1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目：CA6136普通車床的數(shù)控化改造 整設(shè)計(jì)圖紙請(qǐng)聯(lián)系本人，參見豆丁備注。 HYPERLINK /lzj781219 /lzj781219 畢業(yè)生姓名： 專業(yè)：數(shù)控技術(shù)學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 所屬系（部）：機(jī)械電子工程系二一三年五月前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是高校教學(xué)中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，它是在學(xué)生學(xué)習(xí)了一系列專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程，并且在實(shí)習(xí)、實(shí)踐基礎(chǔ)上，利用自己所學(xué)知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在老師指導(dǎo)、幫助下，自行設(shè)計(jì)與解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。它是學(xué)生四年大學(xué)課程的一次全面總結(jié)和綜合利用，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅可以鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，而且可接觸實(shí)際，發(fā)現(xiàn)不足，開拓視野，在實(shí)踐中檢驗(yàn)和豐富所學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)分析和解

2、決問(wèn)題能力，因此它是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)題目是：CA6136數(shù)控車床改造。由于設(shè)計(jì)的需要，我仔細(xì)研究了總裝圖、零件圖，但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，因自己經(jīng)驗(yàn)不足，遇到了很多實(shí)際問(wèn)題。所以我積極與設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師溝通，在各位老師的全力幫助、指導(dǎo)下問(wèn)題得到了全面解決，同時(shí)受到各位老師優(yōu)良工作品質(zhì)的影響，培養(yǎng)出了我緩中求穩(wěn)、虛心求教、實(shí)事求是、一絲不茍的工作作風(fēng)，并樹立了明確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟(jì)觀和全局觀，為今后從事工作打下了良好的基礎(chǔ)通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我真正認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性，并培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際操作知識(shí)去理性的分析問(wèn)題和解決實(shí)際工作中的一般問(wèn)題的能力，使我建立了正確的設(shè)

3、計(jì)思想，掌握了數(shù)控設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法，并進(jìn)一步鞏固、深化地吸收和運(yùn)用了所學(xué)的基本理論知識(shí)和基本技能。還有，它提高了我設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖、編寫數(shù)控程序、數(shù)控機(jī)床操作、實(shí)際加工零件和正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等工具書的獨(dú)立工作能力，更培養(yǎng)了我勇于創(chuàng)新的精神及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)及工作作風(fēng)。隨著社會(huì)主義建設(shè)與改革開放的深入，與在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下激烈的競(jìng)爭(zhēng)，一切企業(yè)必須進(jìn)行深刻改革與創(chuàng)新，更對(duì)我們工程技術(shù)人員提出了嚴(yán)峻要求，我們不僅要有專業(yè)技術(shù)方面的能力，更要有經(jīng)濟(jì)頭腦，我們所設(shè)計(jì)與提供的產(chǎn)品，將是更為輕巧、靈便、美觀、經(jīng)濟(jì)的，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)中要大膽革新，換新見解、新方案，緊密聯(lián)系所學(xué)知識(shí)，向最優(yōu)秀化靠

4、近。由于設(shè)計(jì)者水平、時(shí)間、資料有限，設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)各位老師指導(dǎo)。摘 要 針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)CA6136普遍車床的缺點(diǎn)提出數(shù)控改裝方案和單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高加工精度和擴(kuò)大機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說(shuō)明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過(guò)程，較詳盡地介紹了CA6136機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)及數(shù)控系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞: 數(shù)控機(jī)床; 單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng); 機(jī)電傳動(dòng); 電子技術(shù) ; Abstract To remedy the defects of ordinary lather CA6136, a design of data processing system and its extend the

5、single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and machines usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。K

6、eyword : numerical control machine tool, single chip microcomputer system， mechanical and electrical transmission, electronic technology目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232235703 前 言1 HYPERLINK l _Toc232235704 摘 要1 HYPERLINK l _Toc232235705 第一章 概 述 PAGEREF _Toc232235705 h 1 HYPERLINK l _Toc2322357

7、06 第一節(jié) 設(shè)計(jì)目的 PAGEREF _Toc232235706 h 1 HYPERLINK l _Toc232235707 第二節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc232235707 h 1 HYPERLINK l _Toc232235708 第二章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 PAGEREF _Toc232235708 h 2 HYPERLINK l _Toc232235709 第一節(jié) 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) PAGEREF _Toc232235709 h 3 HYPERLINK l _Toc232235710 第二節(jié) 國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析 PAGEREF _Toc232235710 h 3 HYP

8、ERLINK l _Toc232235711 第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè) PAGEREF _Toc232235711 h 4 HYPERLINK l _Toc232235712 第四節(jié) 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 PAGEREF _Toc232235712 h 5 HYPERLINK l _Toc232235713 第三章 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc232235713 h 6 HYPERLINK l _Toc232235714 第一節(jié) 數(shù)控設(shè)備 PAGEREF _Toc232235714 h 6 HYPERLINK l _Toc232235715 第二節(jié) 數(shù)控技術(shù)

9、PAGEREF _Toc232235715 h 6 HYPERLINK l _Toc232235716 第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的原理 PAGEREF _Toc232235716 h 7 HYPERLINK l _Toc232235718 第四章 數(shù)控車床總體改造方案及機(jī)械部分設(shè)計(jì)10 HYPERLINK l _Toc232235722 第一節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算 PAGEREF _Toc232235722 h 10 HYPERLINK l _Toc232235723 一.橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 PAGEREF _Toc232235723 h 10 HYPERLINK l _Toc23223

10、5724 二縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 PAGEREF _Toc232235724 h 17 HYPERLINK l _Toc278584627 第五章 CA6136車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)24 HYPERLINK l _Toc278584628 第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)選型26 HYPERLINK l _Toc278584629 第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選型28 HYPERLINK l _Toc278584630 一驅(qū)動(dòng)器選型28 HYPERLINK l _Toc278584631 二分配器30 HYPERLINK l _Toc278584632 三放大器30 HYPERLINK l _Toc2

11、78584633 四.系統(tǒng)連接30 HYPERLINK l _Toc278584634 第三節(jié)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入輸出32 HYPERLINK l _Toc278584635 一信號(hào)輸入輸出34 HYPERLINK l _Toc278584636 二面板開關(guān)說(shuō)明34 HYPERLINK l _Toc278584637 第六章CA6136電氣系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì)36 HYPERLINK l _Toc278584638 第一節(jié)概述36 HYPERLINK l _Toc278584639 第二節(jié)電氣系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì)37 HYPERLINK l _Toc278584643 第三節(jié) 強(qiáng)電柜的安裝與連接37 HYP

12、ERLINK l _Toc232235741 第七章 數(shù)控機(jī)床的安裝、調(diào)試、精度驗(yàn)收38 HYPERLINK l _Toc232235742 第一節(jié) 機(jī)床的安裝、調(diào)試與精度驗(yàn)收38 HYPERLINK l _Toc232235743 一機(jī)床總體安裝.40 HYPERLINK l _Toc232235744 二伺服系統(tǒng)的調(diào)試40 HYPERLINK l _Toc232235745 第二節(jié). 數(shù)控機(jī)床加工程序編制42 HYPERLINK l _Toc232235747 總結(jié)43 HYPERLINK l _Toc232235748 參考文獻(xiàn)44 HYPERLINK l _Toc232235749 致

13、 謝46第一章 概 述第一節(jié) 設(shè)計(jì)目的通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)C6316數(shù)控車床有了進(jìn)一步的了解，對(duì)數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)有了新的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)了系統(tǒng)地綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決實(shí)際工程問(wèn)題的本領(lǐng)，鞏固和加深時(shí)所學(xué)知識(shí)的理解，并且通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐擴(kuò)大和補(bǔ)充了知識(shí)，使認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的水平，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，培養(yǎng)了調(diào)查研究的習(xí)慣和工作能力，練習(xí)查閱資料和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，查閱工具書或參考書，合理選擇設(shè)計(jì)計(jì)算公式，正確計(jì)算，并能以圖紙和說(shuō)明書表達(dá)設(shè)計(jì)的思想和結(jié)果，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但提高了解決具體問(wèn)題的獨(dú)立工作能力，具體動(dòng)腦動(dòng)手能力，而且建立了正確的設(shè)計(jì)和科研思想，加強(qiáng)了科學(xué)性，牢固樹立實(shí)事求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度。第二

14、節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)一要求：將C6136車床改造成用MCS51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求該車床有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm. 橫向：0.005mm二設(shè)計(jì)參數(shù)：最大加工直徑：在床面上： 360mm在床鞍上： 200mm最大加工長(zhǎng)度：1000mm快進(jìn)速度：縱向：2.0m/min橫向：1.0m/min最大進(jìn)給速度：縱向： 0.5m/min橫向： 0.25m/min代碼制：ISO脈沖分配方式：逐點(diǎn)比較法輸入方式：增量值，絕對(duì)值通用。控制坐標(biāo)數(shù)：2最小指令值：縱向： 0.01mm/step橫向： 0.005mm/step刀具補(bǔ)償量

15、：099.99mm進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量：縱向： 0.15mm橫向： 0.075mm自動(dòng)升降速性能： 有三工作量： 機(jī)床改造總圖； 進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸（縱向或橫向）的機(jī)械裝配圖： 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖；設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標(biāo)準(zhǔn)圖 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明 硬件電路部分設(shè)計(jì)說(shuō)明 加工程序控制及說(shuō)明第二章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況1949年，美國(guó)帕森公司與美國(guó)空軍合作，研制了一種計(jì)算裝置，用于滿足日益復(fù)雜的飛機(jī)葉片的自動(dòng)加工，于是，帕森公司首先提出了機(jī)床數(shù)字控制的概念。在半個(gè)世紀(jì)里，數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了電子管數(shù)控系統(tǒng)、晶體管數(shù)控系統(tǒng)、集成電路數(shù)控系統(tǒng)到微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系

16、統(tǒng)（CNC）四個(gè)階段。現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的機(jī)床控制新技術(shù)，它綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心。而采用數(shù)控技術(shù)的典型產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車、石化、電子等支柱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的重要手段。從20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床在引進(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)床的可供品種已超過(guò)300種，其中數(shù)控車床占40%以上。第一節(jié) 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)一.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位 例如：全長(zhǎng)33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”

17、期間國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個(gè)工程的最關(guān)鍵部分，對(duì)加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。前年年初，沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個(gè)月、標(biāo)的6200萬(wàn)元在磁懸浮軌道專用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開招標(biāo)中折掛，并于8月低將一次性驗(yàn)收合格的8臺(tái)數(shù)控鏜銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑鏜加工中心已加工出軌道梁1100根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實(shí)現(xiàn)今年年底試車打下了良好了基礎(chǔ)。二. 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)，數(shù)控化率顯著提高2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬(wàn)臺(tái)，比上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的

18、22.7%。三. 數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破今年來(lái)通過(guò)政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)；煙臺(tái)第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等30多個(gè)系列100多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。第二節(jié) 國(guó)外數(shù)控機(jī)床狀況分析一.國(guó)際機(jī)床市場(chǎng)的消費(fèi)主流是數(shù)控機(jī)床1998年世界機(jī)床進(jìn)口額中大部分是數(shù)控機(jī)床，美國(guó)進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70%，我國(guó)為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額趨勢(shì)已從初期以數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機(jī)床、成套設(shè)備為主。二.國(guó)外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化隨著

19、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運(yùn)用，數(shù)控機(jī)床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已為必然的趨勢(shì)和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時(shí)間的問(wèn)題。從另一角度來(lái)看，目前流行的ERP即工廠信息化對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，僅僅局限于通常的管理部門（人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計(jì)、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒(méi)有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問(wèn)題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代制造工廠來(lái)說(shuō)，第一是要大大提高機(jī)床的數(shù)控化率，即數(shù)控機(jī)床必須達(dá)到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機(jī)床必須具有雙向、高速的聯(lián)

20、網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無(wú)阻。以FANUC和SIEMENS為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國(guó)外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷。第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展預(yù)測(cè)一. 數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主普及型為主轉(zhuǎn)變據(jù)預(yù)測(cè)分析，到2006年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為9.5%10.36%，到2010年將達(dá)到16.5%19.27%。經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長(zhǎng)，高級(jí)型的需求緩慢增長(zhǎng)。二. 數(shù)控

21、金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點(diǎn)，將使具有復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求增長(zhǎng)，這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場(chǎng)消費(fèi)量中各類數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)成比。三. 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元（系統(tǒng)）方向發(fā)展目前歐、美、日等國(guó)應(yīng)用DNC已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機(jī)床銷售量的30%以上。而我國(guó)FMC、FMS和FML的擁有量不足50套，相當(dāng)于日本80年代的水平，占數(shù)控機(jī)床消費(fèi)額不到5%。四. 出口前景良好1998年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額徘徊在5億美元左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和鞏固，以及我國(guó)加入WTO，今后幾年我國(guó)

22、機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2006年出口創(chuàng)匯可達(dá)到12億美元。第四節(jié) 對(duì)我國(guó)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考一. 戰(zhàn)略考慮我國(guó)是制造大國(guó)，在世界產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中要盡量接受前端而不是后端的轉(zhuǎn)移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源。環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國(guó)際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。我們應(yīng)站在國(guó)家安全戰(zhàn)略的高度來(lái)重視數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì)安全看，因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)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，

23、而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力，保障社會(huì)的穩(wěn)定；其次從國(guó)防安全看，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把高精尖數(shù)控產(chǎn)品都列為國(guó)家的戰(zhàn)略物質(zhì)，多我國(guó)實(shí)現(xiàn)禁運(yùn)和限制，“東芝事件”和“考克斯報(bào)告”就是最好的例證。二. 發(fā)展戰(zhàn)略從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā)，以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo)，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)21世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(jī)（如量大面廣的數(shù)控技術(shù)、銑床、高速高精高性能數(shù)控機(jī)床、典型數(shù)字化機(jī)械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵

24、設(shè)備等）帶動(dòng)數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件（數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、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(wèn)題。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有高可靠性的產(chǎn)品；沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)格低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品；當(dāng)然，沒(méi)有規(guī)模中國(guó)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(qiáng)調(diào)產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、買得掉”為目標(biāo)，按國(guó)家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國(guó)家之急需。在競(jìng)爭(zhēng)前數(shù)控技術(shù)方面，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。第三章 數(shù)控設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀第一節(jié) 數(shù)控設(shè)備近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)

25、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(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。2001年，我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國(guó)的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長(zhǎng)27.3%。近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、

26、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等，出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。第二節(jié) 數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國(guó)防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，有什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)” 。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用的數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水

27、平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國(guó)力和國(guó)家地位的重要途徑。數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：（1）機(jī)械制造技術(shù)；（2）信息處理、加工、傳輸技術(shù)；（3）自動(dòng)控制技術(shù)；（4）伺

28、服驅(qū)動(dòng)技術(shù)；（5）傳感器技術(shù)；（6）軟件技術(shù)等。第三節(jié) 數(shù)控機(jī)床的原理一數(shù)字控制的基本概念數(shù)字控制（Numerical ControlNC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù)字控制是相對(duì)于模擬控制而言的，數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的控制量是模擬量。數(shù)字控制與模擬控制相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如可用不同的字長(zhǎng)表示不同精度的信息，可對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算、數(shù)學(xué)運(yùn)算等復(fù)雜的信息處理工作，特別是可用軟件來(lái)改變信息處理的方式或過(guò)程，而不用改動(dòng)電路或機(jī)械機(jī)構(gòu)，從而使機(jī)械設(shè)備具有很大的“柔性”。因此數(shù)字控制已被廣泛用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡控制和機(jī)械系統(tǒng)

29、的開關(guān)量控制，如機(jī)床的控制、機(jī)器人的控制等。數(shù)字控制的對(duì)象是多種多樣的，但數(shù)控機(jī)床是最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的控制對(duì)象，也是最典型的數(shù)控化設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟（International Federation of Information ProcessingIFIP）第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其它符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。定義中所提的程序控制系統(tǒng)，就是數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)輸入載體上事先給

30、定數(shù)字量，并將其譯碼，在進(jìn)行必要的信息處理和運(yùn)算后，控制機(jī)床動(dòng)作和加工零件。最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（Computer Numerical Control）簡(jiǎn)稱CNC。CNC系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)承擔(dān)數(shù)控中的命令發(fā)生器和控制器的數(shù)控系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來(lái)確定數(shù)字信息的處理過(guò)程，從而具有真正的“柔性”，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。二數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由信息載體、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床四部分組成，如圖3-1所示 圖

31、3-1 數(shù)控機(jī)床的組成（一）信息載體信息載體又稱控制介質(zhì)，用于記錄數(shù)控機(jī)床加工一個(gè)零件所必需的各種信息，如零件加工位置數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)等，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的信息載體有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等，并通過(guò)相應(yīng)的輸入裝置將信息輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控機(jī)床也可采用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工信息直接輸入，或通過(guò)竄行口將計(jì)算機(jī)上編寫的加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)。高級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)可能還包括一套自動(dòng)編程機(jī)或者CAD/CAM系統(tǒng)。由這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)編制程序、輸入程序、輸入數(shù)據(jù)以及顯示、模擬顯示、存儲(chǔ)和打印等功能。（二）計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受載體送來(lái)的加工信息

32、，經(jīng)計(jì)算和處理后去控制機(jī)床的動(dòng)作。它由硬件和軟件組成。硬件除計(jì)算機(jī)外，其外圍設(shè)備主要包括光電閱讀機(jī)、CRT、鍵盤、棉板、機(jī)床接口等。光電閱讀機(jī)是輸入系統(tǒng)程序和零件加工程序；CRT供顯示和監(jiān)控用；鍵盤用于輸入操作命令及編輯、修改程序段，也可輸入零件加工程序；操作面板可供操作人員改變操作方式、輸入整定數(shù)據(jù)、啟停加工等；機(jī)床接口是計(jì)算機(jī)和機(jī)床之間聯(lián)系的橋梁，機(jī)床接口包括伺服驅(qū)動(dòng)接口及機(jī)床輸入/輸出接口。伺服驅(qū)動(dòng)接口主要是進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)化，以及對(duì)反饋元件的輸出進(jìn)行數(shù)字化處理并記錄，以供計(jì)算機(jī)采樣；機(jī)床輸入/輸出接口是用于處理輔助功能。軟件由管理軟件和控制軟件組成。管理軟件主要包括輸入輸出、顯示、診斷等程

33、序；控制軟件包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等部分組成。數(shù)控裝置控制機(jī)床的動(dòng)作可概括為：1.機(jī)床主運(yùn)動(dòng)，包括主軸的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向和速度選擇等 ；2.機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如點(diǎn)位、直線、圓弧、循環(huán)進(jìn)給的選擇，坐標(biāo)方向進(jìn)給速度的選擇等；3.刀具的選擇和刀具的補(bǔ)償（長(zhǎng)度、半徑）；4.其它輔助運(yùn)動(dòng)，如各種輔助操作，工作臺(tái)的鎖緊和松開，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)與分度和冷卻泵的開、停等。（三）伺服系統(tǒng) 它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它接受數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的各種動(dòng)作命令，驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)、電液馬達(dá)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)。（四）機(jī)床它是用于完成各種切削加工的機(jī)

34、械部分，是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，但也做了很多改進(jìn)和提高，它的主要特點(diǎn)是：1.由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸和伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短；2.為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度、阻尼精度及耐磨性，熱變形較小；3.更多的采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等；4.不少數(shù)控技術(shù)還采用了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置以提高機(jī)床各種效率。（五）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理1.輸入 輸入給數(shù)控系統(tǒng)的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。 2.譯碼 輸入的程序段含有零件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線還是圓弧等）、要求的加工速度以及其它的輔助

35、信息（換刀、換檔、冷卻液開關(guān)等）。計(jì)算機(jī)依靠譯碼程序來(lái)識(shí)別這些符號(hào)，將加工程序翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言。3.數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。加工速度的確定也是一個(gè)工藝問(wèn)題。數(shù)控系統(tǒng)僅僅是保證這個(gè)編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，輔助功能如換刀、換檔等亦在這個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)。4.插補(bǔ) 即根據(jù)給定的曲線類型（如直線、圓弧或高次曲線）、起點(diǎn)、終點(diǎn)以及速度，在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)功能主要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前主要有兩類插補(bǔ)方法：一是脈沖增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是每次插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)給脈沖；二是數(shù)字增量插補(bǔ)，它的特點(diǎn)是插

36、補(bǔ)運(yùn)算在每個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行一次，根據(jù)指令進(jìn)行速度計(jì)算出一個(gè)微小的直線數(shù)據(jù)段。5.伺服控制 將計(jì)算機(jī)送出的位置進(jìn)給脈沖或進(jìn)給速度指令，經(jīng)變換和放大后轉(zhuǎn)化為伺服電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)或交、直流伺服電機(jī)）的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)。第四章數(shù)控車床總體改造方案及機(jī)械制造設(shè)計(jì)第一節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)改裝設(shè)計(jì)與計(jì)算 一.橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核（一）確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 根據(jù)數(shù)控機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量0.005mm/setp（二） 計(jì)算切削力橫切端面 查綜合作業(yè)指導(dǎo)書P13頁(yè)式中車床床身上加工最大直徑 橫切端面時(shí)主切削力可取縱切時(shí)的式中 走刀方向的切削力（N） 垂直走刀方向的切削力（N） （三）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)、計(jì)算

37、、選型1.滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn)：1)傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副傳動(dòng)的效率為=0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍（滑動(dòng)絲杠效率為0.20.4）。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)絲杠螺母副的1/41/3。2)給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。3) 啟動(dòng)力矩小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高，同步性好。4) 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主傳動(dòng)。5)磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持好。6) 不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于重力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，

38、故常需添加制動(dòng)裝置。2.滾珠絲杠副的精度與代號(hào)根據(jù)機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠副精度的規(guī)定，滾珠絲杠副按其使用范圍及要求分為六個(gè)等級(jí)，即C,D,E,F,G,H級(jí)，C級(jí)精度最高，其余一次逐級(jí)降低各種類型數(shù)控機(jī)床對(duì)滾珠絲杠副精度的要求如表4-2表4.1 滾珠絲杠 副精度要求表機(jī) 床 種 類坐 標(biāo) 方 向XYZW開環(huán)系統(tǒng)數(shù)控壓力機(jī)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)控繪圖機(jī)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)控車床標(biāo)準(zhǔn)級(jí)精密級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)控磨機(jī)精密級(jí)精密級(jí)數(shù)控線切割機(jī)精密級(jí)精密級(jí)數(shù)控鉆床標(biāo)準(zhǔn)級(jí)普通級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)控銑床標(biāo)準(zhǔn)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)控鏜床精密級(jí)精密級(jí)精密級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)數(shù)控坐標(biāo)鏜床精密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床精密級(jí)超精密級(jí)精

39、密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)超精密級(jí)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)坐標(biāo)鏜床、螺紋磨床精密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)超精密級(jí)精密級(jí)普通機(jī)床、通用機(jī)床普通級(jí)普通級(jí)普通級(jí) 滾珠絲杠副的精度包括各元件的精度和裝配后的綜合精度，其中包括導(dǎo)程誤差，絲杠大徑對(duì)螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng)，絲杠和螺母表面粗糙度，由預(yù)加載荷時(shí)螺母安裝端面對(duì)絲杠螺紋軸線的圓跳動(dòng)，有預(yù)加載荷時(shí)螺母安裝端面對(duì)絲杠螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng)以及滾珠絲杠公稱直徑尺寸變動(dòng)量等。在開環(huán)數(shù)控機(jī)床和其他精度機(jī)床中，滾珠絲杠的精度直接影響定位精度和隨動(dòng)精度。對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，絲杠的制造誤差使得它在工作時(shí)負(fù)載分布不均勻，從而降低承載能力和接觸剛度，并使預(yù)緊力和驅(qū)動(dòng)力矩不穩(wěn)定，因此傳動(dòng)精

40、度始終是滾珠絲杠的最重要的質(zhì)量指標(biāo)。1.計(jì)算進(jìn)給牽引力橫向進(jìn)給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).26.2-2；6.2-3表 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22頁(yè) 式中：，切削分力（） G移動(dòng)部件的重量（N） 表1-1查得橫向溜板及刀架重力800N 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取=0.15-0.18 K考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù) 取K=1.152.計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).3P185-P210 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22頁(yè) 式中：L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位 n絲杠轉(zhuǎn)速（r/min） 為最大切削條件下進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的1/2-1/3 取 絲杠導(dǎo)程（mm） 初選=5

41、mm T為使用壽命（h）,對(duì)于數(shù)控機(jī)床取15000h 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，查表3-14一般取1.2-1.53.滾珠絲杠螺母副的選型查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書附表-2，可采用WD2505外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為9700N,精度等級(jí)按表3-17選為級(jí)。4.傳動(dòng)效率計(jì)算 式中：螺旋升角，WD2505 摩擦角取 滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003-0.004 5.剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲桿支承方式圖所示，最大牽引力1121.1N,支承間距350mm，因絲桿長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。圖計(jì)算如下: 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm)查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖4-4,根據(jù)1121.1N,D=25mm查出可

42、算出： 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量查圖3-5得系列列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量因進(jìn)行了預(yù)緊 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形采用推力球軸承8104查閱機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).表5.9-137,d=20mm,滾動(dòng)體直徑=5.556mm,數(shù)量Z=13綜合以上幾項(xiàng)變形量之和：定位精度6.穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載(N) 式中:E材料彈性模量() I截面慣性矩() L絲桿兩軸承端距離(cm) 絲桿支承方式系數(shù)，從表3.15中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支為2.00 一般=2.5-4.0,所以 此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 （四）齒輪傳動(dòng)比計(jì)算1.橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=5mm, 初選

43、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可計(jì)算傳動(dòng)比: 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速。因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2，有關(guān)參數(shù)參照表2表2: 傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)Z24402025分度圓d=mz48804050齒頂圓52844454齒根圓43753545齒寬(6-10)m20中心距6445二縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核（一）切削力計(jì)算 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，切削功率 （4-1） 式中 N電機(jī)功率，查機(jī)床說(shuō)明書，N=4kW； 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7取K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。 則： =40.650.96=2.496 kW 又因?yàn)?（

44、4-2） 所以 式中 v切削線速度，取v=100m/min。主切削力 =61202.496/100=152.76（kg f）=1527.6（N） 由金屬切削原理可知，主切削力 （4-3）查表得： =188kgf/=1880MPa =1 =0.75 =1則可計(jì)算如表4-1所示： 表4.1 計(jì)算結(jié)果222333f（mm）0.20.30.40.20.30.4112515241891168722872837 當(dāng)=1520N時(shí)，切削深度=2mm，走刀量=0.3mm，以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。 從機(jī)床設(shè)計(jì) 手冊(cè)中可得知，在一般外圓車削時(shí)： =（0.10.6） =（0.150.7） （4-4）取： =0.

45、5Fz=0.51527.6=763.8N =0.6Fz=0.61527.6=916.5N1.綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： （4-5）式中 K=1.15， =0.150.18，取為0.16。則 P=1.15763.8+0.16（1527.6+800） =1250.8N2. 強(qiáng)度計(jì)算： 壽命值 （4-6） （4-7） 取工件直徑 D=80mm，查表得 =15000h 則： =10001000.3/3.14806=20r/min =602015000/=18最大動(dòng)負(fù)載 Q= （4-8）查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) =1.2 硬度系數(shù) =1則 Q=1.211250.8=3933.6N 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇

46、滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取FB系列，滾珠絲杠直徑選為32mm，型號(hào)為FB326-5-，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠用。3.效率計(jì)算： 根據(jù)機(jī)械原理的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為： （4-9）式中 摩擦角=10 螺旋升角=325則 =0.9534. 剛度驗(yàn)算： 滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 （4-10）式中 =6mm=0.6cm； E=20.6滾珠絲杠截面積 則 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即：。所以：導(dǎo)程變形總誤差為 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15m/m，故剛度足夠。5.穩(wěn)定性驗(yàn)算： 由于機(jī)床原絲杠直徑為3

47、2mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題，不在驗(yàn)算。（三） 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算1.有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比 故取 =32 =40m=2mm b=20mm =20 2. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =3.所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 +最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 +快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 + 式中 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩； 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 （4-11）

48、當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) =12.40824.88/9.60.025=0.1286 N.m=1.286kgf.cm當(dāng)=0.8 =0.16時(shí) =1.223=12.23當(dāng)=0.9時(shí)預(yù)加載荷Po=1/3則： =76.30.6/23.140.81.25=7.297kgf.cm=72.97N.cm所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 =21.5+1.223+0.462=23.185kgf.cm=231.85N.cm切削時(shí)所需力矩： =1.286+1.223+0.462+7.297 =10.268kgf.cm=102.68N.cm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 =1.223+0.462=1.685kgf.cm=16.85N.cm由以上分析計(jì)

49、算可知：所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，第五章 CA6136車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié) 數(shù)控系統(tǒng)選型數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心，在選擇時(shí)要對(duì)其性能、經(jīng)濟(jì)性及維修服務(wù)等進(jìn)行綜合考慮。數(shù)控系統(tǒng)主要有3種類型：步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)；異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；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)。 其中步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)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)齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(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

50、位移精度較低。但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。我國(guó)國(guó)內(nèi)使用的數(shù)控系統(tǒng)基本上分為兩大類：一類是從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)制造的產(chǎn)品，如日本FANUC公司生產(chǎn)的FANUC-0iMate、德國(guó)西門子公司SINUMERIKDMT-802系列；另外一類是在引進(jìn)、吸收的基礎(chǔ)上研制、開發(fā)、生產(chǎn)的數(shù)控裝置，如華中數(shù)控系列，GSK系列，南京華興等。對(duì)比國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)：國(guó)外產(chǎn)品在性能、可靠性、使用壽命上占有很大優(yōu)勢(shì)，但價(jià)格很高，使得改造成本提高。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品雖然大轉(zhuǎn)矩、大功率伺服電機(jī)的能力沒(méi)有國(guó)外產(chǎn)品強(qiáng)大，但也能滿足我們的要求，而且綜合成本低。最終我們將數(shù)控系統(tǒng)的選擇定位在國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)上，其

51、中南京華興數(shù)控設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WA310M數(shù)控系統(tǒng)是一款能滿足以上要求的數(shù)控系統(tǒng)，所以我們選擇這款專門為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC控制系統(tǒng)。WA310M是南京華興數(shù)控設(shè)備有限責(zé)任公司集十多年數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在原有多代成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，推出的新一代高性能車床用數(shù)控系統(tǒng)，如圖5.1所示。系統(tǒng)采用超大規(guī)模可編程電路方案，具有更高的加工控制品質(zhì)和系統(tǒng)升級(jí)空間。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的控制功能，可控制數(shù)字式交流伺服單元和三相細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。系統(tǒng)的電子齒輪功能可與任意螺距絲桿直連，螺距補(bǔ)償功能使機(jī)床的精度檢驗(yàn)大為簡(jiǎn)化，并提高機(jī)床的綜合精度，強(qiáng)大的參數(shù)功能使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。系統(tǒng)可控制數(shù)字式交

52、流伺服驅(qū)動(dòng)器及三相細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；系統(tǒng)的電子齒輪功能使得系統(tǒng)可與任意螺距絲杠直聯(lián)；螺距補(bǔ)償功能使機(jī)床的精度檢驗(yàn)大為簡(jiǎn)化；顯示采用7.4英寸液晶屏彩色顯示，具有加工零件圖形實(shí)時(shí)跟蹤顯示以及坐標(biāo)字符顯示的功能，界面設(shè)計(jì)更為豐富人性化；圖形模擬功能更為強(qiáng)大，具有三維立體模擬和二維平面模擬顯示的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用整體式工程塑料壓模件，造型美觀；便捷的U盤接口，可實(shí)現(xiàn)U盤與系統(tǒng)間的程序互存，以及系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)功能和直接進(jìn)行U盤DNC加工的功能。圖5.1 WA310M數(shù)控系統(tǒng)表5-1 WA310M車床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)WA310M車床數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)1適用機(jī)床4軸車床2用戶存儲(chǔ)區(qū) 配512K電子盤，121個(gè)程序3編

53、程尺寸 99999.999mm4分辨率 0.001MM5最大移動(dòng)速度 60m/min(1MPPS)6插補(bǔ)軌跡 直線、圓弧、螺紋、快速定位7輸入/輸出 32路/24路，所有I/0口功能均有參數(shù)定義，用戶可設(shè)置、修改I/O口功能8編程方式 ISO代碼、鍵盤、RS232串行錄入、USB接口定義9快速速度范圍 1mm/min 15m/min10電子齒輪 16位：16位11螺距補(bǔ)償 160點(diǎn)/軸，24軸12軟件限位 每軸可任意設(shè)定區(qū)間13參考區(qū) 刀具、系統(tǒng)參數(shù)、螺紋、位參數(shù)等14操作方式 自動(dòng)、手動(dòng)、步進(jìn)、MDI、單段/連續(xù)、暫停、手脈、串行或USB下DNC加工15顯示界面 具有同步字符顯示功能和圖形界

54、面16系統(tǒng)升級(jí) 通過(guò)U盤或串行口可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，無(wú)須打開機(jī)箱17進(jìn)給倍率設(shè)置 16擋撥段開關(guān)，倍率范圍5%300%18主軸倍率設(shè)置 16擋撥段開關(guān)，倍率范圍5%300%19模態(tài)指示燈 指示當(dāng)前操作狀態(tài)20圖形模擬 三維立體和二維平面圖形模擬第二節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器選型一驅(qū)動(dòng)器選型根據(jù)設(shè)計(jì)方案，主傳動(dòng)的主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)保持原有設(shè)備。X、Z進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)已在第2章完成，已確定了滾珠絲杠的型號(hào)、步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)等，本節(jié)主要選擇三個(gè)軸向進(jìn)給傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器主要由環(huán)形分配器和功率驅(qū)動(dòng)電路兩個(gè)部分組成，功率驅(qū)動(dòng)電路將環(huán)形分配器輸出的微弱電流進(jìn)行放大，滿足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，因此選擇步進(jìn)

55、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的良好性能是保證普通銑床數(shù)控化改造的精度之一。常見的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的功率驅(qū)動(dòng)電路有五種，其中細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路是通過(guò)控制繞組中的電流數(shù)值來(lái)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)步距角的大小，控制精度高。根據(jù)第2章已選擇的進(jìn)給傳動(dòng)選擇的步進(jìn)電機(jī)分別為：110BYG550A、110BYG550C。查閱相關(guān)資料以及產(chǎn)品可知，南京華興數(shù)控設(shè)備有限公司的WD5HN5系列五相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，高速高轉(zhuǎn)矩輸出。采用先進(jìn)的五H橋IGBT驅(qū)動(dòng)電路，鎖定無(wú)電磁噪音；信號(hào)輸入方式靈活：?jiǎn)?雙脈沖控制、脈沖前/后沿走步均可；輸入信號(hào)經(jīng)光電隔離和數(shù)字濾波器處理后，抗干擾性極高；撥碼開關(guān)直接設(shè)定整步/半步運(yùn)行方式；封閉結(jié)構(gòu)，外部風(fēng)冷，尤其

56、適合惡劣環(huán)境中使用等優(yōu)點(diǎn)。表5-2 WD5HN5驅(qū)動(dòng)器技術(shù)參數(shù)供電電源單相80V+15%，50、60HZ。容量200VA/軸輸出電流34.5A/相驅(qū)動(dòng)方式PWM斬波、半流鎖定配套電機(jī)110、130BYG五相十線混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方式五相十拍（0.72度）/五相二十拍（0.36度）綜合以上產(chǎn)品特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)，步進(jìn)電機(jī)110BYG 550A、110BYG 550C的驅(qū)動(dòng)器選擇為：南京華興數(shù)控設(shè)備有限公司的WD5HN5系列五相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電氣安裝尺寸如圖5.2所示。圖5.2 WD5HN5驅(qū)動(dòng)器安裝尺寸二分配器環(huán)形分配器的作用是把來(lái)自于加減速電路的一系列進(jìn)給脈沖指令，轉(zhuǎn)換成控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定

57、子繞組通電、斷電的電平信號(hào)，電平信號(hào)狀態(tài)的改變次數(shù)及順序與進(jìn)給脈沖的數(shù)量及方向?qū)?yīng)。如對(duì)于三相三拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，若“1”表示通電，“0”表示斷電，A，B，C是其三相定子繞組，則經(jīng)環(huán)形分配器后，每來(lái)一個(gè)進(jìn)給脈沖指令，A，B，C應(yīng)按（100）（010）（001）（100）的順序改變一次。環(huán)形分配器有硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩種形式。硬件環(huán)形分配器是由觸發(fā)器和門電路構(gòu)成的硬件邏輯線路。實(shí)際上現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有集成度高、抗干擾性強(qiáng)的PMOS和CMOS環(huán)形分配器芯片供選用。下面主要介紹用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)脈沖序列分配的軟件環(huán)形分配器。下面是基于查表法的軟件環(huán)形分配器的程序設(shè)計(jì)方法，本次銑床改造我們采用五相

58、混合式步進(jìn)電機(jī)。如圖3.3所示為三坐標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)框圖。x向y向和z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的五相定子繞組分別為A1、B1、C1、D1、E1相,A2、B2、C2、D2、E2相和A3、B3、C3、D3、E3相，分別經(jīng)各自的放大器、光電耦合器與計(jì)算機(jī)的PIO（并行輸入/輸出接口）的PA0PA14相連。環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表如表5-3和表5-4所示。表中的內(nèi)容即是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)，與接口接線緊密相關(guān)。圖5.3 三坐標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)框圖查表法的關(guān)鍵是根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前勵(lì)磁狀態(tài)和要求的正向或反向運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，如何從表中找到相應(yīng)單元地址，并取出地址的內(nèi)容輸出。當(dāng)然要用查表程序中用的基址（表格首址）

59、加索引值（序號(hào)）的方法。正轉(zhuǎn)時(shí)，只要步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)前狀態(tài)序號(hào)不是表底序號(hào)，序號(hào)加1就是一下狀態(tài)的序號(hào)：若是表底序號(hào)，需要將表底序號(hào)修改成表首序號(hào)。反轉(zhuǎn)時(shí)，須判斷當(dāng)前序號(hào)是不是表首序號(hào)，若不是表首序號(hào)則序號(hào)減1；若是表首序號(hào)，需要將表首序號(hào)修改成表底序號(hào)。表5-3 X向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表表5-4 Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器的輸出狀態(tài)表三放大器從環(huán)形分配器來(lái)的進(jìn)給控制信號(hào)的電流只有幾毫安，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組需要幾安培電流。因此，需要對(duì)環(huán)形分配器來(lái)的信號(hào)進(jìn)行功率放大，以提供幅值足夠、前后沿較好的勵(lì)磁電流。常用的有單電壓供電功放電路和雙電壓供電功放電路。這里我們選擇雙電壓供電功放電路。雙

60、電壓供電功率放大器又稱高低電壓供電功放器，如圖5.4所示為高低壓供電定時(shí)切換電路的工作原理。該電路包括功率放大級(jí)（由功率管Vg，Vd組成）、前置放大器和單穩(wěn)延時(shí)電路。二級(jí)管VDd是用作高低壓隔離的，VDg和Rg是高壓放電回路。高壓導(dǎo)通時(shí)間由單穩(wěn)延時(shí)電路整定，通常為100600s，對(duì)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可達(dá)幾千微秒。當(dāng)環(huán)形分配器輸出高電平時(shí)，兩只功率放大管Vg，Vd同時(shí)導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)繞組以+80V電壓供電，繞組電流按L/（Rd+r）的時(shí)間常數(shù)向電流穩(wěn)定值ug/（Rd+r）上升，當(dāng)達(dá)到單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間時(shí)，Vg管截止，改由+12V供電，維持繞組額定電流。若高低壓之比為ug/ud，則電流上升率也提高ug/ud倍，