1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機床數(shù)控化改造的研究是提高我國技術(shù)裝備水平的重要項目，在我國目前由于數(shù)控機床的加工能力和資金受限，對機床進行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速有效的途徑。本文對C6132普通車床數(shù)控化改造進行了深入研究，包括對機床改造進行可行性分析、對機床關(guān)鍵部件參數(shù)的計算、對機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計、對機床改造方案優(yōu)化選擇、選擇合適的機床伺服系統(tǒng)和計

2、算機系統(tǒng)，以及在改造中應(yīng)注意的事項等進行了詳細的論述。結(jié)果表明:經(jīng)改造后的機床已達到預(yù)期的功能和精度，完全能實現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動控制，提高了原機床的生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。</p><p>　　關(guān)鍵詞: c6132普通車床; 數(shù)控化改造; 步進電機; 經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><

3、;p>　　Summary of study on machine tool numerical control transformation of important project is to raise the level of technology

4、 and equipment in China, in our country now due to numerical control machine tools,   processing capacity and finance limited, NC machi

5、ne tools is a way to save money, fast and efficient. This article on C6132 of NC improvement on common lathe for in-depth study, including feasibility analysis for machine tool, machine performance and precision, fully a

6、ble to realize process </p><p>　　key words: lathe; numerical control transformation; stepping motors; CNC system </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b&

7、gt;</p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床1</p><p>　　1.2 機床數(shù)控化改造的興起及意義1</p><p>　　1.2.1 國外機床改造業(yè)的興起1</p>&l

8、t;p>　　1.2.2 我國機床數(shù)控化改造的意義1</p><p>　　1.3 本文所研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.3 本章小結(jié)3</p><p>　　2 車床總體改造方案設(shè)計4</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計4</p><p>　　2.2 主傳動系統(tǒng)的改造4</p>

9、<p>　　2.2.1 主軸無級變速的實現(xiàn)4</p><p>　　2.2.2 主軸脈沖編碼器的安裝5</p><p>　　2.3 橫向進給傳動系統(tǒng)的改造6</p><p>　　2.3.1 橫向傳動系統(tǒng)的改造6</p><p>　　2.3.2齒輪傳動間隙的消除6</p><p>　　2.4 導(dǎo)軌的

10、改造7</p><p>　　2.5 刀架部分的改造8</p><p>　　2.6 數(shù)控系統(tǒng)的類型及選擇10</p><p>　　2.6.1 數(shù)控系統(tǒng)的分類10</p><p>　　2.6.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇11</p><p>　　2.7 計算機系統(tǒng)的選擇11</p><p>　　2

11、.8 本章小結(jié)12</p><p>　　3 C6132 車床數(shù)控化改造機械部分改造設(shè)計與計算13</p><p>　　3.1 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算13</p><p>　　3.1.1切削力計算13</p><p>　　3.1.3 同步帶減速箱設(shè)計15</p><p>　　3.1.4步進電動機的選擇1

12、7</p><p>　　3.2 橫向進給系統(tǒng)的計算19</p><p>　　3.3 車床改造的機械結(jié)構(gòu)特點19</p><p>　　3.3.1 縱向滾珠絲杠19</p><p>　　3.3.2橫向滾珠絲杠20</p><p>　　3.3.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算和選型20</p><

13、;p>　　3.3.4導(dǎo)軌副20</p><p>　　3.3.5主軸脈沖發(fā)生器20</p><p>　　3.3.6 安裝電動卡盤21</p><p><b>　　3.4安裝21</b></p><p>　　3.5 本章小結(jié)22</p><p>　　4電氣控制部分設(shè)計23</

14、p><p>　　4.1 硬件電路設(shè)計23</p><p>　　4.2 單片機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計內(nèi)容23</p><p>　　4.3 MCS--51系列單片機簡介25</p><p>　　4.4 存儲器擴展電路設(shè)計26</p><p>　　4.4.1地址鎖存器選用26</p><p>　

15、　4.4.2 外部程序存儲器選擇26</p><p>　　4.4.3 內(nèi)部程序存儲器選擇26</p><p>　　4.4.4 外部I/O接口電路的擴展26</p><p>　　4.4.5 鍵盤接口電路的設(shè)計27</p><p>　　4.5 譯碼電路設(shè)計27</p><p>　　4.6 其他輔助電路設(shè)計28&

16、lt;/p><p>　　4.7 步進電機的控制28</p><p>　　4.7.1 步進電機的工作原理28</p><p>　　4.7.2 步進電機的控制29</p><p>　　4.7.3 步進電機接口及驅(qū)動電路29</p><p>　　4.8C6132普通車床微機數(shù)控化改裝硬件設(shè)計說明30</p&g

17、t;<p>　　4.9 控制軟件設(shè)計31</p><p>　　4.9.1 總體方案設(shè)計32</p><p>　　4.9.2 環(huán)形分配器軟件設(shè)計32</p><p>　　4.9.3 逐點比較法的直線插補軟件設(shè)計33</p><p>　　4.9.4 逐點比較法的圓弧插補軟件設(shè)計33</p><p>

18、　　4.9.5 步進電機自動升降速控制33</p><p>　　4.10 本章小結(jié)39</p><p><b>　　結(jié) 論40</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　參考文獻42</b></p><p&

19、gt;<b>　　附 錄43</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床 </p><p>　　數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控(Numerical Corltrol——NC)，是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制，因此，也

20、可以稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control——CNC)。 </p><p>　　采用了數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)控機床。它是一種綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設(shè)計等先進技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它很好地解決了形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高及小批量零件的加工問題且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低工人勞動強度，大幅度提高生產(chǎn)

21、效率。機床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此，數(shù)控機床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機床相比，數(shù)控機床能夠自動換刀、自動變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛。 </p><p>　　1.2 機床數(shù)控化改造的興起及意義 </p><p>　　1.2.1 國外機床改造業(yè)的興起 </p>

22、<p>　　在美國、日本和德國等發(fā)達國家，他們的機床改造業(yè)作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生氣盎然，正處在黃金時期。由于機床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進步，機床改造成了一個“永恒"的課題。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，這已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國,機床改造業(yè)稱為機床再生(Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、De

23、Vlieg—BuUavd(得寶)服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝(Retrofitting)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大限工程集團、崗三機械公司、千代田工機械公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。 </p><p>　　1.2.2 我國機床數(shù)控化改造的意義</p><p>　　我國目前機床總量約400萬臺，其中數(shù)控機床總數(shù)

24、只有20萬臺，即我國機床數(shù)控化率僅為5％左右，而國外發(fā)達國家的機床數(shù)控化率，多年前就達到20％以上。我國機床役齡10年以上的占60％以上；役齡10年以下的機床中，自動／半自動機床不到20％，F(xiàn)MC／FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機床占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)、加工裝備絕大多數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本

25、高、供貨期長等現(xiàn)象，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(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床的數(shù)控化率。 </p><p>　　目前各企業(yè)都有大量的普通機床，完全用數(shù)控機床來替換根本不現(xiàn)實，而且替換下來的舊機床閑置起來又會造成浪費，要解決這些問題，應(yīng)走普通機床的數(shù)控化改造之路。從美國、日本等國家工業(yè)現(xiàn)代化進程看，機床的數(shù)控化改造也必不可少，數(shù)控改造機床占有較大比例。如日本的

26、大企業(yè)中有26％的機床經(jīng)過數(shù)控改造，中小型企業(yè)則是74％，在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司，為世界各地提供機床數(shù)控化改造服務(wù)。因此，普通機床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。 </p><p>　　利用現(xiàn)有閑置的舊機床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺高效、多功能的數(shù)控機床，投資少、見效快，是一種盤活存量資產(chǎn)的有效方法，也是低成本實現(xiàn)自動化的有效方法，也是在短期內(nèi)提高我國機床的數(shù)控化

27、率的一條有效途徑。 </p><p>　　另外對普通機床進行數(shù)控化改造有許多積極的意義: </p><p>　　1）節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3，即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。 </p><p>　　2）

28、性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 </p><p>　　3）提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多，且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。 </p><p>　　4）可實現(xiàn)多工序的集中，提高了相關(guān)的加工精度,同時減少了零件在機床間的頻繁運轉(zhuǎn)。

29、</p><p>　　5）可縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，對市場需求做出快速反應(yīng)。機床數(shù)控化還是推行FMC、FMS以及CIMS等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。 </p><p>　　6）擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機床的加工狀態(tài)。還可以提示操作者機床故障或編程錯誤等機床運行中出現(xiàn)的問題。</p><p>　　1.3 本文所研究的主要內(nèi)容 &l

30、t;/p><p>　　1）根據(jù)數(shù)控化改造后車床所具備的功能，制訂了車床總體改造方案，并繪制了改造后車床總體布置圖； </p><p>　　2）為使改造后的車床主軸能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止等功能，本次改造采用了變頻器驅(qū)動主電機的方式，本文對主軸變頻器的選用做了相應(yīng)的說明；</p><p>　　3）為使改造后的車床能夠加工螺紋，改造時，拆除原來的掛輪架部分，在機

31、床Ⅹ軸伸出端安裝主軸脈沖編碼器，本文對脈沖編碼器的安裝方法作了簡要論述； </p><p>　　4）在利用聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，粘接工藝的好壞將直接影響改造后導(dǎo)軌的性能。本文對粘接工藝的控制作了簡要論述； </p><p>　　5）在電氣改造方面，設(shè)計了車床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路圖，縱、橫向步進電機的計算和選型也作了詳細闡述； </p><p>　　6

32、）在機械改造方面，對縱橫向伺服進給機構(gòu)，特別是滾珠絲杠螺母副作了詳細設(shè)計研究，并對數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架的安裝和選用作了介紹； </p><p>　　7）在軟件設(shè)計方面，對MCS-51單片機做了簡要的介紹，并在8031單片機的基礎(chǔ)上編制了相應(yīng)的程序。</p><p><b>　　1.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)和

33、數(shù)控機床，以及機床數(shù)控化改造的興起及意義。并提出了本文的研究內(nèi)容和目標(biāo)。</p><p>　　2 車床總體改造方案設(shè)計 </p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計</p><p>　　利用數(shù)控系統(tǒng)NIM-9702對C6132型臥式車床的縱，橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電動機。改造后的機床能完成一般車削及加工任意面、球面

34、、螺紋等加工工序。并能控制主軸開停變速、刀架轉(zhuǎn)位及一些輔助功能，使加工實現(xiàn)自動化。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)，系統(tǒng)應(yīng)采用輪廓控制形式?？刂葡到y(tǒng)硬件由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔電路、步進電動機功率放大電路等組成?？v向、橫向均采用步進電動機→減速帶→滾珠絲杠螺母→溜板的傳動方式。刀架更換為四刀位自動回轉(zhuǎn)刀架。</p><p>　　2.2 主傳動系統(tǒng)的改造 </p&

35、gt;<p>　　2.2.1 主軸無級變速的實現(xiàn) </p><p>　　C6132車床的主軸變速為手動、有級變速?？紤]到數(shù)控車床在自動加工的過程中負載切削力隨時會發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質(zhì)量的一致性、提高工件加工質(zhì)量，主軸要能實現(xiàn)恒切削速度切削。這就要求主軸能實現(xiàn)無級變速。目前實現(xiàn)無級變速主要有兩種方式，其一是采用變頻器驅(qū)動電機的方式，同時保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構(gòu)，這樣既保留了車床的

36、原有功能，又減少了改造量；其二是用雙速或者是四速電動機替代原有車床的主電動機。由于多速電機的功率是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以要選擇功率較大一些的電動機，隨之電動機的尺寸也變大了，機床改造相對較麻煩，另外在這種改造方式下，主傳動系統(tǒng)也要拆除并進行重新設(shè)計，這樣可以得到加工精度和穩(wěn)定性更高的車床，但是加大了改造成本。 </p><p>　　考慮到改造的成本，我決定采用第一種方式，這樣可以利用原車床的三相異步電動機。

37、即由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動異步電動機實現(xiàn)主軸無級變速。 </p><p>　　交流異步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率，電動機磁極對數(shù)nfp以及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　對于C6132，電動機磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率是定值，因此利用變頻器改變電源頻率fn即可改變電動機的轉(zhuǎn)速。</p&

38、gt;<p>　　另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。 </p><p>　　變頻器的控制方式主要有U／f恒定控制方式、無反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。數(shù)控車床除了在車削毛坯時，負荷大小有較大變化外，以后的車削過程中，負荷的變化通常是很小的。因此，就切削精度而言，選擇U／f恒定控制方式是能夠滿足要求的。但在低速切削時，需要預(yù)置較大的U／f，在負載較輕的情況下，電

39、動機的磁路常處于飽和狀態(tài)，勵磁電流較大。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。數(shù)控車床屬于高精度、快響應(yīng)的恒功率負載加工設(shè)備，應(yīng)盡可能選用矢量控制高性能型通用變頻器，而且中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。有反饋矢量控制方式雖然是運行性能最為完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。所以，除非對加工精度有特殊要求，一般沒有必要選擇此種控制方式。 </p><p>

40、;　　目前，無反饋矢量控制方式的變頻器已經(jīng)能夠做到在0.5Hz時穩(wěn)定運行。所以，完全可以滿足主運動系統(tǒng)的要求，而且無反饋矢量控制方式能夠克服U／f控制方式的缺點，因此可以說，是一種最佳選擇。 </p><p>　　數(shù)控車床連續(xù)運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量(kVA)計算式如下：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，

41、PM——負載所要求的電動機的軸輸出功率； </p><p>　　η——電動機的效率(通常約O.85)； </p><p>　　cosφ——電動機的功率因素(通常約O.75) </p><p>　　MU——電動機的電壓，380V； </p><p>　　MI——電動機工頻電源時的電流，為15.4A； </p><p>　

42、　k——電流波形的修正系數(shù)(PWM方式時取1.05-1.10)； </p><p>　　PCN——變頻器的額定容量，kVA； </p><p>　　ICN——變頻器的額定電流，A；</p><p>　　由公式(2-2)可得：</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　選

43、擇變頻器時應(yīng)同時滿足以上三個等式的關(guān)系。綜合以上分析計算，確定選用三菱FR-A540系列變頻器，具體型號為FR-A540-7.5K-CH。</p><p>　　2.2.2 主軸脈沖編碼器的安裝 </p><p>　　為了使改造后的數(shù)控車床能自動加工螺紋，須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，其目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置

44、，通過主軸—脈沖編碼器—數(shù)控系統(tǒng)—步進電機的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動一個導(dǎo)程的車螺紋運動。 </p><p>　　主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用兩種方式：一種是同軸安裝，另外一種是異軸安裝。同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，缺點是安裝后不能加工穿入車床主軸孔的零件，限制了工件的加工長度，而異軸安裝不會遇到這種問題，因此，異軸安裝較合適。主軸通過主軸箱中Ⅵ軸和Ⅸ軸的58／58及Ⅸ軸和Ⅹ軸的33／33兩級齒輪(實

45、現(xiàn)傳動比1：1)把動力傳遞給掛輪軸X，見圖附錄1所示，主軸脈沖編碼器1通過支架2固定，并通過聯(lián)軸器3與悶頭4相連，悶頭4通過過盈配合與主軸箱內(nèi)X軸連接。 </p><p>　　C6132主軸轉(zhuǎn)速范圍是20~2000 r/min，可以選擇歐姆龍E6B2-CWZ6C型光電脈沖編碼器，其允許的最高轉(zhuǎn)速為6000r/ min，所以滿足設(shè)計要求。 </p&g

46、t;<p>　　2.3 橫向進給傳動系統(tǒng)的改造 </p><p>　　2.3.1 橫向傳動系統(tǒng)的改造 </p><p>　　如圖2-1所示是橫向傳動系統(tǒng)的改造布置圖，步進電機和減速箱安裝在遠離操作者的床鞍一端，拆除床鞍上原來的手動操作裝置，在原來支承絲杠的軸承位置，安裝角接觸球軸承進行支撐，同縱向一樣，滾珠絲杠一端直接充當(dāng)減速器的輸出軸，滾珠絲杠兩端同樣有兩對鎖緊螺母對滾珠絲

47、杠進行預(yù)拉伸，滾珠絲杠螺母副采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙。螺母座和中拖板的連接可以利用原來的螺釘孔進行連接。</p><p>　　圖 2-1橫向傳動結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　車床進行橫向進給時，由步進電機通過減速箱將動力傳遞給滾珠絲杠，再由滾珠絲杠帶動螺母座，再通過螺母座帶動中拖板做橫向運動。滾珠絲杠螺母副繼續(xù)采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙。 </p&

48、gt;<p>　　2.3.2齒輪傳動間隙的消除 </p><p>　　模數(shù)相同的兩片薄齒輪2和3，齒輪2空套在齒輪3上可以做相對回轉(zhuǎn)運動。在齒輪3上開有三個周向圓弧槽，齒輪2上均布著三個螺紋孔，裝配時在齒輪3的槽中放置3個彈簧，數(shù)控車床在加工過程中，會經(jīng)常變換移動方向。當(dāng)進給方向改變時，如側(cè)存在間隙會造成進給運動滯后于指令信號，丟失指令脈沖并產(chǎn)生反向死區(qū)，影響傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，必須消除齒側(cè)間

49、隙。通常齒側(cè)間隙的消除主要有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動補償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍可自動補償?shù)恼{(diào)整法。因此決定采用柔性調(diào)整法中的雙片齒輪錯齒消隙法和周向彈簧調(diào)整法。 </p><p>　　雙片齒輪錯齒消隙法 圖2-2是雙片齒輪錯齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個相同齒數(shù)的薄齒輪1和2與另一個厚齒輪(圖中未畫出)嚙合。齒輪l空套在齒輪2上并可作相對回轉(zhuǎn)。每個齒輪的端面均勻分布著四

50、個螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面還有另外四個通孔，凸耳8可以在其中穿過。彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調(diào)節(jié)螺釘7上，通過轉(zhuǎn)動螺母5就可以調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪1和2錯位，即兩個薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側(cè)間隙。這種方法適合直徑較大，有充分安裝螺釘空間的圓柱齒輪。 </p><p>　　2）周向彈簧調(diào)整法。同樣是兩個齒數(shù)、利用齒輪2上安

51、裝的螺釘頂住彈簧，裝配完成后兩片齒輪在彈簧力作用下的情況下錯齒，從而達到消除間隙的目的。這種結(jié)構(gòu)適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小。 </p><p><b>　　2.4 導(dǎo)軌的改造</b></p><p>　　由于導(dǎo)軌表面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，會產(chǎn)生進給運動的失真。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機床的穩(wěn)定性，提高機床的防爬行和吸振性能，對機床導(dǎo)軌選用填充聚

52、四氟乙烯軟帶來改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青銅粉、二硫化硅、玻璃纖維粉、二硫化銅、石墨、聚苯等填充劑，使聚四氟乙烯的性能改善如下：(1)耐負荷變形可提高5倍；(2)剛性提高4～5倍；(3)熱膨脹系數(shù)減小1／3—1／2；(4)導(dǎo)熱率提高2倍；(5)硬度提高10％；(6)抗壓強度增加2～3倍。</p><p>　　在利用填充聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對粘接工藝的控制。具體工藝為：首先對

53、原導(dǎo)軌進行刮研，保證粘貼前導(dǎo)軌的表面粗糙度1.6—6.3um，平面度達到0．01／1000精度；選用厚度為1.5mm的軟帶，用鈉基溶液處理聚四氟乙烯軟帶表面；粘接前需對金屬導(dǎo)軌粘接面除銹去油，可先用砂布、砂紙或鋼絲刷清除銹斑雜質(zhì)，然后再用丙酮擦洗干凈、晾干；專用膠須隨配隨用，按A組份／B組份=1／l的重量比混合，攪拌均勻后即可涂膠?？捎谩皫X刮板”或lmm厚的膠木片進行涂膠。專用膠可縱向涂布于金屬導(dǎo)軌上，橫向涂布于軟帶上，涂布應(yīng)均勻，膠

54、層不宜過薄或太厚，膠層厚度控制在0.08—0.12mm之間；軟帶剛粘貼在金屬導(dǎo)軌上時需前后左右蠕動一下，使其全面接觸，要用手或器具從軟帶長度中心向兩邊擠壓，以趕走氣泡。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強通常為0.05—0.1MPa。加壓前在軟帶面上覆蓋一層油紙或在加壓面上涂一薄層潤滑脂或機油，防止膠粘劑粘接加壓物。軟帶粘接后約24小時固化(環(huán)境溫度15℃以上)，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對軟帶進行開油槽和刮研，油槽

55、深度可為軟帶厚度的1／2—2</p><p>　　2.5 刀架部分的改造</p><p>　　型號及主軸中心高度，選用常州市宏達機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-C6132型電動刀架，該刀架內(nèi)帶120W三相交流異步電動機用于驅(qū)動正轉(zhuǎn)選刀。內(nèi)置的4只霍爾元件檢測刀位位置拆除原手動刀架和小拖板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動刀架。根據(jù)車床的，電動機反轉(zhuǎn)完成刀具定位鎖緊。安裝時，拆除車床上的原小拖板，

56、置刀架于中拖板上，卸掉電機風(fēng)罩，逆時針方向轉(zhuǎn)動電機，使刀架轉(zhuǎn)動到45°左右時，裝上螺釘，然后固定刀架即可。電機安裝圖見附錄1。</p><p>　　LD4-C6132型電動刀架技術(shù)參數(shù)見表2-1。電動刀架的安裝較為方便，安裝時必須注意以下兩點： </p><p>　　1)電動刀架的兩側(cè)面與原車床縱、橫向的進給方向平行； </p><p>　　2)電動刀架與

57、系統(tǒng)的連線在安裝時應(yīng)合理，以免加工時切屑、冷卻液及其它雜物磕碰電動刀架連線。</p><p>　　1、2—薄齒輪 3、8—凸耳 4—彈簧 5、6—螺母 7—調(diào)節(jié)螺釘 </p><p>　　圖 2-2 雙圓柱薄片齒輪錯齒消隙結(jié)構(gòu) </p><p>　　根據(jù)以上分析可初步確定車床改造的總體布置方案，如圖2-4所示。</p><p>　　由于導(dǎo)軌表

58、面有明顯的劃痕，摩擦系數(shù)變大，會產(chǎn)生進給運動的失真。為了恢復(fù)導(dǎo)軌的精度，增加耐磨性，提高機床的穩(wěn)定性，提高機床的防爬行和吸振性能，對機床導(dǎo)軌選用填充聚四氟乙烯軟帶來改造。填充聚四氟乙烯是在聚四氟乙烯中添加青銅粉、二硫化硅、玻璃纖維粉、二硫化銅、石墨、聚苯等填充劑，使聚四氟乙烯的性能改善如下：(1)耐負荷變形可提高5倍；(2)剛性提高4～5倍；(3)熱膨脹系數(shù)減小1／3—1／2；(4)導(dǎo)熱率提高2倍；(5)硬度提高10％；(6)抗壓強度增

59、加2～3倍。</p><p>　　在利用填充聚四氟乙烯軟帶對原車床導(dǎo)軌貼塑的工作中，主要是對粘接工藝的控制。</p><p>　　表2-1 LD4-C6132型電動刀架技術(shù)參數(shù)</p><p>　　具體工藝為：首先對原導(dǎo)軌進行刮研，保證粘貼前導(dǎo)軌的表面粗糙度1.6—6.3um，平面度達到0.01／1000精度；選用厚度為1.5mm的軟帶，用鈉基溶液處理聚四氟乙烯軟帶

60、表面；粘接前需對金屬導(dǎo)軌粘接面除銹去油，可先用砂布、砂紙或鋼絲刷清除銹斑雜質(zhì)，然后再用丙酮擦洗干凈、晾干；專用膠須隨配隨用，按A組份／B組份=1／l的重量比混合，攪拌均勻后即可涂膠?？捎谩皫X刮板”或lmm厚的膠木片進行涂膠。專用膠可縱向涂布于金屬導(dǎo)軌上，橫向涂布于軟帶上，涂布應(yīng)均勻，膠層不宜過薄或太厚，膠層厚度控制在0.08—0.12mm之間；軟帶剛粘貼在金屬導(dǎo)軌時需前后左右蠕動一下，使其全面接觸，要用手或器具從軟帶長度中心向兩邊擠壓

61、，以趕走氣泡。用重物加壓或扣壓于床身導(dǎo)軌上，加壓均勻，壓強通常為0.05—0.1MPa。加壓前在軟帶面上覆蓋一層油紙或在加壓面上涂一薄層潤滑脂或機油，防止膠粘劑粘接加壓物。軟帶粘接后約24小時固化(環(huán)境溫度15℃以上)，可清除余膠，切去軟帶工藝余量，并倒角；對軟帶進行開油槽和刮研，油槽深度可為軟帶厚度的1／2—2／3，油槽離開軟帶邊緣至少6mm以上，刮研要求達到與導(dǎo)軌面接觸面積為：全長不</p><p>　　圖

62、2-3 車床改造總體布置圖</p><p>　　2.6 數(shù)控系統(tǒng)的類型及選擇</p><p>　　2.6.1 數(shù)控系統(tǒng)的分類</p><p>　　目前，數(shù)控系統(tǒng)的品種規(guī)格繁多，功能各異，分類方法不一，通?？砂聪旅鎯煞N方法進行分類。</p><p>　　(1)按加工路線分類</p><p><b>　　1）點位

63、控制系統(tǒng)</b></p><p>　　其特點是：只要求控制機床移動部件從一點移動到另一點的準確位置，至于點與點之間的移動軌跡（路徑和方向）并不嚴格要求。各坐標(biāo)軸之間的運動是不相關(guān)的，并且在移動過程中不進行切削。</p><p>　　2）直線切削控制系統(tǒng)</p><p>　　其特點是，除了控制移動部件從一點到另一點之間的準確定位外，還要控制兩相關(guān)點之間的移

64、動速度和路線（即軌跡），但其路線只是與機床坐標(biāo)軸平行的直線。也就是說，同時控制的坐標(biāo)軸只有一個，且在移動過程中刀具能以給定的進給速度進行切削，一般只能加工矩形、臺階形零件。</p><p>　　3）連續(xù)切削控制系統(tǒng)</p><p>　　也稱為輪廓控制系統(tǒng)，其特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上運動坐標(biāo)的位移和速度同時進行連續(xù)相關(guān)控制。在這類控制方式中，要求數(shù)控裝置具有插補運算的功能，即根據(jù)程序輸入的

65、基本數(shù)據(jù)，通過數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的插補運算器的數(shù)學(xué)處理，把直線或曲線的形狀描述出來，并一邊運算，一邊根據(jù)計算結(jié)果向各坐標(biāo)軸控制器分配脈沖，從而控制各坐標(biāo)軸的聯(lián)動位移量與所要求的輪廓相符合。</p><p>　　(2)按伺服系統(tǒng)的類型分類</p><p><b>　　1）開環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　采用開環(huán)控制系統(tǒng)的機床，沒有檢測反饋裝置。

66、指令信號單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。其驅(qū)動電動機采用步進電機。這種機床采用開環(huán)進給伺服系統(tǒng)，數(shù)控裝置根據(jù)所給的進給速度和進給位移，輸出一定的頻率和數(shù)量的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大后，每一個進給脈沖控制步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角，再經(jīng)減速齒輪、絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成工作臺的一個當(dāng)量直線位移。</p><p><b>　　2）閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p>

67、<p>　　數(shù)控裝置將位移指令與位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時進行比較，根據(jù)其差值與指令進給速度的要求，按一定的規(guī)律進行轉(zhuǎn)換后，得到進給伺服系統(tǒng)的速度指令。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是定位精度高，但由于這類系統(tǒng)采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅(qū)動元件，所以電動機的控制線路比較復(fù)雜。另外檢測元件昂貴，調(diào)試和維修比較困難，成本高，所以主要用于精度要求很高的大型或精密數(shù)控機床。</p><p><

68、;b>　　3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　這種機床是將位置檢測裝置安裝在驅(qū)動電機端部，或安裝在傳動絲杠端部，間接測量部件的實際位置或位移，然后反饋到控制裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進行比較，用比較后的差值進行控制，直到差值消除為止。</p><p>　　2.6.2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇</p><p>　　本設(shè)計中由于改造后的經(jīng)濟型

69、數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補、順、逆圓插補、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。</p><p>　　考慮到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)系統(tǒng)，雖然開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有速度反饋和位移反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號單向發(fā)送，但開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單。如果采用螺距誤差補償和徑向間隙補償?shù)却胧?，定位精度可提高?/p>

70、±0.01mm，可以滿足設(shè)計要求。 </p><p>　　2.7 計算機系統(tǒng)的選擇</p><p>　　微型機數(shù)控系統(tǒng)由CPU、ROM、RAM擴展電路、I/O接口電路、伺服電機驅(qū)動電路等幾部分組成。</p><p>　　由于MCS-51單片微型機具有各種尋址方式并有硬件乘法和除法指令，具有很強的位尋址和運算功能，特別適合于控制應(yīng)用場合，使用MCS-51來構(gòu)

71、成各種控制系統(tǒng)，可大大簡化硬件結(jié)構(gòu)，降低成本。</p><p><b>　　1）單片機的選擇</b></p><p>　　MCS-51系列中的8031單片機片內(nèi)無ROM，適于需外接ROM、能在現(xiàn)場進行修改和更新程序存儲器的應(yīng)用場合，價格低，使用靈活，從實用性與經(jīng)濟性考慮，采用8031作為控制系統(tǒng)的單片機。</p><p><b>　　

72、2）存儲器擴展</b></p><p>　　① 8031的片內(nèi)沒有程序存儲器，必須外接擴展電路，具有擴展1片W27C512共64KB的程序擴展電路。</p><p>　?、?數(shù)據(jù)存儲器的擴展</p><p>　　8031內(nèi)部有128個字節(jié)RAM存儲器。它可以作為寄存器，堆棧，軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器，CPU對其內(nèi)部RAM有豐富的操作指令。因此，這個RAM是十

73、分珍惜的資源。我們應(yīng)合理地充分地應(yīng)用片內(nèi)RAM存儲器，但片內(nèi)RAM存儲器往往是不夠的。外接RAM擴展電路可擴大存儲器容量。本設(shè)計擴展一個6264（8K）的外部RAM。</p><p>　?、?接口電路，伺服電機驅(qū)動電路等</p><p>　　接口電路主要用于控制縱向和橫向步進電機，刀架電機等。鍵盤有32個鍵。此外，還有伺服電機驅(qū)動電路，光電耦合器電路，報警電路，8031時鐘電路，復(fù)位電路等

74、。</p><p>　　由此可得車床伺服系統(tǒng)控制方案，如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4車床伺服系統(tǒng)控制方案圖</p><p><b>　　2.8 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要確定了車床數(shù)控化改造的總體方案，主要從主傳動系統(tǒng)，橫向進給系統(tǒng)，導(dǎo)軌和刀架的部分的改造進行計算，以及數(shù)控系統(tǒng)的類型和

75、計算機系統(tǒng)類型的選擇。</p><p>　　3 C6132 車床數(shù)控化改造機械部分改造設(shè)計與計算</p><p>　　機械部分設(shè)計內(nèi)容包括：傳動元件的設(shè)計計算及選用，運動部件的慣性計算，步進電動機的選擇等。 </p><p>　　3.1 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算</p><p><b>　　已知條件：</b>&

76、lt;/p><p><b>　　工作臺重量：</b></p><p><b>　　加速時間常數(shù)：</b></p><p><b>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：</b></p><p><b>　　快速進給速度：</b></p><p>　　3

77、.1.1切削力計算</p><p>　　由《機床設(shè)計手冊》可知，切削功率</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中, 電動機功率，C6132型車床；</p><p>　　主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.75~0.85，??；</p><p>　　進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 。&

78、lt;/p><p>　　則 </p><p>　　切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或轉(zhuǎn)速）來計算，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　或

79、 （3-3）</p><p><b>　　式中，主切削力;</b></p><p><b>　　切削速度;</b></p><p><b>　　切削轉(zhuǎn)矩;</b></p><p><b>　　主軸速度。

80、</b></p><p>　　設(shè)按最大切削速度來計算，取</p><p>　　則 （3-4）</p><p>　　查《機床設(shè)計手冊》，在一般外圓車削時：</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　取

81、 </p><p>　　3.1.2 滾珠絲杠設(shè)計計算</p><p>　　滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。</p><p>　　計算作用在絲杠上的最大動負荷</p><p>　　首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進給抗力，計算出滾珠絲杠的軸向載荷，</p><p

82、>　　再根據(jù)要求的壽命值計算出滾珠絲杠副應(yīng)能承受的最大動載荷</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　式中，最大動載荷;</b></p><p>　　工作負載，只數(shù)控機床工作時實際作用在滾珠絲杠上的軸向力；</p><p>　　運轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運轉(zhuǎn)取1.2~1

83、.5；有沖擊的運轉(zhuǎn)取1.5~2.5；</p><p>　　硬度系數(shù)，HRC為60時，為1；HRC<60時，>1; </p><p>　　壽命（以轉(zhuǎn)為單位1，如1.5則為150萬轉(zhuǎn)）。壽命L可按下式計算</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中, 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速</p>

84、;<p>　　使用壽命時間，數(shù)控機床取15000h</p><p>　　工作負載的數(shù)值可用《機床設(shè)計手冊》中進給牽引力的實驗公式計算，對于三角形或綜合導(dǎo)軌</p><p>　?。?-8） </p><p><b>　　式中, 切削分力；</b></p><p><b>　　移動部件的重量;

85、</b></p><p>　　考慮顛覆力矩影響的系數(shù)，；</p><p>　　導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，取。</p><p>　　則 </p><p>　　當(dāng)機床以線速度，進給量為，車削直徑為 外圓時，絲杠的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　?。?-9）&l

86、t;/b></p><p>　　則 （3-10）</p><p>　　根據(jù)工作負載、壽命，計算出滾珠絲杠副承受的最大動載荷，取，</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　由查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本或《機床設(shè)計手冊》，選擇絲杠的型號。例如參照

87、某廠滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本，選擇滾珠絲杠的直徑為，型號為,其額定動載荷是,強度足夠用。</p><p><b>　　效率計算</b></p><p>　　根據(jù)《機械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動效率為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中 , 螺紋的螺旋升角，該絲

88、杠為；</p><p><b>　　摩擦角， 約等于。</b></p><p>　　則 </p><p><b>　　3.剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠工作時受軸向力和扭矩的作用，它將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，因滾珠絲杠

89、受扭時引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計，因此，工作負荷引起的導(dǎo)程變化量</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中, 彈性模量，對鋼；</p><p>　　滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底經(jīng)確定）；</p><p><b>　?。?-14）</b></p>

90、<p>　　“+”用于拉升時，“-”用于壓縮時。</p><p>　　則 </p><p>　　絲杠長度上導(dǎo)程變形總誤差</p><p>　　3級精度絲杠允許的螺旋誤差為，因此剛度足夠。</p><p>　　3.1.3 同步帶減速箱設(shè)計</p><p>　　為了滿足

91、脈沖當(dāng)量的設(shè)計要求增大轉(zhuǎn)矩，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負載慣量盡可能的減小，傳動鏈中常采用減速傳動。本設(shè)計中，縱向減速箱采用同步帶傳動。</p><p>　　設(shè)計同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳動的功率P；主動輪轉(zhuǎn)速和傳動比i；傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。</p><p>　　根據(jù)改造經(jīng)驗，C6132車床縱向步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩通常在15-25N·m之間選擇。今初選電動機型號為11

92、0BF003，五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為20N·m，十拍驅(qū)動時步距角為。該電動機的詳細技術(shù)參數(shù)如表3-1所示。</p><p>　　傳動比i的確定 已知電動機的步距角，脈沖當(dāng)量/脈</p><p>　　滾珠絲杠導(dǎo)程。根據(jù)式（3-15）算的傳動比i=1.2。</p><p><b>　　（3-15）</b></p><

93、p>　　表3-1 反應(yīng)式/磁阻式步進電動機的技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（2）主動輪最高轉(zhuǎn)速 由縱向床鞍的最快移動速度:</p><p>　　可以算出主傳動論最高轉(zhuǎn)速：</p><p>　?。?） 確定帶的設(shè)計功率 預(yù)選的步進電動機在轉(zhuǎn)速為1200r/min時，對應(yīng)的步進脈沖頻率為：</p><p>　　當(dāng)脈沖頻率為10000Hz時，

94、電動機的輸出轉(zhuǎn)矩約為3.8 ，對應(yīng)的輸出功率為，今取，取工作情況系數(shù)，則由式，求得帶的設(shè)計功率。</p><p>　　(4) 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計功率和主動輪最高轉(zhuǎn)速，選擇同步帶，型號為L型，節(jié)距。</p><p>　　(5) 確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑 取，則小帶輪節(jié)圓直徑.，當(dāng)達到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時，同步帶的速度為，沒有超過L型帶的極限速度35m/s。</

95、p><p>　　(6) 確定大帶輪的齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑 大帶輪的齒數(shù)</p><p><b>　　，節(jié)圓直徑。</b></p><p>　　(7) 初選中心距、帶的節(jié)線長度、帶的齒數(shù) 初選中心距</p><p>　　，圓整后取，則帶的節(jié)線長度為。選取接近的標(biāo)準節(jié)線長度，相應(yīng)齒數(shù)。</p><p&g

96、t;　　(8) 計算實際中心距a 實際中心距。</p><p>　　(9) 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) ，嚙合齒數(shù)比6大，滿足要求。此處ent表示取整。</p><p>　　(10) 計算基準額定功率 (所選型號同步帶在基準寬度下所允許傳遞的額定功率)： </p><p>　　式中， —帶寬為時的許用工作拉力，查得=244.46N；</p>&l

97、t;p>　　m—帶寬為時的單位長度的質(zhì)量，查得m=0.095kg/m；</p><p>　　—同步帶的帶速，由上述(5)可知；</p><p><b>　　算得：。</b></p><p>　　(11) 確定實際所需同步帶寬度 </p><p>　　式中，—選定型號的基準寬度，查得；</p>&l

98、t;p>　　—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，查得。</p><p>　　由上式算得，查得選定最接近的帶寬。</p><p>　　(12) 帶的工作能力驗算 根據(jù)公式：</p><p>　　算的同步帶額定功率P的精確值：</p><p>　　式中，為齒寬系數(shù)； 。</p><p>　　經(jīng)計算得,而，滿足。因此，帶的工作能

99、力合格。</p><p>　　3.1.4步進電動機的選擇</p><p>　　(1)負載轉(zhuǎn)動慣量的計算</p><p>　　折算步進電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算</p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　式中，折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量</p><

100、;p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；</b></p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動慣量；</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量。</b></p><p>　　對材料為鋼的圓柱形零件，其的轉(zhuǎn)動慣量可按下式計算：</p><p><b>　?。?-17

101、）</b></p><p>　　式中，圓柱零件的直徑；</p><p><b>　　零件軸向長度。</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　(2)總慣量負載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇</p><p>　　根據(jù)能量守恒原理，電動機等

102、效負載轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　如不考慮起動時運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.3，則</p><p>　　對于工作方式為三相六拍的步進電動機

103、</p><p>　　因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高，確定電動機最大靜轉(zhuǎn)矩時應(yīng)滿足快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩的要求</p><p><b>　　（3-20）</b></p><p>　　式中，空載快速起動時所需的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　絲杠預(yù)緊所引起，折算到

104、電動機軸上的附加轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　當(dāng)工作臺快速移動時，電動機的轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　（3-21）</b></p><p>　　由動力學(xué)知， （3-22）</p><p>　　式中 角加速度，計算公式為</

105、p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　式中， 預(yù)加載荷，一般為最大軸向載荷的，即。</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　(3)步進電動機的最高工作效率</p><p><b>　?。?-24）</

106、b></p><p>　　根據(jù)計算綜合考慮，查表選用110BF003型步進電動機。</p><p>　　3.2 橫向進給系統(tǒng)的計算</p><p><b>　　已知條件：</b></p><p><b>　　工作臺重量：</b></p><p><b>　　

107、時間常數(shù)：</b></p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：左旋</p><p><b>　　快速進給速度：</b></p><p>　　由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算與縱向類似，所以計算過程略。</p><p>　　選擇 滾珠絲杠型號 CDM2004LH-2.5-P3</p><p

108、>　　減速帶輪 15齒L型</p><p>　　步進電動機型號110BF003</p><p>　　3.3 車床改造的機械結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　3.3.1 縱向滾珠絲杠</p><p>　　滾珠絲杠必須采用三點支撐方式。步進電動機的布置，可放在絲杠的任意端。由于拆除了進給箱，可在原安裝進給箱處布置不進電動機和減速齒輪。機床改

109、造常采用后一種布置方案。 </p><p>　　在絲杠的左端設(shè)計了一個專用軸承座，采用一個軸套式滑動。軸承作為徑向支承，在滑動軸承的兩側(cè)分別布置一對推力球軸承，承受兩個方向的軸承力。支承短軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套連接在一起。滾珠絲杠的右端通過聯(lián)軸套和減速箱的輸出軸連接，在絲杠托架上布置一個軸套式滑動軸承作為徑向支承，減速箱固定在絲杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母，其與床鞍直接聯(lián)接。</p>&l

110、t;p>　　3.3.2橫向滾珠絲杠</p><p>　　橫向滾珠絲杠也采用三點支承。步進電動機一般都安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢?，布置一根短軸，通過一個聯(lián)軸套與滾珠絲杠連接起來。利用車床原端橫向進給絲杠的滑動軸套作為徑向支承，并對原支承處進行適當(dāng)改裝，布置一對推力球軸承，以實現(xiàn)軸向支承。在遠離操作者的一端，用一個聯(lián)軸套和一個連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來。滾珠螺母直接固定在中滑板上。</

111、p><p>　　3.3.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算和選型</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑以d0（或絲杠外徑d)、導(dǎo)程Lo、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K。</p><p>　　滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母

112、變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。本設(shè)計預(yù)緊方式采用螺紋式預(yù)緊如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 滾珠絲杠副預(yù)緊方式</p><p>　　滾珠循環(huán)方式可為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式可參照表3-3選用。</p><p>　　本設(shè)計循環(huán)方式采用：外循環(huán)滾珠絲杠，螺旋槽式。</p><p><b>　　3

113、.3.4導(dǎo)軌副</b></p><p>　　為減少運動部件移動時的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力床鞍和刀架移動部件的導(dǎo)軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶。</p><p>　　3.3.5主軸脈沖發(fā)生器</p><p>　　改造后的簡易數(shù)控車床需要加工螺母時，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信反饋元件，改造后的簡易數(shù)控車

114、床需要加工螺母時，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個主軸脈沖發(fā)生器目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置。并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所需加工的螺距進行處理。</p><p>　　3.3.6 安裝電動卡盤</p><p>　　為了提高經(jīng)濟型數(shù)控車床的加工效率，還可采用電動三爪自定心卡盤裝置。這種裝置也可與數(shù)控裝置的收發(fā)信號電路相配合，實現(xiàn)自動加緊、松開，提高加工過程的自動化程度。&

115、lt;/p><p><b>　　安裝</b></p><p>　　表3-3 滾珠循環(huán)方式</p><p>　　利用螺母的間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的預(yù)緊力為絲杠副最大負載的13為宜。在實際調(diào)整中，可以把機床處于最大負載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙，或者間隙量小于0.01，而且運轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整預(yù)緊量的判斷標(biāo)準。</p

116、><p>　　傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔應(yīng)按十字分布方式進行配做。這是因為同意聯(lián)軸套上分布的錐銷孔都由同一方向加工時，往往會引起軸心線的直線度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠的傳動性能。</p><p>　　消除齒輪間隙的方法很多，用調(diào)整中心距的方法是最簡單的一種。安裝時將大齒輪所在支撐架轉(zhuǎn)動中心與絲杠對中，首先固定，然后把電動機小齒輪按無間隙嚙合，調(diào)整好中心距，在固定。</p

117、><p>　　滾珠絲杠副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜，都是由專業(yè)化工廠按系列化進行生產(chǎn)。因此，在進行設(shè)備改造時要按廠家生產(chǎn)標(biāo)準進行選擇。選擇合適以后，再決定被改造設(shè)備的其它相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。</p><p>　　主軸脈沖發(fā)生器的引出軸與車床主軸 按1:1無間隙柔性連接傳動，連接后應(yīng)保證兩者有很好的同步性。安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃器件，不能隨意敲打碰撞。使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超

118、過主軸脈沖發(fā)生器的最高需用轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要通過對機械部分的計算，確定了縱向和橫向進給系統(tǒng)，和車床改造的結(jié)構(gòu)的特點，并且提出了電動卡盤安裝調(diào)整時應(yīng)注意的事項。</p><p><b>　　4電氣控制部分設(shè)計</b></p><p&g