CW6163普通车床的数控化改造设计

河北工程大学成教学院毕业设计 1 摘 要 众所周知 ,制造业是国民经济的基础产业和支柱产业 ,是推动国家技术进步的力量。我国制造业较落后 ,想要改变此现状就必须提高制造业装备水平 ,特别是机床的数控化 率。数控机床是属于高新技术集成的机电一体化机械加工设备 ,受到世界各工业发达国 家的高度重视。成为当今世界机械加工设备中最引人注目的产品 ,但其价格昂贵。因此 ,普通车床的数控化改造成为热点。 本次设计是对普通车床 这个团队主要包括 :主传动系统的改造、纵向进给系统的改造、横向进给系统的改造。而我主要是针对纵向进给系统进行机械改 造。这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练 ,提高了分析和解决工程技术问 题的能力 ,并为进行一般机械的设计创造了一定条件。 数控改造主要传动系统的机械改造。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高 ,为简化结构、降低成本。通过控制纵向进给系统 ,保证改造后的车床具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停等功能。为实现机床所要求的传动效率 ,采用步进电机经联轴器再传动 丝杠 :为保证一定的传动精度和平稳性 ,尽量减小摩擦力 ,选用滚珠丝杠螺母副。 关键词 :车床 数控改造 联轴器 滚珠丝杠 河北工程大学成教学院毕业设计 2 s we is of is to of of s if we to we of NC NC s of It s is s C a is C. of of at on of to a NC is a of of NC it is to By it of of we us a To a of a is 河北工程大学成教学院毕业设计 3 目录 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第一章 概 述 . 5 题背景 . 5 床数控化改造的必要性 . 5 控技术发展趋势 . 6 速、高精加工技术及装备的新趋势 . 8 能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 . 8 视新技术标准、规范的建立 . 9 床数控化改造的目的和意义 . 9 床数控化改造的内容 . 10 第二章 控改造总体方案 . 12 计任务和要求 . 12 体 设计 方案的内容 . 12 体方案的确定 . 13 统的运动方式与伺服系统的选择 . 13 控系统 . 14 械传动方式 . 14 第三章 纵向进给系统设计 . 15 向进给部分 . 15 述 . 15 统脉冲当量的确定 . 15 床导轨副的确定 . 15 向进给传动链的设计计算 . 16 向进给传动链部件的装配图设计 . 17 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 17 进电机的计算和选型 . 19 动轴承的选型和寿命验算 . 22 轮的设计和校核 . 24 第四章 微机数控系统电路设计 . 27 河北工程大学成教学院毕业设计 4 片微机数控系统硬件电路设计内容 . 27 列单片机简介 . 28 储器扩展电路的设计 . 37 第六章 结论 . 58 参考文献 . 59 致谢 . 60 河北工程大学成教学院毕业设计 5 第一章 概 述 题背景 数控机床作为机电一体化的典型产品 ， 在机械制造业中发挥着巨大的作用 ， 很好的 解决了现代机械制造中结构复杂 ， 精密 ， 批量小 ， 多变零件的加工问题 ， 且能稳定产品 的和、加工质量。大幅度 的提高生产效率。但从目前企业面临的情况看 ， 因数控机床间 隔较贵 ，一次性投资较大使企业心有余而力不足。另外从目前国内机床使用的现状来看 ， 普通机床拥有量巨大 ， 在生产中 ， 数控机床相对于普通机床的优势较为明显 ， 而由于数 控机床价格昂贵 ， 所以有必要对普通机床加以数控改造 ， 使之能完成数控机床能完成的 部分生产任务。 我们这组的毕业设计是对普通车床 行经济型改造 ， 本车床主要由床身 、床头箱、刀架、进给系统、液压、冷却、润滑等部分组成 ， 本次本车床的设计主要分为 三大部分 ： 主运动部分、纵向 （ Z 轴 ） 进给运 动部分和横向 （ X 轴 ） 进给运动部分。三 部分由我团队三人分别完成。本人针对横向进给进行机械改造。进行完善 构上先天性的不足。 毕业设计作为我们在大学校园里的最后一堂课 ， 它既是一次锻炼也是一次检验 ， 它的目的在于 ： 1、 毕业设计属于机械系统设计课的延续 ， 通过设计实践 ， 进一步学习掌握机械系 设计的一般方法。 2、 培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识 ， 进行工程设计的能力。 3、 培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4、 提高技术总结及编制技术文件的能力。 大学四年的学习生活即将结束 ， 因此 ， 我大胆的提出了对普通 控化改造 。为我们中国制造业 ， 尽一份力微薄的力量。用我们所学的知识为我们最后的考验做一份 完美的答卷。 由于毕业设计是我的第一次综合性设计 ， 无论是设计本人还是经验上的缺乏都难免 导致设计的一些失误和不足 ， 在此 ， 恳请老师和同学们给予指正。 床数控化改造的必要性 数控机床可以较好的解决形状复杂、精密、小批几多变零件的加工问题 ， 能 够稳定加工质量和提高生产率 ， 但是数控机床的应用也受到了其它 条件的限制。 （ 1） 数控机床价格昂贵 ， 一次性投资巨大 ， 不适用于中小型企业。 (2) 目前 ， 各企业都用大量的普通机床 ， 完全用数控机床代替不现实 ， 投 资巨大 ， 而 河北工程大学成教学院毕业设计 6 且代替下的机床会造成资源的浪费。 (3） 在国内购置一台数控机床的狡猾周期比较长 ， 必能满足生产的急需。 要较好的解决上述问题 ， 应该把普通机床进行数控化改造 ， 在国外以发展 成为一个新型的工业部门 ，早在 60 年代已经开始迅速发展 ， 并用专门企业经营 这门业务。从美国、日本等工业化国家的经验看 ， 机床的数控化改造是必不可少 的 ， 数控改造机床占有较大比例。如日本的大企业中有 26%机床经过改造 ， 中小 型企业则是 74%。在美国有许多数控专业公司为世界各地提供数控改造业务。我国是拥有 300多万台机床的国家 ， 而这些机床有大量是多年累积生产的普通机 床 ， 自动化程度低 ， 想要在近几年使用自动化程度高的数控机床 ， 不论是资金还 是我国机床厂都是办不到的。因此 ， 普通机床的数控化改造大有可为。它适应我 国的经济水平、教育水平和生产水平 ， 已成为我国设备技术改造主要方向之一。 控技术发展趋势 随着科学技术的发展 ， 机械产品的形状和结构不断改进 ， 对零件加工质量的 要求也越来越高。随着社会对产品多样化需求的增强 ， 产品品种 增多 ， 产品更新 换代加速。这使得数控机床在生产中得到广泛的应用 ， 同时也对数控机床的数控 系统、伺服驱动系统及主机结构提出更高的要求。尤其是随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成制造系统的兴起和不断成熟 ， 对数控机床的可靠性、通信功 能、人工智能和自适应控制技术的应用提出了更高的要求。归纳起来 ， 数控机床机械设计服务 的发展体现在以下几个方面 ： 1,、高速度、高精度化 现代机床 2位 并向 64位 并且采用多微处 理器并行技术 ，使运算速度和数据处理能力得到很大的提高。如 统 ， 40 其主 4位机 ， 使插补 运算和快速进给功能大为增强。 64位简化指令集 （ 微处理器告诉系统的 采用 ， 使运算速度成倍增加 ， 使复杂形状零件的告诉、高精度加工成为可能。 与高性能 现代数控机床采用了交流数字伺服驱动系统。伺 服驱动系统的位置、速度和电流环都实现了数字化 ， 并采用现代控制理论 ， 实现 了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服驱动。 由于新型 使数控机床的进给速度和分辨率 力得到很大提高 ， 在 100240 m /进给速度下其位移分辨力可达 1 m 在 24m/进给速度下其位移分辨力可达 m， 在 m. 现代数控机床还充分利用 如反向间隙补偿功能、螺距 误差补偿功能及热补偿功能等 ） 来提高其加工精度和动态性能。 2、更高的可靠性 河北工程大学成教学院毕业设计 7 由于现代机床 准化、通用化和系列化。便于组织批量生产 ， 有利于保证产品质量。现代 统大量采用大规模或超大规模集成电路 ， 采用专用芯片及混合式集成电路 ， 提高集成度 ， 减少了元 器件数量 ， 降低了功耗 ， 从而提高了可靠性。 通过完善的故障诊断功能 ， 实现对系统内硬、软件及外部设备的故障诊断和 报警。利用报警提示及时排除故障 利用监测技术 ， 对发生超程、刀具损毁、过 热、干扰、断电等各种意外自动进行相应保护 ， 从而保证了数控机床可靠的工作。 3、更完善的自动编程技术 由于多维处理器并行技术的采用 ， 使数控编程从离线编程发展到在线编程 ， 即所谓的“前台加工 ， 后台编程”。通过会话自动编程系统 ， 不仅实现了在线零 件加工程序的编制 ，还可以根据机床性能、工件材料及零件加工要求自动选择刀 具及最佳切削用量 ， 生成工艺路 线 ， 并实现切削仿真 ， 大大提高了对复杂型面编 程的效率。 4、更高的通信功能 为了适应自动化技术的不断发展 ， 适应工厂自动化规模越来越大的要求 ， 为 了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的控制网络中 ， 机 床数控系统的接口数据交换能力和通信能力在不断加强。目前 ， 已通过配置 的 行接口实现了对伺服、计算机的数据交换。通过网络接口可以方便的实现网络连接。如 80系统设置有 通过网络接口可将数据系统连 接到 络和 业局域网中。 司的 统也配置了类似的网络接口 ， 为了便于接入工业局域网 ， 还可配置 口板。 5、智能化机械设计服务 计算机软、硬件技术的发展 ， 人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能 化的进程。机床数控系统的智能化主要体现在 ： （ 1） 将适应控制应用于数控系统中 ， 构成适应数控系统 （ 。在适应数控系统中 ， 把精细的程序的控制和连续的适应调节结合起来 ， 使系统的 运用达到最优。其主要的追求目标是 。 保护刀具和工件 ， 适应材 料的变化 ； 改善 尺寸控制 ， 提高加工精度 ， 保持稳定的质量 ： 寻求最高的生产率和最低的成本消 耗 ： 简化零件程序的编制 ， 降低对操作人员经验和熟练程度的要求等。 （ 2） 故障诊断的智能化 ， 即数控系统内置实时诊断软件 ， 在数控机床整个 工作过程中进行故障诊断并指导故障的排除。一旦发生故障 ， 除采用停机措施 ， 利用 提示故障发生的部位和原因外 ， 还可与利用“冗余”技 术 ， 自动使故障模块脱机 ， 接通备用模块 ， 以满足无人化工作环境的要求。在故 障诊断中 ， 除了采用专家系统外 ， 还将模糊数学、神经网络应用其中 ， 取得了良 好的效果。 (3) 刀具寿命自动监控检测技术的应用。即利用红外、声发射 （ 、激光 的检测手段 ， 河北工程大学成教学院毕业设计 8 对刀具和工件进行监控。发现工件超差 ， 刀具损毁 ， 及时报警、自 动进行补偿或更给备用刀具 ， 以确保产品质量。 6、数控系统的开放化 随着技术、市场、生产组织结构诸多方面的快速变化 ， 对数控机床 ， 特别 是数控系统提出许多更新、更高的要求 ， 如 ： (1) 为了适应不断出现的新加工需求 ， 数控系统应具用更强的软、硬件重 构能力 ， 而且重构成本要低 ， 重构周期要短 ； （ 2） 为了适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式 ， 使底层生产控制 系统的集成更为简便、有效 ， 必须改变数控系统封闭型的设计模式 ； （ 3） 为了适应机床制造厂的不同需要 ， 数控系统应该具有高度的模块化 ， 可重新配置、修给、扩充和改装 ， 机床制造厂家和用户可以方便地将自己的成熟 技术集成到数控系统中 ；为了适应新需要 ， 寻求一种新的数控系统发展模式已成必然。美国、欧洲 、日本针对数控系统所面临的问题和数控系统开放化的必然趋势 ， 在自动化领域的 开放式体系结构上做了不少的研究工作。 速、高精加工技术及装备的新趋势 尽管十多年前就出现高精度高速度的趋势，但是科学技术的发展是没有止境的，高精度、高速度的内涵也在不断 变化，目前正在向着精度和速度的极限发展。 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为 21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 /辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行 加工。近来采用大型整体铝合金坯料 掏空 的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、 自动识别负自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化 河北工程大学成教学院毕业设计 9 的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。 目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实 现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 视新技术标准、规范的建立 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范 (研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 床数控化改造的目的和意义 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3。用普通机床加工 出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。 机床数控改造的意义 1）节省资金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花 费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2）性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。 3） 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3 河北工程大学成教学院毕业设计 10 至 5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 床数控化改造的 内容 1 普通车床的数控化改造设计 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机 械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成（那些受资金等条件限制，而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论）。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生 了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 2 数控车床的性能和精度的选择 并不是所有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一，机床基础件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要合适，经济性好。在改装车床前，要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍 决定于机床本身原有水平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。 1）轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。 2）进给运动： 进给速度： 常为 8 400mm/ 常为 2 100 mm/ 快速移动： 常为 4m/ 常为 3m/ 脉冲当量：在 常 Z 向为 倍。 加工螺距范围：包括能加工螺距类型（公制、英制、模数、径节和锥螺纹等），一般螺距在 10不难达到。 3）进给运动驱动方式（一般都选用步进电机驱动）。 4）给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。 5）刀架是否需要配置自动转位刀架，若配置需要确定工位数。 6）其他性能指标选择： 河北工程大学成教学院毕业设计 11 插补功能：车床加工需具备直线和圆弧插补功能。 刀具补偿和间隙补偿：为了保证一定的加工精度，一般需考虑设置刀补和间隙补偿功能。 显示：采用数码管还是液晶或者显示器显示，显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定，一般来说，显示越简单成本越低，也容易实现。 诊断功能：为防止操作者输入的 程序有错和随之出现的错误动作，可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件，使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等，实现有限的诊断功能。 以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标，有的车床改造根据需要还会有些专门的要求，如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等，这个时候应有针对性的专门设计。 3 车床数控改造方案选择 当数控车床的性能和精度等内容基本选定后，可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟，专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均 能满足车床的常规加工要求。因此，较典型的车床数控改造方案可选择为：配置专用车床数控改造系统，更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。 目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能： 1）采用单片微机为主控 有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。 2） 配有步进电机驱动系统，脉冲当量或控制精度一般为： Z 为 X 向为 与相应导程的丝杠相配套）。 3）加工程序大多靠面板按键输入，代码编制，掉电自动保护存储器存储；可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。 4）具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警，以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。 河北工程大学成教学院毕业设计 12 第二章 控改造总体方案 计任务和要求 设计内容 1、 纵向伺服进给机构设计与计算 设计与计算的主要内容有：滚珠丝杠副的设计计算及选择，中间齿轮设计计算，轴承选择，步进电机的选择，绘制改 造部分的机械结构装配图。 2、 数控系统设计（包括微机数控系统框图设计，微机数控系统电路原理图设计和绘制） 3、 用 维造型软件对车床某主轴进行三维造型设计并用 件进行数控加工编程与仿真加工。 设计要求 1、对滚珠丝杠的设计，是考虑在最大负荷作用下的使用寿命。丝杠的长度，丝杠的转速，滚道的硬度计运转情况满足工作要求。选出的丝杠型号，要计算其传动效率，并演算其刚度及稳定性。 2、所选电机要满足设计要求 3、数控系统的设计定位在开环控制的数控系统，相关的硬件元件的设计和选择要 满足设计要求。 4、数控系统控制软件的设计采用脉冲增量插补法对各象限的直线和圆弧进行插补程序设计。 体设计方案的内容 数控系统总体方案的拟定应包括以下内容 :系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。 一、 系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、连续控制系统和点位 /直线控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。例如，数控钻床，在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。对于点 位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。 连续控制系统要求工作台和刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，能够控制刀具沿任意直线或曲线运动，控制每一个轴的位置和速度，使得各个轴同步协调到达目标点。连续控制系统不仅控制目标点，而且控制刀具到达这些目标点的整个路径，使刀具始终接触工件并制造出希望的形状，所以具有连续控制系统的数控机床可以加工各种外形轮廓复 河北工程大学成教学院毕业设计 13 杂的零件，故而连续控制系统又称为轮廓控制系统或仿型系统。在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。例如，数 控铣床、数控车床等。 点位 但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工作，进行简单的车削和铣削作业。其控制方法与点位系统十分相似，故有时也将这两种系统统称为点位控制系统。例如，数控镗铣床等。 二、 伺服系统的选择 伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。指令发出后，不再反馈回来，故称为开环控制。开环控制系统主要由步进电机驱动。开环伺服系统结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较 简单。目前国内大力发展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。 闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。但闭环系统造价高、结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。 半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是检测元件测出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。 三、执 行机构传动方式的确定 为确定数控系统传动精度和工件平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及适当的阻尼比要求。在设计中应考虑以下几点： （ 1） 尽量采用低摩擦的传动和导向元件。例如，采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。 （ 2） 尽量消除传动间隙。例如，采用消隙齿轮等。 （ 3） 提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度、减小传动链误差。也可以 用预紧的方法提高系统刚度。例如，采用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副等。 四、 计算机的选择 微机数控系统由 储扩展电路、 I/O 接 口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等组成。 体方案的确定 统的运动方式与伺服系统的选择 河北工程大学成教学院毕业设计 14 由于改造后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆插补、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度不高，为了简化结构、降低成本容易调试和维护，经济型数控车床应选用步进电机开环控制系统。 控系统 根据机床要求采用 8 位微机。由于 列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强性能价格比高等特点，决定采用 列的 80片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘、显示器， I/O 接口及光隔离电路，步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动给丝杠。为保证一定的传动精度和平稳性，应尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 河北工程大学成教学院毕业设计 15 第三章 机械改造部分 向进给部分 述 机床的主运动提供金属切削所需要的能量，而进给运动则根据被加工工件的形状，保持工件和刀具的相对位置。这样设计机床的运动，则主运动一般为旋转运动，要求驱动力源的功率大，其控制问题主要是进行调试，要求较低；而进给运动驱动动力源的功率较小，为了保证生成被加工的工件所要求的型线和一定的加工精度，一般应进行伺服控制，因此控制上的要求较低。 统脉冲当量的确定 一个进给脉冲使机床运动部件产生的位移量称为脉冲当量，也称机床的最小设定单位。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本 技术参数，经济型数控车床、铣床常采用的脉冲当量为 根据任务书上的定位精度 以在设计时选择脉冲当量为 床导轨副的确定 传统机床上使用的均为铸铁 铁 静摩擦系数大，动摩擦系数随速度变化而变化，摩擦损失大，低速时易出现爬行而降低运动部件的定位精度，因此目前在数控机床上已不采用，而代之为铸铁 塑料导轨。它们主要包括以下两种类型。 一 、涂塑导轨 涂塑导轨是以环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨以及铁份混合而成，再配以固化剂均匀涂刮或注入导轨面。这种涂料导轨具有良好的摩擦特性和耐磨性，可使用在大型、重型数控机床上。 二、贴塑导轨 聚四氟乙烯胶带，是以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混合而成。 磨性好、减震性好等特点。已成功用在中、小型数控机床上。这种软带可以在原有滑动导轨面上用粘结剂粘结，加压固化后进行精加工，故一般称之为贴塑导轮。由于其工艺较简单，对原有滑动导轨不需作大的改动，故在普通机床 数控化改装上应用广泛。 根据综合作业任务书和以上分析可知，本次数控化改造采用在原有三角形导轨上进行贴塑改造，即采用三角形贴塑导轨。 河北工程大学成教学院毕业设计 16 一、主切削力及其切削分力的计算 (1)主切削力及其切削分力计算 已知机床电动机的额定功率1大工件直径 D=800轴计算转速n=85r/此转速下， V=6014.3 s 取机床的机械效率 = 1000/V=2)计算各切削力 走刀方向的切削力 垂直方向的切削分力 ： F =F =F =、导轨摩擦力的计算 (1)计算在切削状态下的导轨摩擦力时，导轨受到的垂向切削力向切削分力动部件全部质量（包括机床夹具和工件质量） m=434受重力 W=查表 2500N，取导轨动摩擦系数 = （ W+gf+vF+=2)计算在不切削状态下的导轨摩擦力0（ W+g