【文章內容簡介】 ，有的還使用兩個回轉刀盤。加工中心則進一步采用了刀庫和換刀機械手，定現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從十幾秒減少到幾秒甚至零點幾秒。因此，刀架的性能和結構往往直接影響到機床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機床的設計和制造技術水平。 按換刀方式的不同，數(shù)控車 床的刀架系統(tǒng)主要有回轉刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式，下面對回轉刀架刀架作簡單的介紹。 回轉刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實現(xiàn) 4 山 東 大 學 機床的自動換刀動作，根據(jù)加工要求可設計成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應地安裝 4把、 6把或更多的刀具?；剞D刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D刀架根據(jù)刀架回轉軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 CA6140車床 1．機床的組成 CA6140車床的主要組成部件由圖 14所示。 (1)．主軸箱 主軸箱 1是一部件，由箱體、主軸、傳動軸、軸上傳動件、變速操縱機構、潤滑密封件等組成。主軸通過前端的卡盤或者花盤帶動工件完成旋轉作主運動，也可以安裝前尖頂通過撥盤帶動工件旋轉。 (2)．刀架 四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導軌縱向移動，從而帶動刀具縱向移動，用來車外圓、鏜尾座 3可沿其導軌縱向調整位置，其上可安裝頂尖支撐長工件的后段以加 工長圓 柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調整，用于加工小錐 5 山 東 大 學 度的外錐面。 (4)、進給箱 進給箱 8床身 4是機床的支承件，它安裝在左床腿 7和右床腿 5上并支承在地基上。床身上安裝著機床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準確位置。床身上面有縱向運動導軌和尾座縱向調整移動的導軌。 (6)、溜板箱 溜板箱 6與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱 CA6140車床的主要技術參數(shù) 6 山 東 大 學 第 2章 微型數(shù)控系統(tǒng)總體設計 總體方案設計的內容 機床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應包括以下內容 :系統(tǒng)運動方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機構的結構及傳動方式的確定，計算機系統(tǒng)的選擇等內容。 一般應根據(jù)設計任務和要求提出數(shù)個總體方案，從經濟性、環(huán)保、運動精度、可靠性、操作方便等多個方面進行綜合分析、比較和論證，最后確定一個可行的總體方案?？傮w方案的確定沒有唯一的結論?？傮w方案設計的內容包括： ： 數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位 /直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用 點位控制方式。 ： 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 ： 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設計機械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜阻尼比的要求。在設計中應考慮以下幾點 : （ 1）盡量采用低摩擦的傳動和導向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導軌、貼塑導軌等。 （ 2）盡量消除傳動間隙。例如采用消除齒輪等。 （ 3）提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差。可采用預緊 的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副等。 隨著技術的發(fā)展，用于機電一體化系統(tǒng)的計算機也發(fā)生著不斷的變化，從單片機、 DSP、 PC 機都可以使用，對于性能要求較高的系統(tǒng)，還可以采用多 CPU結構；在總體方案設計時，就需要根據(jù)設備的要求，并考慮將來的改進，選定最合適的計算機，并不是越先進越好。 7 山 東 大 學 總體方案設計參數(shù) 將 CA6140車床改造成經濟型數(shù)控車床。 ： 主要技術參數(shù)： 最大加工直徑（ mm）： 在床身上： 400 在床鞍上： 210 最大加工長度（ mm）： 750 ——1000 溜板及刀架重量（ N）： 縱向： 1000 橫向： 500 刀架快移速度（ m/min）： 縱向： 2 橫向： 1 最大進給速度（ m/min）： 縱向： 橫向： 最小分辨率 （ mm）： 縱向： 橫向： 定位精度（ mm）： 主電機功率（ KW）： 起動加速時間（ ms）： 35 自動升降速性能 : 有 （ 1）系統(tǒng)的運動方試與伺服系統(tǒng)的選擇： 由于改造后的經濟型數(shù)控車床具有定位、直線插補、圓弧插補、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應該選用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到經濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 2）計算機系統(tǒng)： 根據(jù)機床要求，采用 8位微機。由于 MCS51系列單片機的特點之一是硬件設計簡單，系統(tǒng)結構緊湊。對于簡單的應用場合， MCS51系統(tǒng)的最小系統(tǒng)用一片80C51外擴一片 EPROM就能滿 足功能的要求，對于復雜的應用場合，可以利用MCS51的擴展功能，構成功能強、規(guī)模較大的系統(tǒng)。 8 山 東 大 學 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進電機功率放大電路組成，系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用LCD液晶顯示器顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。 ，采用步進電機經齒輪減速再傳動絲杠，為了保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為了提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加負載荷的結構。傳動齒 輪也要采用消除齒側間隙的結構。 系統(tǒng)總體方案框圖見圖 21 圖 21 9 山 東 大 學 第 3章 機床進給系統(tǒng)機械部分計算 伺服系統(tǒng)機械部分設計計算 ????????（ ） 而 N 切 = ηN額 （ η=～ ） ????????????（ ） 取 η＝ ，則 N 切＝ ηN切＝ ＝ 取 V線＝ 90mm/min，則進給抗力 FZ＝ 60000＝ 2933N X向和 Y向根據(jù)經驗公式（ ）（ ）確定 FX＝ ”???????????????（ ） FY＝ ????????????????（ ） 則得： FX＝ ＝ 1467N FY＝ ＝ 1760N （ 2）橫切端面： 主切削力 FZ可取縱切的一半，即 FZ＝ ＝ 1467N / ||此時走刀抗力 F，吃刀抗力 F（依然按上述經驗公式粗略計算： （ YN） XN）| 則得： FX=734N F 10 山 東 大 學 滾珠絲杠螺 母副的設計、計算 縱向進給絲杠 1. 計算進給牽引力 Fm(N) 作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要包括切屑時的走刀抗力以及移動件的重量和切屑分力作用在導軌上的摩擦力，由以下公式確定： （ ） 式中： K—考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合型導軌取 K= f—滑動導軌摩擦系數(shù)： ～ ，取 f= G—溜板及刀架重力，由已知 G=1000N 代入得： Fm＝ 1467＋ （ 2933＋ 1000）＝ 2316N Q 選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉 100萬（ 10）轉后，在它的滾道上不產生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載 C，計算如下： QwFm???????????????????（ ） 6||| （ ） 1000VS0 ??????????????????（ ） 式中： L0—為滾珠絲杠導程 ,初選絲杠導程 Lo=6mm Vs最 大切削力下的進給速度 ,可取最高進給速度的 1/2～ 1/3 T使用壽命 ,按 15000h fw運轉系數(shù) ,按一般運轉取 fw =～ 。此處取 fw= L壽命以轉 10為 1單位 則： 11 山 東 大 學 η=tanγ/tan(γ+φ) 式中： γ—螺旋升角 ,W1L2506的螺旋升角 γ=4176。22′ φ—摩擦角取 10′滾動摩擦系數(shù) ～ 則： η=tanγ/tan(γ+φ) =tan4176。22′/tan(4176。22′+10′)= 先畫出此縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖，如下圖 31所示： 圖 31縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖 則： L支承＝ L行程＋ L螺母長＋ L軸寬＋ 間隙＝ 1000＋ 95＋ 315＋ 20 ＝ 1160mm??????（ ） 支承間距 L=1160mm，最大軸向力為 2316N，絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負載的 1/3。 （ 1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 ，（ ） 對剛： （ ） 22 絲杠導程 L0 的變化量： （ ） 12 山 東 大 學 總長度 L=1160mm，絲杠上的變形量 ，由于兩端均采 用推力球軸承，則值： （ 2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 ： 由 承載滾珠數(shù)量 ＝ ＝ ?????????（ ） 由于對滾珠絲杠副施加預緊力，且預緊力 FP為軸向載荷的 1/3，則變形 ： （ 3）滾珠絲杠總的彈 性變形量 ： 根據(jù)以下經驗公式： ????????????????????（ ） 則可得： （ 4）定位誤差 所以，滿足要求。 橫向進給絲杠 Fm 橫向導軌為雙燕尾形，有如下計算式： | （ ） 式中： K—考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合型導軌取 K=； f—滑動導軌摩擦系數(shù)：取 f=； G—溜板及刀架重力，由已知 G=500N 13 || 山 東 大 學 |則代入已知得： Q 計算如下： QwFm????????????????????（ ） （ ） 1000VS0 ???????????