【文章內容簡介】 增。我國數控機機床近幾年在產業(yè)化和產品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產數控機床與先進國家的同類產品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。 我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質差，性能落后，單臺機床的平均產值只有先進工業(yè)國家的 1/10 左右，差距太大，急待改造。 舊機床的數控化 改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現預定的加工工藝目標。 隨著數控機床越來越多的普及應用，數控機床的技術經濟效益為大家所理解。在國 1984 年，我國開始生產經濟型數控系統，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產經濟型數控系統?？梢灶A料，今后，機床的經濟型數控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設計實例具有典型性和實用性。 2 陜西航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 第二部分 設計方案的確定 利用微機對縱、橫向進給系統進行開環(huán)控制，縱向（ Z向） 脈沖當量為 脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架?？傮w方案的論證 對于普通機床的經濟型數控改造，在確定總體設計方案時，應考慮在滿足設計要求的前提下，對機床的改動應盡可能少，以降低成本。 數控系統運動方式的確定 數控系統按運動方式可分為點位控制系統、點位直線控制系統、連續(xù)控制系統。由于要求 CA6140車床加工復雜輪廓零件，所以本微機數控系統采用兩軸聯動連續(xù)控制系統。 數控系統是一種位置控制系統。其本質是根據輸入的數據進行插補，從而得到較理想的運動 軌跡，然后輸入到執(zhí)行部件，加工出所需的零件。按照這一原理，數控系統可分為開環(huán)數控和閉環(huán)系統。所謂閉環(huán)控制系統，即指對所加工的零件隨時進行檢測并輸入（反饋）到控制系統，用以調節(jié)加工時所帶來的誤差。其主要采用反饋檢測裝置及交流變頻控制，因此功率較大，精密很高。但也由于采用交流變頻伺服系統和反饋檢測裝置，因而其造價十分高，結構也十分復雜，其穩(wěn)定性也不十分理想。由于以上特點，閉環(huán)控制系統常用于要求精密加工機床、單件生產，即整機生產之中。其控制系統框圖如下圖所示： 圖 11 控制系統框圖 伺服進給系統的改造設計 數控機床的伺服進給系統有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 開環(huán)控制系統是指不帶反饋裝置的控制系統，根據數據指令、經過控制運算發(fā)出脈 3 陜西航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 沖信號，輸送到步進電機，使伺服裝置轉過相應的角度，然后經過減速齒輪和絲桿螺母機構，轉換為移動部件的直線位移。 因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。 與閉環(huán)控制系統相比，步進電機開環(huán)伺服系統沒有外部的位置反饋回路及速度反饋回路。因此不必使用位置 速度測量裝置、模數轉換器及高增益放大器等高性能器件。因此，使設備投資顯著降低，系統簡單可靠，與機床間的組配也十分方便，即結構簡單，使用維護方便，可靠性高、制造成本低等一系列優(yōu)點。在中小型機床的速度、精度要求不十分高的場合，得到了廣泛的應用。 下面是開環(huán)控制系統框圖： 開環(huán)控制框圖 開環(huán)伺服系統在負載不大的情況下多采下步進電機作為伺服電機。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統。 任何一個數控系統都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數控系統的基礎，性能的好壞直接影響整體數控 系統的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。 在設計的數控裝置中， CPU的選擇是關鍵，選擇 CPU應考慮以下要素： 1）時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關； 2）可擴展存儲器的容量與數控功能的強弱相關； 3） I/O口擴展的能力。 控制系統采用單 CPU形式分為處理數據。 CPU采用 8031芯片使用廣泛，功能強大，性能好，價格便宜。它包括一個微處理器，一個 128 字節(jié)的片 4 陜西航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 電路實現 S， T， M 等備用功能。兩步進電機經 一塊 74LS373直接與 P0口相連。 軟件設計采用模塊化設計。主要包括主模塊，子程序模塊和定時中斷模塊。主模塊主要完成初始化和監(jiān)控。初始化包括 PIO， CTC的初始化。監(jiān)控主要包括鍵盤的管理和顯示管理，可調用原監(jiān)控程序中的鍵盤管理和顯示管理子程序。功能子模塊包括 +X， X， +Z， Z，及 STOP 功能子模塊，并可調用圓監(jiān)控程序中的許多子程序。中斷模塊包括急停中斷模塊，報警中斷模塊等。 縱向進給系統的設計 進給系統的傳動原理：步進電機通過 消 隙 齒輪箱將轉矩輸出同時放大，以帶動滾珠絲杠轉動。絲杠轉動，使絲杠螺和絲杠螺母座 水平移動，由于絲杠螺母座與工作臺通過拖板固聯，因而絲杠螺母座 水平 移動也迫使工作臺沿機床導軌水平移動。 通過對步進電機在工作時所需要的最大靜轉矩和最高啟動頻率的計算，并參照反應式步進電機技術指示表，選擇所用的步進電機為 110BF1型。由于脈沖當量脈沖與滾珠絲杠基本導程 L0 之間滿足關系： I=，其中 I為電機輸出軸與絲杠之間 的傳動比， 為電動機的步矩角，計算出 I 是不等于1 的， I 為齒輪的嚙合，同時 電機輸出的轉矩無法直接帶動絲杠工作，因此對其放大，這是加齒輪箱的一個目的。為了使機床的結構簡單，緊湊，齒輪箱采用一級傳動。通過計算和校核，選擇齒輪箱的主動小齒輪的齒數 Z1=32，從動件的齒數為 40，其模數為 ，為了防止進給系統在正常工作時出現齒輪被卡死和空轉現象，進一步提高傳動的精度，則必須對齒輪箱進行消隙。其方法是：采用雙片齒輪錯齒法，將從動輪做成兩片，其中一片固定在軸上，另外一片為動片，兩者之間裝上周向彈簧，彈簧力使兩片齒輪的輪廓分別與主動輪的輪廓貼緊，從而消除了齒輪間的間隙，避免了卡死與空轉的 現象出現。 通過對絲杠的設計計算和對剛度，強度，壓桿穩(wěn)定性的校核，選擇絲杠的公稱直徑為 25mm，基本導程為 6mm,精度為 3 級。滾珠絲杠的預加負載方式為變位導程單螺母自預緊，可實現螺母的拉伸或壓縮的受力方式，其調整方法是：取下滾珠螺母，精確測量原裝鋼球的直徑，然后根據螺母的力的需要，從新更換裝入若干大數微米的鋼球。它具有結構簡單，尺寸簡單的特點，并能避免雙螺母形位誤差的影響。對于螺母副我們采用了調整墊片的方法進行預緊。我們通過改變墊片的厚度，使螺母產生軸向位移。消除它們之間的間隙和施加預緊力。在工作中不能隨 意的去調整。 加工過程中，為了保護絲杠不受鐵屑的磨損和冷卻液的腐蝕，加防護板。同時，為了防止灰塵和鐵屑碎片等雜物進入滾珠絲杠的軌道中，避免出現滾珠卡死或傳動精度大大降低的現象，我們采用防塵護罩的保護形式。 機床導軌與矩形導軌的綜合形式。這種導軌的優(yōu)點有：接觸剛度大，不易磨損以及承載能力強，運行平穩(wěn)等。 5 陜西航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 第三部分 機 械 設 計 縱向進給系統的設計 經濟型數控車床的改造一般是步進電機經減速驅動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動滾珠絲 杠采用外插管變螺距型滾珠絲杠副，他的優(yōu)點是螺母的軸向尺寸小，而預加載荷消除間隙，他仍安裝在原絲杠的位置，采用固定，由于滾珠絲杠的磨擦系數小，從而使縱向進給剛度增大，縱向進給的減速機構采用齒輪減速，并用雙片齒輪消齒法消除間隙，縱向齒輪和溜板箱上均加外罩，以保證機床原外觀，得到美化機床的外觀，在溜板箱上裝上了縱向快速進給及急停按鈕，以適應機床調整時的操作需要和遇到以外情況時緊急處理需要。 已知條件： 最大回轉直徑 400mm 最大車削直徑 400mm 最大工件長度 1000mm 工作臺量 W=80kgf 時間常數為 T=25ms 滾珠絲杠的導程 L0=6mm 行程 S=1000mm 脈沖當量 δ= 步距角 Φ= 快速進給速度 Vmax=5m/min 主功率 P= 最大切削直徑 D=80mm 切削力的計算 由《機床設計手冊》可知，切削功率 Nc=nηk 式中： N——電動機功率，有同類型 C6140車床可知， N為 。 η——主傳動系統總功率，一般為 ~，取 η=。 k——進給系統功率系數，取 k=。 則： Nc=179。179。= kw 又因為： Nc=Fzv/6120 所以 6 陜西航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計 Fz=6120Nc/v 取切削速度 V=100m/min. 則： Fz= 由《機床設計手冊》可知，車外圓時 取 FX=， Fz= Fy= N （ Fz為主切削力， Fx為走刀抗力， Fy為吃刀抗力） 滾珠絲杠的設計計算 滾珠絲杠在工作 過程中受軸向負載使?jié)L珠和滾道面間產生接觸應力。對于滾道型面的一點是交變接觸應力，在這種交變接觸應力的作用下，經常一定的應力循環(huán)次數后，使 其產生疲勞損傷，這是它的主要破壞形式。因此在設計時必須保證它在一定的軸向力作用下回轉 10度轉后滾道上雖然受滾珠壓力但不發(fā)生點 （ a）先確定最大動載荷 Q （ b）由 Q在滾珠絲杠設計標準中選出相應尺寸系列的最大動載荷 Q近似值，初選幾個型號。 （ c）由工作要求、結構尺寸、循環(huán)方式等條件下選出合適的 d l0 R等一型號。 （ d）然后列出主要參數，計算傳動效率，剛度驗算穩(wěn)定性 求軸向力 由《機械設計手冊》可知： P=K178。Fx178。+fw178。(Fz+W) 式中 K=,fw=～ ，取 , W為工作臺的重量 ,由圖初估取 800N 則 P=179。+179。(+800)= 計算絲杠動載荷 Cj （ a）強度計算 壽命值 :Li=60179。Ni179。Ti/106， Ni=1000vf/(π178。D178。L0)， 取工件直徑 D=100㎜，絲杠導程 L0=6㎜， Ni—絲杠轉速為 。 由 機床數控技術 知，使用壽命系數 T一般取 15000h， 因此 Li=60179。Ni179。Ti/106=， （ b）求 Cj 由 數控技術 616式可知： Cj=L178。Kf178。kh178。P 7 陜西航空