【正文】 （論文）進(jìn)度計(jì)劃表 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 調(diào)研、收集資料、寫開題報(bào)告 完成 2 整理資料、擬訂論文初稿 完成 3 繪制橫向進(jìn)給系統(tǒng)裝配 圖 完成 4 繪制零件圖 完成 5 繪制電路圖 完成 6 編輯并整理論文或說明書 完成 7 修改并裝訂論文 , 準(zhǔn)備答辯 完成 指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期 年 月 日 簽名 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 摘 要 我本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì) CA6140 型 普通 車 床的 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 ， 在合理選 擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對(duì)普通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械傳動(dòng)和控制電路的 改造，改造的主要內(nèi)容包括： ⑴ 拖板的改造，拖板是數(shù) 控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，所以對(duì)其改造 尤顯重要。 ⑶ 床身的改造，為使改造后 的機(jī)床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌。 ⑹ 控制電路的選擇，本次設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列單片機(jī)組成控制系統(tǒng)的電路，也是從 改造的經(jīng)濟(jì)性 要求 上出發(fā)的。 在 1952 年， MIT 研制成功了三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)，并且在 Cincinnate 銑床上裝備了這種控制系統(tǒng) ，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。特雷克公司（ Keaneyamp。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。 80 年代，國際上出現(xiàn)了 1～ 4 臺(tái)加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（ Flexible Manufacturing Cell— FMC）。 80年代初以來，隨著我國實(shí)行改革、開放政策，引進(jìn)了日本、美國等先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，使我國數(shù)控機(jī)床在質(zhì)量和性能上有了很大的提高。 數(shù)控化改造的 現(xiàn)狀 我國目前機(jī)床總量 380余萬臺(tái)，但是其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 ，只占我國機(jī)床總量的 3％?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是非數(shù)控的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10年以上的老舊機(jī) 床。 [24] 我國近幾年內(nèi)需要數(shù)控化改造的普通設(shè)備 10 萬臺(tái)以上，舊數(shù)控機(jī)床在 4000臺(tái)以上，這將是一個(gè)能提供幾十億到上百億元的廣闊 市常因此在機(jī)械制造業(yè)中，尤其在機(jī)床制造行業(yè)中，應(yīng)該充分利用自己的技術(shù)特長(zhǎng)，去迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，為國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 做 出自己的行業(yè)貢獻(xiàn)。 在德國，從事機(jī)床改造的 著 名的公司有 ： Hellwig 公司 、 Letnstatt 公司 等 。 從事天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 機(jī)床改造的公司有 沈陽金切機(jī)床有限公司 、 北京鼎信合力數(shù)控成套設(shè)備有限公司等。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床 60％的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后，即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 37倍。 企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新 產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。工人更容易上手。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有 柔性 加工的基本功能，操作維修方便。這樣一方面可避免資金浪費(fèi)，另一方面也可避免因數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜而增加的故障率。適用于精度要求一般的中小型機(jī)床的改造，也是目前數(shù)控改造中應(yīng)用最為廣泛的一種。對(duì)數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有原精度外，還要有良好的耐摩性和小的摩擦阻力。為保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高，要達(dá)到無隙傳動(dòng)。 mm，已能滿足 CA6140車床改造后加工零件的 精度要求。 并進(jìn)行相關(guān)的校核。 并進(jìn)行相關(guān)的校核。 [23] 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題 主要解決的問題 有： ⒈ 恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。 ⒌ 綠色 環(huán)保 是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產(chǎn)品壽命結(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅(qū)動(dòng)代替感應(yīng)驅(qū)動(dòng)，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，提高效率，減少能源消耗。此外，并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有利于采用電傳動(dòng)，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。 總之， 制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立 與國際接軌的發(fā)展道路， 是對(duì) 21 世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù) 及其相關(guān) 產(chǎn)業(yè)發(fā)展 的關(guān)鍵 。 ⒊ 根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī)。 ⒍ 為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性， 應(yīng) 選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。切制螺紋時(shí)，編碼 器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，控制刀架縱向移動(dòng)。 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 機(jī)床的 總體方案設(shè)計(jì)圖 ， 如圖 21 所示： 圖 21 數(shù)控車床改造的總體方案示意圖 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖 ， 如圖 22 所示： 圖 22 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)方案框圖 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì) 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。10mm 外形尺寸 長(zhǎng)寬高 241810001267mm 工作精度 圓度 圓柱度 200: 平面度 表面粗糙度 Ra ~ 電動(dòng)機(jī)功率 主電動(dòng)機(jī) 總功率 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 本次設(shè)計(jì) 要求 的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 改造設(shè)計(jì)參數(shù) ，見表 22： 表 22 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 改造設(shè)計(jì)參數(shù) 名稱 技術(shù)參數(shù) 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 快進(jìn)速度 橫向 最大切削進(jìn)給速度 橫向 定位精度 177。 CA6140 普通車床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 10 第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要 部分有 拖板 部分和 溜 板箱 部分 。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。但將影響其傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低。 ⒊ 采用滾珠絲杠代替原滑動(dòng)絲杠，提高傳動(dòng)靈敏性 、 降低功率 和 步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。使改造后的機(jī)床外型美觀、合理。 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算 和 選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。 車削抗力分析 和滾珠絲杠副的特點(diǎn) ⒈ 車削抗力分析 車削外圓時(shí)的切削抗力有 Fx、 Fy、 Fz， 如圖 31。 2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦CA6140 普通車床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 12 系數(shù)幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，啟動(dòng)摩擦力矩與運(yùn)動(dòng)時(shí)的 摩擦力矩的差別很小。滾珠絲杠副具有運(yùn)動(dòng)的可逆性，但是沒有 像 滑動(dòng)絲杠副那樣運(yùn)動(dòng)具有自鎖性。并可消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 8) 使用可靠，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維修方便 與液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠副在正常使用條件下故障率低，維修保養(yǎng)也極為方便；通常只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑與防塵。 在正常情況下， K 、 39。f =~ 鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌 f = 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 上 面的 摩擦系數(shù) 39。f =。 其中 ： vs 為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1/2~1/3； Lo 為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得 Lo=8mm； fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)是有沖擊振動(dòng)，所以取 fm=。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 （ Cao） 是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷 Fm， 一般使 Cao/Fm=2~3。49180。 ????? ??tg tgtg tg ?? ?? （ 37） 式中 ： ? 為 絲杠螺旋長(zhǎng)升角； ? 為 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f =~， 其摩擦角約等于 39。 圖 32 橫 向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)算如下： ⑴ 絲杠的拉伸或壓縮變形 1? (mm) 根據(jù) ,251 2 0 9 . 2 0 mmdF m ??? ， 查“滾珠絲杠軸向拉伸壓縮變形圖”得出???LL? ，可算出： 51 ?????? ?LLL?? mm （ 38） 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故 其拉剛度可以提高 4 倍。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為 FK 22l EIfF zK ?? （ 311） ? ?KmKK nFFn ?? （ 312） 式中： E 為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼 E=? 106（ N/cm2）； I 為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面 I=π d14/64（ cm4） (d1為絲杠的底徑 )； 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 l 為絲杠的 兩支承端距離 （ cm） ； [nK]為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取 到 4； fz 為絲杠的支撐方式系數(shù)由表 32 查得。）。對(duì)一個(gè)具體軸承很難預(yù)知其確切壽命，但是一批軸承則服從一定的概率分布規(guī)律，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法處理數(shù)據(jù)可分析計(jì)算一定可靠度R 或失效概率 n 下的軸承壽命。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將基本額定壽命一百萬轉(zhuǎn)（ 106r）時(shí)軸承所能承受的恒定載荷取為基本額定動(dòng)載荷 C。對(duì)推力軸承，軸向基本額定動(dòng)載荷 Ca 是指中心軸向載荷。 表 35 軸承滾動(dòng)當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算的 X,Y 值 軸承類型 相對(duì) 軸向載荷 單向軸承 雙列軸承 e Fa/C0r raCF0 Fa/Fr≤ e Fa/Fre Fa/Fr≤ e Fa/Fre X Y X Y X Y X Y 角 接 觸 球 軸 承 α =15176。深溝球軸承和角接觸球軸承的 e 值隨 Fa/C0r 的增大而增大。的推力軸承只能承受軸向力，其當(dāng)量動(dòng)載荷 P0a=Fa 。 ⒉ 精度 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量 精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足： ? ?sm i ?? ??? （ 42） 式中 ： △θm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。 ⒋ 轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件 ： 起動(dòng)力矩一般選取為 ： Mq≥Mjmax/λ （ 44） 式中 ： Mq 為 電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 ； Mjmax為 電動(dòng)機(jī) 最大 靜 轉(zhuǎn) 矩 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選 擇 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J∑（ kgcm2） 參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 130BF，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM=cm2 3444 ??? LdJ = 84 2 103= cm）： Mqd=Mamax+Mf+Mo （ 46） ⒉ 快速 進(jìn)給時(shí)所需 力矩 Mkj（ N ??? 360m a xm a x bpvn ?? （ 410） 式中 ： vmax 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（ mm/min）； δp 為脈沖當(dāng)量（ mm/脈沖）； θb=步進(jìn)電機(jī)的步距角（ 176。 Mt 為折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩： iLFM ott ??2? （ 413） 式中 ： Ft 為進(jìn)給方向最大切削力（ N）。cm iLFM ott ??2