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1、機(jī)械設(shè)計(jì)及自動化專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文） 臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)目錄摘要1第1章 緒論1 1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1 1.2數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀21.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 31.4機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 41.5主要技術(shù)指標(biāo)4第2章 華中HNC-21數(shù)控車削系統(tǒng)介紹4第3章 普通車床的數(shù)控改造可行性論證11 3.1技術(shù)可行性11 3.2機(jī)床本身11 3.3加工對象分析12 3.4市場可供性12第4章 總體方案的確定12 4.1總體方案設(shè)計(jì)要求124.2設(shè)計(jì)參數(shù)13第5章 進(jìn)給傳動部件的計(jì)算和選型165.1 脈沖當(dāng)量的確定165.2 切削力的計(jì)算175.3 滾珠絲杠螺

2、母副的計(jì)算和選型（縱向）175.3.1 工作載荷Fm的計(jì)算175.3.2 最大動載荷FQ的計(jì)算175.3.3 初選型號175.3.4傳動效率的計(jì)算185.3.5 剛度的驗(yàn)算185.3.6 壓桿穩(wěn)定性校核185.4 步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算與選型(縱向) 18 5.4.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq185.4.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq19 5.4.3步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定21 5.4.4步進(jìn)電動機(jī)的性能校核21 5.5 主軸交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選型22 5.5.1主軸的變速范圍22 5.5.2初選主軸電機(jī)的型號22 5.5.3主軸電機(jī)的校核22第6章 繪制進(jìn)給

3、伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖22第7章 元件的選擇23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)26臥式車床C6140數(shù)控化改造設(shè)計(jì)摘要 中國是一個傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。針對目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造，解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)問題，用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對己報(bào)廢的C6140普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升，以解決目前設(shè)備老化所帶來的問題。本設(shè)計(jì)說明書包括：概論

4、、總體設(shè)計(jì)方案的擬定和驗(yàn)證、主傳動部分的改造設(shè)計(jì)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤安裝部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等幾個部分。改造后的機(jī)床，主運(yùn)動實(shí)現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控控制，并要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動單位為0.01mm /脈沖，橫向最小運(yùn)動單位0.005mm/脈沖，刀架要是自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動切削螺紋。關(guān)鍵詞:機(jī)床改造 數(shù)控技術(shù) 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠 自動刀架第1章 緒論1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史1946 年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)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(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人

5、類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6 年后，即在 1952 年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 1.1.1 數(shù)控（ NC ）階段（ 1952 1970 年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 “搭”成一臺機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(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

6、三代小規(guī)模集成電路。 1.1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（ 1970 年現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC)階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的“通用”兩個字省略了）。到1971年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個最核心的部件運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR),又可稱為中央處理單元（簡稱CPU)。 到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如

7、采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。 到了1990年，PC機(jī)(個人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于 PC 的階段。 總之,計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970 年的第四代小型計(jì)算機(jī)； 1974 年的第五代微處理器和1990年的第六代基于PC（國外稱為PCBASED）。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC ）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的“數(shù)

8、控”,實(shí)質(zhì)上已是指“計(jì)算機(jī)數(shù)控”了。 1.2數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀 近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)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(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，僅次于美國的53.67億美元，消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，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27.3%。 近

9、年來我國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)、數(shù)控成形折彎機(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。1.2.1國內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析1. 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33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個工程的最關(guān)鍵部分，對加工軌道梁的精度提出了相當(dāng)高的要求。沈陽機(jī)床集團(tuán)機(jī)床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個月、標(biāo)的6200萬元在磁懸浮軌道專用數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目公開招標(biāo)中折桂，并于當(dāng)年8月底

10、將一次性驗(yàn)收合格的8臺數(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)年底試車打下了良好的基礎(chǔ)。 2. 數(shù)控機(jī)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(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機(jī)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(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。 近年來通過政府的支持，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產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺；煙臺第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機(jī)床配套的多種動力卡

11、盤和過濾排屑裝置；濟(jì)南第二機(jī)床集團(tuán)公司的數(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多個系列100多個品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。1.2.2國外數(shù)控機(jī)床狀況分析1. 國際機(jī)床市場的消費(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，美國進(jìn)口機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)70%，我國為60%。目前世界數(shù)控機(jī)床消費(fèi)趨勢己從初期以數(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。2. 國外數(shù)控機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)化隨著計(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、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化

12、對于制造業(yè)來說，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”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，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)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阻。以FANUC和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商己在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這

13、些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國外企業(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。1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1.3.1數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 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(diǎn)，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(jī)作為它的前端機(jī)，來處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。 PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。 2. 向高速化和高精度化發(fā)展

14、這是適應(yīng)機(jī)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(jì)算機(jī)領(lǐng)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(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 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(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 （ 2 ） 引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，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(qū)動裝置 可以通過自動識別負(fù)載，而自動調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)

15、展,數(shù)字控制技術(shù)的高度成熟,數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用,特別是近幾年來應(yīng)用比例越來越大,有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量,使得人們對其有了更清楚的認(rèn)識,但由于產(chǎn)品零件的類型、形狀、尺寸和用途的差異很大,零件的加工批量相差懸殊,其質(zhì)量和精度的要求也有顯著的不同,因此制造業(yè)需要不同類型的數(shù)控機(jī)床,在同一類型數(shù)控機(jī)床中需要高、中、低檔不同層次的數(shù)控機(jī)床,購買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的途徑,對舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,也是提高數(shù)控化率的重要途徑。我國現(xiàn)有400多萬臺數(shù)控機(jī)床,數(shù)控機(jī)床占有量約占2%,這些機(jī)床的結(jié)構(gòu)一般比較陳舊,操作部分復(fù)雜,控制系統(tǒng)落后,但如果把這些落后機(jī)床全部閑置或淘汰,全部購買新的數(shù)控機(jī)

16、床去代替,必然耗費(fèi)巨額資金,顯然不符合我國國情,因此,用數(shù)控這一高新技術(shù)對現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,是一條符合國家急需與產(chǎn)業(yè)政策且又可行的途徑,于是人民為了降低采購數(shù)控設(shè)備的成本,開始嘗試將機(jī)械尚有70%以上殘留價(jià)值的一部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,使老設(shè)備煥發(fā)青春,為企業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。而近幾年,美、日、德等先進(jìn)工業(yè)國,在大量制造數(shù)控機(jī)床的同時,十分重視對機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,并已形成一個新興的產(chǎn)業(yè)。1.5 主要技術(shù)指標(biāo)1. 床身上最大加工直徑400mm；2. 最大加工長度1000mm；3. X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖；4. X方向最

17、快移動速度Vxmax=3000/min，Z方向?yàn)閂zmax=6000mm/min；5. X方向最快工進(jìn)速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向?yàn)閂zmaxf=800mm/min；6. X方向定位精度0.01mm，Z方向0.02mm；7. 可以車削柱面、錐面與球面等； 8. 安裝螺紋編碼器，可以車削米/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導(dǎo)程為24mm；9. 安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)控制自動選刀；10. 自動控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號；11. 自動控制冷卻泵的起/停；12. 安裝電動卡盤，系統(tǒng)控制工件的加緊與松開；13. 縱、橫向安裝限位開關(guān)；14. 數(shù)控系統(tǒng)可

18、與PC機(jī)串行通信；15. 顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用ISO數(shù)控代碼。第2章 華中HNC-21數(shù)控車削系統(tǒng)介紹“世紀(jì)星” HNC-21數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4/彩色液品顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅(qū)、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點(diǎn)。最大聯(lián)動軸數(shù)為3軸?？蛇x配各種類型的脈沖式交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)（HSV-16系列全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元）。除標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板外，配置40路開關(guān)量輸入和32路開關(guān)量輸出接口、手持

19、單元接口、主軸控制與編碼器接口。還可擴(kuò)展20路輸入/16路輸出。采用7.5/彩色液晶顯示器（分辨率為640 x480），全漢字操作界面、障診斷與報(bào)警、加工軌跡圖形顯示和仿真，操作簡便，易于掌握和使用。采用國際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動編程系統(tǒng)兼容，具有直線插補(bǔ)、圓 弧插補(bǔ)、螺紋切削、刀具補(bǔ)償、宏程序、恒線速切削等功能。反向間隙和單、雙向螺距誤差補(bǔ)償功能。內(nèi)置RS232通訊接口，輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)據(jù)通訊。32MB Flash RAM(可擴(kuò)充至2GB)程序斷電存儲， 32MB RAM加工內(nèi)存緩沖區(qū)。系統(tǒng)選件軟驅(qū)單元全密封結(jié)構(gòu)3.5/標(biāo)準(zhǔn)軟盤驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤轉(zhuǎn)接口RS232、以太網(wǎng)

20、轉(zhuǎn)接口DNC單元全密封結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤轉(zhuǎn)接口RS232、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)接口以太網(wǎng)10MB/100MB速度自適應(yīng)支持NT/NOVELL網(wǎng)絡(luò)支持文件網(wǎng)絡(luò)傳輸手持單元手搖脈沖發(fā)生器坐標(biāo)選擇倍率選擇緊急停止按鈕手持使能按鈕輸入/輸出端子板繼電器輸出端子板系統(tǒng)配置程序緩沖區(qū)：32MB零件程序和斷點(diǎn)保護(hù)區(qū)：基本32MB，可擴(kuò)展至2GB（選件）進(jìn)給軸接口類型：脈沖接口（HSV-16系列）主軸驅(qū)動單元接口主軸編碼器接口開關(guān)量輸入輸出接口：40輸入/32輸出，可擴(kuò)展20輸入/16輸出（選件）手持單元接口軟驅(qū)單元接口RS232接口以太網(wǎng)接口（選件）標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤接口手持單元（選件）軟驅(qū)單元（選件）I/Q端子板（支持NPN

21、和PNP型開關(guān)量）(選件)CNC功能最大控制軸數(shù)：6進(jìn)給軸 1主軸聯(lián)動軸數(shù)：3軸最小分辨率：1微米最大移動速度：24米/分鐘（與驅(qū)動單元、機(jī)床相關(guān)）直線、圓弧、螺紋功能自動加減速控制（直線/拋物線）參考點(diǎn)返回坐標(biāo)系設(shè)定MDI功能M、S、T功能加工過程圖形靜態(tài)仿真和實(shí)時跟蹤內(nèi)部二級電子齒輪簡單車削循環(huán)復(fù)合車削循環(huán)CNC編程編程最小單位：0.001毫米、度最大編程尺寸：99999.999最大編程行數(shù)：20億行公/英制編程絕對/相對指令編程宏指令編程子程序調(diào)用工件坐標(biāo)系設(shè)定直徑/半徑編程自動控制倒角（圓角、直角）恒線速切削功能編輯后臺編輯（選件）字符查找與替換文件刪除及拷貝顯示中文菜單功能圖形顯示狀

22、態(tài)顯示當(dāng)前位置顯示程序顯示程序錯誤顯示操作錯誤顯示坐標(biāo)軸設(shè)置顯示主軸速度及修調(diào)進(jìn)給速度及修調(diào)快速進(jìn)給及修調(diào)自診斷功能插補(bǔ)功能HNC-21直線插補(bǔ)螺紋切削圓弧插補(bǔ)螺旋線插補(bǔ)正弦線插補(bǔ)刀具補(bǔ)償?shù)毒唛L度補(bǔ)償?shù)都獍霃窖a(bǔ)償參考點(diǎn)功能參考點(diǎn)位置設(shè)定參考點(diǎn)開關(guān)偏差設(shè)定回參考點(diǎn)快移速度設(shè)定回參考點(diǎn)定位速度設(shè)定數(shù)據(jù)交換RS232以太網(wǎng)（選件）3.5/軟驅(qū)（選件）操作7.5/彩色液晶顯示屏防靜電薄膜編程面板與機(jī)床操作面板PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口手持單元（選件）圖形顯示功能與動態(tài)實(shí)時仿真網(wǎng)絡(luò)通訊功能（選件）操作方式自動單段MDI點(diǎn)動步進(jìn)增量進(jìn)給手搖增量進(jìn)給手動/自動回參考點(diǎn)進(jìn)給保持 重新對刀空運(yùn)行保存斷點(diǎn)/返回?cái)帱c(diǎn)2-1

23、HNC-21數(shù)控系操作面板坐標(biāo)軸監(jiān)視機(jī)床坐標(biāo)系顯示工件坐標(biāo)系顯示跟蹤誤差顯示剩余進(jìn)給顯示進(jìn)給速度顯示主軸速度顯示指令位置顯示實(shí)際位置顯示工件坐標(biāo)系原點(diǎn)顯示運(yùn)動軌跡顯示進(jìn)給軸功能無限制旋轉(zhuǎn)軸功能最高設(shè)定速度16000 mm/min進(jìn)給修調(diào)0%到150%快移修調(diào)0%到150%每分鐘進(jìn)給/每轉(zhuǎn)進(jìn)給多種回參考點(diǎn)功能：單向、雙向快移、進(jìn)給加減速設(shè)定最大跟蹤誤差設(shè)定輔助功能主軸正反轉(zhuǎn)自動換刀冷卻開/停主軸功能主軸速度：可通過PLC編程控制（最大99999 rpm）主軸修調(diào)：從0%到150%主軸速度和修調(diào)顯示變速比和變速比級數(shù)可通過PLC編程控制編碼器接口螺紋功能主軸定向PLC功能內(nèi)嵌式PLC提供標(biāo)準(zhǔn)PLC

24、例程PLC狀態(tài)顯示安全功能坐標(biāo)軸軟極限保護(hù)斷電保護(hù)區(qū)加工斷點(diǎn)保存/斷點(diǎn)恢復(fù)參數(shù)備份與恢復(fù)參數(shù)權(quán)限保護(hù)加工統(tǒng)計(jì)技術(shù)規(guī)格輸入電源：AC24V 50W DC24V50W或者DC24V100WAC電源頻率：50Hz安裝方式：控制柜內(nèi)運(yùn)行、儲存環(huán)境（如下表）光電隔離開關(guān)量輸入接口（40位），可擴(kuò)展20位光電隔離開關(guān)量輸出接口（32位），可擴(kuò)展16位 輸出電流范圍0-100mA 輸出電壓范圍DC24V主軸模擬量輸出接口 分辨率：12位 輸出電壓：DC10V或0- 10V主軸編碼器輸入接口 方波差分接收手搖脈沖發(fā)生器輸入接口，TTL電平輸入進(jìn)給軸脈沖輸出接口/HSV-16伺服接口（最大6個）差分輸出，包括脈

25、沖及方向信號，高 脈沖頻率2MHZ進(jìn)給軸碼盤反饋輸入接口（最大6個）RS422差分輸入 2-2 HNC-21數(shù)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖第3章 普通車床的數(shù)控改造可行性論證3.1技術(shù)可行性機(jī)床改造的技術(shù)可行性論證就是對機(jī)床改造在技術(shù)上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護(hù)角度論證.具體的應(yīng)從機(jī)床本身、加工對象的要求和市場可供性三方面分析。3.2機(jī)床本身 能否進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造主要取決于機(jī)床本身的條件,如:機(jī)床磨損程度、剛度以及機(jī)床的技術(shù)壽命等。(1) 機(jī)床磨損程度、剛度。C6140是1995年5月出廠，主要用于教學(xué)實(shí)習(xí)，機(jī)床本身折合使用年限小于5年，機(jī)床幾何精度仍等于原新機(jī)床的精度。普通機(jī)床結(jié)構(gòu)上有先天性

26、不足，剛度低、抗振性差、滑動摩擦阻力較大及傳動元件存在間隙等。改造中將有目的改造其中部分結(jié)構(gòu)，以滿足數(shù)控機(jī)床最基本的要求。(2) 技術(shù)壽命的計(jì)算?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床以其高自動化、高精度化、高速化及復(fù)合化的發(fā)展趨勢，數(shù)控化率逐年提高，大有取代普通機(jī)床的趨勢，而且數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置（CNC）技術(shù)壽命一般為23年，數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅猛。故為了改善原機(jī)床性能、滿足教學(xué)和加工要求，對原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，同時也延長了原機(jī)床的技術(shù)壽命。3.3加工對象分析機(jī)床的加工對象分析主要涉及被加工對象的幾何參數(shù)及公差要求。零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、脈沖當(dāng)量。改造后的數(shù)控車床

27、，主要用于教學(xué)實(shí)習(xí)，其加工范圍為車外圓、內(nèi)孔、螺紋、錐形體、球體、切槽、切斷等及帶有復(fù)雜型面的卡盤類零件。加工精度要求小于0.01mm，現(xiàn)在市場上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為0.005mm0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術(shù)上是可行的。3.4市場可供性所謂市場可供性就是研究市場是否能夠方便及時地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)劃實(shí)施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng)的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術(shù)咨詢服務(wù)。就本機(jī)床改造而言，市場上已建立了一套機(jī)電一體化配套產(chǎn)品代理機(jī)構(gòu)，對于C6140改造而言市場可供性好。綜上所述，對原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造

28、符合技術(shù)可行性要求。第4章 總體方案的確定4.1總體方案設(shè)計(jì)要求（1）臥式車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位,兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。（2）臥式車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)系統(tǒng)。（3）為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)中的速度和精度要求，縱、橫向的進(jìn)給傳動應(yīng)選用摩擦力小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動間隙、提高傳動剛度，滾珠絲杠的螺母應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。（4）計(jì)算選擇步進(jìn)電動機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需要減速輪副，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。（5）采用貼塑導(dǎo)軌，以減

29、小導(dǎo)軌的摩擦力。（6）選擇四工位自動回轉(zhuǎn)刀架，選擇螺紋編碼器等?？傮w方案設(shè)計(jì)圖如下圖4-1所示：進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖4-2所示：4.2設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。現(xiàn)列出C6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)：名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm工件最大直徑在刀架上 210mm頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm宋制螺紋 mm 1-12(20種)加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2-24(20種) 模數(shù)螺紋 mm 0.25-3(11種) 徑節(jié)螺紋 t/m7-96(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù)

30、24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍101400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍14-1580r/min縱向級數(shù)64進(jìn)給量縱向范圍0.028-6.33mm/r橫向級數(shù)64橫向范圍0.014-3.16mm/r 滑板行程 橫向320mm縱向650;900;1400;1900mm 最大行程140mm最大回轉(zhuǎn)角 90刀架刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面BH2525mm 頂尖套莫氏錐度5#尾座橫向最大移動量10mm外形尺寸 長寬高241810001267mm 圓度 0.01mm工作精度圓柱度200:0.02 平面度0.02/300mm表面粗糙度Ra1.6-3.2m 主電動機(jī)7.5kw電動機(jī)功率總功率7.

31、84kw改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上210mm最大加工長度 1000mm快進(jìn)速度 縱向2.4m/min 橫向1.2m/min最大切削進(jìn)給速度 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min溜板及刀架重力 縱向800N 橫向600N 代碼制ISO脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法輸入方式 增量值、絕對值通用控制坐標(biāo)數(shù) 2脈沖當(dāng)量 縱向0.01mm/脈沖 橫向0.005mm/脈沖機(jī)床定位精度0.015mm刀具補(bǔ)償量 0mm-99.99mm進(jìn)給傳動鏈間隙補(bǔ)償量 縱向0.15mm橫向 0.075mm自動升降速性能 有第5章 進(jìn)給傳動部件的計(jì)算和選型縱、橫向進(jìn)給傳動部件的計(jì)算和選型

32、主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、選擇步進(jìn)電動機(jī)等。以下詳細(xì)介紹縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與縱向類似，在此從略。5.1 脈沖當(dāng)量的確定根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需要，X方向（橫向）的脈沖當(dāng)量為x=0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）為z=0.01mm/脈沖。5.2 切削力的計(jì)算假設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，b=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角r=60，前角。=10，刃傾角Z=-5；切削用量為：背吃刀量p=3mm，進(jìn)給量f=0.6mm/r，切削速度C=105m/min。由金屬切削原理查表3-1得：CFC=2795,xfc=1.0，yfc=0.75，nfc

33、=-0.15。 查表3-3得：主偏角r的修正系數(shù)KkrFc=0.94；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為1.0。由經(jīng)驗(yàn)公式：主切削力Fc=CFc.aPxFc.fyFc.vcnFc.KFc (1)背向力 FP=CFP.aPxFO.fyFO.vcnFO.KF0 (2)進(jìn)給力 Ff=CFf.aPxFf.fyFf.vcnFf.KFf (3)算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗(yàn)公式Fc：Ff：Fp=1:0.35:0.4，算得縱向進(jìn)給切削力Ff=935.69N，背向力=1069.36N。5.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（縱向）5.3.1 工作載荷Fm的計(jì)算 已知移動部件總重G=1300N；車

34、削力Fc=2673.4N，F(xiàn)p=1069.36N,Ft=935.69N。根據(jù)Fz=Fc，F(xiàn)y=Fp，F(xiàn)x=Ff的對應(yīng)關(guān)系，可得：Fz=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N，F(xiàn)x=935.69N。選用矩形三角形組合滑動導(dǎo)軌，由公式Fm=KFx+（Fz+G），取K=1.15，=0.16，代入Fm=KFx+(Fz+G)，得工作載荷Fm1712N。5.3.2 最大動載荷FQ的計(jì)算設(shè)本車床Z向在承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度v=0.8m/min，初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm，則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph133r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入Lo=60nT/106，得絲杠

35、壽命系數(shù)Lo=119.7（單位為：106r）取載荷系數(shù)fW=1.15，再取硬度系數(shù)fH=1，代入式FQ= fWFHFm，求得最大動載荷FQ9703N。5.3.3 初選型號根據(jù)計(jì)算出的最大動載荷，查FL系列滾珠絲杠副有關(guān)參數(shù)，選擇啟東潤澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm，基本導(dǎo)程為6mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為3x2圈=6圈，精度等級取4級，額定動載荷為13200N，滿足要求。5.3.4傳動效率的計(jì)算將公稱直徑d0=40mm，基本導(dǎo)程為6mm，代入=arctanPh/(do)，得絲杠螺旋升角=244。將摩擦角=10，代入=tan/ tan(+)，得傳動效率=94.

36、2%。5.3.5 剛度的驗(yàn)算（1） 縱向滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為a=1497mm；鋼的彈性模量E=2.1x105MPa；查FL系列滾珠絲杠副有關(guān)參數(shù)得Dw=3.9688mm，算得絲杠底徑d2=公稱直徑do-滾珠直徑Dw=36.0312mm，則絲杠截面積S=d22/4=1019.64mm2。 忽略1=中的第二項(xiàng)，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量1=Fm/3(ES) 0.01197mm。（2） 根據(jù)公式Z=（do/Dw）-3，求得單圈滾珠數(shù)目Z=29；該型號絲杠為雙螺母

37、，滾珠總?cè)?shù)為3x2=6，則滾珠總數(shù)量Z=29x6=174。滾珠絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力FYJ=Fm/3571N。則由式 2=0.0013，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.00117mm。因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減少一半，取2=0.000585mm。（3） 將以上算出的1和2代入總=1+2，求得絲杠總變量（對應(yīng)跨度1497mm）總=0.012555mm=12.555m。查行程偏差和變動量表知，4級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)行程的變動量允許16m，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量總只有12.555m，可見絲杠剛度足夠。5.3.6 壓

38、桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式Fk=Fm計(jì)算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查絲杠支承系數(shù)表，取支承系數(shù)k=2；由絲杠底徑d2=36.0312mm，求得截面慣性矩I=d24/6482734.15mm4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式Fk=Fm，得臨界載荷Fk51012N，遠(yuǎn)大于工作載荷Fm（1712N），故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。5.4 步進(jìn)電動機(jī)的計(jì)算與選型(縱向)5.4.1 計(jì)算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq已知：滾珠絲杠的公稱直徑do=40mm，總長（帶接桿）l=1560mm，導(dǎo)程Ph=6mm，材料密度

39、=7.85x10-3Kg.cm3；縱向移動部件總重量G=1300N；同步帶減速箱大帶輪寬度28mm，節(jié)徑54.57mm，孔徑30mm，輪外徑42mm，寬度14mm；小帶輪寬度28mm，節(jié)徑45.48mm，孔徑19mm，輪外徑29mm，寬度12mm；傳動比i=1.2。查常用轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算表，可以算得各個零部件的轉(zhuǎn)動慣量如下（具體計(jì)算過程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=30.78 Kg.cm2；床鞍折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量Jw=1.21 Kg.cm2；小帶輪的轉(zhuǎn)動慣量Jz1=0.95 Kg.cm2；大帶輪的轉(zhuǎn)動慣量Jz2=1.99 Kg.cm2。 在設(shè)計(jì)減速箱時，初選的縱向步進(jìn)電動機(jī)型號為130BY5

40、501，從永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)表查得該型號電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33 Kg.cm2。則加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：Jeq=Jm+Jz1+(Jz2+Jw+Js)/i2=57.55Kg.cm25-1電動機(jī)簡圖5-2永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)表5.4.2 計(jì)算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq分快速空載啟動和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1. 快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1由式Teq1=Tamax+Tf+To可知，Teq1包括三部分：快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax、移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠

41、預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩To。以為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)To=(FYJPh/2i)(1-o2) 式可知，To相對于Tamax和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則有：Teq1=Tamax+Tf (4) 根據(jù)Tamax=Jeq=2Jeqnm/60ta式，考慮縱向傳動鏈的總效率，計(jì)算快速空載啟動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：Tamax=（2Jeqnm/60ta）. 1/ (5)式中nm-對應(yīng)縱向空載最快移動速度的步進(jìn)電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；ta -步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至nm所需的時間，單位為s。其中：nm=Vmax/360 (6)式中Vmax-縱向空載最快移動速度，任

42、務(wù)書指定為6000mm/min； -縱向步進(jìn)電動機(jī)步矩角，為0.72； -縱向脈沖當(dāng)量，本例=0.01mm/脈沖。將以上各值代入式nm=Vmax/360，算得nm=1200r/min。設(shè)步進(jìn)電動機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時間Ta=0.4s，縱向傳動鏈總效率=0.7；則由式Tamax=（2Jeqnm/60ta）.1/求得：Tamax=2x57.55x10-4x1200/60 x0.4x0.7 N.m2.58N.m由式Tf=F擦Ph/2i可知，移動部件運(yùn)動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：Tf=（Fc+G）Ph/2i (7)式中-導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動導(dǎo)軌取0.16； Fc-垂直方向的工作負(fù)載，

43、空載時取0； -縱向傳動鏈總效率，取0.7。則由式Tf=（Fc+G）Ph/2i，得：Tf=0.16x(0+1300)x0.006/2x0.7x1.2 N.m0.24 N.m最后由式Teq1=Tamax+Tf，求得快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：Teq1=Tamax+Tf=2.82 N.M 2. 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2由式Teq2=Tf+Tt+To可知，Teq2包括三部分：折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt、移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩To。To相對于Tt和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則

44、有：Teq2=Tf+Tt (8)其中，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt由式子Tt= Ff Ph/2i計(jì)算。本例中在對滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時候，已知進(jìn)給方向的最大工作載荷Ff=935.69N，則有：Tt= Ff Ph/2i=935.69x0.006/2x0.7x1.2 N.m=1.06 N.m再由式Tf=F擦Ph/2i計(jì)算承受最大工作負(fù)載（Fc=2673.4 N.m）情況下，移動部件運(yùn)動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：Tf=（Fc+G）Ph/2i=0.16x(2673.4+1300)x0.006/2x0.7x1.2 N.m0.72 N.m最后由式Teq2=Tf+Tt，求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下

45、電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq2=Tf+Tt=1.78 N.m經(jīng)過上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq=maxTeq1，Teq2=2.82 N.m5.4.3步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動機(jī)采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)Teq來選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax4Teq=4x2.82 N.m=11.28 N.m對于前面預(yù)選的130BYG5501型步進(jìn)電動機(jī)，由永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)表5-2查得，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tj

46、max=20 N.m，可見完全滿足式Tjmax4Teq=4x2.82 N.m=11.28 N.m的要求。5.4.4步進(jìn)電動機(jī)的性能校核（1）最快工進(jìn)速度時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 任務(wù)書給定縱向最快工進(jìn)速度Vmaxf=800mm/min，脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖，由式fmax=Vmax/60求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率fmaxf=800/（60 x0.01）Hz1333Hz。從130BYG5501的運(yùn)行矩頻特性圖5-3可以看出，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf17N.m，遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78N.m，滿足要求。（2）最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核任務(wù)書給定縱向最快空載移動速

47、度Vmax=6000mm/min，仿照式fmax=Vmax/60求出電動機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率fmax=6000/(60 x0.01)Hz=10000Hz。從圖5-2查得，在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩Tmax=3.8N.m，大于快速空載起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82N.m，滿足要求。5-3 130BYG步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行矩頻率特性曲線（3）最快空載移動時電動機(jī)運(yùn)行頻率校核 最快空載移動速度Vmax=6000mm/min，對應(yīng)的電動機(jī)運(yùn)行頻率fmax=10000Hz。查永磁感應(yīng)步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)表5-2可知130BYG5501的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，可見沒有超出上限。（4）起動頻率的計(jì)算已

48、知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=57.55kg.cm2，電動機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33 kg.cm2，查表5-2可知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時的最高空載起動頻率fq=1800Hz。則由式fL=fq/可以求出步進(jìn)電動機(jī)克服慣性負(fù)載的起動頻率為：fL=fq/=1087Hz上式說明，要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于1087Hz。實(shí)際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，本例中縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用130BYG5501步進(jìn)電動機(jī)，可以滿足設(shè)計(jì)要求。5.5 主軸交流伺服電機(jī)的計(jì)算與選型5.5.1主軸的變速范圍 主軸能實(shí)現(xiàn)的最

49、高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍Rn, 即Rn=nmax/nmin,數(shù)控機(jī)床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于 nmax =1800 nmin=14Nmax/nj=2nnj/nmin （9） 則 nj=113r/min這里nj為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速該機(jī)床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為：Rn=nmax/nj （10） =1800/113=15.9主軸電機(jī)的功率是：7.5kw5.5.2初選主軸電機(jī)的型號選主軸電機(jī)的型號為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)型號為1HP6167-4CB4，連續(xù)負(fù)載PH/KW=14.5，間歇負(fù)載（60%）/kw=17.5kw,

50、短時負(fù)載（20min）/kw=19.25kw,額定負(fù)載n/r.min=5000，最大轉(zhuǎn)速nmax/r/min=8000,額定轉(zhuǎn)矩277N.m,慣性矩0.206/kg.m晶體管PWM變頻器型號為6SC6058-4AA025.5.3主軸電機(jī)的校核電動機(jī)恒功率調(diào)速范圍：Rn=nmax/nmin=8000/500=16所以所選電動機(jī)型號的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。第6章 繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖 在完成滾珠絲杠螺母副和步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選型后可以著手繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。在繪制機(jī)械裝配圖時，除了從總體上考慮機(jī)床布局情況以及伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)與原機(jī)床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的

51、一些問題。（1） 了解原機(jī)床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。（2） 根據(jù)載荷特點(diǎn)和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號。（3） 考慮各部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如，應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機(jī)床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進(jìn)電機(jī)在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。（4） 考慮密封、防護(hù)、潤滑以及安全機(jī)構(gòu)等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵、防鐵屑保護(hù)、軸承的潤滑及密封、齒輪的潤滑及密封、行程限位保護(hù)裝置等。（5） 在進(jìn)行各零部件結(jié)構(gòu)

52、設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。此外，注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布置及圖形畫法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。第7章 元件的選擇7.1 SZGDBM01光電編碼器7.1.1 概述 SZGDBM01光電編碼器，是常用的位移、角位移、長度、深度等機(jī)械量的檢測器件，廣泛用于化工、冶金、能源、輕工、紡織、電子、機(jī)械、汽車等行業(yè)。7.1.2 主要技術(shù)性能SZGDBM01的分類方法7.2數(shù)控刀架/AK21系列刀架：AK21160*4*4C安裝圖及尺寸： 型 號ABCL1L

53、2H1HXX1yh12MH3H4NAK2116041261261464412252197016017011230.5132082/44AK211604C1171261463882732177016017011432132060/32主要參數(shù)：序號項(xiàng) 目AK2116044C 1刀臺方(mm)1602工位數(shù)(個)43裝刀基面高(mm)704裝刀基準(zhǔn)孔高(mm)/5單工位轉(zhuǎn)位時間(s)3.246刀架轉(zhuǎn)速(r/min)177最大切向力矩(N .m)5008最大顛覆力矩(N .m)12509重復(fù)定位精度(mm)0.00510毛重(Kg)3811凈重(Kg)3012箱體尺寸(mm)560400353結(jié)論這

54、次畢業(yè)設(shè)計(jì)持續(xù)的時間為8周，時間對于我們來說是非常長的。這次我畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：把C6140普通車床設(shè)計(jì)成為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。剛剛接受到這個題目的時候，感覺很難，因?yàn)橐郧皬膩頉]有接觸過這方面的設(shè)計(jì)，頭腦里一個最基本的概念都沒有，后來老師給我們大體上講了一下基本過程，經(jīng)過一個星期的研究，終于有一點(diǎn)眉目，再經(jīng)過兩個星期資料搜集，包括車床的說明書等等，設(shè)計(jì)進(jìn)入了正式的軌道。在生活逐漸自動化的今天，對加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求，因此對機(jī)床等加工設(shè)備提出了很高的要求。以前單一的靠手工操作的機(jī)床，在很大程度上已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的要求，數(shù)控機(jī)床的改造已經(jīng)成為一種必要。但這次機(jī)床的改造是在原有的機(jī)床上換掉部分零部件，使它具有數(shù)控機(jī)床的基本功能，如不用手工操作能自動控制進(jìn)給量等。但又考慮到改造成的是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，所以在選材等方面，必須考慮到經(jīng)濟(jì)這一重要問題。 因?yàn)槲乙郧暗幕A(chǔ)知識掌握得不牢固，在這次設(shè)計(jì)中確實(shí)是遇到了很多的問題，但在這過程中，我又學(xué)會了很多東西，在以前的小設(shè)計(jì)中，有些能馬馬虎虎過去的問題，就糊里糊涂過去了，可