【正文】 經(jīng)過計算，得出 crn = 1293 min/r ，由已知 min/6max mV ? ， mmPh 8? 可以算出 min/750m ax rn ? ，該值小于絲杠 臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。 表 33 有效行程 ul 內(nèi)的目標行程公差 pe 和行程變動量upV 有效行程 mmlu/ 精度等級 1 2 3 4 5 大于 至 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV — 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 400 500 8 7 10 9 15 13 20 19 27 26 1600 2021 18 13 25 18 35 25 48 36 65 51 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 49 頁 3． 2． 9 穩(wěn)定性校核 由于滾珠絲杠本身比較細長又受軸向力的作用，若軸向負載過大，則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象， 不 失穩(wěn)時的臨界載荷 Fk應(yīng)該滿足： KF = ?22KaEIfk? mF 式中： kf — 絲杠支承系數(shù)， 雙推 簡支方式時，取 2，其他方式如表 34所示 ； K — 滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，一般 取 ～ 4，垂直安裝時取最小值 ，本設(shè)計取 4； a — 滾珠絲杠兩端支承間的距離， 單位為 mm ， 本設(shè)計中該值為 2200mm ； I — 按絲杠底徑 2d 確定的截面慣性矩（ 6442dI ?? ，單位為 4mm ） ,本設(shè) 中將 mmd ? 代入算出 I = 4mm 。 )(mm =177。 因轉(zhuǎn)矩 和絲杠 螺母滾道接觸 對絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小， 所以 2? 、 3? 可以忽略不計，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量 為： 1? = ESlF um? （ “ +” 號代表拉伸， “ ” 代表壓縮） 式中：mF— 絲杠的 最大工作載荷 ，單位為 N ； ul— 絲杠縱向最大有效行程 ，單位為 mm ； E — 絲杠材料的彈性模量，鋼 MPaE ?? ； S — 絲杠的橫截面面積，單位 2mm 按絲杠螺紋的底徑2d確定 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 49 頁 算得 ： ? =)01192tan( 192tan ???? ??=% 3． 2． 8 剛度的驗算 滾珠絲杠副 工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度和運動的平穩(wěn)性。 3． 2． 7 傳動效率的計算 滾珠絲杠的傳動效率 ? 一般在 ～ 之間 ，其計算公式如下： ? =)tan(tan ???? 式中： ? — 螺距升角，根據(jù)0 Ptan d?? ,可得 ? =2176。 表 32 FL50083型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù) 公稱直徑/mm 導(dǎo)程/mm 鋼球直徑/mm 絲杠外徑/mm 絲杠 底徑/mm 額定載荷 /KN 接觸剛度 / 1?? mN ? 0d hP wD 1d 2d oaC aC 1897 50 8 66 31 3． 2． 6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支承主要用來約束絲杠的軸向竄動，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合 。 3． 2． 5 滾珠絲杠螺母副的選型 初選滾珠絲桿副時應(yīng)使其額定動載荷 Qa FC ? , 當(dāng)滾珠 絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下 min)/10( rn ? 長時間承受工作載荷時，還應(yīng)使額定靜載荷moa FC )32( ?? 。 本設(shè)計 中車床 Z向承受最大切削力條件下最快的進給 速度 m in/ ax mV j ? , 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 共 49 頁 初選絲杠基本導(dǎo)程 mmPh 8? ，則絲杠轉(zhuǎn)速 m in/100/1000 m a x rPVn hj ?? 。 比如 起重機以等速度吊起重物，重物對吊索的作用為 靜載， 起重機以加速度吊起重 物，重物對吊索的作用為動載。 +179。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 共 49 頁 表 31 mF 實驗計算公式及參考系數(shù) 導(dǎo)軌類型 實驗公式 K ? 矩形導(dǎo)軌 )( GFFKFF yzxm ???? ? 燕尾導(dǎo)軌 )2( GFFKFF yzxm ???? ? 綜合或三角導(dǎo)軌 )( GFKFF zxm ??? ? 表中 K 為考慮顛覆力矩影響時的實驗系數(shù)； ? 為滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ； G為移動部件總重量 。在速度滿足的情況下，一般選擇 較小導(dǎo)程（利于提高控制精度） ，本設(shè)計中初選 縱向 絲杠導(dǎo)程為 8mm ，橫向絲 杠導(dǎo)程為 5mm 。 對于車床，選用滾珠絲杠的精度等級 X軸為 1～ 3級（ 1 級精度最高）， Z軸為 2～ 5 級，考慮到本設(shè)計的定位精度要求和改造的經(jīng)濟性，選擇 X 軸精度等級為 3 級， Z軸為 4 級。 3． 2． 1 精度的選擇 滾珠絲杠副的精度直接影響數(shù)控機床的定位精度 ，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，其導(dǎo)程誤差對機床定位精度最明顯。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。絲杠轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動。 = )(N xF =5088179。 圖 31 車削力分析 由《機床設(shè)計手冊》可知，切削功率 KPPc ?? 式中： P — 主軸電動機功率， kWP 11? ； ? — 主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 ～ ，取 ? =； K — 進給系統(tǒng)功率系數(shù)， 一般 取 K =。車削外圓時的切削力如圖 31 所示。大托板與導(dǎo)軌接觸的兩端面要貼上橡膠片，防止雜質(zhì)進入滑動導(dǎo)軌面損傷導(dǎo)軌。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 6 頁 共 49 頁 2． 4 進給系統(tǒng)的改造 拆除掛輪架所有齒輪并尋找主軸，安裝主軸脈沖發(fā)生器； 拆除 原機床進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光桿、操縱桿 、齒條 等； 在縱溜板 、橫溜板 的下面 絲杠 螺母座托架；在原進給箱位置安裝縱向伺服電機與減速箱總成，在橫溜板后部安裝橫向伺服電機與減速箱總成；拆除四方刀架及上 溜板總成，在橫溜板上方安裝電動刀架。一般經(jīng)濟型數(shù)控改造多采用同軸安裝。 m) 重復(fù)定位精度（ mm） 電機 功率 （ W） 電機 轉(zhuǎn)速 （ rpm） 凈重 （ KG） 90 度 180度 270 度 Mq Mx Ms LD4 6163 10 00 25 00 800 180 1400 55 2． 3 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 主軸脈沖發(fā)生器是為了加工螺紋而安裝的主軸檢測裝置，微機從主軸脈沖發(fā)生器中取出與螺距相應(yīng)的脈沖數(shù)，使主軸旋轉(zhuǎn)角度與進給量保持一定關(guān)系，確保螺距的準確性。其相關(guān)參數(shù)如表 21所示。同時采用無觸點霍爾開關(guān)發(fā)信，使用壽命長。 2． 2 換裝自動回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度和加工效率，實現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用 常州市南新數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD46163 型四工位立式 電動刀架 ,該型號刀架 采用蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。 改造后使其主運動和進給運動分離，主電機的作用僅為帶動主軸旋轉(zhuǎn)， 主軸的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)和停止由數(shù)控系統(tǒng)來控制。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 4 頁 共 49 頁 （ 10） 保留原來的冷卻系統(tǒng)，滾珠絲杠和滑板輪滑采用手動泵注入。 減速機構(gòu)選則 同步帶 ，其 綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點 ， 在許多領(lǐng)域已經(jīng)替代了齒輪傳動和鏈傳 動。 （ 7） 為了達到設(shè)計要求中的速度和精度，縱向與橫向 進給傳動應(yīng)選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副 。 （ 5） 為了加工安全還需 安裝縱向和橫向限位開關(guān)。 另外采用LM629 全數(shù)字 專用運動控制處理器，可以進行位置與 速度 的反饋 控制。 相應(yīng)的進給傳動鏈由自帶 增量式 光電編碼器的直流電機與減速 機構(gòu) 及滾珠絲杠螺母副組成。 （ 2） 進給伺服系統(tǒng)的類型：按任務(wù)要求采用直流電動機的半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 1） 系統(tǒng)的運動方式：該車床改造后應(yīng)具有單坐標定位，兩坐標直線 /圓弧插補的功能。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 2 頁 共 49 頁 1． 2 設(shè)計任務(wù) 與總體方案的確定 將 C6163 普通車床 （如圖 11 所示） 改造成 采 用 16 位單片機 半閉環(huán) 控制的經(jīng)濟 型數(shù)控車床，要求該車床進給兩坐 標聯(lián)動并 且能夠?qū)崿F(xiàn)直線插補和圓弧插補并增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸脈沖發(fā)生器，能車削螺紋。由于采用自動化加工技術(shù)，可大大降低操作者的勞動強度，減少廢品的產(chǎn)生，提高工作效率 。可以實現(xiàn)多工序集中加工，提高了相關(guān)加工精度，同時減少被加工零件在機床間的頻繁搬運。 改造后的車床 針對性 高 ，專業(yè)性強， 可以加工出普通車床加工不了的曲線、曲面等復(fù)雜零件。對普通車床的數(shù)控化改造，主要是 將縱向和 橫向進給系統(tǒng)改成用微機控制的并能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；將手動刀架換成能自動換刀的電動刀架。 車床是金屬切削加工最常用的一類機床，它能夠加工內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋等。在國內(nèi)， 機床的數(shù)控化改造是發(fā)展我國數(shù)控設(shè)備的一 個重要方面。 自五十年代末世界上第一臺數(shù)控機床在美國研制成功的半個多世紀以來，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專用封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 1 頁 共 49 頁 1 緒論 1． 1 選題目的 及意義 機床是裝備制造業(yè)的工作母機，是實現(xiàn)制造技術(shù)和裝備現(xiàn)代化的基石。 數(shù)控機床是一種高效率、高精度，能保證加工質(zhì)量，解決工藝難題，而且又有一定柔性的生產(chǎn)設(shè)備。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，他們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，正處在黃金時代，由于技術(shù)的不斷進步，機床改造是個永恒的課題?！秶鴦?wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》的發(fā)布和實施，是提高我國國際競爭力，實現(xiàn)國民經(jīng)濟全面、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措 ， 把發(fā)展數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件作為振興裝備制造業(yè)重大突破的 16 個關(guān)鍵領(lǐng)域之一，對我國機床工具行業(yè)的發(fā)展，具有重要的指導(dǎo)意義。 普通車床由于 造價低廉在我國運用十分廣泛，但是 因為其 進給 軸不能聯(lián)動，切削次序需要人工控制，致其 效率低下并且 無法加工復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件。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行切削加工。 加工精度 高，尺寸分散度小，易于裝配。擁有自動補償?shù)裙δ?，簡化了傳統(tǒng)機床加工工藝中的工序，機床利用率大幅度提高。另外其 改造成本同購置新機床相比， 節(jié)省 的 費用 十分 可觀 ， 國產(chǎn)數(shù)控機床價格也要 4～ 8萬元，進口機床有的近 20 萬元，而對普通車床進行數(shù)控化改造也能滿足實際生產(chǎn)要求，其改造費用僅 2～ 3萬元， 非常符合我國國情。 圖 11 普通車床 C6163 已知 參數(shù) 及 設(shè)計參數(shù) 最大加工直徑： 630mm ； 床鞍上最大加工直徑： 350mm ； 最大 加工 長度： 1500mm ； 縱向 導(dǎo)軌 長 度： 2021mm ； 主電動機功率： 11kW ； 冷卻泵電機功率： ； 主軸通孔直徑： 105mm ； 主軸轉(zhuǎn)速： 14 級 ～ 1120 min/r ； 托板和刀架的總重力 G： 1500N ； 最大進給速度 maxjV ：縱向： min/ m ， 橫向： min/m ； 最大刀架快移速度 maxV ：縱向： 6 min/m ， 橫向： 4 min/m ； 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 49 頁 脈沖當(dāng)量 p? ： 縱向： /脈沖 ， 橫向： /脈沖 ； 定位精度：縱向： ， 橫向： ； 啟動加速時間 0t ：縱向 ： 200ms ； 橫向： 100ms ； 電動刀架 轉(zhuǎn)位數(shù)： 4 1． 2． 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構(gòu)及傳動方案的確定，伺服電機類型及調(diào)速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇 等 。所以數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成連續(xù)控制型 。該系統(tǒng)具有 精度高，動態(tài)性能良好的特點。 （ 3） 數(shù)控系統(tǒng) 處理器 的選擇：采用 TI 公司 推出 的 MSP430 系列 16 位單片機，該系列單片功能強大 ，性價比高， 是 16 位單片機中 的主流芯片之一 。 （ 4） 根據(jù)系統(tǒng)的要求，還要設(shè)計鍵盤與顯示電路， 顯示界面采用 LED 數(shù)碼管，數(shù)控系統(tǒng)還可以和 PC機串行通信，所以還要設(shè)計串行接口電路 。 （ 6） 主 軸電動機的交流變頻