c6160普通車床數(shù)控改造（橫向與縱向進(jìn)給）含開(kāi)題及3張CAD圖

c6160普通車床數(shù)控改造（橫向與縱向進(jìn)給）含開(kāi)題及3張CAD圖,c6160,普通,車床,數(shù)控,改造,橫向,縱向,進(jìn)給,開(kāi)題,cad c6160 普通車床數(shù)控改造（橫向與縱向進(jìn)給） 摘要 伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)水平 的重要標(biāo)志。對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，尤其適應(yīng)我國(guó)機(jī)床擁有數(shù)量大，生產(chǎn)規(guī)模 小的具體國(guó)情。這樣不但可以使改造后的機(jī)床滿足技術(shù)發(fā)展的需求，提高生產(chǎn)率和 產(chǎn)品精度，增大設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范圍，還可彌補(bǔ)定購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床交貨周 期長(zhǎng)的不足。所以用此方法對(duì)我國(guó)中、小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是十分理想的選擇。 在數(shù)控機(jī)床的逐漸普及的過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格不斷降低，使得舊機(jī)床進(jìn)行 數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)更明顯，促使越來(lái)越多的機(jī)械加工廠選擇舊機(jī)床數(shù)控改造作為設(shè) 備更新的途徑。世界各國(guó)，包括許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相繼成立了機(jī)床修復(fù)公司，翻 新公司或改造公司，承擔(dān)舊機(jī)床數(shù)控改造的任務(wù)，并成功地改造了一些大型和重型 機(jī)床。 本文對(duì) C6160 普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造進(jìn)行了深入研究，主要在橫向進(jìn)給系統(tǒng)和縱 向進(jìn)給系統(tǒng)倆方面進(jìn)行改造。通過(guò)對(duì)原有主要技術(shù)參數(shù)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床關(guān)鍵部件 參數(shù)的計(jì)算，對(duì)原機(jī)床主傳動(dòng)和刀架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控化改造設(shè)計(jì)、對(duì)機(jī)床改造方 案的選擇以及在改造中應(yīng)注意的事項(xiàng)等進(jìn)行了詳細(xì)的論述。最終經(jīng)過(guò)改造后的機(jī)床 已達(dá)到預(yù)期的功能和精度，完全能夠達(dá)到預(yù)期效果。提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率，降 低了勞動(dòng)強(qiáng)度，改造后的機(jī)床性能更加穩(wěn)定可靠，可以有效提高工件加工精度和生 產(chǎn)效率。 關(guān)鍵詞：普通車床；數(shù)控化改造；橫向進(jìn)給系統(tǒng)；縱向進(jìn)給系統(tǒng) Abstract With the rapid development of science and technology, CNC machine tools have become an important symbol to measure the level of a countrys machinery manufacturing industry. NC transformation of ordinary machine tools, especially to adapt to Chinas large number of machine tools, small production scale of specific national conditions. It can not only make the machine modified to meet the needs of technology development, improve the productivity and increase the precision, adaptability and surface processing equipment, also can make up the order new NC machine short delivery period. Therefore, this method is very ideal for our medium and small enterprises. The popularity of CNC machine tools CNC system, continue to lower prices, because of the advantages of old CNC machine tools for the transformation of the more obvious, more and more mechanical processing plant selection of NC transformation of the old machine as a way of updating equipment. All over the world, including many developed countries have set up a machine repair, renovation company or transformation of the company, undertake the NC transformation of the old machine, and successfully transformed some large and heavy machine tool. In this paper, the NC transformation of C6160 lathe has been studied deeply, mainly in the main drive system and the electric tool rest. Through the calculation of the original main technical parameters, transmission system, key parts of the machine tool parameters, selection of NC transformation, and the performance of the machine tool after the transformation is more stable and reliable, and the machining accuracy and the production efficiency of the workpiece can be effectively improved. Key words: Centre lathe; Numerical control transformation; Surfacing feed; Longitudinal feed 目錄 第 1 章 概 論 .........................................................................................................................1 1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史 .......................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析 ...............................................................................................1 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) ...................................................................................................1 第 2 章 普通車床的數(shù)控改造和可行性論證 .......................................................................3 2.1 車床的數(shù)控改造 ...........................................................................................................3 2.1.1 數(shù)控機(jī)床工作原理及組成 ....................................................................................3 2.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù) ....................................................................................................3 2.1.3 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)與改造 ........................................................................................4 2.1.4 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì) ............................................................................................4 2.2 可行性論證 ...................................................................................................................4 第 3 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定 ...............................................................................................7 3.1 總體設(shè)計(jì)方案 ...............................................................................................................7 第 4 章 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 ...................................................................9 4.1 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)的組成原理和要求 .......................................................................9 4.2 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................10 4.3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .....................................................................................11 4.4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .....................................................................................18 第 5 章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì) .............................................................................................25 5.1 典型機(jī)床數(shù)控裝置的硬件組成 .................................................................................25 總 結(jié) .....................................................................................................................................29 附 錄 .....................................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................41 致 謝 .....................................................................................................................................43 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 1 - 第 1 章概論 1.1 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史 世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生于 1946,這表明人類創(chuàng)造了可以增強(qiáng)和部分取代腦力勞 動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)和工業(yè)社會(huì)中所創(chuàng)造的工具相比,只做了一次質(zhì)的飛躍,它 僅僅是加強(qiáng)體力勞動(dòng),為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6 年后,1952 年,計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng) 用于機(jī)床,第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生于美國(guó)。從此,傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì) 以來(lái),數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。 1.2 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析 1.2.1 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的地位近年來(lái)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的占有率逐年增加,在大中型企業(yè)中有較 多的使用,在中小型企業(yè)甚至在個(gè)別企業(yè)中也被廣泛使用。在這些數(shù)控機(jī)床中,除了少 量的機(jī)床集成在 FMS 模式之外,大多數(shù)機(jī)床處于單一的運(yùn)行狀態(tài),有些機(jī)床處于低效 率和落后的管理狀態(tài)。2001,中國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已躍居世界第五位。世界機(jī)床消費(fèi)量 上升到第三美元,高達(dá) 47 億 3900 萬(wàn)美元,僅次于 53 億 6700 萬(wàn)美元,消費(fèi)量比去年增長(zhǎng) 了 25%。但是,由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求,中國(guó)機(jī)床的進(jìn)口量逐年增加。 2001,進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第二位,高達(dá) 24 億 600 萬(wàn)美元,比上年增長(zhǎng) 27.3%。近年來(lái), 有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控專用加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形彎板機(jī)、數(shù)控 壓鑄機(jī)等。普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插裝機(jī)、拉絲機(jī)、組合機(jī)床、液壓機(jī)、木工機(jī) 床等。數(shù)控機(jī)床出口品種主要以中低檔為主。 1.2.2 中國(guó)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) (1)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)取得重大突破,技術(shù)含量高的產(chǎn)品處于領(lǐng)先地位。 (2)數(shù)控機(jī)床的輸出量顯著增加,數(shù)控加工率顯著提高。2001 年度國(guó)內(nèi)數(shù)控切割機(jī) 床產(chǎn)量已達(dá) 1 萬(wàn) 8000 臺(tái),比上年增長(zhǎng) 28.5%。黃金切削機(jī)床行業(yè)的數(shù)控率由 2000 的 17.4%提高到 2001 的 22.7%。 (3)數(shù)控機(jī)床開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵配套產(chǎn)品取得了突破性進(jìn)展。 1.3 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) (1)繼續(xù)開(kāi)發(fā)基于 PC 的開(kāi)放、第六代的方向,基于開(kāi)放、低成本、高可靠性、軟 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 2 - 硬件資源豐富等方面,更多的 CNC 廠商將走上這條道路。以 PC 機(jī)為前端機(jī),解決了人 機(jī)界面、編程、網(wǎng)絡(luò)通信等問(wèn)題。原來(lái)的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控任務(wù)。PC 機(jī)友好的人機(jī)界面 將擴(kuò)展到所有 CNC 系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通信、遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)將變得更加普遍。 (2)發(fā)展高速、高精度是使機(jī)床適應(yīng)高速、高精度的需要。 (3)隨著智能化的發(fā)展,隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展,CNC 系統(tǒng) 的智能化程度將不斷提高。自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用可以檢測(cè)過(guò)程中的一些重要信息, 并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù),以改善系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。介紹了以專家系統(tǒng)為指導(dǎo)的技 術(shù)工人和專家的經(jīng)驗(yàn)、處理系統(tǒng)的一般規(guī)則和特殊規(guī)則,建立了以過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為 支撐的人工智能專家系統(tǒng)。 故障診斷專家系統(tǒng)的引入通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù),使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠獲 得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 3 - 第 2 章普通車床的數(shù)控改造和可行性論證 對(duì)于普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)遵循的原則是： 在滿足設(shè)計(jì)要求的前途下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能的少，以降低成本。 2.1 車床的數(shù)控改造 2.1.1 數(shù)控機(jī)床工作原理及組成 (1)數(shù)控機(jī)床工作原理： 在加工 CNC 機(jī)床零件時(shí), 應(yīng)首先編制零件的加工程序,這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。 加工程序輸入到數(shù)控裝置中,然后數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、升降運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移以及切換等運(yùn)動(dòng)。在切削刀具中,工件的開(kāi)閉、夾緊和冷卻 以及冷卻和潤(rùn)滑,使刀具和工件等輔助裝置嚴(yán)格按照工藝規(guī)程進(jìn)行。編制了順序、軌 跡和參數(shù),對(duì)滿足要求的零件進(jìn)行加工。 (2)數(shù)控機(jī)床的組成: 數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四部分組成。數(shù)控 機(jī)床的組成圖為圖 2-1,數(shù)控機(jī)床的組成。 圖 2-1 數(shù)控機(jī)床的組成圖 2.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù) 普通車床(C6160)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)包括總體方案的確定和驗(yàn)證,機(jī)械改造部分的 設(shè)計(jì)計(jì)算( 包括縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算)、AU 的原理。改造后機(jī)床的主要 運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì),電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)的控制電路的設(shè)計(jì),以及電機(jī)的功率。磁力離 合器的設(shè)計(jì)計(jì)算。 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì) C6160 臥式車床進(jìn)行數(shù)控改造,實(shí)現(xiàn)車床的數(shù)控化。采用微機(jī)控 數(shù) 控 裝 置控 制 介 質(zhì) 測(cè) 量 裝 置伺 服 系 統(tǒng) 機(jī) 床 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 4 - 制車床的縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng),車床最小縱向運(yùn)動(dòng)單元為 0.01/脈沖,橫向最小運(yùn)動(dòng)單元 0.00 5/脈沖,主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)改變,刀架應(yīng)轉(zhuǎn)換成 A。自動(dòng)復(fù)位刀架,螺紋可自動(dòng)切割。 2.1.3 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)與改造 (1)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)軌跡可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)控制系統(tǒng)只需要控 制刀具從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的位置,并且在原理上不控制運(yùn)動(dòng)軌跡。連續(xù)控制系統(tǒng)可 以嚴(yán)格控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移。由于 C6160 車床必須加工復(fù)雜的輪廓 件,微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 (2)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的精度,可以補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的誤差,并且可 以消除間隙和干涉對(duì)加工精度的影響。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,技術(shù)難度大,模式調(diào)整維護(hù)困難,成 本高。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于速度范圍寬、過(guò)載能力強(qiáng)、反饋控制能力強(qiáng),比步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)好得多。然而,半閉環(huán)控制方式比開(kāi)環(huán)更復(fù)雜,設(shè)計(jì)必須有其自身的 特點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中沒(méi)有位置控制器和反饋電路,開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度差,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于調(diào)節(jié),在 精度不高的情況下經(jīng)常使用。比較后,由于 C6160 車床精度低,決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 (3)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),其性能直接影響整 個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的性能。在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中,第一次設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),不經(jīng)濟(jì),質(zhì)量 難以保證。第二個(gè)更不經(jīng)濟(jì)。所以沒(méi)有課程設(shè)計(jì)需要第三小時(shí)計(jì)劃。 2.1.4 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì) 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等 全部拆除?？v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，由滾珠 絲杠傳動(dòng)。 2.2 可行性論證 根據(jù)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，可行性論證使用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn) 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 5 - 行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告，是上級(jí)主管部門審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。同樣， 在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。 根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾 個(gè)方面進(jìn)行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，改造的 基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實(shí)施計(jì)劃，結(jié)論 等。 由于本設(shè)計(jì)僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，故在此，設(shè)計(jì)者僅對(duì)改造的投資概 算作一簡(jiǎn)要的可行性論證。 改造設(shè)計(jì)是對(duì) C6160 車床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在變換設(shè)計(jì)中,采用的是廣由國(guó) 家數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 GSK980T 數(shù)控系統(tǒng),加上兩個(gè)伺服電機(jī),兩套滾珠絲杠副及配套 傳動(dòng)部件,以及齒輪副、變頻調(diào)速電機(jī)、四電磁離合器和齒輪副的主傳動(dòng)部分。這樣, 改造設(shè)備和舊設(shè)備的造價(jià)不會(huì)超過(guò) 15 萬(wàn)元。因此,對(duì)適合中國(guó)國(guó)情的普通車床進(jìn)行經(jīng) 濟(jì)型數(shù)控改造,提高國(guó)產(chǎn)機(jī)床的自動(dòng)化程度和精密度是國(guó)內(nèi)企業(yè)的有效選擇。具有一 定的典型性和實(shí)用性。 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 6 - 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 7 - 第 3 章總體設(shè)計(jì)方案的確定 3.1 總體設(shè)計(jì)方案 在總體設(shè)計(jì)方案論證后,C6160 車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造總體方案如下圖所示:C6160 車床主軸轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速交流異步電機(jī);變速部分采用電磁離合器控制機(jī)構(gòu) ,轎廂縱 向進(jìn)給和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),減速后驅(qū)動(dòng)齒輪螺 桿驅(qū)動(dòng)齒輪,實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),將刀架變?yōu)槲C(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)換位工具,由電 機(jī)驅(qū)動(dòng)。為了保持螺紋切削功能,需要主軸脈沖發(fā)生器。 改造后的總體方案示意圖如圖 3-1 所示。 圖 3-1 總體方案設(shè)計(jì)圖 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī)車 床加 工 工 件 圖 紙 工 件 變 速 箱數(shù) 控 程 序編 制 變 速 箱 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī)手 工 輸 入 或 計(jì) 算 機(jī) 控 制 計(jì) 算 機(jī)功 率 放 大 器存 儲(chǔ) 裝 置 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 8 - 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 9 - 第 4 章橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是普通車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的主要部分，如 果說(shuō) CNC 系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是發(fā)布“ 命令 ”的指揮機(jī)構(gòu)，那么，伺服驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)便是數(shù)控機(jī)床的“ 四肢”，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它忠實(shí)而準(zhǔn)確的執(zhí)行由 CNC 系統(tǒng)發(fā)來(lái)的運(yùn) 動(dòng)命令。伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機(jī)床的精 度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。 4.1 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)的組成原理和要求 (1)橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)的組成原理 機(jī)床進(jìn)給橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 兩大部分組成。機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)通常由減速齒輪、滾珠絲杠、機(jī)床導(dǎo)軌和工 作臺(tái)拖板等組成。對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，按其反饋信號(hào)的有無(wú)，分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán) 兩種控制方式。對(duì)于開(kāi)環(huán)橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)只能由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它由步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)電源和電動(dòng)機(jī)組成。閉環(huán)橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)則分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩種 驅(qū)動(dòng)方式，并且是雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度 反饋的檢測(cè)裝置為測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部 件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器以及功率驅(qū)動(dòng)放大器等部分組成。位置環(huán)是由 CNC 裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測(cè)及反饋控制等部分組成。根 據(jù)其位置檢測(cè)信號(hào)所取部位不同，它又分為半閉環(huán)和全閉環(huán)兩種。半閉環(huán)采用轉(zhuǎn)角 位置檢測(cè)裝置，安裝于滾珠絲杠端部，或直接與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的后端相連(與伺服 電動(dòng)機(jī)成一體) ；對(duì)于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線位置檢測(cè)裝置，安裝于機(jī)床導(dǎo)軌與工 作臺(tái)拖板之間。通常伺服驅(qū)動(dòng)控制單元與電動(dòng)機(jī)由一個(gè)生產(chǎn)廠家配套提供(甚至包括 位置檢測(cè)裝置) 。 (2)橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)的要求 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)化為機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了保證機(jī) 床的加工質(zhì)量和效率,機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)具有“穩(wěn)定、準(zhǔn)、快、寬、滿” 的五個(gè)要求。它 反映了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的五個(gè)性能指標(biāo)。穩(wěn)即穩(wěn)定性,也就是要求系統(tǒng)有較好的抗干擾 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 10 - 性,電源、環(huán)境、負(fù)載等的波動(dòng)對(duì)其影響不大。它具有調(diào)速性能強(qiáng)、機(jī)械過(guò)載能力強(qiáng)、 穩(wěn)定性好、適應(yīng)性好等特點(diǎn),從而保證了工件加工的一致性。 準(zhǔn)確性是必不可少的。為了保證加工質(zhì)量,定位精度必須高于系統(tǒng)的定位精度。 數(shù)控機(jī)床是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的指令自動(dòng)完成整個(gè)加工過(guò)程的數(shù)控機(jī)床。它不像普通的 機(jī)床。在中間,操作者可以通過(guò)操縱手輪來(lái)測(cè)量工件并校正加工偏差。數(shù)控機(jī)床是由 加工程序一次完成的,因此進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度直接決定工件的加工精度,也是評(píng)價(jià)數(shù) 控機(jī)床的關(guān)鍵性能指標(biāo)。 影響數(shù)控加工精度的主要因素有:CNC 系統(tǒng)的精度(主要取決于插補(bǔ)操作的精度)、 伺服系統(tǒng)的精度、機(jī)床的機(jī)械精度(如主軸、刀架、旋轉(zhuǎn)精度等)。對(duì)工作臺(tái)、刀具和 工件夾緊精度等方面進(jìn)行了研究。伺服系統(tǒng)的精度起著重要的作用。 快速響應(yīng)是快速的。事實(shí)上,機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種高精度位置伺服系統(tǒng)。它 不僅要求較小的靜態(tài)誤差,而且需要快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng),其特點(diǎn)是起升和停止的短速度過(guò) 程和高加速度。 寬度是一個(gè)很寬的速度范圍。通常,在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際操作中,工作臺(tái)的進(jìn)給速度 需要滿足兩個(gè)指標(biāo):輕載快速接近定位速度(即編程指令 G00 的速度)、進(jìn)刀速度(即 PRO 后面的 F 值所需的速度 )。語(yǔ)法指導(dǎo),如 G01、G02 等。 可提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)功率。特別是,為了滿足重型切削和高速切削的要 求,還要求系統(tǒng)具有相應(yīng)的過(guò)載能力,以確保穩(wěn)定性。 除了上述五個(gè)主要性能指標(biāo)外,進(jìn)給伺服系統(tǒng)還要求低溫上升、噪聲小、效率高、 體積小、價(jià)格低廉、控制方便、線性度好、可靠性高、維護(hù)方便、對(duì)溫度和濕度要 求較高等等。 4.2 橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)控機(jī)床的橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給系統(tǒng)的控制方式有多種，如：開(kāi)環(huán)控制閉環(huán) 控制以及半閉環(huán)控制。 正如總體設(shè)計(jì)方案論證中所說(shuō)，本設(shè)計(jì)任務(wù)的精度要求不高，結(jié)合經(jīng)濟(jì)型改造 的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者采用以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制方式來(lái)設(shè)計(jì)其橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng) 進(jìn)給系統(tǒng)。下面對(duì)開(kāi)換系統(tǒng)的控制形式及特點(diǎn)加以簡(jiǎn)要分析。 (1)工作原理及控制特點(diǎn) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)利用脈沖馬達(dá)的伺服性能，即對(duì)應(yīng)一定的脈沖，必定有一定的轉(zhuǎn) 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 11 - 角，從而通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)移動(dòng)一定的距離。 (2)定位精度 雖然開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)很難保證較高的位置控制精度，對(duì)于影響定位精度的機(jī)械傳 動(dòng)裝置的剛度、摩擦、慣量、間隙等的要求較高，一般在 0.01 0.02mm 之間； 但對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，定位精度要求并不高。 (3)穩(wěn)定性 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，工作可靠，穩(wěn)定性好。 4.3 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是將絲杠、光杠及安裝座拆去，配上滾珠絲杠及相 應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速箱安裝在車床的車尾。書控車床通過(guò) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。 縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、減速比的確 定及減速箱的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。 (2)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 縱向脈沖當(dāng)量 p=0.001mm/脈沖； 縱向最高進(jìn)給速度 Vfymax=2m/min； C6160 車床工作臺(tái)質(zhì)量 w=100kg=1000N(根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算)； 時(shí)間常數(shù) T=25ms 縱向進(jìn)給切削力 Fz 的確定 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查出 =35% (4-1)adfP 式中：P df ----進(jìn)給系統(tǒng)所需電機(jī)功率 Pa -----主傳動(dòng)電機(jī)功率 由前面的設(shè)計(jì)計(jì)算可知： Pa=11kw 取比例系數(shù)為 4% 則 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 12 - Pdf= Pa4%=0.44kw (4-2) 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)查出 Fy= (4-3)fdV6120 式中： f----進(jìn)給系統(tǒng)效率，其范圍為 0.150.20， 取 f =0.175 Vf-----進(jìn)給速度(m/min)，查實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知： Vf=(1/21/3)V fymax (4-4) 取 Vf=(1/2)Vfymax=1 m/min 則 FZ=4712.4 (N) 當(dāng) FZ=4712.4N 時(shí)，切削深度 ap=2mm，走刀量 f=0.3mm . 以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)，從實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可知，在一般圓切 削時(shí)： =(0.10.6) (4-5)xFz =(0.150.7) (4-6)yz =0.5 =0.54712.4=2356.2( )xz N =0.6 =0.64712.4=2827.44( )yFz (3)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠在運(yùn)行中受到軸向載荷,導(dǎo)致滾珠與滾道表面之間的接觸應(yīng)力。滾道表 面的接觸點(diǎn)是交變接觸應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力作用下,在一定次數(shù)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后, 滾珠和滾道表面有疲勞損傷,導(dǎo)致滾珠絲杠失去工作性能,這是滾珠絲杠失效的主要形 式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副時(shí),必須保證在一定軸向載荷作用下,滾珠在 106 轉(zhuǎn)后滾道上受 到滾珠壓力,但不存在點(diǎn)蝕現(xiàn)象。此時(shí)軸向載荷可以是滾珠絲杠所能承受的最大動(dòng)載 荷 Q。 滾珠絲杠已被標(biāo)準(zhǔn)化,因此滾珠絲杠的設(shè)計(jì)可以歸結(jié)為滾珠絲杠模型的選擇。 額定動(dòng)載荷與計(jì)算動(dòng)載荷 C 從實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得： 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 13 - (4-7)dHdhFfnC 式中：f h ---- 壽命系數(shù) fd ---- 載荷性質(zhì)系數(shù) fH ---- 動(dòng)載荷硬度系數(shù) fn ---- 轉(zhuǎn)速系數(shù) Fd ---- 最大工作負(fù)載 (N) 根據(jù)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知： 選工作壽命: h =15000h,則 fh = =3.107 (4-8)3/1)50L( 選載荷性質(zhì)系數(shù)：f d =1.35； 選動(dòng)載荷硬度系數(shù)：f H =1.0； 轉(zhuǎn)速系數(shù)：f n = ； (4-9)3/1).( V =1000mm/min 根據(jù)上述選擇的情況下,計(jì)算結(jié)果如表 5.1 所示; 表 5-1 動(dòng)載荷計(jì)算 絲杠導(dǎo)程 L0/mm 12 10 8 6 n =V/L0 (r/min) 8303 100 125 166.7 fn 0.737 0.693 0.694 0.584 c/n 26883 28590 30813 33926 綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： (4-10)W)(FfkZX 式中：K=1.15，f=0.150.18，取 0.16.得； =3623.6 (N) 10)(472.0.162351. 壽命值： (4-11)81010t6nL6ii 最大負(fù)載： C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 14 - (4-12)FfLQHw3i = =11395.8 (N)6.321.8 查參考文獻(xiàn)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可選用 NL4510 型號(hào)的滾珠絲杠副,名義直徑 為 45mm,絲杠導(dǎo)程為 10 mm, 螺旋角 ,滾珠例數(shù)為 3 系列,其額定動(dòng)載荷為4o 33300N,所以其強(qiáng)度夠用。 支承方式：選用“ 單推單推 ”的支承方式。 效率計(jì)算； (4-13))(tg 式中： ----螺紋的螺旋升角34o ----摩擦角 ；所以 = 則：0..t 4513 (4-14)%97)34( otg 經(jīng)驗(yàn)表明：在數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相 同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性計(jì)算可以不計(jì)算，因?yàn)?采用類比法，改善后肯定合格。 (4)齒輪設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)比 i： (4-15) 517.40.36510pLi 式中； ----步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為 1.50， 計(jì)算出 i5，因此可以選一級(jí)傳動(dòng)。 大小齒輪都采用 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為 260HB290HB，大齒輪硬度為 220HB250HB，精度選用六級(jí)，模數(shù) m=2mm , 齒寬 b=20mm, 螺旋角 = ，齒02 數(shù) Z1=18，齒數(shù) Z2=75，則： (4-16)361821mzd 5072 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 15 - (4-17)93)(212da 還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲勞強(qiáng)度，彎曲疲勞強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過(guò) 程略。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇； (4-18)00 5.107.436Lip 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有很大影響，對(duì)加速能力，加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng) 有直接關(guān)系，因此核算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。 縱向橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)改進(jìn)后等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的簡(jiǎn)圖如下： 圖 5-1 改造后的縱向橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)圖 等效步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，采用下式： (4-19)121JJizzs 式中： ----工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1J ----滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量s ----齒輪 1 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1zJ ----齒輪 2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2z C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 16 - = = 100=0.146( ) (4-20) 1JWP 28025.14308kgf2cm 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8 (4-21)sDL =7.8 140=45.741( ) 40. kgf2c 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8 2=0.262( ) 1zJ63m =7.8 2=78.975( ) 2z415kf2c 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： = J12Jizzs = 146.02.975.84.517. =7.58( )=75.8kgf2cm)(cN 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 (4- 22) 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： (4-23) M=Mat+Mf+M0+Mt 快速進(jìn)給所需力矩 M=Mf+M0 (4-24) 式中：M amax--空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； Mf --折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； M0 --由絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； Mat--切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； Mt --切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma= (Nm) (4-25) 4106.9TJn 式中：T 為時(shí)間常數(shù) T=0.025s 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 17 - 當(dāng) n=nmax 時(shí)，M amax=Ma； nmax = =834r/min (4-26) 107.420mxLiV Mamax= 45.69837 ）（ cm.276)(2N 當(dāng) n=nt 時(shí)，M at=Ma； (4-27) 0L fi主nt = 17.43 =12.51 (r/min) 4st 025.698M (4-28) iwLff0 當(dāng) =0.8，f=0.16 時(shí)； 17.480.326f =7.64(NCM) 當(dāng) =0.9 時(shí)： 0 = (4-29) 0M2016iLFx = 29.017.48.3 =0.854( )=8.54( ) kgfcmNc M= (4-30) iLFx20 = 17.48.3 =13.5( )=135( )kgfcmNc 從而求得，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+M0 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 18 - =276.4+7.64+8.54 =294.88 (NCM ) 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt =3.95+7.64+8.54+135 =155 ( )Ncm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+M0 =7.64+8.54 =16.18 (NCM ) 由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，即： Mmax=294.88 (NCM ) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjm 為。 (4-31) 86.0486.0maxjm ..29 =851.3 (NCM ) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算； (HZ) (4-32)3.01.620maxax pVf 電動(dòng)機(jī)采用三相六拍的工作方式，經(jīng)綜合考慮，選用 110BF003 型的直流步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)能滿足要求。 4.4 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1)進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減 速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)安裝在大拖板上，用發(fā)蘭盤將步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、減速比的確 定及減速箱的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。 (2)橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 縱向脈沖當(dāng)量 y=0.0005mm/脈沖； 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 19 - 縱向最高進(jìn)給速度 Vfymax=1m/min； C6160 車床工作臺(tái)質(zhì)量 w=40kg=4000N(根據(jù)圖形尺寸粗略計(jì)算)； 時(shí)間常數(shù) T=25ms 橫向進(jìn)給切削力 Fx 的確定 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知； 橫向進(jìn)給量為縱向的 1/2--1/3 ，取 1/2，則切削力約為縱向的 1/2。 =0.54712.4=2356.2( ) (4-33)z N =0.5 =0.62356.2=1178.1( ) (4-34)xFz (3)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 滾珠絲杠在工作中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力；對(duì)滾 道型面上某一點(diǎn)，是交變接觸應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力循 環(huán)次數(shù)后滾珠和滾道型面產(chǎn)生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾 珠絲杠破壞的主要形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的時(shí)候，須保證能夠它在一定的軸向負(fù) 載的作用下，在回轉(zhuǎn) 106 轉(zhuǎn)后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應(yīng)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生，此 時(shí)所能承受的軸向負(fù)載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載 Q。 滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。 強(qiáng)度計(jì)算： W)(FfkZX 式中：K=1.4；f=0.2,得； =2200.5 (N) (4-35)40)(2356.0.1784. 壽命值： (4-36)1.010t6nL6ii 最大負(fù)載： FfQHw3i = =6287.5 (N) (4-37)20.51.5 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 20 - 查參考文獻(xiàn)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可選用 WD2004 型號(hào)的滾珠絲杠副,名義直徑 為 20mm,絲杠導(dǎo)程為 4 mm ,螺旋角 ,滾珠例數(shù)為 3 系列,其額定動(dòng)載荷為39o 7600N,所以其強(qiáng)度夠用。 支承方式：選用“ 單推單推 ”的支承方式。 效率計(jì)算； )(tg 式中： ----螺紋的螺旋升角 39o ----摩擦角 = 則：10 (4-38)96.0)3( otg 經(jīng)驗(yàn)表明：在數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相 同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性計(jì)算可以不計(jì)算，因?yàn)?采用類比法，改善后肯定合格。 (4)齒輪設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)比 i： (4-39)53.0.364510pLi 式中： ----步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為 1.50， 計(jì)算出 i5，因此可以選一級(jí)傳動(dòng)。 大小齒輪都采用 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為 260HB290HB，大齒輪硬度為 220HB250HB，精度選用六級(jí)，模數(shù) m=2mm，齒寬 b=20mm，螺旋角 = ，齒02 數(shù) Z1=20，齒數(shù) Z2=66，則： (4-40)4021mzd 362 (4-41)8)(21a 還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲勞強(qiáng)度，彎曲疲勞強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過(guò) 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 21 - 程略。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇； (4-42)00 5.147.0.36Lip 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 慣量對(duì)運(yùn)動(dòng)特性有很大影響，對(duì)加速能力，加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)態(tài)的快速反應(yīng) 有直接關(guān)系，因此核算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。 改造后的橫向橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)圖如下: 圖 5-2 改造后的縱向橫向縱向進(jìn)給系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)圖 等效步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，采用下式； (4-43)121JJizzs 式中： ----工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1J ----滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量s ----齒輪 1 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1zJ ----齒輪 2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2z = 40 1J 25.4308 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 22 - =1.46( )=0.0146( )kgf2mkgf2cm 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8 50=0.624( )sJ410f2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =7.8 2=0.4( )1z4kgf2cm =7.8 2=47.36( )2zJ02.13 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =J0146.64..73. 2 =4.82( )=48.2 kgf2cm)(2cN 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： 折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 (4-44) 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： M=Mat+Mf+M0+Mt (4-45) 快速進(jìn)給所需力矩： Ma= NM (4-46)416.9TJn 式中；T 為時(shí)間常數(shù) T=0.025s 當(dāng) n=nmax 時(shí)，M amax=Ma； nmax = =833.25r/min (4-47)43.10mxLiV Mamax= 25.698 =1.67(Nm)=167( Ncm) 當(dāng) n=nt 時(shí)，M at=Ma； = (5-48)0Lfi主nt01DVfi = 46.33.5 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 23 - =66.34 (r/min) Mat= 41025.69384 =0.0348 (Nm)=3.48( )Ncm (4-49)iwLff0 當(dāng) =0.8，f=0.2 時(shí)； 3.8014.32fM =0.193( )=1.93( )kgfcmNc 當(dāng) =0.9 時(shí)：0 = (4-50)02016iLFx = 29.3.84.37 =0.18( )=1.8( )kgfcmNc = (4-51)tMiLFx20 = 3.814.37 =2.84( )=28.4( )kgfcmNc 從而求得，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M=Mamax+Mf+M0(5-52) =16.7+0.193+0.18 =17.073( )kgfc 切削時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt (4-53) =0.348+0.193+0.18+2.84 =3.561 ( )kgfcm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+M0(5-54) =0.193+0.18 C6160 普通車床數(shù)控化改造(橫向與縱向進(jìn)給) - 24 - =0.373( )kgfcm 由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，即： Mmax=17.073( )=170.73(Ncm)f 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjm 為。 (4-55)86.0486.0maxjm ..731 =490 (Ncm) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算； (HZ) (4-56)3.05.610maxax pVf 電動(dòng)機(jī)采用三相六拍的工作方式，經(jīng)綜合考慮，選用 110BF003 型的直流步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)能滿足要求。 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) - 25 - 第 5 章數(shù)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì) 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)重要方面。實(shí)際設(shè)計(jì)與硬件 設(shè)計(jì)是不可分割的，二者必須結(jié)合, 哪些能由硬件完成，那些能由軟件完成，在硬件 設(shè)計(jì)基本定型后，分工也就基本確定下來(lái)了，這時(shí)軟件設(shè)計(jì)工作才開(kāi)始進(jìn)行。 軟件設(shè)計(jì)工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的 功能，如步進(jìn)電機(jī)控制，插補(bǔ)，誤差補(bǔ)償計(jì)算，反饋量的處理，零件加工程序，顯 示輸出等；另一類是監(jiān)控軟件，它是控制微機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序， 它完成人機(jī)通信，并協(xié)調(diào)執(zhí)行程序和操作者之間的關(guān)系，在軟件系統(tǒng)中充當(dāng)組織調(diào) 度的角色，如系統(tǒng)自檢，初始化，處理鍵盤命令，處理揭開(kāi)命令等。但執(zhí)行軟件和 監(jiān)控軟件沒(méi)有明確的界限和固定的功能劃分，。習(xí)慣上把鍵盤解釋程序作為監(jiān)控程 序，其它任務(wù)都分散在特定功能執(zhí)行程序中，并由監(jiān)控程序來(lái)調(diào)用必要的功能模塊， 完成預(yù)定的任務(wù)。 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從全局著眼，先將整個(gè)系統(tǒng)按功能分成一個(gè)一個(gè)的模塊， 并為每一個(gè)執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體模塊的程序，最后組成一個(gè)系統(tǒng)。 不僅整個(gè)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性，而且其模塊內(nèi)部有可以細(xì)分為小模 塊。模塊特性對(duì)測(cè)試很有利，功能擴(kuò)充也很方便，要增加新功能，只要增加新模塊 就能實(shí)現(xiàn)，象搭積分木一樣。因此，這樣的模塊程序設(shè)計(jì)方法， 思路清晰，邏輯性 強(qiáng)，柔性較強(qiáng) 5.1 典型機(jī)床數(shù)控裝置的硬件組成 CNC 系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))是在硬件的支持下，通過(guò)運(yùn)行軟件來(lái)進(jìn)行工作的。所以， CNC 裝置的功能強(qiáng)弱首先取決于其硬件 8.2 典型 CNC 系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))技術(shù)性能 在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際情況選擇了廣州數(shù)控設(shè)備廠的 GSK980T 數(shù)控系統(tǒng)。 其技術(shù)性能如表 8.1 所示；GSK98