【正文】 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能 ,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境 ,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面 ,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益。我國機床役齡 10 年以上的占 60%以上； 10 年以下的機床中，自動 /半自動機床不到 20%，F(xiàn)MC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指 可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占 60%以上）。 經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。要求該車床增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸編碼器，具有螺紋切削的功能。 3） 拖板及刀架重力：縱向： 1000N，橫向： 600N。 7） 主軸電機功率： 。由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、米 /英制螺紋加工 等功能，故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 GSK980TA1 是 GSK980 系列的最新產(chǎn)品之一，采用了 32位嵌入式 CPU和超大規(guī)模可編程器件 FPGA，運用實時多任務(wù)控制技術(shù)和硬件插補技術(shù)，實現(xiàn) μm 級精度的運動控制，確保高速、高效率加工。 其特點如下： ① 程序預(yù)讀功能實現(xiàn)了切削速度最佳的加 /減速控制 系統(tǒng)預(yù)測控制可預(yù)讀多個加工程序段，實現(xiàn)了切削速度最佳的加 /減速控制，從而有效 地減少了工件形狀的轉(zhuǎn)角處或小半徑圓弧的伺服跟蹤誤差，并有效地提高加工速度和加工精度。 ⑤ 加工 軌跡圖形顯示功能 反映工件坐標和刀具補償?shù)牡都廛壽E，進行跟蹤顯示。） 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 7 頁 （ 3）機械傳 動方式。 (4)橫向進給的直線度和運動精度全部有改造部分的制造和裝配精度保證。 數(shù)控系統(tǒng)的特點 機床數(shù)控系統(tǒng) (CNC 系統(tǒng) )是數(shù)控機床的控制核心，隨著機床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進 步，提高了 數(shù)控機床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著 。 選擇了 GSK980TA1型數(shù)控系統(tǒng)。其工作場地的室溫為 0～ 45℃ ，相對濕度 75%短時可達 95%,抗震為 ，電網(wǎng)電壓波動為 10%～ 15%,經(jīng)對使用中系統(tǒng)的實際統(tǒng)計， GSK980TA1 系統(tǒng)的故障率為 ，比較好地滿足了我國市場的要求。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。 硬件設(shè)計 采用 CISC（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的 GSP主板，主板上連接可插接 (分離的 )小模板。隨著大規(guī)棋集成電路芯片的發(fā)展， GSK980TA1 系統(tǒng)的破件結(jié)構(gòu)已經(jīng)改進過多次。各板插在主板上，與 CPU 的總線相連。 (2)存儲 器板 該板上有： ① 系統(tǒng)的控制軟件 ROM(共 5 片 )。 (3)I/O 板 該板是 CNC 單元與機床強電柜的接口，接收或輸出 24V 直流信號，由 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 10 頁 PMC 實施輸入 /輸出控制 ， I/O 點數(shù)可根據(jù)機床的復(fù)雜程度選擇，標準配置為 104 個輸入點， 72個輸出點。每個 CPU控制 2個軸，一塊板可控制4 個軸。 (5)電源 主要有 5V 直流電，用于各板的供電。這就提高了整個機床的可靠性。提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，如果機床的軸有問題，可以直接把軸模塊上的插頭相對換，就能很快的查出問 題 所在 (系統(tǒng)內(nèi)部或外部 )。強大的通訊功能 (RS232IRS4221RS485) ，邊加工邊傳輸功能。并且沒有固定的距離和補償值的限制。 (3)強大的編程軟件 GSKCC 軟件。調(diào)整 NC 的機床參數(shù)和伺服系統(tǒng)，圖形的動態(tài)響應(yīng)，強大的優(yōu)化功能，方便地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。顯示圖形必須用圖形控制板，該板為專用微機， CPU 用 80186。 GSK980TD 系統(tǒng)用梯形圖編制 PMC順序邏輯程序。調(diào)試好的程序要用寫入器寫入EPROM。 2種 PMC 的掃描周期均為 I6ms。 0C配 a型 。這種位置反饋，是間接測量工作臺的直線位移，所以稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 進給伺服單元的控制用前述的軸控制板，該板輸出控制指令信號到功率放大器。此外，還有許多非線性補償與控制，如單脈沖抑制、超調(diào)抑制、反向間隙加速補償、機床的速度反饋等。模擬控制指令 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 13 頁 是 0～ 10V 的直流電壓。 aP：恒功率寬調(diào)速范圍型 (8:1)。 主軸驅(qū)動有速度控制和位置控制 2 種工作方式，普通加工為速度控制。此時需在機床的主軸上裝位置編碼器，位置編碼器有光電式和磁性傳感器。 RS232C 口及數(shù)據(jù)通訊 GSK980TA1 系統(tǒng)有 2 個串口 (RS232C)，分 4 個通道，用于系統(tǒng)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 除上述的信息交換外，利用 串行通訊還可實現(xiàn)下列方式的在線加工與機床的 DNC 管理 : (1)紙帶方式的加工 :加工復(fù)雜零件時，加工程序非常長， CNC 的內(nèi)存容量不夠用，可將程序存于外設(shè)，如計算機的軟盤。對于小程序段、快速加工，走刀有停頓現(xiàn)象，為此，開發(fā)了 REMOTEBUFFER 功能。緩沖器收到后不經(jīng)轉(zhuǎn)換即送往 CNC 執(zhí)行。 CNC 與主 計算機交換的信息除了系統(tǒng)和機床的參數(shù)、加工程序、加工的設(shè)定值外，還可傳送機床的工作狀態(tài)，如自動加工啟動、停止、加工中暫停、報警等。 調(diào)機、維護與故障診斷 (1)伺服參數(shù)設(shè)定與調(diào)整 :為了方便調(diào)機，系統(tǒng)的 CRT 有進給伺服參數(shù)設(shè)定畫面和調(diào)整畫面。在伺服調(diào)整畫面上可以定量地讀出機床工作臺移動時各軸的伺服增益、伺服誤差及其變動情況。主軸運行有監(jiān)視畫面，在該畫面上可讀出主軸電機的轉(zhuǎn)速、負載百分比及主軸的轉(zhuǎn)速，從而可以省去通常的轉(zhuǎn)速表和負載表。 GSK980TA1系統(tǒng)對這 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 15 頁 些故障有較好的保護。 CRT 還有診斷畫面，通過該畫面，根據(jù)信號的地址檢查 0/1 狀態(tài)變化，可判斷其是否正常工作。 0C系統(tǒng) PMC 可控制 2 個進給軸。 ⑦ 菜單編程。 CNC是本系統(tǒng)的核心部分，用以完成人機對話與通訊，解釋機械加工語言，分配加工任務(wù)，以及協(xié)調(diào)各功能模 塊的工作等 。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 16 頁 第 4 章 機床的電氣改造 數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接 原機床已有一個電控柜，里面放置了開關(guān)、繼電器、接觸器等。 (3)編碼器反饋信號接口 :用于與主軸電機的編碼器的連接，編碼器的作用是將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，從而實現(xiàn)了對主軸轉(zhuǎn)速的檢測，這在螺紋加工的時候是不可缺少的。這樣對該機床的一些三線式接近開關(guān)，提供了方便可靠的連接。 (8)密集型面板接口。 為了保證系統(tǒng)的高效運行，要求所傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)信息都應(yīng)選用最有效率的信息，即是必須傳輸?shù)?，意義準確完整的，和盡量選用使用頻率高的信息，這有助于提高系統(tǒng)的可靠性，運行效率和減少信息傳輸費用。 控制字 : 進給控制運行 (運行、停止等 )。 邏輯控制 :控制刀架，冷卻泵，冷卻閥等。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 18 頁 第 5 章 進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計計算 縱向機械傳動部分的數(shù)控化改造和設(shè)計計算 （ 1）切削力的計算。 方案：選用雙圓弧型面。 原因：結(jié)構(gòu)簡單、工藝性優(yōu)良、適合成批生產(chǎn)、經(jīng)濟實用，適用于重載荷傳動、高速驅(qū)動及精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。 原因：結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便、剛度高。 則 m in/50m in/6 0 rrP vn s ????? rrnTt 萬萬 4510 1500050601060 66 ????? NNFfftC mHW 2 4 8 7 0 ?????? （ 5）選擇滾珠絲杠螺母副。 表 5— 1 CDM4006— 5型號滾珠絲杠具體參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 螺紋底徑/mm 額定載荷 /N 接 觸 剛度 /(N/um ) 0d 0P WD 1d 2d aC aC0 40 6 28770 95970 2191 螺母安裝連接尺寸 /mm D 1D 3D 4D B 5D 6D h L 1L C A M 71 — 110 90 15 9 15 9 138 54 7 3 M6 （ 6）滾珠絲杠的驗算 1）傳動效率計算。 其中，“ +”用于拉伸時，“ — ”用于壓縮時。要使?jié)L珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負載荷 maxFFk ? ?？捎墒?360Pibp? ??? 計算。查廣州數(shù)控進給伺服電機相關(guān)型號及信息，根據(jù)估算出來的最大靜轉(zhuǎn)矩 mNTj ?? ax ，可初選 130SJTM060D型伺服電機，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 18 mN? ，基本可滿足要求。 對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量按下式估算： LDJ ??? 式中 D —— 圓柱形零件的直徑； L —— 零件軸向長度。 則 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 25 頁 m in/4 0 0m in/6 0 0 0 rrn ??? mNmNT a ???? ???? ? 8 7 2 4m a x mNmNiG f PT if ??????? ????? ? 30 0??? mNmNiPFT i ??????? ???? ? 30 000 ??? 式中 0F —— 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3，即 NNFF m ???? 則 mNmNTTTT faq ????????? 2 0 9 )1 3 0 7 2 (0m a x ③ 快速移動時所需轉(zhuǎn)矩 快T 。 Hzvf p 5 00 31 00 0601 00 0 m a xm a x ?? ??? ? 由以上選型及計算，最終選用 80SJTM024C型伺服電動機，其主要參數(shù) 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 26 頁 見表 5— 3。 NNFF ZX 8 6 41 7 2 ???? NNFF ZY 0 3 61 7 2 ???? （ 2）滾珠絲杠設(shè)計計算 滾珠絲杠的選型方案可參照縱向機械傳動部分的數(shù)控化改造和設(shè)計計算中的選型方案及選擇原因選擇橫向滾珠絲杠，即 1）螺紋滾道型面選用雙圓弧型面?？筛鶕?jù)《機床設(shè)計手冊》中進給牽引力的試驗公式計算， 橫 向為 燕尾 形導(dǎo)軌，則 )2( GFFfFF XZYm ???? 則 NNNF m 1 0 0)6 0 08 6 421 7 2 8( 0 3 [ ???????? （ 4）計算最大動載荷 C （ N） ，由 mHW FfftC 3? 得： rrnTt 萬萬 66 ????? m i n/ i n/4 0 rrP vn s ????? NNFfftC mHW ?????? （ 5）選擇滾珠絲杠螺母副。根據(jù)《機械原理》，絲杠螺母副的傳動效率 0? 為 )tan(tan0 ?? ?? ?? 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 28 頁 式中 ? —— 摩擦角， 01??? ； ? —— 螺旋升角，根據(jù)公稱直徑螺距?? an ?，可得 463 ?? ?? 。 cmEA PFP m 6600 7 0 0 ?????? ?????? 滾 珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化 P?? 很小，可以忽略不計，即 01 PP ??? ，所以導(dǎo)程變形總誤差 總P? 為 ：00 PPPP ??? 總總 式中 總P? —— 縱 向 最 大 行 程 ， 由 《 機 床 說 明 書 》 可 知 ，cmmmP 24240 ??總 。根據(jù)公式 KL EIfF kk 22?? 式中 kf —— 絲杠支承方式系數(shù)，查《機械零件設(shè)計手冊》可知，?kf （雙推簡支）； E —— 材料彈性模量，對于鋼， M PaE ?? ； L —— 絲杠兩支承端距離，查《機械零件 設(shè)計手冊》可知，CDM2020— 5 絲杠兩支承端距離為 600mm=60cm； K —— 滾珠絲杠的靜安全系數(shù)，取 4/1?K ； I —— 截面慣性矩。其中 步/ mmp ?? ； b?參考《實用微電機手冊》，初選 ??b? ； mmP 40 ? ，則 0 0 6 0 ????i 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 30 頁 可選定齒輪齒數(shù)為 301821 ??ZZi 齒輪材料采用 40Cr ，調(diào)質(zhì)處理，精度等級取 7 級，前后軸承選用 8024型流動軸承，齒輪傳動時效率為 ?i? 。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 31 頁 3）各種工況下轉(zhuǎn)矩計算 ① 負載動慣量計算。 則 22441 2 6 cmkgcmkgJ ??????? ? 22442 0 2 cmkgcmkgJ ??????? ? 22443 7 4 cmkgcmkgJ ??????? ? 222 ]) ()[()3018( cmkgJ F ???????? ② 快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩