畢業(yè)設(shè)計(jì)----ca6140數(shù)控化改造

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國(guó)機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)

2、和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢?jiàn)我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。</p><p>　　物競(jìng)天擇，一些不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展在機(jī)床必將被淘汰，所以實(shí)

3、施機(jī)床的數(shù)控化改造是機(jī)械行業(yè)在必然趨勢(shì)。通過(guò)搜集資料、實(shí)踐研究等方法對(duì)機(jī)床就行改造即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價(jià)值。而這也將極大的推動(dòng)中國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：機(jī)床的數(shù)控化改造可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵字：機(jī)床、數(shù)控化、改造、意義</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 數(shù)控機(jī)床改造的意義 </p><p>　　第二章 CA6140車(chē)床簡(jiǎn)介

5、</p><p>　　第一節(jié) CA6140車(chē)床概述……………………………………………4</p><p>　　第二節(jié) CA6140車(chē)床的加工范圍及特點(diǎn)……………………………6 </p><p>　　第三節(jié) CA6140車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析………………………………7

6、 </p><p>　　第三章 總體改造方案及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　第一節(jié) 總體改造方案………………………………………………9 </p

7、><p>　　第二節(jié) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………9 </p><p>　　第三節(jié) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………18

8、 </p><p>　　第四章 主軸及機(jī)床控制系統(tǒng)的改造 </p><p>　　第一節(jié) 主軸電機(jī)的改進(jìn)……………………………………………26 </p><p>　　第二節(jié)

9、 主軸脈沖編碼器的運(yùn)用……………………………………26 </p><p>　　第三節(jié) 刀架的設(shè)計(jì)…………………………………………………28 </p><p>　　第四節(jié) 機(jī)

10、床導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)……………………………………………29 </p><p>　　第五節(jié) 坐標(biāo)系的建立Y、X、Z軸的限位和參考返回電路………30 </p><p>　　第六節(jié) 配置用鍵和變

11、頻器的安裝…………………………………31 </p><p>　　第七節(jié) 機(jī)床的安裝、調(diào)試、與精度檢驗(yàn)…………………………31 </p><p>　　致謝

12、 </p><p><b>　　數(shù)控機(jī)床改造的意義</b></p><p><b>　　一、機(jī)床現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國(guó)是生產(chǎn)和使用機(jī)床最多國(guó)家之一,現(xiàn)有金屬切削機(jī)床400萬(wàn)臺(tái)左右，但現(xiàn)有的機(jī)床大多數(shù)服役年限較長(zhǎng),設(shè)備陳舊落后,功能?chē)?yán)重不足,運(yùn)運(yùn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。</p>&

13、lt;p><b>　　二、技術(shù)分析</b></p><p>　　在過(guò)去的幾十年,金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作是原理變化不大。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用到機(jī)床控制系統(tǒng)上,不但能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度,而且能提高加工精度和表面質(zhì)量。近年來(lái),我國(guó)已經(jīng)積極開(kāi)展了對(duì)機(jī)床數(shù)控化再制造技術(shù)的研究,如武漢華中數(shù)控公司先后完成了50多家企業(yè)數(shù)百臺(tái)設(shè)備的數(shù)控化在制造。實(shí)踐證明。改造的機(jī)床滿

14、足了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度,增大了設(shè)備的適應(yīng)能力和型面的加工范圍(曲面、各種螺紋的加工等),利用日臻完善的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及配套部件改造現(xiàn)有的普通機(jī)床的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。</p><p><b>　　三、市場(chǎng)分析</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)資料分析,訂購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng),往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品

15、多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應(yīng)用,機(jī)床的數(shù)控化改造已成為滿足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段,對(duì)中、小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是十分理想的選擇。</p><p><b>　　四、經(jīng)濟(jì)分析</b></p><p>　　由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機(jī)床設(shè)備全部用新型機(jī)床替換。要花費(fèi)大量的資金,而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來(lái)造成巨大浪費(fèi),若采用數(shù)控技術(shù)對(duì)舊機(jī)床加以改造和

16、購(gòu)買(mǎi)機(jī)床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能裝置的1/3到1/5。一般用戶都能承擔(dān)的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開(kāi)辟了新路,也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。</p><p><b>　　五、生產(chǎn)分析</b></p><p>　　在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中,中小批量甚至單件生產(chǎn),個(gè)性化的產(chǎn)品占有相當(dāng)大的比重,尤其是我國(guó)加入世貿(mào)組

17、織后,成為世界性的加工基地,產(chǎn)品出口的增長(zhǎng)迅速,從低附加值、勞動(dòng)密集型產(chǎn)品逐步過(guò)度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數(shù)控機(jī)床起了重要的作用。數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。</p><p><b>　　六、重要性分析</b></p><p>　　以數(shù)控機(jī)床為代表的現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械是制造實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設(shè)備，數(shù)控技術(shù)水平的高低和機(jī)床的數(shù)控化率，數(shù)控設(shè)備的擁有量已成

18、為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。</p><p><b>　　七、綜合分析</b></p><p>　　數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床的改造是建立在微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，具有高可靠性、柔性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化、經(jīng)濟(jì)性可觀等特點(diǎn)。為此，在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的使用性能、降低生產(chǎn)成本、用較少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟(jì)效益。</p>&

19、lt;p>　　第二章 CA6140車(chē)床簡(jiǎn)介</p><p>　　CA6140車(chē)床是一種機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單的機(jī)電設(shè)備，是用來(lái)進(jìn)行車(chē)削加工的機(jī)床。在加工時(shí)，通過(guò)主軸和刀架運(yùn)動(dòng)的相互配合來(lái)完成對(duì)工件的車(chē)削加工。車(chē)床的種類(lèi)很多，按其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可分為臥式車(chē)床、落地車(chē)床、立式車(chē)床、仿形車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、多刀半自動(dòng)車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床等。</p><p>　　第一節(jié) CA6140車(chē)

20、床概述</p><p>　　一、機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　1．機(jī)床的組成</b></p><p>　　CA6140車(chē)床的主要組成部件由圖1所示。</p><p>　　1．主軸箱 主軸箱1是一部件，由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、軸上傳動(dòng)件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封件等組成。主軸通過(guò)前端的卡盤(pán)或者花盤(pán)帶動(dòng)

21、工件完成旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，也可以安裝前尖頂通過(guò)撥盤(pán)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　2．刀架 四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來(lái)車(chē)外圓、鏜內(nèi)孔等。而中滑板相對(duì)于縱滑板作橫向移動(dòng)，用來(lái)帶動(dòng)刀具加工端面、切斷、切槽等。小滑板可相對(duì)中滑板改變角度后帶動(dòng)刀具斜進(jìn)給，用來(lái)車(chē)削內(nèi)外短錐面。</p><p>　　3、尾座 尾座3可沿其導(dǎo)軌

22、縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖支撐長(zhǎng)工件的后段以加工長(zhǎng)圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調(diào)整，用于加工小錐度的外錐面。</p><p>　　4、進(jìn)給箱 進(jìn)給箱8內(nèi)裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)及操作裝置，通過(guò)改變進(jìn)給量的大小，可改變所加工螺紋的種類(lèi)及導(dǎo)程。 </p><p>　　5、床身及床腿 床身4是機(jī)床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安裝著機(jī)床的

23、各部件，并保證它們之間具有要求的相互準(zhǔn)確位置。床身上面有縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動(dòng)的導(dǎo)軌。</p><p>　　6、溜板箱 溜板箱6與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱內(nèi)裝有縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)換向機(jī)構(gòu)和快速進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　2．CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)，如表1.</p><p>　　表1 CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)</p>

24、<p>　　第二節(jié) CA6140車(chē)床的加工范圍及特點(diǎn) </p><p><b>　　一．加工范圍</b></p><p>　　CA6140車(chē)床的工藝范圍很廣，它能完成車(chē)削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車(chē)削端面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。其典型表如圖2所示。CA6140車(chē)床主運(yùn)動(dòng)由工件隨

25、主軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀架的橫向動(dòng)來(lái)完成。由于機(jī)械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。車(chē)床的工藝范圍又較廣泛，因此CA6140車(chē)床使用十分廣泛。</p><p>　　二．CA6140車(chē)床的加工特點(diǎn)</p><p>　　1 加工范圍較大。 </p><p>　　2 加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是工件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的縱向和橫向移動(dòng)。</p><p>

26、　　3 正常情況下，在車(chē)削加工過(guò)程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。</p><p>　　4 在車(chē)削加工過(guò)程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以CA6140在加工過(guò)程中一般可以不使用切削液。</p><p>　　5 在一般情況下，這種機(jī)床多用于粗加工和半精加工。</p><p>　　第三節(jié) CA

27、6140車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析</p><p>　　CA6140車(chē)床的傳動(dòng)西統(tǒng)，由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖3。</p><p><b>　　一.主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　1.傳動(dòng)路線表達(dá)式 寫(xiě)傳動(dòng)路線表達(dá)式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過(guò)中間傳動(dòng)件將末端件聯(lián)系起來(lái)，對(duì)于CA6140型臥式車(chē)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈

28、來(lái)說(shuō)，即從主電動(dòng)機(jī)經(jīng)Φ130mm帶輪帶動(dòng)Φ230mm帶輪，從而帶動(dòng)Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1，M1向左結(jié)合，左邊的z51、z56雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)兩對(duì)傳動(dòng)副「，」傳動(dòng)Ⅱ軸實(shí)現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。M向右結(jié)合，由z50與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，z50通過(guò)Ⅶ軸z34傳動(dòng)Ⅱ軸上的z30實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。M1處于中間，則Ⅰ軸空轉(zhuǎn)，即不傳動(dòng)左邊的z51和z56，也不傳動(dòng)右邊的z50，Ⅱ軸的運(yùn)動(dòng)通過(guò)Ⅱ——Ⅲ軸之前的三對(duì)傳動(dòng)副「，，」傳動(dòng)Ⅲ軸，Ⅲ軸有兩條路線可傳

29、動(dòng)主軸，即通過(guò)Ⅵ 軸上的M，M向左滑移至z63與z50嚙合，使得Ⅲ軸通過(guò)﹝，﹞ 直接傳動(dòng)主軸Ⅵ軸，實(shí)現(xiàn)主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，即為450～1400r/min;若M向右結(jié)合，Ⅲ軸通過(guò)﹙，﹚傳動(dòng)Ⅳ軸，Ⅳ軸通過(guò)﹝，﹞傳動(dòng)Ⅴ軸，Ⅴ軸通過(guò) 傳動(dòng)Ⅵ軸（主軸），其傳動(dòng)路線表達(dá)式為</p><p>　　二．車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　CA6140型臥式車(chē)床的螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)可車(chē)削米制，模數(shù)制，英制和徑節(jié)

30、制4種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，另外還可以加工大導(dǎo)程螺紋，非標(biāo)準(zhǔn)螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。</p><p>　　車(chē)制螺紋時(shí)，刀架通過(guò)車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈得到運(yùn)動(dòng)，兩端件——主軸，刀架之間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的導(dǎo)程L。車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)平衡式為：</p><p><b>　　=L</b></p><p>　　式中U為主軸

31、至絲杠間全部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比；L絲為機(jī)床絲杠的導(dǎo)程，CA6140型車(chē)床的絲杠導(dǎo)程L絲=12mm；L為工件螺紋的導(dǎo)程（mm）。</p><p>　　三、縱向、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)</p><p>　　車(chē)削內(nèi)、外圓柱表面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的縱向進(jìn)給車(chē)削端面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的橫向進(jìn)給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動(dòng)鏈的精度，機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈不用絲杠及開(kāi)合螺母?jìng)鲃?dòng)。機(jī)動(dòng)進(jìn)給是由光杠XIX經(jīng)溜板箱傳動(dòng)

32、。從主軸VI至進(jìn)給箱軸XVII上滑移齒輪Z28處于左位，使 脫開(kāi)，從而切斷進(jìn)給箱與絲杠的聯(lián)系。運(yùn)動(dòng)由齒輪副及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠XIX，再由光杠通過(guò)溜板箱中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別傳至齒輪齒條機(jī)構(gòu)或橫向進(jìn)給絲杠XXVII，使刀架做縱向或橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器及分別用于縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的接通、斷開(kāi)及控制進(jìn)給方向。CA6140型臥式車(chē)床可以通過(guò)4種不同的傳動(dòng)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而獲得縱向和橫向進(jìn)給量各64種。以同樣傳動(dòng)路線傳動(dòng)時(shí)

33、，橫向進(jìn)給量為縱向進(jìn)給量的一半。</p><p>　　1.縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)路線表達(dá)式為</p><p>　　2.縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(32種)</p><p>　　3.橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(64種)</p><p>　　橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量為縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量的一半。</p><p><b>　　四、刀架的快速移動(dòng)</

34、b></p><p>　　在CA6140車(chē)床上加工零件時(shí)，為了縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)縱向、橫向快速移動(dòng)。按下快速移動(dòng)按鈕（點(diǎn)動(dòng)控制），快速電機(jī)（0.25kw，2800rpm）經(jīng)齒輪副13/29使軸XX高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)蝸桿副4/29及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向的快速移動(dòng)，快速移動(dòng)的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器M8及M9控制。</p><p>　　第三章 總

35、體改造方案及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　第一節(jié) 總體改造方案</p><p><b>　　改造的內(nèi)容</b></p><p>　　普通車(chē)床的數(shù)控化改造主要有4個(gè)內(nèi)容：（1）車(chē)床的主軸的正、反向轉(zhuǎn)數(shù)控制和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速。（2）車(chē)床縱橫兩個(gè)方向的走刀量控制。由計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)傳動(dòng)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）自動(dòng)換刀的控制。是通

36、過(guò)計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)角的目的。（4）在加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)、刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С獭?lt;/p><p><b>　　二、改造的基本原則</b></p><p>　　確定具體改造方案的基本原則是：在滿足使用要求的前提下對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本、增強(qiáng)抗干擾性。</p><p><b>　　三、改造的總體方

37、案</b></p><p>　　采用SINUMERIK802D數(shù)控系統(tǒng)，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速齒輪減速后帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，利用滾珠絲杠螺母副從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。使用四方刀架進(jìn)行自動(dòng)換刀。此外，為了保證車(chē)床加工螺紋的功能和防止意外事故的發(fā)生，增加光電編碼器和電路中設(shè)置了保護(hù)電路。</p><p>　　四、進(jìn)給系統(tǒng)改造的要求</p><p

38、>　　具有較高的定位精度、有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要好、穩(wěn)定性要好，為了確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性。要求進(jìn)給系統(tǒng)達(dá)到無(wú)間隙、低慣量、高剛度和高諧頻率以及適應(yīng)的阻尼等。</p><p><b>　　縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。

39、</p><p>　　操作步驟為：拆除原CA6140車(chē)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動(dòng)絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷(xiāo)釘孔，安裝步進(jìn)電機(jī)減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動(dòng)）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體剛性優(yōu)于從前，所以采用一級(jí)齒輪減速裝置。</p><p><b>　　已知條件，如表2

40、：</b></p><p><b>　　表2 已知條件</b></p><p>　　選擇脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求選擇脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/步，橫向?yàn)榭v向的一半，即0.005mm/步。</p><p><b>　　一、切削力的計(jì)算 </b></p><p>　　車(chē)床的主電動(dòng)

41、機(jī)最大切削功率P=PηK</p><p>　　式中 P——主電動(dòng)機(jī)功率，CA6140車(chē)床P=7.5KW</p><p>　　η——主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為0.6～0.7，取η=0.65</p><p>　　K——進(jìn)給系統(tǒng)功率總效率 取K=0.96</p><p>　　∴P=7.5×0.65×0.96=4.68KW<

42、;/p><p><b>　　又∵切削力P= </b></p><p>　　式中 F——主切削力（N）</p><p>　　V——最大切削速度（m/min）。按用硬質(zhì)合金刀具半精車(chē)剛件的速度V=100m/min</p><p>　　在外圓車(chē)削中：F=（0.15～0.7）F=2808×0.6=1684.8N<

43、;/p><p>　　F=（0.1～0.6）F=2808×0.5=1404N</p><p>　　二、滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及選型</p><p>　　1、滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來(lái)改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。為防止?jié)L珠在工作過(guò)程中從螺母兩端掉出，在螺

44、母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?將滾珠3引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。</p><p>　　（1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　①傳動(dòng)效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動(dòng)效率η=0.92～0.94，是普通滑動(dòng)絲杠的34倍（η=0.20～0.40）。</p><p>　　②摩擦力小 因靜、動(dòng)摩擦因數(shù)小，因而傳動(dòng)靈

45、敏、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動(dòng)精度和定位精度高。</p><p>　?、劭深A(yù)緊 經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒(méi)有空行程，反向定位精度高，且傳動(dòng)平穩(wěn)。</p><p>　　④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠可螺母既可作為主動(dòng)件，也可作為從動(dòng)件。</p><p>　?、菔褂脡勖L(zhǎng)

46、 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達(dá)60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動(dòng)摩擦，故磨損很小、使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以進(jìn)給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副</p><p>　　（2）、 滾珠絲杠副的缺點(diǎn)是：</p><p>　?、僦圃旃に噺?fù)雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造

47、成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復(fù)雜。</p><p>　　②不能實(shí)現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動(dòng)裝置。</p><p>　　2、滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類(lèi)，滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱(chēng)為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱(chēng)為內(nèi)

48、循環(huán)。</p><p>　　3、滾珠絲杠的安裝 為提高傳動(dòng)剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測(cè)出具體的間隙所在。</p><p>　　珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負(fù)載必小于滾珠絲杠的額定動(dòng)負(fù)載Cm(N)即必須滿足C<Cm。<

49、;/p><p>　　4、滾珠絲杠的承載能力的計(jì)算</p><p>　　選擇縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里Fm</p><p>　　又因?yàn)镕m=KFf+f’(Fc+w)</p><p>　　式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N）</p><p>　　K——顛覆里矩影響取K=1.15</p>&

50、lt;p>　　F’——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f’=0.16</p><p>　　W——移動(dòng)部件的重量（N）</p><p>　　代入式中：Fm=kFf+f’(fc+w)</p><p>　　=1.15×1684.8+0.16×(2808+800)</p><p><b>　　=2514.8N</b>

51、</p><p>　?。?）、壽命L 最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/2——1/5（取為1/2），縱向最大進(jìn)給速度為0.6m/min,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=</p><p>　　絲杠使用壽命時(shí)間一般為15000h，則絲杠的計(jì)算壽命L為</p><p><b>　　L=</b></p><p

52、>　?。?）、載荷Cm 當(dāng)量動(dòng)載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷Cm</p><p><b>　　式中：——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)</b></p><p><b>　　——精度系數(shù)</b><

53、;/p><p>　　∴==14908.11N</p><p>　　根據(jù)C<Cm的原則，查 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，（P12-21）選取滾軸絲桿的型號(hào)為：CMD4006-2.5E左，坐標(biāo)直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈2.5列。滾珠直徑為39.69mm，導(dǎo)程為6mm，摩擦級(jí)選用5級(jí)，螺紋升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/×40）=

54、arctg0.047=.</p><p>　?。?）、傳動(dòng)功率 滾軸絲桿副的傳動(dòng)功率為：=tgr/tg（r+）==0.94</p><p>　　式中：r——絲杠的螺紋升角</p><p>　　——摩擦角。滾動(dòng)絲桿副的滾動(dòng)摩擦因數(shù)f=0.003，摩擦角約等于10′所以=10′</p><p><b>　?。?）、穩(wěn)定性驗(yàn)算<

55、/b></p><p>　　臨界壓縮載荷，對(duì)于受壓的細(xì)長(zhǎng)的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。</p><p>　　式中 E——絲桿材料彈性量，對(duì)綱E=2.06×10N/m</p><p>　　L——絲杠兩支承端距離（m），L=1.5m;</p><p>　　f——絲杠的支承方式系數(shù)，f=2.

56、00</p><p>　　f——許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，f=3</p><p>　　I——絲杠截面慣性矩（m） I= = =0.001m</p><p>　　d——絲杠螺紋底徑（m），d=d-1.02d=40-1.02×3.969=36.02mm.</p><p>　　∴==2256.75N</p><p>&l

57、t;b>　　（5）、剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，因此驗(yàn)算滿載時(shí)候的軸向變形量。</p><p>　?、?絲杠的拉伸或壓縮變形量。在總變形量中占的比重教大</p><p>　　式中--滾珠絲杠支撐間的受力長(zhǎng)度(mm)</p><p>　　--滾珠絲杠的導(dǎo)程(m

58、m)</p><p>　　--在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量(mm)</p><p><b>　　又∵</b></p><p>　　式中--軸向平衡載荷</p><p>　　--材料彈性模量 鋼=</p><p>　　--滾珠絲杠橫截面積 A==</p><p>

59、;<b>　　==</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　“+”號(hào)用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為。</p><p>　?、?滾珠與螺紋接觸變形量，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的

60、1/3時(shí)，之值可減少一半，</p><p><b>　　又∵</b></p><p>　　式中 ——軸向工作載荷（N）</p><p><b>　　——預(yù)緊力</b></p><p><b>　　——滾珠直徑</b></p><p>　　——滾珠數(shù)量

61、其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)</p><p><b>　　外循環(huán)Z=</b></p><p>　　d——滾珠絲杠公稱(chēng)直徑</p><p><b>　　= </b></p><p>　　據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為: =0.009</p><p>　?、?支撐滾珠絲杠的軸承

62、的軸向接觸變形</p><p>　　支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d =35mm，滾球直徑 滾動(dòng)體數(shù)量=18 軸承的軸向接觸變形為：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量</p><p><b>　　mm</b></p&g

63、t;<p><b>　　注意單位為k</b></p><p>　　∴總變形量=++=0.0044++0041+0.003758=0.012258</p><p>　　又有前面已知條件可得：0.012258mm＜0.015mm的定位精度。</p><p><b>　　符合要求。</b></p>&

64、lt;p>　　5、減速齒輪的設(shè)計(jì)i</p><p>　　根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.01mm，滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm，及初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.75，傳動(dòng)比為</p><p>　　因?yàn)镮<5,故可為一級(jí)齒輪傳動(dòng)。I==</p><p>　　因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹(shù)m=2壓力角=20</p&g

65、t;<p>　　∴d=M×z=2×32=64mm</p><p>　　分度圓直徑 =+2=m(+2)=2(32+21)=68 mm</p><p>　　=+2=m(+2)=2(40+21)=84㎜</p><p>　　齒頂高系數(shù)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：m≥1㎜時(shí)，正常齒制=1</p><p>　　齒根圓徑 = -

66、=m(-2-2)=2(322-20.25)=59</p><p>　　= -=m(-2-2)=2(402-20.25)=75.</p><p>　　頂隙系數(shù) 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：≥1 mm時(shí)，正常齒制=0.25</p><p>　　齒寬b=為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，取，則</p><p><b>　

67、　取=1 所以 </b></p><p>　　所以減速齒輪參數(shù)為：</p><p>　　大小齒輪的材料均為40合金鋼，考慮到對(duì)傳動(dòng)要求和制造方便采用直齒傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒輪錯(cuò)齒輪法消除和間隙，熱處理采用調(diào)壓處理，小齒輪硬度，大齒輪：硬度</p><p>　　三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　1、計(jì)算負(fù)載慣量的意義</

68、p><p>　　慣量匹配條件 慣量匹配是指進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 條件是：1〈〈4</p><p>　　式中：——伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）可有伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)查出。</p><p>　　J——負(fù)載慣量（），即進(jìn)給系統(tǒng)（傳動(dòng)軸、齒輪、工作臺(tái)等）折算到伺服電動(dòng)機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p><b&

69、gt;　　2、負(fù)載慣量的計(jì)算</b></p><p>　　參考同類(lèi)型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)150BF002，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　?。?）、齒數(shù)Z、Z折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　?。?）、絲杠折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 從表查得1m的絲杠的

70、=15.45</p><p>　　∴J=15.45×1.5=23.175</p><p>　?。?）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=J+ </p><p>　　=3.21+ (=22.531</p><p>　　3、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，</p><p>　

71、?。?）快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩是：</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入，=500r/min</p><p>　　考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算的電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=J+J=10+22.531=32.531</p><p>　　M×=567.77N </p><p>　　折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩&

72、lt;/p><p>　　=55.15 N.cm</p><p><b>　　附加摩擦力矩</b></p><p>　　=3.259N.cm</p><p>　　則M=M+M+M=567.77N.cm+55.15N.cm+3.259N.cm=626.179N.cm</p><p>　　（2）快速移動(dòng)時(shí)所

73、需力矩M</p><p>　　M=M+M=55.15N.cm+3.259N.cm=58.409N.cm</p><p>　?。?）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M</p><p>　　=M+M+=55.15N.cm+3.259 N.cm+134.14N.cm=192.549N.cm</p><p>　　從上面計(jì)算看出M、M、M三種情況下，以快速空載起

74、動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　查資料得，步進(jìn)電機(jī)為五項(xiàng)十帕?xí)r， </p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩=</p><p>　　按次最大靜力矩，150BF002型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為13.72大于所需最大靜力矩，可作為出選型號(hào)。但還得考慮電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)

75、的空載起動(dòng)頻率：</p><p>　　150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800，允許的最高空載運(yùn)行頻率為8000。</p><p>　　由圖5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性可看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500HZ時(shí)，M=100N·㎝，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（633.84N·㎝），直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用

76、軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000HZ時(shí)，起動(dòng)扭矩可增高到588N·㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性圖18（b）知該電動(dòng)機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計(jì)算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用150BFOO2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。</p><p>　　第三節(jié) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的

77、設(shè)計(jì)</p><p>　　橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。</p><p>　　改造步驟：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床刀具對(duì)空操作；保留原有的支承機(jī)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)，為了便于安裝滾珠絲杠。副絲杠軸采用分移式，然后用套筒剛聯(lián)接。采用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除齒輪副間隙，并在溜板箱上安裝了縱橫向進(jìn)給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)

78、床調(diào)整時(shí)的操作和意外事故的緊急處理。</p><p><b>　　一、切削力的計(jì)算</b></p><p>　　F=（0.1～0.6）F =2808×0.5=1404N</p><p>　　二、滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及選型</p><p>　　1、選擇縱向進(jìn)給為燕尾性導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里Fm</p

79、><p>　　又因?yàn)镕m=KFf+f’(Fc+2F+W)</p><p>　　式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N）</p><p>　　K——顛覆里矩影響取K=1.4</p><p>　　F’——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f’=0.2</p><p>　　W——移動(dòng)部件的重量（N）</p><p>　　代

80、入式中：Fm= KFf+f’(Fc+2P+W)</p><p>　　=1.4×1684.8+0.2×(2808+2×1404+600)</p><p><b>　　=3353.28N</b></p><p>　　2、壽命L 最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/2——1/5（取為1/3），縱向最大進(jìn)給速

81、度為0.6m/min,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為： </p><p><b>　　r/min</b></p><p>　　絲杠使用壽命時(shí)間一般為15000h，則絲杠的壽命L為</p><p><b>　　L===18</b></p><p>　　3、載荷Cm 當(dāng)量動(dòng)載荷Cm選用滾珠絲杠直徑

82、do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾道上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷Cm</p><p><b>　　式中：——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)</b></p><p><b>　　——精度系數(shù)</b></p><p>　　∴==14646.56

83、N</p><p>　　根據(jù)C<Cm的原則，查 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，選取滾軸絲桿的型號(hào)為：CMD2505-2.5E左，坐標(biāo)直徑為25mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈2.5列。滾珠直徑為39.69mm，導(dǎo)程為6mm，摩擦級(jí)選用5級(jí)，螺紋升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/×40）=arctg0.047=。</p><p>　　4、傳動(dòng)

84、功率 滾軸絲桿副的傳動(dòng)功率為：=tgr/tg（r+）== =0.965</p><p>　　式中：r——絲杠的螺紋升角</p><p>　　——摩擦角。滾動(dòng)絲桿副的滾動(dòng)摩擦因數(shù)f=0.003，摩擦角約等于10′所以=10′ </p><p><b>　　5、穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　（1）臨界壓縮載荷，對(duì)

85、于受壓的細(xì)長(zhǎng)的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。</p><p>　　式中 E——絲桿材料彈性量，對(duì)綱E=2.06×10N/m</p><p>　　L——絲杠兩支承端距離（m），L=0.45m;</p><p>　　f——絲杠的支承方式系數(shù)，f=2.00</p><p>　　f——許用穩(wěn)定性安全

86、系數(shù)，f=3</p><p>　　I——絲杠截面慣性矩（m） I= = =m</p><p>　　d——絲杠螺紋底徑（m），d=d-1.02d=20-1.02×3.175=16.7615mm.</p><p>　　∴==4680.6N</p><p><b>　　6、剛度驗(yàn)算</b></p>&l

87、t;p>　?。?）、絲杠的拉伸或壓縮變形量。在總變形量中占的比重教大.</p><p>　　式中——滾珠絲杠支撐間的受力長(zhǎng)度(mm)</p><p>　　——滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm)</p><p>　　——在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量(mm)</p><p><b>　　又∵</b></p><

88、;p>　　式中——軸向平衡載荷</p><p>　　——材料彈性模量 鋼=</p><p>　　——滾珠絲杠橫截面積 A== </p><p><b>　　= = </b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　“+”號(hào)用于拉伸。由于

89、兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為。</p><p>　?。?）、滾珠與螺紋接觸變形量，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時(shí)，之直可減少一半，</p><p><b>　　又∵</b></p><p>　　式中 ——軸向工作載荷（N）<

90、/p><p><b>　　——預(yù)緊力</b></p><p><b>　　——滾珠直徑</b></p><p>　　滾珠數(shù)量其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)</p><p><b>　　外循環(huán)Z=</b></p><p>　　d——滾珠絲杠公稱(chēng)直徑&l

91、t;/p><p><b>　　= </b></p><p>　　據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為: =0.009</p><p>　　(3)、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形</p><p>　　支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d =15mm，滾球直徑 滾動(dòng)體數(shù)量=12 軸承的軸向接觸變形為：</p>&

92、lt;p><b>　　mm</b></p><p>　　因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　注意單位為k</b></p><p>　　∴總變形量=++=0.0083++0.009+0.0336=0.0509mm

93、</p><p>　　又有前面已知條件可得：0.0509mm＞0.015mm的定位精度。</p><p>　　顯然，此變形量已大于定位的要求，不符合要求;要進(jìn)行修改。因橫向留板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑，故采取貼速導(dǎo)軌減小摩擦力，從而取減小最大牽引力。</p><p>　　計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里Fm</p><p>　　又因?yàn)镕m

94、=KFf+f’(Fc+2F+W)</p><p>　　式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N）</p><p>　　K——顛覆里矩影響取K=1.4</p><p>　　F’——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f’=0.03</p><p>　　W——移動(dòng)部件的重量（N）</p><p>　　代入式中：Fm= KFf+f’(Fc+2P+

95、W)</p><p>　　=1.4×1684.8+0.03×(2808+2×1404+600)</p><p><b>　　=2545.2N</b></p><p>　?、?、絲杠的拉伸或壓縮變形量。在總變形量中占的比重教大.</p><p>　　式中——滾珠絲杠支撐間的受力長(zhǎng)度(mm)<

96、;/p><p>　　——滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm)</p><p>　　——在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量(mm)</p><p><b>　　又∵</b></p><p>　　式中——軸向平衡載荷</p><p>　　——材料彈性模量 鋼=</p><p>　　——滾珠絲杠

97、橫截面積 A== </p><p><b>　　= =</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　“+”號(hào)用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為。</p><p>　?、?、滾珠與螺紋接觸變形量，此項(xiàng)變形

98、占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時(shí)，之直可減少一半，</p><p><b>　　又∵</b></p><p>　　式中 ——軸向工作載荷（N）</p><p><b>　　——預(yù)緊力</b></p><p><b>　　——滾珠直徑</b

99、></p><p>　　——滾珠數(shù)量其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)</p><p><b>　　外循環(huán)Z=</b></p><p>　　d——滾珠絲杠公稱(chēng)直徑</p><p><b>　　= </b></p><p>　　據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為: =0.007&

100、lt;/p><p>　　③、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形</p><p>　　支撐滾珠絲杠的軸承為8102型推力軸承，幾何參數(shù)d =15mm，滾球直徑 滾動(dòng)體數(shù)量=12 軸承的軸向接觸變形為：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量</p><p&g

101、t;<b>　　mm</b></p><p><b>　　注意單位為k</b></p><p>　　∴總變形量=++=0.0063+0.007+0.0253=0.0383</p><p>　　又有前面已知條件可得：0.0383mm＞0.015mm的定位精度。</p><p>　　此變形量仍不能滿足要

102、求，如果將滾珠絲杠再經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸，剛度還可以提高四倍，則∴總變形量=＞0.015。</p><p>　　∴此變形量滿足設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　三、減速齒輪的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.005mm，滾珠絲杠導(dǎo)程L=5mm，及初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.75，傳動(dòng)比為</p>

103、<p>　　因?yàn)镮<5,故可為一級(jí)齒輪傳動(dòng)。I==</p><p>　　因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹(shù)m=2壓力角=20</p><p>　　∴d=M=2×15=30mm</p><p>　　分度圓直徑 = +2=m(+2)=2(15+21) =34 mm</p><p>　　=

104、+2 =m(+2)=2(30+21)=64</p><p>　　齒頂高系數(shù)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：m≥1㎜時(shí)，正常齒制=1</p><p>　　齒根圓徑 = -=m(-2-2)=2(152-20.25)=50</p><p>　　= -=m(-2-2)=2(301-20.25)=50</p><p>　　頂隙系數(shù) 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：≥1 mm時(shí)，正

105、常齒制=0.25</p><p>　　齒寬b=為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，取，則</p><p><b>　　取=1 所以 </b></p><p>　　所以減速齒輪參數(shù)為：</p><p>　　大小齒輪的材料均為40合金鋼，考慮到對(duì)傳動(dòng)要求和制造方便采用直齒傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒輪錯(cuò)齒輪法

106、消除和間隙，熱處理采用調(diào)壓處理，小齒輪硬度，大齒輪：硬度</p><p>　　四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　1、計(jì)算負(fù)載慣量的意義</p><p>　　參考同類(lèi)型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)130BF001，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　(1)、齒數(shù)Z、Z折算到步進(jìn)電

107、動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：</p><p>　　(2)、絲杠折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 從表查得1m的絲杠的=0.84</p><p>　　∴J=0.84×1.5=1.26</p><p>　　(3)、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=J+ </p><p>　　=0.278+ (=2.4</p><p>　　2

108、、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，</p><p>　　(1) 快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩是：</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入，=500r/min</p><p>　　考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算的電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=J+J=10+2.4=12.4</p><

109、p><b>　　M× </b></p><p>　　折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩</p><p>　　=25.10N.cm</p><p><b>　　附加摩擦力矩</b></p><p><b>　　=7.56N.cm</b></p><p

110、>　　則M=M+M+M=12.4N.cm+25.10N.cm+7.56N.cm=45.06N.cm</p><p>　?。?）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M</p><p>　　M=M+M=25.10 N.cm +7.56 N.cm =32.66N.cm</p><p>　?。?）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M</p><p>　　=M+M+=25.1

111、0N.cm+7.56 N.cm+69.88N.cm=102.54N.cm</p><p>　　從上面計(jì)算看出M、M、M三種情況下，以最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　查資料得，步進(jìn)電機(jī)為五項(xiàng)十帕?xí)r， </p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩=</p><p>　　其次最大靜力矩，130BF

112、001型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為9.31大于所需最大靜力矩，可作為出選型號(hào)。但還得考慮電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率：</p><p>　　電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為3000，最高空載運(yùn)行頻率為16000。</p><p>　　由圖6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性可看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500HZ時(shí)，M=100N&#

113、183;㎝.滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩，所以必須采取升降速控制（可用軟件實(shí)現(xiàn)）。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性圖18（b）知該電動(dòng)機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計(jì)算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用150BFOO2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。 </p><p>　　第四章 主軸及機(jī)床控制系統(tǒng)的改造</p><p>　　第一節(jié) 主

114、軸電機(jī)的改進(jìn)</p><p><b>　　一、主軸系統(tǒng)的改進(jìn)</b></p><p>　　在對(duì)CA6140主軸的改進(jìn)過(guò)程中,主軸系統(tǒng)基本保留.主軸電機(jī)采用1PH7系列,采用蘭州電機(jī)廠生產(chǎn)的交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為1PH7系列。[1]《機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)》P5-147，配備相應(yīng)的電氣控制設(shè)備。可以實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)，主軸點(diǎn)動(dòng)，主軸電機(jī)的熱保護(hù)功能，如圖7所示。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)

115、命令通過(guò)面板操作寫(xiě)在程序中，由PLC輸出端口控制正轉(zhuǎn)繼電器（KAZ）或反轉(zhuǎn)繼電器（KAF），使接觸器KM1和KM2動(dòng)作，完成主軸的正反轉(zhuǎn)切換，為減小主軸電機(jī)的起動(dòng)電源，使用了KM3、KM4、KM5三個(gè)接觸器來(lái)完成電機(jī)的Y-△切換。為適應(yīng)螺紋加工要求，主軸上安裝了編碼器，通過(guò)端口X472輸入611UE反饋到PLC單元。熱繼電器（FR）的一組常開(kāi)觸點(diǎn)接入X111輸入點(diǎn)I0.7，當(dāng)電機(jī)過(guò)熱時(shí)，熱繼電器（FR）動(dòng)作，使I0.7有效，PLC單元產(chǎn)

116、生報(bào)警，并切斷主軸電機(jī)的電源。</p><p>　　第二節(jié) 主軸脈沖編碼器的運(yùn)用</p><p>　　一、主軸脈沖編碼器的概述</p><p>　　脈沖編碼器又稱(chēng)脈沖發(fā)生器，它是一種直接用數(shù)字代碼表示角位移及線位移的檢測(cè)器。能把機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電脈沖，是數(shù)控機(jī)床上使用廣泛的位置控制裝置。</p><p>　　脈沖編碼器控制方式的特點(diǎn)：</

117、p><p>　　1、控制方式是非接觸式的，無(wú)摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力矩小。</p><p>　　2、由于光電交換器性能的提高，可得到較快的響應(yīng)速度。</p><p>　　3、由于照像腐蝕技術(shù)的提高，可以制造高分辨率、高精度的光電盤(pán)，母盤(pán)制作后，復(fù)制很方便，且成本底。</p><p>　　4、抗污染能力差，容易損壞。</p><p&g

118、t;　　二、 螺紋加工過(guò)程中編碼器的作用</p><p>　　雖然主軸的轉(zhuǎn)速由機(jī)械控制，但在車(chē)螺紋加工中必須知道主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸計(jì)算進(jìn)給速度。必須在主軸上安裝光電編碼器，光電編碼器通常與主軸直接聯(lián)結(jié)（傳動(dòng)比1：1），為保證切削螺紋的螺距準(zhǔn)確，要求主軸轉(zhuǎn)一周工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，必須有固定的起刀點(diǎn)的退刀點(diǎn)。安裝在軸上的光電編碼器在切削螺紋時(shí)就可解決主軸旋轉(zhuǎn)與坐標(biāo)軸進(jìn)給的同步控制。保證主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)

119、導(dǎo)程。此外，螺紋加工要經(jīng)過(guò)幾次切削才能完成，每次重復(fù)切削時(shí)，開(kāi)始進(jìn)刀的位置必須相同。為了重復(fù)切削不亂牙，數(shù)控系統(tǒng)在接收到光電編碼器的一轉(zhuǎn)脈沖才開(kāi)始螺紋切削的計(jì)算。其傳動(dòng)路線是：主軸—齒輪副—脈沖編碼器—數(shù)控裝置—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)—縱、橫向進(jìn)給。</p><p><b>　　三、編碼器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)加工精度的要求，選擇了長(zhǎng)春第一光學(xué)儀器廠leelf型

120、編碼器（每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為1200個(gè)）。</p><p>　　四、安裝步驟（圖8所示）</p><p>　　1、拆下原有掛輪，加工兩只67齒和90齒掛輪</p><p>　　2、增加一只中間繼電器，由電門(mén)鎖開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)床的電源</p><p>　　3、在電動(dòng)刀架三相電源進(jìn)線外加裝快速熔斷器和熱繼電器（2-5A），保證刀架完全工作。</p>