買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 床數(shù)控化改造之機(jī)械系統(tǒng)改造 內(nèi)容摘要 利用數(shù)控系統(tǒng)改造 車 床是提高老設(shè)備利用率的一種重要手段。 改造后的機(jī)床除了能加工 平面及孔等簡單的零件外，還能加工形狀復(fù)雜（如加工圓弧面、斜面及凸輪等）的零件，具有高精、高效及加工面廣等特點(diǎn)，還可以減少人工的工作量，只要輸入一定的加工程序就可以得到相應(yīng)的加工結(jié)果 本文介紹了一種 造后機(jī)床利用微型計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，縱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)改造成分別用伺服電機(jī)來控制，普通絲杠被改裝成一對(duì)齒輪和滾珠絲杠，伺服電機(jī)帶動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)，再將動(dòng)能傳到滾珠絲杠，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使工作臺(tái)移動(dòng) 。論文最后對(duì)系統(tǒng)的誤差及精度進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)的方法、建議。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控改造 機(jī)械系統(tǒng) 開環(huán)系統(tǒng) 伺服電機(jī) 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 C is an to of so it be a of C 6140 at to by be a of to In an on NC 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 目 錄 前言 . 9 正文 . 17 1 總體設(shè)計(jì)方案 . 17 1 1 對(duì)機(jī)床改造的方案 . 17 1 2 實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) . 18 . 19 2 1 機(jī)械部分的數(shù)控化改造 . 19 2 2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 . 19 2 2 1 改造要求 . 19 2 2 2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 . 19 2 2 3 導(dǎo)軌副的改造 . 20 2 3 縱向（向）進(jìn)給系 統(tǒng)改造 . 20 2 3 1 改造要求及目標(biāo) . 20 2 3 2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 21 2 3 3 切削力的計(jì)算 . 21 2 3 4 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 . 22 2 3 5 有關(guān)齒輪計(jì)算 . 23 2 3 6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 . 24 2 3 7 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 . 25 2 4 橫向（ Y 向）進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 26 2 4 1 切削力計(jì)算 . 26 2 4 2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 : . 26 2 4 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： . 28 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 2 4 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 . 29 2 4 5 所需轉(zhuǎn) 動(dòng)力矩的計(jì)算 . 29 3 1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 . 30 3 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 . 31 4分析誤差來源 . 32 4 1 機(jī)械結(jié)構(gòu)原因 . 32 4 2 齒輪副誤差補(bǔ)償分析 . 32 4 3 滾珠絲杠副誤差補(bǔ)償分析 . 32 結(jié)論 . 33 致謝 . 34 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 前言 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，普通機(jī)床已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的要求如果設(shè)備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又會(huì)造成極大的浪費(fèi)。所以最經(jīng)濟(jì)的辦法，就是對(duì)原有設(shè)備進(jìn) 行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。這樣既可以提高生產(chǎn)率，改善加工工藝還可以減少資金投入。因此方法對(duì)于中小型企業(yè)是十分有效的。 該課題來源于生產(chǎn)實(shí)踐的需要，利用大量閑置舊機(jī)床，對(duì)起進(jìn)行數(shù)控化改造后，成為一種高效的、多功能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，是一種推陳出新、盤活存量資金的有效辦法，是低成本自動(dòng)化的必由之路。 數(shù)控技術(shù)及 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品：數(shù)控機(jī)床；其技術(shù)范圍涉及很多領(lǐng)域： 機(jī)械制造技術(shù)；信息處理技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)； 傳感器技術(shù)； 軟件技術(shù)等。 機(jī)床數(shù)控化改造 的必要性、目的和背景 （ 1） 微觀看改造的必要性 1） 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線 、曲面等復(fù)雜的零件。 2） 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化， 大大提高加工 效率 。 實(shí)現(xiàn) “ 柔性自動(dòng)化 ” 加工 。 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(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 5） 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 6） 降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力 ， 減少了工裝，縮短了新產(chǎn) 品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場需求作出快速反應(yīng)等等。 此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行 性制造單元）、 性制造系統(tǒng)）以及（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。 （ 2） 宏觀看改造的必要性 從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)械工業(yè)，由于對(duì) 其 機(jī)械工業(yè)進(jìn)行 信息化 改造，使得他們的產(chǎn)品競爭力大為增強(qiáng)。而 我國在這方面 比發(fā)達(dá)國家約落后 近 20 年 ， 數(shù)控化率 極低 。這也說明了數(shù)控化改造的必要性。 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床開發(fā)，是符合我國國情的有效的機(jī)床更新途徑。 在當(dāng)前的市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境 中，企業(yè)需要迅速地開發(fā)出新產(chǎn)品，以低價(jià)、好質(zhì)量、快速去滿足市場需求的變化。而數(shù)控機(jī)床最適宜加工小批量、多品種、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期短的零件；數(shù)控機(jī)床的柔性化加工，符合產(chǎn)品頻繁變化的要求。 國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 目前，數(shù)控技術(shù)正由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上， 數(shù)控 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過程中可自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化上， 數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 而 我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)， 能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。 間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個(gè)制造過程中 是一個(gè)封閉式的開環(huán)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正的設(shè)定量，因而影響 工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。 所以 ，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢在必行。 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 數(shù)控系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)從直流向交流全數(shù)字式轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)從封閉向開放轉(zhuǎn)變，控制系統(tǒng)由專用計(jì)算機(jī)向通用計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變，能根據(jù)控制對(duì)象迅速、靈活地更改軟買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 硬件，具有聯(lián)網(wǎng)通信功能等，主要就是： 1、智能化 2、網(wǎng)絡(luò)化 3、集成化 4、微機(jī)電控制系統(tǒng) 5、數(shù)字化 1） 性能發(fā)展方向 隨著柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的不斷成熟，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)提出了更高要求。當(dāng)今數(shù)控機(jī)床信息化正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展。 (1)高速高精高效化 采用高速芯片、多 制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)， 并 改善機(jī)床動(dòng)、靜態(tài)特性等有效措施。 (2)柔性化 包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性；群控系統(tǒng)的柔性 。 (3)工藝復(fù)合性和多軸化 指一次裝夾后，完成多工序、多表面的復(fù)合加工 ，以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工 。 (4)實(shí)時(shí)智能化 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的智能化發(fā)展將通過快速作出實(shí)現(xiàn)最佳目標(biāo)的智能決策，對(duì)機(jī)床的工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，使機(jī)床的加工過程處于最佳狀態(tài)?；?（ 6） 發(fā)展可靠性最大化。 它 采用更高集成度的電路芯片，同時(shí)通過自動(dòng)運(yùn)行診斷、在線 診斷、離線診斷等多種診斷程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 2）功能發(fā)展方向 (1)用戶界面圖形化 圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。 (2)科學(xué)計(jì)算可視化 可視化技術(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合， 實(shí)現(xiàn) 無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等， 從而 縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于 (3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 插補(bǔ)如 直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等。補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、帶平滑接近和退出刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?(4)內(nèi)裝高性能 控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能 直接用梯形圖或高級(jí)語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。 (5)多媒體技術(shù)應(yīng)用 可以做到信息處理綜合化、智能化 。 3) 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 （ 1） 集成化 、 模塊化 、 采用高度集成化和大規(guī)?？删幊碳呻娐芬约皩Ｓ眉呻娐?提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。 （ 2） 網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控 制和無人化操作。 通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用 此模式 易于將實(shí)時(shí)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、 服控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)仿真等融于一體，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。 (3)智能化新一代 它將各 高新技術(shù)融于一體，形成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系。 我國機(jī)床行業(yè)已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和從低檔到高檔次的產(chǎn)品，但是，我國數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域與美國、日本和歐洲還有相當(dāng)?shù)牟罹唷?目前，越來越多的企業(yè)都在推廣和普及使用數(shù)控車床。為降低設(shè)備采購成本，一些中小企業(yè)通過將普通 車床改造為數(shù)控車床，不但可以取得較好的 應(yīng)用效果，還可以充分利用舊的普通車床，從而延長 了設(shè)備的使用壽命，提高了設(shè)備的利用率。為使數(shù)控改造取得滿意的效果，在改造過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面問題。 1 ）普通車床改造的工藝流程 一 般情況下，機(jī)床可以保留的部分包括主軸箱，床身，大、中溜板，尾座等。機(jī)床改造前，應(yīng)先將要改 造的機(jī)床進(jìn)行大修處理，大修處理范圍包括：主軸箱傳動(dòng)精度調(diào)整，主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)精度修復(fù)， 機(jī)床導(dǎo)軌平面度及直線度、卡盤裝夾精度調(diào)整等，達(dá) 到一定精度要求后再進(jìn)行數(shù)控改造。數(shù)控改造部分 包括增加數(shù)控裝置， X，裝 X， 加必要的控制電器、開關(guān)，冷卻液及潤滑裝置改造等。 2 ）數(shù)控裝置和驅(qū)動(dòng)方式的選擇 一 般情況下，數(shù)控改造有 2種方案： （ 1） 步進(jìn)電機(jī) 的開環(huán)系統(tǒng)方案，系統(tǒng)中沒有 反饋電路，不帶檢測裝置，控制指令單向傳遞，系統(tǒng)對(duì) 工作臺(tái)的實(shí)際偏差不能修正，控制精度取決于步進(jìn)電 機(jī)的步進(jìn)精度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度，其控制精度不高。 （ 2） 采用伺服電機(jī)的半閉環(huán)系統(tǒng)，檢測元件裝在電機(jī)軸或絲杠軸的端部 (一般是集成在伺服電機(jī)內(nèi) )，系統(tǒng)的閉環(huán)控制環(huán)內(nèi)不包括機(jī)械買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 傳動(dòng)環(huán)節(jié)，反饋的僅是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的部分誤差，一般 是電機(jī)軸 或絲杠軸的角位移、角速度經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后成為工作臺(tái)的實(shí)際位移，由于采用高分辨率的反饋檢測元件 (主要是編碼器 )，且傳動(dòng)部位具有補(bǔ)償功能，因此，可以獲得比較滿意的精度與速度。 二種方案相比，前者經(jīng)濟(jì)性好，后者加工精度較高。采用哪種方案關(guān)鍵要看加工對(duì)象的精度要求， 如果能夠滿足零件的加工精度要求，應(yīng)優(yōu)先采用步 進(jìn)電機(jī)的開環(huán)方案，既可以保證零件的加工質(zhì)量，又 可以有效降低改造成本。此外，數(shù)控裝置的控制精度一定要和電機(jī)以及滾珠絲杠精度匹配，這樣才能 實(shí)現(xiàn)最佳的加工效果。目前，國內(nèi)一些數(shù)控品牌如廣州數(shù)控、四維數(shù)控、華中數(shù)控 、新方達(dá)等采用步進(jìn)電機(jī)的數(shù)控裝置都將 造起來非常方便，控制精度也比較高，許多品牌和型號(hào)已經(jīng)可以達(dá)到微米級(jí)的控制精度，有著較高的性價(jià)比，可以優(yōu)先選用。 3 數(shù)控裝置要求 數(shù)控裝置的選擇是數(shù)控改造的關(guān)鍵，性能過高，功能過多，會(huì)造成改造成本的增加，反之如果性能較低，功能較少，則不一定能夠滿足加工需要，因此，需要結(jié)合零件的性能要求和基本屬性進(jìn)行合理選用 滾珠絲杠的選用和安裝 按照循環(huán)結(jié)構(gòu)來分，滾珠絲杠可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式，其中內(nèi)循環(huán)式又可分為浮動(dòng)式法蘭型螺母結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)式法蘭、直筒型墊片預(yù)緊 螺母結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)式法蘭、直筒型螺紋預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu)等；外循環(huán)式包括插管埋入式法蘭型螺母結(jié)構(gòu)，插管埋入式法蘭、直筒型墊片預(yù)緊螺母結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造方案最常用的是內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭型螺母結(jié)構(gòu)滾珠絲杠，該種結(jié)構(gòu)的絲杠具有成本低，傳動(dòng)精度可靠的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是能夠承受的額定靜、動(dòng)載荷較低，不適合大余量強(qiáng)力切削。滾珠絲杠的精度一般可以分為 7個(gè)等級(jí)，即 1， 2， 3， 4， 5， 7， 10級(jí)， 1級(jí)精度最高，依 次逐漸降低，選擇的原則也要結(jié)合加工零件的精度 要求以及與數(shù)控裝置和電機(jī)的控制精度相匹配。一 般情況下，傳動(dòng)精度主要有 2個(gè)指標(biāo)，即行程偏差 和行程變動(dòng)量。雖然數(shù)控系統(tǒng)可以對(duì)滾珠絲杠傳動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，但從應(yīng)用角度來講，絲杠的傳動(dòng)精度要求也不能過低。對(duì)于一般使用要求，滾珠絲杠在任意 300 05程偏差小于 0 02 樣才能確保整個(gè)工 藝系統(tǒng)的改造精度。滾珠絲杠在安裝時(shí)應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用 百分表測出具體的間隙值，在加工程序中予以補(bǔ)償或重新調(diào)整絲杠間隙。絲杠兩端軸承座及其連接處 剛性要好，否則易產(chǎn)生絲杠軸向竄動(dòng)，造成買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 工件加工 過程中軸向或徑向尺寸不穩(wěn)定。 驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 如果采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)器和 驅(qū)動(dòng)電機(jī)可采用三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電機(jī) (目前國內(nèi)一些品牌驅(qū)動(dòng)器已采用五相混合式 )，驅(qū) 動(dòng)器結(jié)構(gòu)一般為高速單片機(jī)嵌入式，通過優(yōu)化電路， 提高控制性能；驅(qū)動(dòng)方式采用 寬調(diào)制 )恒 流斬波控制，三相正弦波電流輸出，并提供零位信號(hào) 輸出；應(yīng)具備矢量細(xì)分技術(shù)，電機(jī)每轉(zhuǎn)細(xì)分應(yīng)不小于 12 000脈沖 (0 03。 )以確保驅(qū)動(dòng)精度的可靠性，并具備完善的過載、過熱、過壓、短路等保護(hù)功能；控制精度要與 匹配；功放電壓應(yīng)達(dá)到 ，以確保電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍有高轉(zhuǎn)矩輸出；具備掉電相 位記憶功能，驅(qū)動(dòng)斷電后自動(dòng)記憶當(dāng)前相位；位置脈沖方式為單雙脈沖控制，整半步運(yùn)行模式；步進(jìn)電機(jī)要求低速運(yùn)行平穩(wěn)，最高轉(zhuǎn)速不小于 1 500 r 滿足高速加工的需要；額定功率、額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩可視比，可以優(yōu)先選用。 主軸調(diào)速改造 普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造時(shí)主軸調(diào)速一般有自動(dòng) 和手動(dòng) 2種方案可供選擇，自動(dòng)方案是主軸電路 上增加主軸變頻器，通過在程序中指令設(shè)定，調(diào)整變頻器輸出頻率，從而達(dá)到改變電機(jī)運(yùn)行頻率和速度的目的，采用變頻器變頻的最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用機(jī)床原來的主軸普通電機(jī)，方便的進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)控，因而改造成本較 低；缺點(diǎn)是普通電機(jī)通過變頻在較低轉(zhuǎn) 速運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定性較差，不利于提高零件的加工 精度，因此，采用此種方法進(jìn)行主軸變速時(shí)不能設(shè)定太低的轉(zhuǎn)速。如果零件加工確實(shí)需要在低轉(zhuǎn)速情況下進(jìn)行，且加工精度有一定要求，則應(yīng)將主軸電機(jī)更換為專用變頻電機(jī)。如果采用手工變速方案，則不需要對(duì)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的電路做任何改制，只需要在變速的程序段指令前加暫停指令 (O)，使機(jī)床暫時(shí)停止運(yùn)行，手工調(diào)整主軸箱轉(zhuǎn)速后，繼續(xù)執(zhí)行后面程序指令加工零件即可。 數(shù)控裝置應(yīng)具備以下基本性能要求。 1） 硬件的要求 數(shù)控裝置應(yīng)能滿足交流伺服、混合式 步進(jìn)、反應(yīng)式步進(jìn)等多種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求。采用 16位以上的 頻速度較高，大規(guī)模的 確保復(fù)雜曲面的插補(bǔ)計(jì)算速度；液晶顯示屏幕可盡量大一些，以方便進(jìn)行編程、數(shù)據(jù)的觀察；中文菜單全屏幕編輯，具備快捷鍵功能，操作簡單；具有試 刀、對(duì)刀功能，可實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)起買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 動(dòng)，任意點(diǎn)結(jié)束；具有 刀補(bǔ)、換刀、主軸倍率、進(jìn)給倍率功能；若對(duì)切削有特 殊需要，還應(yīng)考慮增加 D 之滿 足恒線速切削要求。 2） 對(duì)性能的要求 控制精度應(yīng)小于 0 01 工程序存儲(chǔ)量應(yīng)不 小于 32 作 狀態(tài)應(yīng)包括文件管理、空運(yùn)行、手動(dòng)、自動(dòng)、回零、 程方式包括增量編程和絕對(duì)編程，能實(shí)現(xiàn)各坐標(biāo)反向間隙補(bǔ)償及刀具補(bǔ)償；可實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)、 圓弧插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、循環(huán)加工等基本 滿足 零件結(jié)構(gòu)多樣化加工需要； T(刀具 )功能完備，一般應(yīng)具有 8刀位控制， 8組刀補(bǔ)功能，并可實(shí)現(xiàn)換刀偏置、 試切對(duì)刀、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)裙δ埽?可實(shí)現(xiàn) 4個(gè)停止指令 (02， 主軸正反轉(zhuǎn)、發(fā)信、程序跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用等。 3 ）對(duì)通信接口的要求 由于數(shù)控裝置程序存儲(chǔ)量有限，為方便地實(shí)現(xiàn)程序的 輸入、輸出和外部存儲(chǔ)，數(shù)控裝置上最好具有通信接口，常用的 4 ）對(duì)參數(shù)設(shè)定功能的要求 參數(shù)設(shè)定功能應(yīng)包括設(shè)定工件號(hào)、快進(jìn)速度、刀 架反轉(zhuǎn)時(shí)間、主軸最高轉(zhuǎn)速、順序號(hào)增量、間隙補(bǔ)償、換刀偏置等，通過對(duì)上述參數(shù)的設(shè)置，可使編程及對(duì) 絲杠和刀具參數(shù)的設(shè)置更加方便，有利于加工效率和加工精度的提高。 5 ）文件管理功能 基本的文件管理功能應(yīng)包括程序段號(hào)、容量的顯示，可以使程序段清晰并及時(shí)提醒操作者對(duì)程序進(jìn)行管理；全屏幕程序編制、檢查和修改使編程操作舒適 方便；程序診斷、復(fù)制、刪除等功能，可實(shí)現(xiàn) 程序管理 的簡便以及對(duì)程序的校驗(yàn)和相似程序的復(fù)制修改。 6） 對(duì)通信接口的要求 由于數(shù)控裝置程序存儲(chǔ)量有限，為方便地實(shí)現(xiàn)程序的輸入、輸出和外部存儲(chǔ)，數(shù)控裝置上最好具有通信接口，常用的 7） 對(duì)參數(shù)設(shè)定功能的要求 參數(shù)設(shè)定功能應(yīng)包括設(shè)定工件號(hào)、快進(jìn)速度、刀 架反轉(zhuǎn)時(shí)間、主軸最高轉(zhuǎn)速、順序號(hào)增量、間隙補(bǔ)償、換刀偏置等，通過對(duì)上述參數(shù)的設(shè)置，可使編程及對(duì) 絲杠和刀具參數(shù)的設(shè)置更加方便，有利于加工效率和加工精度的提高。 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 8) 冷卻液及潤滑系統(tǒng)改造 一 般情況下，不需要對(duì)機(jī)床原來的冷卻系統(tǒng)進(jìn) 行 特殊改動(dòng)，從經(jīng)濟(jì)性上考慮，可以采用手工打開 卻液泵進(jìn)行加工過程中零件的冷卻，如果有特殊要求，一般 通過 現(xiàn)冷卻液的自動(dòng)開關(guān)。機(jī)床潤滑系統(tǒng)改造 可以采用加裝潤滑泵，通過 滑時(shí)間可設(shè)定為工作若干時(shí)間進(jìn)行潤滑加油的定時(shí)潤滑方式，這樣可極大地降低手工 潤滑的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備的保養(yǎng)水平。 9)電器系統(tǒng)改造 如果改造的車床使用年限已經(jīng)較長，可以利用數(shù)控改造將現(xiàn)有的電器部分進(jìn)行更新。如果設(shè)備沒有特殊的功能要求，電器改造比較簡單，主要增加的電器元件包括主軸、絲杠電機(jī)變壓器， X， 動(dòng)刀架控制器，以及必要的控制開關(guān)、繼電器等，若主軸有變速需要，則需要增加變頻電機(jī)或變 頻器。 10)數(shù)控改造后機(jī)床應(yīng)達(dá)到的基本技術(shù)要求 無論是采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)系統(tǒng)還是采用伺服電機(jī)的半閉環(huán)系統(tǒng)，數(shù)控改造后機(jī)床的主要技術(shù)性能必須滿足如下要求： 床身導(dǎo)軌平行度 可知，主切削力 表得： 88880 則可計(jì)算 表 2文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 ap(2 2 2 3 3 3 f(Z(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837 當(dāng) 520削深度 刀量 f=次參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。 從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中可知，在一般車削外圓時(shí)： Z = Z= 3 4 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 綜合導(dǎo)軌車 床絲桿的軸向力： P=K FX+f”() 式中 K+1015， f = K= 則： P=00） =1)強(qiáng)度計(jì)算 ： 壽命值 006 Ni=n 主 f/000 取工件直徑 D=80表得 5000h 則： 00*100*0*6)=20r/i=18 最大動(dòng)負(fù)載 Q= 表得運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 硬度系數(shù) 則 Q=318 *據(jù)最大動(dòng)負(fù)載荷 以選擇滾珠絲杠的型號(hào)。參照汗江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取 珠絲杠直徑為 32 ,型號(hào)為 5 額定動(dòng)載荷是 10689N，所以強(qiáng)度足夠。 (2)效率計(jì)算 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 根據(jù) 機(jī)械原理公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 為： )(/ 式中 摩擦角 =10 螺旋升角 3 25 )(/ 3)剛度驗(yàn)算： 滾珠絲杠工作負(fù)載 L 1=中 E=166N/珠絲杠截面積 F= )2(=（ ） 2 8 0 50= 10珠絲杠受扭拒引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即 L= 以：導(dǎo)程變形總誤差 為 =100/ L=100/0m/m 查表知 1 15 m/m,故剛度足夠。 (4)穩(wěn)定性驗(yàn)算 ： 由于機(jī)床原絲桿直徑為 30選用的滾珠絲杠直徑為 32撐方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題，可不進(jìn)行驗(yàn)算。 2 3 5 有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比 I= 60 P=(360*輪材料極其許用應(yīng)力的確定： 小齒輪用 45#表面淬火 齒面硬度為 45齒輪用 45#調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為 220 因 120 50H=故 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 1190 500 40 90 185 146面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)齒輪按 8級(jí)精度選，取載荷系數(shù) K= a=取 2 3*0 滿足誤差要求，取齒輪壓力角 a=200粗選模數(shù) m=2則 小齒輪直徑 d1=m 4齒輪直徑 d2=m 0mm 68mm 68心距 a=m(2)/2=72寬為 大齒輪 a*a=30齒輪 5(補(bǔ)償安裝誤差 ) 2 3 6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 工作太折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 180 P/ ） 2W=（ 180*2*80=杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 0輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 0=04*2=機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。 因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J=（ + 文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 2 3 7 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=f+大切削負(fù)載所需力矩 M=f+t 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= 0 式中 空載啟動(dòng)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。 n=a 0=m= n= nt=n 主要 的 0=01000iV =f= 0 0 0f W 當(dāng) =f =0=00-(1- 20) 當(dāng)0=預(yù)加載荷 =2*以，快速空載起動(dòng)所需力矩 M=f+削時(shí)所需力矩： M= 0+速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= +0=以上分析計(jì)算可知： 所需最大力矩 在快速啟動(dòng)時(shí)， 4 橫向（ Y 向）進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡單，一般是步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度， 已知條件： 工作臺(tái)重（估算） W=4000N 時(shí)間常數(shù) : T=4旋 行程 沖當(dāng)量 步矩角 速進(jìn)給速度 m/ 4 1 切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的，取，則切削力約為縱向力的 切斷工件時(shí)： y= 4 2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 : （ 1）強(qiáng)度計(jì)算： 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌： 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 Fy+f () 取 f =（） 命值 i 06=大動(dòng)負(fù)載 3 135N 根據(jù)最大負(fù)荷的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)滾珠絲杠直徑為 號(hào)為 額定動(dòng)負(fù)荷，所以強(qiáng)度足夠用 效率計(jì)算： 根據(jù)機(jī)械原理公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 為： )(/ 式中 摩擦角 =10 螺旋升角 3 28 )(/ 2） 剛度驗(yàn)算 ： 滾珠絲杠工作負(fù)載 L 1=中 E=1 106N/珠絲杠截面積 F= )2(= 26 = 0珠絲杠受扭拒引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略，即 L= 以：導(dǎo)程變形總誤差 為 =100/ L=100/0m/m 查表知 1 15 m/m,故剛度足夠。 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 （ 3）穩(wěn)定性驗(yàn)算： 由于選用滾珠絲杠的直徑不變，而支撐方式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支撐，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不在驗(yàn)算 2 4 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： 傳動(dòng)比 I= 60 P=(360*輪材料極其許用應(yīng)力的確定： 小 齒輪用 45#表面淬火 齒面硬度為 45齒輪用 45#調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為 220 因 120 50H=故 1190 500 40 90 185 146面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)齒輪按 8級(jí)精度選，取載荷系數(shù) K=寬 a=取 8 8*0 滿足誤差要求，取齒輪壓力角 a=200粗選模數(shù) m=2則 小齒輪直徑 d1=m 6齒輪直徑 d2=m 0mm 40mm 64心距 a=m(2)/2=96寬為 大齒輪 a*a=40齒輪 5(補(bǔ)償安裝誤差 ) 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 2 4 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 工作太折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 180 P/ ） 2W=（ 180*2*3/100=杠的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 0輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 0=04*2=機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。 因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J=（ + 4 5 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=f+大切削負(fù)載所需力矩 M=f+t 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= 0 式中 空載啟動(dòng)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。 n=a 0=m= n= 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 nt=n 主要 的 0=01000iV =f= 0 0 0f W 當(dāng) =f =0=00-(1- 20) 當(dāng)0=預(yù)加載荷 =2*)=以，快速空載起動(dòng)所需力矩 M=f+削時(shí)所需力矩： M= 0+速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= +0=以上分析計(jì)算可知： 所需最大力矩 步進(jìn)電機(jī)的選擇 3 1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 合理選擇 步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確的選擇，基本原則如下 （ 1）、步矩角 mn/i 式中 i傳動(dòng)比； 統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角 （ 2）、精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步距誤差或積累誤差衡量積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理 論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 度比較實(shí)用所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足 i 式中 m步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； s系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許 的角度誤差 （ 3）、轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步，不越步），正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮： ）啟動(dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為： 式中 動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩 ; 動(dòng)機(jī)靜負(fù)載荷 2） 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和 （ 4）啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足： m 式中 限啟動(dòng)頻率； m要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。 3 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 （ 1） 向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 : q= r =為滿足最小步距的要求，電動(dòng)機(jī)選用三想六拍工作方式，查表知： q/以，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 q 進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 0000/(60*合考慮，查表選用 110夠滿足使用要求 （ 2） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 q= =電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： 買文檔就送全套 紙 扣扣 交流 414951605 3 含全套 紙和論文 答辯精品 q 以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 =進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高工作頻率 了便于設(shè)計(jì)和采購，仍選用 110直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，能夠滿足使用要求 4分析誤差來源 4 1 機(jī)械結(jié)構(gòu)原因 由于系統(tǒng)的縱、橫向都是開環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)，沒有反饋檢測系統(tǒng)，無法消除機(jī)械傳動(dòng)部件間隙誤差，如滾珠絲杠反向間隙誤差、齒輪隙誤差及支撐結(jié)構(gòu)和軸系變形引起的誤差、步距角精度和導(dǎo)軌副的精度等，從而產(chǎn)生累積誤差。 而滾珠絲杠的誤差主要是指反向間隙誤差，由于滾珠絲杠與螺母之間的軸向間隙，導(dǎo)致反向運(yùn)動(dòng)時(shí)的空程誤差，引起失步，它將直接影響到工作臺(tái)的進(jìn)給精度。引起齒輪傳動(dòng)誤差 最主要的是側(cè)隙誤差。 4 2 齒輪副誤差補(bǔ)償 分析 對(duì)于由齒輪間隙引起的誤差可采取雙片薄齒齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法來消除，兩個(gè)嚙合的直齒圓柱齒輪中的小齒輪采用寬齒輪，另一個(gè)由兩片可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的薄片齒輪組成。裝配時(shí)使一片薄齒輪的齒左側(cè)分別緊貼在寬齒輪的左、右兩側(cè)，通過兩薄片齒輪錯(cuò)齒，消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。錯(cuò)齒齒輪如圖 薄片齒輪上