【正文】 變速獲得（9～24）級(jí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機(jī)械主軸單元加變頻電機(jī)和變頻器組成。 　　機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時(shí)往往是通過(guò)掛輪組來(lái)完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來(lái)十分麻煩。刀架部分的改造 　　目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。 潤(rùn)滑部分的改造 　　老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤(rùn)滑和油脂潤(rùn)滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動(dòng)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 　　局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。 車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國(guó)內(nèi)背景隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來(lái)越多。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來(lái)的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑。為盡快改變我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來(lái)，我們?cè)谄D難地發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極地引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。 這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。 　　(3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力 對(duì)于機(jī)床擁有者來(lái)說(shuō)，只需花費(fèi)購(gòu)買相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。尤其是大型機(jī)床和特殊專用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。 　?、墼O(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。 　?、莞欣谑褂门c維護(hù)。 　?、嘟档屯顿Y風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)集團(tuán)化和集團(tuán)內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開發(fā)適銷對(duì)路產(chǎn)品，提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力；集中人力、財(cái)力、物力以提高本企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價(jià)值。而在我國(guó)，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來(lái)衡量還相距甚遠(yuǎn)。由于我國(guó)企業(yè)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進(jìn)口，企業(yè)承受不了巨額購(gòu)置費(fèi)，且易受國(guó)外的控制，另外數(shù)控機(jī)械設(shè)備維修力量薄弱，進(jìn)口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，大部分進(jìn)口機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進(jìn)口后還沒(méi)使用就已因?yàn)楦鞣矫嬖虿荒苁褂玫鹊?。?shù)控改造主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造和數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。 ③數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。 除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定CPU。本設(shè)計(jì)以8031芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。換刀指令通過(guò)刀架控制器控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。 (1)主傳動(dòng)系統(tǒng)，保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動(dòng)改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。 數(shù)控部分的改造 為降低改造成本，決定采用開環(huán)控制方式對(duì)X軸和Z軸進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造。2　接口箱內(nèi)減速齒輪的齒數(shù)比該車床要求的控制精度為： Z向0BYG550C2型步進(jìn)電機(jī)的步距角為00025mm，Z向絲杠螺距為6mm，脈沖當(dāng)量0一般的，普通車床數(shù)控改造時(shí)，由于需要加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控系統(tǒng)。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)。 交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。 選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求。 光柵尺控制電路： 光柵尺通過(guò)測(cè)量反饋控制刀架進(jìn)給與后退量的實(shí)際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)加工情況進(jìn)行時(shí)時(shí)調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類型并在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大則更換螺母。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件： 工作臺(tái)重量 W=80(kg)(根據(jù)圖樣粗略估計(jì)) 時(shí)間常數(shù) t=25（ms） 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 P =6（mm） 行程 s=1000（mm） 脈沖當(dāng)量 δp=步距角 ψ=（mm/脈沖） 快速進(jìn)給速度 V =4（m/min） (1) 切削力計(jì)算 縱切外圓時(shí)，車床的切削力Fz可以用下式計(jì)算： F = （21） 式中： 為在車床床面上加工的最大直徑(mm)， =21（mm） 則 F =210 =2039(N) 進(jìn)給抗力Fx和切深抗力可按下列比例分別求出 F ： F ： F = 1 ： ： 則 F =2039=510(N) F = 2039 = (N) (2) 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力 可用下列進(jìn)給牽引力實(shí)際公式計(jì)算，對(duì)于三角形或綜合導(dǎo)軌機(jī)床： f = K F + f′(F + W) （22） 式中： F 、F — X（橫） 、Z（縱）方向上的切削分力，單位為（N） W—移動(dòng)部件的重量，單位為（N） f ′—導(dǎo)軌上的摩檫系數(shù) K—考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 對(duì)于三角形或綜合性導(dǎo)軌機(jī)床： K = f′= 取f′= = 510 + (2039 + 800) = (N) ② 最大動(dòng)負(fù)載C的計(jì)算及主要尺寸初選 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷C 選用，最大動(dòng)載荷計(jì)算原理與滾珠軸承相似，滾珠絲杠最大C可用下式計(jì)算： C = f F （23） 式中： L—工作壽命，單位為10 r ， L= ； n —絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)，n = ； V—最大切削力條件下的進(jìn)給速度(m/min)，可取最高進(jìn)給速度的 ～ ； L —絲杠基本導(dǎo)程(mm) ； f —運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，； F —為滾珠絲杠工作載荷(N)。 L =6， (3) 傳動(dòng)效率計(jì)算： 滾動(dòng)絲杠螺紋的傳動(dòng)效率η為： η= （24） 式中： λ—絲杠螺紋升角，可根據(jù)初選型號(hào)查出，λ=176。 L—滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度(mm)。 Z ——圈的滾珠數(shù)，Z=(π )3(內(nèi)循環(huán))。 D = （mm） Z = = 58 F = (N) F = F = 510 = 170 (N) 所以， δ = =（mm） 絲杠的總變形量δ=δ +δ =+amp。為了在齒輪傳動(dòng)中消除間隙，實(shí)現(xiàn)微量自動(dòng)補(bǔ)償以提高傳動(dòng)精度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙，可調(diào)拉彈簧式結(jié)構(gòu)； （2）拆下絲杠右端的支撐座，在坐標(biāo)鏜床上將其孔徑鏜至40mm，便與伺服電動(dòng)機(jī)的支撐軸相配合； （3）車削兩個(gè)軸套（分別為一長(zhǎng)一短），長(zhǎng)套用于連接絲杠左端和左支撐座，短套用于連接絲杠右端與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸； （4）對(duì)安裝螺母的配件進(jìn)行刨、磨、鉆、鉸和攻絲等加工，使其符合安裝條件； （5）總裝后，進(jìn)行局部調(diào)整（如滾珠絲杠與道軌的平行度、螺母間隙和螺母上下前后位置等），力求使?jié)L珠絲杠受力均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)傳動(dòng)間隙。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，彈簧彈力顯很小，起不到自動(dòng)消除間隙的作用；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，彈簧彈力又明顯很大，則更容易加速齒輪的磨損。 刀架 刀架部分是機(jī)床的重要功能部件，對(duì)其進(jìn)行改裝主要是為了實(shí)現(xiàn)多刀夾持、自動(dòng)換刀。 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造 為提高機(jī)床自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中自動(dòng)變速，對(duì)原CA6140A主軸傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的改裝。 普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大的影響。（1）拆下原有的掛輪，加工兩只67齒與90齒掛輪； （2）增加一只中間繼電器，有電門鎖開關(guān)來(lái)控制機(jī)床的電源； （3）在電動(dòng)刀架三相電源進(jìn)線處加裝快速熔斷器和熱繼電器（），保證電動(dòng)刀架安全工作。這就要求安裝面與絲杠軸線的正側(cè)(即安裝基面與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向基面)保持平行≤。 光柵尺的校正 首先將掃描頭輸出接頭與數(shù)字顯示器相連，把掃描頭移至測(cè)量起點(diǎn)，將激光干涉儀置于工作臺(tái)上并將其清零；然后將掃描頭全程移動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)校正螺釘，使其在任意位置上時(shí)數(shù)字顯示器上讀數(shù)與激光干涉儀上的讀數(shù)相等。根據(jù)ISO841標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系用右手笛卡兒坐標(biāo)系作為標(biāo)準(zhǔn)確定。同一臺(tái)機(jī)床，由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所得到的位置精度也不相同，因此在選擇數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)時(shí)，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，反向偏差的存在就會(huì)影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響產(chǎn)品的加工精度。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)定(一般為七次)，求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測(cè)量值。若采用編程法實(shí)現(xiàn)測(cè)量，則能使測(cè)量過(guò)程變得更便捷更精確。 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸反向偏差量的測(cè)量方法與直線軸相同，只是用于檢測(cè)的儀器不同而已。 對(duì)于其他類別的數(shù)控機(jī)床，通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個(gè)地址，專供存儲(chǔ)各軸的反向間隙值。根據(jù)進(jìn)給方式的不同，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)選擇使用不同的補(bǔ)償值，完成較高精度的加工。二、定位精度 數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測(cè)量的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的位置精度，是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項(xiàng)重要精度，它與機(jī)床的幾何精度共同對(duì)機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對(duì)孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。定位精度的補(bǔ)償 若測(cè)得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍，則必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。 定位精度是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要指標(biāo)。改造后普通車床適合于汽車、石油機(jī)械、軍工等多種行業(yè)的機(jī)械加工，主要用于軸類、盤類的精加工和半精加工，可以加工內(nèi)、外圓柱表面、錐面、車削螺紋、鏜孔、鉸孔以及各種曲線回轉(zhuǎn)體。 。本次改造最大的收獲是：通過(guò)老師的指導(dǎo)，鞏固了理論知識(shí)，提高了實(shí)際動(dòng)手能力，積累了一定的機(jī)床改造經(jīng)驗(yàn)。只有制定好改造的技術(shù)路線和方案，改造的成功才有保障8 參考文獻(xiàn) [1] 寥效果，[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，1992. 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