【正文】 S=650mm 脈沖當(dāng)量 p? = 步距角 ? = 176。則 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) ,帶動(dòng)大拖板左右移動(dòng) ,步進(jìn)電機(jī)安裝在縱向絲杠的右端。 ??? （ 328） 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 Hzfp 100060 m a xm a x ???? ?? （ 329） 為 了便于設(shè)計(jì)和計(jì)算，選用 110BF003型三相六拍步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。cm 步進(jìn)電機(jī)的選擇 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 cmNMM Loq ?????? （ 325） 從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)， maxM =k g f4 0 2 1 8 7 7 tofat ?????????? (324) 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： cmNcmk g fMMM of 6 3 1 8 a x ???????? (323) 切削時(shí)所需力矩： cm ????? ???? ?? (322) 所以，快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 cmNcmk g fMMMM ofa kg LFM 22ooYo ?????? ???????? (321) mNcmk gfiLFM oYt ????? ?????? （ 320） ? ? ? ? mcm （ 319） iLFM oof ??2?= mNcmk gfif WL m=cm2 （ 314） 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= ? ? ? ? 5312122 ?????????????? IZZS JJJJi = 64179。cm2 （ 313） J2z =179。 179。cm2 （ 312） 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1z =179。 24179。cm2 （ 311） 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS=179。 30 179。 (3) 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 10 傳動(dòng)比 i=poL??360 = 60 ??? ? （ 310） 故取 Z1 =18 Z2 =30 m=2mm b=20mm α =20176。 106= m/m （ 39） 查表知 E 級精度絲杠允許的螺距誤差 1m 長為 15μ m/m，故剛度足夠。所以，導(dǎo)程變形總誤差為 Δ =oL100 Δ L= 179。 39′，摩擦角ψ =10′ 則傳動(dòng)效率 η =)( ????tgtg=)10383( 383 ???? ??tg 　tg= （ 37） 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 Δ L1 = EFPL0? =26 76 ??? ????=? 179。查參考文獻(xiàn) [2]可知，選用型號為 左，其額定動(dòng)負(fù)荷為 6100N，所以強(qiáng)度足夠用。 1179。（ +30） == （ 34） 壽命值 9 L i =61060Tini=610 150001560 ??= （ 35） 最大動(dòng)負(fù)載 Q= iL3 =3 179。 == （ 32） （ 2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 ① 強(qiáng)度計(jì)算 對于燕尾型導(dǎo)軌： P=KFy+f＇ (Fz+W) （ 33） 取 K= f＇ = ,則 P=179。 /step 快速進(jìn)給速度 ν max=1mm/min （ 1）切削力計(jì)算 查參考文獻(xiàn) [1]可得知，橫向進(jìn)給量為縱向的 1/2～ 1/3,取 1/2,則切削力約為縱向的 1/2， Fz =(1/2)179。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖 31 所示。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是 步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠， 螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng) 刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后和滾珠絲杠用套筒聯(lián)軸器連接。滾珠絲杠仍利用原絲杠位置，其螺母副通過托架安裝在床鞍底部，滾珠絲杠兩端加裝接套、接桿及支承。脈沖編碼器采用異軸安裝，意在實(shí)現(xiàn)角位移信號傳遞的同時(shí)，又能吸收車床主軸的部分振動(dòng)，從而使主軸脈沖編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，傳遞信號準(zhǔn)確。增加一只電磁離合器，用以接收數(shù)控系統(tǒng)的停機(jī)制動(dòng)信號以控制原制動(dòng)裝置制動(dòng)停車。改造的方案不是唯一的，以下是其中的一種方案： (1) 主傳動(dòng)系統(tǒng)保留原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速。 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器要能夠達(dá)到 。 主軸脈沖編碼器：作用是實(shí)現(xiàn) 螺紋加工。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案框圖如圖 22所示： 5 圖 21 數(shù)控車床的總 體改造方案結(jié)構(gòu)示意圖 6 圖 22 進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案框圖 總體框架說明： 微機(jī)：可采用 8031單片機(jī)，可滿足該系統(tǒng)的控制要求。 由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大，如果將I/O輸出信號直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電干擾，輕則影響單片機(jī)程序運(yùn)行，重則導(dǎo)致單片機(jī)接口電路的損壞，所以在接口電路與功率放大器之間加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)產(chǎn)生移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 根據(jù) CA6140 車床有關(guān)資料以及數(shù)控機(jī)床的改造經(jīng)驗(yàn) ,確定總體方案為： 采用以 8031單片機(jī)為核心的數(shù)控裝置控制加工過程。 X 軸（橫向）脈沖當(dāng)量： Z 軸（縱向）脈沖當(dāng)量： 實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工 操作要 求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止。將 CA6140型普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，應(yīng)能實(shí)現(xiàn) CA6140 車床原有功能，在機(jī)床的精度、性能等方面除保持原來狀況外還有所提高。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能 適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。 對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù) 先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。 普通車床（如 C616， C618， CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的 新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（ 2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（ 3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（ 4）降低對工人的操作水平的要求；（ 5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（ 6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。如果設(shè)備全部更新替換，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。 關(guān)鍵字 ：普通車床 數(shù)控改造 步進(jìn)電機(jī) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控刀架 3 一 緒 論 我國數(shù)控機(jī)床的研制是從 1958年開始的，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，直至80年代后引進(jìn)了日本、美國、西班牙等國數(shù)控伺服及伺服系統(tǒng)技術(shù)后，我國的數(shù)控技術(shù)才有質(zhì)的飛躍，應(yīng)用面逐漸鋪開，數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)才逐步 形成規(guī)模。 (4) 刀架的 改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復(fù)定位精度高，安全可靠。這中間最突出一點(diǎn)就是選用滾珠絲杠代替滾動(dòng)絲杠，提高了傳動(dòng)的靈敏性和降低功率步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。1 蘭 州 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè)計(jì)題目： CA6140 車床的數(shù)控化改造 專 業(yè)： 設(shè) 計(jì) 者： 指導(dǎo)老師： 年 月 日 2 摘 要 普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對普 通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械改造，改造的內(nèi)容主要包括： (1) 床身的改造，為使改造后的機(jī)床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌。 (2) 拖板的改造，拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，所以對其改造尤顯重要。 (3) 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對輸入和輸出軸以及減速齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而再對箱體進(jìn)行改造。 通過對機(jī)床的改造并根據(jù)要求選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，這樣改造后的機(jī)床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，市場需求變的越來越多樣化，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重，普通機(jī)床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更快，應(yīng)用到數(shù)控系統(tǒng)上，它既能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，又能提高加工精度，所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。 4 二 總體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)要求 本課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中滿足以下幾點(diǎn)要求： X 軸（橫向）、 Z 軸（縱向）改為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)。 CA6140 車床改造的總體方案 由于是經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造 ,所以在考慮具體方案時(shí) ,基本原則是在滿足使用要求前提下 ,對機(jī)床改動(dòng)盡可能少 ,以降低成本。微機(jī)通過 I/O接口發(fā)出 步進(jìn) 脈沖，經(jīng)過光電隔離進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制線路，驅(qū)動(dòng)控制線路接受來自數(shù)控車床控制系統(tǒng)的進(jìn)給脈沖信號，并將該信號轉(zhuǎn)換為控制步進(jìn)電機(jī)各定子繞組依次通電、斷電的信號，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 為加工螺紋 ,在主軸上加裝主軸脈沖編碼器 。 其 總體改造方案結(jié)構(gòu)示意圖 見圖 21所示。 光電隔離：作用是能夠隔離外部干擾信號對微機(jī)的信號沖擊，提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 橫（縱）向工作臺(tái)： 是由 CA6140改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等。 三 車 床 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分 改造 設(shè)計(jì)與計(jì)算 車床 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分 改造 設(shè)計(jì) 7 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板刀架等。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主電機(jī)的作用僅為帶動(dòng)主軸旋。加工螺紋或絲杠時(shí)，為保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，需 拆除掛輪架系統(tǒng)，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖編碼器， 作為主軸 位置信號的反饋元件。 (2) 進(jìn)給系統(tǒng)原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠和操作杠全部拆除，縱向進(jìn)給系統(tǒng)以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，經(jīng)一級齒輪減速轉(zhuǎn)矩增大后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。與床身尾部步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)接。橫向進(jìn)給系統(tǒng)中保留原手動(dòng)構(gòu)， 將原 橫溜板的絲杠的螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。步進(jìn)電機(jī)安