【正文】 ........................................................49 數(shù)控改造的控制方式選擇 ..................................................................50 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)方式 ...........................................................50 交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控方式 ..........51 異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)控制方式 .............................................................................................................51結(jié)束語(yǔ) ............................................................................................................53致 謝 ..............................................................................................................54參考文獻(xiàn) ........................................................................................................551 緒論 概述 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?fàn)顩r1946 年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)誕生，1952 年世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床也在美國(guó)誕生，用于三軸鏜銑床的加工，自此，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展緊隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，近 60 年來(lái)，數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了兩個(gè)階段，六個(gè)時(shí)代的發(fā)展過(guò)程。因此，世界其他各國(guó)也在大力開(kāi)發(fā)機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)。我國(guó)數(shù)控機(jī)床從八十年代重新開(kāi)始起步發(fā)展，到 1993年產(chǎn)量已增長(zhǎng) 1828 倍，產(chǎn)值數(shù)控化率從 1%增到 12%。所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉，操作使用方便，適合我國(guó)國(guó)情的裝有數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。德國(guó)的 Schiess 公司在 1981 年吧一臺(tái)加工直徑為 19m 的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床。 我國(guó)常柴股份公司曾改造一臺(tái)仿形銑床，改造費(fèi)用 40 萬(wàn)，節(jié)約投資近 250 萬(wàn)元，用其加工 N485 柴油機(jī)鑄造用模具，每套外協(xié)加工費(fèi)用270 萬(wàn)元，不到三個(gè)月時(shí)間，此臺(tái)仿形銑床完成了兩套 N485 模具和 20套空調(diào)模具的加工。由于機(jī)床數(shù)控化改造工藝不完善，使得改造目前大都局限在中小型車銑床的數(shù)控改造上，這和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的水平尚有很大差距。 3. 改造后的機(jī)床性能穩(wěn)定可靠，機(jī)床應(yīng)用范圍的到擴(kuò)大，適應(yīng)多品種、小批量的零件生產(chǎn)。 4. 經(jīng)過(guò)數(shù)控改造，可以有效提高工件加工精度和聲產(chǎn)效率。 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和可能性數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代機(jī)械加工中起著舉足輕重的作用，機(jī)床數(shù)控化率已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。其二 NC 化，在普通機(jī)床上加上數(shù)控顯示裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC 機(jī)床、CNC 機(jī)床。把這些性能落后、生產(chǎn)率低的機(jī)床全部閑置或淘汰，用新的機(jī)床去取代是不現(xiàn)實(shí)的。另外籌集資金相對(duì)容易一些。通過(guò)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力的目的。一是主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，它的功能是把動(dòng)力源(電動(dòng)機(jī)) 的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)，由于必須對(duì)進(jìn)給位移的位置和速度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以，數(shù)控車床與普通臥式車床相比，應(yīng)具有更好的精度，以確保機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性。改造方案為：（1）臥式車床是普通精度的，安裝經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)較合理、經(jīng)濟(jì)。（5）為了確保數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，將原機(jī)床的絲杠改為滾珠絲杠。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照編制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。(1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。(2)通過(guò)帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 如圖 22(b)所示，這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。(3)用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 如圖 22(c)所示，這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有多速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變頻凋速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)是在一定的變速范圍內(nèi)均勻、離散地分布著有限級(jí)數(shù)的轉(zhuǎn)速，變速級(jí)數(shù)一般不超過(guò) 2030 級(jí)。摩擦片式離合器可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，操縱方式可以是機(jī)械的、電磁的或液壓的，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 1 盡量采用低摩擦的傳動(dòng)副，如滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副，以減小摩擦力； 2 選用最佳的降速比，為達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的脈沖當(dāng)量，使運(yùn)動(dòng)位移盡可能地快速達(dá)到跟蹤指令； 3 盡量縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度； 4 盡量消除傳動(dòng)間隙，以減小反向行程誤差，如采用消除間隙的聯(lián)軸器和消除傳動(dòng)齒輪間隙的機(jī)構(gòu)等； 5 盡量滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。機(jī)床上常用的變速電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流變頻電動(dòng)機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為 23；額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)速范圍很大，變速范圍可 達(dá) 30 甚至更大。 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax和最低轉(zhuǎn)速 nmin的確定 maxaxin10Vd??(21) mininax10d??(22)式中, , 是機(jī)床最大切削速度和最小切削速度。調(diào)頻電maxnmin jn動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 =1500r/min,最高轉(zhuǎn)速 =4500r/min。即可進(jìn)一步確定各變速組中傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時(shí)要注意下列幾點(diǎn)：1)齒輪的齒數(shù)和 ；不能太大，以免齒輪尺寸過(guò)大而引起機(jī)床結(jié)構(gòu)zs增大。3)最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。按照 ISO229—1973 規(guī)定，機(jī)床主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對(duì)于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對(duì)誤差，應(yīng)在 范圍內(nèi)。1i .8154,796,?相應(yīng)的齒數(shù)和 .3,20,9,相應(yīng)的齒數(shù)和 .130,2586?zS找出滿足上述三個(gè)傳動(dòng)比，且有相同齒數(shù)和的數(shù)值，并考慮結(jié)構(gòu)因素確定 123Z即 0?i7548i123?i 軸及齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩的確定主傳動(dòng)系統(tǒng)中的主軸和傳動(dòng)件的尺寸大小主要決定于它所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，而轉(zhuǎn)矩大小則和所傳遞的功率及轉(zhuǎn)速兩個(gè)因素有關(guān)。如果按最低轉(zhuǎn)速計(jì)算，勢(shì)必造成各傳動(dòng)件較粗大，具備過(guò)大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，這是不經(jīng)濟(jì)和不必要的。（1）各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 =150r/minjn軸 I 有 2045r/min、675r/min、140r/min,最低轉(zhuǎn)速 140r/min 由雙聯(lián)滑移齒輪傳到主軸得到 150r/min，所以要傳遞全部功率，故軸 II 的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 140r/min。按接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)： 32231][)(168jmjsj niZPKm????（26）按彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)： 3321][75jmjswnYZPK???（27）式中 ——工作情況系數(shù) 1 ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)2K ——齒向載荷分布系數(shù)3 ——齒形系數(shù)s ——計(jì)算轉(zhuǎn)矩jn ——齒寬系數(shù)m? ——計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取小齒輪的齒數(shù)jZ ——計(jì)算齒輪傳遞的功率P ——許用接觸應(yīng)力][? ——齒形系數(shù)Y齒輪采用 45 號(hào)鋼，整體淬火。主軸組件由主軸及其支承和安裝在主軸亡的傳動(dòng)件、密封件等組成。因此，對(duì)主軸組件有較高的要求。(2)剛度 主軸組件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時(shí)，在位移方向上所施加的作用力來(lái)定義。(3)抗振性 主軸組件的抗振性是指抵抗受迫振動(dòng)和白激振動(dòng)的能力。隨著機(jī)床向高速、高精度發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來(lái)越高。 。如高精度機(jī)床，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的允許溫升為 8～10℃，精密機(jī)床為 15～20℃，普通機(jī)床為30～40℃。所以要長(zhǎng)期保持主軸組件的精度，必須提高其耐磨性。主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。 主軸的材料和熱處理主軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點(diǎn)、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。只有載荷大和有沖擊，或精密機(jī)床需要減小熱處理后的變形，或有其他特殊要求時(shí)，才考慮選用合金鋼。據(jù)資料介紹，目前出現(xiàn)一種叫玻璃陶瓷材料，又稱微晶玻璃的新材料，其線脹系數(shù)幾乎接近于零，是制作高精度機(jī)床主軸的理想材料。圖中軸頸 A 和主軸旋轉(zhuǎn)精度的基礎(chǔ)，其公共軸心線 AB 即為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，同時(shí)軸頸 A 和 B 公共軸心線又是前錐孔的工藝基準(zhǔn)及各重要表面的檢驗(yàn)基難。圖 31 某主軸的形位公差標(biāo)注示意圖主軸錐孔應(yīng)保證與軸頸中心線同心，以軸頸為基準(zhǔn)面最后桔磨錐7L。 主軸部件軸承的配置主軸軸承是主軸部件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)的范圍大；能在零間隙或負(fù)間隙( 一定的過(guò)盈量) 條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較高的旋轉(zhuǎn)精度和剛度；軸承潤(rùn)滑容易，維修、供應(yīng)方便，摩擦因數(shù)小等。軸承類型及型號(hào)選用主要應(yīng)根據(jù)主袖組件的剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、抗振性及結(jié)構(gòu)等要求告理進(jìn)行選定。(1)中高速重載 雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承(如配推力軸承，則極限轉(zhuǎn)速低)。25?1?(3)軸向載荷為主 精度不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承；精度較高時(shí)，選用向心推力軸承。下面簡(jiǎn)述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸鈾承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及適用范圍。圖 b 為另一種雙列圓柱滾子軸承。前者編號(hào)為 NN3000k(舊編號(hào)為 3182100)系列，后者為 NNU4900K(舊編號(hào)4482900)系列。軸承由左右內(nèi)圈 1 和 5，外圈 3，左右兩列滾珠及保持架 2 和 4，隔套 6 組成。瑞典 SKF 公60?司還有 = 的，編號(hào)為 246800，形狀與 234400 相同。一對(duì)軸承背靠背配套使用。常用的接觸角有兩種： 和 。圖 34 角接觸球軸承圖 35 為角接觸球軸承的組配方式，這種球軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。背靠背和面對(duì)面組配都能受雙向軸向載荷；同向組配則只能承受單向軸向載荷?；谏鲜龇治觯鬏S受有彎矩，又屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)，因此主軸軸承必須采用背靠背組配。4p主軸前軸承采用 7317AC 中窄型角接觸軸承；后軸徑軸承采用7313AC 中窄型角接觸軸承。車床主軸內(nèi)孔用來(lái)安裝送加料機(jī)構(gòu)，為了不過(guò)多削弱主軸的剛度，臥式車床的主軸孔徑 d 通常不小于主軸平均直徑的 55%60%，取 d=52mm⑷主軸前端懸懸伸量的確定主軸前端懸伸量 a 是指主軸前端面到前軸承懸伸量反里作用中點(diǎn)（或者徑向支撐中點(diǎn)）的距離。支撐跨距過(guò)小，主軸的彎曲變形固然較小，但因支撐變形引起主軸前軸端的位移量增大，反之，支撐跨距過(guò)大，支撐變形引起主軸前軸端的位移量盡管見(jiàn)效了，但主軸的彎曲變形增大，也回引起主軸前端叫大的位移。1C 點(diǎn)右： mMCDtd 02839。 主軸脈沖編碼器的加裝主軸經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠，需要配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送到數(shù)控系統(tǒng)。即車床主軸的轉(zhuǎn)速不得超過(guò) ，min/23061rn?? min/20r如果主軸脈沖發(fā)生器的頻率提高到 ，轉(zhuǎn)速也僅達(dá)到 。注意脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速，車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于次轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖發(fā)生器。根據(jù)車床型號(hào)及主軸中心高度，選用 LD4I 系列四工位自動(dòng)刀架。發(fā)信轉(zhuǎn)位采用霍爾元件，使用壽命長(zhǎng)。在刀體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，發(fā)信盤不斷向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號(hào)。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號(hào)，切斷電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，完成選刀過(guò)程。（2）電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線在安裝時(shí)應(yīng)合理，以免加工時(shí)切削、冷夜及其他雜物磕碰電動(dòng)刀架連線。頂尖１與尾座套筒２用錐孔連接，尾座套筒帶動(dòng)頂尖一起移動(dòng)。尾座套筒移動(dòng)的行程，靠調(diào)整套筒外部連接的行程桿１０上面的移動(dòng)擋塊６來(lái)完成。 機(jī)床導(dǎo)軌部分的改造設(shè)計(jì)所選車床用的時(shí)間久，導(dǎo)軌表面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，容易產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的失動(dòng)，數(shù)控機(jī)床一般采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，滑動(dòng)導(dǎo)軌應(yīng)用較少，為了恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌的精度，提高機(jī)床的穩(wěn)定性，提高機(jī)床的防爬行和吸振功能，選用聚四氟乙烯基軟帶改造機(jī)床導(dǎo)軌。鑄鐵—淬火鋼導(dǎo)軌副的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)相差很大，而金屬—聚四氟乙烯導(dǎo)軌軟帶的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)