【文章內容簡介】 ，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。 1984 年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。可以預料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)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 。 第一章 總體方案的設計 3 第一章 總 體方案的設計 設計任務 本設計任務是對 C620 普通車床進行數(shù)控改造。利用 單片 機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行控制，縱向（ Z 向）脈沖當量為 ，橫向（ X向）脈沖當量為 ，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副 。 總體方案的論證 對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)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。 機械部分的改造設計 為了實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)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。 此設計過程主要是縱向進給和橫向進給的改造，關鍵是步進電機和滾珠絲杠的選用。 改進后的車床簡易傳動系統(tǒng)如圖 11： 第一章 總體方案的設計 4 圖 11 改進后的車床傳動系統(tǒng) 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半 閉環(huán)和閉環(huán)之分。 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。所以，本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行。 在設計的數(shù)控裝置中， CPU 的選擇是關鍵，選擇 CPU應考慮以下要素：； 2. 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能 的強弱相關； 3. I/O 口擴展的能力與對外設控制的能力相關 。 在我國，普通機床數(shù)控改造方面應用較普遍的是 Z80CPU 和 MCS51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設計以 8031 芯片第一章 總體方案的設計 5 為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關組成的控制系統(tǒng)。 總體方案的確定 經(jīng)總體設計方案的論證后，確定 C620 車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 方案 。 C620車床的主軸轉速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（ Z 軸）和橫向（ X 軸）進 給運動采用步進電機驅動。 將原來機床的普通絲杠改為滾珠絲杠以減小摩擦力。并將 8031 單片機組成 的 微機作為數(shù)控裝置的核心，由 I/O 接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進電機轉動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。 第二章 機械部分的改造設計 縱 向進給系統(tǒng)的改造設計 向滾珠絲杠副的選用 滾珠螺旋傳動是在絲杠和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。絲杠轉動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。螺母上設有返向器，與螺紋滾道構成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾 道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設置預緊裝置。為延長工作壽命，可設置潤滑件和密封件。 滾珠螺旋傳動與滑動螺旋傳動或其它直線運動副相比，有下列特點： (1) 傳動效率高 一般滾珠絲杠副的傳動效率達 90％ ~95％，耗費能量僅為滑動絲桿的 1/3。 (2) 運動平穩(wěn) 滾動摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動與工作摩擦力矩差別很小。啟動時無沖擊，預緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動精度。 (3) 工作壽命長 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度 (HRC58— 62)、高精度，具有較長的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動絲 桿副的 4~10倍以上。 (4) 定位精度和重復定位精度高 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無爬行、無間隙，通過預緊進行預拉伸以補償熱膨脹。因此可達到較高的定位精度和重復定位精度。 (5) 同步性好 用幾套相同的滾珠絲桿副同時傳動幾個相同的運動部件，可得到較好的同步運動。 (6) 可靠性高 潤滑密封裝置結構簡單，維修方便。 (7) 不能自鎖 用于垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。 (8) 制造工藝復雜 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。 脈沖當量 在數(shù)控機床中，一個脈沖所產(chǎn)生的坐標軸位移量叫做脈沖當量，通常用 ? 表示，也稱機床的最小設定單位。脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術參數(shù) ， ? 按機床設計的加工精度選定。本設計所要求的C620 的脈沖當量為： 縱向（ Z 向）脈沖當量為 ，橫向（ X 向）脈沖當量為 。 車削力的計算 在設計機床進給伺服系統(tǒng)時，計算傳動和導向元件，選用伺服電機等都要用到切削力。 現(xiàn)我們利用經(jīng) 驗公式計算主切削力。 車床的主切削力 )(NFZ 可用下式計算： DFZ ? 式中 maxD —— 車床床身加工的最大直徑單位為 mm。 因 C620 床身加工的最大直徑 410mm，則 ： NF Z ??? 按以下比例分別求出 分力 xF 和 yF ， ::1:: ?yxZ FFF 則 ： NFx 1391? ， NFy 2226? 滾珠絲杠螺母副的設計、計算和選型 滾珠絲杠螺母副的設計首先要選擇機構類型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預緊方式。結構類型確定后，再計算和確定其他參數(shù)，包括：公稱直徑 d 、導程 0L 、滾珠的工作圈數(shù) j 、列數(shù) k 、精度等級等。 本設計中選擇滾珠循環(huán)方 式為內循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的預緊方法選擇雙螺母螺紋預緊。 圖21 雙 螺母螺紋調隙式結構 2單 螺母 3 平 鍵 4 調整螺母12 34 (1)計算進給率牽引力 mF 作用在滾珠絲杠上的進給率牽引力主要包括切削力時的走刀抗力以及移動件的重量和切削分力作用在導軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導軌的形式有關。 mF 的計算公式如下 : 縱向進給導軌為三角形，則： )(39。 GFfKFF zxm ??? N)) 5 6 2( 3 9 ( ????? N2554? 三角形導軌選取參數(shù)： NGfK 800, 39。 ??? (2)計算最大動負荷 C 選用滾珠絲杠副的直徑 0d 時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉 100萬轉后，在它的滾道上不產(chǎn)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荷 C 。計算步驟如下： 絲杠轉速01000Ln s?? 其中 s? = m 60?L m in1256 rn ??? 壽命61060 TnL ???（ r610 ） 1500125606 ???? 最大動負荷 NFjLC Mw 5 8 42 5 5 ????? (3)計算最大靜負荷 當滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速（ min10rn? ）情況下工作時，滾珠絲杠副的破壞形式主要是在滾珠接觸面上產(chǎn)生變形，當塑性變形超過一定限度就會破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠直徑的萬分之一。產(chǎn)生大的塑性變形量的負載稱為允許的最大靜負荷 0C 。選取靜態(tài)安全系數(shù) sf =2，滾珠絲杠的最大軸向負荷 ??? 2254m ax mFF 故最大靜負荷為 ： ??????