數(shù)控車床的改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。經(jīng)改造后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展要求。  本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們對(duì)有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書籍、刊物進(jìn)行大量閱讀,收集了很多資料,了解了數(shù)控機(jī)床的基本概念，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況，數(shù)控機(jī)床的組成及其

2、工作原理，擴(kuò)大了我們的知識(shí)面。  隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。</p><p><b>　　摘 要</b></p&g

3、t;<p>　　摘要:了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)執(zhí)行操作的過(guò)程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。它的優(yōu)點(diǎn)很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴。由于我國(guó)現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動(dòng)化程度低,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個(gè)問(wèn)題,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。

4、本次設(shè)計(jì)主要為縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造方案的確定，各零部件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:數(shù)控、車床、改造、縱向進(jìn)給</p><p><b>　　概 述</b></p><p>　　一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史</p><p>　　1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分

5、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)。</p><p>　　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。 </p><p>　　1、數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）</p&

6、gt;<p>　　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(jiǎn)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。</p>

7、<p>　　2、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）</p><p>　　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，稱之

8、為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU）。</p><p>　　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，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。&l

9、t;/p><p>　　到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)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。</p><p>　　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)外稱為PC-BASED）。</p><p>

10、　　還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)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。</p><p>　　二、數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machine Tools）是指采用數(shù)字形式信息控制機(jī)床。詳言之，凡是用數(shù)字化的代碼將零件加工過(guò)

11、程中所需的各種操作和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量等記錄在程序介質(zhì)上，送入計(jì)算機(jī)或數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)譯碼、運(yùn)算以及處理，控制機(jī)床的刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需要的工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。 </p><p>　　數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批、多變的零件加工問(wèn)題，是一種靈活的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，尤其對(duì)于約占機(jī)械加工總量80%的單件、小批量零件的加工，更顯示出其特有的靈活性。概括起來(lái)，采用數(shù)控機(jī)床有以

12、下幾方面的好處： </p><p>　　①提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； </p><p>　?、谔岣呱a(chǎn)效率，一般約提高效率3～5倍，使用數(shù)控加工中心機(jī)床則可提高生產(chǎn)率5～10倍； </p><p>　?、劭杉庸ば螤顝?fù)雜的零件； </p><p>　　④減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件； </p>

13、<p>　?、萦欣谏a(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動(dòng)化的發(fā)展。 </p><p>　　然而，數(shù)控機(jī)床畢竟是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床，技術(shù)復(fù)雜，成本較高。在實(shí)際采用時(shí)，一定要充分考慮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。目前，選用數(shù)控機(jī)床時(shí)主要考慮以下三種因數(shù)：即單件、中小批量的生產(chǎn)；形狀比較復(fù)雜，精度要求高的加工；產(chǎn)品更新頻繁，生產(chǎn)周期要求短的加工。凡是符合這三種因素之一的情況，采用數(shù)控機(jī)床，對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高

14、經(jīng)濟(jì)效益等，都會(huì)獲得顯著的效果</p><p>　　三、數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度</p><p>　　1. 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍： </p><p>　　根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，一般可按適用程度將零件分為三類：</p><p><b>　?。?）最適用類</b></p><p>

15、;　　1）形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用機(jī)床無(wú)法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件。</p><p>　　2）用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件。</p><p>　　3）有難測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件。</p><p>　　4）必須在依次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸或螺紋等多工序的零件。</p><p>

16、;<b>　?。?）較適用類</b></p><p>　　1）在通用機(jī)床加工時(shí)極易受人為因素（如：情緒波動(dòng)、體力強(qiáng)弱、技術(shù)水平高低等）干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失的零件；</p><p>　　2）在通用機(jī)床上加工時(shí)必須制造復(fù)雜的專用工裝的零件。</p><p>　　3）需要多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件。</p>

17、<p>　　4）在通用機(jī)床上加工需要作長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整的零件。</p><p>　　5）用通用機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動(dòng)強(qiáng)度很大的零件。</p><p><b>　?。?）不適用類</b></p><p>　　1）生產(chǎn)批量大的零件。</p><p>　　2）裝夾困難或完全靠找正定位來(lái)保證加工精度的零件。&l

18、t;/p><p>　　3）加工余量不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無(wú)在線檢測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo)位置的零件。</p><p>　　4)必須用特定的工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件。</p><p>　　2.數(shù)控機(jī)床的加工精度：</p><p>　　看一臺(tái)機(jī)床水平的高低，要看它的重復(fù)定位精度，一臺(tái)機(jī)床的重復(fù)定位精度如果能達(dá)到0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法),就是

19、一臺(tái)高精度機(jī)床，在0.005mm(ISO標(biāo)準(zhǔn).、統(tǒng)計(jì)法)以下，就是超高精度機(jī)床，高精度的機(jī)床，要有最好的軸承、絲杠。 超精密加工目前是指尺寸和位置精度為0.01～0.3μm，形狀和輪廓精度為0.003～0.1μm，表面粗糙度鋼件Ra≤0.05μm、銅件Ra≤0.01μm。國(guó)內(nèi)研制的超精密數(shù)控車床、數(shù)控銑床已投入生產(chǎn)使用。當(dāng)前在品種上需發(fā)展超精密磨床和超精密復(fù)合加工機(jī)床，同時(shí)要進(jìn)一步提升超精密主軸單元、超精密導(dǎo)軌副單元、超精密平

20、穩(wěn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、超精密輪廓控制技術(shù)及納米級(jí)分辨率數(shù)控系統(tǒng)的性能并加快其工程化。 超精密機(jī)床主要用于解決國(guó)內(nèi)高新技術(shù)和國(guó)防關(guān)鍵產(chǎn)品的超精密加工，雖然需求量不很大，但它是一項(xiàng)受國(guó)外技術(shù)封鎖的敏感技術(shù)。另一方面，超精密加工技術(shù)的深化研究，它的成果的下延將有助于需要量大的加工精度在亞微米級(jí)的高精密機(jī)床的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。 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10μm提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從3～5μm，提高

21、</p><p><b>　　數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析</b></p><p>　　1.實(shí)用性。選購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，企業(yè)要有明確的目的和出發(fā)點(diǎn)，首先考慮的是數(shù)控機(jī)床的實(shí)用性?！　?1)數(shù)控機(jī)床規(guī)格、精度的實(shí)用性。在選擇數(shù)控機(jī)床時(shí),首先應(yīng)確定數(shù)控機(jī)床上加工的典型零件。零件的尺寸決定機(jī)床的加工范圍；零件關(guān)鍵部位的精度決定了所選機(jī)床的精度等級(jí)。機(jī)床精度的評(píng)定指標(biāo)較多，因數(shù)控機(jī)床類別

22、而異,但共有的關(guān)鍵項(xiàng)目是定位精度、重復(fù)定位精度以及綜合加工精度。定位精度與傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤差。這些指標(biāo)既反映了伺服機(jī)構(gòu)的剛度,也說(shuō)明了位置反饋測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量。重復(fù)定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點(diǎn)的穩(wěn)定性，傳動(dòng)鏈剛性直接影響重復(fù)定位精度。綜合加工精度指最后加工出來(lái)的工件尺寸與所要求尺寸之間的誤差。選購(gòu)時(shí)應(yīng)避免盲目追求高精度，注意機(jī)床精度與工件精度相匹配。

23、　　(2)數(shù)控系統(tǒng)功能的實(shí)用性。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能, 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。除基本功能以外, 數(shù)控系統(tǒng)還為用戶提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜, 而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中, 性能差別很大,價(jià)格也</p><p>　　2.經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是指選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下, 所支付的“錢”最少或較為合理的。經(jīng)濟(jì)性往往是和實(shí)用性緊密相連的,

24、 機(jī)床選得實(shí)用、經(jīng)濟(jì), 可避免不必要的浪費(fèi), 避免以高代價(jià)換來(lái)功能過(guò)多而又不實(shí)用的較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，避免在操作使用、維護(hù)保養(yǎng)等諸多方面帶來(lái)困難?！　?shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)使用壽命一般為7年, 主要以數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)。同時(shí)還得考慮市場(chǎng)占有率, 市場(chǎng)占有率高的數(shù)控設(shè)備說(shuō)明是旺銷產(chǎn)品, 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定, 一般不會(huì)有太多的質(zhì)量問(wèn)題?！　∵x購(gòu)數(shù)控機(jī)床應(yīng)考慮投資回報(bào), 能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是好機(jī)床。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的主要優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)

25、工序集中，從而提高生產(chǎn)率和加工精度，所以數(shù)控機(jī)床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。多數(shù)中小型企業(yè)購(gòu)買的數(shù)控機(jī)床用于批量生產(chǎn)，因?yàn)榕可a(chǎn)不僅節(jié)省編程、對(duì)刀等輔助時(shí)間，提高機(jī)床利用率；而且對(duì)操作者的技術(shù)要求不高，人工費(fèi)用也相對(duì)較低。所以用于大批量生產(chǎn)的機(jī)床投資回報(bào)較快。少數(shù)產(chǎn)品附加值高，具有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力的企業(yè)，為了生產(chǎn)組織方便而購(gòu)買用于單件生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床。機(jī)床利用率較低時(shí)，不僅要考慮設(shè)備的使用費(fèi)用，比如潤(rùn)滑油、冷卻液、電力消耗等<

26、;/p><p>　　五、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向　　1.繼續(xù)開放式，基于PC的第六代發(fā)展方向，基于PC的所具有的開放性的成本，高可靠性，軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)，生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條路，至少采用PC機(jī)作為他的前端機(jī)來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)絡(luò)通訊等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)擔(dān)任數(shù)控的任務(wù)，PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　2.向高速化和高精度發(fā)展這是適應(yīng)機(jī)

27、床向高速和高精度發(fā)展方向的需要。</p><p>　　3.向智能化方向發(fā)展</p><p>　　隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷深入和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。</p><p>　?。?）.自適應(yīng)控制技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中的一部分重要信息，并自動(dòng)調(diào)整好系統(tǒng)的有關(guān)系數(shù)，達(dá)到改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。</p><p>　?。?）.

28、引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工，將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)以及加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。</p><p>　?。?）.引入故障診斷專家系統(tǒng)。</p><p>　?。?）.智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置，可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　六、數(shù)控化改造的必要性及如何改造進(jìn)行

29、論述</p><p>　　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%，F(xiàn)MC/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）?？梢?jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)

30、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。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床

31、，這種做法具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　2.如何進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造</p><p>　?。?）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”的話題,我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)也從老的行業(yè)進(jìn)

32、入到以數(shù)控技術(shù)為主的新行業(yè)，在美國(guó)、日本和德國(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)稱為機(jī)床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名公司有：bertsche工程公司，orgbon機(jī)床公司等。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改造業(yè)，從事改裝的公司有：大限工程集團(tuán)，山本工程公司等。</p><p>　?。?）數(shù)控化改造的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　1）減

33、小投資額，交貨期短，同購(gòu)置新機(jī)床相比，一般可節(jié)省60%~80%的費(fèi)用，改造費(fèi)用低，特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯，一般大型機(jī)床改造，只要新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)用的1/3，交貨期短，但有些情況比較特殊。如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過(guò)于費(fèi)工費(fèi)錢，往往改造成本提高2~3倍，與購(gòu)置新機(jī)床相比，只能節(jié)約50%左右。</p><p>　　2）機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限制，所利用的床身、立柱等機(jī)床件都是重而堅(jiān)固的鑄造件，兒不是

34、焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高，質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年，但是受到后來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p><p>　　3）可采用最新的控制技術(shù)，可充分利用現(xiàn)有的條件，可以利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，不必像購(gòu)入新設(shè)備時(shí)那樣需要重新構(gòu)建地基。</p><p>　　4）可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時(shí)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改造成為今

35、水平的機(jī)床。</p><p>　　3. 數(shù)控系統(tǒng)的改造型</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇，即步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)，異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)量反饋的閉環(huán)系統(tǒng)以及交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)系統(tǒng)這三種。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)

36、的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，功率步進(jìn)電機(jī)電液脈沖馬達(dá)等，由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副與滾珠絲杠幅驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，只需控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量，速度和運(yùn)動(dòng)方向，這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要取決于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

37、簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低易改裝成功。</p><p>　?。?）異步電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是，由光柵感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給的的值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際值差距等于零為止，閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比

38、開環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)，設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難，但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)，可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求決定是否采用這樣系統(tǒng)。</p><p>　?。?）交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置，它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)內(nèi)部部分元件的誤差，因此它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都比閉環(huán)系

39、統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件的安裝問(wèn)題，當(dāng)前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，如珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司等。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是依據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求。</p><p>　　4、數(shù)控化改造中主要部件的改造探討</p><p>　　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)幅之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙，功率大

40、，便于操作和維修，機(jī)床數(shù)控改造時(shí)，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，才能得到預(yù)期的改造目的。</p><p>　?。?）滑動(dòng)導(dǎo)軌幅對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有的普通車床的導(dǎo)向和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，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。&

41、lt;/p><p>　?。?）齒輪幅一般機(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)床只要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床的加工精度。</p><p>　?。?）滑動(dòng)絲杠和滾珠絲杠，絲杠的傳動(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0拖動(dòng)扭矩要求，以保證機(jī)床的加工精度，一

42、般情況滑動(dòng)絲杠不低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大則應(yīng)更換螺母，采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)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)力距和運(yùn)動(dòng)時(shí)力距相近，因此可以滿足較高精度、零件加工要求。</p><p><b>　?。?）安全防護(hù)</b></p><p>　　改造效果必須以安全為前提，在機(jī)床改造中，要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，滾珠絲杠是精密元件，工作時(shí)

43、要嚴(yán)防灰塵，特別是切削及硬沙粒進(jìn)入滾道，在縱向絲杠上也可以加整體鐵板防護(hù)罩，大托板與滑動(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。</p><p>　　總體方案的制度與比較</p><p>　　一、車床數(shù)控化改造的實(shí)踐準(zhǔn)備及資料收集</p><p>　　在車床數(shù)控化改造這個(gè)工程設(shè)計(jì)之前進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)這一環(huán)節(jié)。在這期間，接觸了大量的數(shù)控化改

44、造實(shí)例，使我對(duì)車床數(shù)控化改造有了初步了解。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對(duì)數(shù)控裝備的要求。</p><p>　　在工程設(shè)計(jì)課題接到手后，借閱了大量關(guān)于普通機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的書籍，通過(guò)借閱這些書籍，了解了普通車床的基本性能參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)與成型數(shù)控車床進(jìn)行比較，明確了設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　二、數(shù)控化改造方案的制定</p><p>　　通過(guò)閱讀資料及參觀

45、成熟數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步擬定以下三個(gè)總體改造方案。</p><p>　　一）方案一，此方案考慮到盡可能保留車床原有功能，減化改造量，做好以下幾個(gè)方面工作。</p><p>　　機(jī)械部分改造：保留原車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，也保留了原有車床的尾座及車身部分，但為了減化操作量，將原車床的刀架換為電動(dòng)刀架。為了便于加工螺紋和絲桿，避免加工螺紋或絲桿時(shí)發(fā)生亂扣現(xiàn)象，在主軸箱內(nèi)配置了與主軸

46、轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送給計(jì)算機(jī)處理。</p><p>　　拆除原進(jìn)給箱中進(jìn)給傳動(dòng)鏈內(nèi)容，改用步進(jìn)電機(jī)作動(dòng)力源，經(jīng)齒輪減速組傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架作縱向進(jìn)給，由此構(gòu)成簡(jiǎn)易的開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　拆除原刀架，安裝電動(dòng)刀架，以減少操作量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。</p><p><b>　　數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)</b></p>

47、<p>　　此方案中采用MCS-51系列中單片機(jī)作為核心芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)運(yùn)算的數(shù)控系統(tǒng)，它能完成設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求的各項(xiàng)功能。</p><p><b>　　方案一的初步評(píng)價(jià)</b></p><p>　　此方案保留了原有車床結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了小部分改造。改造周期短，見(jiàn)效快、成本低是此方案的亮點(diǎn)，但其自動(dòng)化控制程度低，一般適用于生產(chǎn)線上工序較

48、穩(wěn)定的零件的加工。</p><p><b>　　二）方案二</b></p><p>　　此方案改動(dòng)量較大，主要做了以下幾點(diǎn)改造：</p><p>　　1.機(jī)械方面：要求主運(yùn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，采用液壓拔叉和電磁離合器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。保留了原車床的尾座及床身部分。</p><p>　　采用電動(dòng)刀架，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位換刀，提高加工效率，

49、減少輔助時(shí)間。</p><p>　　采用液壓尾座、液壓卡盤，實(shí)現(xiàn)工件的快速夾持，以利于提高生產(chǎn)率。</p><p>　　其他機(jī)械方面的改造與方案一相似，不再贅述。</p><p>　　2.數(shù)控方面：選用成熟的華中系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件合理配置來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。</p><p>　　3.方案二的初步評(píng)價(jià)</p><p>　　此改

50、造方案實(shí)現(xiàn)了車床的全自動(dòng)化控制，無(wú)論是從提高生產(chǎn)率方面考慮，還是從減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度方面考慮均有極大優(yōu)勢(shì)。 但它對(duì)原車床改動(dòng)量太大，必然使其改造周期延長(zhǎng)，改造費(fèi)用大幅上升，改造的經(jīng)濟(jì)性下降，影響它的實(shí)施。</p><p><b>　　三）方案三</b></p><p>　　為進(jìn)一步提高機(jī)床的性能，解決機(jī)械有級(jí)變速的附加問(wèn)題，形成了方案三。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服

51、電機(jī)作主電機(jī)替代原主電機(jī)，并配置相應(yīng)的變頻調(diào)速裝置，以此實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)極平滑變速，其它機(jī)械方面與設(shè)計(jì)方案二相同。</p><p><b>　　方案三的初步評(píng)價(jià)</b></p><p>　　此方案對(duì)原車床的機(jī)械部分改動(dòng)過(guò)大，拆除的部分過(guò)多，外購(gòu)件太多，使得改造費(fèi)用大幅上升，周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢，使改造的經(jīng)濟(jì)性下降，一般中小型企業(yè)不宜采用。</p><p>

52、;　　三、C6150臥式車床數(shù)控化改造總體方案的比較與選擇</p><p>　　此次設(shè)計(jì)是在普通車床上增加數(shù)顯裝置，增加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成NC車床。這設(shè)計(jì)到機(jī)械改造方面和數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)置兩大方面的問(wèn)題，并帶來(lái)附加的電氣與液壓控制系統(tǒng)的更改及設(shè)計(jì)問(wèn)題。</p><p>　　綜合上述對(duì)三個(gè)總體方案的初步評(píng)價(jià)，方案一有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：</p><p><b>

53、　　1.機(jī)械方面：</b></p><p>　　方案一在機(jī)械方面保留了原車床上大部分部件，這樣不僅保留了原車床的加工工藝范圍，并在配置了簡(jiǎn)單數(shù)控系統(tǒng)的條件下，進(jìn)一步擴(kuò)大了加工工藝范圍，在低投入的情況下，達(dá)到了較好的改造經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　適合于中小企業(yè)實(shí)現(xiàn)普通車床NC化。</p><p><b>　　2.數(shù)控配置方面</b>

54、;</p><p>　　方案一在數(shù)控配置上采用MCS-51系列中8031單片機(jī)做成簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)，與機(jī)械方面對(duì)軟件控制系統(tǒng)的要求達(dá)成統(tǒng)一。二方案二方案三對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求過(guò)高，可能造成數(shù)控資源閑置，降低改造經(jīng)濟(jì)性。</p><p><b>　　3.人文方面</b></p><p>　　對(duì)操作者而言，方案一機(jī)械部分改動(dòng)較少，操作者熟悉原機(jī)床，便于操作

55、維修，降低了對(duì)操作者的技術(shù)要求。由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用時(shí)只需短時(shí)間培訓(xùn)，縮短了培訓(xùn)時(shí)間，見(jiàn)效快。</p><p><b>　　4.經(jīng)濟(jì)性方面</b></p><p>　　由于方案一在機(jī)械改造方面改造量小，外購(gòu)件少，可降低改造費(fèi)用，縮短改造周期，交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。</p><p>　　綜合上述優(yōu)勢(shì)，選定方案一

56、為C6150臥式車床數(shù)控化改造方案。</p><p>　　第三章機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　一、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　工件工作臺(tái)重量：W=100kgf=1000N (根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)</p><p>

57、　　時(shí)間常數(shù)：T=25ms</p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=6mm</p><p>　　行程： S=900mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量： 縱向δp1 =0.01mm/step</p><p>　　步距角： α=0.75°/step</p><p>　

58、　快速進(jìn)給速度： Vmax=2m/ min</p><p><b>　　1.切削力計(jì)算：</b></p><p>　　由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率NC=NηK

59、 </p><p>　　式中：電動(dòng)機(jī)功率N=5.5KW</p><p>　　η：一般為0.75~0.8 取η=0.75</p><p>　　K：進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.95</p><p>　　則NC= NηK =5.5×0.75×0.95=3.92KW</p><p><b&g

60、t;　　又因?yàn)?lt;/b></p><p>　　由《金屬切削原理》可知，主切削力：</p><p>　　查表得：CFI=188kg.f/mm2=1880Mpa</p><p>　　XFI=1 YFI=0.75 KFI=1</p><p>　　則再計(jì)算FI如表7-1所示：</p><p>　　表 1

61、 FI計(jì)算結(jié)果 </p><p>　　當(dāng)FI=5953.5N時(shí)，切削深度ap=5mm,走刀量f=0.6mm,以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。</p><p>　　從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可得知，在一般外圓車削時(shí)：</p><p>　　Fx =(0.1~0.6) FI FY= (0.15~0.7) FI</p><

62、p>　　取Fx =0.5 FI=0.5×5953.5=2976.8N</p><p>　　FY=0.6 FI =0.6×5953.5=3572.1N</p><p>　　2.滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中式（6-3）知，綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力：P=KFx+F′(FI +W)</p>&

63、lt;p>　　式中 K=1.15 F′=0.150.18 取為0.17</p><p>　　則 P=1.15×2976.8+0.17(5953.5+1000)</p><p><b>　　=4605.4N</b></p><p><b>　　強(qiáng)度計(jì)算：</b></p>&

64、lt;p>　　壽命值： </p><p>　　取工件直徑D=100mm,查表6-6 得Ti=15000h</p><p>　　查表6-7 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fW=1.2</p><p>　　查表6-8 硬度系數(shù)fH=1.0</p><p><b>　　則</b></p><

65、p>　　根據(jù)最大動(dòng)荷Q的可供選用的滾珠絲杠副型號(hào)有：</p><p>　　W3006 WCh2506 WiL3006 WiL2506 WD3006 N3006 Nch3006 NL3000 ND3006 ND3506</p><p>　　選擇內(nèi)循環(huán)，螺紋式預(yù)緊，基本導(dǎo)程L0=6mm</p><p>　　NL3006型內(nèi)循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母

66、副：</p><p>　　D0=30 螺旋升角λ=3°39′，C=1600kgf</p><p><b>　　效率計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)《機(jī)械原理》中公式（5-5），知絲杠副的傳動(dòng)效率：</p><p>　　式中摩擦角，螺旋升角</p><p><b>　　

67、剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠在受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量</p><p>　?。?-13）式中 彈性模量E,對(duì)鋼E=21×106N/cm2</p><p>　　L0=6mm=0.6cm</p><p><b>　　滾珠絲杠截面積</b></p><p&g

68、t;　　滾珠絲杠因扭矩作用而引起的導(dǎo)程變化量△L1很小，可忽略。</p><p><b>　　即△L=△L1。</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　查表6-9知，一級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15μm/m，故剛度足夠。</p><p><b>　　4）穩(wěn)定

69、性驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠的兩端裝推力軸承，絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不必驗(yàn)算。</p><p>　　3.齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算</p><p><b>　　1）有關(guān)齒輪計(jì)算</b></p><p><b>　　傳動(dòng)比</b></p><p>　　2

70、)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（以下用及公式見(jiàn)表6-30）</p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>　　式中——圓柱零件的直徑（）;</p><p>　　——零件軸向長(zhǎng)度（）。</p><p>　　忽略電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則總的

71、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　3）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力距計(jì)算</p><p><b>　　式中T——時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma</p><p>　　當(dāng)n=nt時(shí)，Ma=Mat</p><p>　　故快速空載啟動(dòng)所需力矩：</p><p>

72、;<b>　　4.步進(jìn)電機(jī)的選擇</b></p><p>　　縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定</p><p>　　Mq___電機(jī)啟動(dòng)力距 ML0___電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力距</p><p><b>　　啟動(dòng)力距取為</b></p><p>　　為滿足最小步距要求，三相六拍工作方式

73、</p><p><b>　　查表T-2知： </b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p><p>　　綜合考慮，查表選用130BF001型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可滿足使用要求</p><p><b>　　脈沖發(fā)生器的選擇</b></p><p>　　加工螺紋或絲桿時(shí)

74、，也保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，須配置主軸脈沖發(fā)生器作為主軸位置信號(hào)的反饋元件，脈沖發(fā)生器，采用同軸安裝，接膠管柔性聯(lián)接意在實(shí)現(xiàn)角位移信號(hào)傳遞的同時(shí)，又能吸收車床主軸的部分振動(dòng)，從而使主軸脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，信號(hào)傳遞準(zhǔn)確，其聯(lián)接方式如下圖：</p><p>　　脈沖發(fā)生器安裝時(shí)須注意：</p><p>　?、傩⌒妮p放，不能有較大的沖擊和振動(dòng)以防損傷光柵盤。</p>

75、<p>　?、谲嚧仓鬏S的轉(zhuǎn)速必須小于主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉(zhuǎn)速以免損壞脈沖發(fā)生器。</p><p><b>　　刀架的選用</b></p><p>　　拆除原手動(dòng)刀架和小托板，安裝由微機(jī)控制的四位電動(dòng)刀架，自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足換刀時(shí)間短，刀具復(fù)定位精度高，刀具存儲(chǔ)量大，刀座占地面積小及安全可靠等特點(diǎn)。在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)數(shù)控改造時(shí)，多采用外購(gòu)直動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架（

76、螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架）。</p><p>　　自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架能自動(dòng)完成抬起、回轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)位、下降、定位、和壓緊。</p><p>　　刀架的抬起利用壓縮彈簧的恢復(fù)力，利用螺紋傳動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成軸向直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到刀架的抬起。</p><p>　　刀架的回轉(zhuǎn)采用微電機(jī)通過(guò)蝸桿渦輪使刀架抬起到一定高度時(shí)，由撥塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)。刀架的選位由刀架位置的偏碼和微機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。<

77、/p><p>　　刀架的下降采用微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于斜面銷的齒輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)，只是下降，壓緊刀架的壓緊力由微機(jī)下降到位后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。</p><p><b>　　拖板箱</b></p><p>　　拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱上裝有固定滾珠絲桿的螺母，并在內(nèi)部設(shè)儲(chǔ)油箱和手壓泵用于潤(rùn)滑絲桿副。</p>&

78、lt;p>　　第四章 電氣控制的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　一、數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成</p><p>　　任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞不直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件由電路概括起來(lái)由以下幾部分組成：</p>

79、<p><b>　　中央處理單元CPU</b></p><p>　　總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB）,地址總線（AB）和控制單元（CB）</p><p>　　存儲(chǔ)器：包括只讀可編程存貯器和隨機(jī)讀寫存貯器。</p><p>　　I/O輸入/輸出接口電路。</p><p>　　其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)

80、算處理和控制各部分電路協(xié)作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應(yīng)用程序和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的橋梁，總線是CPU與存儲(chǔ)器，接口以及其它轉(zhuǎn)換電路鏈接的紐帶是CPU各部分電路進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。</p><p>　　MLS-51系列單片機(jī)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較為普遍，其配套芯片低廉，普及性通用性強(qiáng)，制造方便，完全能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造需要。本方案對(duì)C6150的數(shù)控化改造

81、以8031組成的單片機(jī)作為數(shù)控控制系統(tǒng)。</p><p>　　二、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬┲饕募夹g(shù)特性及硬件配置</p><p>　　中央處理器為8301CPU，系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHZ，存貯器選用8片8K×8位的2764 L=PKOM和8K×8位的6264K4M，監(jiān)控程序和各功能模塊程序固化在2764一塊EPKOM內(nèi)。剩下

82、的一片EPKOM芯片內(nèi)用于存放常用零件的加工程序。這樣安排的好處是更換零件加工程序時(shí)，只需更換一塊芯片即可。調(diào)試程序和運(yùn)行程序的中間數(shù)據(jù)也存放在6264內(nèi)。</p><p>　　I/O接口芯片選用2片8155,2#8155的PA口作為輸出口，向L291輸出Z向電機(jī)的速度，指令PCD也定為輸出口，向其中P0~P2用于微處理，對(duì)Z向電機(jī)速度反饋速度的轉(zhuǎn)向信號(hào)。P3~P1用于對(duì)X向電機(jī)反饋信號(hào)。PB口定義為輸出口向L2

83、P1輸出X向電機(jī)的速度指令。1#8155的PA口PB口定義為輸入口，用于鍵盤信號(hào)的輸入。</p><p>　?。ǘ┐鎯?chǔ)器空間的分配</p><p>　　8000H~8FFFH EPROM 存放監(jiān)控程序</p><p>　　9000H~9FFFH EPROM 存放功能模塊程序</p><p>　　6000H~7FF

84、FH EPROM 存放常用零件加工</p><p>　　4000H~5FFFH SRNM 程序</p><p>　　(三) I/O地址分配</p><p>　　地址 芯片名稱</p><p>　　1FOOH~1FFFH 8155 (1)</

85、p><p>　　BFOOH~BFFFH 8155 (2)</p><p>　　8155內(nèi)部寄存器編址</p><p>　　名稱 8155（1） 8155（2）</p><p>　　命令狀態(tài)寄存器 1FF8H OB

86、FF8H</p><p>　　PA口 1FFYH OBFF9H</p><p>　　PB口 1FFAH OBFFAH</p><p>　　PC口 1FFBH OBF

87、FBH</p><p>　　定時(shí)器低8位寄存器 1FFCH OBFFCH</p><p>　　定時(shí)器高6位寄存器 1FFDH OBFFDH</p><p>　　和2位定時(shí)方式寄存器</p><p><b>　　三、軟件系統(tǒng)</b><

88、/p><p>　　本系統(tǒng)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，使其完成加工中要求的正反轉(zhuǎn)及傳動(dòng)速度。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要模塊如下：</p><p>　　下面介紹其中幾個(gè)主要模塊的設(shè)計(jì)思想</p><p><b>　　1.顯示模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)在零件加工過(guò)程中顯示加工零件的段號(hào)及加工剩余步數(shù)，顯示

89、模塊的功能顯示上述內(nèi)容。在調(diào)用該模塊前要顯示的數(shù)據(jù)已寫入顯示緩沖區(qū)。其流程圖如圖1。</p><p><b>　　2.鍵盤掃描模塊</b></p><p>　　該模塊功能：識(shí)別是否有鍵按下。如有則進(jìn)行鍵譯碼，找出按下的鍵，若無(wú)鍵，按下返回鍵。經(jīng)鍵譯碼如是數(shù)字鍵按下則將鍵值送顯示緩沖區(qū)，若為功能鍵按下則轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的服務(wù)程序。程序流程圖見(jiàn)圖2。</p><

90、;p><b>　　3.圓弧插補(bǔ)模塊</b></p><p>　　該模塊的功能完成圓弧插補(bǔ)計(jì)算，入口參數(shù)：K1、R2分別為動(dòng)點(diǎn)Kij的坐標(biāo) ，Ui物態(tài)為圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo) 為動(dòng)點(diǎn)K的偏差，初值為出口參數(shù)，A中，為 坐標(biāo)運(yùn)算完成，標(biāo)志置1，系統(tǒng)中圓弧加工分8個(gè)走向，由圓弧加工的數(shù)控字中給出確定圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)的橫向步數(shù)和縱向步數(shù)。并且給出步數(shù)表示的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，偏差計(jì)算為負(fù)值時(shí)，走縱向電機(jī)步進(jìn)

91、支路，縱向步數(shù)遞增，偏為正，走橫向電機(jī)步進(jìn)支路，橫向步數(shù)，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度遞減。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)控制模塊</b></p><p>　　該模塊功能是判斷步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，然后按順序輸出控制脈沖。</p><p><b>　　第五章 其它</b></p><p>　　一、齒輪傳動(dòng)消除間

92、隙的方法</p><p>　　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于自動(dòng)變向狀態(tài)，如果齒輪幅存在間隙，反向時(shí)就會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滯后于指令系統(tǒng)，從而影響加工精度，因此必須采用措施消除齒輪傳動(dòng)幅中的間隙，以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度。</p><p>　　1.直齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙消除方法</p><p>　　（1）偏向軸承調(diào)整法，在這種消除間隙的方法中，其中一個(gè)齒輪裝在

93、偏心套上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套相對(duì)齒輪的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。</p><p>　?。?）軸向墊片調(diào)整法：兩個(gè)嚙合的齒輪，其分度圓齒厚沿軸線方向略有錐度，利用軸向墊片使其中一個(gè)齒輪沿軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)墊片厚度應(yīng)使得兩齒輪之間既消除間隙，又運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。</p><p>　　（3）雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法</p>

94、;<p>　　這種方法可消除一對(duì)相嚙合齒輪的齒側(cè)間隙，其中一個(gè)是寬齒輪，另一個(gè)是由兩片齒輪組成，安裝時(shí)，使一片齒輪的齒左側(cè)及另一片齒輪的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪的齒槽左右兩側(cè)，并用螺釘彈簧力使兩片齒輪緊固。正轉(zhuǎn)時(shí)，另一片齒輪與寬齒輪嚙合，傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。這樣錯(cuò)齒后就消除了齒側(cè)間隙，正反轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)間隙。</p><p>　　雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法的結(jié)構(gòu)有螺釘固定式的，有 向彈簧式的等，本設(shè)計(jì)中就采用了

95、第三種方法消除間隙。</p><p>　　2.斜齒圓柱齒輪和直齒錐齒輪間隙消除方法</p><p>　　斜齒圓柱齒輪和直齒錐齒輪傳動(dòng)件，消除齒側(cè)間隙的原理，基本與上述直齒圓柱齒輪的消防方法相似。其結(jié)構(gòu)形式有利于雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法和軸向壓簧調(diào)整法，可根據(jù)數(shù)控機(jī)床的使用要求合理地選取和設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　二、潤(rùn)滑與密封</b><

96、;/p><p>　　潤(rùn)滑的作用是減少摩擦，降低溫升，并與密封裝置一起保護(hù)軸承不受到外物的損失與腐蝕。潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負(fù)荷。如果選擇的合適，可以降低軸承的工作溫度和延長(zhǎng)使用壽命。</p><p>　　滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑基于彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論。滾動(dòng)體和滾道接觸處壓強(qiáng)很高，會(huì)產(chǎn)生接觸變形。接觸區(qū)是一小塊面積的接觸，而不是一條線或一個(gè)點(diǎn)的接觸。潤(rùn)滑劑在高壓下坐壓縮，粘度急劇升

97、高。瞬時(shí)局部高粘度的油可以在接觸區(qū)形成油膜，把滾動(dòng)體和滾道隔開。滾動(dòng)體與滾道的接觸面積很小，所以需要的潤(rùn)滑劑也很少。</p><p>　　滾動(dòng)軸承可以用潤(rùn)滑脂或潤(rùn)滑油潤(rùn)滑。在速度較低時(shí)，用脂潤(rùn)滑比用油潤(rùn)滑溫升低，速度較高時(shí)用油潤(rùn)滑較好。</p><p>　　密封主要就是防止油外泄和塵埃屑末等進(jìn)入。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&

98、lt;/p><p>　　[1].羅永順主編,機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5； [2].廖效果、朱啟逑主編，數(shù)字控制機(jī)床，-武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.7； [3].顧維邦主編，金屬切削機(jī)床概論，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.7； [4].孔凡才編著，自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)（第三版），-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.7；</p><p>

99、;　　[5].張新義主編，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)，-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.7；</p><p>　　[6].陳嬋娟主編，車床設(shè)計(jì)，-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.3；[7].關(guān)穎主編，數(shù)控應(yīng)用技術(shù)，-成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.8；</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題的主要任務(wù)是完成對(duì)

100、普通車床的數(shù)控化改造，當(dāng)然，數(shù)控化改造并不是簡(jiǎn)單的裝上數(shù)控裝置就行了，它是一項(xiàng)繁瑣的工作。我們的設(shè)計(jì)和改造任務(wù)主要包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的改造設(shè)計(jì)，通過(guò)改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。</p><p>　　應(yīng)該來(lái)說(shuō)，對(duì)普通車床的數(shù)控化改造具有一定的經(jīng)濟(jì)性和可行性。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來(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)，

101、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。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們也學(xué)到了很多東西，我們通過(guò)查閱大量的資料，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，這樣既溫故了我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，又培養(yǎng)了我們一種獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，對(duì)今后的工作必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。</p><p>　　在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中