【正文】 事實證明：用較少的資金，將普通機床改造升級為數(shù)控機床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。 設(shè)計參數(shù)1）機床最大加工直徑：在床身上 400mm，在床鞍上 210mm。maxv5）最大進給速度：縱向：，橫向：。9）最小分辨率：縱向：，橫向：。（2）計算機控制系統(tǒng)的選擇。在操作編 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 5 頁程方面，采用 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控 G 代碼，同時兼容日本發(fā)那科（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)，國內(nèi)主流的編程方式，方便操作者更快、更容易使用本系統(tǒng)。③倒角/倒圓角在程序中直接指令倒角長度或倒圓角的半徑等尺寸，簡化了部件加工程序的編制。超大容量存儲器，26M 的存儲空間，最大 500 個加工程序，滿足多品種、多規(guī)格產(chǎn)品的加工需求。經(jīng)濟型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示：光電隔離功率放大光電隔離功率放大 微 機伺服電動機Z 向伺服電動機X 向床鞍及拖板中滑板圖 21 經(jīng)濟型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖 改造后機床的特點(1)具有與原機床一致的剛度與強度.(2)具有與原機床一致的加工范圍。(6)改造后的機床外型將類似于國產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如 FANUC、西門子、GSK980 等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價格低廉、可靠性強、功能強大等特點。為保證機床長期可靠地運行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運行特性。(2)大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集成電路芯片：GSK980TA1 系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專用功能芯片。(5)數(shù)字式進給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運行的可靠性。用戶可以把+24V 穩(wěn)壓電源放在電氣柜內(nèi)，從而大大提高了整個數(shù)控系統(tǒng)的可命性能。GSK980TA1 系統(tǒng)的 CNC 單元為大板結(jié)構(gòu)。主 CPU 用于系統(tǒng)主控，原來用 80386，從 1998 年起改用 80486/DX2。不同類型的機床控制軟件不同；②伺服控制軟件 ROM 1 片；③PMCL 的 ROM 芯片 2 片，用于存儲機床的強電控制邏輯程序；④RAM 芯片，用于寄存 CPU 的中間運算數(shù)據(jù)，根據(jù)需安裝；⑤COMSRAM，用于存儲系統(tǒng)和機床參數(shù)、零件加工程序，根據(jù)用戶要求配置，最大可為 128K 字節(jié)。其控制板裝在 CNC 單元內(nèi)，插在主板上，即 CNC 單元與進給伺服為一體化設(shè)計。的脈寬調(diào)制信號(每軸)，加于各軸的伺服驅(qū)動的功率放大器上。除上述這些板外，還有圖形控制板、PMCM 板、遠(yuǎn)程緩沖器(REMOTE BUFFER)板，這些板用戶可根據(jù)自身要求選訂。光纖技術(shù)的通訊，可以擴展 PLC輸入輸出點，通過光纖進行連接，簡化和線路的連接。定義的固定循環(huán) 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 11 頁并使用戶很方便地根據(jù)其加工特性進行編寫自己的固定循環(huán)，用戶集成的G 代碼功能。完善的絲杠螺距補償。梯形圖 PLC 程序在屏幕上的動態(tài)顯示，方便了最終用戶的維修。簡便的通訊能力(PCIONC 間為主從關(guān)系，所有操作均在 PC 側(cè)完成)，動態(tài)的 PLC 程序顯示(PC 側(cè))。GSK980TA1 系統(tǒng)有圖形顯示功能：①對編制的加工程序進行加工前的圖形模擬，模擬刀尖的軌跡或加工件的三維實體形狀:②在加工過程中顯示刀尖的軌跡，使操作員能夠監(jiān)視切削過程。GSK980TA1 系統(tǒng)的 PMC 只有 47 條指令〔基本指令有 12 條，功能指令有 35 條)。 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 12 頁梯形圖可用下述兩種方法編制：①用專用的編輯卡利用 LCD 液晶顯示畫面在系統(tǒng)上現(xiàn)場編制。PMCL 的處理機與主機共用，其處理時間為 6 /步，最大步數(shù)為 5000 步。根據(jù)其負(fù)載特性和快速性分為:a(標(biāo)準(zhǔn)型)、am(高加速特性)、ac(經(jīng)濟型)和 aL(低慣量型)。mN?am 加速特性好，從 0 至最高轉(zhuǎn)速的啟動過程為 24ms，故用于高速加工。除此之外，還可接成雙位置反饋，即同時具有上述 2 個閉環(huán)。LSI 是專用位置控制大規(guī)模集成電路芯片。由于有這些控制，使 GSK980TA1 系統(tǒng)運行可靠、快速、平穩(wěn)、精度高。有以下品種。aT：與主軸直連型。位置控制用于主軸同步、主軸定向、剛性攻絲、Cs 軸輪廓控制。主軸控制用單獨的 CPU 控制，處理器為 TMS320。與計算機相連時，計算機內(nèi)必須裝有數(shù)據(jù)傳送軟件。此后加工一段讀入一段，直至結(jié)束。緩沖器接受后變?yōu)?2 進制，然后送到 CNC 執(zhí)行。(3)DNC2:它可使 8 臺 CNC 機床與主計算機遠(yuǎn)程相連，實現(xiàn)多臺機床的加工監(jiān)控與管理。主計算機必須根據(jù)這些指令格式編制相應(yīng)的處理程序，編程語言用 C。其中的柔性變速比可設(shè)定電機與滾珠絲杠及位置反饋傳感器(脈沖編碼器)之間的齒輪傳動比。有故降時該畫面還顯示伺服的報警。根據(jù)報警號可由說明書中查出錯誤原因，報警表是多年經(jīng)驗的積累，幾乎所有的編程錯誤都可從該表中查出。(5)I/O 信號診斷。②剛性攻絲:Z 軸進給與主軸轉(zhuǎn)動同步，不用彈簧卡頭實現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。⑤ 分辨率:系統(tǒng)分辨率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1urn。有工藝參數(shù)語句。同時在主軸箱內(nèi)安裝編碼器，以構(gòu)成加工螺紋所需的主輸系統(tǒng)(c 軸)。GSK980TA1 數(shù)控系統(tǒng)外圍接口棋塊如下:(1)RS232 通訊接口。(5)開關(guān)量輸入輸出接口:輸入信號主要用于 X、Z 方向是否超程的檢測，刀架的位置檢測，坐標(biāo)原點位置檢測等。面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機床控制操作的自身特點要求，在機床立板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機床控制的要求。輸入零件加工程序，實時跟蹤加工情況。 數(shù)控系統(tǒng)與進給控制模塊間信息傳輸數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:設(shè)定值。運行參數(shù): 實測位置，實測轉(zhuǎn)速。運動邏輯狀態(tài):刀具到位識別，液壓卡盤夾緊，主軸超速，機床原點，越位限制等。v按最大切削速度計算，取 m/min，則主切削力10?vNPFcZ ???由《機床設(shè)計手冊》可知，在外圓車削時：，ZXF).01(??ZYF).01.(?取縱向切削分力 ，橫向切削分力 ，則Z5. 6?N728345.?ZY .060.（2）滾珠絲杠設(shè)計計算①螺紋滾道型面的選擇：單圓弧型面、雙圓弧型面。②滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。要求：經(jīng)濟可靠、易拆裝、剛度高?？筛鶕?jù)《機床設(shè)計手冊 》中進給牽引力的mF試驗公式計算，縱向為三角形導(dǎo)軌，則 )(GFfKZX??式中 ——切削分力（N） ；X——顛覆力矩影響的試驗系數(shù)， ；K15.?——滑動導(dǎo)軌摩擦因數(shù)， ，取 ；f 80.?f ——溜板及刀架重力， 。由上面初選絲杠導(dǎo)程及計算所得的最大動載荷，選取絲杠型號為 CDM4006—5 的額定動載荷為28771N，故強度足夠。? 公 稱 直 徑螺 距??? 372????則 )1372tan()ta(0 ????????2）剛度驗算。則cmP90?總 mP???總由《機床說明書》可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度等級為 3 級，查《機械零件設(shè)計手冊》電子版（有效行程 內(nèi)的目標(biāo)行程公ul差 和行程變動量 見表 5—2） ，縱向行程允許的行程變動量為peupV 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 22 頁17 ，CDM4006—5 的 為 17 ,故剛度足夠。I，其中46dI??)2.(0WDd?——滾珠絲杠的公稱直徑， ；0d cm4?——滾珠絲杠的滾珠直徑， 。?由于進給運動齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù) ，由經(jīng)驗公式可知，齒寬 ，則分度圓直徑分別為m2?mb20?Zd6431?82中心距： mma72)403()(21 ?????（8）伺服電機的計算與選擇1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ ）及最大靜轉(zhuǎn)矩（ ）的計算。折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量按下式計算。因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高，確定電T動機最大靜轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)滿足快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩 的要求：T0maxf??式中 ——快速空載起動時所需的轉(zhuǎn)矩（ ） ；maxTN?——克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩（ ） ；f ?——絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動機軸上的附加轉(zhuǎn)矩（ ） 。切TiPFTTXff 002?????削切 mN?????473.).( 3從上式可以看出，快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩 、快速移動時所需轉(zhuǎn)矩T和最大切削負(fù)載時所需轉(zhuǎn)矩 三種工況下，快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩快T切T最大。因為橫向進給量為縱向的 1/3～1/2，取 1/2，則橫向主切削力約為縱向的 1/2。 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 27 頁3）軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力選用雙螺母墊片式預(yù)緊。CDM2022—5 型號滾珠絲杠具體參數(shù)見表 5—4。滾珠絲杠工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程 的0P變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量 為0P?EAPFm00??式中 ——材料彈性模量，對于鋼， ；E 26/?——滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定 ，即 ，A ?則 ??——滾珠絲杠導(dǎo)程， 。m?總P?m?表 5—5 有效行程 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 和行程變動量 （單位： ）ulpeupVm?精度等級有效行程 lu/1 2 3 4 5大于 至 peuVpeupeupeupeuV— 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23800 1000 11 9 15 13 21 17 29 25 40 333）穩(wěn)定性校核。.)(64cI????NFk 56...30226?（7）確定齒輪傳動比。根據(jù)能量守恒原理，mTmaxjT電動機等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式估算： mNiPFm ?????????若不考慮起動時運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩為 ? mqT取安全系數(shù)為 ，則 NTmq ????查《實用微電機手冊》 ，根據(jù)加工要求選擇伺服電機的起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 ，?mNqj ????2）初選伺服電機型號。 ])2([)(0321?PgGJZJF???式中 ——折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量（ ） ；FJ cmk?——齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（ ） ；1 2ck?——齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（ ） ；2 g——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（ ） ；3J 2?——重力加速度。0 mN?由動力學(xué)可知： ?FaJT?mx 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 33 頁其中， ， 為加速度時間常數(shù)， ， 。所以，此項作為校核初選電動機的依據(jù)，由前面查得結(jié)果可知，T起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： ，?jq?NTqj ???2..831max⑤伺服電動機的最高工作頻率 。機械系統(tǒng)中常用的無級變速裝置有以下三種。另外，它的變速范圍小，通常變速范圍 Rb 為 4～6，少數(shù)可達(dá) 10～15，因此，為了滿足執(zhí)行件變速范圍的需要，常串聯(lián)有級變速機構(gòu)（如齒輪變速箱） 。如刨床、拉床的主運動以及組合機床的動力滑臺等。而對于數(shù)控機床的直線進給運動，則要求在整個變速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時可通過簡單的固定傳動鏈與執(zhí)行件相連來滿足要求。 固定傳動比的傳動系統(tǒng) 如果機械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的轉(zhuǎn)速（速度）工作，則連接動力源與執(zhí)行件的傳動系統(tǒng)屬于固定傳動比的傳動系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干個固定傳動比串聯(lián)組成。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 37 頁種變速方式是在大、中型數(shù)控機床中采用較多的一種變速方式，常通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。本設(shè)計的數(shù)控儀表車床其工作時間一般較長，溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值，電機的負(fù)載可能是恒定或大小基本恒定的常值負(fù)載或變化負(fù)載，因此屬于連續(xù)工作方式。m，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ，重量 81kg。而為了減小箱體的傳聲作用，降低噪聲，則應(yīng)適當(dāng)增加箱壁厚度，以增加阻尼系數(shù)。箱體在床身上的安裝方式，采用固定式安裝。螺紋切削時的傳動路線為：主軸 齒輪副 脈沖發(fā)生器 數(shù)控裝置 電動機 縱向進給機構(gòu)??（2）找到與主軸同步的輸出軸，根據(jù)實際空間的大小，現(xiàn)場配作主軸脈沖發(fā)生器。其原理圖與螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架相似 電 機 ； 2安 全 離 合 器 ； 3蝸 輪 蝸 桿 副 ；4內(nèi) 裝 信 號 盤 ； 5刀 架 ； 6螺 母 ； 7端 齒 盤螺 旋 升 降 轉(zhuǎn) 位 刀 架 原 理 圖開合 轉(zhuǎn) 位圖 71 螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架圖 圖 72 LD4－ck0620 四方刀架外形及結(jié)構(gòu)圖 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 40 頁表 71 LD4－ck0620 四方刀架參數(shù)表外形尺寸及安裝尺寸:型號\尺寸 1H23A E 1D 1B F C ?1L23??0624CKLD?122 48 22 80 15 8 52 64 94 8 78 9 248 138 80 60技術(shù)參數(shù)：換刀時間（s）型號電動功率W電機轉(zhuǎn)速r/min夾緊力T重復(fù)定位精度mm壽命（次） ?90?18?2700624CKLD?30 1400 ≤ ＞300000 3 LD4型系列立式電動刀架采用渦輪蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。 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 41 頁第 8 章 設(shè)計小結(jié) 優(yōu)缺點分析本設(shè)計利用 GSK980A1 系統(tǒng)實現(xiàn)了 CA6140 機床的改