【正文】 方刀架，由兩位二進(jìn)制數(shù)即可表示完全，四個(gè)刀位編碼分別為00，01，10，11。每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來(lái)確定由于設(shè)計(jì)的四工位刀架，每次轉(zhuǎn)360/4=90；對(duì)于五方刀架，每次轉(zhuǎn)360/5=72；對(duì)于六方刀架，每次轉(zhuǎn)360/6=60度。刀架由一個(gè)微電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)帶動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線是豎直的而轉(zhuǎn)速比起微電機(jī)來(lái)要慢的多，由于電機(jī)空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動(dòng)比較適合于這場(chǎng)合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作原理是：當(dāng)?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r(shí)由一個(gè)正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)，因此刀架的抬起運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)由同一傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)先后完成。：利用螺紋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成軸向直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到抬起刀架的目的，在這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。從自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動(dòng)完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動(dòng)作。由于刀架生產(chǎn)廠家無(wú)一標(biāo)準(zhǔn),因此,結(jié)構(gòu)、尺寸各異。 2 CA6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為： 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍然選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般都配有四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,它是據(jù)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備的需要,同時(shí)兼顧刀架機(jī)床上能夠獨(dú)立控制的需要而設(shè)計(jì)的。4 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足； 式中 極限啟動(dòng)頻率； 要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)距，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的，如表73，表74，表75所示。3 轉(zhuǎn)距 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步，不越步），正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速度的要求，必須考慮： 1） 啟動(dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為： 式中 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開(kāi)始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實(shí)用?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：1 步距角a 步距角應(yīng)滿足：式中 i傳動(dòng)比系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。cm從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)=cm切削時(shí)所需轉(zhuǎn)矩= +M+ +=+++= kgfcm== kgfcm= =F’WS/2πηi=30= kgfcm = =1000100805= r/min=104/= Ncm2(2)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 = =1000 = =416104/=cm2=41042= kgcm2絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=445=s/360=5/360=取 Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm =20176。39′+10′)=③ 剛度驗(yàn)算橫向絲杠支撐方式如下圖4，,支撐間距L=450mm 橫向絲杠支撐圖滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程L0的變化量為：d=+2e2=25+255=其中 L0=5mm E=106N/cm2F=π（d/2）2==106 =106滾珠絲杠受扭距引起的導(dǎo)稱變化量很小，可以忽略，故Δ==三級(jí)精度絲杠允許誤差為15μm，所以剛度不夠，滾珠絲杠直徑亦不加大，采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則Q=+（+30+2）=ΔL=106=106Δ=106/=此時(shí)剛度夠用④ 穩(wěn)定性計(jì)算由于選用的絲杠直徑和以前機(jī)床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。39′ 摩擦角 φ=10′η=tgr/tg(r+φ)=tg3176。滾珠絲杠參照江漢機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取系列，滾珠絲杠直徑選為25mm，型號(hào)為左,其額定動(dòng)載荷是7596N,所以強(qiáng)度足夠用。6 則L=60nT/106=603015000/106=27Q=271/3==根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。/step快速進(jìn)給速度： =1m/min加工最大直徑：φ210mm刀架快移速度：最大進(jìn)給速度：主電機(jī)功率：：橫向進(jìn)給量為縱向的1/3~1/2，取1/2。：由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似。cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：M=+=+=cm所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M= + + =++=cm=，預(yù)加載荷,則=()/6=m=m 當(dāng)n=時(shí)， = = =2000 =104=cm23）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算1快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩M起 =++2最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=+++3快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M= Mf+式中 ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩——折算到電機(jī)軸上的摩擦力力矩——由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力力矩——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩=Jcm2 =10－4=cm2(Ⅱ)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =10－4= =m=64mm = mZ2=80mm =+2ha*=68mm =84mm =d12hf=59mm =75mm d=+/2=72mm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算(Ⅰ)工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =(180δp/πφ) 2 所以 ΔL= +=Δ= =100/106=查表知E紋精度絲杠允許誤差15μm ＜15μm剛度夠⑥穩(wěn)定性校核： 滾珠絲杠兩端用推力球軸承，支承基本不變，穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。④ 傳動(dòng)效率計(jì)算 γ—螺旋升角2 176。例如。L1/3=451/3= N③ 滾珠絲杠螺母副的選型。 N=1000Vs/ L0=1000 L=60nT/10=605015000/10=45 Q= Fm 按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取f w=~。 初選L0=6 mm Vs——最大切削力F的進(jìn)給速度可取最高進(jìn)給速度的（1/2~1/3），此外Vs=。fw： ①縱車外圓。/step 快速進(jìn)給速度： =2m/min 加工最大直徑：φ=400 mm 加工最大長(zhǎng)度：1000 mm 溜板及力架重力：800N 刀架快段速度： m/min 最大進(jìn)給速度： m/min 主電機(jī)功率： 起動(dòng)加速時(shí)間：30 ms 機(jī)床定位精度177。在原溜板箱處安裝縱、橫向快速進(jìn)給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的緊急處理需要。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。滾珠絲杠選取FC系列，江漢機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本。8155(2)芯片的PA0~PA7為Z、X向電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖,PB0~PB3是鍵盤(pán)掃描輸入,PB4~PB7的輸出是X!Y向的限位控制,PC0~PC5是顯示器的位選信號(hào),顯示器的段選信號(hào)由8088微處理器的D0D7控制。PB0~PB7是各種運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)控制。8155的片選信號(hào)CE分別接74LS138的Y3和Y4,74LS138譯碼器的三個(gè)輸入端A、B、C分別接到8088微處理器的A1A1A15。6264的片選信號(hào)CE也接74LS138譯碼器的Y2，8088微處理器控制信號(hào)M/IO接2764的OE引腳,讀寫(xiě)控制信號(hào)WR和RD分別接6264芯片的WE和OE,以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。74LS245的方向由DT/R信號(hào)控制，由DEN信號(hào)允許和禁止。8088微處理器的A0A19和D0D7用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù),一個(gè)經(jīng)過(guò)完全緩沖的8088微處理器，有8個(gè)地址引腳A15A8，使用的是74LS244八緩沖器；8個(gè)數(shù)據(jù)總線引腳D7D0，使用的是74LS245雙向總線緩沖器；控制總線信號(hào)IO/M，RD，WR，使用的是74LS244緩沖器。8088微處理器在數(shù)控改造應(yīng)用較普通，各種應(yīng)用軟件較多，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)較容易，且其價(jià)格低廉，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，速度快，指令系統(tǒng)的效率高，體積小，最適宜用來(lái)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易和小型專用的數(shù)控裝置。 總體方案在一個(gè)大的系統(tǒng)中，總線必須經(jīng)過(guò)緩沖，這是因?yàn)?086/8088微處理器只能驅(qū)動(dòng)10個(gè)負(fù)載，而大系統(tǒng)常常有更多的負(fù)載?？傮w方案確定為用一個(gè)完全緩沖的8088微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪減速，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制精度高，但在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜， 工作量大，成本也高， 調(diào)試?yán)щy， 一般不采用。該系統(tǒng)位移精度較低， 但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強(qiáng)、 對(duì)環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。 目前數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型：步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)； 交 / 直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 既要功能相匹配，又要盡量減少過(guò)剩的數(shù)控功能。驅(qū)動(dòng)元件采用直流步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心，在選擇時(shí)， 要對(duì)其性能、 經(jīng)濟(jì)性及維修服務(wù)等進(jìn)行綜合考慮，盡量選用名牌產(chǎn)品。改造簡(jiǎn)單易行 ,可降低勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高生產(chǎn)效率. CA6140的數(shù)控改造本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用,但數(shù)控機(jī)床一次性投資較大,對(duì)機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造不失為一良策。5 進(jìn)行機(jī)床改造的技術(shù)設(shè)計(jì)6 繪制機(jī)床改造的工作圖。在擬定技術(shù)措施，指定改造方案的過(guò)程中，應(yīng)充分進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，力求改造的機(jī)床不僅能滿足技術(shù)性能的要求，還要獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益，使技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性較好地統(tǒng)一起來(lái)。最后確定被改造機(jī)床的型號(hào)。2 分析被改造機(jī)床，確定被改造機(jī)床類型 ，改造機(jī)床和設(shè)計(jì)機(jī)床是不同的 ，機(jī)床設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，對(duì)機(jī)床的整機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將機(jī)床的各組成零，部件逐一地制造，最后裝成機(jī)床，而機(jī)床改造則是圍繞某臺(tái)機(jī)床進(jìn)行工作，不僅要考慮機(jī)床本身結(jié)構(gòu)的改造，還要考慮工藝系統(tǒng)中的刀具，夾具及其它輔具的改進(jìn)，以滿足生產(chǎn)的需要。然后計(jì)算切削力及切削功率，從而計(jì)算出進(jìn)給系統(tǒng)需要的功率和力矩等。例如，對(duì)于圓柱形狀的零件可用車削，外圓磨等方法加工，而平面則一般用銑削，平面磨等方法加工；對(duì)精度，表面粗糙度要求一般的外圓柱表面，常用車削加工；而精度高和表面粗糙度要求低時(shí)則要在外圓磨床上加工。其改造設(shè)計(jì)的一般工程如下1 對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行工藝分析，確定工藝方案，被加工工件既是機(jī)床改造的依據(jù)，又是機(jī)床改造后加工的對(duì)象。5 數(shù)控改造費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好。3 自動(dòng)化程度高，專業(yè)性強(qiáng)，加工精度高，生產(chǎn)效率高。其改造的優(yōu)點(diǎn)有：1 從提高資本效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。它適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平，教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。我國(guó)是擁有300萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，而這些機(jī)床又大量是多年累計(jì)生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度低，要想在近幾年內(nèi)用自動(dòng)化和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是我國(guó)機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控改造，中小企業(yè)則是74%。要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通車床數(shù)控改造之路，在國(guó)外已發(fā)展成為一個(gè)新興的工業(yè)部門(mén)，早在60年代已經(jīng)開(kāi)始迅速發(fā)展，并有專門(mén)企業(yè)經(jīng)營(yíng)這們業(yè)務(wù)。3在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿足生產(chǎn)急需。1 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，對(duì)中小企業(yè)常是心有余而力不足。數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜，精密，小批及多變零件的加工問(wèn)題。美國(guó)通用汽車公司在1983年提出的制造自動(dòng)化協(xié)議(MAPManufacture Automation Protocol)是眾多通信標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)展最快的一個(gè)。具有更高的通信功能為了適應(yīng)自動(dòng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，適應(yīng)工廠自動(dòng)化的規(guī)模越來(lái)越大的要求，為了滿足不同廠家不同類型數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)需要，現(xiàn)代機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的通信功能不斷加強(qiáng)，不少系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程診斷功能和Ethernet interface接口。采用自動(dòng)程序編制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)利用其自身很強(qiáng)的存貯及運(yùn)算能力，(如SINUMERIK 840DCPU采用Pent iumIII處理器)把很多自動(dòng)編程功能植入數(shù)控系統(tǒng)。可靠性的提高由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于組織批量生產(chǎn)，故可保證產(chǎn)品質(zhì)量。伺服電機(jī)的位置、速度和電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。由多個(gè)微處理器構(gòu)成功能模塊，各功能模塊之間的互連與通信，或采用共享總線結(jié)構(gòu)，或采用共享存貯器結(jié)構(gòu)向高速度、高精度發(fā)展現(xiàn)代機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)多采用32位CPU和多CPU并行技術(shù)，使運(yùn)算速度得了很大的提高。這就是微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，從而使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了第五代。上述三代數(shù)控系統(tǒng)均為硬接線數(shù)控系統(tǒng)，稱為普通數(shù)控系統(tǒng)(NC)o隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以小型計(jì)算機(jī)替代專用硬接線裝置，以控制軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)，使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。1959年，晶體管元件問(wèn)世，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印制板電路，從此數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第二代。用于三坐標(biāo)立式銑床。第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)為革新飛機(jī)制造業(yè)中用于仿形機(jī)床的靠模和樣件的加工設(shè)備，開(kāi)始研制新型機(jī)床。這表明我國(guó)工業(yè)制造業(yè)的裝備，乃至各行各業(yè)的設(shè)備仍有相當(dāng)大數(shù)量比較落后，有待改造或更新。因此，從企業(yè)產(chǎn)品更新替代、發(fā)展品種、提高質(zhì)量、降低能耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行充分的技術(shù)分析，有針對(duì)性的用新