【正文】 。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。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。數(shù)控車(chē)床平行與主軸方向即縱向?yàn)閆軸，垂直與主軸的方向即橫向?yàn)閄軸，刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎颉Ｒ虼嗽趯?duì)其進(jìn)行 數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。 橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 改造思路 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造應(yīng)保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速器后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。； —摩檫絲杠副的滾動(dòng)摩檫系數(shù)f=，其摩檫角約等于10′ 則 η= = (4) 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，對(duì)縱向變形的影響更 小，可忽略不計(jì)，螺母座只要設(shè)計(jì)合理，目前占優(yōu)勢(shì)的有：接觸角為60的推力角接觸球軸承，可以背靠背或面對(duì)面組配，還可以三聯(lián)組配，四聯(lián)組配等，為提高剛度和承載能力。 {???????控制原理圖如下： 主軸控制系統(tǒng)原理圖 ???????}Z軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)： Z軸采用松下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)由松下伺服模塊控制，其動(dòng)力由R、S、T三相電源經(jīng)伺服模塊提供，伺服電機(jī)控制刀架的Z（縱向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30XS33，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號(hào)經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類(lèi)型在顯示器上報(bào)警顯示報(bào)警號(hào)。 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。本次改造的機(jī)床主要用于粗加工。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。而設(shè)備維修改造的社會(huì)化、專(zhuān)業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢(shì)。各基礎(chǔ)件經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長(zhǎng)期磨合。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)接；② 橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速器安裝在床鞍的后部(相對(duì)操作者)，縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及齒輪減速裝置安裝在機(jī)床的右端，靠近尾座的位置；③ 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。 　　電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動(dòng)刀架，立式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤(pán)）和免抬刀刀架（三端齒盤(pán)）之分。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 (2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； (3) 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；(4) 加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； (5)機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；(6) 機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度改善勞動(dòng)條件； (7) 對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。于是，又相繼提出了一些設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)必須考慮的問(wèn)題，如機(jī)床的精度問(wèn)題，剛度，抗?fàn)幮?，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，熱變形，噪音，磨損等等。近些年來(lái)我國(guó)機(jī)床工業(yè)已取得很大成就。大幅度的提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如剛度低、抗振動(dòng)性差、滑動(dòng)摩擦阻力較大及傳動(dòng)元件存在間隙等，因此需要有目的地改造，以滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床最基本的要求，這也是本文主要討論的問(wèn)題。我國(guó)的技術(shù)人員素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展的需要。對(duì)于機(jī)床設(shè)計(jì)，顯著地提高了機(jī)床的性能。他在數(shù)控裝置的控制下通過(guò)電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。 1984年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。絲杠導(dǎo)程在滿(mǎn)足機(jī)床改造后性能的前提下越小，對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。 主軸部分的改造 　　車(chē)床主軸帶動(dòng)工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車(chē)削加工中的主運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)床大部分動(dòng)力。 機(jī)床防護(hù) 　　機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。 　　但是，機(jī)床長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長(zhǎng)期閑置，需要使用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動(dòng)； 由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿(mǎn)足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過(guò)早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來(lái)一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10年，而我國(guó)大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。用戶(hù)與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見(jiàn)，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。目前我國(guó)企業(yè)機(jī)械制造整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)CA6140A車(chē)床的有關(guān)資料，確定總體方案為： 利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過(guò)I/O接口輸出給X軸和Z軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。005mm。 異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。 A—滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面 (mm)， + 號(hào)用于拉伸， 號(hào)用于壓縮. F = (N) L = 1600 mm E =10 Mpa A= (d D ) 則δ = = =（mm） 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ ，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，有預(yù)緊力時(shí)： δ = （26） 式中： D ——滾珠直徑(mm)。 實(shí)施步驟（1）拆下刀架、小拖板及滑動(dòng)絲杠； （2）車(chē)削一根定位芯軸，保證法蘭盤(pán)孔與大拖板后孔的同軸度。但由于實(shí)際受結(jié)構(gòu)的限制以及空間的影響，光柵尺都安裝在導(dǎo)軌外側(cè)，如果光柵尺裝配不當(dāng)，特別導(dǎo)軌誤差，對(duì)位置測(cè)量有巨大影響。數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。反向偏差的補(bǔ)償 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，定位精度有不少，但沒(méi)有補(bǔ)償功能。常用方法是計(jì)算出螺距誤差補(bǔ)償表，手動(dòng)輸入機(jī)床CNC系統(tǒng)，從而消除定位誤差，由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點(diǎn)可能有幾百上千點(diǎn)，所以手動(dòng)補(bǔ)償需要花費(fèi)較多時(shí)間，并且容易出錯(cuò)。 由于不同機(jī)床其結(jié)構(gòu)、功能和性能差異很大，在對(duì)每臺(tái)機(jī)床數(shù)控改造之前，工程技術(shù)人員必須對(duì)改造的對(duì)象進(jìn)行充分深入的調(diào)查研究，和機(jī)床的用戶(hù)，維修技術(shù)員、以及操作者緊密配合，制定出合理準(zhǔn)確的改造方案。7 結(jié)論 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用了機(jī)械課程設(shè)計(jì)和其它課程地理論和實(shí)際知識(shí)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般能力，樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了分析和解決問(wèn)題的能力，使我對(duì)知識(shí)有了一次更大的了解；還有對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。 對(duì)于FANUC0i、FANUC18i等數(shù)控系統(tǒng)，有用于快速運(yùn)動(dòng)(G00)和低速切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(G01)的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。 反向偏差的測(cè)定 在所測(cè)量坐標(biāo)軸的行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測(cè)量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。 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。 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。 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。 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(chē)床的切削力Fz可以用下式計(jì)算： F = （21） 式中： 為在車(chē)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)。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。005mm。(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)改造 縱、橫向傳動(dòng)全部用滾珠絲杠（傳動(dòng)效率高，達(dá)到90%）。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS51系列單片機(jī)，主