【正文】 10)自動控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號； （ 11)自動控制冷卻泵的啟 /停； （ 12)安 裝電動卡盤，系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開； （ 13)縱、橫向安裝限位開關(guān)； （ 14)數(shù)控系統(tǒng)可與 PC 機串行通信； （ 15)顯示界面采用 LED 數(shù)碼管，編程采用 ISO 數(shù)控代碼。 （ 1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。 （ 2）普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在 保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。 （ 3）根據(jù)技術(shù)指標中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，決定選用 MCS51 系列的 8位單片機作為數(shù)控系統(tǒng)的 CPU。 （ 4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴展程序存儲器、數(shù) 據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、 I/O 接口電路、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進電動機的驅(qū)動電源以及主軸電動機的交流變頻器等。 （ 6）計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需要減速輪副，且應(yīng)有消間隙機構(gòu)。 3. 機械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 主傳動系統(tǒng)的改造方案 對普通車床進行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機構(gòu)和變速操縱機構(gòu)，這樣可減少機械改造的工作量。 若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用 2～４速的多速電動機代替原有的單速主電動機；當多速電動機仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機，以實現(xiàn)無級變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于 70Hz，原來的電動機可以不更換，但所選變頻器的功率應(yīng) 4 比電動機大）。 安裝電動卡盤 為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，選用呼和浩特機床附件總廠生產(chǎn)的 KD11250 型電動三爪自定心卡盤。 換裝自動回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度，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，選用常州市宏達機床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 LD4BCK6140型四工位立式電動刀架。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動 本例中，改造后的車床能夠加工的最大螺紋導程是 24 mm， Z 向的進給脈沖當量是 mm/脈沖，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于 24 mm /（ mm/脈沖） =1200 脈沖。 的 A、 B 相信號，可用 A、 B 異或后獲得 1200 個脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器的線數(shù) 可降到600 線（ A、 B 信號）。 基于上述要求，本例選擇螺紋編碼器的型號為： ZLF1200Z05V015CT。 螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭 箱的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為 1： 1 的同步齒 5 形帶與主軸聯(lián)接起來。 進給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案 （ 1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。 （ 3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。 （ 6）將橫向進給步進電動機通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。 改造后的橫向、縱向進給系統(tǒng)分別見 圖紙 。以下詳細介紹縱向進給機構(gòu)，橫向進給機構(gòu)與縱向類似，在此從略。 切削力的計算 切削力的分析和計算詳見相關(guān)教材。 ，前角 0? ＝ 12176。 查 參考文獻 1表 31，得： FCC ＝ 1120， FCx ＝ ， FCy ＝ ， FCn ＝ 0。 由經(jīng)驗公式（ 32），算得主切削力 cF ＝ 1023N。 滾珠絲杠螺母副的計算和選型（縱向） （ 1）工作載荷 mF 的計算 已知移動部件總重量 G=1300 N；車削力 cF =1023 N， pF =358N， fF =。 選用矩形－三角形組合滑動導軌，查表 329，取 K= ， ? = ， 代入 mF ＝ )( GFKF zx ??? , 得工作載荷 mF ≈ N。 取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000 h，代入 0L = 60 n T / 610 ，得絲杠壽 命系數(shù) 0L = （單位為： 610 r）。 （ 3） 初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷，查表 331，選擇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的 GD40063 型滾珠絲杠副。 2 = 6 圈，精度等級取 4 級，額定動載荷為 15960 N，滿足要求。將摩擦角 ? =10′，代入 ? = tanλ / tan(λ+ ? )，得傳動效率 ? = %。固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。 2）根據(jù)公式 Z＝ ( WDd /0? )－ 3，求得單圈滾珠數(shù)目 Z= 29；該型號絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為 3179。 6 =174。則求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2?≈ 。 3）將以上算出的 1? 和 2? 代入 21 ??? ??總 ,求得絲杠總變形量（對應(yīng)跨度 1497 mm） 總? == m。 （ 6）壓桿穩(wěn)定性校核 計算失穩(wěn)時的臨界載荷 kF ，查表 331，取支承系數(shù) kF = 2；由絲杠底徑 2d = , 得截面慣性矩 64/42dI ?? ≈ 4mm ；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 3（絲杠臥式水平安裝 )；滾動螺母至軸向固定處的距離。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用 要求。本例中， Z向減速箱選用同步帶傳動，同步帶與帶輪的計算和選型參見第三章第三節(jié)相關(guān)內(nèi)容。 根據(jù)改造經(jīng)驗， C6140 車床 Z 向步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩通常在 1525 N178。今初選電動機型號為 110BYG3502，五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為 16 N178。該電動機的詳細技術(shù)參數(shù)見表 45。算得傳動比 i = 。α / 360 =1200（ r/min）。 360 / ( 60179。 從圖 64查得，當脈沖頻率為 10000 Hz時，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩約為 N178。 T / = 1200179。同步帶傳遞的負載功率應(yīng)該小于 W，今取 P = kW，從表 318 中取工作情況系數(shù) AK = ，則求得帶的設(shè)計功率 dP = AK =179。 （ 4）選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計功率 bP = kW 和主動輪最高轉(zhuǎn)速1n =1200 r/min，從圖 314中選擇同步帶，型號為 XL 型，節(jié)距 bP = mm。當 1n 達最高轉(zhuǎn)速 1200r/min 時，同步帶的速度為 9 v= 100060 11?nd? =（ m/s），沒有超過 XL 型帶的極限速度 35 m/s。 （ 7）初選中心距 0a 、帶的節(jié)線長度 OPL 、帶的齒數(shù) ZbZ 初選中心距 0a =（ 1d + 2d ） = mm ，圓整后取 0a =110mm. 則帶的節(jié)線長度為mma ddddaL OP )()(22 0 12210 ?????? ? 。 （ 8） 計算實際中心距 a 實際中心距 mmLLaa OPP 8 3 1 120 ????。此處 ent 取整。 算得 0P = 。 由上式算得 sb ≥ mm，再根據(jù)表 311 選定最接近的帶寬 sb = mm （ 12）帶的工作能力驗算 計算同步帶額定功率 P的精確值： 10 320 10)( ??? vmvbbTKKPssawz 式中， wK 為齒寬系數(shù) :： 1)/( ?? ssw bbK 經(jīng)計算得 P = kW，而 dP = kW，滿足 P≥ dP 因此，帶的工作能力合格。縱向移動部件總重量 G = 1300 N；同步帶減速箱大帶輪寬度 28 mm，節(jié)徑 mm，孔徑 30 mm，輪轂外徑 42 mm，寬度 14 mm；小帶輪寬度 28 mm，節(jié)徑 ，孔徑 19mm，輪轂外徑 29 mm，寬度 12 mm；傳動比 i =。大帶輪的轉(zhuǎn)動慣量2zJ = 2cmkg? 。 則加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為： 2221 )( cmkgiJJJJJJ swzzmeq ??????? （ 2）計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩 eqT 分快速空載起動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)（ 412）式可知， 0T 相對于 maxaT 11 和 fT 很小，可以忽略不計。 其中： ???360maxvnm ? （ 3） 式中 maxv —— Z向空載最快移動速度，任務(wù)書指定為 6000 mm/min； α —— Z向步進電動機步距角，為 ； δ —— Z向脈沖當量，本例δ = mm/脈沖。 設(shè)步進電動機由靜止到加速至 mn 轉(zhuǎn)速所需時間 at = s， Z 向傳動鏈總效率η = 。 則由式（ 4），得： )( )13000( mNTf ???? ???? ? 12 最后由式（ 1），求得快速空載起動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的 負載轉(zhuǎn)矩為： a x1 ??? faeq TTT N178。 0T 相對于 tT 和 fT 很小，可以忽略不計。本例中在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知進給方向的最大工作載荷 fT = N，則有： mNjPFT htt ???? ??? 0 0 0 8 22 ??? 再計算承受最大工作負載（ cF =）情況下，移動部件運動時折算 到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： )1 3 0 0 9 4( )( ??? ?????? ???? i PGFT hcf（ N178。 m （ 7） 經(jīng)過上述計算后，得到加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的最大等效負載轉(zhuǎn)矩 eqT =max{ 1eqT ， 2eqT }= N178。因此，根據(jù) eqT來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。 m，可見完全滿足（ 8）式的要求。 ）≈ 1333(Hz)。 m，遠遠大于最大工作負載轉(zhuǎn)矩 2eqT =178。 2）最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定 Z 向最快空載移動速度 maxv =6000mm/min，求出電動機對應(yīng)的運行頻率 maxf =6000/（ 60179。從圖 64 查得，在此頻率下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩 maxT = N178。 m，滿足要求。查表 45可知 110BYG3502 的