【正文】 進(jìn)給系統(tǒng)改造成為中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計11微機(jī)控制的、能獨立運動的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成能自動換刀的回轉(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)時要停車進(jìn)行操作。借助成形刀具，還能加工出各種成形回轉(zhuǎn)面。Φ400㎜普通車床的布局如圖 12 所示。包括了進(jìn)給滾珠絲杠的設(shè)計與選用，消隙減速齒輪系的設(shè)計計算與校核，進(jìn)給用步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核。 主要研究內(nèi)容 1. CA6140 車床數(shù)控化改造總體機(jī)械部件設(shè)計。所以設(shè)想決定對其數(shù)控改造，改造的同時讓操作人員一直在旁邊學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)怎么改裝，怎么安裝，并講解如何使用。用普通臥式車床去加工有時一個人加工的東西都會誤差很大，這樣給所造設(shè)備帶來很多的小問題。如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。（4） 縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施。（2） 縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾珠導(dǎo)軌副的傳動與支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機(jī)構(gòu)；中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計8絲杠的支承設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或拉伸支承機(jī)構(gòu)等。為達(dá)到上述要求主要從一下幾個方面采取措施。一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動部件、導(dǎo)向支承部件，以及檢測傳感部件等部分組成。微機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)運算的速度較快，可以讓單板機(jī)沒完成一次插補(bǔ)、進(jìn)給，就執(zhí)行一次延時程序，由延時程序控制進(jìn)給速度。這種標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)控制系統(tǒng)通常采用單板機(jī)、單片機(jī)、驅(qū)動電源、步進(jìn)電機(jī)及專用控制程序組成的開環(huán)控制，如圖 11 所示，其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。 機(jī)電改造的內(nèi)容目前，在機(jī)械加工工業(yè)中，絕大多數(shù)是舊式機(jī)床，如果改用微機(jī)控制、中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計7實現(xiàn)機(jī)電一體化的改造，會使機(jī)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。只要找出主要的技術(shù)難點，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。但是有的引進(jìn)項目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。據(jù)不完全統(tǒng)計，從 1979～1988 年 10 年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項目就有 18446 項，大約 億美元。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6％。中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計5 機(jī)床改造的市場（1）機(jī)床數(shù)控化改造的市場　　我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3％。改造機(jī)床的效益是多方面的，再從提高生產(chǎn)率看，假設(shè)改造機(jī)床 100 萬臺，每臺生產(chǎn)率提高 20%，這就等于多生產(chǎn) 20 萬臺新機(jī)床；反之，如果不對舊機(jī)床實行技術(shù)改造，當(dāng)前生產(chǎn)的新機(jī)床在技術(shù)水平上或數(shù)量上又不能及時地滿足生產(chǎn)需要時，那就勢必會影響國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。此作業(yè)線自 1960 年投產(chǎn)以來，到現(xiàn)在已使用了 20 多年了，一直負(fù)擔(dān)者全部慮壓板的生產(chǎn)任務(wù)，并且加工質(zhì)量很穩(wěn)定。例如，某機(jī)械廠生產(chǎn)的只要產(chǎn)品是板框壓濾機(jī)，生產(chǎn)批量很大，僅慮壓板每年需要兩萬多塊，總重量 2200 多噸。另一方面動員機(jī)械制造業(yè)的廣大職工，堅持自力更中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計4生和勤儉本企業(yè)的方針，大搞技術(shù)革新，挖掘設(shè)備潛力，更具有現(xiàn)實意義。目前，我國的工廠企業(yè)，除了一些新建單位外，大多數(shù)都存在“技術(shù)老化”的問題設(shè)備役齡在 15 年以上的，所占比重相當(dāng)大，面對這么多陳舊設(shè)備應(yīng)該怎么辦？這是一個急待解決的大問題。由此可見，設(shè)備速度相當(dāng)快，一是用技術(shù)更為先進(jìn)的新設(shè)備來代替技術(shù)性能“老化”了的舊設(shè)備；另一是進(jìn)行有效的技術(shù)改進(jìn)，使舊設(shè)備適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，即使原來屬于新穎，先進(jìn)的機(jī)床也會逐漸變得陳舊，落后，滿足不了產(chǎn)品種類的日益增加，質(zhì)量不斷提高的需要，因此， “技術(shù)老化”是客觀規(guī)律。今天，機(jī)械裝備的面貌已煥然一新，成為機(jī)與電高度融合的整體，不僅成為人類體力的延伸，而且成為人類智力的延伸。 1962 年和 1963年又相繼在美國出現(xiàn)了圓柱坐標(biāo)式工業(yè)機(jī)器人和計算機(jī)輔助設(shè)計及繪圖系統(tǒng)（Computer Aided DesignCAD） ，后者為自動化設(shè)計與制造之間的集成奠定了基礎(chǔ)。工業(yè)機(jī)器人可自動進(jìn)程裝配、焊接、噴漆、熱處理、清砂、澆注鑄件以及在惡劣環(huán)境中工作等。第一臺工業(yè)機(jī)器人（Industrial Robot）于 1959 年出現(xiàn)于美國。20 世紀(jì) 40 年代世界上誕生了第一臺數(shù)字計算機(jī)，使數(shù)控技術(shù)（Numerical ControlNC）的出現(xiàn)成為可能，1952 年美國麻省理工學(xué)院首先研制成專用電子計算機(jī)控制的三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床，解決了單件小屁生產(chǎn)自動化問題，開創(chuàng)了將計算機(jī)應(yīng)用于機(jī)械裝備自動控制的新時代。20 世紀(jì) 40 年代后期，人們利用機(jī)器的、電氣的和液壓的自動化裝置，設(shè)計制造出各種高效的自動化機(jī)床，并用自動輸送帶將各個單獨的機(jī)床連接成自動生產(chǎn)線，從而使單一的品種大量生產(chǎn)為特征的剛性自動化生產(chǎn)達(dá)成成熟階段。1873 年出現(xiàn)的第一臺凸輪控制車床，開始了機(jī)械自動化的進(jìn)程。它是一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，輸入的是關(guān)于產(chǎn)品的概念和需要，輸出的是經(jīng)檢驗合格可交付使用的產(chǎn)品，實現(xiàn)機(jī)械工廠綜合自動化。比如，CIMS 是比較大的機(jī)電一體化系統(tǒng)工程。像全自動智能洗衣機(jī)這樣生活領(lǐng)域中的許許多多機(jī)電一體化產(chǎn)品已經(jīng)被人們所喜愛，還在被大量地開發(fā)出來。但是，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行業(yè)對數(shù)控機(jī)床的需求量將增加。數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、全自動智能洗衣機(jī)等是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化的一些共性關(guān)鍵技術(shù)有：信息處理技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等。中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計1機(jī)電一體化車床改進(jìn)設(shè)計畢業(yè)論文 目 錄第一章 緒 論 .............................................1 機(jī)電一體化的發(fā)展 ...........................................1 機(jī)電一體化技術(shù) .........................................1 機(jī)電一體化發(fā)展概述 .....................................2 機(jī)電一體化改造的必要性 .....................................3 機(jī)床改造的意義 .........................................3 機(jī)床改造的市場 .........................................4 機(jī)電改造的內(nèi)容 .............................................6 本文的選題及主要研究內(nèi)容 ...................................8 本文的選題 .............................................8 主要研究內(nèi)容 ...........................................8 車床總體改造方案 ...........................................9 設(shè)計基本思路 ...........................................9 設(shè)計要求 ..............................................10第二章車床改造的機(jī)械部分設(shè)計 ..............................13 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 ..................................13 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計算與選型 ..........................15 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 ....................................15 切削力計算 ............................................16 滾珠絲杠的設(shè)計計算與選用 ..................................17 滾珠絲杠簡介 ..........................................17 縱向滾珠絲杠的設(shè)計與計算 ..............................18 橫向滾珠絲杠的設(shè)計與計算 ..............................26 滾珠絲杠的安裝與使用 ..................................33 電機(jī)與滾珠絲杠連接用減速齒輪的設(shè)計與校核 ..................36 齒輪傳動 ..............................................36 縱向減速齒輪的設(shè)計與校核 ..............................37 橫向減速齒輪的設(shè)計與校核 ..............................41 進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電動機(jī)的計算與選擇 ..........................45中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計2 步進(jìn)電動機(jī) ............................................45 縱向電機(jī)的計算與選擇 ..................................48 橫向電機(jī)的計算與選擇 ..................................51 電動刀架選擇與介紹 ........................................55第 3 章 主軸脈沖發(fā)生器介紹與選型 ...........................58 光電編碼器原理 ............................................58 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 ......................................60 主軸脈沖發(fā)生器的選擇 ......................................60第四章 控制裝置的選用 .....................................63 JWK15T 的簡介 ............................................63 功能分配 ..................................................65 程序設(shè)計 ..................................................67第五章 結(jié)論 ..................................................78參考文獻(xiàn) ......................................................79英文原文 ......................................................81中文譯文 ......................................................90致 謝 ........................................................97中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計1第一章 緒 論 機(jī)電一體化的發(fā)展 機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化的實質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。機(jī)電一體化技術(shù)是一門跨學(xué)科的綜合性的復(fù)合技術(shù)，它隨機(jī)械工程技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、材料工程技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。把機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)和生活所開發(fā)出來的新產(chǎn)品叫做機(jī)電一體化產(chǎn)品。在發(fā)達(dá)國家中，機(jī)床的數(shù)控化已達(dá) 25%以上，而我國還不到 1%。世界機(jī)器人的擁有量在未來 10 年將以 25%~30%的速度增長，將進(jìn)入生產(chǎn)自動化、航天、深海以及軍事、農(nóng)業(yè)、辦公、醫(yī)院、家庭、社區(qū)等諸多領(lǐng)域。以信息為主要工作對象，既有控制功能的系統(tǒng)工程可稱為機(jī)電一體化系統(tǒng)。它將制造系統(tǒng)、設(shè)計系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)通過計算機(jī)系統(tǒng)及通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計2 機(jī)電一體化發(fā)展概述人類用機(jī)器體系代替手工勞動生產(chǎn)是在 1785 年蒸汽機(jī)在紡織工廠的使用而開始的。1910~1920 年美國福特汽車公司通過設(shè)計制造大量專用機(jī)床，首先建立生產(chǎn)流水線，創(chuàng)造平均每分鐘生產(chǎn)一輛汽車的記錄，并使生產(chǎn)成本大大降低。自動化生產(chǎn)對提高勞動生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和推動社會進(jìn)步起了不可估量的作用。1958 年，第一臺具有自動換刀裝置和刀庫的數(shù)控機(jī)床即加工中心（Machining CenterMC）在美國研制成功，進(jìn)一步提高了數(shù)控機(jī)床的自動化程度。最早的工業(yè)機(jī)器人是極坐標(biāo)式的，它的出現(xiàn)對自動化制造技術(shù)具有很大的意義。1960 年，美國研制