【正文】 式中： L—工作壽命，單位為10 r ， L= ； n —絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)，n = ； V—最大切削力條件下的進(jìn)給速度(m/min)，可取最高進(jìn)給速度的 ～ ； L —絲杠基本導(dǎo)程(mm) ； f —運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，； F —為滾珠絲杠工作載荷(N)?？v向進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電動機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)運(yùn)動，帶動大拖板左右縱向移動。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。 控制原理圖如下： { 刀架電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 } 光柵尺控制電路： 光柵尺通過測量反饋控制刀架進(jìn)給與后退量的實(shí)際尺寸與指令尺寸的誤差大小反饋給數(shù)控系統(tǒng)，若誤差太大超出允許誤差范圍，數(shù)控系統(tǒng)可根據(jù)加工情況進(jìn)行時時調(diào)整，若出現(xiàn)故障，由系統(tǒng)判斷故障類型并在顯示器上報警顯示報警號。 {????????控制原理圖如下： Z軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)原理圖 X軸進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)： X軸電機(jī)采用雷賽步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，由雷賽伺服模塊控制，其動力由+V1電源經(jīng)伺服模塊提供，步進(jìn)電機(jī)控制刀架的X（橫向）進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)）及進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它與數(shù)控系統(tǒng)的接口為XS30，若出現(xiàn)故障，則由伺服模塊發(fā)出信號經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。主軸控制系統(tǒng)： 主軸采用三相異步電機(jī)驅(qū)動由西門子440變頻器US控制，其動力由U、V、W三相電源經(jīng)變頻器US提供，主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由指令控制經(jīng)PLC輸出再經(jīng)變頻器US控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)XS9口直接連到變頻器US控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，若出現(xiàn)故障，則由變頻器US發(fā)出信號經(jīng)PLC輸入到數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷故障類型在顯示器上報警顯示報警號。 當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。 異步電動機(jī)或直流電機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，隨時與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。5/4000=5/8Z向：Z主/Z從=10005/6000=5/63 普通車床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的靈魂，其性能的穩(wěn)定性直接影響零件的加工的尺寸精度、位置精度及操作工人的人身安全。005mm。36=1000(步/周)， X向絲杠螺距為4mm，脈沖當(dāng)量為036176。005mm。005mm， X向?yàn)?CA6140車床的數(shù)控化改造(2)20070514 13：364經(jīng)濟(jì)型數(shù)控結(jié)構(gòu)簡單、價格低，調(diào)試、維護(hù)方便，一般用于精度不高的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床。(3)刀架部分不做改動，一次裝夾一把刀，不能自動換刀。(2)進(jìn)給傳動系統(tǒng)改造 縱、橫向傳動全部用滾珠絲杠（傳動效率高，達(dá)到90%）。作為制造業(yè)核心的機(jī)床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。 機(jī)械部分的改造 機(jī)械制造業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。根據(jù)CA6140A車床的有關(guān)資料，確定總體方案為： 利用數(shù)控系統(tǒng)對輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過I/O接口輸出給X軸和Z軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，由螺母帶動刀架直線移動，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的自動進(jìn)給運(yùn)動。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對原有車床盡可能減少改動，以降低改成本。 數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。 總體改造方案的確定 CA6140A車床主要用于對中小型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動，并具有在換刀點(diǎn)自動改變四個刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個加工螺紋的螺距或?qū)С?。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。在我國，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋?，普及性、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。在設(shè)計的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關(guān)鍵，選擇CPU應(yīng)考慮以下要素： (1) 時鐘頻率和字長與被控對象的運(yùn)動速度和精度密切相關(guān)； (2) 可擴(kuò)展存儲器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； (3) I/O口擴(kuò)展的能力與對外設(shè)控制的能力相關(guān)。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。②伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。① 控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。利用微機(jī)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向（Z向），橫向（X向），驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動絲杠；為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。由于對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，擬采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 2 車床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案 本次改造的普通車床型號為CA6140，長度750毫米。因此目前我國企業(yè)機(jī)床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機(jī)床，很難滿足企業(yè)高技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。目前我國企業(yè)機(jī)械制造整體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。但是業(yè)內(nèi)有識之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會成長起來。 　　國外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國家已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場。因此，企業(yè)自身不可能再像過去計劃經(jīng)濟(jì)體制下?lián)碛写蠖木S修隊(duì)伍。這就需要我們企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)集中全部力量面對這些挑戰(zhàn)。 　　(5)社會化、專業(yè)化趨勢是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路 舊機(jī)床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時期必要和重要的行為，而且是一個企業(yè)長期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。 　?、吖?jié)省大量投資。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動能力。用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長期使用情況，在大修改造中提出對機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號、性能等。新機(jī)床設(shè)計中帶來的技術(shù)、方案風(fēng)險在大修改造中幾乎不存在。功能穩(wěn)定性可靠性好。 　?、谛阅芨€(wěn)定。 　　(4)機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件 舊機(jī)床的大修、翻新、升級改造與購買新機(jī)床相比，具有下列優(yōu)勢： 　　①交貨期短。根據(jù)國際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%左右的價格。這里多數(shù)的二手機(jī)床只要再有適當(dāng)?shù)馁Y金投入，經(jīng)過大修改造即可發(fā)揮作用。 　　(2)新進(jìn)的大批二手機(jī)床成為機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開放以來，許多企業(yè)引進(jìn)了一大批國外淘汰的舊機(jī)床，雖然有一部分尚能滿足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、資料及備件等因素，造成雖廉價購進(jìn)但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。 　　但是，機(jī)床長期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長期閑置，需要使用時卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動； 由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級改造；由于世界計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5～10年，而我國大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。一方面與世界先進(jìn)機(jī)床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進(jìn)水平的各類機(jī)床；另一方面直接購進(jìn)了大量的各類機(jī)床。 　　產(chǎn)生與發(fā)展的社會、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ) 　　(1)我國現(xiàn)有的、數(shù)以萬計的陳舊、落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)我國是一個發(fā)展中國家，由于長期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。總體改造方案數(shù)控化改造設(shè)計時，在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件，因此確定總體改造方案如下：① 除原車床的縱向和橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。對于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。實(shí)際操作起來以前兩種最多，也最易操作。半防護(hù)是在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)，即增加擋屑裝置。 機(jī)床防護(hù) 　　機(jī)床改造后整個防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。 在對這些機(jī)床改造時一般都要對其潤滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動潤化兩種，在機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價格相對較貴，改造中常用立式四工位電動刀架。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以根據(jù)需要對其加以更換。根據(jù)光電碼盤上刻線條數(shù)可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。改造時如圖2，我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過反饋給系統(tǒng)控制進(jìn)給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。 　　如不需要原有機(jī)械變速換擋時，則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應(yīng)焊死以免因?yàn)檎`操作出現(xiàn)事故。普通車床在數(shù)控化改造時大部分情況下保留原主軸箱，不做改動或少做改動。 主軸部分的改造 　　車床主軸帶動工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車削加工中的主運(yùn)動，消耗機(jī)床大部分動力。無論是采用齒輪還是同步帶論來傳動，其傳動間隙的消除是比較關(guān)鍵的。 (3）電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 　　在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情