課程設(shè)計(jì)-ca6163普通車床數(shù)控化改造

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課題為CA6163普通車床數(shù)控化改造縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是未來工廠自動(dòng)化的基礎(chǔ)。舊機(jī)床數(shù)控化改造范圍大、潛力大、投資少、見效快，已經(jīng)成為適合我國(guó)國(guó)情，促進(jìn)制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要手段。因此，數(shù)控系統(tǒng)改造車床的研究具有重要意義。</p><p>　　機(jī)械制造業(yè)是國(guó)家工業(yè)體系的重要基礎(chǔ)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要

2、組成部分，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志之一。本文在敘述了數(shù)控技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過對(duì)舊機(jī)床的分析，結(jié)合機(jī)床改造的總體思想，提出了數(shù)控化改造的技術(shù)方案和新數(shù)控系統(tǒng)的選型配置方案;針對(duì)舊機(jī)床的要求，進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候具體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算。比如：導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型、滾珠絲杠螺母副的選型與計(jì)算。還進(jìn)行了進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算、驅(qū)動(dòng)電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接、驅(qū)

3、動(dòng)電機(jī)與進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析等。提高了傳動(dòng)的精度，重新設(shè)計(jì)機(jī)床的控制邏輯，通過對(duì)伺服系統(tǒng)的分析，完成了機(jī)床各主要參數(shù)的優(yōu)化和匹配。</p><p>　　本機(jī)床改造后將會(huì)展示出強(qiáng)大的功能、穩(wěn)定的性能，將完全符合機(jī)床的技術(shù)規(guī)格和精度標(biāo)準(zhǔn)，加工出合格的零件，大大提高了車床的性能，是一次有益的嘗試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：CA6163;機(jī)床;改造;數(shù)控系統(tǒng)。 </p>&

4、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1數(shù)控機(jī)床的歷史和現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向2</p><p>　　1.2.1高速度、高精度化3</p><p>

5、　　1.2.2多功能化4</p><p>　　1.2.3智能化5</p><p>　　1.2.4數(shù)控系統(tǒng)小型化5</p><p>　　1.2.5數(shù)控編程自動(dòng)化6</p><p>　　1.2.6更高的可靠性6</p><p>　　1.3床數(shù)控化改造的必要性6</p><p>　　2 機(jī)

6、床改造的任務(wù)及總體思想8</p><p>　　2.1機(jī)床改造的總體任務(wù)8</p><p>　　2.2運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案確定8</p><p>　　2.2.1縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求8</p><p>　　2.2.2傳動(dòng)方式的選擇9</p><p>　　2.3數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)9</p>&

7、lt;p>　　2.4數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.5數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)10</p><p>　　3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算11</p><p>　　3.1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量11</p><p>　　3.2切削力的確定(縱向)11</p><p>　　3.3計(jì)算進(jìn)給牽引力(縱向)11</

8、p><p>　　3.4計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C(縱向)12</p><p>　　3.5傳動(dòng)效率計(jì)算(縱向)13</p><p>　　3.6剛度計(jì)算(縱向)14</p><p>　　3.7進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算14</p><p>　　3.7.1確定傳動(dòng)比(縱向)14</p><p>　　3.7.2齒

9、輪參數(shù)的計(jì)算(縱向)14</p><p>　　3.8步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用15</p><p>　　3.8.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算(縱向)15</p><p>　　3.8.2電機(jī)力矩的計(jì)算(縱向)16</p><p>　　3.9步進(jìn)電機(jī)的選擇18</p><p><b>　　結(jié)論19</b>&

10、lt;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn):20</b></p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展</p><p>　　隨著科學(xué)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來

11、越合理，其性能、精度和效率日趨提高，因此對(duì)加工機(jī)械產(chǎn)品零部件的生產(chǎn)設(shè)備---機(jī)床也相應(yīng)的提出了高性能、高精度和高自動(dòng)化的要求。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼、運(yùn)算，發(fā)

12、出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。其與與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：1.適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件;在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí),只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工;2.加工精度高;3.生產(chǎn)效率高;4.減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善勞動(dòng)條件;5.良好的經(jīng)濟(jì)效益;6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。</p><p>　　采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，最早是40年代初提出

13、的。當(dāng)時(shí)，美國(guó)北密執(zhí)安的一個(gè)小型飛機(jī)承包商派爾遜斯公司在制造飛機(jī)框架和直升飛機(jī)的機(jī)翼葉片時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，并考慮了刀具半徑對(duì)加工路徑的影響，使得加工精度達(dá)到10.03 81mm，這在當(dāng)時(shí)水平是相當(dāng)高的。</p><p>　　1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院成功地研制出一臺(tái)3坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的試驗(yàn)型數(shù)控銑床，這是公認(rèn)的世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，當(dāng)時(shí)的電子元件是電子管。</p>

14、<p>　　1959年，開始采用晶體管元件和印制線路板，出現(xiàn)了帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為加工中心.</p><p>　　從1960年開始，其他一些工業(yè)國(guó)家，比如德國(guó)、日本等也陸續(xù)開發(fā)生產(chǎn)出了數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　1965年，數(shù)控裝置開始采用小規(guī)模集成電路，使數(shù)控裝置的體積減小，功耗降低，可靠性提高.但仍然是硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>

15、　　1967年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的柔性制造單元。</p><p>　　1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了用小型計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床。這是第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　1974年，微處理器直接用于數(shù)控系統(tǒng)，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　80年代初，國(guó)際上出

16、現(xiàn)了以加工中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢測(cè)裝置的柔性制造單元。柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的必經(jīng)階段和基礎(chǔ)。</p><p>　　我國(guó)從1958年開始研究數(shù)控技術(shù)，直到60年代中期處于研制、開發(fā)階段。1965年，國(guó)內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。60年代初到70年代初研制成功X53K-1G數(shù)控銑床、CJK-18數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。從70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、銼、磨

17、、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平低，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性問題沒有得到解決，因此未能廣泛推廣。這一時(shí)期，數(shù)控線切割機(jī)床由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，在模具加工中得到了推廣。80年代我國(guó)先后從日本、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)了部分?jǐn)?shù)控裝置和伺服系統(tǒng)技術(shù)，并于1981年在我國(guó)開始批量生產(chǎn)。在此期間，我國(guó)在引進(jìn)、消化吸收的基礎(chǔ)上，跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了一些高檔的數(shù)

18、控系統(tǒng)，如多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、分辨率為0.02um的高精度數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)等。為了適應(yīng)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)不同層次的需要，我國(guó)開發(fā)出了多種經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)建立了中、低檔數(shù)控機(jī)床為主的產(chǎn)業(yè)體系，90年代主要發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向</p><p>　　我國(guó)雖然是全世界機(jī)床擁有量最多的國(guó)

19、家，但機(jī)床數(shù)控化率低，則已有數(shù)控機(jī)床利用率低，開動(dòng)率低。隨著國(guó)外的數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的制造技術(shù)的引進(jìn)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的研究、生產(chǎn)和推廣工作也取得進(jìn)展，必將對(duì)我國(guó)的各行各業(yè)的技術(shù)改造起到積極的推動(dòng)作用。雖然從縱向看我國(guó)的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國(guó)外對(duì)比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。主要表現(xiàn)在：精度、效率、自動(dòng)化上存在一定差距；主機(jī)設(shè)計(jì)基本功差，缺乏創(chuàng)新，模塊化設(shè)計(jì)少

20、，尚未建立自己的品牌效應(yīng)；功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低，重要基礎(chǔ)元部件、NC系統(tǒng)主要依靠進(jìn)口；缺乏深入系統(tǒng)的科研工作，設(shè)計(jì)、試驗(yàn)手段較落后；在NC車床的產(chǎn)品水平和總體技術(shù)水平上，特別高精尖技術(shù)方面差距明顯。努力方向包括狠抓根本，解決主機(jī)、元部件先進(jìn)性</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的數(shù)

21、控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)、機(jī)床及結(jié)構(gòu)等提出了更高的性能指標(biāo)。隨著FMS的迅速發(fā)展和CMS的不斷成熟，又將對(duì)數(shù)控機(jī)床的可靠性、通訊功能、人工智能和自適應(yīng)控制等技術(shù)提出了更高的要求。隨著微電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)性能日益完善，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床正在不斷采用最新技術(shù)成就，朝著高速度化、高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化與高可靠性等方向發(fā)展。</p><p>　　1.2.1 高速度、高精度化

22、</p><p>　　速度和精度是數(shù)控機(jī)床的兩個(gè)重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，特別是在超高速切削、超精密加工技術(shù)的實(shí)施中，它對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸位移速度和定位精度提出了更高的要求:另外，這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)又是互相制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床配備了高性能的數(shù)控系統(tǒng)及伺服系統(tǒng)，分辨率可達(dá)到lum,0.lum, 0.0lum。為實(shí)現(xiàn)更高速度、更高精度的指標(biāo)，自前主要在下述幾方面

23、采取措施和進(jìn)行研究。</p><p>　?。?）數(shù)控系統(tǒng)。采用位數(shù)、頻率更高的微處理器，以提高系統(tǒng)的基本運(yùn)算速度。目前己由8位CPU過渡到16位和32位CPU，并向64位CPU發(fā)展，頻率已由原來的5MHz提高到16MHz, 20MHz和32MHzo同時(shí)也采用了超大規(guī)模的集成電路和多種微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補(bǔ)運(yùn)算的速度和精度。</p><p>　　(2) 伺服驅(qū)動(dòng)系

24、統(tǒng)。隨著超高速切削、超精密加工等先進(jìn)工藝的提出，使得在旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)加滾珠絲杠的傳統(tǒng)機(jī)械進(jìn)給機(jī)構(gòu)已無法實(shí)現(xiàn)。為此采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)的零傳動(dòng)直線伺服進(jìn)給方式，將極大地提高機(jī)床直線進(jìn)給的各項(xiàng)伺服性能指標(biāo)， 特別是高速度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是以往任何伺服機(jī)構(gòu)無法比較的。</p><p>　　(3) 前饋控制技術(shù)。過去的伺服系統(tǒng)是將位置指令值與所檢測(cè)到的實(shí)際值比較，所得的差乘以位置環(huán)的增益，其積再作為速度指令去控

25、制電動(dòng)機(jī)。由于這種控制方式總是存在著位置跟蹤滯后誤差，即當(dāng)進(jìn)給速度為F時(shí)，其伺服系統(tǒng)的最終滯后位F/G，這使得在加工拐角及圓弧切削時(shí)加工精度惡化。所謂前饋控制，就是在原來的控制系統(tǒng)上加上速度指令的控制方式，這樣將使位置跟蹤滯后誤差大大減小，以改善拐角切削加工精度。</p><p>　　(4) 機(jī)床動(dòng)、靜摩擦的非線性補(bǔ)償控制技術(shù)。機(jī)床動(dòng)、靜摩擦的非線性會(huì)導(dǎo)致機(jī)床爬行。除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采取措施降低靜摩擦外，新型的數(shù)控

26、伺服系統(tǒng)具有自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)、靜摩擦非線性的控制功能。</p><p>　　(5) 伺服系統(tǒng)的速度環(huán)和位置環(huán)均采用軟件控制。由于采用軟件控制具有較高的柔性，適應(yīng)不同類型的機(jī)床對(duì)不同精度及速度的要求，進(jìn)行加、減速性能的調(diào)整，并能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，以滿足高性能控制的要求。</p><p>　　(6) 采用高分辨率的位置檢測(cè)裝置。如高分辨率的脈沖編碼器，內(nèi)</p><p&

27、gt;　　裝微處理器組成的細(xì)分電路，使得分辨率大大提高。</p><p>　　(7〕補(bǔ)償技術(shù)得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件補(bǔ)償功能對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行多種補(bǔ)償，以提高機(jī)床的位置精度和動(dòng)態(tài)伺服性能，如軸向運(yùn)動(dòng)定點(diǎn)誤差補(bǔ)償、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、齒輪間隙補(bǔ)償、熱變形補(bǔ)償和空間誤差補(bǔ)償?shù)取?lt;/p><p>　　(8) 高速大功率電主軸的應(yīng)用。由于在超高速加工中.對(duì)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速提出

28、了極高的要求，傳統(tǒng)的齒輪變速主傳動(dòng)系統(tǒng)已不能適應(yīng)其要求。為此，采用了所謂內(nèi)裝式電動(dòng)機(jī)主軸，簡(jiǎn)稱電主軸。它是采用主軸電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，即采用外殼電動(dòng)機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，即機(jī)床主軸單元的殼體就是電動(dòng)機(jī)座。實(shí)現(xiàn)了變頻電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸一體化，以適應(yīng)主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。</p><p>　　(9) 超高速切削刀具的應(yīng)用。為適應(yīng)超高速加工要求， 目

29、前陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。</p><p>　　(10) 配置高速、強(qiáng)功能的內(nèi)裝式可編程控制器(ProgrammableL ogicController，簡(jiǎn)稱PLC)。以提高PLC的運(yùn)行速度，滿足數(shù)控機(jī)床高速加工的要求。新型的PLC具有專用的CPU，基本指令執(zhí)行時(shí)間達(dá)0. 2us/步，可編程步數(shù)可擴(kuò)大到16000步以上。利用PLC的高速處理功能，將CNC與PLC之間有機(jī)地結(jié)合起來，能夠滿足數(shù)控機(jī)床

30、運(yùn)行中的各種實(shí)時(shí)控制要求。</p><p><b>　　1.2.2多功能化</b></p><p>　　(1) 數(shù)控機(jī)床采用一機(jī)多能，提高了設(shè)備利用率。配有自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)的各類加工中心，能在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)銑削、銼削、鉆削、車削、鉸孔、擴(kuò)孔、攻螺紋，甚至磨削等多種工序的加工。工件一經(jīng)裝夾，各種工序和工藝加工過程集中到同一臺(tái)設(shè)備上完成，從而避免了工件多次裝夾所造成的定

31、位誤差，確保零件的形位公差，減少裝夾輔助時(shí)間，減少設(shè)備臺(tái)數(shù)和占地面積。為了進(jìn)一步提高工效，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用了多主軸、多面體切削，即同時(shí)對(duì)一個(gè)零件的不同部位進(jìn)行不同方式的切削加工，如各類五面體加工中心。</p><p>　　(2) 前臺(tái)加工、后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級(jí)中斷控制方式，可以在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行零件加工和程序編制，實(shí)現(xiàn)所謂的前臺(tái)加工后臺(tái)編輯.即操作者可在機(jī)床進(jìn)入自動(dòng)循環(huán)加工

32、的空余期間，同時(shí)利用數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤和CRT進(jìn)行零件加工的編制，并利用CRT進(jìn)行動(dòng)態(tài)圖形模擬顯示及所編程序的加工軌跡，進(jìn)行程序的調(diào)試和修改，以充分提高工作效益和機(jī)床利用率。</p><p>　　(3) 具有更高的通信功能。為了適應(yīng)FMC,F MS以及進(jìn)一步聯(lián)網(wǎng)組成CIMS的要求，一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有RS-232C和RS-422高速遠(yuǎn)距離串行接口，可以按照用戶級(jí)的格式要求，同上一級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行多種數(shù)據(jù)交換。高檔的數(shù)控系

33、統(tǒng)應(yīng)有的DNC接口，可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制?，F(xiàn) 代 數(shù) 控機(jī)床，為了適應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，滿足工廠自動(dòng)化規(guī)模越來越大的要求，滿足不同廠家不同類型數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)的需要，采用了MAP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MAP3.0 版本，為現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)入FMS和C工MS創(chuàng)造了條件。</p><p><b>　　1.2.3智能化</b></p>

34、;<p>　　(1) 引進(jìn)自適應(yīng)控制技術(shù)。自適應(yīng)控制的目的是要求在隨機(jī)變化的加工過程中，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)加工過程中所測(cè)得的工作狀態(tài)、特性，按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)自動(dòng)校正自身的工作參數(shù)，己達(dá)到或接近最佳工作狀態(tài)。由于在實(shí)際加工過程中，大約有30余種變量直接和間接影響加工效果，如工件毛坯余量不勻、材料硬度不一致、刀具磨損、工件變形、機(jī)床熱變形、化學(xué)親和力的大小、切削液的粘度等，難以用最佳參數(shù)進(jìn)行切削。而自適應(yīng)控制系統(tǒng)則能根據(jù)切削條件的

35、變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作參數(shù)，如伺服進(jìn)給參數(shù)、切削用量等，使加工保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時(shí)也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。</p><p>　　(2) 故障自診斷、自修復(fù)功能。主要是利用CNC系統(tǒng)的內(nèi)裝程序?qū)崿F(xiàn)在線診斷，即在整個(gè)工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時(shí)對(duì)CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故障時(shí)，立即采用停機(jī)等措施，并通過了CRT進(jìn)行故障報(bào)警、提示發(fā)

36、生故障的部位、原因等。并利用冗余技術(shù)，自動(dòng)使故障模塊脫機(jī)，而接通備用模塊，以確保在無人化工作環(huán)境的要求。為實(shí)現(xiàn)更高的故障診斷要求，最近又提出了人工智能專家診斷系統(tǒng)，它主要由知識(shí)庫、推理機(jī)和人機(jī)控制器三部分組成。</p><p>　　(3) 刀具壽命自動(dòng)檢測(cè)更換。利用紅外、聲發(fā)射、激光等各種檢測(cè)手段，對(duì)刀具和工件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)工件超差、刀具磨損、破損，進(jìn)行及時(shí)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償或更換備用刀具，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。</

37、p><p>　　(4) 進(jìn)行模式識(shí)別技術(shù)。應(yīng)用圖像識(shí)別和聲控技術(shù)，使機(jī)器自己辨認(rèn)圖樣，按照自然語音命令進(jìn)行加工。</p><p>　　1.2.4數(shù)控系統(tǒng)小型化</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)體積小型化便于將機(jī)、電裝置融合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印制電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度的安裝，可以較大的縮小了系統(tǒng)的占有空間。此外，用新型的TFT

38、彩色液晶薄膜型顯示器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陰極射線管CRT，即可使數(shù)控操作系統(tǒng)進(jìn)一步小型化。這樣可更方便地將它安裝在機(jī)床設(shè)備上，更便于對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作使用。</p><p>　　1.2.5數(shù)控編程自動(dòng)化</p><p>　　由于微處理機(jī)的應(yīng)用，使數(shù)控編程從脫機(jī)編程發(fā)展到在線編程，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話，給程序編輯、調(diào)試、修改帶來了極大的方便。并進(jìn)一步采用了前臺(tái)加工后臺(tái)編輯的前后臺(tái)功能，使數(shù)控機(jī)床的利用率得到

39、更大的發(fā)揮。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CAD被彈入圖形交互式自動(dòng)編程已得到應(yīng)用，它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，自動(dòng)生成NC零件加工程序，實(shí)現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，目前又出現(xiàn)了CAD/CAPP/CAM集成的全自動(dòng)編程方式，它與CAD/CAM系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參數(shù)不必有人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫獲得。另外，還出現(xiàn)了測(cè)量、編程、加工一體化系統(tǒng)。它是通過激光快速掃描成型系統(tǒng)、三坐

40、標(biāo)測(cè)量機(jī)等對(duì)樣機(jī)零件進(jìn)行測(cè)量，并把所測(cè)得數(shù)據(jù)直接送入計(jì)算機(jī)內(nèi)，一方面通過CAD系統(tǒng)而獲得樣機(jī)零件圖樣，另一方面通過數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)，將其處理生成NC加工程序，然后通過通信接口送入數(shù)控機(jī)床，進(jìn)行控制自動(dòng)加工。</p><p>　　1.2.6更高的可靠性</p><p>　　數(shù)控機(jī)床工作的可靠性是用戶最關(guān)注的主要指標(biāo)，它主要取決于數(shù)控系統(tǒng)和各伺服驅(qū)動(dòng)單元的可靠性，為提高可靠性，目前主要在以下幾

41、個(gè)方面采取措施。</p><p>　　(1) 提高系統(tǒng)硬件質(zhì)量.采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)模和超大規(guī)模的專用機(jī)混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，精簡(jiǎn)外部連線和降低功耗，對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選，采用高質(zhì)量的多層印制電路板，實(shí)行三維高密度安裝工藝，并經(jīng)過必要的老化、振動(dòng)等有關(guān)考機(jī)試驗(yàn)。</p><p>　　(2) 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同

42、時(shí)采用硬件結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，既提高了硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。</p><p>　　(3) 增強(qiáng)故障自診斷、自恢復(fù)和保護(hù)功能。通過自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)診斷、在線診斷、離線診斷等多種自診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。利用報(bào)警提示，及時(shí)排除故障;利用容錯(cuò)技術(shù)，對(duì)重要部件采取冗余設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)故障自恢復(fù);利用各種測(cè)試、監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)產(chǎn)生超程、刀損、干擾、斷電等各種意外事件時(shí)

43、，自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。</p><p>　　1.3機(jī)床數(shù)控化改造的必要性</p><p>　　從微觀上看數(shù)控機(jī)床相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性。這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的特性。</p><p>　　(1) 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床無法加工的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)量，就可以復(fù)合成復(fù)雜</p><

44、;p><b>　　的曲線和曲面。</b></p><p>　　(2) 可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，且是柔性自動(dòng)化，效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍。計(jì)算機(jī)可以將輸入的程序記憶和存儲(chǔ)，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。傳統(tǒng)機(jī)床可以靠凸輪或擋塊等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，稱之為剛性自動(dòng)化。但凸輪制造及調(diào)整比較費(fèi)時(shí)，只有進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)才經(jīng)濟(jì)合理。而數(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

45、而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動(dòng)化，稱之為“柔性自動(dòng)化”。</p><p>　　(3)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”。加工過程自動(dòng)化，不受人的情緒高低和疲勞因素的影響。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)進(jìn)行刀具壽命管理，不會(huì)因?yàn)榈毒吣p而影響工件精度和一致性。此外數(shù)控系統(tǒng)中增加了機(jī)床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ?，使加工精度得到進(jìn)一步提高。</p><p>　　(4) 可實(shí)現(xiàn)多工序的

46、集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)是自動(dòng)化帶來的效果(可以自動(dòng)更換刀具)。如加工中心在工件裝夾后，可實(shí)現(xiàn)鉆、銑、鏗、攻絲、擴(kuò)孔等多工序的加工?，F(xiàn)在己出現(xiàn)其他工序集中的機(jī)床、如車削中心、車銑中心、磨削中心等。</p><p>　　(5) 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)間無人加工。在配備多種傳感器條件下，工人只工作8小時(shí)，而機(jī)床可工作24小時(shí)，勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和生產(chǎn)周期的縮短等效益是非常

47、明顯的。</p><p>　　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)。</p><p>　　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年代初己開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))的技術(shù)改造，除采用數(shù)控機(jī)床外、還包括推行CAD, CAE,CAM及MI

48、S(管理信息系統(tǒng))、CMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))。以及在其產(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(稱之為信息化)，最終使得產(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)，而我國(guó)在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家落后約20年，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性和迫切性。</p><p>　　從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床

49、在引進(jìn)、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量的開發(fā)工作，到1995年底，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的可供品種己超過300種，其中數(shù)控車床占40%以上。但是大型臥式銼銑床由于其精度高，加工零件曲線的不規(guī)則，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床結(jié)構(gòu)等方面要求都高，目前國(guó)內(nèi)的大部分均采用昂貴的進(jìn)口設(shè)備。</p><p>　　2 機(jī)床改造的任務(wù)及總體思想</p><p>　　2.1機(jī)床改造的總體任務(wù)</p><p

50、>　　進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：此部分為設(shè)計(jì)計(jì)算部分，用以確定脈沖當(dāng)量，進(jìn)給牽引力，選擇絲杠螺母副，計(jì)算傳動(dòng)效率，確定傳動(dòng)比，選擇伺服電機(jī)等，并繪制改造后機(jī)床的總裝配圖及箱體。</p><p>　　2.2運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案確定</p><p>　　2.2.1縱向伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　伺服系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)：<

51、;/p><p>　　開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置的控制指令直接通過驅(qū)動(dòng)裝置控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成刀架或工作臺(tái)的位移。這種控制系統(tǒng)由于沒有檢測(cè)反饋校正，位移精度一般不高，但其控制方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。</p><p>　　閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱全閉環(huán)控制系統(tǒng)，其檢測(cè)裝置安裝在機(jī)床刀架或工作臺(tái)等執(zhí)行部件上，用以直接檢測(cè)這些執(zhí)行部件的實(shí)際運(yùn)行位置（直線位移），并將其

52、與CNC裝置的指令位置（或位移）相比較，用差值進(jìn)行控制。但是，由于很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)包含在閉環(huán)控制的環(huán)路中，各部件的摩擦性，剛性等都是非線性量，直接影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，因此，閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)速都有很大難度。所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)主要用于精度要求高的場(chǎng)合。</p><p>　　半閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的檢測(cè)元件裝在電機(jī)或者絲杠的端頭，通過測(cè)量伺服電機(jī)的角位移間接計(jì)算出機(jī)床工作臺(tái)等執(zhí)行部件的實(shí)際位置（或位移），然后進(jìn)行反饋控制

53、。由于將絲杠螺母副及機(jī)床工作臺(tái)等大慣量環(huán)節(jié)排除在閉環(huán)控制系統(tǒng)之外，不能補(bǔ)償他們的運(yùn)動(dòng)誤差，精度受到影響，但系統(tǒng)穩(wěn)定性有所提高，調(diào)試比較方便、價(jià)格也較全閉環(huán)系統(tǒng)便宜。</p><p>　　本次改造由于使用步進(jìn)電機(jī)，所以可以選擇開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)必須保證由數(shù)控裝置發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換成速度符合要求的相應(yīng)角位移或直線位移，帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工件加工的需要，在

54、機(jī)床上各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的數(shù)字控制可以是相互獨(dú)立的，也可以是聯(lián)動(dòng)的?？傊?，數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的要求集中在精度、穩(wěn)定、和快速響應(yīng)三個(gè)方面。為滿足這種要求，首先需要高性能的伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)也需要高質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)與之匹配。為提高進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能主要采取以下措施：</p><p>　　(1)提高系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)剛度</p><p>　?。?）采用低而穩(wěn)定的摩擦傳動(dòng)副 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)多采用剛度

55、高摩擦因數(shù)小而穩(wěn)定的滾動(dòng)摩擦副，如滾珠絲杠螺母副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等。</p><p>　?。?）慣量匹配 最佳慣量匹配目的是為保證伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作性能和滿足傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)控制指令的快速響應(yīng)的要求。</p><p>　　（4）提高傳動(dòng)件精度 高質(zhì)量的機(jī)械傳動(dòng)配合與高性能的伺服電動(dòng)機(jī)使現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)性能有了大幅度提高。</p><p>　　2.2.2傳動(dòng)方式的選擇

56、</p><p>　　為保證改造后的數(shù)控系統(tǒng)的傳動(dòng)精度及工作臺(tái)的平穩(wěn)性，在設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)努力保證傳動(dòng)系統(tǒng)低摩擦、低慣量、高效率、高剛度。因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1) 用低摩擦高精度的傳動(dòng)元件：如滾珠絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌。</p><p>　　(2) 采用消隙齒輪減小傳動(dòng)間隙。</p><p>　　2.3

57、數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)</p><p>　　為了使數(shù)控系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期、可靠、方便地在工業(yè)環(huán)鏡中運(yùn)行，在制定數(shù)控系統(tǒng)總體方案時(shí)必須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面。</p><p>　　(1) 加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，硬件規(guī)模和硬件的制造工藝水平往往是影響可靠性的關(guān)鍵因素。因此，應(yīng)選用高性能的CPU作為系統(tǒng)的運(yùn)算和控制核心，并盡量用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功能。在系統(tǒng)的具體硬件構(gòu)成上，選

58、用可靠性高的工控PC作為數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)，減少自制硬件數(shù)量。此外，在軟件設(shè)計(jì)、電源選用、接插件設(shè)計(jì)與選用、接地與屏蔽設(shè)計(jì)等方面采用強(qiáng)抗干擾、高可靠性的設(shè)計(jì)，從而全面提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　(2) 提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度。數(shù)控系統(tǒng)的控制精度是保證機(jī)床加工精度的關(guān)鍵。因此，它在數(shù)控系統(tǒng)中處于重要位置。如提高數(shù)控系統(tǒng)的最小分辨率，使用高精度的步進(jìn)電機(jī)，采用高速高精度插補(bǔ)算法，提高軌跡生成精度;增強(qiáng)位置環(huán)

59、控制能力;增加補(bǔ)償功能等。</p><p>　　(3) 提高使用方便性。提高數(shù)控編程的方便性，是提高數(shù)控系統(tǒng)使用方便性的關(guān)鍵。因此，數(shù)控系統(tǒng)除提供全屏幕編輯進(jìn)行手工編程外，還應(yīng)該配置自動(dòng)編程系統(tǒng)，從而大大提高數(shù)控編程的速度和智能化程度，大大方便普通用戶的使用。另外，因?yàn)楝F(xiàn)代工人都比較熟悉個(gè)人計(jì)算機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)在操作方面應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)鍵盤或與其兼容的薄膜鍵盤等輸入設(shè)備，也可用軟盤、移動(dòng)磁盤、串行通訊、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等輸入

60、零件程序。此外，數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置仿真功能，便于用戶在加工前檢查零件程序的正確性。</p><p>　　2.4數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)由工控PC硬件平臺(tái)、數(shù)控操作面板(包括LCD顯示器，鍵盤)、數(shù)控接口板卡(工/0板，D/A板)和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。PC硬件平臺(tái)包括工控電源、無源母板、工控PC主板和軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等。數(shù)控操作面板上有液晶顯示器和薄膜鍵盤等。數(shù)控接口板

61、卡是計(jì)算機(jī)與外部執(zhí)行裝置間進(jìn)行信息交換和轉(zhuǎn)換的通道，對(duì)內(nèi)通過無源母板與工控PC主板相連，對(duì)外通過屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置相連接。</p><p>　　該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)節(jié)包括四個(gè)子系統(tǒng):進(jìn)給軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng);主軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng);開關(guān)量控制系統(tǒng)。</p><p>　　主軸控制與驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的功能包括兩方面:主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速控制，以滿足寬范圍切削速度的要求;主軸轉(zhuǎn)角的精確控制，以滿足加工螺紋時(shí)的

62、主軸與進(jìn)給軸的聯(lián)動(dòng)控制和換刀時(shí)的主軸精確定位控制要求。</p><p>　　開關(guān)量控制系統(tǒng)完成機(jī)床的邏輯順序運(yùn)動(dòng)控制，如主軸起?？刂?、刀具交換、工件裝夾、冷卻開關(guān)、行程保護(hù)等任務(wù)。開關(guān)量控制系統(tǒng)與其它模塊相配合，共同完成機(jī)床工作過程的控制。</p><p>　　2.5數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)軟件為實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各任務(wù)在數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

63、控制下協(xié)調(diào)進(jìn)行。</p><p>　　(1) 數(shù)控實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它是數(shù)控系統(tǒng)軟件中的核心子系統(tǒng)，它對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，對(duì)各任務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度，協(xié)調(diào)各模塊的高效運(yùn)行，并輔助完成各任務(wù)間的通訊和信息交換。</p><p>　　(2) 信息預(yù)處理。該模塊完成輸入信息譯碼，完成軌跡插補(bǔ)前的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和刀補(bǔ)運(yùn)算。</p><p>　　(3) 軌跡插補(bǔ)。它是數(shù)控系統(tǒng)的核心模

64、塊，其任務(wù)是根據(jù)信息預(yù)處理給出的希望軌跡和從檢測(cè)裝置獲得的實(shí)際軌跡信息，實(shí)時(shí)生成機(jī)床各坐標(biāo)軸的移動(dòng)指令，并完成機(jī)床運(yùn)動(dòng)的加減速控制。</p><p>　　(4) 運(yùn)動(dòng)控制。該模塊是數(shù)控系統(tǒng)的另一核心模塊，它根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)果，通過高速算法對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)行高精度位置控制，并完成主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制任務(wù)。</p><p>　　(5) 加工仿真模塊。該模塊以動(dòng)畫方式對(duì)數(shù)控加工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，從

65、而在加工前檢驗(yàn)參數(shù)輸入正確性和機(jī)床運(yùn)動(dòng)合理性</p><p>　　3 進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　　CA6163機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)如表3-1：</p><p>　　表3-1 CA6163機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.1確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量</p><p>　　車床縱向脈沖當(dāng)量為0.01/mm脈沖

66、；橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖。</p><p>　　3.2切削力的確定(縱向)</p><p>　　縱切端面時(shí)的主切削力=0.67=10595(N)</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　3.3計(jì)算進(jìn)給牽引力(縱向)</p><p>　　作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引

67、力主要包括切削時(shí)的走刀抗力以及移動(dòng)件的重量和切削分力作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因此其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的類型有關(guān)。 縱向采用三角形導(dǎo)軌：</p><p>　　為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形勢(shì)而不同；</p><p>　　K為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。</p><p>　　在正常情況下，K及 可取如下數(shù)值：</p><p>　　燕尾形導(dǎo)軌： K=

68、1.4 </p><p>　　三角形導(dǎo)軌： K=1.15 </p><p>　　3.4計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C(縱向)</p><p>　　選用滾珠絲杠副的直徑d0時(shí)，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載C，計(jì)算如下：</p><p><

69、b>　　縱向：</b></p><p><b>　　初選絲杠基本導(dǎo)程</b></p><p>　　為FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副</p><p>　　表3-2 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)</p><p>　　3.5傳動(dòng)效率計(jì)算(縱向)</p><p>　　滾珠絲杠螺母

70、副的傳動(dòng)效率</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　縱向：</b></p><p>　　3.6剛度計(jì)算(縱向)</p><p>　　滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量：</p&g

71、t;<p><b>　　縱向：</b></p><p>　　3.7進(jìn)給伺服系統(tǒng)傳動(dòng)計(jì)算</p><p>　　3.7.1確定傳動(dòng)比(縱向)</p><p>　　確定當(dāng)機(jī)床脈沖當(dāng)量和滾珠絲杠導(dǎo)程確定以后，可以先初選步進(jìn)電</p><p>　　機(jī)的步距角，計(jì)算伺服系統(tǒng)的降速比I</p><p&

72、gt;<b>　　縱向：</b></p><p>　　3.7.2齒輪參數(shù)的計(jì)算(縱向)</p><p><b>　　摸數(shù)m取2。</b></p><p><b>　　計(jì)算如下：</b></p><p>　　縱向：取小圓齒數(shù)為36，</p><p><

73、;b>　　小齒輪：</b></p><p><b>　　大齒輪：</b></p><p>　　3.8步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選用</p><p>　　3.8.1轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算(縱向)</p><p>　　（1）齒輪、軸、絲杠等圓柱體慣量計(jì)算（）</p><p><b>　　對(duì)于

74、鋼材：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　M—圓柱體質(zhì)量（）</b></p><p><b>　　D—圓柱體直徑（）</b></p><p><b>　　L—圓柱體長(zhǎng)度（）</b></p>

75、;<p><b>　　—鋼材的密度</b></p><p>　　對(duì)于齒輪：D可取分度圓直徑，L取齒輪寬度； </p><p>　　對(duì)于絲杠：D可近似取絲杠公稱直徑—滾珠直徑，L取絲杠長(zhǎng)度。</p><p><b>　　具體計(jì)算如下：</b></p><p><b>　

76、　縱向：</b></p><p>　?。?）絲杠傳動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一對(duì)齒輪降速后傳到絲杠，此傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　具體計(jì)算如下：</b></p>

77、;<p><b>　　縱向：</b></p><p>　　3.8.2電機(jī)力矩的計(jì)算(縱向)</p><p>　　電機(jī)的負(fù)載力矩在各種工況下是不同的，下面分快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩、快速進(jìn)給時(shí)所需力矩、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩等幾部分介紹其計(jì)算方法。</p><p>　　快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩</p><p>&

78、lt;b>　　式中：</b></p><p>　?。?） 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</p><p>　　因此對(duì)運(yùn)動(dòng)部件已起動(dòng)，固不包含，顯然。</p><p>　　（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　在采用絲杠螺母副傳動(dòng)時(shí)，上述

79、各種力矩可用下式計(jì)算</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　摩擦力矩</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩</b></p><p><b

80、>　　式中：</b></p><p>　　折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　具體計(jì)算：</b></p><p><b>　　橫向：</b></p><p>　　縱向：由

81、上面計(jì)算知，在、、三種工況下，快速空載起動(dòng)所需力矩最大，所以只需計(jì)算。</p><p>　　3.9步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床中大多數(shù)采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　根據(jù)最大靜轉(zhuǎn)距</b></p><p>　　從表中查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)，</p><

82、;p><b>　　縱向：</b></p><p>　　按此最大靜轉(zhuǎn)矩產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表（三相）可查出，110BYG3500型最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩為8N.m，大于所需靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起</p><p>　　動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)頻率 Hz</p><p&g

83、t;　　最高工作頻率 Hz</p><p>　　從電機(jī)表中查出，110BYG3500型步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率為1600Hz，運(yùn)行頻率為30000Hz，滿足要求。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文論述了CA6163型車床的數(shù)字化改造的方法和原理，通過計(jì)算和論證，設(shè)計(jì)了車床改造后的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高了車床的

84、加工精度，并利用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)車床電氣控制的方案，并為改造后的車床編制了控制程序。 </p><p>　　從車床數(shù)控改造，得到如下結(jié)論:</p><p>　　1.改造后的數(shù)控車床采用開環(huán)控制系統(tǒng)直接通過驅(qū)動(dòng)裝置控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，控制方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，高精度的步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)過計(jì)算采用絲杠作為傳動(dòng)部件提高車床的加工精度。 </p><p>　　2.數(shù)字

85、控制系統(tǒng)硬件部分使用8031作為主控器，2764進(jìn)行外部存貯器擴(kuò)展，8155與三相電機(jī)直連，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制達(dá)到要求。</p><p>　　3.為改造后的車床編制了控制程序，包括直線和圓弧兩種基本插補(bǔ)方式，可以完成車床的多種加工要求。</p><p>　　總之，通過此課題的設(shè)計(jì)研究，本人收獲甚大：</p><p>　　1.本人對(duì)機(jī)床，特別是車床有了深刻地了解，對(duì)車床的

86、工作原理、組成、結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)而全面地認(rèn)識(shí)</p><p>　　2.系統(tǒng)學(xué)習(xí)了數(shù)控機(jī)床的相關(guān)知識(shí)，閱讀了大量關(guān)于CNC系統(tǒng)、NC系統(tǒng)的說明書及相關(guān)資料，為今后從事控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ).</p><p>　　3.學(xué)習(xí)了一些網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，訓(xùn)練了綜合運(yùn)用知識(shí)和電腦繪圖的能力，鍛煉了實(shí)踐操作能力。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)改造的經(jīng)驗(yàn)，使我對(duì)機(jī)械產(chǎn)生了更

87、加濃厚的興趣，同時(shí)對(duì)機(jī)械這門學(xué)科也有了比較具體的認(rèn)識(shí)，這必將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作帶來很大的好處。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔡春源 雷天覺 任興機(jī)，等. 機(jī)電液設(shè)計(jì)手冊(cè)[J]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997,(1)：56-58.</p><p>　　[2] 徐炳松，張秀艷，張茵麥，等. 畫法幾何

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92、:11-12.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在導(dǎo)師**教教授的悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的科研作風(fēng)給本人留下了深刻的印象，使本人受益匪淺，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡闹轮x.</p><p>　　感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕?/p>