【正文】 新的數(shù)控機床取而代之，顯然耗資巨大，不符合國情。另外，從市場容量來講，不管是汽車制造業(yè)、模具制造業(yè)，還是軍工企業(yè)，機床數(shù)控化改造都蘊藏著無限商機。在美國，機床改造業(yè)被稱為機床再生業(yè)；在日本，機床改造業(yè)被稱為機床改裝業(yè)。 機床數(shù)控化改造的必要性和迫切性從宏觀上看，在20世紀70年代末、80年代初，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，已開始大規(guī)模應用數(shù)控機床。除在制造過程中采用數(shù)控機床，F(xiàn)MC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造，在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等，以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。而我國在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家落后約20年。隨著我國現(xiàn)代化制造的不斷推進，每年都有大量機電產(chǎn)品進口。從微觀上看，數(shù)控機床本身是高科技產(chǎn)品，它比傳統(tǒng)機床有很多突出的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性的發(fā)揮，是數(shù)控機床的性能有了質(zhì)的提高，打了推動了制造也的發(fā)展。第2章 銑床機械結(jié)構(gòu)的改造設計 介紹 根據(jù)我國國情，八十年代在普通機床的改造方面，出現(xiàn)了以經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，尤其是普車、普銑數(shù)控化改造的熱潮，并逐步形成了經(jīng)濟型數(shù)控產(chǎn)業(yè)。普通銑床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造，除了選擇可靠性高、性能穩(wěn)定的數(shù)控系統(tǒng)外，對銑床自身的改造也是一個很重要的環(huán)節(jié)。 數(shù)控銑床機械結(jié)構(gòu)的主要特點數(shù)控銑床作為一種高速、高效和高精度的自動化加工設備，由于其控制系統(tǒng)功能強大，使機床的性能得到大大提高。它必須利用伺服進給系統(tǒng)代替普通機床的進給系統(tǒng)，并可以通過主軸調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)主軸自動變速，因此在機械結(jié)構(gòu)上，數(shù)控機床的主軸箱、進給變速箱結(jié)構(gòu)一般都非常簡單；齒輪、軸類零件、軸承的數(shù)量大為減少；電動機可以直接聯(lián)接主軸和滾珠絲杠，不用齒輪。在操作上，它不像普通機床那樣，需要操作者通過手柄進行調(diào)整和變速，操作結(jié)構(gòu)比普通機床要簡單得多，許多機床甚至沒有手動機械操作機構(gòu)。廣泛采用高效、無間隙傳動裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品數(shù)控銑床進行的是高速、高精度加工，在簡化機械結(jié)構(gòu)的同時，對于機械結(jié)構(gòu)傳動裝置和元件在數(shù)控銑床上得到廣泛的應用。近年來，隨著新材料、新工藝的普及、應用、高速加工已經(jīng)成為目前數(shù)控銑床的發(fā)展方向之一。主軸轉(zhuǎn)速達到了每分鐘上萬轉(zhuǎn)，甚至十幾萬轉(zhuǎn)，采用電主軸、直線電動機、直線滾動導軌新產(chǎn)品，新技術(shù)勢在必行。因此，自動換刀裝置、動力刀架、自動排屑裝置、自動潤滑裝置等特殊機械部件是必不可少的，有的機床還帶有自動工作臺交換裝置（APC）。對機械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高高速、高效、高精度的加工要求，無人化的管理以及工藝復合化、功能集成化一方面可以大大提高生產(chǎn)率，同時，也必然會使機床的開機時間、工作負載隨之增加，機床必須在高負載下，長時間可靠工作。 數(shù)控銑床對機械結(jié)構(gòu)的基本要求具有較高的靜、動剛度和良好的抗振性銑床的剛度反映了機床結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。為了滿足數(shù)控銑床高效，高精度、高可靠性以及自動化的要求、與普通銑床相比，數(shù)控銑床應具有更高的靜剛度。 具有良好的熱穩(wěn)定性銑床的熱變形是影響銑床加工精度的主要因素之一。因此，在數(shù)控銑床上還應采取必要的措施，盡可能減少機床的熱變形。伺服系統(tǒng)的最小移動量（脈沖當量），甚至更小，最低進給速度，一般只有1mm/min，甚至更低，這就要求進給系統(tǒng)具有較高的運動精度，良好的跟蹤性能低速穩(wěn)定性，才能對數(shù)控系統(tǒng)的位置指令作出準確的響應，從而得到要求的定位精度。 具有良好的操作、安全防護性能方便、舒適的操作性能，是操作者普遍關(guān)心的問題。而且由于加工效率的提高，數(shù)控機床的工件裝卸可能比普通機床更加頻繁。數(shù)控銑床是一種高度自動化的加工設備，動作復雜，高速運動部件較多，對機床動作互鎖、安全防護性能等要求比普通銑床要高的多。 銑床進給傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造數(shù)控銑床的進給傳動系統(tǒng)常用伺服進給系統(tǒng)來工作，伺服進給系統(tǒng)的作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)傳來的指令信息，進行放大以后控制執(zhí)行部件的運動，不僅控制進給運動的速度，同時還要精確控制刀具相對于工作的移動位置和軌跡，因此，數(shù)控銑床進給系統(tǒng)，尤其是輪廓控制系統(tǒng)，必須對經(jīng)運動的位置和運動的速度兩方面實現(xiàn)自動控制。這里所說的機械傳動裝置，是指將驅(qū)動源旋動運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈，包括減速裝置、絲杠螺母副等中間傳動機構(gòu)。因此，數(shù)控銑床對機械傳動系統(tǒng)的要求可以概況如下： 提高傳動部件的剛度一般來說，數(shù)控銑床直線運動的定位精度和分辨率都要達到微米級，回轉(zhuǎn)運動的定位精度和分辨率都要達到角秒級，伺服電動機的驅(qū)動力矩（特別是起動、制動是的力矩）也很大。加打滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、支承部件進行預緊，對滾珠絲杠進行預拉伸等，都是提高傳動系統(tǒng)剛度的有效措施。特別是在高速加工的數(shù)控機床上，由于對進給系統(tǒng)的加速度要求高，因此，在滿足系統(tǒng)強度和剛度的前提下，應盡可能減小零部件的質(zhì)量、直徑，以降低慣量，提高快速性。采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、直線滾動導軌、靜壓導軌和塑型導軌等高效執(zhí)行部件，可以減少系統(tǒng)的摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行。直線進給運動包括機床的基本坐標軸（X、Y、Z軸）以及和基本坐標軸平行的坐標軸（U、V、W等）的運動；圓周進給運動是指繞基本坐標軸X、Y、Z回轉(zhuǎn)的坐標運動。因此，在數(shù)控銑床上得到了廣泛應用，是目前中，小型數(shù)控機床最為常見的傳動型式。當一在垂直傳動或水平放置的高速大慣量傳動中心必須裝有制動裝置，使用具有裝置的伺服驅(qū)動電動機是最簡單的方法。 靜壓絲杠螺母副靜壓絲杠螺母副是通過油壓在絲杠和螺母的接觸面之間，產(chǎn)生一層保持一定厚度，且具有一定剛度的壓力油膜，使絲杠和螺母之間有邊界摩擦變?yōu)橐后w摩擦。靜壓絲杠螺母的特點是：（1）摩擦系數(shù)小，比滾珠絲杠（～）的摩擦損失更小，因此，其起動力矩很小，傳動靈敏，避免了爬行。（3）由于油液的不斷運動，有利于散熱和減少熱變形，提高了機床的精度和光潔度。（5）油膜層介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用，即可以使絲杠的傳動誤差小于絲杠本身的制造誤差。 靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副大型數(shù)控機床不宜采用絲杠傳動，因長絲杠制造困難，且容易彎曲下垂，影響傳動精度；同時軸向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度也難提高，如果加大絲杠直徑，則轉(zhuǎn)動慣量增大，伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性不易保證，故常用靜壓蝸桿蝸條副和齒輪齒條副傳動。左右，要使壓力油只能進入接觸區(qū)，必須解決蝸桿的配油問題。但其傳動不夠平穩(wěn)，傳動精度不高，而且還不能自鎖。當傳動負載大時，可采用雙厚齒輪傳動結(jié)構(gòu)。利用直流電動機驅(qū)動，可以完全取消傳動系統(tǒng)中將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的環(huán)節(jié)，大大簡化機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)所謂的“零傳動”。XA5032型銑床數(shù)控化改造進給系統(tǒng)，X、Y、Z三軸在滿足傳遞扭矩的前提下采用FANUC 20M 直流伺服電機并配有直流功能驅(qū)動系統(tǒng)，提高了驅(qū)動性能。 X、Y向進給傳動圖 Z向進給傳動圖第三章 普通銑床數(shù)控系統(tǒng)總體設計方案的擬定 總體方案確定由于改造后的經(jīng)濟型數(shù) 控銑床應具有定 位、直 線插補、順、逆時 針插補、暫 停、循 環(huán)加工、公英制螺 紋加工等功能，并且在車削加工中，要求刀具沿X Y軸運動有確 定的 函 數(shù)關(guān)系（即： 刀具以給定的速 率相對于工件沿加工路徑運動）， 所以不能選用點位 控制系統(tǒng)，因為點位 控制系統(tǒng) 要求工件相對 于刀 具移動過程中 不進行切削。普通銑床型 銑床改造屬 于 經(jīng)濟型數(shù)控機床 ，加工精度 要求不高，為了簡化結(jié) 構(gòu)，降低 成本，采用步進電 機開 環(huán)控 制 系統(tǒng)，因為閉 環(huán) 控制系統(tǒng)適 用于精 度 要求 較高的機床設計，且閉環(huán) 控制系統(tǒng)的造價昂貴。由于PLC控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，工作環(huán)境 不挑剔，易于檢修等特點，且對PIC系統(tǒng)較為熟悉，因此采用PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 同時，為提高傳動剛度和消除齒間間隙，所以采用預 加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副機構(gòu)。 第四章 普通銑床進給伺服系統(tǒng)機械部分 設計計算一臺銑床銑床改造成數(shù)控銑床，采用PLC控制系統(tǒng)，步進電機開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補功能，具有升降速控制功能。伺服系統(tǒng)機械部分設計：確定系統(tǒng)的負 載、確定系統(tǒng)脈 沖當量，運動部件慣 量計算，空 載起動及切削力計算，確定伺服電機，傳動及導 向元件的設計、計算及選用，繪制機械部分裝配圖及零件工作圖?！＝Y(jié)構(gòu)類型確定之后，即可計算和確定其他技術(shù)參數(shù)，例如：公稱直徑d0（絲杠外徑d），導程，圈數(shù)j，列數(shù)K等。在此選用螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，與螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。在通孔口設有擋珠器，引導滾珠進入通孔。它的優(yōu)點是：工藝簡單，螺母外徑尺寸較小。滾珠絲杠副的預緊方法有以下幾種，雙螺母墊片式預緊、雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊、單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等。 滾珠絲杠螺母副的選用與設計銑削力的計算對高速鋼圓柱銑刀，切削力的計算公式為：式中：系數(shù)，其值取決于切削條件和工件材料。其中參數(shù)按實際加工過程中平均銑削條件為標準來選擇。軸向銑削力強度校核計算燕尾形導軌工作時軸向力為：式中：k—考慮顛覆力矩影響的系數(shù)，；f—導軌上的摩擦系數(shù)，；、切削分力，=2P/3=（2/3）*=(KN),=0, 、==(KN).G—工作臺重量，G=80*=784=(KN)由此可得： =*+*（+）=+=(KN)滾珠絲杠壽命值計算 L=60NT壽命值為：式中：L—工件壽命（r）；N—滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速（r/min）。該滾珠絲杠副屬外循環(huán)雙螺母法蘭凸出導管式，公稱直徑40ram，導程Lo=6mm，螺母上的負荷滾珠總?cè)?shù)為5圈，精度為4級，右旋螺紋，其動載荷為29．126KN，遠大于12．76KN，強度滿足使用要求。傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為： 絲杠螺旋升角力=，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)f=O．003～0．004，≈10’，則由前面的計算已知：滾珠絲杠的導程步矩角，脈沖當量變速箱內(nèi)齒輪的傳動比為： 傳動比計算出來以后，是采用一級齒輪減速還是二級齒輪減速，應考慮結(jié)構(gòu)上的