【文章內容簡介】 ，爭取到最大的經濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。 機電改造的內容 一 .控制部分 目前，在機械加工工業(yè)中，絕大多數(shù)是舊式機床，如果改用微機控制、實現(xiàn)機電一體化的改造，會使機床適應小批量、多品種、復雜零件的加工，不 10 但提高加工精度和生產率，而且成本低、周期短，適合我國國情。利用微機實現(xiàn)機床的機電一體化改造的方法有兩種，一種是以微機為中心設計控制部件；另一種是采用標準的步進電機數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置，前者需要重新設計控制系統(tǒng)，比較復雜；后者 選用國內標準化的微機空控制系統(tǒng)，比較簡單。這種標準的微機控制系統(tǒng)通常采用單板機、單片機、驅動電源、步進電機及專用控制程序組成的開環(huán)控制， 如圖 11 所示 ，其結構簡單、價格低廉。對機床的控制過程大多是用單片機單板機按照輸入的加工程序進行插補運算，產生進給，由軟件或硬件實現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖，凈功率放大、驅動刀架、縱橫軸運動的步進電機，實現(xiàn)刀具按規(guī)定的輪廓線軌跡運動。微機進行插補運算的速度較快，可以讓單板機沒完成一次插補、進給，就執(zhí)行一次延時程序，由延時程序控制進給速度。 二．機械部分 機電一體化系統(tǒng)的機 械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，除要求具有較高的定位精度之外，還應有較好的動態(tài)響應特性，就是說相應要快、穩(wěn)定性要好。一個典型的機電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機械傳動部件、導向支承部件，以及檢測傳感部件等部分組成。為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設計中，常提出無間隙、低摩擦、地慣量、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊纫?。為達到上述要求主要從一下幾個方面采取措施。 （ 1） 采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導向支承、動（靜）壓導向支承等。 （ 2） 縮短傳動鏈 ，提高傳動與支承剛度，如用加預緊的方法提高滾珠絲杠副和滾珠導軌副的傳動與支承剛度；采用大扭矩、寬調速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構；絲杠的支承設計中采用兩端軸向預緊或拉伸支承機構等。 （ 3） 選用最佳傳動比，以達到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸 11 出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力。 （ 4） 縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施。 （ 5） 改進支承及架體的結構設計以提高剛性、減少振動、降低噪聲。如選用復合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結構緊密化，以確保系統(tǒng)的小型 化、輕量化、高速化和高可靠性化。 刀架電機刀架控制電路繼電器回轉刀架（ ）車床縱橫等軸限位主軸脈沖發(fā)生器光電隔離驅動器功率放大電路/口擴展存儲器擴展微機急停、清 零 等功能按鈕電機電機電機 圖 11 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 全套圖紙及更多設計請聯(lián)系 ： 360702501 本文的選題及主要研究內容 12 本文的選題 目前，我國的工廠企業(yè)，除了一些新建單位外，大多數(shù)都存在“技術老化”的問題設備役齡在 15 年以上的，所占比重相當大，面對這么多陳舊設備應該怎么辦？這是一個急待解決的大問題。 用普通臥式車床去加工有時一個人加工的東西都會誤差很大，這樣給所造設備 帶來很多的小問題。而如果要新買一臺新的數(shù)控車 床，一是總體成本太高，因為性價比不是太高，容易浪費資源，二是工 廠沒有工人精通數(shù)控車床，所以要培訓工人一定又要花費很多時間影響生產進度。 所以設想決定對其數(shù)控改造，改造的同時讓操作人員一直在旁邊學習，學習怎么改裝，怎么安裝，并講解如何使用。 把所要加工的零件程序輸入到存儲器中，用到時直接調用即可，這樣一個人即可操作兩臺機床，而且效率提高了好大，精度也會提高很高，會為廠帶來很大經濟利益。 主要研究內容 1. CA6140 車床數(shù)控化改造總體機械部件設計 。 的設計和選用。 包括了進給滾珠絲杠的設計與選用，消隙減速齒輪系的設計計算與校核，進給用步進電機的選擇與校核。 3．主軸脈沖發(fā)生器的安裝 4．刀架的選用 車床總體改造方案 設計基本思路 13 普通車床（如 C616,C618,C620,CA6140,C630）等是金屬切削加工最常用的一類機床 。Φ 400 ㎜普通車床的布局 如圖 12 所示 。當工件隨主軸回轉時，通過刀架的縱向和橫向移動，能加工出內外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等。借助成形刀具，還能加工出各種成形回轉面。 普通車床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉運動經掛輪傳遞而來，通過進給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜板、橫溜板移動。進給參數(shù)要靠手工預先調整好，改變參數(shù)時要停車進行操作。刀架的縱向進給和橫向進給不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。 圖 12 ? 400mm 普通車床的結構布局圖 全套圖紙及更多設計請聯(lián)系 ： 360702501 對普通車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改造成為微機控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；刀架改造成能自動換刀的回轉刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預先輸入的加工指令進行切削加工。由于切削加工中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動進行調節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進給聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以 14 加工出各種形狀復雜的回轉零件，并能實現(xiàn)多工序自動車削，從而提高了生產率和加工精度，也能適應小批量多品種復雜零件的加工。 設計要求 總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式，伺服系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇。 （ 1）普通車床數(shù)控化改造后應具有定位，縱向和 橫向的直線插補，圓弧插補功能；還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。 （ 2）車床數(shù)控改裝設計后屬于經濟型數(shù)控機床，再保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經濟性要求，經濟型數(shù)控機床一般采用 8 位微機。再 8 位微機中， MCS51 系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強，具有很高的性能價格比。因此，可選擇 MCS51 系列單片機擴展 系統(tǒng)。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴展程序存儲器、擴展數(shù)據(jù)存儲器、 I/O 接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器；包括光電隔離電路和步進電機驅動電路。此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （ 5）設計自動回轉刀架及其控制電路。 （ 6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。 15 （ 7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳 動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構。 （ 8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。 進給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖 如圖 13 所示 向向步進電機床鞍及拖板中拖板步進電機功率放大功率放大光電隔離光電隔離微機 圖 13 車床進給伺服系統(tǒng)總體方案框圖 設計參數(shù)包括車床的部分技術參數(shù)和設計數(shù)控進給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。以 CA6140 改裝為例，設計參數(shù)如下： 最大加工直徑 在床面上 400 ㎜ 在床鞍上 210 ㎜ 最大加工長度 1000 ㎜ 快進速度 縱向 橫向 16 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 主電動機功率 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點比較法 輸入方式 增量值，絕對值通用 控制坐標數(shù) 2 最小指令值（脈沖當量） 縱向 ㎜ /脈沖 橫向 ㎜ /脈沖 機床定位精度 177。 ㎜ 刀具補償量 0 ㎜～ ㎜ 進給傳動鏈間隙補償量