【正文】 第3章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控機(jī)床的價(jià)格主要由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)決定，數(shù)控系統(tǒng)從功能上可分為低中高三檔，中高檔系統(tǒng)（如Fanuc、LBNC—2T型、FAGOR、SIEMENS、華中HNC—2T/2M等）功能齊全，性能優(yōu)良，但價(jià)格偏高。對(duì)臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造,主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造為用數(shù)控裝置控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架?？傮w方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)的選擇，以及傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。 3）在臥室車床最大加工尺寸、加工精度、控制速度，以及經(jīng)濟(jì)性等條件下，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。 5）縱向和橫向幾給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)兼容。圖31 NC21T車床數(shù)控裝置操作臺(tái)2）、 顯示器 180。3）、 NC鍵盤 4）、 機(jī)床控制面板 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板的大部分按鍵（除“急?！卑粹o外）位于操作臺(tái)的下部。 其界面由如下幾個(gè)部分組成：圖32 NC21T的軟件操作界面 圖形顯示窗口 菜單命令條 運(yùn)行程序索引 選定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，坐標(biāo)系可在機(jī)床坐標(biāo)系/工件坐標(biāo)系/相對(duì)坐標(biāo)系之間切換；顯示值可在指令位置/實(shí)際位置/剩余進(jìn)給/跟蹤誤差/負(fù)載電流/補(bǔ)償值之間切換。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。雙片齒輪間沒(méi)有加彈簧自動(dòng)消除間隙。當(dāng)負(fù)載大時(shí)，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負(fù)載小時(shí)，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。拆除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向:，橫向:(半徑)。仍按上述比例粗略計(jì)算: F’z:F’y:F’x=1:: F’y=2680 x = 670 F’x=2680 x = 1072滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。擋珠器用圓鋼彎成弧形桿，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。缺點(diǎn)是：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確，擋珠器鋼性差、耐磨性差。（1）計(jì)算進(jìn)給率引力Fm(N)縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌： 式中： K－－考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K＝。 G 溜板及刀架重力: G = 800N。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），此處vs＝；fw——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw＝～；L——壽命、以106轉(zhuǎn)為1單位。傳動(dòng)效率計(jì)算 （43）式中：γ——螺旋升角，W1L4O0bγ=204439。～（4）剛度驗(yàn)算一般滾珠絲杠比較細(xì)長(zhǎng)，它的剛度應(yīng)該給與充分重視。最大牽引力為2530N。圖41 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 （）絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1根據(jù)Pm=2530N,Do=40mm, 查資料可查出δL/L=﹡lO5，可算出:δ1=δL/L1500=1051500=102(mm)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，故其拉壓剛度可以提高4倍。（1）計(jì)算進(jìn)給牽引力F‘m:橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下:（2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載c（3）選擇滾珠絲杠螺母副查資料，額定動(dòng)載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級(jí)。 圖42 計(jì)算如下：()、絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1 (mm)查圖43，根據(jù)F39。=2Omm，查出δL /L=5lO5，可算出圖43 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 ()、滾珠與螺紋滾道間接觸變形δ2查資料：因進(jìn)行了預(yù)緊δ2=1/2δQ=*=()、支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形δ3采用8102推力球軸承，dQ=,z=12，d=l5mm考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故綜合以上幾項(xiàng)變形量之和: 顯然此變形量已大于定位精度的要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)，因橫向溜板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力。故此變形量仍不能滿足，如果將滾珠絲杠再經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸，剛度還可提高四倍，則變形量可控制在要求的范圍之內(nèi)。（6）穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載其FK(N)式中： E——材料彈性模量，鋼:E＝1O6N/cm2I——截面慣性矩（cm4）絲杠：，di為絲杠內(nèi)徑； （44）L——絲杠兩支承端距離 (cm)；fZ一絲杠支承方式系數(shù)，從表413中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支fZ =（一般[nk]=～4）此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。7’4176。7’4176?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i可選定齒輪齒數(shù)為， 或已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp＝，滾珠絲杠導(dǎo)程L0＝5mm，: 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速:因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量JΣ(kg?cm2)可有下式計(jì)算：JΣ=Jm+J1+（Z1247。g(L0247。L1=10－32= kg?cm2J2=10－3d24Z2）2〔(J2+Js)+G247。2π)2〕 =10++(32247。(247。Jm247。=基本滿足慣量匹配的要求。ε= JΣnnax10－2/(60ta/2π) = JΣ2πθb247。360將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。θb247。360=2400247。nmax10－2/(60ta)=2π50010173。cm 折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf： Mf=FOL0247。(Pz+G)L0247。Z1) =(5360+800)247。cm 附加摩擦力距M0 MO=FPOL0(1－η02)/2πηi=1247。(2πηZ2247。32530(1－)247。cm上述三項(xiàng)合計(jì)： M起=Mamax+Mf+Ma=+94+=M快=Mf+M0=94+=2πηi =94++1340247。cm從上面計(jì)算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。Mjmax=最大靜力矩Mjmax=247。cm按此最大靜力矩從下表查出，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500時(shí)，M=100Ncm）直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)， 圖51 130BF001 型運(yùn)行距頻特性 圖52 130BF001 啟動(dòng)型距頻特性當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，130BF001型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。Z2）2{(J2+J3)+Z3247。g(L0247。L1=10－32=?cm2J2=10－3d24L3=10－3442= kg?cm2J4=10－3d24Z2）2{(J2+J3)+Z3247。g(L0247。10)2{(+)+(20247。10(247。cm2考慮到步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量的匹配問(wèn)題Jm247。=0. 558基本滿足慣量匹配要求 M起=Mamax+Mf+Ma （53）Mamax=JΣ(60ta247。nmax10173。(60ta)式中： nmax=νmaxδ