【文章內容簡介】 motor .......................... 31 Determine the maximum static torque ...................... 32 C hecking the inertia match....................................... 32 Chapter 5 Mechanical syste m dynamic analysis ........................ 34 C alculation of the lowest natural frequency of the screw Longitudinal vibration system .................................................... 34 Calculation of the lowest natural frequency of torsional vibration system ........................................................................ 34 Calculate the mechanical transmission of the reverse dead zone ........................................................................................... 35 The mechanical transmission system by the integrated pressive and tensile stiffness changes caused by positioning error .......................................................................................... 35 The calculation of ball screw error to reverse the deformation.................................................................................................. 36 The calcula tion of the amo unt of deformation of the CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 IX Torque caused by the ball screw pair ........................ 36 Conclus ion ..................................................................................... 37 Thanks ........................................................................................... 38 References ..................................................................................... 39 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 1 第 1 章 緒論 選題的意義 我國近幾年數(shù)控機床雖然發(fā)展較快，但與國際先進水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質量差，產(chǎn)品開發(fā)周期長，應變能力差 [1 ]。因此，現(xiàn)在國內的主要先進的數(shù)控機床都是進口的，即使自己做的車床中的精密部件如精密絲杠都是靠進口的，價格昂貴，沒法靠自己的技術來制造。對現(xiàn)有 老機床進行數(shù)控化改造費用低廉，符合我國的國情，并可普遍提高我國數(shù)控人員的制造水平 [2 ]。 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 1952 年 ， 計 算 機 技 術 應 用 到 了 機 床 上 ， 在 美 國 誕 生 了第一臺數(shù)控機床 [ 3 ] 。 從 此 ， 傳 統(tǒng) 機 床 產(chǎn) 生 了 質 的 變 化 。 近 半個 世 紀 以 來 ， 數(shù) 控 系 統(tǒng) 經(jīng) 歷 了 五 代 的 發(fā) 展 。 第一代數(shù)控： 1952— 1959 年采用電子管元件構成的專用數(shù)控裝置 (NC)。 第二代數(shù)控：從 1959 年開始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從 1965 年開始采用小、中規(guī)模集成電路的 NC 系統(tǒng)。 第四代數(shù)控： 從 1970 年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng) (CNC)。 第五代數(shù)控：從 1974 年開 始采用微型電子計算機控制的系 統(tǒng)(MNC)[4 ]。 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 2 國內數(shù)控狀況分析 目前我國數(shù)控金切機床市場上高、中、低檔機床消費比重，在消費量上約為 5:50:45，在消費額上約為 15:70:15[5 ]。 國內對高中檔機床的需求無論在消費量還是消費金額方面都已超過了低檔機床。相應地，國產(chǎn)機床產(chǎn)品調整步伐仍不夠快速和及時，國產(chǎn)床的國內市場占有率僅為 27%[6 ]，且產(chǎn)品構成大多以低檔為主，如數(shù)控車床中 70%是由單板機控制 的經(jīng)濟型數(shù)控車床，電加工機床中 80%以上是經(jīng)濟型的，這兩類床占了我國床產(chǎn)量的一半以上。 軸聯(lián)動床、數(shù)控超重型機床等高檔機床以及加工中心雖也有生產(chǎn)，但數(shù)量不足千臺，且制造成本較高 [35]。 數(shù)控系統(tǒng)的 發(fā)展趨勢 從 1952 年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了半個世紀歷程。隨著電子技術和控制技術的飛速發(fā)展，當今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強大，與此同時加工技術以及一些其他相關技術的發(fā)展對數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進步提出了新的要求。 1. 數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結構發(fā)展 ； 2. 數(shù)控系統(tǒng) 向軟數(shù)控方向發(fā)展 ； 3. 數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展 ； 4. 數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡化方向發(fā)展 ； 5. 數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展 ； 6. 數(shù)控系統(tǒng)向復合化方向發(fā)展 ； 7. 數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展 。 最近，國外主要的系統(tǒng)開發(fā)商在 6 軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進展，在 6 軸聯(lián)動加工中心上可以使用非旋轉刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時尚難實用化 [7 ]。 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 3 普通 機床進行數(shù)控化改造的必要性 我國現(xiàn)有機床 320 多萬臺 [8 ]，這些機床技術狀況老化 嚴重，據(jù)統(tǒng)計，全國 30%左右設備在 16 年以上，其中近 30%的役齡超過 26 年 [9 ]，這些都說明目前我國還沒有走上主要依靠科技進步對機床進行改造的軌道。另外，隨著科技的進步，生產(chǎn)依賴于設備的程度日益增大，企業(yè)的產(chǎn)量、質量、效率、成本、安全及環(huán)境保護和勞動情緒都受設備的制約，實現(xiàn)企業(yè)的現(xiàn)代化己勢在必行。但據(jù)資料介紹，我國的金屬切削機床年產(chǎn)量僅占同類設備擁有量的 1/28，如將每年生產(chǎn)的全部機床用來更換舊機床需要 28 年所以，我國目前解決設備技術進步的主要途徑是機床改造 [4 10]。 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 4 第 ２ 章 總體 方案的設計 計算參數(shù)和技術要求 1. 車身上最大加工直徑 320mm。 2. 撤掉進給箱、溜板箱，改用步進電機驅動縱、橫向進給 [8 ]。 總體方案的擬定 本篇設計研究的對象為 CM6132 車床，適用于車削精密零件，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。該車床具有分離運動，加工精度高等特點，進行數(shù)控改造更有實際意義 [9 11]。 普通車床在進行數(shù)控化改造時，應盡量達到具有高的靜動態(tài)剛度、運動副之間的摩擦系數(shù)小、傳動無間隙、功率大、便于操作和維修等要求。不能簡單地認為將數(shù)控裝置與普通車床聯(lián)接在一起就達到了數(shù)控車床的 要求，應該對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。 數(shù)控改造對機械傳動系統(tǒng)的要求： 1. 采用低摩擦的 傳動副 [1 2 ]； 2. 最佳的降速比 ， 為了達到數(shù)控機床所要求的速度，使刀架的運動盡可能的加速，以跟蹤數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令 ； 3. 縮短傳動鏈以及用預緊的辦法提高傳動系統(tǒng)的剛度 ； 4. 消除傳動間隙，以減小返向行程誤差 ； 5. 滿足低振動和高可靠性方面的要求 。 為此應選擇間隙小，傳動精度高，運動平穩(wěn)，效率高以及傳遞扭矩大的傳動元件。 機械系統(tǒng)改造方案主要涉及提高移動部件 的靈活性，減少和消除傳動間隙，特別是減少反向間隙，其改造工作量大。通常的改造部位有導軌副、傳動元件及聯(lián)軸器等。 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 5 進給電機伺服系統(tǒng)的改造設計 為滿足盡可能減少改動量的要求，采用步進電機經(jīng)接口箱驅動絲杠，帶動刀具縱向和橫向移動，用滾珠絲杠螺母機構代替普通的滑動絲杠螺母機構，具有摩擦力小，運動靈敏，無爬行現(xiàn)象的特點，也可以進行預緊，以實現(xiàn)無間隙傳動，以使傳動剛度好，反向時無空程死區(qū) [1 3 ]。在使用滾珠絲杠副時應注意，由于滾珠絲杠副具有可逆?zhèn)鲃犹匦?，沒有自鎖能力，在高速大慣量系統(tǒng)中應設置制動機構。應用滾珠 絲杠替換原車床的普通絲杠進行改造時的注意事項如下： [1 4 ]。保證橫向、縱向脈沖當量之比恒定為 1：2，以方便編程。 ，由于傳動運動中增加了一級齒輪，故走刀方向與原系統(tǒng)設定的方向相反，調整步進電機的接線使其方向變反，即可恢復系統(tǒng)約定的運行方向。 ,其結構可采用調隙式齒輪 [1 5 ]。 縱向進給機構的改造：拆去原機床的溜板箱、光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應的安裝裝置，縱向驅動的步進電機及其和絲杠的連接部分在主軸箱之下 ，并不占據(jù)絲杠空間，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進給的整體剛度優(yōu)于以前；橫向進給機構的改造：由于原橫向進給的絲杠空間有限，所以拆除橫向絲杠換上滾珠絲杠。由于現(xiàn)在的步進電機的驅動能力很強，步距角也比原來小了很多，所以步進電機和絲杠之間用聯(lián)軸器連接，1:1 傳動。 聯(lián)軸器 當電動機與滾珠絲杠之間傳遞的扭矩較大時，由于伺服電動機優(yōu)越的力矩特性，可以采用電動機與滾珠絲杠直接連接的方法，這不僅可以簡化結構、減少噪音，而且對減少傳動鏈的間隙、提高傳動剛度也有打的好處。 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 6 1— 電機軸； 12— 螺 釘； 3— 法 蘭； 4— 外錐 環(huán)； 5— 左 本體 ； 13— 螺栓； 1 16— 墊 片； 9— 右本 體； 10— 法蘭 ； 11— 絲杠 。 圖 21 撓性聯(lián)軸器 圖 21 是現(xiàn)在廣泛采用的直接聯(lián)接電機軸和絲杠 撓性聯(lián)軸節(jié) [1 6 ]。 這種聯(lián)軸器的工作原理是：聯(lián)軸節(jié)的左半部裝在電機軸上，當擰緊螺釘 2 時，件 3 和件 5 相互靠近，擠壓內錐環(huán) 17 和 外錐環(huán) 4，使外錐環(huán)內徑縮小，內錐環(huán)外徑脹大，使件 5 與電機軸 1 形成無鍵聯(lián)接。右半部也同樣形成無鍵聯(lián)接。左半部通過彈性鋼片組 15 的兩個對角孔與螺栓 6 球面墊圈 8 相聯(lián)。圖中表明球面墊圈 8 與右半部件 9沒有任何聯(lián)接關系。同樣，彈性鋼片組 15 的另外兩個對角孔通過球面墊圈 1 16 和 螺栓 13 與右半部聯(lián)接，墊圈 16 與件 5 沒有任何聯(lián)接關系。這樣依靠彈性鋼片組對角聯(lián)接 (即撓性 )傳遞扭矩，且與電機軸和絲杠都無鍵聯(lián)接，便是撓性聯(lián)軸節(jié)的工作原理。 CM6132 型精密車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造 7 尺寸參數(shù) 1. 通過主軸孔最大棒料直徑 d d ＝ 101 D ＝ 101 320＝ 32mm 2. 車床寬度 B B ＝ ＝ 243mm 3. 經(jīng)濟合理的工件或刀具直徑按照以下經(jīng)驗公式估定 maxd =（ ～ ） D = = 320 = 192mm mind =（ ～ ） D = = 320 = 32mm 運動參數(shù) 最高和最低轉速不能僅用計算方法來確定。還應該和先進的同類機床比較，