畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）C6301D車床的數(shù)控改造橫向進(jìn)給——橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)

廣西工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書課題名稱 C630-1D車床的數(shù)控改造 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 機(jī)械工程及其自動(dòng)化（數(shù)控技術(shù)） 班 級(jí) 機(jī)自Y073 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 2011年 1月 10日35摘 要眾所周知，制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)，是推動(dòng)國家技術(shù)進(jìn)步的力量。我國制造業(yè)較落后，想要改變此現(xiàn)狀就必須提高制造業(yè)裝備水平，特別是機(jī)床的數(shù)控化率。數(shù)控機(jī)床是屬于高新技術(shù)集成的機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，受到世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的高度重視。成為當(dāng)今世界機(jī)械加工設(shè)備中最引人注目的產(chǎn)品，但其價(jià)格昂貴。因此，普通車床的數(shù)控化改造成為熱點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C630-1D的數(shù)控化改造。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)主要包括:主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造。而我主要是針對(duì)橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械改造。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。數(shù)控改造主要傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本。通過控制橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的傳動(dòng)效率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器再傳動(dòng)絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。關(guān)鍵詞：車床 數(shù)控改造 聯(lián)軸器 滾珠絲杠 AbstractAs we all know, manufacturing is the basic of economy industries and pillar industries, is the power to promote the progress of technological of the State. Chinas manufacturing industry has fallen behind，if we want to change this situation we must improve the level of equipment manufacturing industry, especially in CNC machine tools rate. High-tech CNC machine tools are integrated mechatronics mechanical processing equipment, the worlds industrialized countries are highly valued of it. It has become the worlds most remarkable mechanical processing equipment products, but the price is very expensive. Therefore, the lathes Transformation of NC has become a hot. This design is about the common Lathe C630-1D transformation of NC. Main tasks are: the transformation of the main transmission system, the transformation of the vertical feeding system, horizontal feed system reform. While I was mainly aim at the lateral feeding system mechanical transformation. The graduation project on the design of the basic skills training has improved the analysis and the ability to solve engineering problems, and create a certain condition for general mechanical design. NC transformation is mainly a transformation of mechanical drive system. Because of the economy less precision CNC machining, it is order to simplify the structure and reduce costs. By controlling the cross-feed system, it ensures the modified lathe with positioning, linear interpolation, circular interpolation, and pause. Required for the realization of the transmission efficiency of machine tool, we should us a stepping motor drive and then screw through the coupling. To ensure a certain degree of driving accuracy and stability and minimize friction, a ball screw pair is needed. Keywords: lathe , NC Transformation , Coupling ,Ball Screw 引言.- 1 -1.緒論.- 2 - 1.1數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)概述. .- 3 - 1.1.1數(shù)控車床改造的意義. .- 3-1.1.2普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn).- 3 -1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容.- 5 -1.2車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景. - 7 -1.3車床數(shù)控改造的必要性與可行性. .- 9 -2.車床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案.- 10-2.1設(shè)計(jì)任務(wù).- 10 -2.2總體方案的論證. . - 10 -2.3總體改造方案的確定.- 10-2.4機(jī)械部分的改造.- 11-2.5橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算. - 11 -2.5.1橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算.- 11-2.5.2切削力計(jì)算. - 11 -2.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型.- 12-2.6.1滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì). - 12 -2.6.2計(jì)算進(jìn)給牽引力.- 12 -2.6.3計(jì)算最大動(dòng)載荷.- 13 -2.6.4滾珠絲杠螺母副的選型.- 14 -2.6.5傳動(dòng)效率的計(jì)算.- 16 -2.6.6剛度驗(yàn)算.- 16-2.6.7穩(wěn)定性校核.- 16 -2.6.8滾珠絲杠副間隙的消除.- 18 -2.7定滾珠絲杠副支承所用軸承類型和規(guī)格.- 19 -2.7.1選擇軸承類型.-19 -2.7.2確定軸承內(nèi)徑.- 19-2.7.3選擇軸承的規(guī)格代號(hào).- 19 -2.7.4軸承所承受的最大軸向載荷.- 19 -2.7.5軸承的壽命驗(yàn)算.- 20 -2.8聯(lián)軸器的選擇.- 21 -2.9電機(jī)的選擇與計(jì)算.- 23 -2.9.1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算.- 23-2.9.2電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算.- 24 -2.9.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇.- 28 -2.10橫向滾動(dòng)直線導(dǎo)軌.- 29-2.10.1滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn).- 29 - 2.10.2動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì).- 30-結(jié)論.- 33 -致謝.- 34 -參考文獻(xiàn).- 35-引 言數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好的解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密，批量小，多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的和、加工質(zhì)量。大幅度的提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床間隔較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。另外從目前國內(nèi)機(jī)床使用的現(xiàn)狀來看，普通機(jī)床擁有量巨大，在生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床相對(duì)于普通機(jī)床的優(yōu)勢(shì)較為明顯，而由于數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，所以有必要對(duì)普通機(jī)床加以數(shù)控改造，使之能完成數(shù)控機(jī)床能完成的部分生產(chǎn)任務(wù)。我們這組的畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C630-1D進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型改造，本車床主要由床身、床頭箱、刀架、進(jìn)給系統(tǒng)、液壓、冷卻、潤滑等部分組成，本次本車床的設(shè)計(jì)主要分為三大部分：主運(yùn)動(dòng)部分、縱向（Z軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分和橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部分。三部分由我團(tuán)隊(duì)三人分別完成。本人針對(duì)橫向進(jìn)給進(jìn)行機(jī)械改造。進(jìn)行完善C630-1D結(jié)構(gòu)上先天性的不足。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作為我們?cè)诖髮W(xué)校園里的最后一堂課，它既是一次鍛煉也是一次檢驗(yàn)，它的目的在于： 1、畢業(yè)設(shè)計(jì)屬于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課的延續(xù)，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。 2、培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、精度設(shè)計(jì)、金屬工藝學(xué)、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。 3、培養(yǎng)使用手冊(cè)、圖冊(cè)、有關(guān)資料及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力。 4、提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，因此，我大膽的提出了對(duì)普通C630-1D數(shù)控化改造。為我們中國制造業(yè)，盡一份力微薄的力量。用我們所學(xué)的知識(shí)為我們最后的考驗(yàn)做一份完美的答卷。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)是我的第一次綜合性設(shè)計(jì)，無論是設(shè)計(jì)本人還是經(jīng)驗(yàn)上的缺乏都難免導(dǎo)致設(shè)計(jì)的一些失誤和不足，在此，懇請(qǐng)老師和同學(xué)們給予指正。 1.緒 論 數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有的多少已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購買昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。 金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的一個(gè)主要設(shè)備。它擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器總制造量的40-60%。機(jī)床的計(jì)術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)和勞動(dòng)生產(chǎn)率。 金屬切削機(jī)床是人類在改造自然的長(zhǎng)起生產(chǎn)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。近些年來我國機(jī)床工業(yè)已取得很大成就。但和世界先進(jìn)水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在大部分高精度和超密機(jī)床的性能還不能滿足要求。精度保持性也很差。特別是高效自動(dòng)化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。我國的技術(shù)人員素質(zhì)還跟不上現(xiàn)代機(jī)床技術(shù)飛速發(fā)展的需要。 通過寫這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用機(jī)械課程設(shè)計(jì)和其它課程地理論和實(shí)際知識(shí)，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般能力，樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)了分析和解決問題的能力。 學(xué)會(huì)了從機(jī)械功能的要求出發(fā)，會(huì)合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)類型，制定設(shè)計(jì)方案，正確計(jì)算的工作能力。確定它的尺寸，形狀，結(jié)構(gòu)及材料，并考慮制造工藝，使用，維護(hù)，經(jīng)濟(jì)和安全等問題，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力，機(jī)床設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門的要求和制造部門的可能，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，所進(jìn)行的創(chuàng)造性的勞動(dòng)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，使用部門對(duì)機(jī)床的要求也在不斷地提高，而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工藝水平的提高，又為制造部門創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)使用要求的條件，從而使機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造獲得了迅速的發(fā)展。 機(jī)床設(shè)計(jì)也是從低級(jí)到高級(jí)發(fā)展的。在開始設(shè)計(jì)機(jī)床的最初階段，主要考慮這樣兩點(diǎn)：首先，為了加工出一定形狀的工件，必需保證刀具與工件之間具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系；其次是機(jī)件要有足夠的強(qiáng)度。過了一段時(shí)間以后，又提出對(duì)機(jī)床幾何精度的要求。這時(shí)的機(jī)床設(shè)計(jì)與制造是在滿足機(jī)床幾何精度要求的前提下，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者用類比的方法進(jìn)行的，可統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。 隨著科學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展和工藝水平的提高，尤其是先進(jìn)刀具的出現(xiàn)，使機(jī)床向高速，大功率的方向發(fā)展。因此，對(duì)機(jī)床的精度和生產(chǎn)率等方面要求也就越來越高。于是，又相繼提出了一些設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)必須考慮的問題，如機(jī)床的精度問題，剛度，抗?fàn)幮?，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，熱變形，噪音，磨損等等。對(duì)于這些問題的研究主要是通過機(jī)床性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的。通過實(shí)驗(yàn)，分析它們的規(guī)律性，分析影響機(jī)床性能的主要原因和尋求解決問題的方法。這時(shí)的機(jī)床設(shè)計(jì)是以實(shí)物測(cè)試和模型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。與此同時(shí)，把技術(shù)科學(xué)中的理論應(yīng)用到機(jī)床設(shè)計(jì)中來，初步建立起機(jī)床的基礎(chǔ)理論。對(duì)于機(jī)床設(shè)計(jì)，顯著地提高了機(jī)床的性能。 近些年來，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，為機(jī)床設(shè)計(jì)提供了大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，理論研究也進(jìn)入了新的階段，尤其是電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使機(jī)床設(shè)計(jì)開始進(jìn)入計(jì)算機(jī)輔助(CAD)和優(yōu)化的間斷。 通過寫這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件1.1 數(shù)控機(jī)床優(yōu)勢(shì)概述1.1.1數(shù)控車床改造的意義我國現(xiàn)在擁有數(shù)量多達(dá)300多萬臺(tái)的通用機(jī)床，其中大部分機(jī)床的加工精度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度與先進(jìn)設(shè)備相比不高，要想在幾年內(nèi)大量地用數(shù)控機(jī)床來更新，無論在資金上還是技術(shù)力量上都是難以實(shí)現(xiàn)的。但如果利用數(shù)控技術(shù)根據(jù)需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床加以改造，不僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化，提高機(jī)床的加工精度，而且投資少、見效快，適合我國的生產(chǎn)力水平。因此，利用數(shù)控技術(shù)改造舊設(shè)備已成為我國推廣全功能數(shù)控機(jī)床的過渡手段。1.1.2普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： (1) 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。 (2) 加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； (3) 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；(4) 加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間； (5)機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)效率高（一般為普通機(jī)床的35倍）；(6) 機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度改善勞動(dòng)條件； (7) 對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成： (8) 主機(jī)，他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。(9) 數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 (10) 驅(qū)動(dòng)裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí)，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。(11)輔助裝置，指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。(12) 編程及其他附屬設(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。 還具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費(fèi)用低；機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可充分利用現(xiàn)有的條件；可以采用最新的控制技術(shù)；交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)控機(jī)床已成為我國市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。 我國是一個(gè)機(jī)床大國，有三百多萬臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。 舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。 隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國經(jīng)濟(jì)資源有限，國家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國的國情。 1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。1.1.3數(shù)控化改造的內(nèi)容車床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式如下：1、進(jìn)給軸的改造 普通車床的X軸和Z軸均由同一電機(jī)驅(qū)動(dòng)，走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運(yùn)動(dòng)；走刀運(yùn)動(dòng)經(jīng)走刀箱傳動(dòng)光桿及溜板箱，獲得不同的進(jìn)刀量即X軸運(yùn)動(dòng)。普通車床數(shù)控化改造時(shí)一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進(jìn)給伺服（或步進(jìn)）傳動(dòng)鏈分別代替，具體體現(xiàn)為： Z軸：縱向電機(jī)減速箱（或聯(lián)軸器）縱向滾珠絲杠大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。X軸：橫向電機(jī)減速箱（或聯(lián)軸器）橫向滾珠絲杠橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。 改造后整個(gè)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機(jī)床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。 (1) 滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式 普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動(dòng)絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低，不能適應(yīng)于高速運(yùn)動(dòng)。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進(jìn)行普通機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.900.96；若使用的絲杠螺母預(yù)緊后，可以完全消除間隙，提高傳動(dòng)剛度；摩擦阻力小，幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，動(dòng)靜摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長(zhǎng)、精度保持性好。但應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式和傾斜使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置或平衡裝置。 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。 改造時(shí)各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對(duì)有特殊要求的機(jī)床還應(yīng)根據(jù)桿系的穩(wěn)定性計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導(dǎo)程在滿足機(jī)床改造后性能的前提下越小，對(duì)機(jī)床的傳動(dòng)精度越有利。機(jī)床的傳動(dòng)精度在保證機(jī)床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關(guān)系，一般在普通機(jī)床改造中絲杠副選P4級(jí)即滿足要求，特殊精密機(jī)床選P3級(jí)甚至更高。一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠，如數(shù)控機(jī)床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。 一端固定，一端支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。 兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預(yù)緊力預(yù)拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長(zhǎng)度不大得情況，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時(shí)的預(yù)拉伸量，否則會(huì)影響軸承壽命，同時(shí)也會(huì)因?yàn)轭A(yù)加負(fù)載得不易控制而增加電機(jī)的附加扭矩。 (2）機(jī)床導(dǎo)軌 普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的更要進(jìn)行大修，即進(jìn)行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時(shí)采用合理的潤滑，充分保證其精度。 (3）電機(jī)與絲杠的聯(lián)接 在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來定。3、刀架部分的改造 目前數(shù)控車床刀架基本為電動(dòng)刀架，其特點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)或少部分的電動(dòng)，改造時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)其加以更換。 電動(dòng)刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝812把刀）和立式電動(dòng)刀架，立式電動(dòng)刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價(jià)格相對(duì)較貴，改造中常用立式四工位電動(dòng)刀架。 4、潤滑部分的改造 老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導(dǎo)軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對(duì)機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動(dòng)下機(jī)床運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 在對(duì)這些機(jī)床改造時(shí)一般都要對(duì)其潤滑部分進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，采用稀油集中定量、定時(shí)供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動(dòng)潤化兩種，在機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。 絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。 5、機(jī)床防護(hù) 機(jī)床改造后整個(gè)防護(hù)分局部防護(hù)、半防護(hù)和全防護(hù)三種。 局部防護(hù)只對(duì)絲杠副、電機(jī)、走線等采取防護(hù)措施。半防護(hù)是在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上增加切削的保護(hù)，即增加擋屑裝置。全防護(hù)即在局部防護(hù)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)機(jī)床加以封閉，此種防護(hù)最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實(shí)際操作起來以前兩種最多，也最易操作。 1.2 車床數(shù)控改造的現(xiàn)狀與國內(nèi)背景隨著我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，中、小批量的生產(chǎn)越來越多。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需更換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)，單純靠購買新的數(shù)控機(jī)床，所需投資大。為了節(jié)約資金，降低成本，利用原來的部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，提高機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率，是一種有效的途徑?？傮w改造方案數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足車床總體布局的前提下要盡可能利用原來的零部件，因此確定總體改造方案如下： 除原車床的橫向絲杠光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。為便于安裝滾珠絲杠副，絲杠采用分體式，用套筒聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)剛性聯(lián)接； 橫向驅(qū)動(dòng)電機(jī)及聯(lián)軸器安裝在床鞍的后部(相對(duì)操作者)； 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。 產(chǎn)生與發(fā)展的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ) (1)我國現(xiàn)有的、數(shù)以萬計(jì)的陳舊、落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)我國是一個(gè)發(fā)展中國家，由于長(zhǎng)期自身機(jī)制的不適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)實(shí)力過低、技術(shù)落后、設(shè)備陳舊，極大地制約著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為盡快改變我國機(jī)械制造業(yè)的落后狀態(tài)，近二十多年來，我們?cè)谄D難地發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極地引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。一方面與世界先進(jìn)機(jī)床制造廠合作，不斷生產(chǎn)出具有世界先進(jìn)水平的各類機(jī)床；另一方面直接購進(jìn)了大量的各類機(jī)床。這一切都為我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到了巨大的作用。 但是，機(jī)床長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長(zhǎng)期閑置，需要使用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能起動(dòng)； 由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來一定困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在510年，而我國大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。 這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。 (2)新進(jìn)的大批二手機(jī)床成為機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的催化劑自改革開放以來，許多企業(yè)引進(jìn)了一大批國外淘汰的舊機(jī)床，雖然有一部分尚能滿足使用要求，但是多數(shù)由于缺少經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)、資料及備件等因素，造成雖廉價(jià)購進(jìn)但卻不能繼續(xù)發(fā)揮作用而閑置的尷尬局面。 其中不乏有為改造后投入使用而引進(jìn)的舊機(jī)床和生產(chǎn)線。這里多數(shù)的二手機(jī)床只要再有適當(dāng)?shù)馁Y金投入，經(jīng)過大修改造即可發(fā)揮作用。 (3)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力 對(duì)于機(jī)床擁有者來說，只需花費(fèi)購買相同新機(jī)床30%以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%左右的價(jià)格。 對(duì)于機(jī)床大修改造業(yè)內(nèi)公司來說，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動(dòng)力。 (4)機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)是該行業(yè)生存與發(fā)展的有利條件 舊機(jī)床的大修、翻新、升級(jí)改造與購買新機(jī)床相比，具有下列優(yōu)勢(shì)： 交貨期短。尤其是大型機(jī)床和特殊專用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。 性能更穩(wěn)定。各基礎(chǔ)件經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長(zhǎng)期磨合。功能穩(wěn)定性可靠性好。 設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在。 可以更充分地體現(xiàn)用戶的意愿。用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修等方面的改進(jìn)(包括增、改)意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。 更有利于使用與維護(hù)。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入地掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力。 可以更快地獲取最新的更實(shí)用的備件。 節(jié)省大量投資。 降低投資風(fēng)險(xiǎn)。 (5)社會(huì)化、專業(yè)化趨勢(shì)是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的必由之路 舊機(jī)床的數(shù)控化改造和翻新不僅僅是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期必要和重要的行為，而且是一個(gè)企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略措施。 當(dāng)前，21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國大多數(shù)企業(yè)正面臨著企業(yè)改制、轉(zhuǎn)軌以進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，迅速融入國際競(jìng)爭(zhēng)。這就需要我們企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)集中全部力量面對(duì)這些挑戰(zhàn)。企業(yè)集團(tuán)化和集團(tuán)內(nèi)部分散網(wǎng)絡(luò)化、自治性、并行工作的新型組織、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、敏捷制造技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、可持續(xù)制造技術(shù)、綠色制造技術(shù)等等一系列新的技術(shù)理論，都需要下大力量去研究，以開發(fā)適銷對(duì)路產(chǎn)品，提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力；集中人力、財(cái)力、物力以提高本企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)以最快速度創(chuàng)造出盡可能多的價(jià)值。因此，企業(yè)自身不可能再像過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下?lián)碛写蠖木S修隊(duì)伍。而設(shè)備維修改造的社會(huì)化、專業(yè)化也就不可避免地成為了大趨勢(shì)。 國外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國家已經(jīng)形成了一定的規(guī)模和市場(chǎng)。而在我國，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件來衡量還相距甚遠(yuǎn)。但是業(yè)內(nèi)有識(shí)之士正在努力塑造自己、完善自己，相信不久的將來，一批具備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會(huì)成長(zhǎng)起來。 1.3 車床數(shù)控改造的必要性與可行性 數(shù)控技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，它的整體水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強(qiáng)弱，具有超越其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國企業(yè)機(jī)械制造整體水平與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。由于我國企業(yè)大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)依賴進(jìn)口，企業(yè)承受不了巨額購置費(fèi)，且易受國外的控制，另外數(shù)控機(jī)械設(shè)備維修力量薄弱，進(jìn)口的備件維修成本高，設(shè)備完好率低，大部分進(jìn)口機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進(jìn)口后還沒使用就已因?yàn)楦鞣矫嬖虿荒苁褂玫鹊?。因此目前我國企業(yè)機(jī)床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機(jī)床，很難滿足企業(yè)高技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進(jìn)一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機(jī)床的功效和潛在價(jià)值，將大批傳統(tǒng)老式機(jī)床改造為數(shù)控機(jī)床是一種必然性和趨勢(shì)。 2 車床數(shù)控改造的總體構(gòu)思與技術(shù)方案 本次改造的普通車床型號(hào)為C630-1D。數(shù)控改造主要傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械改造。由于對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本。通過控制橫進(jìn)給系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等功能。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器再傳動(dòng)絲杠；為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)將C630普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床在過程中滿足以下幾點(diǎn)要求：、1 橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.001mm/脈沖2 進(jìn)給范圍：3-1000mm/min快速進(jìn)給：1000-3000mm/min3 橫向進(jìn)給系統(tǒng)有微機(jī)實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制系統(tǒng)兩軸聯(lián)動(dòng)2.2 總體方案的論證 對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定 本設(shè)計(jì)中只對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行改造不對(duì)數(shù)控部分進(jìn)行改造。2.3 總體改造方案的確定 C630車床主要用于對(duì)中型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就是數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。 數(shù)控機(jī)床由機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組成。普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。在考慮經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。改造中需要解決的問題是：將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和電動(dòng)動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車床。根據(jù)C630車床的有關(guān)資料，確定總體方案為： 利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過I/O接口輸出給X軸步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)聯(lián)軸器后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺母帶動(dòng)刀架直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過刀架控制器控制二相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺紋車削功功能。2.4 機(jī)械部分的改造 機(jī)械制造業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，具有重要的地位。為此，各國的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和企業(yè)家在不斷探索新形勢(shì)下的各種先進(jìn)制造技術(shù)及制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。作為制造業(yè)核心的機(jī)床制造業(yè)則是支柱的基石，是任何行業(yè)都不可或缺的。 (1)主傳動(dòng)系統(tǒng)，保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量，如果要自動(dòng)改變切削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。(2)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)改造 縱、橫向傳動(dòng)全部用滾珠絲杠（傳動(dòng)效率高，達(dá)到90%）。（拆除原有的掛輪系統(tǒng)、進(jìn)給箱、溜板箱、光桿），在溜板下加裝滾珠絲杠螺母托架，在滾珠絲杠的頭、尾部加裝接套、接桿及支承。(3)刀架部分采用電動(dòng)自動(dòng)換刀。2.5 橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算2.5.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過聯(lián)軸器后驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大托板上。用法蘭盤講步進(jìn)電機(jī)與機(jī)床大托板連接起來，保證同軸度，提高傳動(dòng)精度。 已知條件： 工作臺(tái)重量： W=300N 時(shí)間常數(shù)： T=30ms 滾珠絲杠導(dǎo)程： Lo=4mm 行程： S=390mm 脈沖當(dāng)量： =0.001mm/step 快速進(jìn)給速度： V=6m/min橫向絲杠進(jìn)給速度： 02000mmmin 定位精度： 重復(fù)定位精度： 2.5.2切削力計(jì)算由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)設(shè)計(jì)知橫向進(jìn)給為縱向進(jìn)給的1/2-1/3，取1/2則切削力計(jì)算= 1/2= 0.54200.768=2100.4N在切斷工件時(shí)：= 1/2= 0.52100.4=1050.2N2.6滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型2.6.1滾珠絲杠螺母副設(shè)計(jì)原機(jī)床經(jīng)過改造后成為數(shù)控機(jī)床在橫向縱向上的進(jìn)給速度有較高的要求，因此原機(jī)床的普通絲杠螺母副已經(jīng)滿足不了設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行替換。數(shù)控機(jī)床常選用滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母副摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)效率比普通絲杠更高，而且滾珠絲杠螺母副的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差甚小，有利于防止低速爬行現(xiàn)象和有利于提高進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度；采用預(yù)緊措施可以有效地消除其反向間隙，達(dá)達(dá)提高定位精度和傳動(dòng)剛度滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型、確定滾珠循環(huán)的方式、滾珠絲杠的預(yù)緊方式、其技術(shù)參數(shù)有公稱直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K、精度等級(jí)。確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 刀架快速移動(dòng)速度，； 電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠的傳動(dòng)比，取； 電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，；所以由上式得 2.6.2計(jì)算進(jìn)給牽引力 橫向進(jìn)給為眼尾型導(dǎo)軌： =K+（+W）式中： K顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，燕尾型導(dǎo)軌取K=1.4， 為導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，=0.150.2，取=0.2， W工作臺(tái)作用在導(dǎo)軌上的重力。 =K+（+W）=1.151950.2+0.16（2100.4+300） 1950.4 N2.6.3計(jì)算最大動(dòng)載荷： 選用滾珠絲杠副是直徑時(shí)，必須保證在一定軸向力負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即為滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)載荷Q，由數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)可用下式計(jì)算： 式中：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取=1.11.5 ； 硬度影響系數(shù)，取=1； 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選=4mm； L壽命，以轉(zhuǎn)為單位，對(duì)于數(shù)控機(jī)床T=15000h； n絲杠轉(zhuǎn)速（r/min)； =15r/min =13.5(r） =（N）按精度要求，確定允許的滾珠絲杠的最小螺桿直徑：（1）估算絲杠允許的最大彈性變形量重復(fù)定位精度定位精度 最大彈性變形量。已知：重復(fù)定位精度，定位精度 取兩種結(jié)果的最小值，所以絲杠允許的最大彈性變形量（2）估算絲杠允許的最小螺紋底徑 支承方式系數(shù)，一端固定另一端自由或游動(dòng)時(shí)為0.078，兩端固定或鉸支時(shí)取0.039；導(dǎo)軌靜摩擦力，；滾珠絲杠軸承支點(diǎn)間距離，。2.6.4滾珠絲杠螺母副的選型 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種方式，根據(jù)螺母的的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動(dòng)剛性也比單螺母的好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選用外循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊，雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。根據(jù)已估算出的導(dǎo)程和預(yù)期動(dòng)載荷Q，并考慮滾珠絲杠的精度、成本以及估算參數(shù)等各種因素。從滾珠絲杠尺寸系列表中找到額定動(dòng)載荷選用深圳市賽瑞德精工機(jī)械技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GD系列，選擇25043系列，公稱直徑=25mm,基本導(dǎo)程=4，循環(huán)圈數(shù)n=4,額定動(dòng)載荷=6486N>5108N，外形如下圖所示：2.6.5傳動(dòng)效率的計(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： 式中 摩擦角 ，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知； 螺旋升角，其中=arctan2.73=2.92所以 =2.6.6剛度驗(yàn)算：滾珠絲桿受工作載荷引起的導(dǎo)程的變化量=4mm=0.4cmE(彈性模量)= 滾珠絲桿受工作載荷引起的導(dǎo)程的變化量 = 滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很少，可忽略；所以導(dǎo)程變化量：查表知E級(jí)精度絲桿允許的螺距誤差1m長(zhǎng)為15um，因此剛度足夠。2.6.7穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)由歐拉公式得，失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為： 式中：E壓桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼E=20.6MPa=20.6GPa； I壓桿橫截面對(duì)中性軸的慣性矩，對(duì)絲杠圓截面I=（為絲杠的底徑且=24.2mm）； 壓桿長(zhǎng)度； 長(zhǎng)度因素。本傳動(dòng)系統(tǒng)的絲杠采用一端軸向固定，一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。由工程力學(xué)知：壓桿的長(zhǎng)度因素表?xiàng)U端約束情況兩端鉸支一端固定，另一端自由一端固定，另一端鉸支兩端固定長(zhǎng)度因素 1 2 0.7 0.5所以 絲杠的長(zhǎng)度L= 580 長(zhǎng)度因素=0.7 =0.2由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲桿在工作時(shí)有可能會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許的安全系數(shù)。查工程力學(xué)可知： 式中： 壓桿的臨界壓力； F壓桿的工作壓力； 壓桿的工作穩(wěn)定安全因素，機(jī)床絲桿的穩(wěn)定安全因素一般取2.54。 = 所以絲杠是很穩(wěn)定的（二）預(yù)拉伸力 滾珠絲杠的預(yù)拉伸力的計(jì)算公式為： 彈性模量； 熱膨脹系數(shù)； 溫度變化值?，F(xiàn)取； 滾珠絲杠螺紋底徑（mm）。 所以由上式有： 2.6.8滾珠絲杠副間隙的消除為提高剛度，滾珠絲杠的間隙必須消除，機(jī)床上常用的雙螺母法。絲杠上螺母分為兩段，左右螺母，接觸角為45，左、右螺母接觸方向相反，如圖所示，預(yù)緊后絲杠剛度可以提高到無預(yù)緊的2倍，大大提高了進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度和反向運(yùn)動(dòng)的定位精度。 2.7確定滾珠絲杠副支承所用軸承類型和規(guī)格2.7.1選擇軸承類型根據(jù)滾珠絲杠副支承要求來選擇軸承類型：兩端固定支承形式，背對(duì)背，成對(duì)安裝的角接觸球軸承 。2.7.2確定軸承內(nèi)徑 為了便于滾珠絲杠的加工，軸承內(nèi)徑最好不大于滾珠絲杠的大徑，內(nèi)循環(huán)滾珠絲桿，必須有一端軸承內(nèi)徑略小于絲桿底徑。因此橫向滾珠絲杠副選用得軸承內(nèi)徑為20mm。2.7.3選擇軸承的規(guī)格代號(hào)根據(jù)機(jī)床的類型、工作條件及可靠性要求等因素，選擇廣州恩瑞锘軸承有限公司生產(chǎn)的角接觸球軸承，其規(guī)格代號(hào)為7204C/DB。2.7.4軸承所承受的最大軸向載荷有預(yù)拉伸的滾珠絲杠副應(yīng)考慮到預(yù)拉伸力 等于滾珠絲桿的最大當(dāng)量載荷，即因此，由上式得出軸承所承受的最大軸向載荷2.7.5軸承的壽命驗(yàn)算 軸承的原始參數(shù)：軸承預(yù)期工作壽命 20000h 軸承轉(zhuǎn)速 1500r/min 額定動(dòng)載荷 100000N軸承的壽命與所受載荷的大小有關(guān)，載荷越大，在接觸表面引起的接觸應(yīng)力越大，因而在軸承零件發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的總轉(zhuǎn)數(shù)越小，即壽命越短。滾動(dòng)軸承的基本額定壽命計(jì)算公式如下 考慮到軸承在溫度高于100下工作時(shí)，基本額定動(dòng)載荷Q有所降低，故引進(jìn)溫度系數(shù)，對(duì)值予以修正。考慮到工作中的沖擊和振動(dòng)會(huì)使軸承壽命降低，為此又引進(jìn)載荷系數(shù)。實(shí)際計(jì)算中，軸承的工作轉(zhuǎn)速是已知的，這時(shí)用小時(shí)數(shù)表示軸承的壽命比較方便，于是得以小時(shí)數(shù)為單位的基本壽命計(jì)算公式： 基本額定壽命（h）；基本額定動(dòng)載荷（N），對(duì)于推力軸承為軸向基本額定動(dòng)載荷，即； 軸承轉(zhuǎn)速（r/min）；壽命指數(shù)（球軸承，滾子 ）；當(dāng)量動(dòng)載荷（N），考慮沖擊載荷時(shí),在變速載荷或旋轉(zhuǎn)載荷作用下為平均當(dāng)量動(dòng)載荷，即。溫度系數(shù)。取=1； 載荷系數(shù)。取=1.5。 軸承工作溫度/100125150200250300溫度系數(shù)10.