【正文】 g c mi ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? 17 切削時(shí)需力矩： 0 8 87 44 8 32. 91at tM M M M N c m? ? ? ? ? ? ? ? ? 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： 0 0 .2 8 7 0 .1 4 4 4 .3 1fM M M N c m? ? ? ? ? ?。 (4) 穩(wěn)定性 由于選用的滾珠絲杠的直徑與絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。 (3) 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P引起的導(dǎo)程的變化量： 601 629 1 9 . 2 4 8 0 . 4 4 2 . 7 1 1 02 0 . 6 1 0 3 . 1 4 ( 2 . 8 9 6 4 )PLL c mEF ???? ? ? ? ? ? ?? ? ?； 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 2L 很小，即： 1LL? ?? 。 根據(jù)最大負(fù)載 Q 值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào) ,外循環(huán)插管埋入式雙螺母預(yù)緊式的滾珠絲杠，型號(hào)為 2021— — 3左，其中額定動(dòng)載荷為 14200N，所以強(qiáng)度夠用。 已知條件如下： 工作臺(tái)重量： 300WN? ； 脈沖當(dāng)量： /mm step? ? ； 步距角： /a step?? ； 進(jìn)給速度： max 2 / minVm? ； 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： 0 4L mm? ； 滾珠絲杠行程： 650S mm? ； (1) 削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的 11~23，取 12 ，則切削力約為縱向的 12 ： 14 1 1 9 0 9 .4 4 9 5 4 .7 22ZFN? ? ?； 在切斷工件時(shí)： 0 .5 0 .5 9 5 4 .7 2 4 7 7 .3 6yZF F N? ? ? ?； (1) 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌： ()yZP KF f F W?? ? ?； 取 K=， f? =； 則： ? ?1 .4 4 7 7 .3 6 0 .2 9 5 4 .7 2 3 0 0 9 1 9 .2 4 8PN? ? ? ? ? ?； 壽命值： 66010iii nTL ? ； 由以上條件，可以確定步 進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠齒輪傳動(dòng)比： 0 ?? ???pLi ??； 由于電機(jī)軸與滾珠絲杠之間是降速傳動(dòng) 則： m a x 13 1 5 0 0 9 0 0 / m in5n V ri? ? ? ?電 max 。 電機(jī)初步估算轉(zhuǎn)速為 1500r/min，進(jìn)給速度 maxV =2 /minm 。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 表 方式 兩端端自由 一端固定一端自由 兩端固 定 兩端簡(jiǎn)支 zF 由 2 2zk f EIF L?? 且 zf =, E= 10? Mpa, 4 4()64ldI mm?? ,L=2800mm為絲杠的長(zhǎng)度 由于 I=519614mm 24 25196142 3 . 1 4 2 0 . 6 1 0 2800kF ? ? ? ? ? 13 =276276 276276 14 9 41875kN ? ? ?? 所以絲杠很穩(wěn)定。 3）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失 去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。 絲杠的拉壓變形量 1? 1 mFlEA? ?? （ 36） =177?？紤]到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。因此有 Ca＞ C=11740N 另外例如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式 滾珠接觸面上的塑性變形。L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得 L0=12mm。n 為絲杠轉(zhuǎn)速（ r／ min） ,n=1000v／ L0。 圖 切削時(shí)總切削力的分解 10 縱切外圓時(shí)，車床的主切削力 zF 可以用下式計(jì)算： z z zzzxF yF nFz F p FF C a f V K? （ 32） =5360(N) 根據(jù)公式： ::z x yF F F =1:: （ 33） 得 xF =1340(N) yF =2144(N) 因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷 1F ﹑ vF 和 cF 與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系。切深抗力 yF 與縱向進(jìn)給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。 由于原普通 CA6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式 21計(jì)算 工作載荷的大小。 （ 1）最大工作荷載計(jì)算 滾珠絲杠的工作載荷 mF （ N）是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。 ②摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。因此，滾珠絲杠副既是傳動(dòng) 元件，也是直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的元件。 （ 1）滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用的脈沖當(dāng)量為 ,在 CA6140 的技術(shù)參數(shù)中，要求縱向脈沖當(dāng)量 pf 為 。 計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示： 圖 8 圖 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量 ,它是衡量數(shù)控機(jī) 床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。 刀 架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。 溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。以下是其中的一種方案： 掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。所以，必須要換成數(shù)控自動(dòng)刀架。 （ 1） 機(jī)械部分的改造 7 首先拆去進(jìn)給箱、溜板箱；還要對(duì)車床的床鞍進(jìn)行部分的改造，拆去縱向小拖板、 橫向拖板，將絲杠換成滾珠絲杠，并且由一端驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)來控制。同時(shí)，為了提高機(jī)床的精度和效率，用滾珠絲杠 來代替原機(jī)床的光杠，并且采用單獨(dú)的步進(jìn)電機(jī)來控制。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 6 最大加工直徑： 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 最大加工長(zhǎng)度： 1000mm 快進(jìn)速度 縱向 橫行 最大切削進(jìn)給速度 縱向 橫行 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 2 最小指令值 縱向 橫行 刀具補(bǔ)償量 0~ 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 橫行 自動(dòng)升降速性能 有 主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造 CA6140 型普通車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)都由主軸電機(jī)控制，而改造后的車床則把主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分離開。要求該車床具有切削螺紋的功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能 。 （ 10）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 （ 8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 （ 6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中 除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 5 （ 3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8位微機(jī)。 （ 1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率?？梢娢覀兊?大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10年以上的舊機(jī)床。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6％。 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng) 我國目前機(jī)床總量 380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 ，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3％。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 1995年只有 ％，而日本 在 1994年已達(dá) ％，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。由于采用信息技術(shù)對(duì)國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、 FMC、 FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行 CAD、 CAE、 CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行 MIS（管理信息系統(tǒng)）、 CIMS等等。 從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70年代末、 80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC（柔性制造單元）、 FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信 4 息化改造的基礎(chǔ)。 由以上五條派生的優(yōu)點(diǎn)：①降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度； ② )節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床）；③減少了工裝；縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期；④可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。 (4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動(dòng)化 。 (2) 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3～ 7倍。 (1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 設(shè)備現(xiàn)代化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)生產(chǎn)的需要，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu) （包括更換新部件、新裝置、新附件等），改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能，使之全部或局部達(dá)到新設(shè)備的性能。普通車床 CA6140每臺(tái)數(shù)控化改造所需價(jià)格大約 3萬，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高 2030%。 智能化新一代 PCNC數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng) 態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專 家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。 ④ 實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。 ② 柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身 的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (1) 性能發(fā)展方向 ① 高速高精高效化 速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具軌跡、切削深度、步長(zhǎng)、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正 CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響 CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先 設(shè)定，加工程序在實(shí)際加工前用手工方 2 式或通過 CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型