742 CA6140車床數(shù)控化改造

742 CA6140車床數(shù)控化改造,ca6140,車床,數(shù)控,改造 畢 業(yè) 設 計 任 務 書200 8 年 2 月 19 日畢業(yè)設計題目 C6140 型普通車床改造數(shù)控機床指導教師 職稱專業(yè)名稱 機電一體化技術 班級學生姓名 學號設計要求1.完成畢業(yè)設計調(diào)研報告一份；2.組合機床設計；3.完成相關圖紙；4.完成畢業(yè)設計說明書一份；5.完成相關圖紙。序號 內(nèi)容 時間安排1 外文資料翻譯2008.1.1 至2008.3.52 搜集相關資料并調(diào)研，完成調(diào)研報告2008.3.6 至2008.3.143 進行機床改造的設計，并完成相關說明書編寫，繪制相關圖紙。2008.3.15 至2008.4.14 整理畢業(yè)設計說明書并定稿，準備答辯2008.4.2 至2008.4.10完成畢業(yè)課題的計劃安排5 答辯 2008.4.11答辯提交資料 畢業(yè)設計說明書，相關圖紙。計劃答辯時間 2008.4.11揚州大學2008 年 2 月 19 日C6140 型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經(jīng)濟上還是技術都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。本設計主要是對 C6140 普通型車床進行數(shù)控改造，用微機對縱、橫進給系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動等缺點，但其成本較低，經(jīng)濟性較好，車床本身所進行的加工尺寸是粗、半精加工。驅動原件采用步進電動機。系統(tǒng)傳動主要有：滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動兩種，經(jīng)比較分析：前者傳動效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母傳動。刀架性能要求是準確快速的換刀，因此采用自動轉位刀架。一 總體設計方案的確定由于是對車床進行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動；驅動元件采用步進電動機；數(shù)控系統(tǒng)采用 JWK 型系統(tǒng)；刀架采用自動轉位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。二 機械部分的改造設計與計算將普通車床改造成數(shù)控機床，除了增加控制系統(tǒng)外，機械部分也應進行相應的改造，其中包括：縱向和橫向進給系統(tǒng)的設計選型，以及自動轉位刀架的選型。技術參數(shù)縱向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件：工作臺重量：W=80kgf=800N時間常量： T=25ms行 程： s=640mm步 驅 角： 2=0.75 o/step快速進給速度：Vmax=2m/ms脈沖當量： 8p=0.01mm/8tep橫向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件工作臺重量：W=30kgf=300N時間常量：T=25ms行 程：s=190mm步 驅 角：2=0.75 度/step脈沖當量：8p=0.005mm/step快速進給速度：Vmax=2m/min開題報告1、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展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(zhì)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(zhì)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。2、國內(nèi)外發(fā)展的動向（一）國內(nèi)數(shù)控機床現(xiàn)狀近年來我國企業(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。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以 FMS 模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001 年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第 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 27.3%。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。（二）國內(nèi)數(shù)控機床的特點1、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位。2、數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。2001 年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達 1.8 萬臺，比上年增長 28.5%。金切機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從 2000 年的 17.4%提高到 2001 年的 22.7%。3、數(shù)控機床發(fā)展的關鍵配套產(chǎn)品有了突破。 3、數(shù)控系統(tǒng)的趨勢1.　繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。2.　向高速化和高精度化發(fā)展這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。3.　向智能化方向發(fā)展隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。（1）應用自適應控制技術數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。（2）引入專家系統(tǒng)指導加工　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗，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)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)（4）智能化數(shù)字伺服驅動裝置可以通過自動識別負載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。4、改造的必要性（一）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。1 、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。2 、可以實現(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"。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"。4 、可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運。5、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。6、 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。（二）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。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。數(shù)控化改造的市場空間機床的數(shù)控制化改造是一個方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計數(shù)字上看前途應該是十分光明的，例如："在美國，日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造人作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及數(shù)控技術的不斷進步，機床改造是一個"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)所以不難看出：1．國內(nèi)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(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，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。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。機床改造的效益分析提高機床數(shù)控化效率有兩個途徑：一是購買新的數(shù)控機床；二是對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大，經(jīng)濟財力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機床改造來提高設備的先進性和數(shù)控化率是一個極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點：1、 減少了投資和交貨的期限 同購置新的數(shù)控機 1ff8 床相比，一般可以節(jié)省 60%到 80%的費用，改造的費用大大減低。2、機械的穩(wěn)定性可靠 機床的床身，立柱等基礎件都是重而堅固的鑄鐵構件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應力的消除使得比新的鑄件更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時對環(huán)境的污染。3、熟悉了解設備結構性能，便于操作維修，購買的新設備，事先很難前面了解機床的結構性能，以至很難預算是否完全適合加工要求，而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機床在使用和維修方面的培訓時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。4、可以充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有的地基，不必像購新機時重新構筑新基，同時工夾具、樣板和外設備也可以在利用。5、可更好的因地制宜合理篩選功能 購買現(xiàn)成的通用型機床，往往對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個專用的特殊功能，如向機床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工要求，往往費用大，交貨的日期又長。而采用改造方案就可以根據(jù)生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設計改造成專用的數(shù)控機床。6、可及時采用最新技術，充分利用社會資源 由于技術進步和我國機床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床方面的改造，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導軌新技術，可使傳統(tǒng)的滑動導軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會資源，可根據(jù)技術更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術來提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將舊機場改造成當今水平的機床。5. 改造的內(nèi)容 普通車床（CA6140）進行經(jīng)濟型數(shù)控改造，其內(nèi)容包括：總體方案的確定、機械改造部分的設計計算（伺服進給機構設計、主軸交流伺服電機的選擇、微機控制系統(tǒng)硬件電路設計）等。對普通車床進行經(jīng)濟型數(shù)控改造符合我國國情，即適合我國目前的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，又是國內(nèi)許多企業(yè)提高生產(chǎn)設備自動化水平和精密程度的主要途徑，在我國有著廣闊的市場。從另一個角度來說，該設計既有機床結構方面內(nèi)容，又有機加工方面內(nèi)容，還有數(shù)控技術方面的內(nèi)容，有利于將大學所學的知識進行綜合運用。雖然設計者未曾系統(tǒng)的學習過機床設計的課程，但通過該設計拓寬了知識面，增強了實踐能力，對普通機床和數(shù)控機床都有了進一步的了解。參考文獻1、 《實用數(shù)控加工技術》 作者《 實用數(shù)控加工技術》編委會出版社：北京、兵器工業(yè)出版社 1995 年2、 《實用數(shù)控機床技術手冊》 作者《實用數(shù)控加工技術》編委會出版社：北京出版社 1993 年3、 《機床數(shù)控改造設計與實例》 作者：余英良出版社：機械工業(yè)出版社 1998 年4、 《數(shù)控加工程序編制》 作者：范炳炎出版社：航空工業(yè)出版社 1992 年5、 《經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)設計》 作者：張新義出版社：機械工業(yè)出版社 1994 年6、 《機床設計手冊》 作者：《機床設計手冊》編委會出版社：機械工業(yè)出版社 1979 年7、 《畢業(yè)設計指導書》 作者：李恒權出版社：青島海洋大學出版社 1993 年8、 《數(shù)控機床技術手冊》 作者：李福生出版社：北京出版社 1996 年9、 《AutoCAD 習題精解》 作者：姜勇出版社：人民郵電出版社 2000 年10、 《機床數(shù)控技術應用》 作者：李宏勝出版社：高等教育出版社 2001 年- 1 -目錄0 摘要…………………………………………-3-1 引言……………………………………….-6-第一章 設計方案的確定 ..........................................................................- 9 -一 總體設計方案的確定 ......................................................................- 9 -二 機械部分的改造設計與計算 ........................................................- 10 -（一）縱向進給系統(tǒng)的設計選型 ....................................................- 10 -(二) 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算 ..................................................- 15 -第二章 步進電動機的選擇 ........................................................................- 19 -一步進電動機選用原則 ..........................................................................- 19 -二步進電機的選型 ..................................................................................- 20 -（一）C6140 縱向進給系流步進電機的確定 .................................- 20 -（二）C6140 橫向進給系流步進電機的確定 .................................- 20 -（三）110BF003 型直流步進電機主要技術參數(shù) ..........................- 20 -（四）110BF004 型直流步進電機主要技術參數(shù) ..........................- 21 -第三章經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)選型 ........................................................................- 21 -第四章 電動刀架的選型 ..........................................................................- 22 -第五章 編制零件工序及數(shù)控程序實例 ....................................................- 23 -一機床改造參數(shù)的選擇 ..........................................................................- 23 -（一）車床縱向運動由 Z 向步進電動機控制 ................................- 23 -- 2 -（二）車床橫向運動由 X 向步時電動機控制 ...............................- 23 -二程序設計 ..............................................................................................- 23 -（一）數(shù)控機床參數(shù)及約定 ............................................................- 23 -(二) 編程參數(shù)說明 ............................................................................- 23 -參考文獻 ........................................................................................................- 27 -體會 ................................................................................................................- 28 -- 3 -摘要1947 年，Parsons 公司的 John Parsons 著手進行一項實驗，他想用空間數(shù)據(jù)控制機床加工飛機零件。1949 年，Parsons 公司與美國空軍簽定了制造第一臺數(shù)控機床的合同。1951 年， 美國麻省理工學院承擔了這一項目。1952 年，麻省理工學院（MIT）使用實驗室制造的控制器和辛辛那提立式主軸展示三軸聯(lián)動獲得成功，這標志著數(shù)控時代的到來。到了 1955年，幾經(jīng)改進之后，數(shù)空技術開始應用于生產(chǎn)。早期的 NC 機床能運行穿孔卡和穿孔帶，兩者中以穿孔帶更為通用。但是，鑒于更換、編輯紙帶費時費力，后來便采用計算機作為編程的輔助工具。計算機在數(shù)控中的應用有兩種形式：一是計算機輔助編程語言，二是實施直接數(shù)字控制（DNC） ，有了計算機輔助編程語言，程序員可用一套通用“混雜英語 ”命令編寫 NC 程序，然后由計算機將其釋譯為機器碼并制成穿孔帶。直接數(shù)字控制是指用一臺計算機對一臺或多臺數(shù)控機床實施部分或整體控制。雖然有些公司運用 DNC 已獲得成功，但是，擴大計算機容量、購買軟件、協(xié)調(diào) DNC 系統(tǒng)等花費使這種系統(tǒng)并不適合所有公司，而只適用于一些大公司。最近，一種叫做分布式數(shù)字控制的新型 DNC 系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，它用計算機網(wǎng)絡來協(xié)調(diào)多臺 DNC 機床的運行。這種方式最終有可能用來協(xié)調(diào)整個工廠的運轉。這種分布式數(shù)字控制方法解決了協(xié)調(diào)直接數(shù)字控制系統(tǒng)時遇到的一些難題。在此基礎上，人們還開發(fā)出另一種分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，其整個 NC 程序可從主機直接傳輸?shù)綑C床控制器。另外，該系統(tǒng)也可在必要時將程序從主機傳輸?shù)杰囬g的個人電腦（PC） ，然后再傳輸?shù)綑C床控制器工業(yè)機器人是在生產(chǎn)環(huán)境中用以提高生產(chǎn)效率的工具,它能做常規(guī)乏味的裝配線工作,或能做那些對于工人來說是危險的工作,例如,第一代工業(yè)機器人是用來在核電站中更換核燃料棒,如果人去做這項工作,將會遭受有害放射線的輻射。工業(yè)機器人亦能工作在裝配線上將小元件裝配到一起，如將電子元件安放在電路印制板，這樣，工人就能從這項乏味的常規(guī)工作中解放出來。機器人也能按程序要求用來拆除炸彈，輔助殘疾人，在社會的很多應用場合下履行職能。機器人可以認為是將手臂末端的工具、傳感器和（或）手爪移到程序- 4 -指定位置的一種機器。當機器人到達位置后，它將執(zhí)行某種任務。除了編程以及系統(tǒng)的開停之外，一般來說這些工作可以在無人干預下完成。關鍵字：加工精度，設計方案，分配，參數(shù)ABSTRACTIn 1947 , John Parsons of the Parsons Corporation, began experimenting with the idea of using three-axis curvature data to control machine tool motion for the production of aircraft components . In 1949 , Parsons was awarded a U. S. Air Force contract to build what was to become the first numerical control machine . In 1951 , the project was assumed by Massachusetts Institute of Technology . In 1952 , numerical control arrived when MIT demonstrated that simultaneous three-axis movements were possible using a laboratory-built controller and a Cincinnati Hydrotel vertical spindle . By 1955 , after further refinements , numerical control became available to industry . Early NC machines ran off punched cards and tape , with tape becoming the more common medium . Due to time and effort required to change or edit tape , computers were later introduced as aids in programming . Computer involvement came in two forms : computer aided programming languages and direct numerical control (DNC) . Computer aided programming language allowed a part programmer to develop an NC program using a set of universal “pidgin English” commands , which the computer then translated into machine codes and punched into the tape . Direct numerical control involved using a computer as a partial or complete controller of one or more numerical control machines . Although some companies have been reasonably successful at implementing DNC , the expense of computer capability and software and problems associated with coordinating a DNC system renders such systems economically unfeasible for all but the largest companies .- 5 -Recently a new tape of DNC system called distributive numerical control has been developed . It employs a network of computers to coordinate the operation of a number of CNC machines . Ultimately , it may be possible to coordinate an entire factory in this manner . Distributive numerical control solves some of the problems that exist in coordinating a direct numerical control system. There is another type of distributive numerical control that is a spin-off of the system previously explained . In this system , the NC program is transferred in its entirety from a host computer directly to the machine’s controller . Altemately , the program can be transferred from a host computer to a personal computer(PC) on the shop floor where it will be stored until it is needed . The program will then be transferred from the PC to the machine controller .The industrial robot is a tool that is used in the manufacturing environment to increase productivity. It can be used to do routine and tedious assembly line jobs, or it can perform jobs that might be hazardous to the human worker. For example, one of the first industrial robots was used to replace the nuclear fuel rods in nuclear power plants. A human doing this job might be exposed to harmful amounts of radiation. The industrial robot can also operate on the assembly line, putting together small components, such as placing electronic components on a printed circuit board. Thus, the human worker can be relieved of the routine operation of this tedious task. Robots can also be programmed to defuse bombs, to serve the handicapped, and to perform functions in numerous applications in our society.The robot can be thought of as a machine that will move an end-of-arm tool, sensor, and/or gripper to a preprogrammed location. When the robot arrives at this location, it will perform some sort of task. This task could be welding, sealing, machine loading, machine unloading, or a host of assembly jobs. Generally, this work can be accomplished without the involvement of a human being, except for programming and for turning the system on and off.Key Words: Accuracy of - 6 -Process，Project Design，Allotment，Parameter0 引言回顧即將過去的 20 世紀，人類取得的每一項重大科技成果，無不與制造技術，尤其與超精密加工技術密切相關。在某種意義上，超精密加工擔負著支持最新科學發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術在航天運載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對海灣戰(zhàn)爭中美國及盟國武器系統(tǒng)與超精密加工技術的關系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對空攻擊能力、精確制導的對地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對抗技術方面，與超精密加工技術有密切的關系?？梢哉f，沒有高水平的超精密加工技術，就不會有真正強大的國防。超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補功能（插補周期 0.1ms） 。基于 PC 機和數(shù)字信號處理芯片（DSP）的主從式硬件結構是超精密數(shù)控的潮流，如美國的 NAN OPATH 和 PRECITECH'S ULTRAPATH TM 都采用了這一結構。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運動控制模塊（PM AC）開發(fā)應用越來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構性得到提高。我國國防科技大學研制開發(fā)的 YH－1 型數(shù)控系統(tǒng)采用 ASW－824 工業(yè)一體化 PC 工作站為主機，用 ADSP2181 信號處理器模塊構成高速下位伺服控制器。模塊化、構件化是超精密車床進入市場的重要技術手段，如美國- 7 -ANORAD 公司生產(chǎn)各種主軸、導軌和轉臺，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運動控制平臺和車床。研制超精密車床時，布局就顯得非常關鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結構布局上有很大差別，流行的布局方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如 Pneumo 公司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會社研制的超精密車床，用于車削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結構，用于提高剛度；德國蔡司公司研制了 4 軸精密車床 AS100，用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z 和 C 軸外，附加了 A 軸，用于加工自由表面時控制砂輪的車削點。此外，一些超精密加工車床是針對特殊零件而設計的，如大型高精度天文望遠鏡采用應力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計算機控制光學表面成形技術（CCOS）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結構。由此可見，超精密車床的結構有其鮮明的個性，需要特殊的設計考慮和設計手段。為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結構，高精度運動檢測是進行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有高分辨率（如 ZYGO AX10MTM 2/20 分辨率為 1.25nm）與高穩(wěn)定性，測量范圍大，適合作車床運動線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對環(huán)境要求過于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當會大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗，德國 Heidenhain 公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床運動檢測，如該公司 LI P401,材料長度 220mm，分辨率為 2nm，采用Zerodur 材料制成幾乎達到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k） ，動靜尺間隙為- 8 -0.6±0.1mm，對環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如 Nanoform2500 和 Opt imum2400 超精密車床都使用了 Heidenhain 光柵尺。在數(shù)控軟件方面，開放性是一個發(fā)展方向。國外有關開放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的 OS ACA、美國的 OMAC 和日本的 OSEC。我國國防科技大學在此基礎上提出了構件化多自由度運動控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。1.序言課題簡介：本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。利用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀- 9 -復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一?，F(xiàn)我選用 CA6140 普通車床為例進行數(shù)控改造。第一章 設計方案的確定C6140 型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明，將其改造為數(shù)控機床，無論是經(jīng)濟上還是技術都是確實可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。本設計主要是對 C6140 普通型車床進行數(shù)控改造，用微機對縱、橫進給系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動等缺點，但其成本較低，經(jīng)濟性較好，車床本身所進行的加工尺寸是粗、半精加工。驅動原件采用步進電動機。系統(tǒng)傳動主要有：滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動兩種，經(jīng)比較分析：前者傳動效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母傳動。刀架性能要求是準確快速的換刀，因此采用自動轉位刀架。一 總體設計方案的確定由于是對車床進行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動；驅動元件采用步進電動機；數(shù)控系統(tǒng)采用 JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動轉位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。二 機械部分的改造設計與計算將普通車床改造成數(shù)控機床，除了增加控制系統(tǒng)外，機械部分也應進行相應的改造，其中包括：縱向和橫向進給系統(tǒng)的設計選型，以及自動轉位刀架的選型。- 10 -（一）縱向進給系統(tǒng)的設計選型1、經(jīng)濟數(shù)控車床的改造，采用步進電動驅動縱向進給，有兩種方案：一種是步進電機驅動絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機安裝在溜板箱上，驅動螺母傳動。對于車床的改造而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實用等方面考慮，所以將步進電機放在絲杠的左端。2、縱向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件：工作臺重量：W=80kgf=800N時間常量： T=25ms行 程： s=640mm步 驅 角： 2=0.75 o/step快速進給速度：Vmax=2m/ms脈沖當量： 8p=0.01mm/8tep（1）切削力的計算由《機床設計手冊》得公式 No=Ndη （公式一）其中 N O — 為傳動件的額定功率Nd—主電機的額定功率，見使用說明書得：Nd=4.5 kwη — 從電機到所計算的傳動軸的傳動效率（不含軸承的效率）從電機到傳動軸經(jīng)過皮帶輪和齒輪兩種傳動件傳動，所以η=n 1×n2 由《機床設計手冊》得 n1 =0.96 n2=0.99所以：η=0.96×0.99=0.9504 取 η=0.95η 即 N=4×0.95=3.8（kw）又因為主傳動系統(tǒng)效率一般為 0.6～0.7 之間，所以取 0.65所以 NC（進給效率）=3.8×0.65=2.47（kw）由《機械加工工藝手冊》得 Pm= ×9.8 （公式二）3106?VsFZ≈ 2z式中 Vs ——切削速度，設當其為中等轉速，工件直徑為中等時，如 D=40mm 時，取 Vs=100m/min主切削力- 11 -FZ = =151.164（Rgf）=1511.64N6120.47?由《機床設計手冊》得主切削力FZ=CFzapxfx×fyfz×kfz(經(jīng)驗公式) CFza pxfx fyfz kfz (公式三)對于一般切削情況，切削力中的指數(shù) xfx≈1?FZ=0.75 Kfz≈0CFZ=188kg/㎜ 2=1880MpaF2 的計算結果如下：- 12 -ap(㎜) 2 2 2 3 3 3f(㎜) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4Fz(N) 105 1524 1891 1681 2287 2837為便于計算,所以取 Fz=1511.7N,以切削深度 ap=2㎜走刀量 f=0.3㎜為以下計算以此為依據(jù)。由《機械床設計手冊》得，在一般外圓車削時，F(xiàn)x≈（0.1～0.6）FZFy≈(0.15～0.7)Fz取 Fx=0.5 Fz Fy=0.6Fz∴Fx=0.5×1511.7=755.9(N)Fy=0.6 Fz=0.6×1511.7=907.0(N)（2）滾珠絲杠的設計計算由《經(jīng)濟型數(shù)控機床總設計》 ，綜合車床導軌絲杠的軸向力得P=RGx+f′（Fz+w） (公式四)其中 R=1.15 , f′=0.15～0.18 取 f′=0.16P=1.15×755.9+0.16(1511.7+800)=1239.2(N)強度計算○ 1壽命值 Li= （公式五）60nTini= （公式六）oDvf?由《機床設計手冊》得 Ti=15000h,原機床絲杠螺距為 60㎜， D=80㎜ni= =19.9≈20(r/min)14.3680?Li= =1852最大動負Q= PfwfH (公式七)3Li其中 運載系數(shù) fw=1.2硬度系數(shù) Fh=1Q= ×1.2×1239.2×1318=3897.1(N)根據(jù)最大動力負載荷 Q 的值，查表選擇滾珠絲杠的型號為 W5010—3.5×1，查表得數(shù)控車床的縱向精度為 B 級，左旋即型號為 W5010—3.5×1/B—900×1000其額定載荷是 3970N效率計算○ 2- 13 -根據(jù)《機械基礎》得，絲杠螺母副傳動效率為η= (公式八))4(?rtg由《機床設計手冊》得 4 一般為 8′～12′取 4=10′即：摩擦角 4=10′，螺旋升角（中徑處）r=3 O25′則 η= =0.953)01523(??tg剛度驗算○ 3滾珠絲杠受工作負載 P 引起的導程變化量△L1=± (公式九)EFLo其中 L O=10㎜=1㎝E=20.6×106N/㎝ 2滾珠絲杠橫截面積F=( )π d 為滾珠絲杠外徑2a=（ ） 2×3.145.48=18.47(㎝ 2)則△L1= =3.256×10-6≈3.27um47.1806.39??查《機床設計手冊》 ，B 級精度絲杠允許的螺距誤差（900㎜螺絲長度）為 25nm/m ，因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。④穩(wěn)定性驗算由于原機床杠徑為 Φ30㎜，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為 Φ50㎜，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問題，無需驗算。齒輪及轉矩的相關計算○ 5此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機器，沒有特殊要求，從降低成本，減小結構尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬定為217～255HBS。大齒輪選用 45 正火，齒面硬度 169～217 HBS。傳動比 i= 360892OL其中 2 表示步驅角，89 表示脈沖當量i= =2.11.75?取齒數(shù) z1=30, Z2=63模數(shù) m=2mm, 嚙合角為 200，小齒輪齒寬為 25㎜，大齒輪齒寬 20㎜。d1=mz1=2×30=30- 14 -d2=mz2=2×63=126da1=m(z1+2)=2×(30+2)=64a= = =9321d?160齒輪傳動精度計算齒輪圓周速度 VV= = =4.2(m/s)4106?dn?4061.3?根據(jù)齒輪圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級側隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FL傳動慣量的選擇○ 6工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉動慣量J1=( )2W8910兀 ?=( )2×8075.43= 0.467kg. ㎝ 2絲杠的轉動慣量Js=7.8×10-4D4L1=7.8×-4×(50㎜) 4×14.9=7.26(kg. ㎝ 2)齒輪的轉動慣量JZ1=7.8×10-4×(60㎜) 4×2=2.02(kg. ㎝ 2)JZ1=7.8×10-4×(126㎜) 4×2=39.32(kg. ㎝ 2)由于電機的傳動慣量很小，一般可忽略不記所以總的傳動慣量為J 總= ×(Js+Jz2)+Jz1+J121i= ×(7.26+39.32)+2.022+0.467??.=14.50(kg. ㎝ 2)=145.0(N. ㎝ 2)所需轉動力矩的計算○ 7快速空載啟動時所需力矩M=Mmamx+Mf+MO （公式十二）最大切削負載時所需力矩M=Mat+Mf+MO+Mt （公式十三）快速進給時所需力矩- 15 -M=Mf+MO （公式十四）式中 Mmamx —— 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩。Mf —— 折算到電機軸上的磨擦力矩。MO —— 由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩。Mat —— 切削時折算到電機軸上的加速度力矩。Mt —— 折算到電機軸上的切削負載力矩。Ma= ×10-4（N.m）其中 T=0.025 (公式十五)TJn?6.9當 n=nmax 時，Mamax=Manmax= = = =400(r/min)loiVmax102?Mamat= ×10-4=24.17(kgf.cm)5.694?=241.7(N.cm)nt= lofiDV?10= =25.08(r/min)84.31.2?Mat= ×10-4=1.51(kgf.cm)05691=15.1(N.cm)Mf= =iFoL??2iWf?當 ?=0.8，f′=0.16 時，Mf= =1.213(kg.cm)1.2804.3216?m=12.13(kg.cm)MO= (1-?o2)iPL??6當 ?=0.9 時，預加荷 PO= Fx31MO= =6)(2??FxLo1.2904.6)(57??m=0.4033≈4.03(N.cm)Mt= =ifx??2.1.39?=6.368(kg.cm)=63.68(N.m)所以，快速空載啟動所需力矩- 16 -M 快空= Mamax+Mf+M O＝ 241.7+1.213+4.03=257.86(N.cm)切削時所需力矩M 切= Mat+ Mf+ M O +Mt=15.1+12.13+4.03+63.69=94.95(N.cm)快速進給時所需力矩M 快速= Mf+M O=12.13+4.03=16.16(N.cm)由以上計算可得所需最大力矩 Mamax 發(fā)生快速啟動時Mamax= M 快速=257.86(N.cm)(二) 橫向進給 系統(tǒng)的設計與計算△1△ 橫向進給系統(tǒng)的設計經(jīng)濟數(shù)控車床改造的橫向進給系統(tǒng)一般是步進電機經(jīng)減速后驅動滾珠絲杠,使刀架橫向運動.步進電機安裝在大拖板上,用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來,以保證其同軸度,提高傳動精度。（2） 橫向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件工作臺重量：W=30kgf=300N時間常量：T=25ms行 程：s=190mm步 驅 角：2=0.75 度/step脈沖當量：8p=0.005mm/step快速進給速度：Vmax=2m/min切削力的計算○ 1橫向進給量約為縱向的 ～ ,取 則橫向切削約為 縱向切削力21321∴Fz= F 縱 z= ×1511.642=755.82(N)在切斷工件時 Fy=0.6 F 縱 z=0.6×755.82=453.492(N)(3) 滾珠絲杠的計算強度的計算○ 1對于燕尾型導軌P=Kfy+f′(Fz+W)其中，K=1.4，f′=0.2P=1.4×453.492+0.2×(755.82+300)=846.05(N)壽命值 Li= = =13.5610nTi6150?- 17 -最大動負載 Q= fwfr1p3Li其中 fw（運載系數(shù)）=1.2fh(硬定系數(shù))=1Q= ×1.2×1×846.0535.1=2417.4(N)根據(jù)最大動負載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號,其公稱直徑為 35㎜,型號為 W3508-3.5×1/B 左 190×290，額定動負載荷為 2520W，所以強度夠用。效率計算○ 2?= )4(?rtgr（螺紋升角）=3 O38′ 4（磨擦角）=10′?= =0.956)0183(?ot剛度驗算○ 3滾珠絲杠受工作負載，P 引起的導程變化量△L1= =EFpLO?F?610.28.54F=（ ） 2 其中為滾珠絲杠的外徑d?=（ ） 2 ×3.1434=9.0746△ L1 = ± =±3.62×10-6(㎝)0746.916.85?因為滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化化量△L2 很小，可忽略不計，即△L=△L1，即導程變化總誤差為△= △L= ×3.62×10. -6Lo108.=4.52(min/m)查表知 B 級精度絲杠允許的螺矩誤差（在 300㎜之內(nèi)）為 15um/n ，所以剛度足夠。穩(wěn)定性驗算○ 4由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭ǎ欢藦较蛑С?，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。⑤、齒輪及轉矩的相關計算減速器為一般機器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結構、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用 45 鋼、調(diào)質(zhì)，齒面硬度為 217～255HBS；大齒輪選用- 18 -45 鋼正火、齒面硬度為 169～217HBS傳動比 i = 0368lP?其中 8 表示步驅角；8P 表示脈沖當量i= .75.3??所以，取 Z1=30，Z2=99M=2mm，嚙合角為 20°小齒輪齒寬為 25mm；大齒輪齒寬為 20mm。d1=mZ1=2×30=60d2=mZ2=2×99=198da1=m(Z1+2)=2×(30+2)=64da2=m(Z2+2)=2×(99+2)=202a= 126478129d??齒輪傳動精度計算齒輪圓周速度 VV= 1443.0.(/)061nms???根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FL⑥、傳動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的傳動慣量J1=280180.5304347PW????????????????=0.04378(Kg.cm2)絲杠轉動慣量：JS=7.8×10-4×D4×L1=7.8×10-4×3.54×13.3=1.556(㎏.㎝ 2)齒輪的傳動的慣量JZ1=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×64×2=2.02(㎏.㎝ 2)JZ2=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×（198㎜） 2×2=239.76(㎏.㎝ 2)由于電機傳動慣量很小，可以忽略不計，因此總的轉動慣量J= (JS+JZ2）+JZ 1+J11i= (1.556+239.76）+2.022+0.04378 3.=24.22(㎏.㎝ 2)⑦所需轉動力矩的計算- 19 -nmax= 0max.13.412.5(/min)8VirL??Mamax= 44...09696JT????=4.16(N.m)nt 01103.2.486VfiDL???=43.79(r/min)Mat= 44..79109.625JhltT????=0.4419(N.m)Mf= 0012FLfWii???其中，f’=0.2 η=0.8 時Mf= .3.8.295(.)140kgfcm??=0.029（N.m）M0=220.(10.)()6FLi??????=0.1386≈0.0139（N.m）Mt= 045.3821.i??=2.19(kgf.cm)≈0.219（N.m）所以，快速空載啟動時所需轉矩M=Mamax+Mf=Mo=4.16+0.029+0.0139=4.2079(N.m)切削的所需力矩M 切=Mat+Mf+Mo+Mt=0.4419+0.029+0.0139+0.219=0.6938(N.m)快速啟動時所需力矩M 快進= Mf+Mo=0.029+0.0139=0.0429(N.m)即最大轉矩發(fā)生在快速啟動時 即 Mamax=4.2079(N.m)- 20 -第二章 步進電動機的選擇一步進電動機選用原則合理選用步進電機是比較復雜的問題，需根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確的選擇。（一）α，步距角應滿足：α= mina式中 i——傳動比amin——系統(tǒng)對步進電機所驅動部件的最小轉角（二） 精度步進電機的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用，所選用的步進電機應滿足?！鱍m≤i[△Qs]式中△Qm——步進電機的積累誤差。[△Qs]——系統(tǒng)對步進電機驅動部分允許的角度誤差。（三）轉距為了使步進電機正常運行（不失步、不越步）正常啟動并滿足對轉速的要求，必須考慮；①啟動力矩，一般啟動力矩選取為Mq≥ 0.3~5lM式中 Mq——電機啟動力矩ML0——電機靜負載力矩②在要求在運行頻率范圍內(nèi)，電機運行力矩應大于電動機的靜載力矩與電動機的轉動慣量（包含負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。(四) 啟動頻率由于步進電機的啟動頻率隨負載力矩和轉動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足：fi≥[fop]m其中 fi——極限啟動頻率[fop]m——要求步進電機最高啟動頻率- 21 -二步進電機的選型（一）C6140 縱向進給系流步進電機的確定Mq= 取參數(shù)為 0.40.3~5lM= 27864=644.6（N.m）為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式。查手冊得知：Mq/Mjm=0.866，所以步進電機最大靜轉矩 Mjm 為fmax= = =3333.3（HZ）max6089V2.1?綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進電機能滿足使用要求。（二）C6140 橫向進給系流步進電機的確定Mq= 04.279105.()lMNcm?電動機選用三相六拍工作方式查手冊得 Mq/mjm=0.866Mjm= .2.()0.86qc=1.215(N.m)步進電機的最高工作頻率fmax= max103.()9.5VHZ??綜合考慮，查表選用 110BF004 型直流步進電機，能夠滿足使用要求。（三）110BF003 型直流步進電機主要技術參數(shù)電機型號 相數(shù) 步驅角 電壓 相電流 最大轉矩 最高空載啟動率110BF003 3 0.75 80 6 7.84（80）1500運行頻率 轉子轉動慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑7000 46.06(4.7) 0.37 三相六拍 6 110 160 11參考價 原型號350 BFG090811- 22 -（四）110BF004 型直流步進電機主要技術參數(shù)電機型號 相數(shù) 步驅角 電壓 相電流 最大轉矩 最高空載啟動率110BF004 3 0.75 30 4 4.9（50） 500運行頻率 轉子轉動慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑34.3(3.5) 0.76 三相六拍 5.5 110 110 11參考價 原型號350 BFG09041111第三章經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)選型用數(shù)控機床工工件時，首先應編制零件加工程序。這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主動的變速、啟動、停止、進給運動的方向速度和位移量，以及刀具選擇交換，工件裝夾和冷卻潤滑的開關等動作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴格按照加工程序規(guī)定的順序、運行軌跡和運行參數(shù)進行工作，從而達到加工出符含合要求零件的目的。C6140 數(shù)控車床改造后聯(lián)動軸數(shù)為二軸聯(lián)動且傳動精度要求比較高，主要有A850CNC 系統(tǒng)和 JWK 兩種系統(tǒng)。經(jīng)過實際比較分析，JWK 系統(tǒng)的核心是 MCS-51 系列的8031 單片微機，其采用 ISO 國際標準數(shù)控代碼編程，能自動完成車削端面、內(nèi)外圓、倒角等功能，并配有完備的 S、T、M 功能。該系統(tǒng)爾采用模塊化設計，內(nèi)部有計算機等四種模塊。更換維修方便快速。A850CNC 系統(tǒng)結構簡單，集成度高，工藝先進，性能穩(wěn)定，可維修性很大。根據(jù)實際生產(chǎn)需要，以及數(shù)控系統(tǒng)的要求，經(jīng)過實際比較分析，選用 JWK 系列。其中又以 JWK-15T 型系統(tǒng)應用最廣、功能較強、操作使用更方便。所以，決定使用JWK-15T 型數(shù)控系統(tǒng)。JWK-15T 主要性能參數(shù)如下：生產(chǎn)廠家 南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司型 號 JWK-15T用戶容量 24K設定單位 X=0.005，Z=0.01控制軸數(shù) X、Z聯(lián)動軸數(shù) 二軸編程尺寸 ±9999.99快速（X/Z）向 3/6m/minG 功能 M00～M09，M20～M29，M97～M99S 功能 S01～S04，S05～S10T 功能 T、X～T8X步進電機 110BF003- 23 -工作電源 220V±10% 50HZ控制精度 1 步功耗 W 360環(huán)境溫度 0～40℃相對濕度 80%（25℃）外形尺寸（mm） 340×400×200系流重量（kg） 17第四章 電動刀架的選型自動轉位刀架的設計是普通機床，數(shù)控改造的關鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結構復雜，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回轉直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可但要注意兩點：1) 電動刀臺的兩側面應與車床的橫向進給方向平行。2) 電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側面先走線到車床后面，再沿車床后導軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。綜合各方面因素，選用常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的 LD4-I 型系列四工位自動刀架。機床型號 C6140刀位數(shù) 4電機功率（W） 120電機轉速 1400r/min夾緊力 1切體尺寸 152×152下刀體尺 161×171LD4-I 型刀架技術指標配車床型號 C6140重復定位精度 ≤0.005mm工作可靠性 >30000 次換刀時間 90° 2.9（秒）180° 3.4（秒）270° 3.9（秒）- 24 -第五章 編制零件工序及數(shù)控程序實例一機床改造參數(shù)的選擇（一）車床縱向運動由 Z 向步進電動機控制110BF003 型直流步進電動機配套絲杠螺距為 10㎜泳沖當量：0.01㎜改造后的泳沖當量：0.01㎜（二）車床橫向運動由 X 向步時電動機控制110BF003 型步進電動機配套絲杠螺距為 8㎜脈沖當量：0.05㎜改造后的脈沖當量：0.05㎜二程序設計（一）數(shù)控機床參數(shù)及約定脈沖當量：X 向（橫向）為 0.05㎜Z 向（縱向）為： 0.01㎜坐標原點為：0 點加工起點為：A 點安裝方法：零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專用芯軸方式定位。使用方法：專用組合車刀、切刀加工工序說明：此工序為精車加工，零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺寸預留精車余量 0.8～1.2㎜(二) 編程參數(shù) 說明加工編程中以球頭車刀圓心與加工起點相重合 φ187 外圓處侄角計算，見圖一。- 25 -因為 AO1=R=2所以 BC=2－2×sin45°=0.585784CD=O1O=BC/sin45°=0.828O2E=1－0.828=0.17202F=03F=2+0.172=2.172見立體圖3、編制程序JWK-15T 型數(shù)控裝置零件加工程序如下：- 27 -NO10NO20N030N040N050N060N070N080N090N110F140N120N130N140N150N160N170F140N180G92M03 G04G01X38、48G04G01G04G01G03G04G01G04G01G021G02G04X300 Z76F2.0X44 F400F80 F2.0X42、48 F80F2.0V4 W4 F140 N100 G04 F2.0V17.52 W-22 I46.48 K-22 F2.0X76 F100F2.0W-8 F100F2.0V6 W-3 I6 K0 F2.0- 28 -N190N200N210N220N230N240N250N260N270N280N290N300N310N320N330N340N350N360N370N380N390N400G01G04G01G04G01G01G04G01G04G01G04G01G01G04G01G04G01T22G04G01G04G01X188.98 F80F2.0V4.344 W-2.172 F100G04 F2.0W-28.828 F100X187 F80F2.0V2 W-1 F100F2.0X57 F100F2.0W-5 F80X201 F260F2.0W52 F260F2.0W4 F80F2.0X73 F260F2.0X66 F80N410N420N430N440N450N460N470N480N490N500N510N520G04G01G04G01G04G01G04G01T01G01Z76M02F2.0X60 F80F2.0X58 F80F2.0X201 F260F2.0V108 W32 F300X300 F100- 29 -參考文獻1、 《實用數(shù)控加工技術》 作