 F Q最大動(dòng)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(wàn)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(chē)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(wàn)轉(zhuǎn)= 萬(wàn)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(dòng)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(cè)》,杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm,型號(hào)為 N40063,其額定動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)部件的重量(800N)。1639。/tan(2176。FpL0/ES式中 E彈性模量，對(duì)鋼 E=*106N/cm2。*(* 10 6*)cm=177。cm 2)對(duì)材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)快速移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=nmaxυ maxi/L0=(2022/4)r/min=500r/min 由動(dòng)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(dòng)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(cè)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(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 為了適應(yīng)不同的加工要求，目前主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造大致分為二類(lèi)：（1）二級(jí)以上變速的主傳動(dòng)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(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 主運(yùn)動(dòng)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(dòng)傳動(dòng)連中，基本借鑒原機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)。停車(chē)時(shí)為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性采用液壓摩擦制動(dòng)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(chē)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(hào)電路相配合，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)夾緊、松開(kāi)，提高加工過(guò)程的自動(dòng)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(gè)具有良好性能的主傳動(dòng)系統(tǒng)和一個(gè)具有高精度、高剛度、振動(dòng)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(dòng)力源盡量靠近機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使傳動(dòng)裝置機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)剛性增加，傳動(dòng)精度提高。為了滿足快速響應(yīng)的要求，即隨時(shí)控制信號(hào)的變化，電動(dòng)機(jī)應(yīng)能在較短時(shí)間內(nèi)完成必須的動(dòng)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(gè)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(hào)，經(jīng)系統(tǒng)軟件運(yùn)行處理后，由輸出口送指令信號(hào)。③ 執(zhí)行元件 可以是直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)，也可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。⑥ 測(cè)速發(fā)電機(jī)及反饋電路 測(cè)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(lèi) 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(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電動(dòng)機(jī)、機(jī)械方面有很高的要求。對(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)副。 （具體的設(shè)計(jì)計(jì)算見(jiàn)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(kāi)機(jī)床限位信號(hào)。P0 波特率其值為 1～5,分別對(duì)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(dòng)﹑自動(dòng)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(dòng)接口方式。他擁有兩個(gè)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(gè)軸進(jìn)行，然后再設(shè)置另一個(gè)軸。這個(gè)參數(shù)應(yīng)根據(jù)機(jī)床的規(guī)格來(lái)設(shè)定，一旦設(shè)置好了，就不應(yīng)在改動(dòng)。應(yīng)根據(jù)所采用的步進(jìn)電機(jī)的特性來(lái)確定這個(gè)參數(shù)，以獲得最佳效果。CNC 換刀過(guò)程是首先控制刀架正轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)段恍盘?hào)來(lái)到時(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(hào)。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(méi)有顯示應(yīng)檢查此保險(xiǎn)。整個(gè)機(jī)床中的每個(gè)部件都應(yīng)。在 NIM9702 系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)主接地點(diǎn)，系統(tǒng)中的電