【正文】 進(jìn)給量等。這次我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：把 C6140普通車床設(shè)計(jì)成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 此外，注意繪制裝配圖時(shí)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(jìn)電機(jī)在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。 （ 1） 了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè) 計(jì)（論文） 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 28 頁 主軸交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選型 主軸能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍 Rn, 即 Rn=nmax/nmin,數(shù)控機(jī)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(dòng)頻率的計(jì)算 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jeq=，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm=33 ，查表 52 可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載起動(dòng)頻率 fq=1800Hz。 （ 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定縱向最快空載移動(dòng)速度 Vmax=6000mm/min，仿照式 fmax=Vmax/60δ求出電動(dòng)機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率 fmax=6000/()Hz=10000Hz。因此，根據(jù) Teq來選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)， 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(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： Teq1=Tamax+Tf= 2. 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Teq2 由式 Teq2=Tf+Tt+To可知， Teq2包括三部分：折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tt、移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 Tf、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 To。； δ 縱向脈沖當(dāng)量，本例δ =。以為滾珠絲杠副傳動(dòng)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(jì)。 查常用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算表，可以算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過程從略）：滾珠絲聶鷗： 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 20 杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js= ；床鞍折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jw= ；小帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jz1= ；大帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)螺母至軸向固定處的距離 a 取最大值 1497mm。 因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可減少一半，取 δ 2=。πIE2a2M中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉 /壓變形量δ1=Fm/3(ES) ≈ 。 剛度的驗(yàn)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(dǎo)程為 6mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為 3x2圈機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè) 計(jì)（論文） 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 28 頁 =6圈，精度等級取 4級，額定動(dòng)載荷為 13200N，滿足要求。 選用矩形 — 三角形組合滑動(dòng)導(dǎo)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(yàn)公式： 主切削力 Fc= (1) 背向力 FP= (2) 進(jìn)給力 Ff= (3) 算得主切削力 Fc=。刃傾角λ Z=5176。 脈沖當(dāng)量的確定 聶鷗： 臥式車床 C6140 數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 18 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需要， X方向（橫向）的脈沖當(dāng)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(dòng)量 177。900。 現(xiàn)列出 C6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)： 名稱 技術(shù)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(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需要減速輪副，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)劃實(shí)施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng)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(shù)咨詢服務(wù)。零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)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(dāng)量。 (2) 技術(shù)壽命的計(jì)算。 (1) 機(jī)床磨損程度、剛度。 □內(nèi)置 RS232通訊接口，輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)據(jù)通訊。還可擴(kuò)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(jì)星” HNC21數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)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(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式 PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅(qū)、 DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點(diǎn)。而近幾年 ,美、日、德等先進(jìn)工業(yè)國 ,在大量制造數(shù)控機(jī)床的同時(shí) ,十分重視對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造 ,并已形成一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。 （ 2 ） 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，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(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)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(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)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(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例 。 1. 國際機(jī)床市場的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床 1998年世界機(jī) 床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控 化率達(dá) 70%，我國為 60%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)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(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的 2550 根軌道梁 是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上 升態(tài)勢， 2020 年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第 2 位，達(dá) 億美元，比上年增長 %。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)控” ,實(shí)質(zhì)上 已是指“計(jì)算機(jī)數(shù)控”了。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)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(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC)階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的“通用 ”兩個(gè)字省略了）。 數(shù)控（ NC ）階段（ 1952 ～ 1970 年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要 求。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。本課題是針對己報(bào)廢的 C6140普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升，以解決目前設(shè)備老化所帶來的問題 。針對目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造，解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)問題，用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞 :機(jī)床改造 數(shù)控技術(shù) 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠 自動(dòng)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(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在） 到 1970 年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。 到了 1990 年， PC 機(jī) (個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）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(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC ）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（ NC）。 2020年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第 5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第 3位，達(dá) 億美元，僅次于美國的 ，消費(fèi)額比上一年增長 25%。 狀況分析 1. 新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。 2020年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) ，比上年增長 %。如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺；煙臺第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機(jī)床配套的多種動(dòng)力卡盤和過濾排屑裝置；濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)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(shè)備等 30多個(gè)系列 100多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)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(cái)、物、產(chǎn)、供、銷 )或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、 車間的最底層加工設(shè)備 — 數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。 PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控 系統(tǒng)。 （ 1 ） 應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。我國現(xiàn)有 400 多萬臺數(shù)控機(jī)床 ,數(shù)控機(jī)床占有量約占 2%,這些機(jī)床的結(jié)構(gòu)一般比較陳舊 ,操作部分復(fù)雜 ,控制系統(tǒng)落后 ,但如果把這些落后機(jī)床全部閑置或淘汰 ,全部購買新的數(shù)控機(jī)床去代替 ,必然耗費(fèi)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(shù)對現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造