【正文】 1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量 式中絲杠的最大工作載荷，單位為N； 絲杠兩端支承間的距離，單位為mm； 絲杠材料的彈性模量，鋼的E=； S絲杠按底徑確定的截面積，單位為；M轉(zhuǎn)矩，單位為；I絲杠按底徑確定的截面積慣性矩（），單位為?！Σ两?，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)f=~,其摩擦角約等于；要求。當時，=13778（N）。查《機電一體化技術(shù)手冊》—13得相應(yīng)的額定動載荷滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時應(yīng)滿足 。為運轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3—5《機電一體化專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》取=；，為硬度系數(shù)，取=。L0為絲杠的導(dǎo)程（mm）。 切削力計算用經(jīng)驗公式計算主切削力對于車床的主切削力縱切：Fz=（N）Dmax——車床床身上加工最大直徑（mm） Fz==5360（N）按比例分別求出分力Fx和Fy,由Fz：Fx：Fy,=1：：Fx——走刀方向Fy——切深抗力得：Fx==1340（N）Fy==2144（N）作用在進給拖板上的載荷可按下列式子求出：拖板上進給方向載荷： 拖板上垂直方向載荷：拖板上橫向方向載荷：（二）滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算與選型 計算進給率引力Fm(最大工作載荷)Fm=K Fx+( +G)根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，查表3—4《機電一體化專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》，選綜合型導(dǎo)軌，其K=, 摩擦系數(shù)f=, 工作臺重量G=800（N），則：Fm=+（5360+800）=（N） 計算最大動載荷C=FwFHFm其中：L=；n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n=。計算與說明主要結(jié)果 三、機床傳動部分的改造（一）系統(tǒng)負載的確定 確定系統(tǒng)脈沖當量脈沖當量是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。用軟件實現(xiàn)，可節(jié)省芯片，降低成本，但增加了編程難度。 上述三個都可以用磚用硬件芯片實現(xiàn)，也可用軟件編程實現(xiàn)。存儲芯片的選擇依據(jù)系統(tǒng)控制程序的大小及CPU的字長，I/O擴展芯片的個數(shù)根據(jù)整個系統(tǒng)需要的I/O通道的個數(shù)來確定。對加工精度較高的機床，其進給絲杠應(yīng)換成滾珠絲杠副。如果選用步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩過大，價格就貴，機電一體化改造的成本就高，且對用戶來說，在使用中，始終用不到那么大的驅(qū)動能力，也是一個浪費；如果選得過小，在使用中很可能因各種原因而使切削阻力突然增大，驅(qū)動能力不夠，將會引起丟步現(xiàn)象的產(chǎn)生，造成加工誤差。為減少導(dǎo)軌副的摩擦阻力可改換成滾動導(dǎo)軌副或采用鑲塑料導(dǎo)軌。原有機床運動部件（包括導(dǎo)軌、絲杠副等）安裝質(zhì)量的好壞，直接影響阻力和阻力矩的大小，應(yīng)盡量減小阻力（力矩），以提高步進電機驅(qū)動力矩的效率。這種改造方案成本較低。若原刀架為自動轉(zhuǎn)位刀架，則可以由微機控制自動轉(zhuǎn)換刀具，否則仍由手動轉(zhuǎn)動刀架。包括電機型號的選擇，減速比的確定，齒輪模數(shù)及齒輪的確定，原有絲杠及導(dǎo)軌是否要重新更換，改換成滾珠絲杠螺母副時絲杠螺母副的型號及安裝形式如何確定，導(dǎo)軌的設(shè)計方法等。微機進行插補運算的速度較快，可以讓單片機每完成一次插補、進給，就執(zhí)行一次延時程序，由延時程序控制進給速度。這種標準的微機數(shù)控系統(tǒng)通常采用單片機、驅(qū)動電源、步進電機及專用的控制程序組成開環(huán)控制，如圖21所示，其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。利用微機實現(xiàn)機床的機電一體化改造的方法有兩種：一種是以微機為中心設(shè)計控制部件；另一種是采用標準的步進電機數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。 　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。 （6）由以上五條派生的好處。 （4）可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。 （2）可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高3～7倍。 （1）可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件?！峨姎鈺r代》、《機械工人》、《電氣應(yīng)用》等多家雜志為滿足廣大企業(yè)技術(shù)改造發(fā)展生產(chǎn)的需要，多次聯(lián)合舉辦學(xué)習(xí)班，為企業(yè)提供權(quán)威、經(jīng)濟、可行、實用的技術(shù)指導(dǎo)，改造費用為新購置費用的四分之一到三分之一。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。一、前言隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造水平的重要標志。目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。采用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)對普通機床數(shù)控改造，尤其適合我國機床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情。 普通機床的數(shù)控改造有兩方面的意義： 微觀看改造的意義 　　從微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。 由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應(yīng)該運動的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。 （3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。 （5）擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。此外，機床數(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（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。 宏觀看改造的意義 從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。除在制造過程中采用數(shù)控機床、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。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（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上競爭力大為增強。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）％，％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。二、普通機床的數(shù)控改造方案的確定系統(tǒng)總體改造方案的確定目前，在機械加工工業(yè)中，絕大多數(shù)是舊式機床，如果改用微機控制，實現(xiàn)機電一體化的改造，會使機床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，不但提高加工精度和生產(chǎn)率，而且成本低、周期短，適合我國國情。前者需要新設(shè)計控制系統(tǒng)，比較復(fù)雜；后者選用國內(nèi)標準化的微機數(shù)控系統(tǒng)，比較簡單。對機床的控制過程大多是由單片機按照輸入的加工程序進行插補運算，產(chǎn)生進給，由軟件或硬件實現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖，經(jīng)功率放大、驅(qū)動刀架、縱橫軸運動的步進電機，實現(xiàn)刀具按規(guī)定的輪廓軌跡運動。圖21 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 機械系統(tǒng)的改造方案的確定在熟悉原機床的操作過程及傳動系統(tǒng)后，根據(jù)設(shè)計要求確定系統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)改造方案。對CA6140車床的縱向（Z向）進給運動進行數(shù)控改造，此時可將開合螺母合上，離合器脫開，使主運動與進給運動脫開，此時，將脫落螺桿等橫向自動進給機構(gòu)調(diào)至空擋（脫開）位置。如需加工螺紋，則要在主軸外端或其他適當位置安裝一個脈沖發(fā)生器來檢測主軸轉(zhuǎn)位，用它發(fā)出的脈沖來保證主軸旋轉(zhuǎn)運動與縱向進給運動的相互關(guān)系。但是，為了保證加工精度，還需根據(jù)實際情況進行檢修，才能保證控制精度。對絲杠及軸要提高其直線度，導(dǎo)軌壓板及螺母的預(yù)緊力都要調(diào)得合適。根據(jù)阻力（力矩），切削用量的大小及機床型號的不同，應(yīng)通過計算，選用與之相匹配的步進電機。因此，必須對執(zhí)行元件進行匹配選擇。微機控制系統(tǒng)方案的確定（1）、微機控制系統(tǒng)的總體組成數(shù)控部分采用MCS51系列單片機控制，其典型代表有8038058075等，其中8031的價格低，功能強，使用靈活等特點，比較適用于一般機床的數(shù)控改造，但由于其無內(nèi)存，必須外接存儲及I/O擴展芯片才可以成為一個較簡單的微機控制系統(tǒng)。（2） 、軟硬件任務(wù)合理分配 涉及軟、硬件任務(wù)分配的有：控制步進電機的脈沖發(fā)生與脈沖分配；數(shù)碼顯示的字符發(fā)生；鍵盤掃描管理。用硬件實現(xiàn)，編程時比較簡單，但同時增加了硬件成本及故障源。在決定用何種方法實現(xiàn)時，應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，同時還應(yīng)根據(jù)設(shè)計者的軟、硬件方面的實際經(jīng)驗及能力。~。