【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 環(huán)系統(tǒng)難，但是可以獲得比開(kāi)環(huán)進(jìn)給 系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)，可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求決定是否采用這樣系統(tǒng)。 （ 3）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，它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)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)試都比閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元 10 件的安裝問(wèn)題，當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，如珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是依據(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。 數(shù)控化改造中主要部件的改造探討 一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度，運(yùn)動(dòng)幅之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙，功率大，便于操作和維修，機(jī)床數(shù)控改造時(shí)，盡量達(dá)到上述要求，不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能得到預(yù)期的改造目的。 （ 1）滑動(dòng)導(dǎo)軌幅對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有的普通車床的導(dǎo)向和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)，同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影 響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑。 （ 2）齒輪幅一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動(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，在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床只要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床的加工精度。 （ 3）滑動(dòng)絲杠和滾珠絲杠，絲杠的傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度，絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和 0 拖動(dòng)扭矩要求，以保證機(jī)床的加工精度，一般情況滑動(dòng)絲杠不低于 6 級(jí)，螺母間隙過(guò)大則應(yīng)更換螺母，采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠摩擦損失小、效率高，其傳動(dòng)效率可在 90%以上，精度高 、壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)力距和運(yùn)動(dòng)時(shí)力距相近，因此可以滿足較高精度、零件加工要求。 （ 4）安全防護(hù) 改造效果必須以安全為前提，在機(jī)床改造中，要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，滾珠絲杠是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵，特別是切削及硬沙粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也可以加整體鐵板防護(hù)罩，大托板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對(duì)防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。 第二章 總體方案的制度與比較 一、車床數(shù)控化改造的實(shí)踐準(zhǔn)備及資料收集 11 在車床數(shù)控化改造這個(gè)工程設(shè)計(jì)之前進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)。在這期間，接觸了大量的數(shù)控化改造實(shí)例，使我對(duì) 車床數(shù)控化改造有了初步了解。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對(duì)數(shù)控裝備的要求。 在工程設(shè)計(jì)課題接到手后，借閱了大量關(guān)于普通機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的書(shū)籍，通過(guò)借閱這些書(shū)籍，了解了普通車床的基本性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)與成型數(shù)控車床進(jìn)行比較，明確了設(shè)計(jì)任務(wù)。 二、數(shù)控化改造方案的制定 通過(guò)閱讀資料及參觀成熟數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步擬定以下三個(gè)總體改造方案。 一）方案一，此方案考慮到盡可能保留車床原有功能，減化改造量，做好以下幾個(gè)方面工作。 1. 機(jī)械部分改造：保留原車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，也保留了原有車床的尾座及車 身部分，但為了減化操作量，將原車床的刀架換為電動(dòng)刀架。為了便于加工螺紋和絲桿，避免加工螺紋或絲桿時(shí)發(fā)生亂扣現(xiàn)象，在主軸箱內(nèi)配置了與主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送給計(jì)算機(jī)處理。 拆除原進(jìn)給箱中進(jìn)給傳動(dòng)鏈內(nèi)容，改用步進(jìn)電機(jī)作動(dòng)力源，經(jīng)齒輪減速組傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架作縱向進(jìn)給，由此構(gòu)成簡(jiǎn)易的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 拆除原刀架，安裝電動(dòng)刀架，以減少操作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 2. 數(shù)控裝置的設(shè)計(jì) 此方案中采用 MCS51 系列中單片機(jī)作為核心芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)運(yùn)算的數(shù)控系統(tǒng)，它能完成設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 中要求的各項(xiàng)功能。 3. 方案一的初步評(píng)價(jià) 此方案保留了原有車床結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了小部分改造。改造周期短，見(jiàn)效快、成本低是此方案的亮點(diǎn)，但其自動(dòng)化控制程度低，一般適用于生產(chǎn)線上工序較穩(wěn)定的零件的加工。 二）方案二 此方案改動(dòng)量較大，主要做了以下幾點(diǎn)改造： ：要求主運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，采用液壓拔叉和電磁 12 離合器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。保留了原車床的尾座及床身部分。 采用電動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位換刀，提高加工效率，減少輔助時(shí)間。 采用液壓尾座、液壓卡盤，實(shí)現(xiàn)工件的快速夾持，以利于提高生產(chǎn)率。 其他機(jī)械方面的改造與方案一相似，不再 贅述。 ：選用成熟的華中系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件合理配置來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。 此改造方案實(shí)現(xiàn)了車床的全自動(dòng)化控制，無(wú)論是從提高生產(chǎn)率方面考慮，還是從減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度方面考慮均有極大優(yōu)勢(shì)。 但它對(duì)原車床改動(dòng)量太大，必然使其改造周期延長(zhǎng)，改造費(fèi)用大幅上升，改造的經(jīng)濟(jì)性下降，影響它的實(shí)施。 三）方案三 為進(jìn)一步提高機(jī)床的性能，解決機(jī)械有級(jí)變速的附加問(wèn)題，形成了方案三。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服電機(jī)作主電機(jī)替代原主電機(jī)，并配置相應(yīng)的變頻調(diào)速裝置，以此實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)極平滑變速，其它機(jī)械方面與 設(shè)計(jì)方案二相同。 方案三的初步評(píng)價(jià) 此方案對(duì)原車床的機(jī)械部分改動(dòng)過(guò)大，拆除的部分過(guò)多，外購(gòu)件太多，使得改造費(fèi)用大幅上升，周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢，使改造的經(jīng)濟(jì)性下降，一般中小型企業(yè)不宜采用。 三、 C6150 臥式車床數(shù)控化改造總體方案的比較與選擇 此次設(shè)計(jì)是在普通車床上增加數(shù)顯裝置，增加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成 NC 車床。這設(shè)計(jì)到機(jī)械改造方面和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)置兩大方面的問(wèn)題，并帶來(lái)附加的電氣與液壓控制系統(tǒng)的更改及設(shè)計(jì)問(wèn)題。 綜合上述對(duì)三個(gè)總體方案的初步評(píng)價(jià)，方案一有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)： ： 方案一在機(jī)械方面保留了原車 床上大部分部件，這樣不僅保留了原車床的加工工藝范圍，并在配置了簡(jiǎn)單數(shù)控系統(tǒng)的條件下，進(jìn)一步擴(kuò)大了加工工藝范圍，在低投入的情況下，達(dá)到了較好的改造經(jīng)濟(jì)性。 適合于中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)普通車床 NC 化。 13 方案一在數(shù)控配置上采用 MCS51 系列中 8031 單片機(jī)做成簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)，與機(jī)械方面對(duì)軟件控制系統(tǒng)的要求達(dá)成統(tǒng)一。二方案二方案三對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求過(guò)高，可能造成數(shù)控資源閑置，降低改造經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)操作者而言，方案一機(jī)械部分改動(dòng)較少，操作者熟悉原機(jī)床，便于操作維修，降低了對(duì)操作者的技術(shù)要求。由于多 年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用時(shí)只需短時(shí)間培訓(xùn)，縮短了培訓(xùn)時(shí)間，見(jiàn)效快。 由于方案一在機(jī)械改造方面改造量小，外購(gòu)件少，可降低改造費(fèi)用，縮短改造周期，交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。 綜合上述優(yōu)勢(shì)，選定方案一為 C6150 臥式車床數(shù)控化改造方案。 第三章機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 一、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 已知條件： 工件工作臺(tái)重量： W=100kgf=1000N (根據(jù)圖紙粗略計(jì)算 ) 時(shí)間常數(shù)： T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0=6mm 行程： S=900mm 脈沖當(dāng)量： 縱向 δp 1 =步距角： α =176。 /step 快速進(jìn)給速度： Vmax=2m/ min ： 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 NC=Nη K 式中：電動(dòng)機(jī)功率 N= η：一般為 ~ 取η = K：進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為 K= 則 NC= Nη K = = m i n/401 0 0 0 0 0 0 mDnV ????? ? 6120VFNc I? 14 又因?yàn)? 由《金屬切削原理》可知，主切削力： FIKF IYfF IxpaF I=C F I 查表得： CFI=XFI=1 YFI= KFI=1 則再計(jì)算 FI 如表 71 所示： 表 1 FI 計(jì)算結(jié)果 ap(mm) 3 3 3 4 4 4 5 5 5 f(mm) FI(N) 2837 3352 3845 3182 5127 4785 5589 6408 當(dāng) FI= 時(shí)，切削深度 ap=5mm,走刀量 f=,以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。 從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可得知，在一般外圓車削時(shí)： Fx =(~) FI FY= (~) FI 取 Fx = FI= = FY= FI = = 由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中式（ 63）知，綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： P=KFx+F′ (FI +W) 式中 K= F′ = 取為 則 P= +(+1000) = 1) 強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值： 取工件直徑 D=100mm,查表 66 得 Ti=15000h