【正文】 5) 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電輸入機(jī)等。(3) 存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。機(jī)床硬件電路由五部分組成：(1) 主控制器，即中央處理單元CPU。公稱直徑與導(dǎo)程：32mm，4mm；螺紋長(zhǎng)度：700mm；絲杠長(zhǎng)度：920mm；類型與精度：P類，3級(jí)精度。(1) 計(jì)算由扭矩引起的滾珠絲杠螺母副的變形量θ已知負(fù)載力矩，由圖45得扭矩作用點(diǎn)之間的距離，絲杠底徑，則由式（249）得 (2) 由該扭轉(zhuǎn)變形量引起的軸向移動(dòng)滯后量將影響工作臺(tái)的定位精度，由式（250）得 確定滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)和規(guī)格型號(hào)本進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)滿足下列要求： 取滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)為3級(jí)，查參考書[5]中表220得；當(dāng)螺紋長(zhǎng)度為700mm時(shí)，查表221得，；，滿足設(shè)計(jì)要求。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差計(jì)算與分析已知進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最小值，導(dǎo)軌的靜摩擦力，由式（252）得 即，故滿足要求。 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析(1) 計(jì)算在絲杠工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率滾珠絲杠螺母副的綜合拉壓剛度，機(jī)床執(zhí)行部件的質(zhì)量和滾珠絲杠螺母副的質(zhì)量分別為，滾珠絲杠螺母副和機(jī)床執(zhí)行部件的等效質(zhì)量為，已，則 (2) 計(jì)算扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率折算到滾珠絲杠軸上的系統(tǒng)總當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 已知滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度，則 由以上計(jì)算可知，絲杠工作臺(tái)縱向振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)的最低固有頻率，都比較高。本電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩為，大于，可以在規(guī)定的時(shí)間里正常啟動(dòng)，故滿足要求。；最大靜轉(zhuǎn)矩，；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，；分配方式，三相六拍；質(zhì)量，10kg。當(dāng)機(jī)床執(zhí)行部件以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為 由式（259）得 (1) 按式（261）計(jì)算空載啟動(dòng)力矩 (2) 按式（257a）計(jì)算快進(jìn)力矩TKJ (3) 按式（257b）計(jì)算工進(jìn)力矩TGJ (1) 選擇驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)根據(jù)以上計(jì)算選擇國(guó)產(chǎn)130BC3100型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：相數(shù)，3；步距角，176。 已知滾珠絲杠螺母副的效率0，滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力Fp為 則由式（256）得 (4) 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩T的計(jì)算。 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的扭轉(zhuǎn)剛度由圖45得扭矩作用點(diǎn)之間的距離，已知滾珠絲杠的剪切模量，滾珠絲杠的底徑，則由式（248）得 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型與計(jì)算 計(jì)算負(fù)載慣量(1) 計(jì)算滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jr已知滾珠絲杠的密度ρ=103kg/cm3,則由式（263）得 (2) 計(jì)算折算到絲杠軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL已知機(jī)床橫向進(jìn)給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的總質(zhì)量m=197kg；絲杠軸每轉(zhuǎn)一圈，機(jī)床執(zhí)行部件在軸向距離移動(dòng)的距離L=，則由式（265）得 (3) 計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (4) 由式（266）計(jì)算加在電動(dòng)機(jī)軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)滾珠絲杠的螺母中心至固定端支承中心的距離時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最小拉壓剛度，根據(jù)式（243a）得 當(dāng)時(shí)，滾珠絲杠螺母副具有最大拉壓剛度，根據(jù)式（243b）得 計(jì)算滾珠絲杠螺母副支承軸承的剛度Kb已知滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體個(gè)數(shù)Z=150，軸承的最大軸向工作載荷，則由表24表246得 計(jì)算滾珠與滾道的接觸剛度Kc查附錄A表A3得滾珠與滾道的接觸剛度，滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷，則由式（246b）得 計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K由式（247a）得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 故。絲杠的拉壓剛度Ks可由參考書[5]式（242）計(jì)算。在軸承蓋上開(kāi)出梯形槽，將毛氈制成環(huán)形或帶形，放置在梯形槽中與軸承密合接觸，或者在軸承蓋上開(kāi)缺口放置氈圈油封，然后用另為一個(gè)零件壓在氈圈油封上，以調(diào)整毛氈與軸的密合程度，從而提高密封效果。潤(rùn)滑脂形成的潤(rùn)滑膜強(qiáng)度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。 760206TNI角接觸球軸承，尺寸為。(3) 驗(yàn)算軸承的壽命。 軸承的校核(1) 軸承的基本額定靜載荷，而該軸承在12000h工作壽命下的基本額定動(dòng)載荷，故滿足要求。由于滾珠絲杠的螺紋底徑，所以選用軸承的內(nèi)徑，以滿足結(jié)構(gòu)的需要。根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]式（136），軸承應(yīng)有的基本額定載荷值。(2) 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷。 額定壽命的檢驗(yàn)查附錄A表A3得滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷Ca=15000N，已知其軸向載荷，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速，運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，則由式（237）、式（238）得 本車床數(shù)控化改造后，滾珠絲杠螺母副的總工作壽命，故滿足要求。 臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)由圖31得滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度，其彈性模量，密度，重力加速度。(5) 將以上結(jié)果用于該部件的裝配圖設(shè)計(jì)（見(jiàn)附圖1），其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖31所示。(3) 估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m。取滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速為最大切削進(jìn)給速度時(shí)的轉(zhuǎn)速），已知，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，則由參考書[1]式（219）得(2) 根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 (1) 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 ——小齒輪的轉(zhuǎn)速 齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，同一齒面嚙合的次數(shù)，此處 齒輪的工作壽命（單位為h）工作壽命設(shè)為12000h (7) 由參考資料[6]圖1019取接觸疲勞壽命系數(shù),。(5) 由參考資料[6]圖1021d查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。(3) 由參考資料[6]表107選取齒寬系數(shù)。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由參考資料[6]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（109a）進(jìn)行試算，即 (1) 選載荷系數(shù)。 確定進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比i和傳動(dòng)級(jí)數(shù)取步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，滾珠絲杠的基本導(dǎo)程，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量，則由參考文獻(xiàn)[5]中式（269）得 按最小慣量條件，從參考書[5]圖242和圖243中查得該減速器應(yīng)采用1級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比取i=. 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算與選型 齒輪的設(shè)計(jì)選型(1) 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，初選各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為z1=z2=26,模數(shù)m=2，齒寬b=40mm。 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力(1) 按式（210a）計(jì)算最大軸向負(fù)載力。在此轉(zhuǎn)速下，主軸具有最大扭矩和功率，刀具的切削速度為 取機(jī)床的機(jī)械效率=，則由參考文獻(xiàn)[5]中公式（26）得 走刀方向的切削分力和垂直走刀方向的切削分力Fy可由參考文獻(xiàn)[5]中式（24）求出： 導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算（1）由參考文獻(xiàn)[5]中式（28a）計(jì)算在切削狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力。第3章 橫向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型主要參數(shù)原始數(shù)據(jù)：CW6163普通車床采用微機(jī)組成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）、開(kāi)放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。Visual Basic是由美國(guó)微軟公司于1991年開(kāi)發(fā)的一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可用于開(kāi)發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。由于計(jì)算機(jī)有較強(qiáng)的功能和靈活性，采用軟件插補(bǔ)時(shí)，可克服以上缺點(diǎn)[4]。而數(shù)字積分法（DDA）具有運(yùn)算速度快、脈沖分布均勻、易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)及描繪平面各種函數(shù)曲線的特點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。在時(shí)序脈沖Pt3出現(xiàn)時(shí)，通過(guò)與門Y2或Y3分別發(fā)出進(jìn)給脈沖△x或△y，使機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)位移一步累加結(jié)果超過(guò)2n部分自動(dòng)丟失，余下的小于2n部分保留在累加寄存器中，留待下一次累加運(yùn)算。算開(kāi)關(guān)CYK置1，與門Y1開(kāi)放,進(jìn)給脈沖發(fā)生器MF沒(méi)發(fā)出一個(gè)脈沖,進(jìn)給脈沖通過(guò)Y1使時(shí)序脈沖發(fā)生器SB啟動(dòng)一次，將位移脈沖Pt4(脈沖數(shù)目由寄存器位數(shù)決定)送到有關(guān)位移寄存器中，一方面使JRX及JRY完成累加xz及yz的加法運(yùn)算；另一方面又將JVX及JVY中溢出的數(shù)通過(guò)自循環(huán)線重新寄存于JVX及JVY中。初始狀態(tài)時(shí)將，存放于JVX和JVY中，其余寄存器清0。 數(shù)控系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方法的選擇數(shù)字積分器直線插補(bǔ)裝置需要五條寄存器，其寄存器的內(nèi)容是：JVX寄存x坐標(biāo)終點(diǎn)值；JVY寄存y坐標(biāo)終點(diǎn)值；JRX寄存x坐標(biāo)余數(shù)； JRY寄存y坐標(biāo)余數(shù)；JZ寄存總步數(shù)。MCS51系列的8位機(jī)具有功能多、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 （4) 拆除三杠（絲杠，光杠，與操縱杠）更換絲杠的右支承。（2）拆除中滑板下的滑動(dòng)絲杠螺母副，將滑動(dòng)絲杠靠刻度盤一端鋸斷保留，拆除刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。 （1) 將橫向進(jìn)給系統(tǒng)該成用微機(jī)控制的，能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算包括：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇，中間齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算，軸承選擇、校核、步進(jìn)電機(jī)的選擇、繪制改動(dòng)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖 （2)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)和繪制） （3)數(shù)控插補(bǔ)軟件設(shè)計(jì)：分析數(shù)字積分法數(shù)控插補(bǔ)原理，以直線數(shù)字積分法插補(bǔ)為例，在Visual Basic開(kāi)發(fā)平臺(tái)下編制數(shù)控插補(bǔ)算法程序，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)的可視化化動(dòng)態(tài)控制仿真 第2章 總體方案的確定 橫向機(jī)構(gòu)保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，拆除橫向絲杠換上滾珠絲杠，為了便于安裝滾珠絲杠副絲杠軸不是整體的而采用分段式，然后用聯(lián)軸器聯(lián)接（或用套筒剛性聯(lián)接）。 為解決上述問(wèn)題，我們提出機(jī)床數(shù)控化改造的方案，這種方法具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，且具有一定的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、穩(wěn)定性。 （2）目前各企業(yè)都用大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床代替不現(xiàn)實(shí)，投資巨 大而且被代替下的機(jī)床會(huì)造成資源的浪費(fèi)。因此，數(shù)控機(jī)床特別適用于加工小批量且形狀復(fù)雜要求精度高的零件。 這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過(guò)程叫數(shù)控程序的編制。 數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。這就是我們說(shuō)的“數(shù)控加工”。傳統(tǒng)的機(jī)械加工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的，加工時(shí)用手搖動(dòng)機(jī)械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測(cè)量產(chǎn)品的精度的。 （3)柔性化 數(shù)控系統(tǒng)采用新一代模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面寬，可靠性更好，可滿足不同用戶的要求。 （2)引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù) 智能化現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床將引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過(guò)程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較好的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。為適應(yīng)這種情況，數(shù)控機(jī)床正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)方法很多，主要有時(shí)間分割法、擴(kuò)展DDA等，但都基于相同的思想。伺服系統(tǒng)中指令執(zhí)行過(guò)程實(shí)質(zhì)也是數(shù)據(jù)密化工作。數(shù)控裝置將輪廓步長(zhǎng)分解為各坐標(biāo)軸的插補(bǔ)周期進(jìn)給量，作為命令發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)裝置。應(yīng)用較多的是逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。也有的數(shù)控系統(tǒng)將其用做數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)中的精插補(bǔ)[2]。脈沖序列的頻率代表坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度，而脈沖的數(shù)量代表運(yùn)動(dòng)位移的大小。目前普遍應(yīng)用的插補(bǔ)算法分為兩大類，一類是基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)，另一類是數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)，如下做簡(jiǎn)要介紹。插補(bǔ)運(yùn)算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補(bǔ)計(jì)算精度又影響到整個(gè)CNC系統(tǒng)的精度。對(duì)于輪廓控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，插補(bǔ)運(yùn)算是最重要的運(yùn)算任務(wù)。為了方便對(duì)各種曲線、曲面的直接加工，人們一直研究各種曲線的插補(bǔ)功能，在一些高擋CNC系統(tǒng)中，己經(jīng)出現(xiàn)了拋物線插補(bǔ)、漸開(kāi)線插補(bǔ)、弦線插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)、球面螺旋線插補(bǔ)以及曲面直接插補(bǔ)等功能。由于硬件插補(bǔ)具有速度高的特點(diǎn)，為了滿足插補(bǔ)速度和精度的要求，現(xiàn)代CNC系統(tǒng)也采用軟件與硬件相結(jié)合的方法，由軟件完成粗插補(bǔ)，由硬件完成精插補(bǔ)。早期NC系統(tǒng)的插補(bǔ)運(yùn)算由硬接線的數(shù)字電路裝置來(lái)完成，稱為硬件插補(bǔ)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。而在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control ,CNC)系統(tǒng)中，常用的插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一種有硬件和軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種全部采用軟件實(shí)現(xiàn)。某些高性能的數(shù)控系統(tǒng)中，還具有拋物線、螺旋線插補(bǔ)功能[1]。然而，對(duì)于復(fù)雜的曲線輪廓，直接計(jì)算刀具運(yùn)功軌跡非常復(fù)雜，計(jì)算工作量很大，不能滿足數(shù)控加工的實(shí)時(shí)控制要求。數(shù)控加工程序提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則有主控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來(lái)控制。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)這些坐標(biāo)值控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。在數(shù)控加工中，數(shù)控系統(tǒng)要解決控制刀具與工件運(yùn)動(dòng)軌跡的問(wèn)題。 (5)數(shù)控機(jī)床擁有自動(dòng)報(bào)警、監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度，從而提高生產(chǎn)管理水平。 (3)可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高。