【正文】 31） 式中： θ 為步進電機的步距角 (度 )； L0為絲杠螺距， mm； δ 為脈沖當量，即要求的分辨率， mm。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應采取以下措施來滿足傳動 精度和靈敏度要求。對于應用步進電機作拖動元件的開環(huán)系統(tǒng)尤其是這樣。 (2) 主軸變速箱 選用數(shù)控系統(tǒng) ,主運動方式和傳統(tǒng) 機床一樣都要求有十分寬廣的變速范圍 （ 1～ 16） 來保證加工時選擇合理的切速，從而獲得較高的生產(chǎn)率和表面質量 ,所以要根據(jù)具體情況對主軸邊速箱進行改造。據(jù)此，在改造中利用舊床身，采用 淬火 制成導軌 ，貼塑 用螺釘和粘劑固定在鑄鐵床身上。 3 機械部分的改造 6 當前國內(nèi)外數(shù)控機床的床身等大件多采用普通鑄鐵。 (1) 床身 為了使改造后的機床有較高 的開動率和精度保持性，除盡可能地減少電器和機械故障的同時，應充分考慮機床零件、部件的耐磨性，尤其是機床導軌的耐磨性。 當前生產(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、北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司、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，但是它的結構與調試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。設計和調試都比開環(huán)系統(tǒng)難。 異步電動機或直流電機拖動，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、感應同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大和變換，驅動執(zhí)行機構，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實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際位置和速度反饋到輸入端，故稱該之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電機的角位移精度，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)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅動電路控制和功率放大后，使步進電機轉動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅動執(zhí)行部件。 西 安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 3 2 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，應根據(jù)具體情況進行選擇。 (4)其他元件的選擇。 (2)縱向和橫向步進電機的選擇。 至 ，已能滿足 CW6140 車床改造后加工零件的精度要求。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。 研究意義 企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質量、最短的時間去 西 安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 2 滿足市場需求的不斷變化。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（ Retrofitting）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有： Bertsche 工程公司、 ayton 機床公司、 DevliegBullavd（得寶）服務集團、 US 設備公司等。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。我術的不斷進步，機床改造是個 永恒 的課題。近 10年來，我國數(shù)控機 床年產(chǎn)量約為 ～ 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。 6年后，即在 1952 年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。 1 緒論 1 1 緒論 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。 我國目前機床總量 380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有 萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到 3％。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6％。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（ Remanufacturing）業(yè)。美國得寶公司已在中國開 辦公司。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復 雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。 普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動零件幾經(jīng)更換和調整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達到大修驗收標準，而且費用較高。 數(shù)控機床在機械加工行業(yè)中的應用越來越廣泛。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán) 步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅動元件，無檢測反饋機構，系統(tǒng)的定位精度一般可達 177。 主要研究內(nèi)容及技術路線 (1)縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核。 (3)主軸交流伺服電機的選擇與校核。 機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造主要解決的問題 (1) 恢復新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 系統(tǒng)的伺服驅動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。只要控制指 2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 4 令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。該系統(tǒng)結構簡單，調試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結構上比開環(huán)進給系統(tǒng)復雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的 精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標。 /直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度、驅動電機的功率和用戶的要求 ,所以依據(jù)改造的具體要求選用上海通用數(shù)控公司 KT400T經(jīng)濟型車床數(shù)控系統(tǒng)和 KT300 步進驅動裝置 . 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 5 3 機械部分的改造 為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術性能，保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復定位精度，微機進給無爬行，使用壽命長、外型美觀，機械部分作了如下改動。 增加耐磨性的方法有 1，增加導軌的表面強度如：淬火； 2，降低摩擦系數(shù)μ等。而導軌則采用淬硬的合金鋼材料，其耐磨性比普通鑄鐵導軌高 5至 10 倍。 粘接前的導軌工作表面采用磨削加工，表面粗糙度 ，以提高粘接強度。 (3) 拖板 拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，不論是點位控制還是連續(xù)控制，對被加工零件的最后坐標精度將受拖板運動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運動而沒有位置檢測和信號反饋，故實際移動值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會造成加工誤差。 ① 在傳動裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動扭矩和傳動精度(分辨率為 )。 ② 在齒輪傳動中，為提高正、反傳動精度必須盡可能的消除配對齒輪之間的傳動間隙，其方法有兩 種，柔性調整法和剛性調整法。但將通車床手動刀架，還可用作數(shù)控機床微機控制元件。 (5) 拖板箱 采用數(shù)控系統(tǒng)控制。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進電機及減速箱。改造后機 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 7 床的啟動、停機均 由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。與滑動絲杠副或液壓缸傳動相比，有以下主要特點： （ 1） 傳動效率高 滾珠絲杠的傳動效率可達 85%~98%，為滑動絲杠副的 2~4 倍，由于滾珠絲杠副的傳動效率高，對機械小型化，減少啟動后的顫動和滯后時間以及節(jié)約能源等方面，都具有重要意義。所以滾珠絲杠副運動平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速時無爬行。正逆?zhèn)鲃拥男蕩缀蹩筛哌_ 98%。因此，在某些機構中，特別是垂直升降機構中使用滾珠絲杠副時，必須設置防止逆轉的裝置。 （ 5） 定位精度和重復定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動效率高，運動平穩(wěn)，可以預緊等特點，所以滾珠絲杠副在工 作過程中溫升較小，無爬行。 （ 6） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時驅動相同的部件和裝置時，由于反應靈敏，無阻滯，無滑移，其啟動的同時性，運行中的速度和位移等，都具有準確的一致性，這就是所謂同步性好。實踐證明，滾珠絲杠副的使用壽命比普通滑動絲杠副高 5~6倍。在特殊使用場合，如核反應堆中的滾珠絲杠副 )(39。且深抗力 Fy 與縱向進給方向垂直，影響加工精度或已 加工表面質量。 縱切外圓時，車床的主切削力 Fz可以用下式計算： FFz z F zz Xy nz F p F zF C f???? （ 33） =5360(N) 由 金屬切削原理 知 : Fz:Fx:Fy=1:: (34) 得 Fx=1340(N) Fy=2144(N) 因為車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進給拖板和導軌上，車削作業(yè)時作用在進給拖板上的載荷 Fl、 Fv 和 Fc與車刀所受到的車削抗力有對應關系，因此，作用在進給拖板上的載荷可以按下式求出： 拖板上的進給方向載荷 Fl=Fx=1340(N) 拖板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N) 拖板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N) 因此，最大工作載荷 )(39。n 為絲杠轉速（ r/min） ,n= 。v為最大切削力條件下的進給速度（ m/min） ,可取最高進給速度的 1/2~1/3。 =12mm；fm為運轉狀態(tài)系數(shù)，因為此時是有沖擊振動，所以取 fm=。 =2226? 1/2 /12= ? L=60nt/106 =60? ? 15000 /106 = 則 C= fmFmL3 =3 ? ? =11740(N) 初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應的額定動載荷 Ca 不得小于最大動載荷 C:因此有 CaC=11740N. 另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運轉下工作并受載，那么還需考慮其另 一種失效形式 滾珠接觸面上的塑性變形。 1絲杠的拉壓變形量 δ 1 δ 1=? FmL / EA (37) 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 10 =? ? 2280 / ? 10? π ? ()178。 3)壓桿穩(wěn)定性驗算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。 I 為截面慣性矩，對絲杠圓截面 I=π d14 /64（ mm4 ） (d1 為絲杠的底徑 )； L為絲杠的最大工作長度（ mm） 。 表 ： 方式 兩端端自由 一端固定一端自由 兩端固定 兩端簡支 Fz 由 kF =fzπ 2 EI/L 2 且 fz= ， E= ? 10 4 Mpa ， 西安工業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 11 I=π d14 /64 4mm , L=2800mm 為絲杠的長度 由于 I =π d14 /64 =π ()4 /64 =? /64=517903mm4 kF =2? ? ? 10 4 ? 517903/(2800)2 =727959 kN =727959/1857