【正文】 ..............................................................66致 謝 ......................................................................67參考文獻(xiàn) ...................................................................68 41 緒論 改造的可行性隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地更換產(chǎn)品的零件。生產(chǎn)需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也迅速地發(fā)展起來。機(jī)床的數(shù)控化程度在不斷地提高。各大企業(yè)不斷地購進(jìn)數(shù)控機(jī)床，擴(kuò)大生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中也不是鳳毛麟角，而是不斷地提高普及率。如以下幾個(gè)方面的說明： 機(jī)床改造的必要性數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量和多變零件的加工問題,能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率,但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還受到其他條件的限制。（2）目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本可能，而且替換下來的普通機(jī)床閑置下來又會造成浪費(fèi)。（4）通用數(shù)控機(jī)床對具體生產(chǎn)有多余功能。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。（2）減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。（4）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。所有這些目的都是圍繞一點(diǎn)，即提高機(jī)床的性能價(jià)格比，用較少的價(jià)格得到較高的機(jī)床性能。（2）減少輔助加工時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。（4）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。 機(jī)床的設(shè)計(jì)改造數(shù)控機(jī)床業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快， 5因此對機(jī)床位不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)該能迅速的適應(yīng)零件的變換。從第一代數(shù)控機(jī)床問世以來，世界上主要工業(yè)化國家得數(shù)控機(jī)床已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)。我國從改革開放以來，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促使我國機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。廣泛的運(yùn)用到個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。但其價(jià)格昂貴，一次性投入大，往往使企業(yè)心有余而力不足，我國作為機(jī)床大國，數(shù)控化的道路漫長，走改革之路為上策。 62 C6140型普通車床數(shù)控化改造方案的設(shè)計(jì)與確定 總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：利用單片機(jī)控制技術(shù)對 C6140 型車床的橫向系統(tǒng)進(jìn)行控制。改造后的車床能夠完成機(jī)床主軸的啟動，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動的行程和變速，刀具的變速和冷卻，都可以自動控制。在該機(jī)床中采用液壓尾座快換刀架和機(jī)床外對刀裝置。對一般車削加工任意錐面、球面、螺紋端面、回轉(zhuǎn)面等加工工序，能控制主軸的開停變速及一些輔助功能，使加工實(shí)現(xiàn)自動化。由微型控制的自動轉(zhuǎn)位具重復(fù)定位精度高、工作剛性好、性能可靠、使用壽命長以及工藝性能好等特點(diǎn)。 對于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，保留原手動于調(diào)刀，原支承結(jié)構(gòu)也保留。施板后部開軸承孔以便滾珠絲杠的連通與支承，后接減速箱與步進(jìn)電機(jī)。絲杠外加防塵罩，溜板箱上安裝急停按鈕，以適應(yīng)意外情況的急停。并行接口 8255 用作連接開關(guān)量的輸入輸出和對伺服電機(jī)進(jìn)行控制。軟件方面，軟包裝件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。圖 2—1 機(jī)床的操作模式圖根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)采用輪廓控制形式，控制系統(tǒng)硬件由微機(jī)控制部分、鍵盤及顯示器、I/O 接口及光電隔離器、步進(jìn)電機(jī)、功率放大器等組成。改造前的機(jī)床傳動系統(tǒng)圖如圖 2—2 所示： 圖 22 改造后車床傳動系統(tǒng)圖 83 C6140數(shù)控車床橫向傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) C6140數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)C6140 車床是開環(huán)式的數(shù)字程序控制車床。機(jī)床主軸的啟動，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動的行程和變速，刀具的變速和冷卻，都可以自動控制。在該機(jī)床中采用液壓尾座快換刀架和機(jī)床外對刀裝置。車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由其相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)，齒輪變速箱，滾珠絲杠副及一些連桿，密封，支撐等組成。主要參數(shù)機(jī)械部分：工件最大回轉(zhuǎn)直徑在床面上 320 毫米；在床鞍上 175 毫米；工件最大長度 750 毫米；主軸孔徑 35 毫米；主軸前端孔錐度：莫氏 5 號；主軸轉(zhuǎn)速范圍（18 級）19~2022 轉(zhuǎn)/分；刀架縱進(jìn)給量和螺紋的螺距范圍 ~ 毫米；刀架橫進(jìn)給量范圍 ~ 毫米；刀架縱向與橫向進(jìn)給的脈沖當(dāng)量 毫米；刀架快速移動速度： 米/分 米/分；數(shù)控部分：數(shù)控部分坐標(biāo)數(shù)：2；插補(bǔ)運(yùn)算原理：逐點(diǎn)比較法； 數(shù)控機(jī)床的改造要求與伺服電機(jī)的選用 數(shù)控機(jī)床的改造要求 在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)中，機(jī)械傳動是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是將伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為執(zhí)行部件的直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。對數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分的要求有以下幾點(diǎn)：（1）高的傳動精度和定位精度數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動裝置的傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關(guān)鍵性作用，其中應(yīng)采取的措施是通過在進(jìn)給系統(tǒng)中加入減速齒輪，以減小脈沖當(dāng)量，預(yù)緊傳動滾珠絲杠，齒輪，蝸輪傳動件的間隙方法。（3）減小運(yùn)動部件的慣量進(jìn)給系統(tǒng)中每個(gè)零件的慣量對進(jìn)給系統(tǒng)的啟動，制動特性有直接的影響。（4）阻尼適當(dāng)一方面，阻尼可降低進(jìn)給伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)性，另一方面，阻尼有增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，傳動機(jī)構(gòu)的阻尼要選擇適當(dāng)。 伺服電機(jī)的工作原理伺服電機(jī)的工作原理是：當(dāng)某相定子勵磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對齊。（1）伺服電機(jī)的定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一定角度，及電動機(jī)的步距角 θ；（2）改變伺服電機(jī)定子的繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變；（3）伺服電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)的改變速度越快，既通電狀態(tài)的頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就越高；（4）伺服電機(jī)的步角距 θ 與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k 可以用下式表示：θ=360186。在通常情況下，用伺服電動機(jī)作執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)中不需進(jìn)行 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換，且可以采用較為簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行工作。選用伺服電動機(jī)時(shí)，通常希望伺服電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，啟動頻率和運(yùn)行頻率大，步距誤差小。因此，在選用伺服電動機(jī)時(shí)，需要考慮各方面的因素。脈沖當(dāng)量越小，機(jī)床的定位精度越高，但機(jī)床的快速進(jìn)給速度就越小。脈沖當(dāng)量確定后，以此為依據(jù)選擇伺服電動機(jī)的步矩角和傳動機(jī)械的傳動比。這兩條曲線是選用伺服電動機(jī)的重要依據(jù)。在這兩種情況下，對轉(zhuǎn)矩和進(jìn)給速度要不同的要求，選擇伺服電動機(jī)時(shí)應(yīng)使這兩種情況都能滿足要求。 F=1000V/60Δ 10式中 V—進(jìn)給速度（m/min） Δ—脈沖當(dāng)量（mm/脈沖） F—伺服電動機(jī)工作頻率（Hz）根據(jù) fe 、fk 從工作矩頻特性曲線中查出對應(yīng)的極限轉(zhuǎn)矩值 Mdme若有 MeMdme 和 MkMdmk,表明伺服電動機(jī)滿足要求，否則不滿足要求，需重新選擇電動機(jī)。臥式車床的進(jìn)給絲杠都是滑動絲杠，即絲杠與螺母之間的滑動摩擦。在精度要求不高的情況下，可以采用原機(jī)床的滑動絲杠。若要求機(jī)床精度和被加工工件精度較高的情況應(yīng)將原機(jī)床的滑動絲杠螺母副改換成滾珠絲杠螺母副。由于絲杠和螺母之間為滾動摩擦，所以滾珠絲杠螺母副的摩擦小，轉(zhuǎn)動銷路和轉(zhuǎn)動精度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于滑動絲杠螺母副。為此設(shè)計(jì)和選用機(jī)械動機(jī)構(gòu)時(shí)，必須考慮以下幾個(gè)方面的問題：（1）減小摩擦阻力：為了提高數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，除了對伺服元件做出要求外，還必須減小運(yùn)動件的摩擦阻力和動靜摩擦里之差。 （2）提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙．進(jìn)給傳動系統(tǒng)的傳動精度和剛度，主要取決于絲杠螺母副及其支撐機(jī)構(gòu)的剛度．傳動間隙主要采源于傳動齒輪副、蝸輪副、聯(lián)軸 11副、絲杠螺母副及其支撐部件之間，應(yīng)施加于今力和采取間隙的結(jié)構(gòu)措施。因此在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能減小執(zhí)行部件的重量，減小旋轉(zhuǎn)部件的直徑和重量，以減小運(yùn)動部件的慣量。螺母上有滾珠回路管道，將兒圈螺旋滾道的兩端連接起來構(gòu)成封閉的循環(huán)滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。滾珠絲杠螺母副中是滾動摩擦，它有以下特點(diǎn)：（1）摩擦損失小，傳動效率高，可達(dá) 90％～96％（2）采用雙螺母預(yù)緊后，可以很好的消除間隙，提高了傳動剛度。不能自鎖，有可逆性，既能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動。（4）運(yùn)動速度受一定的限制，傳動速度過高時(shí)，滾珠在其回路管道內(nèi)易產(chǎn)生卡現(xiàn)象。（6）運(yùn)動不平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動進(jìn)度高。 滾珠絲杠副的支撐螺母座，絲杠的軸承及其支架等剛度不足將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動剛度，因此螺母座應(yīng)有加強(qiáng)筋，以減少受力后的變形；螺母與床身的接觸面積應(yīng)大一些，其連接螺釘?shù)膭偠纫矐?yīng)高。在機(jī)床上的安裝支撐方式有：一端裝推力球軸承，另一端裝向心球軸承；兩端裝推力軸承；兩端裝推力軸承及向心球軸承。本設(shè)計(jì)中采用螺紋調(diào)隙式，螺母一端有凸緣，而另一端是螺紋結(jié)構(gòu)，用兩個(gè)圓螺母把墊片壓在螺母座上，左右螺母和螺母座上加工有鍵槽，采用平鍵連接，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對轉(zhuǎn)動。另一螺母為鎖緊螺母，調(diào)整完畢后將兩個(gè)螺母并緊，可以防止在工作中螺母松動。（2）滾珠絲杠的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有兩種：滾珠在滾動過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。一般的數(shù)控機(jī)床可選用標(biāo)準(zhǔn)級 B。因此螺母座的孔與螺母之間必須有良好的配合，保證孔與端面的垂直度，螺母座應(yīng)增添鋼筋，加大螺母座和機(jī)床結(jié)合面的接觸面積，來提高螺母座的局部剛度。常用的支承方式有以下幾種：1） 一端裝上推力軸承 這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適用于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降環(huán)節(jié)或數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)系。3）兩端裝止推軸承這種安裝方式對熱伸長較為敏感。滾珠絲杠副的傳動效率很高，但不能自鎖，用在垂直傳動和水平放置的高速大慣量傳動中，必須有制動裝置。滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進(jìn)行潤滑，同時(shí)要采用防塵密封裝置。潤滑劑可用 20 號或 30 號機(jī)械油，90～180 號透平油或 140 號主軸油，可從螺母殼體的油孔（如裝配圖中所示）注入螺母內(nèi)的空間。常用的防護(hù)裝置有：密封圈和防護(hù)罩。對防護(hù)材料的性能要求：耐油，耐腐蝕，耐高溫和耐用等。利用車床原橫向進(jìn)給絲杠的滑動軸套作為徑向支承，并對原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝，布置一對推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支承。滾珠螺母直接固定在中滑板上。在實(shí)際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負(fù)載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙，或者間隙量小于 ，而且運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整預(yù)緊量的判斷標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)橥宦?lián)軸套上分布的錐銷孔都由同一方向加工時(shí)，往往會引起軸心線的直線度誤差增大，從而使安裝在傳動絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。安裝時(shí)將大齒輪所在支承架轉(zhuǎn)動中心與絲杠對中，首先固定，然后把電動機(jī)小齒輪按無間隙齒合，調(diào)整好中心距，再固定。因此，在進(jìn)行設(shè)備改造時(shí)，要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。主軸脈沖發(fā)生器的引出軸與車床主軸按1：1 無間隙柔性連接傳動，連接后應(yīng)保證兩者有很好的同步性。使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過主軸脈沖發(fā)生器的最高轉(zhuǎn)速。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)　已知條件：工作臺重量：W=80kgf=800N加速時(shí)間常數(shù)：t=25 ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L 0=6 mm快速進(jìn)給速度：υ max=2m/min切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知，切削功率 Pc=Pηκ 式中 P—電動機(jī)功率（kW），C6132 型車床 P=4kW； 15η—主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 ～，取 η=；κ—進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 κ=。m） n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）設(shè)按最大切削速度來計(jì)算，取 υ=100m/min則 F z =60 Pc 103/υ=60**10 3/100N=查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，在一