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1 南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 論文 作 者 學(xué) 號(hào) 學(xué)院 系 專(zhuān) 業(yè) 題 目 普通機(jī)床數(shù)控化改造 CK6163 車(chē)床 指導(dǎo)者 姓 名 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 評(píng)閱者 姓 名 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 年 月 II 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 論 文 中 文 摘 要 隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來(lái)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(lái)越高 而在中國(guó)的機(jī)械加工設(shè)備的車(chē)床中普通車(chē)床占了 很大比例 這已經(jīng)越來(lái)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(duì)機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改造很是必要 本篇論文是在 對(duì)普通臥式車(chē)床的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造 在搜索 查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上 對(duì)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(guò)程主要對(duì)車(chē)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(lái)加工所需要的螺紋 整個(gè)控制系統(tǒng)以 SPCE061A 型號(hào)的單片機(jī)為中心 通過(guò)編程對(duì)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) 普通機(jī)床數(shù)控化改造 1 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 論 文 外 文 摘 要 Title General CNC transformation Abstract With the development of industry equipment the precision required of industry equipment is more and more high The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment this already restrict the development of industrial nowadays But the CN lathe is more expensive and needed workers with higher technically So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather and modified it to Lathes automatic The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents which focuses on describing the design of control of the machine The main to modify the lathe is to modify the portrait horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser The whole control system with the CPU of SPCE061A is to control the machine for center through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree Keywords Machinery Tool Reform Lathes automatic Servo system 普通機(jī)床數(shù)控化改造 2 目 錄 目 錄 IV 第 1 章 緒論 6 1 1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 6 1 1 1 數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì) 6 1 1 2 數(shù)控技術(shù) 2 1 1 3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 5 1 1 4 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 6 1 2 數(shù)控改造的必要性 7 1 2 1 機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場(chǎng) 7 1 2 2 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 8 1 3 數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺點(diǎn) 9 1 4 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見(jiàn)解 11 1 4 1 形勢(shì)考慮 11 1 5 2 發(fā)展策略 11 1 5 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容 12 1 5 1 本文的選題 12 1 5 2 主要研究?jī)?nèi)容 12 第 2 章 普通車(chē)床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)步驟 13 2 1 車(chē)床的數(shù)控改造概述 13 2 1 1 數(shù)控機(jī)床工作原理及組成 13 2 1 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù) 14 2 1 3 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造 14 2 1 4 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì) 15 2 2 可行性論證 15 第 3 章 數(shù)控改造方案確定 16 3 1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 16 3 2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 16 普通機(jī)床數(shù)控化改造 3 3 3 機(jī)械傳動(dòng)方式 17 3 4 運(yùn)動(dòng)方式的確定 17 3 5 系統(tǒng)的選擇 17 3 6 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 17 3 7 微機(jī)的選擇 17 3 8 總體方案框圖 17 第 4 章 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 含電機(jī)計(jì)算與選擇 18 4 1 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例 18 4 1 1 計(jì)算切削力 18 4 1 2 滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì) 計(jì)算與選型 19 4 1 3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 22 4 1 4 橫向直流伺服電機(jī)的計(jì)算 校核和選型 23 5 2 縱向進(jìn)給伺服系機(jī)械部分計(jì)算與校核 28 5 2 1 計(jì)算切削力 28 5 2 2 絲桿螺母副的計(jì)算和造型 29 5 2 3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 32 5 2 4 直流伺服電機(jī)的計(jì)算和選型 33 第 5 章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 38 5 1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 38 5 2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 40 5 3 總體程序控制 43 5 3 1 流程圖 43 5 3 2 主程序 43 5 4 鍵盤(pán)設(shè)計(jì) 45 5 4 1 鍵盤(pán)定義及功能 45 5 4 2 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 45 5 5 顯示器設(shè)計(jì) 50 5 5 1 顯示器顯示方式的選用 50 5 5 2 顯示器接口 51 普通機(jī)床數(shù)控化改造 4 5 5 3 8155 擴(kuò)展 I O 端口的初始化 51 5 6 車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 52 5 6 1 直線插補(bǔ)程序設(shè)計(jì) 52 5 6 2 圓弧插補(bǔ)程序的設(shè)計(jì) 55 5 7 光電隔離電路 60 總結(jié)與展望 62 參考文獻(xiàn) 63 致 謝 64 普通機(jī)床數(shù)控化改造 5 第 1 章 緒論 1 1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1 1 1 數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢(shì) 1 數(shù)控機(jī)床 1946 年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī) 這表明人類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī) 床 從此 傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)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 數(shù)控 NC 階段 1952 1970 年 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低 對(duì)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(tái)機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作 為數(shù)控系統(tǒng) 被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控 HARD WIRED NC 簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)來(lái)作為數(shù)控系 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(guó) 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(chēng)之為微處理器 MICROPROCESSOR 又可稱(chēng)為中央處理單元 簡(jiǎn)稱(chēng) 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(tái) 機(jī)床能力有富裕 故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床 稱(chēng)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(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決 由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件 故仍稱(chēng)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(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)微機(jī) 的性能已發(fā)展到很高的階 段 可以滿(mǎn)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 普通機(jī)床數(shù)控化改造 6 總之 計(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(guó)外稱(chēng)為 PC BASED 還要指出的是 雖然國(guó)外早已改稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控 即 CNC 了 而我國(guó)仍習(xí)慣稱(chēng) 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(cè)及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展 機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了長(zhǎng)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(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)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(shì)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 min 120m min 進(jìn) 給加速度達(dá) 9 8m s2 19 6m s2 換刀時(shí)間小于 1s 高加工精度 以前汽車(chē)零件精度的 數(shù)量級(jí)通常為 10 m 對(duì)精密零件要求為 1 m 隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn) 對(duì)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(jí) 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(hù)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(tái)機(jī)床上裝夾后 通過(guò)自動(dòng)換刀 旋轉(zhuǎn)主 軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(chē)削加工中心 鉆削 磨削加工中心 電火花加工中心等 普通機(jī)床數(shù)控化改造 7 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(duì)相對(duì)簡(jiǎn)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(lèi)的各種智能行為 科學(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)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(zhuān)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(zhuān)家系統(tǒng) 故障診斷專(zhuān)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(cè)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(lái)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床被開(kāi)發(fā)成功 這種新型數(shù)控機(jī)床被稱(chēng)為 6 條腿 的加工中心或稱(chēng)虛擬軸機(jī)床 有的還稱(chēng)為并聯(lián)機(jī)床 它能在沒(méi)有任何導(dǎo)軌和滑臺(tái)的情況下 采用能夠伸縮的 6 條腿 伺服軸 支撐并聯(lián) 并與安裝主軸頭的上平臺(tái)和安裝工件的下平臺(tái)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 2 10 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(lái)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(lèi)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(duì)加工過(guò)程的直觀檢查 為彌 補(bǔ)手工編程和 NC 語(yǔ)言編程的不足 近年來(lái)開(kāi)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(yǔ)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(lái)越廣泛 圖形交互式編程系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)輔助設(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(jiǎn)便 已成為國(guó)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 普通機(jī)床數(shù)控化改造 8 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(guò)提高集成電路密度 減小互連長(zhǎng)度和數(shù)量來(lái)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(kāi)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(kāi)放 嵌入式體系結(jié)構(gòu) 便于裁減 擴(kuò) 展和升級(jí) 可組成不同檔次 不同類(lèi)型 不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng) 閉環(huán)控制模式是 針對(duì)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式提出的 由于制造過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整加工過(guò)程變量 在加工過(guò)程中采用開(kāi)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(guò)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(shì) 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(guó)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(guó)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(shuō)過(guò) 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) 用什么勞動(dòng)資 料生產(chǎn) 制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)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(guó)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(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力 此外世界上各工業(yè) 發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資 不僅采取重大措施來(lái)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(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖 普通機(jī)床數(shù)控化改造 9 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(guó) 家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展 提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)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(duì)傳統(tǒng)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(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)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(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行 業(yè) IT 汽車(chē) 輕工 醫(yī)療等 的發(fā)展起著越來(lái)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(shì) 從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)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)是裝備的新趨勢(shì) 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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(guó)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(chē)工業(yè)領(lǐng)域 年產(chǎn) 30 萬(wàn)輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒 輛 而且多品種加工是轎車(chē)裝 備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)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(duì)這 些筋 壁進(jìn)行加工 近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料 掏空 的方法來(lái)制造機(jī)翼 機(jī)身 等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘 螺釘和其他聯(lián)結(jié)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(duì)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(chē)廠 包括我國(guó)的上海通用汽車(chē)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(guó) 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(guó) DMG 公司的雙主軸車(chē)床的主軸速度及加速度分別達(dá) 12000r mm 普通機(jī)床數(shù)控化改造 10 在加工精度方面 近 10 年來(lái) 普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 l0um 提高到 5 m 精密級(jí)加工中心則從 3 5um 提高到 1 一 1 5 m 并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入 納米級(jí) 在可靠性方面 國(guó)外數(shù)控裝置的 MTBF 值己達(dá) 6000h 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(kāi)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(shì) 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 如加工過(guò)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(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型 自整定等 簡(jiǎn)化編程 簡(jiǎn)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(duì)其安全性和可操 作性有了更高的要求 1 1 4 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 近年來(lái)我國(guó)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(kāi)始使用 2001 年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá) 1 8 萬(wàn)臺(tái) 比上年增長(zhǎng) 28 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(guó)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(guó)的 53 67 億美元 消費(fèi) 額比上一年增長(zhǎng) 25 但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求 使我國(guó)機(jī)床的 進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì) 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(zhǎng) 27 近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車(chē)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?rùn)C(jī) 數(shù)控壓鑄機(jī)等 普通機(jī)床有鉆床 鋸床 插床 普通機(jī)床數(shù)控化改造 11 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(chǎng) 1 機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng) 我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái) 而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 34 萬(wàn)臺(tái) 即我國(guó)機(jī)床數(shù) 控化率不到 3 近 10 年來(lái) 我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0 6 0 8 萬(wàn)臺(tái) 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(guó)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 FMC FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù) 美 國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60 以上 可見(jiàn)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(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長(zhǎng) 從而在國(guó) 際 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力 直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品 市場(chǎng) 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(chǎng) 我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái) 很多企業(yè)從國(guó)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 1979 1988 年 10 年間 全國(guó)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(guó)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(guó)外引進(jìn)以后 有的消化吸收不好 備 件不全 維護(hù)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(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用 有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷(xiāo)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(zhǎng)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(méi)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(wèn)題 就可以最小的投資盤(pán)活最大的存 量資產(chǎn) 爭(zhēng)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(chǎng) 普通機(jī)床數(shù)控化改造 12 1 2 2 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 1 微觀看改造的必要性 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(lái)自 數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)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 可以實(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 3 7 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(lái) 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(chēng)為實(shí)現(xiàn)了 柔性自動(dòng) 化 加工零件的精度高 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(zhǎng)時(shí)間無(wú)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(tái)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(duì)市場(chǎng)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) 2 宏觀看改造的必要性 從宏觀上看 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍 民機(jī)械工業(yè) 在 70 年代末 80 年代初已開(kāi)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(duì)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(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床 FMC FMS 外 還包括在產(chǎn)品開(kāi)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) 普通機(jī)床數(shù)控化改造 13 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(duì)國(guó)外軍 民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造 稱(chēng)之為信息化 最終使得他們的產(chǎn)品 在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng) 而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比 發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年 如我國(guó)機(jī)床擁有量中 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(shuō)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)缺點(diǎn) 1 國(guó)外改造業(yè)的興起 在美國(guó) 日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家 它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)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(guó)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(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) 在美國(guó) 機(jī)床改造業(yè)稱(chēng)為機(jī)床再生 Remanufacturing 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(guó)得寶公司已在中國(guó)開(kāi)辦公司 在日本 機(jī)床改造業(yè)稱(chēng)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(duì)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(duì)機(jī)械 電氣部分進(jìn)行翻新 對(duì) 機(jī)械部分重新裝配加工 恢復(fù)原精度 對(duì)其不滿(mǎn)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 普通機(jī)床數(shù)控化改造 14 一臺(tái)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(wú)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(duì)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 滑動(dòng)導(dǎo)軌副 對(duì)數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō) 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車(chē)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(duì)加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)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(jí)都比普通機(jī)床高 在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng) 因而改造時(shí) 機(jī)床主要齒輪必須滿(mǎn)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 一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于 6 級(jí) 螺 母間隙過(guò)大則更換螺母 采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低 但難以滿(mǎn)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(zhǎng) 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(mǎn)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(duì)防止硬 質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌 普通機(jī)床數(shù)控化改造 15 1 4 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見(jiàn)解 1 4 1 形勢(shì)考慮 我國(guó)是制造大國(guó) 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(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中 我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步 空 芯 我們以資源 環(huán)境 市場(chǎng)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(guó) 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(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程 我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題 首先從社會(huì)安全看 因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)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(guó)就業(yè)的壓力 保障社會(huì)的穩(wěn)定 其次從國(guó)防安全看 西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高 精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì) 對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制 東芝事件 和 考克 斯報(bào)告 就是最好的例證 1 5 2 發(fā)展策略 從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā) 以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)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(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)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(kāi)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(chǎng)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(chē)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)模問(wèn)題 沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品 沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品 當(dāng)然 沒(méi)有規(guī)模中國(guó)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(hù)的緊密結(jié)合 以 做得 出 用得上 賣(mài)得掉 為目標(biāo) 按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān) 以解決國(guó)家之急需 在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面 強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新 強(qiáng)調(diào)研究開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn) 品 為我國(guó)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) 普通機(jī)床數(shù)控化改造 16 1 5 本文的選題及主要研究?jī)?nèi)容 1 5 1 本文的選題 用普通臥式車(chē)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(lái)很多的小問(wèn)題 而如果要新買(mǎi)一臺(tái)新的數(shù)控車(chē)床 一是總體成本太高 因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比 不是太高 容易浪費(fèi)資源 二是建材廠沒(méi)有工人精通數(shù)控車(chē)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(duì)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(tái)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(lái)很大經(jīng)濟(jì)利益 1 5 2 主要研究?jī)?nèi)容 1 車(chē)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)給用直流伺服電機(jī)的選擇與校核 普通機(jī)床數(shù)控化改造 17 第 2 章 普通車(chē)床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)步驟 對(duì)于普通車(chē)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下 對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能的少 以降低成本 2 1 車(chē)床的數(shù)控改造概述 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 數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí) 首先應(yīng)編制零件的加工程序 這是數(shù)控機(jī)床的工作指令 將加工程序輸入到數(shù)控裝置 再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化 起停 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 的方向 速度和位移量以及其它如刀具選擇交換 工件夾緊松開(kāi)和冷卻潤(rùn)滑的開(kāi) 關(guān) 等動(dòng)作 使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序 軌跡和參數(shù) 進(jìn)行工作 從而加工出符合要求的零件 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)床本體等四部分組成 其組 成框圖如圖 2 1 數(shù) 控 裝 置控 制 介 質(zhì) 測(cè) 量 裝 置伺 服 系 統(tǒng) 機(jī) 床 普通機(jī)床數(shù)控化改造 18 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(chē)床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)內(nèi)容包括 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 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速原理及改造后的機(jī) 床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì) 機(jī)床調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)臥式車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造 實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)車(chē)床的數(shù)控化控制 利用 微機(jī)對(duì)車(chē)床的縱向 橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制 并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為 0 01 脈沖 橫向最小運(yùn)動(dòng)單位 0 005 脈沖 主運(yùn)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速 刀架要改造成mm 自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 要能自動(dòng)的切削螺紋 2 1 3 數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造 1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為 點(diǎn)位控制系統(tǒng) 連續(xù)控制系統(tǒng) 點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要 求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置 而對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡原則上不加控制 連續(xù)控制 系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制 由于車(chē)床要加工 復(fù)雜輪廓零件 所以本微機(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)改造 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng) 半閉環(huán)伺 服系統(tǒng) 閉環(huán)伺服系統(tǒng) 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到高的機(jī)床精度 能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差 消除間隙 干擾對(duì)加工精度的影響 但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜 技術(shù)難度大 調(diào)式和維修困難 造價(jià)高 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬 過(guò)載能力強(qiáng) 又采用反饋控制 因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于 以直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 但是 采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開(kāi)環(huán)要復(fù)雜 設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn) 技術(shù)難度較大 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中沒(méi)有位置控制器及反饋線路 因此開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的精度較差 但其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 易于調(diào)整 所以常用于精度要求不高的場(chǎng)合 經(jīng)過(guò)上序比較 由于所改造的車(chē)床的目標(biāo)加工精度要求不高 所以決定采用開(kāi)環(huán)控 制系統(tǒng) 普通機(jī)床數(shù)控化改造 19 3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成 硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 性能的好壞直 接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能 數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有 a 可以全部自己設(shè)計(jì)制作 a 可以采用單板機(jī)或 STD 模塊或工控機(jī)改制 b 可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動(dòng) 跟據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求采用第一種設(shè)計(jì)方案 2 1 4 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì) 1 主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì) 將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 無(wú)級(jí)調(diào)速部分由變頻器控制 將原 機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu) 改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn) 給運(yùn)動(dòng)分離 主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 2 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 縱向 橫向 進(jìn)給以直流伺服電動(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(hù)建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告 是上級(jí)主管部門(mén)審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù) 同樣 在進(jìn)行 普通車(chē)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(chē)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(chē)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 本改造設(shè)計(jì)是對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 在改造設(shè)計(jì)中 采用自己設(shè)置的 數(shù)控裝置 加上兩臺(tái)伺服電機(jī) 兩套滾珠絲杠副和相配的傳動(dòng)部分以及齒輪副 一臺(tái) 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 四個(gè)電磁離合器以及主傳動(dòng)部分的齒輪副 這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊 普通機(jī)床數(shù)控化改造 20 設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過(guò) 8 萬(wàn)元 因此 對(duì)普通車(chē)床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國(guó)國(guó)情 是國(guó)內(nèi)企業(yè)提高車(chē)床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇 它具有一定的典型性和實(shí) 用性 第 3 章 數(shù)控改造方案確定 3 1 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床應(yīng)具有定位 直線插補(bǔ) 順圓和逆圓插補(bǔ) 暫停 循環(huán)加工公英螺紋加工等功能 故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng) 考慮到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 加工精度要求不高 為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 降低成本 采用直流伺服電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 3 2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)機(jī)床要求 采用 16 位單片機(jī) 選擇市場(chǎng)上常用的 SPCE061A 單片機(jī) 由 SPCE061A 是繼 nSP Microcontroller and Signal Processor 系列產(chǎn)品 SPCE500A 等之后凌陽(yáng) 點(diǎn)擊此處添加圖片說(shuō)明科技推出的又一款 16 位結(jié)構(gòu)的微控制 器 與 SPCE500A 不同的是 在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶(hù)的較少資源的需求以及便 于程序調(diào)試 等功能 SPCE061A 里只內(nèi)嵌 32K 字的閃存 FLASH 較高的處理速度 使 nSP 能夠非常容易地 快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào) 因此 與 SPCE500A 相比 以 nSP 為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種 最經(jīng)濟(jì)的選擇 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分 鍵盤(pán)及顯示器 I O 接口及光隔離電路 直流伺 服電機(jī)功率放大電路等組成 系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn) 顯示器 采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息 3 3 機(jī)械傳動(dòng)方式 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率 采用直流伺服電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿 為了保證 普通機(jī)床數(shù)控化改造 21 一定的傳動(dòng)精度跟平穩(wěn)性 盡量減少摩擦力 選用滾珠絲桿螺母副 同時(shí) 為了提高 傳動(dòng)剛度和消除間隙 采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu) 齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié) 構(gòu) 3 4 運(yùn)動(dòng)方式的確定 數(shù)按系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng) 點(diǎn)位 直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng) 由于車(chē) 床要加工復(fù)雜輪廓零件 所以本次設(shè)計(jì)采用連續(xù)控制系統(tǒng) 3 5 系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng) 經(jīng)過(guò)比較 由于車(chē) 床加工精度要求不高 所以決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 3 6 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性 在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí) 通常提出低 摩 低慣量 高剛度 無(wú)間隙 高諧振以及有適宜尼比的要求 在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下 幾點(diǎn) 1 盡量采用低磨擦的傳動(dòng)和導(dǎo)向元件 如采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副 滾動(dòng)導(dǎo)軌 貼塑導(dǎo)軌等 2 盡量消除傳動(dòng)間隙 例如采用隙齒輪等 3 提高系統(tǒng)剛度 縮短傳動(dòng)鏈可以提高系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度 減小傳動(dòng)鏈誤差 可采 用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度 例如采用預(yù)加負(fù)載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等 3 7 微機(jī)的選擇 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由 CPU 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路 I O 接口電路 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 檢測(cè) 電路等幾部分組成 3 8 總體方案框圖 為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率 采用電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿 為保證一定 的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性 盡量減少摩擦力 選用滾珠絲桿螺母副 同時(shí) 為提高傳 動(dòng)剛度和消除間隙 采用預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu) 齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒輪間隙的結(jié) 構(gòu) 普通機(jī)床數(shù)控化改造 22 系統(tǒng)總體方案框圖如下 圖 3 1 總體方案框圖 第 4 章 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 含電機(jī)計(jì)算與選擇 4 1 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分計(jì)算與校核實(shí)例 4 1 1 計(jì)算切削力 橫切端面 查 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) P13 頁(yè) 5 1max670DFZ 式中 車(chē)床床身上加工最大直徑橫切端面時(shí)主切削力 可取縱切時(shí) 的max ZF Z21 NFZ 63 10594637 06 5 1max 2 94 yxz 式中 走刀方向的切削力 N F 垂直走刀方向的切削力 N y 普通機(jī)床數(shù)控化改造 23 NFx 46 10593 275 0 y 284 4 1 2 滾珠絲桿螺母副的設(shè)計(jì) 計(jì)算與選型 1 計(jì)算牽引力 橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 2 6 2 2 6 2 3 表 查閱 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) P22 頁(yè) GFfKzxm 式中 切削分力 y G 移動(dòng)部件的重量 N 表 1 1 查得橫向溜板及刀架重力 500N 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 隨導(dǎo)軌形式而不同 取 0 15 0 18 f f K 考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 取 K 1 15 NFfzxm 98 207531 297 046159 2 計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載 C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3 P185 P210 查閱 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) P22 頁(yè) os mwLVnTfC1063 式中 L 壽命 以 轉(zhuǎn)為一單位610 n 絲桿轉(zhuǎn)速 r min 為最大切削條件下進(jìn)給速度 可取最高進(jìn)給速度的 1 2 1 3 sV 取 min 5 012 絲桿導(dǎo)程 mm 初選 6mmoLoL T 為使用壽命 h 對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 15000h 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 查表 3 14 一般取 1 2 1 5wf min 3 865 010rLVnos 普通機(jī)床數(shù)控化改造 24 75103 86106 nTL NFfCmw 1 3698 2 753 3 螺母副的選型 查閱 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) 附表 2 可采用 WD3006 外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母 滾珠絲桿副 1 列 2 5 圈 其額定動(dòng)負(fù)載為 9700N 精度等級(jí)按表 3 17 選為 級(jí) 4 傳動(dòng)效率計(jì)算 tan 式中 螺旋升角 WD3006 38 摩擦角取 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0 003 0 004 01 971 0 38tanta 5 剛度驗(yàn)算 橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖 所示 最大牽引力 2087 98N 支承間距 350mm 因 絲桿長(zhǎng)度較短 不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊 圖 4 2 計(jì)算如下 a 絲桿的拉伸或壓縮變形量 mm 1 b 查閱 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) 圖 3 4 根據(jù) 2087 98N D 30mm 查出 mF 可算出 5108 L L 35108 23108 c 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 普通機(jī)床數(shù)控化改造 25 查圖 3 5 得 系列 列 2 5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q mQ 5 4 因進(jìn)行了預(yù)緊 212 d 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3 采用推力球軸承 5204 查閱 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 5 9 137 d 20mm 滾動(dòng)體直徑 5 556mm 數(shù)量 Z 13Qd mZdFQmc 0573 156 98207 052 323 綜合以上幾項(xiàng)變形量之和 定位精度 8 7 28 3321 6 穩(wěn)定性校核 計(jì)算臨界負(fù)載 N kF 2LEIfzk 式中 E 材料彈性模量 2 cmN I 截面慣性矩 4 L 絲桿兩軸承端距離 cm 絲桿支承方式系數(shù) 從表 3 15 中查出 一端固定 一端簡(jiǎn)支 為zf zf 2 00 124 78 641 cmdI NLEIfFzk 49 826350 226 一般 2 5 4 0 所以 nkF n 此滾珠絲桿不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn) 7 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) 見(jiàn)表 1 表 1 參數(shù)名稱(chēng) 符號(hào) 關(guān)系式 WD3006 普通機(jī)床數(shù)控化改造 26 公稱(chēng)直徑 od 30 導(dǎo)程 OL 6 接觸角 38 鋼球直徑 qd 3 175 滾道法面半 徑 R qdR52 0 1 651 偏心距 e sine 0 045 螺 紋 滾 道 螺紋升角 odL arct 38 外徑 d qod25 0 29 365 內(nèi)徑 1 Re1 26 788 螺 桿 接觸直徑 2 cs2qo 26 83 螺紋直徑 D d 34 112螺 母 內(nèi)徑 1 qod25 01 30 635 4 1 3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算 已確定橫向脈沖當(dāng)量 滾珠直徑導(dǎo)程 6mm setpmp05 OL 初選直流伺服電動(dòng)機(jī)步距角 可計(jì)算傳動(dòng)比 7i 4 65 036 obpLi 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有行程 故此處 可采用兩級(jí)齒輪降速 32 0 45 181824323 ZZi 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大 模數(shù) 取 2 有關(guān)參數(shù)參照表 2 表 2 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) Z 18 45 20 32 普通機(jī)床數(shù)控化改造 27 分度圓 d mz 36 90 40 64 齒頂圓 mda2 40 94 44 68 齒根圓 f 5 1 31 85 35 59 齒寬 6 10 m 20 中心距 21dA 63 52 4 1 4 橫向直流伺服電機(jī)的計(jì)算 校核和選型 1 初選直流伺服電機(jī) a 計(jì)算直流伺服電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 mT 查閱 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) P22 頁(yè) bmpFT236 式中 脈沖當(dāng)量 取 p setpp05 進(jìn)給牽引力 N m 步距角 初選雙拍制為b 7 電機(jī) 絲桿傳動(dòng)效率為齒輪 軸承 絲桿效率之積分別為 94 08 2 NFTbmpm 67 94 0 98 0752273636 b 估算直流伺服電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qT 根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 除以一定的安全系數(shù)來(lái)估算直流伺服電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 N cm m qT 5 03 qT 一般橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)取 0 4 0 5 cmNmq 18694 7 c 計(jì)算最大靜轉(zhuǎn)矩 axjT 查表 3 22 如取五相十拍 則 951 0max jqT 普通機(jī)床數(shù)控化改造 28 cmNTqj 89175 069 max d 計(jì)算直流伺服電機(jī)運(yùn)行頻率 和最高啟動(dòng)頻率efkf pseVf 601 pkfmax 式中 最大切削進(jìn)給速度 sV 最大快移速度max 脈沖當(dāng)量 取p setpmp05 Hzfpse 7 16 601 Vfpk 3 5 max 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩 在表 3 23 中查出 150BFG2815 最大靜轉(zhuǎn)矩為maxjT 245N cm 可以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床有可能使用較大的切削用量 應(yīng)該選用稍大轉(zhuǎn)maxjT 矩的直流伺服電機(jī) 以留有一定余量 另一方面與國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)床進(jìn)行類(lèi)比的要求 決定采用 150BFG2915 但從 綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū) P24 頁(yè)查出 直流伺服電機(jī)最高空載 啟動(dòng)頻率為 4000Hz 滿(mǎn)足空載時(shí) 3335 23Hz 的要求 kf 2 校核直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩 前面所述初選直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算 均為估算 初選后 應(yīng)該進(jìn)行校核計(jì)算 a 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 2 根據(jù)表 3 24 經(jīng)二對(duì)齒輪降速時(shí) 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 可由下式計(jì)算 cmkgJ 242321 oSLgGJZJZ 式中 齒輪 及其軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量321J 321 2cmk 齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量442cmkg 普通機(jī)床數(shù)控化改造 29 絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量sJ 2cmkg 絲桿導(dǎo)程 cm OL G 工件及工作臺(tái)重量 N G 500 N b 齒輪 軸 絲桿等圓柱體慣量計(jì)算 表 3 24 所示圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式如下 對(duì)于鋼材 341078 LDJ 式中 M 圓柱體質(zhì)量 kg D 圓柱體直徑 cm L 圓柱體長(zhǎng)度或原長(zhǎng) cm 鋼材的密度為 cmkg5108 7 243431 8 02 1078 cmkgLdJ 22 3519 243343 078 4 70251781 ckgLdJ 24343 6 1