【正文】 由動(dòng)力學(xué)可知： ?Fa JT ?max 其中， tn30??? ， t 為加速度時(shí)間常數(shù)， smst ?? ，0maxPivn? 。 ])2([)( 20322211 ?PgGJJZZJJ F ???? 式中 FJ —— 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 1J —— 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； 2J —— 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ） ； 3J —— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2cmkg? ）； g —— 重力加速度。根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式估算： mNmNiPFT imm ??????? ???? ? 30 0??? 若不考慮起動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 ? mq TT ? 取安全系數(shù)為 ，則 mNmNTT mq ????? 查《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，根據(jù)加工要求選擇伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 m ax??jqTT? ，則 mNmNTT qj ????? 5 a x ? 2）初選伺服電機(jī)型號(hào)。則 444 )2 3 8 (64 cmcmI ???? ? NNF k 1 1 5 6 64160 2 62 ??????? （ 7）確定齒輪傳動(dòng)比。 表 5— 5 有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量 upV （單位： m? ） 有效行程 mmlu/ 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 800 1000 11 9 15 13 21 17 29 25 40 33 3）穩(wěn)定性校核。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程 0P 的變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量 0P? 為 EAPFP m 00 ??? 式中 E —— 材料彈性模量， 對(duì)于鋼， 26 / cmNE ?? ； A —— 滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定 d ，即 cmd ? ，則 22 cmdA ?? ? 0P —— 滾珠絲杠導(dǎo)程， cmmmP ?? 。 CDM2020— 5 型號(hào)滾珠絲杠具體參數(shù)見表 5— 4。 3）軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力 選用雙螺母墊片式預(yù)緊。因?yàn)闄M向進(jìn)給量為縱向的 1/3～ 1/2，取 1/2，則橫向主切削力約為縱向的 1/2。 iPFTTTTTT Xff 0000 2 ???????? 削切 mNmN ?????? ????? ? 4 7 ) 6 1061 7 2 81 3 0 ( 3 從上式可以看出 ，快速 空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 、快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 快T和最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 切T 三種工況下，快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 最大。因數(shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 的要求： 0m ax TTTT fa ??? 式中 maxaT —— 快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩（ mN? ） ； fT —— 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩（ mN? ）； 0T —— 絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（ mN? ）。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式計(jì)算。 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu) 先選用第一系列的原則，取模數(shù)mmm 2? ，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 mmb 20? ，則分度圓直徑分別為 mmmmmZd 6423211 ???? mmmmmZd 8024022 ???? 中心距 ： mmmmZZma 722 )4032(22 )( 21 ?????? （ 8）伺服電機(jī)的計(jì)算與選擇 1） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ mT ）及最大靜轉(zhuǎn)矩（ maxjT ）的計(jì)算。 464dI ?? ，其中 )( 0 WDdd ?? 0d —— 滾珠絲杠的公稱直徑， cmmmd 4400 ?? ； WD —— 滾珠絲杠的滾珠直徑， cmmmD W 3 9 6 6 ?? 。則 mmP ?? 3 6 ????? 總 由《機(jī)床說明書》可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度等級(jí)為 3 級(jí)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》電子版（有效行程 ul 內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和行程變動(dòng)量 upV 見表 5— 2），縱向行程允許的行程變動(dòng)量為 17 m? ，CDM4006— 5 的 總P? 為 m? 17 m? ,故剛度足夠。 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 21 頁 則 9 )01372t a n( 372t a n)t a n(t a n0 ???? ???? ? ??? ?? 2）剛度驗(yàn)算。 由上面初選絲杠導(dǎo)程及計(jì)算所得的最大動(dòng)載荷，選取絲杠型號(hào)為 CDM4006— 5 的額定動(dòng)載荷為 28771N，故強(qiáng)度足夠?？筛鶕?jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中進(jìn)給牽引力的試驗(yàn)公式計(jì)算，縱向?yàn)槿切螌?dǎo)軌，則 )( GFfKFF ZXm ??? 式中 XF —— 切削分力（ N）； K —— 顛覆力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)， ?K ； f —— 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù)， ??f ，取 ?f ； G —— 溜板及刀架重力， NG 1000? 。 要求：經(jīng) 濟(jì)可靠、易拆裝、剛度高。 ② 滾珠循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)。 按最大切削速度計(jì)算，取 100?v m/min，則主切削力 NNvPF cZ 3 4 5 6101 0 0 33 ?????? 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知 ，在外圓車削時(shí)： ZX FF )( ?? ， ZY F)( ?? 取縱向切削分力 ZX FF ? ，橫向切削分力 ZY FF ? ，則 NNFF ZX 1 7 2 83 4 5 ???? NNFF ZY ???? （ 2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 螺紋滾道型面的選擇：單圓弧型面、雙圓弧型面。 運(yùn)動(dòng)邏輯狀態(tài) :刀具到位識(shí)別， 液壓 卡盤夾緊，主軸超速，機(jī)床原點(diǎn)，越位限制等。 運(yùn)行參數(shù) : 實(shí)測位置，實(shí)測轉(zhuǎn)速。 數(shù)控系統(tǒng)與進(jìn)給控制模塊間信息 傳輸 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出 :設(shè)定值。輸入零件加工程序，實(shí)時(shí)跟蹤加工情況。面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)床立板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。 (5)開關(guān)量輸入輸出接口 :輸入信號(hào)主要用于 X、 Z方向是否超程的檢測，刀架的位置檢測，坐標(biāo)原點(diǎn)位置檢測等。 GSK980TA1 數(shù)控系統(tǒng)外圍接口棋塊如下 : (1)RS232 通訊接口。同時(shí)在主軸箱內(nèi)安裝編碼器，以構(gòu)成加工螺紋所需的主輸系統(tǒng) (c 軸 )。有工藝參數(shù)語句。 ⑤ 分辨率 :系統(tǒng)分辨率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為1urn。 ② 剛性攻絲 :Z 軸進(jìn)給與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步，不用彈簧卡頭實(shí)現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。 (5)I/O 信號(hào)診斷。根據(jù)報(bào)警號(hào)可由說明書中查出錯(cuò)誤原因，報(bào)警表是多年經(jīng)驗(yàn)的積累，幾乎所有的編程錯(cuò)誤都可從該表中查出。有故降時(shí)該畫面還顯示伺服的報(bào)警。其中的柔性變速比可設(shè)定電機(jī)與滾珠絲杠及位置 反饋傳感器 (脈沖編碼器 )之間的齒輪傳動(dòng)比。主計(jì)算機(jī)必須根據(jù)這些指令格式編制相應(yīng)的處理程序，編程語言用 C。 (3)DNC2:它可使 8 臺(tái) CNC 機(jī)床與主計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程相連，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)床的加工監(jiān)控與管理。緩沖器接受后變?yōu)?2 進(jìn)制，然后送到 CNC 執(zhí)行。此后加工一段讀入一段，直至結(jié)束。與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，計(jì)算機(jī)內(nèi)必須裝有數(shù)據(jù)傳送軟件。 主軸控制用單獨(dú)的 CPU控制，處理器為 TMS320。位置控制用于主軸同步、主軸定向、剛性攻絲、 Cs軸輪廓控制。aT：與主軸直連型。有以下品種 。由于有這些控制，使 GSK980TA1 系統(tǒng)運(yùn)行可靠、快速、平穩(wěn)、精度高。 LSI 是專用位置控制大規(guī)模集成電路芯片。除此之外，還可接成雙位置反饋，即同時(shí)具有上述 2 個(gè)閉環(huán)。 am 加速特性好，從 0至最高轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)過程為 24ms，故用于高速加工。根據(jù)其負(fù)載特性和快速性分為 :a(標(biāo)準(zhǔn)型 )、 am(高加速特性 )、 ac(經(jīng)濟(jì)型 )和aL(低慣量型 )。 PMCL 的處理機(jī)與主機(jī)共用，其處理時(shí)間為 6 /步，最大步數(shù)為 5000 步。 梯形圖可用下述兩種方法編制： ① 用專用的編輯卡利用 LCD 液晶顯示畫 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 12 頁 面在系統(tǒng)上現(xiàn)場編制。 GSK980TA1系統(tǒng)的 PMC 只有 47 條指令〔基本指令有 12 條，功能指令有 35 條 )。 GSK980TA1 系統(tǒng)有圖形顯示功能： ① 對(duì)編制的加工程序進(jìn)行加工前的圖形模擬，模擬刀尖的軌跡或加工件的三維實(shí)體形狀 :② 在加工過程中顯示刀尖的軌跡，使操作員能夠監(jiān)視切削過程。簡便的通訊能力 (PCIONC 間為主從關(guān)系，所有操作均在 PC 側(cè)完成 )，動(dòng)態(tài)的 PLC程序顯示 (PC 側(cè) )。梯形圖 PLC 程序在屏幕上的動(dòng)態(tài)顯示，方便了最終用戶的維修。完善的絲杠螺距補(bǔ)償。定義的固定循環(huán)并使用戶很方便地根據(jù)其加工特性進(jìn)行編寫自己的固定循環(huán)，用戶集成的 G 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 11 頁 代碼功能 。光纖技術(shù)的通訊，可以擴(kuò)展 PLC 輸入輸出點(diǎn)，通過光纖進(jìn)行連接，簡化和線路的連接。除上述這些板外，還有圖形控制板、 PMCM板、遠(yuǎn)程緩沖器 (REMOTE BUFFER)板，這些板用戶可根據(jù)自身要求選訂。 的脈寬調(diào)制信號(hào) (每軸 )，加于各軸的伺服驅(qū)動(dòng)的功率放大器上。其控制板裝在 CNC 單元內(nèi)，插在主板上，即 CNC 單元與進(jìn)給伺服為一體化設(shè)計(jì)。不同類型的機(jī)床控制軟件不同； ② 伺服控制軟件 ROM 1 片； ③ PMCL的 ROM 芯片 2 片 ， 用于存儲(chǔ)機(jī)床的強(qiáng)電控制邏輯程序； ④ RAM 芯片，用于寄存 CPU 的中間運(yùn)算數(shù)據(jù)，根據(jù)需安裝； ⑤ COMSRAM，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、零件加工程序，根據(jù)用戶要求配置，最大可為 128K 字節(jié)。主 CPU 用于系統(tǒng)主控，原來用 80386，從 1998 年起改用 80486/DX2。 GSK980TA1 系統(tǒng)的 CNC 單元為大板結(jié)構(gòu)。用戶可以把 +24V 穩(wěn)壓電源放在電氣柜內(nèi)，從而大大提高了整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的可命性能。 (5)數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。 (2)大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集成電路芯片： GSK980TA1系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制 造的高度集成的專用功能芯片。為保證機(jī)床長期可靠地運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。 目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如 FANUC、西門子、 GSK980 等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。 (6)改造后的機(jī)床外型將類似于國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示： 圖 21 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖 改造后機(jī)床的特點(diǎn) (1)具有與原機(jī)床一致的剛度與強(qiáng)度 . (2)具有與原機(jī)床一致的加工范圍。 超大容量存儲(chǔ)器， 26M的存儲(chǔ)空間，最大 500 個(gè)加工程序，滿足多品種、多規(guī)格產(chǎn)品的加工需求。 ③ 倒角 /倒圓角 在程序中直接指令倒角長度或倒圓角的半徑等尺寸，簡化了部件加工程序的編制。 在操作編程方 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (論文 ) 第 5 頁 面，采用 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù) 控 G代碼，同時(shí)兼容日本發(fā)那科（ FANUC）數(shù)控系統(tǒng)，國內(nèi)主流的編程方式，方便操作者更快、更容易使用本系統(tǒng)。 （ 2）計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)的 選擇。 9） 最小分辨率：縱向： ，橫向： 。 5） 最大進(jìn)給速度：縱向： ，橫向： 。 設(shè)計(jì)參數(shù) 1） 機(jī)床最大加工直徑：在床身上 400mm，在床鞍上 210mm。事實(shí)證明 ：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。近 10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 ～ 萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。 (4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù) ,他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足 , 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn) 水平有很大的差距。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物 ,是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、科研和國防等 部門提供各種機(jī)器、儀器和工具。 本 設(shè)計(jì) 說明書包括： 緒 論、總體設(shè)計(jì)方案的擬定、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤安裝等 部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用數(shù)控改造技術(shù)，不但可以使 改造后的機(jī)床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要 ， 提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度 ， 增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范圍 ，還可以彌補(bǔ)定購新的數(shù)控機(jī)床交貨周期長的不足。