【正文】 與普通車床數(shù)控化改造CJK6140A的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)比分析，形成普通車床數(shù)控化改造完整的電氣控制技術(shù)圖；，仔細(xì)研究了在主軸上安裝脈沖發(fā)生器的選型，脈沖發(fā)生器直接與主軸間連接方法，并形成了相應(yīng)的技術(shù)圖；，甩掉原有進(jìn)給箱等，對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)行大修，滑板貼塑與鏟刮調(diào)試，對(duì)機(jī)床相關(guān)部件和參數(shù)進(jìn)行測(cè)繪、測(cè)量；；8．給出普通車床數(shù)控化改造的安裝、調(diào)試方法關(guān)鍵詞：普通車床、數(shù)控、改造、滾珠絲杠 ABSTRACTMost enterprises still have large amounts generalpurpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprise’s production.As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as plex structure, high precision, mass production, part variety in machining.Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not e true to many enterprises because it cost much. Enterprises’ equipment updating steps are counteracted severly. So General lathe39。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)永恒的課題。在美國(guó)、日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、DevliegBullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。已能滿足CA6140車床改造后加工零件的精度要求。(2)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇。(4)其他元件的選擇。(2) NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床。(4) 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。圖1 CA6140車床外形圖 1—主軸箱 2—刀架 3—尾座 4—床身 5—右床腿 6—溜板箱 7—左床腿 8—進(jìn)給箱 6—溜板箱 7—左床腿 8—進(jìn)給箱1．主軸箱 主軸箱1是一部件，由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、軸上傳動(dòng)件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封件等組成。2．刀架 四方刀架2裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來車外圓、車內(nèi)孔等。小滑板可相對(duì)中滑板改變角度后帶動(dòng)刀具斜進(jìn)給，用來車削內(nèi)外短錐面。尾座可橫向作少量的調(diào)整，用于加工小錐度的外錐面。 床身及床腿 床身4是機(jī)床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上面有縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動(dòng)的導(dǎo)軌。總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)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，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。在8位微機(jī)中，MCS—51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS—51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。（5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦因素小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。總體方案設(shè)計(jì)圖如下圖（2）所示：進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖（3）所示：設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。900。1900mm 宋制螺紋 mm 112(20種)加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 224(20種) 模數(shù)螺紋 mm (11種) 徑節(jié)螺紋 t/m 796(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏6 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 141580r/min 縱向級(jí)數(shù) 64 進(jìn)給量 縱向范圍 橫向級(jí)數(shù) 64 橫向范圍 滑板行程 橫向 320mm 縱向 650。1400。90176。10mm外形尺寸 長(zhǎng)寬高 241810001267mm 圓度 工作精度 圓柱度 200: 平面度 表面粗糙度Ra 主電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)功率 總功率 改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm最大加工長(zhǎng)度 1000mm快進(jìn)速度 縱向 橫向 最大切削進(jìn)給速度 縱向 橫向 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 代碼制 ISO脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2脈沖當(dāng)量 縱向 橫向 機(jī)床定位精度 177。（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。以下是其中的一種方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架。自動(dòng)刀架不但可代替普通車床手動(dòng)刀架，還可用作數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制元件。進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。橫向脈沖當(dāng)量為fp=。它包括滾珠絲杠的走到抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。 Fm=KFL+f’(Fv+G) （31） 1）車削抗力分析車削外圓時(shí)的切削抗力有Fx﹑Fy﹑Fz，主切削力Fz與主切削速度方向一致垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。進(jìn)給抗力Fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。因此，作用在進(jìn)給托板上的載荷可以按下式求出： 托板上的進(jìn)給方向載荷 F1=Fx=1340(N) 托板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N) 托板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N) 因此，最大工作載荷 Fm=KFL+f’(Fv+G) =1340+(5360+90) =(N) 對(duì)于三角形導(dǎo)軌K=, f’=～,選f’=(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G是縱向﹑橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向﹑橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.（2）最大動(dòng)載荷C的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷Ca選用，可用式34計(jì)算： C==fmm （34） L為工作壽命，單位為10r，L=60nt／10。v為 最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m／min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2～1/3。fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)有沖擊振動(dòng)，所以取fm=.V縱向=1400r/min=2226mm/minn縱向=v縱向1/2/L0=22261/2/12=∴ L=60nt/106=6015000/106=則 C=fmFm ==11740（N） 初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷Ca不得小于最大載荷C。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2～3.初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為型CD63，主要參數(shù)為Dw=,Lo=8mm,dm=63mm,λ=2o19 ’，圈數(shù)1 （3）縱向滾珠絲杠的校核 1）傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為η η=tgλ/tg(λ+φ)=tg2o19 ’/tg(2o19 ’+10’)=92% （35）2）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠和螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。Fml/EA （36） =177。3）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。 表31：方式兩端端自由一端固定一端自由兩端固定兩端簡(jiǎn)支Fz由Fk=fzπ2EI/L2 且fz==, E=104Mpa, I=πdl4/64mm4,L=2800mm為絲杠的長(zhǎng)度由于I=πdl4/64=π()4/64= =519614mm Fk=2104519614/28002 =276276 Nk=276276/1875 =1494所以絲杠很穩(wěn)定。FmL/EA=177。 δ2= = =在這里Fyj=Fm/3= Z=πdm/Dw=50/= Z∑=1=絲杠的總變形量 δ=δ1+δ2=+=，故所選絲杠合格（3）滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)：數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用15級(jí)精度的滾珠絲杠，15級(jí)度絲杠的行程公差數(shù)值如表（2）所示：項(xiàng)目符號(hào)有效行程lm/mm精度等級(jí)12345 目標(biāo)行程公差ep＜3156