【正文】 進給量等。這次我畢業(yè)設計的題目是：把 C6140普通車床設計成為經(jīng)濟型數(shù)控車床。 此外，注意繪制裝配圖時的一些基本要求。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、齒 輪箱在安裝面上的定位、步進電機在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。 （ 1） 了解原機床的詳細結構，從有關資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結構尺寸。 機械設計及自動化專業(yè)課程設 計（論文） 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設計 第 1 頁 共 28 頁 主軸交流伺服電機的計算與選型 主軸能實現(xiàn)的最高轉速與最低轉速之比稱為變速范圍 Rn, 即 Rn=nmax/nmin,數(shù)控機床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 （ 4）起動頻率的計算 已知電動機轉軸上的總轉動慣量 Jeq=，電動機轉子自身的轉動慣量 Jm=33 ，查表 52 可知電動機轉軸不帶任何負載時的最高空載起動頻率 fq=1800Hz。 （ 2）最快空載移動時電動機輸出轉矩校核 任務書給定縱向最快空載移動速度 Vmax=6000mm/min，仿照式 fmax=Vmax/60δ求出電動機對應的運行頻率 fmax=6000/()Hz=10000Hz。因此，根據(jù) Teq來選擇步進電動機的最大靜轉矩時， 需要考慮安全系數(shù)。 則由式 Tf=μ（ Fc+G） Ph/2πη i，得： Tf=(0+1300)≈ 最后由式 Teq1=Tamax+Tf，求得快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為： Teq1=Tamax+Tf= 2. 最大工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩 Teq2 由式 Teq2=Tf+Tt+To可知， Teq2包括三部分：折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩 Tt、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩 Tf、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩 To。； δ 縱向脈沖當量，本例δ =。以為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù) To=(FYJPh/2πη i)(1η o2) 式可知， To相對于 Tamax和 Tf很小，可以忽略不計。 查常用轉動慣量計算表，可以算得各個零部件的轉動慣量如下（具體計算過程從略）：滾珠絲聶鷗： 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設計 20 杠的轉動慣量 Js= ；床鞍折算到絲杠上的轉動慣量 Jw= ；小帶輪的轉動慣量 Jz1= ；大帶輪的轉動慣量 Jz2= 。查絲杠支承系數(shù)表，取支承系數(shù) f k=2；由絲杠底徑 d2=，求得截面慣性矩 I=π d24/64≈ ；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K取 3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值 1497mm。 因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的 1/3，所以實際變形量可減少一半，取 δ 2=。πIE2a2M中的第二項，算得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產生的拉 /壓變形量δ1=Fm/3(ES) ≈ 。 剛度的驗算 （ 1） 縱向滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。其公稱直徑為 40mm，基本導程為 6mm，雙螺母滾珠總圈數(shù)為 3x2圈機械設計及自動化專業(yè)課程設 計（論文） 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設計 第 1 頁 共 28 頁 =6圈，精度等級取 4級，額定動載荷為 13200N，滿足要求。 選用矩形 — 三角形組合滑動導軌，由公式 Fm=KFx+μ（ Fz+G），取 K=，μ =，代入 Fm=KFx+μ (Fz+G)，得工作載荷 Fm≈ 1712N。 由經(jīng)驗公式： 主切削力 Fc= (1) 背向力 FP= (2) 進給力 Ff= (3) 算得主切削力 Fc=。刃傾角λ Z=5176。 脈沖當量的確定 聶鷗： 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設計 18 根據(jù)設計任務的需要， X方向（橫向）的脈沖當量為δ x=， Z方向（縱向）為δz=。 刀架 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 橫向最大移動量 177。900。 現(xiàn)列出 C6140臥式車床的技術數(shù)據(jù)： 名稱 技術參數(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。 （ 4）計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需要減速輪副，且應有消間隙機構。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。機床數(shù)控化改造計劃實施應有本地區(qū)機電一體化供應的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術咨詢服務。零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、脈沖當量。 (2) 技術壽命的計算。 (1) 機床磨損程度、剛度。 □內置 RS232通訊接口，輕松實現(xiàn)機床數(shù)據(jù)通訊。還可擴展 20路輸入 /16路輸出。 第 2 章 華中 HNC21 數(shù)控車削系統(tǒng)介紹 “世紀星” HNC21數(shù)控系統(tǒng)采用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè) PC，配置 色液品顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式 PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅、 DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點。而近幾年 ,美、日、德等先進工業(yè)國 ,在大量制造數(shù)控機床的同時 ,十分重視對機床進行數(shù)控化改造 ,并已形成一個新興的產業(yè)。 （ 2 ） 引入專家系統(tǒng)指導加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專 家系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例 。 1. 國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床 1998年世界機 床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控 化率達 70%，我國為 60%。金切機床行業(yè)產值數(shù)控化率從 2020年的 %提高到 2020年的 %。 例如：全長 33 公里的上海磁懸浮快速列車線，是 “ 十五 ” 期間國家重點建設項目，其中組成列車線的 2550 根軌道梁 是整個工程的最關鍵部分，對加工軌道梁的精度提出了相當高的要求。但由于國產數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上 升態(tài)勢， 2020 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 億美元，比上年增長 %。所以我們日常講的“數(shù)控” ,實質上 已是指“計算機數(shù)控”了。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段。而且當時的小型機可靠性也不理想。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（ CNC)階段（把計算機前面應有的“通用 ”兩個字省略了）。 數(shù)控（ NC ）階段（ 1952 ～ 1970 年） 早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要 求。它與人類在農業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。本課題是針對己報廢的 C6140普通廢舊車床進行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價值的設備改造方法，對傳統(tǒng)機械制造行業(yè)的技術裝備進行技術提升，以解決目前設備老化所帶來的問題 。針對目前制造業(yè)的技術裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機械制造業(yè)裝備進行改造，解決機械制造業(yè)中的一些技術問題，用現(xiàn)代先進技術對舊的設備進行改造和提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。 關鍵詞 :機床改造 數(shù)控技術 進給系統(tǒng) 滾珠絲杠 自動刀架 第 1 章 緒論 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 1946 年誕生了 世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 計算機數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在） 到 1970 年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟合理。 到了 1990 年， PC 機 (個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即 CNC ）了，而我國仍習慣稱數(shù)控（ NC）。 2020年，我國機床工業(yè)產值已進入世界第 5名，機床消費額在世界排名上升到第 3位，達 億美元，僅次于美國的 ，消費額比上一年增長 25%。 狀況分析 1. 新產品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產品占據(jù)主導地位。 2020年國內數(shù)控金切機床產量已達 ，比上年增長 %。如北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司建立了具有自主知識產權的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺；煙臺第二機床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機床配套的多種動力卡盤和過濾排屑裝置；濟南第二機床集團公司的數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設備等 30多個系列 100多個品種的數(shù)控配套產品 。從另一角度來看，目前流行的 ERP即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門 (人、財、物、產、供、銷 )或設計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、 車間的最底層加工設備 — 數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的 ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關鍵的問題。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的 RS232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。 PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控 系統(tǒng)。 （ 1 ） 應用自適應控制技術 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。我國現(xiàn)有 400 多萬臺數(shù)控機床 ,數(shù)控機床占有量約占 2%,這些機床的結構一般比較陳舊 ,操作部分復雜 ,控制系統(tǒng)落后 ,但如果把這些落后機床全部閑置或淘汰 ,全部購買新的數(shù)控機床去代替 ,必然耗費巨額資金 ,顯然不符合我國國情 ,因此 ,用數(shù)控這一高新技術對現(xiàn)有機床進行數(shù)控化改造