c6150普通機(jī)床的自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)書

1、普通車床的自動(dòng)化改造摘 要隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對精密程度的要求越來越高，加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機(jī)械加工設(shè)備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床C6150的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行自動(dòng)化改造。作者在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對機(jī)床自動(dòng)化改造技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)改造過程主要對車床縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，由脈沖發(fā)生器來加工所需要的螺紋。整個(gè)控制系統(tǒng)以8031型號的單片

2、機(jī)為中心，通過編程對機(jī)床的驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制以達(dá)到所需要的加工程度。關(guān)鍵詞：機(jī)床改造； 自動(dòng)化機(jī)床； 控制系統(tǒng)普通車床的自動(dòng)化改造目 錄第1章 緒論.11.1數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)11.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢11.1.2數(shù)控技術(shù)11.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢31.1.4數(shù)控機(jī)床目前在工業(yè)中的地位51.2數(shù)控改造的必要性51.2.1機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場51.2.2機(jī)床數(shù)控化改造的必要性61.3數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺61.4對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見解71.4.1形勢考慮81.4.2發(fā)展策略81.5本文的選題及主要研究內(nèi)容81.5.1本文的選題81.5.2主要研究內(nèi)容9第2章 數(shù)控車床總

3、體改造方案及機(jī)械部分設(shè)計(jì)92.1設(shè)計(jì)要求92.1.1設(shè)計(jì)基本思路92.1.2改造方案的確定92.1.3設(shè)計(jì)目的92.1.4總體方案設(shè)計(jì)102.2滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用112.2.1滾珠絲杠112.2.2縱向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算112.2.3橫向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算182.2.4滾珠絲杠的安裝與使用242.3電機(jī)與滾珠絲杠連接用一級減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核262.3.1齒輪傳動(dòng)262.3.2縱向減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核272.3.3橫向減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核292.4進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選擇312.4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)312.4.2縱向電機(jī)的計(jì)算與選擇332.4.3橫向電機(jī)的計(jì)算與選擇342.5電動(dòng)

4、刀架選擇與介紹26第3章 普通車床自動(dòng)化改造的單片機(jī)控制383.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)383.2用單片機(jī)控制系統(tǒng)電路393.2.1鍵盤、顯示器接口電路413.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)42第4章 小結(jié)44參考文獻(xiàn)45中文譯文46致 謝4951第1章 緒論1.1數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù)1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢（1）數(shù)控機(jī)床：1946年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。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)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床

5、產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。數(shù)控（NC）階段（19521970年）早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代-電子管；1959年的第二代-晶體管；1965年的第三代-小規(guī)模集成電路。計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年現(xiàn)在）到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控

6、系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件-運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用

7、計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段?？傊?jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代-小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于PC（國外稱為PC-BASED）。還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。1.1.2數(shù)控技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息、自動(dòng)控制、精密檢測及機(jī)械制造技

8、術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了長足的進(jìn)步。近幾年一些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進(jìn)給伺服、超高速切削等技術(shù)的發(fā)展，以及對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高等，加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 高速高效高精度高生產(chǎn)率。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進(jìn)，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大大提高，減少了切削時(shí)間和非切削時(shí)間。加工中心的進(jìn)給速度已達(dá)到80m/min120m/min，進(jìn)給加速度達(dá)9.8m/s219.6m/s2，換刀時(shí)間小于1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數(shù)量級通常為1

9、0 m，對精密零件要求為1 m，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對精度要求提高到0.1 m，有些零件甚至已達(dá)到0.01 m，高精密零件要求提高機(jī)床加工精度，包括采用溫度補(bǔ)償?shù)?。微機(jī)電加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下，表面粗糙度為納米數(shù)量級，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機(jī)床。柔性化柔性化包括兩個(gè)方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是DNC 系統(tǒng)的柔性，同一DNC系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。工藝復(fù)合化和多軸化數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化，是指工件在一臺機(jī)床上裝夾后，通過自動(dòng)換

10、刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機(jī)床，可完成鉆、鏜、銑、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復(fù)合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動(dòng)控制功能。 實(shí)時(shí)智能化早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能，則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)與人工智能已實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)

11、智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。 結(jié)構(gòu)新型化20 世紀(jì)90 年代一種完全不同于原來數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控機(jī)床被稱為“6條腿”的加工中心或稱虛擬軸機(jī)床(有的還稱為并聯(lián)機(jī)床)，它能在沒有任何導(dǎo)軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮

12、的“6條腿”(伺服軸)支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高210 倍。這種數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來重大變革和創(chuàng)新。 編程技術(shù)自動(dòng)化隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復(fù)雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補(bǔ)手工編程和NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動(dòng)編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動(dòng)編程系統(tǒng)、會(huì)話式自動(dòng)編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助

13、設(shè)計(jì)(CAD)軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動(dòng)編制加工程序，同時(shí)可動(dòng)態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點(diǎn)是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。 集成化數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運(yùn)行速度，應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質(zhì)量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與CRT 顯示器抗衡的新興顯示

14、器，是21 世紀(jì)顯示器主流。它應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價(jià)格、改進(jìn)性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。 開放式閉環(huán)控制模式采用通用計(jì)算機(jī)組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁減、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個(gè)有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動(dòng)、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時(shí)加工過程

15、中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢（1）數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什

16、么勞動(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)

17、制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1)機(jī)械制造技術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動(dòng)控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù):(5)傳感器技術(shù):(6)軟件技術(shù)等。（2）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。高速、高精加工技術(shù)是裝備的新

18、趨勢 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)(CIRP)將其確定21世紀(jì)的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)

19、方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 目前高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國CINCINNAT工公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000r

20、/mm和lgo 在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由l0um提高到5 m，精密級加工中心則從35um，提高到1一1.5m，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0. O1 u動(dòng)。 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值己達(dá)6 OOOh以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加

21、工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性 數(shù)控設(shè)備是集機(jī)電一體化的產(chǎn)品，由于其自動(dòng)化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。1.1.4數(shù)控機(jī)床目前在工業(yè)中的地位 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1. 8萬臺，比上年增長2

22、8. 5%，機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47. 39億美元，僅次于美國的53. 67億美元，消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24. 06億美元，比上年增長27。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種

23、以中低檔為主。1.2數(shù)控改造的必要性1.2.1機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場（1）機(jī)床數(shù)控化改造的市場我國目前機(jī)床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機(jī)床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60以上）。可見我們的大多數(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。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、

24、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。（2）進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從19791988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大約165.8億美元。這些項(xiàng)目中，大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護(hù)

25、不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完整，設(shè)備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；有的因?yàn)槟芎母?、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富，反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)，解決關(guān)鍵技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。1.2.2機(jī)床數(shù)控化改造的必要性（1）微觀

26、看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力?？梢约庸こ鰝鹘y(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面?？梢詫?shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍。由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。加

27、工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)

28、。（2）宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC、FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE、CAM、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS（管理信息系統(tǒng)）、CIMS等等。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。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，

29、數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達(dá)20.8，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺（1）國外改造業(yè)的興起在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。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。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing

30、）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、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。（2）數(shù)控化改造的內(nèi)容機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：其一是恢復(fù)原功能，對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)；其二是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；其三是翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對機(jī)械

31、、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新；其四是技術(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。（3）數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝探討一臺新的數(shù)控機(jī)床，在設(shè)計(jì)上要達(dá)到：有高的靜動(dòng)態(tài)剛度；運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無間隙；功率大；便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求，還應(yīng)對主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的?；瑒?dòng)導(dǎo)軌副 對數(shù)控車

32、床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。齒輪副一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級都比普通機(jī)床高。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng)，因而改造時(shí)，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況

33、滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。安全防護(hù) 必須以安全為前提。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌。1.4對我國數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見解1.4.1形勢考慮 我國是制造大

34、國，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì)嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 我們應(yīng)站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定;其次從國防安全看，西方發(fā)達(dá)國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質(zhì)，對我國實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝

35、事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。1.4.2發(fā)展策略 從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)的市場需求為導(dǎo)向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。 強(qiáng)調(diào)市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)(如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等)帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)

36、模問題。沒有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當(dāng)然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。 在高精尖裝備研發(fā)方面，要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標(biāo)，按國家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國家之急需。 在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。1.5本文的選題及主要研究內(nèi)容1.5.1本文的選題在我簽約的徐州華東機(jī)械廠建材機(jī)械分廠內(nèi)，共有臥式車床兩臺，建材廠主要生產(chǎn)大型建材設(shè)備，所以要常常加工好多小的零件，如螺釘，小型的軸套等。由于這

37、是常年生產(chǎn)建材設(shè)備，所以所要加工的零件也需要很多。因?yàn)榱慵?，像墊片之類，有時(shí)就是加工好了這個(gè)又缺少另一個(gè)，而用普通臥式車床去加工有時(shí)一個(gè)人加工的東西都會(huì)誤差很大，這樣給所造設(shè)備帶來很多的小問題。而如果要新買一臺新的數(shù)控車床，一是總體成本太高，因?yàn)樾詢r(jià)比不是太高，容易浪費(fèi)資源，二是建材廠沒有工人精通數(shù)控車床，所以要培訓(xùn)工人一定又要花費(fèi)很多時(shí)間影響生產(chǎn)進(jìn)度。所以設(shè)想決定對其數(shù)控改造，改造的同時(shí)讓操作人員一直在旁邊學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)怎么改裝，怎么安裝，并講解如何使用。把所要加工的零件程序輸入到存儲(chǔ)器中，用到時(shí)直接調(diào)用即可，這樣一個(gè)人即可操作兩臺機(jī)床，而且效率提高了好大，精度也會(huì)提高很高，會(huì)為廠帶來很大經(jīng)

38、濟(jì)利益。1.5.2主要研究內(nèi)容 1. C6150車床數(shù)控化改造總體機(jī)械部件設(shè)計(jì)。2.進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選用。包括了進(jìn)給滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與選用，消隙減速齒輪系的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，進(jìn)給用步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核。3主軸脈沖發(fā)生器的安裝4刀架的選用5.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。選用8031型號的單片機(jī)控制進(jìn)給系統(tǒng)與刀架，并把脈沖發(fā)生器的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)來加工螺紋。 第2章 數(shù)控車床總體改造方案及機(jī)械部分設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求2.1.1設(shè)計(jì)基本思路 改造C6150車床的基本思路是把原來的機(jī)床進(jìn)行大修，只保留機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。帶之以滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)，用單片機(jī)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)各軸的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過嚴(yán)密的計(jì)算和

39、論證，選擇絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)使用要求，選擇系統(tǒng)配置和設(shè)計(jì)控制電路。2.1.2改造方案的確定C6150車床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有:控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速;刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具;冷卻泵、潤滑泵的啟停:加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。察看C6150車床及有關(guān)資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體改造方案為:對機(jī)床的改造部位是:拆掉手動(dòng)刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架;拆掉普通絲桿、

40、光桿進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副;主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋使用由于改造設(shè)計(jì)的是簡易型經(jīng)濟(jì)數(shù)控，所以在考慮具體方一案時(shí)，基本原則是在滿足需要的前提下，對于機(jī)床盡可能減小改動(dòng)量，以降低成本?？傮w改造如下圖所示。對該機(jī)床進(jìn)行機(jī)械修理以便恢復(fù)機(jī)械精度要求，修理的主要目的是恢復(fù)機(jī)床導(dǎo)軌、主軸、拖板的精度，撤除機(jī)床主軸箱和溜板箱內(nèi)的傳動(dòng)部件以及傳動(dòng)絲杠，只保留導(dǎo)軌、主軸、溜板、尾座。修理后已恢復(fù)其主要部件的精度。2.1.3設(shè)計(jì)目的利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，橫向脈沖為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾

41、珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，主軸采用變頻器控制。圖一 C6150改造后系統(tǒng)傳動(dòng)圖2.1.4總體方案設(shè)計(jì)由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù)C616車床有關(guān)資料，總體方案的確定如圖22所示:采用單片機(jī)8031控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步帶輪傳動(dòng)或直接傳動(dòng)后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸變速采用變頻器調(diào)速控制。2.2滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用2.2.1滾珠絲杠滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋

42、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。 1)與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2)高精度的保證 滾珠絲杠副

43、是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度·濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3)微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4)無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。 5)高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。2.2.2縱向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與

44、計(jì)算已知條件：工作臺重量=80KG=800N 工件及夾具最大重量=200N 工作臺最大行程=950mm工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為u=0.1 快速進(jìn)給速度=4m/min 定位精度為20um/300mm,全行程25um,重復(fù)定位精度為10um 要求壽命為10000小時(shí)（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時(shí)間比例q及其他見下表表一各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時(shí)間比例q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進(jìn)給速度Vi(m/min)工作時(shí)間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉(zhuǎn)速r/min強(qiáng)力切削200012000.610220060一般切削10005000.830

45、115080精切削500200150620100快速進(jìn)給001000375圖二 進(jìn)給用滾珠絲杠裝配圖1） 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 ：工作臺最高移動(dòng)速度：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速；I ：傳動(dòng)比電機(jī)與絲杠間為齒輪連接式，i=4（取一級減速齒輪）由上表查得=4m/min，=1500r/min 代入得0.67mm查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊取5mm2） 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷（1） 各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速由上表查的=0.6,=0.8,=1,=4代入得120，160，200，800（2） 各種切削方式下，絲杠軸向載荷：絲杠軸向載荷，：縱向切削力，：垂向切削力由上表得(i=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500

46、N,0N (i=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N 已知800 N，200 N 代入得(i=1,2,3,4)分別為2200N，1150N，620N，1000N（3） 當(dāng)量轉(zhuǎn)速/100+/100+/100+/100數(shù)據(jù)代入得240r/min（4） 當(dāng)量載荷帶入數(shù)據(jù)得1057N3） 初選滾珠絲杠副由公式現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊（3.724）知查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊表（3.751）表（3.754）得1，1，1，0.53，=1.3，10000h代入數(shù)據(jù)可求得13589N=13.58KN4)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量（1/31/4）重復(fù)定位精度 (1/41/5

47、)定位精度：最大軸向變形量已知重復(fù)定位精度10定位精度253，6取兩種結(jié)果最小值3（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式：最小螺紋底徑mmL（1.11.2）行程+(1014) 靜摩擦力=已知行程950mm，800N, =0.2代入數(shù)據(jù)得L=1110mm，160N, =9.5mm5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號（5） 選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒螺母型墊片預(yù)緊形式（6） 由計(jì)算出的，在現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4005-5 =5,=22000N>=13589N6)確定滾珠絲杠副預(yù)緊力= 其中2200733N7)行程補(bǔ)償值與拉伸力（1）行程補(bǔ)償值C=11.

48、8式中查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊950110，（24）15溫差取代入數(shù)據(jù)得C=32(2)預(yù)拉伸力1.95 代入得4807N8）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷480722007007（2）軸承類型兩端固定的支承形式，選背對背60角接觸推力球軸承（7） 軸承內(nèi)徑d略小于40，=，取d30帶入數(shù)據(jù)得2336N（8） 軸承預(yù)緊力：預(yù)力負(fù)荷（9） 按現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊選取軸承型號規(guī)格當(dāng)d30mm，預(yù)加負(fù)荷為：所以送7602030TVP軸承d30，預(yù)加負(fù)荷為2900>2336N9)滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)(1)絲杠螺紋長度由表查得余程（2）兩固定支承距離，絲杠L(3)行程起點(diǎn)離

49、固定支承距離1290，13501410，3010）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度6.6:絲杠底徑：固定支承距離代入數(shù)據(jù)782N/2）絲杠最大抗壓剛度 6 .6代入數(shù)據(jù)得9000 N/（2）支承軸承組合剛度1）一對預(yù)緊軸承的組合剛度：滾珠直徑mm， Z：滾珠數(shù)：最大軸向工作載荷N ：軸承接觸角由現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊查得7602030TVP軸承是預(yù)加載荷得3倍8700N/ =375 N/ 2）支承軸承組合剛度 750 N/3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 ：現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊上的剛度2150 N/, =2200N, =733N代入數(shù)據(jù)得1491 N/11）剛度驗(yàn)算及精度選擇=3.5

50、，Z17， （1） 代入前面所算數(shù)據(jù)得 代入前面所算數(shù)據(jù)得已知800N, =0.2, =160N:靜摩擦力，：靜摩擦系數(shù)，：正壓力（2）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度；已知反向差值或重復(fù)定位精度為1030>25.6（3）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差（），代入5（4）確定精度：任意300mm內(nèi)行程變動(dòng)量對系統(tǒng)而言0.8×定位精度定位精度為20/300<14.3,絲杠精度取為3級12<14.3（5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號已確定得型號：FFZD公稱直徑：40，導(dǎo)程：5螺紋長度1290，絲杠長度1410P類3級精度所選規(guī)格型號：FFZD4005-3-P3/1410×1290

51、12）驗(yàn)算臨界壓縮載荷絲杠所受大軸向載荷小于絲杠預(yù)拉伸力F不用驗(yàn)算13）驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速：臨界轉(zhuǎn)速n/min f：與支承形式有關(guān)的系數(shù) ：絲杠底徑：臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度mm由現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊得f21.9, =40, =可得5028>=15002.2.3橫向滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算已知條件： 工作臺重量=80KG=800N 工件及夾具最大重量=200N 工作臺最大行程=950mm工作臺導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為u=0.1 快速進(jìn)給速度=2m/min 定位精度為20um/300mm,全行程25um,重復(fù)定位精度為10um 要求壽命為10000小時(shí)（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時(shí)間比例q

52、及其他見下表表二切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時(shí)間比例q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進(jìn)給速度Vi(m/min)工作時(shí)間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉(zhuǎn)速r/min強(qiáng)力切削200012000.610292060一般切削10005000.830185080精切削5002001501320100快速進(jìn)給00280015001） 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 ：工作臺最高移動(dòng)速度；：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速I ：傳動(dòng)比電機(jī)與絲杠間為齒輪連接式i=4（取一級減速齒輪）由上表查得=2m/min，=1500r/min 代入得0.33mm查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊取5mm2） 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷（1） 各

53、種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速由上表查的=0.6,=0.8,=1,=2代入得120，160，200，400（2） 各種切削方式下，絲杠軸向載荷：絲杠軸向載荷，：縱向切削力，：垂向切削力由上表得(i=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500N,0N (i=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N 已知800 N，200 N 代入得(i=1,2,3,4)分別為2200N，1150N，620N，1000N（3） 當(dāng)量轉(zhuǎn)速/100+/100+/100+/100數(shù)據(jù)代入得200r/min（4） 當(dāng)量載荷帶入數(shù)據(jù)得1097N3） 初選滾珠絲杠副，由公式現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊（3.724）

54、知查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊表（3.751）表（3.754）得1，1，1，0.53，=1.3，10000h代入數(shù)據(jù)可求得13272N=13.27KN4)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量（1/31/4）重復(fù)定位精度 (1/41/5 )定位精度：最大軸向變形量已知重復(fù)定位精度10，定位精度25，36取兩種結(jié)果最小值3（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預(yù)拉伸，取兩端固定的支承形式：最小螺紋底徑mmL（1.11.2）行程+(1014) 靜摩擦力=已知行程950mm，800N, =0.2代入數(shù)據(jù)得L=1110mm，160N, =9.5mm5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號（1） 選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒螺母型墊片預(yù)緊形式（2） 由計(jì)算出的，在現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊中選取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4005-5 =5,=22000N>=13272N6)確定滾珠絲杠副預(yù)緊力= 其中2200733N7)行程補(bǔ)償值與拉伸力（1）行程補(bǔ)償值C=11.8，式中查現(xiàn)代機(jī)床設(shè)計(jì)手冊950，110，（24）15溫差取代入數(shù)據(jù)得C=32(2)預(yù)拉伸力1.95 代入得4807N8）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷480722007007（2）軸承類型