718 C6150普通臥式車床的數(shù)控化改造
718 C6150普通臥式車床的數(shù)控化改造,c6150,普通,臥式,車床,數(shù)控,改造
課題名: 普通機床的自動化改造說明書.doc(85頁35000字)設計書.pdfA0-c6150床鞍裝配圖.dwgA0機床改造的單片機控制.dwgA0加粗的滾珠絲杠裝配圖.dwgA3主軸脈沖發(fā)生器的聯(lián)結方式.dwgA3零件圖 齒側間隙的消除.dwg摘 要隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機床由于價格昂貴，且需要較高技術的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床C6150的基礎上對其進行自動化改造。作者在搜索、查閱 大 的基礎上，對機床自動化改造技術進行了 的 ， 了機床控制 的設計。 改造 程主要對車床 、 進 進行改造， 自動 ，由脈沖發(fā)生器來加工所需要的 。 控制 以8031 ?的單片機￠中￡，通 ?程對機床的￥動設備進行控制以?§所需要的加工程度。currency1'“機床改造? 自動化機床? 控制 ABSTRACTWith 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 modifythe common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 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. Themain 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 andbe processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of8031 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.Key words: Machinery Tool Reform? Lathes automatic? Servo system? ?fi1fl 論11.1數(shù)控機床–數(shù)控技術 11.1.1數(shù)控機床–發(fā)展??11.1.2數(shù)控技術 21.1.3數(shù)控技術發(fā)展?? 41.1.4數(shù)控機床?·在工業(yè)中的 61.2數(shù)控改造的必要? 61.2.1機床–生??數(shù)控化改造的?” 71.2.2機床數(shù)控化改造的必要? 71.3數(shù)控化改造的?…‰ ? 81.4對 國數(shù)控技術 ?業(yè)化發(fā)展的`′?? 101.4.1ˉ??˙ 101.4.2發(fā)展¨′ 101.5本文的 題‰主要 ?… 111.5.1本文的 題111.5.2主要 ?… 11fi2fl 數(shù)控車床 ?改造方?‰機械 設計 132.1設計要求132.1.1設計基本?? 132.1.2改造方?的ˇ—132.1.3設計?的 132.1.4 ?方?設計 152.2滾珠絲杠的設計計 – 152.2.1滾珠絲杠 152.2.2 滾珠絲杠的設計–計 162.2.3 滾珠絲杠的設計–計 242.2.4滾珠絲杠的 裝– 322.3 機–滾珠絲杠 齒 的設計– 342.3.1齒 動 342.3.2 齒 的設計– 352.3.3 齒 的設計– 392.4進 的 進 動機的計 – 422.4.1 進 動機422.4.2 機的計 – 442.4.3 機的計 – 472.5 動 –? 50fi3fl 主軸脈沖發(fā)生器? – 523.1a ? 器 523.2主軸脈沖發(fā)生器的 裝 533.3主軸脈沖發(fā)生器的 53fi4fl 普通車床自動化改造的單片機控制564.1 設計564.2 單片機控制 ? 584.2.1 ?器?? ?584.2.2o 作currency1 614.2.3 624.2.4currency1?、 器 ? 634.2.5 進 動機￥動 ?設計 644.2.6 M.S.T 674.2.7? ?設計 67fi5fl 結 69??文?70?文 文71中文?文7681fi1fl 論1.1數(shù)控機床–數(shù)控技術1.1.1數(shù)控機床–發(fā)展??1 數(shù)控機床“1946年誕生了世界上fi 臺 子計 機，這表明人類創(chuàng)造了可增強 代替腦力勞動的工具。它–人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強?力勞動的工具相比，起了質的飛躍，￠人類進 信息社會奠—了基礎。6年后，即在1952年，計 機技術應 §了機床上，在美國誕生了fi 臺數(shù)控機床。從此， 機床?生了質的變化。近半 世紀以來，數(shù)控 經(jīng)歷了兩 階段 六代的發(fā)展。①數(shù)控 NC 階段 1952～1970年 早期計 機的運 度低，對當時的科學計 數(shù)據(jù)處 影響還不大，但不 適應機床實時控制的要求。人們不得不采 數(shù)字邏輯 ?"搭"成 臺機床專 計 機作￠數(shù)控 ，被稱￠硬件 數(shù)控 HARD-WIRED NC ，簡稱￠數(shù)控 NC 。隨著元器件的發(fā)展，這 階段歷經(jīng)了三代，即1952年的fi 代-- 子管?1959年的fi二代--晶?管?1965年的fi三代-- 規(guī)模集成 ?。②計 機數(shù)控 CNC 階段 1970年～現(xiàn)在 普通車床的自動化改造摘 要隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機床由于價格昂貴，且需要較高技術的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床 C6150 的基礎上對其進行自動化改造。作者在搜索、查閱研究大量有關資料的基礎上，對機床自動化改造技術進行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統(tǒng)的設計。整個改造過程主要對車床縱、橫向進給系統(tǒng)進行改造，選用自動轉位刀架，由脈沖發(fā)生器來加工所需要的螺紋。整個控制系統(tǒng)以 8031 型號的單片機為中心，通過編程對機床的驅動設備進行控制以達到所需要的加工程度。關鍵詞：機床改造； 自動化機床； 控制系統(tǒng)普通車床的自動化改造ABSTRACTWith 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 C6150 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 8031 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.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system普通車床的自動化改造1目 錄第 1 章 緒論 ..................................................11.1 數(shù)控機床與數(shù)控技術 .......................................11.1.1 數(shù)控機床與發(fā)展趨勢 .................................11.1.2 數(shù)控技術 ...........................................21.1.3 數(shù)控技術發(fā)展趨勢 ...................................41.1.4 數(shù)控機床目前在工業(yè)中的地位 .........................61.2 數(shù)控改造的必要性 .........................................61.2.1 機床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場 .......................71.2.2 機床數(shù)控化改造的必要性 .............................71.3 數(shù)控化改造的內容及優(yōu)缺 ...................................81.4 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見解 ....................101.4.1 形勢考慮 ..........................................101.4.2 發(fā)展策略 ..........................................101.5 本文的選題及主要研究內容 ................................111.5.1 本文的選題 ........................................111.5.2 主要研究內容 ......................................11第 2 章 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設計 ...............132.1 設計要求 ................................................13普通車床的自動化改造22.1.1 設計基本思路 ......................................132.1.2 改造方案的確定 ....................................132.1.3 設計目的 ..........................................132.1.4 總體方案設計 ......................................152.2 滾珠絲杠的設計計算與選用 ................................152.2.1 滾珠絲杠 ..........................................152.2.2 縱向滾珠絲杠的設計與計算 ..........................162.2.3 橫向滾珠絲杠的設計與計算 ..........................242.2.4 滾珠絲杠的安裝與使用 ..............................322.3 電機與滾珠絲杠連接用一級減速齒輪的設計與校核 ............342.3.1 齒輪傳動 ..........................................342.3.2 縱向減速齒輪的設計與校核 ..........................352.3.3 橫向減速齒輪的設計與校核 ..........................392.4 進給系統(tǒng)的步進電動機的計算與選擇 ........................422.4.1 步進電動機 ........................................422.4.2 縱向電機的計算與選擇 ..............................442.4.3 橫向電機的計算與選擇 ..............................472.5 電動刀架選擇與介紹 ......................................50第 3 章 主軸脈沖發(fā)生器介紹與選型 ...........................523.1 光電編碼器原理 ..........................................52普通車床的自動化改造33.2 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 ....................................533.3 主軸脈沖發(fā)生器的選擇 ....................................53第 4 章 普通車床自動化改造的單片機控制 ....................564.1 系統(tǒng)設計 ................................................564.2 用單片機控制系統(tǒng)電路 ....................................584.2.1 存儲器擴張電路 ....................................584.2.2 面板操作鍵和功能選擇開關 ..........................614.2.3 功能選擇開關 ......................................624.2.4 鍵盤、顯示器接口電路 ..............................634.2.5 步進電動機驅動電路設計 ............................644.2.6 M.S.T 接口 .......................................674.2.7 輔助電路設計 ......................................67第 5 章 小結 ...........................................69參考文獻 ..............................................70英文原文 ..............................................71中 文 譯 文 .............................................76致 謝 ................................................81普通車床的自動化改造1第 1 章 緒論1.1 數(shù)控機床與數(shù)控技術1.1.1數(shù)控機床與發(fā)展趨勢（1）數(shù)控機床：1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。①數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC） ，簡稱為數(shù)控（NC） 。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(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。②計算機數(shù)控（CNC ）階段（ 1970年～現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC）階段（把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了） 。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR） ，又可稱為中央處理單元（簡稱CPU） 。到1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控） ，不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控?！ 〉搅?990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到普通車床的自動化改造2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)從此進入了基于PC的階段?？傊?，計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國外稱為PC-BASED） 。還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習慣稱數(shù)控（NC） 。所以我們日常講的"數(shù)控 "，實質上已是指"計算機數(shù)控"了。1.1.2數(shù)控技術隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展，機床數(shù)控技術有了長足的進步。近幾年一些相關技術的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進給伺服、超高速切削等技術的發(fā)展，以及對機械產(chǎn)品質量的要求越來越高等，加速了數(shù)控機床的發(fā)展。目前數(shù)控機床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。① 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，主軸轉速和進給速度大大提高，減少了切削時間和非切削時間。加工中心的進給速度已達到80m/min～120m/min，進給加速度達9.8m/s2～19.6m /s2，換刀時間小于1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數(shù)量級通常為10 μm ，對精密零件要求為1 μm ，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對精度要求提高到0.1 μm，有些零件甚至已達到0.01 μm，高精密零件要求提高機床加工精度，包括采用溫度補償?shù)?。微機電加工，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，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機床。②柔性化柔性化包括兩個方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；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進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。③工藝復合化和多軸化數(shù)控機床的工藝復合化，是指工件在一臺機床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或旋轉工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機床，可完成鉆、鏜、銑、擴普通車床的自動化改造3孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術的進步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。④ 實時智能化早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能，則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。科學發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)與人工智能已實現(xiàn)相互結合，人工智能正向著具有實時響應的更加復雜的應用領域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領域。在數(shù)控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應調節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(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，從而達到最佳控制的目的。⑤ 結構新型化20 世紀90 年代一種完全不同于原來數(shù)控機床結構的新型數(shù)控機床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控機床被稱為“6條腿”的加工中心或稱虛擬軸機床(有的還稱為并聯(lián)機床)，它能在沒有任何導軌和滑臺的情況下，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和安裝工件的下平臺相連。它可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結構復雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2～10 倍。這種數(shù)控機床的出現(xiàn)將給數(shù)控機床技術帶來重大變革和創(chuàng)新。⑥ 編程技術自動化隨著數(shù)控加工技術的迅速發(fā)展，設備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補手工編程和NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設計(CAD)軟件為基礎，首先形成零件的圖形文件，然后再調用數(shù)控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內外先進的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 普通車床的自動化改造4CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。⑦ 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、硬件運行速度，應用平板顯示技術可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(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 世紀顯示器主流。它應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格、改進性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。⑧ 開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結構，便于裁減、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、多媒體技術、網(wǎng)絡技術、CAD/CAM 、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡化。1.1.3數(shù)控技術發(fā)展趨勢（1）數(shù)控技術裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術及其產(chǎn)業(yè)、生物技術及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)” 。制造技術和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊罅Πl(fā)展以數(shù)控技術為普通車床的自動化改造5核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域:(1)機械制造技術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術:(5)傳感器技術:(6)軟件技術等。（2）數(shù)控技術的發(fā)展趨勢數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。①高速、高精加工技術是裝備的新趨勢效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為 5 大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)將其確定 21 世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領域，年產(chǎn) 30 萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是 40 秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領域，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，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對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給速度可達 80m/min，甚至更高，空運行速度可達 100m/min 左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機床。美國CINCINNAT 工公司的 HyperMach 機床進給速度最大達 60m/min，快速為100m/min，加速度達 2g，主軸轉速已達 60000r/min。加工一薄壁飛機零件，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 DMG 公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12000r/mm 和 lgo普通車床的自動化改造6在加工精度方面，近 10 年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 l0um提高到 5} m，精密級加工中心則從 3}5um，提高到 1 一 1.5}m，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0. O1 u 動。在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值己達 6 OOOh 以上，伺服系統(tǒng)的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。②智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。③數(shù)控設備更注重安全性、操作性數(shù)控設備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。1.1.4 數(shù)控機床目前在工業(yè)中的地位近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。2001 年國內數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達 1. 8 萬臺，比上年增長 28. 5%，機床行業(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，我國機床工業(yè)產(chǎn)值己進入世界第 5 名，機床消費額在世界排名上升到第 3 位，達 47. 39 億美元，僅次于美國的 53. 67 億美元，消費額比上一年增長 25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001 年進口機床躍升至世界第 2 位，達 24. 06 億美元，比上年增長 27％。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。普通車床的自動化改造71.2 數(shù)控改造的必要性1.2.1 機床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場（1）機床數(shù)控化改造的市場我國目前機床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有 11.34 萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到 3％。近 10 年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6％。我國機床役齡 10 年以上的占 60％以上；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）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?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)品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，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。（2）進口設備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來，很多企業(yè)從國外引進技術、設備和生產(chǎn)線進行技術改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，從 1979～1988 年 10 年間，全國引進技術改造項目就有 18446 項，大約 165.8 億美元。這些項目中，大部分項目為我國的經(jīng)濟建設發(fā)揮了應有的作用。但是有的引進項目由于種種原因，設備或生產(chǎn)線不能正常運轉，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益受到影響，嚴重的使企業(yè)陷入困境。一些設備、生產(chǎn)線從國外引進以后，有的消化吸收不好，備件不全，維護不當，結果運轉不良；有的引進時只注意引進設備、儀器、生產(chǎn)線，忽視軟件、工藝、管理等，造成項目不完整，設備潛力不能發(fā)揮；有的甚至不能啟動運行，沒有發(fā)揮應有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是因為設備故障不能達產(chǎn)達標；有的因為能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。種種原因使有的設備不僅沒有創(chuàng)造財富，反而消耗著財富。這些不能使用的設備、生產(chǎn)線是個包袱，也是一批很大的存量資產(chǎn)，修好了就是財富。只要找出主要的技術難點，解決關鍵技術問題，就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn)，爭取到最大的經(jīng)濟效益和社會效益。這也是一個極大的改造市場。普通車床的自動化改造81.2.2 機床數(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)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面?？梢詫崿F(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高 3～7 倍。由于計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了"柔性自動化"。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"?？蓪崿F(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處。如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床） ，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應等等。以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個極為重大的突破。此外，機床數(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（計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數(shù)控技術已經(jīng)成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。（2）宏觀看改造的必要性從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在 70 年代末、80 年代初已開始大規(guī)模應用數(shù)控機床。其本質是，采用信息技術對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術改造。除在制造過程中采用數(shù)控機床、FMC、FMS 外，還包括在產(chǎn)品開發(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)） 、CIMS 等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化） ，最終使得他們的產(chǎn)品在普通車床的自動化改造9國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后 20 年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到 1995 年只有 1.9％，而日本在 1994 年已達 20.8％，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。1.3 數(shù)控化改造的內容及優(yōu)缺（1）國外改造業(yè)的興起在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，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、Devlieg-Bullavd （得寶）服務集團、US 設備公司等。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：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。（2）數(shù)控化改造的內容機床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內容有以下幾點：其一是恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復；其二是 NC 化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC 機床、CNC 機床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC系統(tǒng)以最新 CNC 進行更新；其四是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。（3）數(shù)控改造中主要機械部件改裝探討一臺新的數(shù)控機床，在設計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應盡量達到上述要求。不能認為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達普通車床的自動化改造10到了數(shù)控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造使其達到一定的設計要求，才能獲得預期的改造目的。①滑動導軌副對數(shù)控車床來說，導軌除應具有普通車床導向精度和工藝性外，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)。同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影響，要有合理的導軌防護和潤滑。②齒輪副一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求，以保證機床加工精度。③滑動絲杠與滾珠絲杠絲杠傳動直接關系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應不低于 6 級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在 90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。④安全防護必須以安全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。1.4 對我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略見解1.4.1 形勢考慮我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結構調整中，我國制造業(yè)將進一步“空芯” 。我們以資源、環(huán)境、市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心” ，而非掌普通車床的自動化改造11握核心技術的制造中心的地位，這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)問題，首先從社會安全看，因為制造業(yè)是我國就業(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，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國家的戰(zhàn)略物質，對我國實現(xiàn)禁運和限制， “東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。1.4.2 發(fā)展策略從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導 21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調市場需求為導向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關鍵設備等)帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、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)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品;沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品;當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調產(chǎn)、學、研以及最終用戶的緊密結合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術方面，強調創(chuàng)新，強調研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的技術和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。1.5 本文的選題及主要研究內容1.5.1 本文的選題在我簽約的徐州華東機械廠建材機械分廠內，共有臥式車床兩臺，建材廠主要生產(chǎn)大型建材設備，所以要常常加工好多小的零件，如螺釘，小型的軸套等。由于這是常年生產(chǎn)建材設備，所以所要加工的零件也需要很多。因為零件太多，像墊片之類，有時就是加工好了這個又缺少另一個，普通車床的自動化改造12而用普通臥式車床去加工有時一個人加工的東西都會誤差很大，這樣給所造設備帶來很多的小問題。而如果要新買一臺新的數(shù)控車床，一是總體成本太高，因為性價比不是太高，容易浪費資源，二是建材廠沒有工人精通數(shù)控車床，所以要培訓工人一定又要花費很多時間影響生產(chǎn)進度。所以設想決定對其數(shù)控改造，改造的同時讓操作人員一直在旁邊學習，學習怎么改裝，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器中，用到時直接調用即可，這樣一個人即可操作兩臺機床，而且效率提高了好大，精度也會提高很高，會為廠帶來很大經(jīng)濟利益。1.5.2 主要研究內容1. C6150 車床數(shù)控化改造總體機械部件設計。2.進給系統(tǒng)的設計和選用。包括了進給滾珠絲杠的設計與選用，消隙減速齒輪系的設計計算與校核，進給用步進電機的選擇與校核。3．主軸脈沖發(fā)生器的安裝4．刀架的選用5.控制系統(tǒng)的設計。選用 8031 型號的單片機控制進給系統(tǒng)與刀架，并把脈沖發(fā)生器的數(shù)據(jù)通過單片機來加工螺紋。普通車床的自動化改造13第 2 章 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設計2.1 設計要求2.1.1 設計基本思路改造 C6150 車床的基本思路是把原來的機床進行大修，只保留機床導軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。帶之以滾珠絲杠和步進電機，用單片機系統(tǒng)來驅動各軸的運動。經(jīng)過嚴密的計算和論證，選擇絲杠和驅動電機，根據(jù)使用要求，選擇系統(tǒng)配置和設計控制電路。2.1.2 改造方案的確定C6150 車床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應完成的工作內容有:控制主軸正反轉和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速;刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具;冷卻泵、潤滑泵的啟停:加工螺紋時，應保證主軸轉一轉，刀架移動一個被加工螺紋的螺距或導程。這些工作內容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。察看 C6150 車床及有關資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體改造方案為:①對機床的改造部位是:拆掉手動刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架;拆掉普通絲桿、光桿進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副;主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋使用由于改造設計的是簡易型經(jīng)濟數(shù)控，所以在考慮具體方一案時，基本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減小改動量，以降低成本。普通車床的自動化改造14總體改造如下圖所示。對該機床進行機械修理以便恢復機械精度要求，修理的主要目的是恢復機床導軌、主軸、拖板的精度，撤除機床主軸箱和溜板箱內的傳動部件以及傳動絲杠，只保留導軌、主軸、溜板、尾座。修理后已恢復其主要部件的精度。2.1.3 設計目的利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量為0.005mm/脈沖，橫向脈沖為 0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電動機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架，主軸采用變頻器控制。普通車床的自動化改造15圖一 C6150 改造后系統(tǒng)傳動圖普通車床的自動化改造162.1.4 總體方案設計由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù) C616 車床有關資料，總體方案的確定如圖 22 所示:采用單片機 8031 控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算處理。步進電動機經(jīng)同步帶輪傳動或直接傳動后，帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。主軸變速采用變頻器調速控制。2.2 滾珠絲杠的設計計算與選用2.2.1 滾珠絲杠滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。 1)與滑動絲杠副相比驅動力矩為 1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到 1/3 以下,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。2)高精度的保證滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度·濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。3)微進給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。4)無側隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到普通車床的自動化改造17較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。5)高速進給可能滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)。2.2.2 縱向滾珠絲杠的設計與計算已知條件：工作臺重量 =80KG=800N 工件及夾具最大重量 =200N 工作臺1W2W最大行程 =950mm 工作臺導軌的摩擦系數(shù)為 u=0.1 快速進給速度LK=4m/min 定位精度為 20um/300mm,全行程 25um,重復定位精度為maxV10um 要求壽命為 10000 小時（單班制工作十年） 。各種切削方式的縱向切削力 Fa,速度 V 和時間比例 q 及其他見下表表一各種切削方式的縱向切削力 Fa,速度 V 和時間比例 q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進給速度Vi(m/min)工作時間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉速r/min強力切削2000 1200 0.6 10 2200 60一般切削1000 500 0.8 30 1150 80精切削 500 200 1 50 620 100快速進給0 0 ４ ５ 1000 375普通車床的自動化改造18FZD405-3P圖二 進給用滾珠絲杠裝配圖1）確定滾珠絲杠副的導程max*VPhin?：工作臺最高移動速度a：電機最高轉速；xnI ：傳動比電機與絲杠間為齒輪連接式，i=4（取一級減速齒輪）由上表查得 =4m/min， =1500r/min maxVaxn代入得 0.67mmPh?查《現(xiàn)代機床設計手冊》取 5mmPh?2）確定當量轉速與當量載荷（1） 各種切削方式下，絲杠轉速 Vinph由上表查的 =0.6, =0.8, =1, =41v23v代入得 120， 160， 200， 800n?n?（2） 各種切削方式下，絲杠軸向載荷 12()/0ixi ziFpwp?普通車床的自動化改造19iF：絲杠軸向載荷， xip：縱向切削力， zip：垂向切削力由上表得 xi(i=1,2,3,4)分別為 2000 N,1000N,500N,0Nzi(i=1,2,3,4)分別為 1200N,500N,200N,0N 已知 1w＝800 N， ＝200 N 代入得 iF(i=1,2,3,4)分別為 2200N，1150N，620N ，1000N（3） 當量轉速/100+ /100+ /100+ /100mn?1*t2nt3*t4nt數(shù)據(jù)代入得 240r/min（4） 當量載荷 333312 4****0101010mmmmntntnt nt?mF=F+F帶入數(shù)據(jù)得 ＝1057N3）初選滾珠絲杠副由公式《現(xiàn)代機床設計手冊》 （3.7－24）知6*10()athakhmwcffLnF?查《現(xiàn)代機床設計手冊》表（3.7－51）—表（3.7－54）得 tf＝1， hf＝1， af＝1， kf＝0.53， wf=1.3， hL＝10000h代入數(shù)據(jù)可求得 ＝13589N=13.58KNc4)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量① （1/3—1/4）重復定位精度 m??普通車床的自動化改造20② (1/4—1/5 )定位精度m??：最大軸向變形量 m?已知重復定位精度 10定位精度 25 m① ＝3 ，② ＝6???m取兩種結果最小值 ＝3 ?（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式 0021**.39mmmFLLdE?????：最小螺紋底徑 mm2L＝（1.1—1.2）行程+(10—14) Ph靜摩擦力 =0F1W?已知行程 950mm， ＝800N, 0?=0.2代入數(shù)據(jù)得 L=1110mm， ＝160N, =9.5mm0Fmd5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號（5） 選內循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預緊形式（6） 由計算出的 ， ， 在《現(xiàn)代機床設計手冊》中選取相應Phamc2d規(guī)格的滾珠絲杠副 FFZD4005-5 =5, =22000N> =13589NPhacam6)確定滾珠絲杠副預緊力普通車床的自動化改造21= PFmax13其中 ＝2200＝733NP7)行程補償值與拉伸力（1）行程補償值 C=11.8 3*10utl??式中 ＝ul2knaL?查《現(xiàn)代機床設計手冊》 kL＝950n＝110， a＝（2—4） ＝15Ph溫差取t?0.5c代入數(shù)據(jù)得 C=32 m?(2)預拉伸力＝1.95 t? tF2d代入得 ＝4807Nt8）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷＝4807＋2200＝7007maxBF（2）軸承類型兩端固定的支承形式，選背對背 60 角接觸推力球軸承0c（7） 軸承內徑d 略小于 ＝40， = ，取 d＝302BPF13max帶入數(shù)據(jù)得 ＝2336N普通車床的自動化改造22（8） 軸承預緊力：預力負荷 ?BPF（9） 按《現(xiàn)代機床設計手冊》選取軸承型號規(guī)格當 d＝30mm，預加負荷為： BP所以送 7602030TVP 軸承d＝30，預加負荷為 2900> ＝2336NBPF9)滾珠絲杠副工作圖設計(1)絲杠螺紋長度 2sueL??由表查得余程 e（2）兩固定支承距離 ，絲杠 L1(3)行程起點離固定支承距離 0sL＝1290， ＝13501e＝1410， ＝30010）傳動系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度＝6.6minsk21*0dl:絲杠底徑21l：固定支承距離代入數(shù)據(jù) minsk＝782N/ m?2）絲杠最大抗壓剛度 普通車床的自動化改造23＝6 .6maxsk2210*4()dl?代入數(shù)據(jù)得 9000 N/ m?（2）支承軸承組合剛度1）一對預緊軸承的組合剛度 2530max*.4sinBQKdzF??Qd：滾珠直徑 mm， Z：滾珠數(shù)maxF：最大軸向工作載荷 N ?：軸承接觸角由《現(xiàn)代機床設計手冊》查得7602030TVP 軸承 maxF是預加載荷得 3 倍＝8700N/ =375 N/maxk?0BKm?2）支承軸承組合剛度b?0BK＝750 N/bkm?3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度'1/3()0.pcaFk?c：《現(xiàn)代機床設計手冊》上的剛度'k＝2150 N/ , ac=2200N, pF=733Nm?代入數(shù)據(jù)得 ck＝1491 N/ m11）剛度驗算及精度選擇=3.5，Z＝17， ?＝Qd06普通車床的自動化改造24（1） mini1sbckk??代入前面所算數(shù)據(jù)得 ＝min130maxa1sbckk??代入前面所算數(shù)據(jù)得 max1476?01Fw??已知 ＝800N, 0=0.2, 0F=160N0:靜摩擦力， ：靜摩擦系數(shù)， 1w：正壓力（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度＝ ；已知反向差值或重復定位精度為 10mink01.6F反 向 差 值＝30>25.6in（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差＝ 0F（ － ） ，代入 ＝5k?min1axkk?m?（4）確定精度：任意 300mm 內行程變動量對系統(tǒng)而言30pv0.8×定位精度－?k?定位精度為 20 /300m?=1500cnmax2.2.3 橫向滾珠絲杠的設計與計算已知條件：工作臺重量 =80KG=800N 工件及夾具最大重量 =200N 工作臺1W2W最大行程 =950mm 工作臺導軌的摩擦系數(shù)為 u=0.1 快速進給速度KL普通車床的自動化改造26=2m/min 定位精度為 20um/300mm,全行程 25um,重復定位精度為maxV10um 要求壽命為 10000 小時（
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