【正文】 大。而制造業(yè)中機(jī)床是其基礎(chǔ)裝備。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。許多工廠一面購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床?？梢灶A(yù)料，今后機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品種類和檔次以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。它的發(fā)展是信息技術(shù)(1T)與制造技術(shù)(MT)結(jié)合發(fā)展的結(jié)果。掌握現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)知識是現(xiàn)代機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必不可少的。零件的數(shù)控加工工藝分析是編制數(shù)控程序中最重要而又極其復(fù)雜的環(huán)節(jié)，也是數(shù)控加工工藝方案設(shè)計的核心工作，必須在數(shù)控加工方案制定前完成。全面合理的數(shù)控加工工藝分析是提高數(shù)控編程質(zhì)量的重要保障。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件。 什么是數(shù)控機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的特點應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對加工過程進(jìn)行控制的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行部分 。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點： 　　●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 　　●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件； 　　●加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間；　　●機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）； 　　●機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強度； 　　●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。 　　●驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。當(dāng)幾個進(jìn)給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 自從1952年美國麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺數(shù)控機(jī)床以來，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。數(shù)控機(jī)床性能在高速度、高精度、高可靠性和復(fù)合化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化、綠色化方面取得了長足的進(jìn)步。數(shù)控系統(tǒng)未來分以下幾個發(fā)展方向： ●數(shù)控系統(tǒng)向開放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展 ●數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展●數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展●數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展●數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展●數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展●數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動化方向發(fā)展2 總體方案的擬定 設(shè)計任務(wù)與要求 課程設(shè)計的目的 課程設(shè)計 是一個實踐性很強的環(huán)節(jié),是諸多實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的最后一環(huán),是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決生產(chǎn)實際問題能力的重要步驟。從而培養(yǎng)學(xué)生具有加工編程能力、繪圖能力、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計計算能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機(jī)、電方面技術(shù)問題的能力。 2)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計計算并繪制Z向坐標(biāo)軸的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的裝配圖。4)、編寫設(shè)計說明書一份。 2)、機(jī)械進(jìn)給伺服系統(tǒng)宜采用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。 4)、所繪制的機(jī)械裝配圖和硬件電路原理圖要求正確、合理、圖面整潔、符合標(biāo)準(zhǔn)。 課程設(shè)計的圖紙 1)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖 A0 2張 2)、單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 硬件電路原理圖 A1 2張 總體方案的設(shè)計 本設(shè)計是針對CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。對于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機(jī)床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)之分。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。再設(shè)計的數(shù)控裝置中，CPU是關(guān)鍵。主要是因為它的配套芯片便宜，普及型、通用性強。本設(shè)計中世以MCS 51系列單片機(jī)，51系列相對48系列指令豐富，相對96系列價格便宜。圖21 CA6140臥式車床簡圖 CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動變速。由8031單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進(jìn)給運動。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒行帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機(jī)。脈沖當(dāng)量是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。 3. 縱車外圓： 計算切削力F 主切削力：Fz===3835N 按切削力各分力比例： Fz：Fx：Fy =1：： Fx==3835=959N Fy = =3835=1534N G=800N3. 橫切端面： 主切削力可取縱切的； =Fz= 3835=1918N 式（21） 此時走刀抗力，吃刀抗力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型號有關(guān)。 Vs－最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2~1/3）。GL圖31 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計算簡圖1)、絲杠的拉伸或壓變形量δ1查圖4—6根據(jù)F=1844N Do=25mm 查出8L/L=105δ1=1200=1051200=102mm 式（29）由于兩端均采用向心推力球軸承,且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸,(mm)為:δ1=δ1=102 mm2）、滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2查圖47W,δQ=因進(jìn)行了預(yù)緊,δ2=1/2δQ=1/2= 3）、支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形δ3 采用8107型推力球軸承，d1=35mm,滾動體直徑dQ=,滾動體數(shù)量Z=18δc= ==注意:此公式中Fm單位應(yīng)為kgf考慮到施加預(yù)緊力,故δ3=1/2δC=1/2=4）、根據(jù)此上計算δ=δ1+δ2+δ3 =++ =定位精度5）、穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需要作穩(wěn)定性校核。(+2+G)=767+（1918+2480+400）≈1729N（2 ）、最大動負(fù)載C nt===40 L===36 C=fw=1729=6851N（3 ）、滾珠絲杠杠螺母副的選型 查閱《數(shù)控設(shè)計》指導(dǎo)書附錄A表3，可采用W1L2505外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，,其額定動負(fù)載為9700N,精度等級按表415選為3級.（4）、 傳動效率計算 η== =其中r—螺旋升角W1L2506 λ=3176。GL圖32 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計算簡圖1)、絲杠的拉伸或壓變形量δ1查圖4—6根據(jù)=1729N，Do=25mm 查出8L/L=105δ1400=105400=103mm 2）、 滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2查圖47W,δQ= 因進(jìn)行了預(yù)緊,δ2=1/2δQ=1/2= 3）、支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形δ3 采用8102型推力球軸承，d1=15 mm,滾動體直徑dQ= mm,滾動體數(shù)量Z= 12 δc= ==注意:此公式中Fm單位應(yīng)為kgf考慮到施加預(yù)緊力,故δ3=1/2δC=1/2=4）、根據(jù)此上計算δ=δ1+δ2+δ3 =++ =定位精度5）、穩(wěn)定性校核 計算臨界負(fù)載FK（N） FK= 式中 E——材料彈性模量，鋼：E=106N/cm2 I——截面慣性矩(cm4)絲杠：I=，d1為絲杠內(nèi)徑； L——絲杠兩支承端距離（cm） fz——絲杠支承方式系數(shù)，從表413中查出，一端固定，一端簡支fz = I== FK== nk==[ nk] (一般[nk]=~4)此滾珠絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。表31 W1L2506及W1L2505滾珠絲杠的幾何參數(shù) 名 稱符號W1L2506W1L2505 螺 紋 滾 道公稱直徑d02525導(dǎo)程L065接觸角β4176。39′鋼珠直徑dq滾道法面半徑RR= dq偏心距ee=(R dq/2)sinβ螺紋升角γγ=arctg(L0/)4176。39′ 螺 桿螺桿外經(jīng)dd=d0(~)dq螺桿內(nèi)經(jīng)d1d1= d0+2e2R21螺桿接觸直徑dzdz=d0dqcosβ21 螺 母螺母螺紋直徑DD=d02e+2R2929螺母內(nèi)經(jīng)D1D1= d0+(~) dq2626 縱向進(jìn)給齒