車床的數(shù)控改造畢業(yè)論文----ca6140車床的數(shù)控改造

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)）</p><p>　　題 目 CA6140車床的數(shù)控改造 </p><p>　　——進(jìn)給系統(tǒng)的改造 </p><p>　　英文題目 The numerical control transformation </p><p>　　of CA6140lat

2、hs </p><p>　　院 系 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　年

3、 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　二零零七年六月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中

4、生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。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)只需要換零件加工程序，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。</p><p>　　如果將機(jī)床設(shè)備全部更新?lián)Q代，不

5、僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。采用數(shù)控改造技術(shù)，不但可以使改造后的機(jī)床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范圍，還可以彌補(bǔ)定購新的數(shù)控機(jī)床交貨周期長(zhǎng)的不足。所以采用此方法對(duì)中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。</p><p>　?。茫?140型車床具有性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、操作輕便等特點(diǎn) ,在我國機(jī)械制

6、造行業(yè)中使用非常廣泛。本設(shè)計(jì)就取其為例，主要介紹其數(shù)控化改造的方案、以及改造部位的選型與設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】： CA6140車床 數(shù)控化改造 進(jìn)給系統(tǒng) 刀架</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The enterprise must be changeable in the curr

7、ent market demand, competes in the intense environment the survival and the development needs rapidly the renewal and the development new goods come into the market the product, by the lowest price, the best quality, the

8、 shortest time satisfies the market demand the unceasing change. But the ordinary engine bed unsuitable multi- varieties, the small volume production request, the numerical control engine bed synthesized the numerical co

9、ntrol technolog</p><p>　　If engine bed equipment completely renewal, not only fund investment is too big, the cost is too high, moreover the original equipment will leave unused creates the enormous waste.

10、Therefore the most economical means are carry on the ordinary engine bed the numerical control transformation. Use the numerical control transformation technology, not only was allowed to cause the transformation of the

11、 engine bed to meet the technological development needs, enhanced the productivity and the produc</p><p>　　CA 6140 is the conventional lathe that has the good performance, the advanced structure, and the op

12、eration of it is very easy.So the uses of it in our country machine manufacture profession are extremely wide. The design takes it is the example, mainly introduces the plan of its numerical control transformation , as w

13、ell as the spot shaping of the transformation and the design calculation.</p><p>　　【Keywords】: CA6140laths , the numerical control transformation, design</p><p><b>　　目錄</b></p>

14、<p><b>　　前 言1</b></p><p>　　一 CA6140臥式車床的簡(jiǎn)介3</p><p>　　1．機(jī)床的特點(diǎn)與用途3</p><p>　　2. 機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)3</p><p>　　3．傳動(dòng)系統(tǒng)的分析4</p><p>　　二 總體改造方案7<

15、/p><p>　　三 進(jìn)給系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)計(jì)算10</p><p>　　1.縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析10</p><p>　　2．步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇12</p><p>　　3．滾珠絲杠的校核12</p><p>　　四 刀架的選型14</p><p><b>　　結(jié)束語16<

16、;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　謝辭18</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的地位和作用。機(jī)械制造業(yè)提供的裝備水平對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門的技術(shù)進(jìn)步

17、有著很大的和直接的影響。機(jī)械制造業(yè)的規(guī)模的水平是反映國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因而，世界各地都把發(fā)展機(jī)械制造業(yè)作為振興和發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。</p><p>　　20世紀(jì)70年代以后，由于微電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，不僅給機(jī)械制造領(lǐng)域帶來了許多新工藝、新技術(shù)、新觀念，而且使機(jī)械制造技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，走上了一個(gè)新的臺(tái)階。我國是制造業(yè)大國，

18、但不是強(qiáng)國。雖然機(jī)械制造業(yè)取得了很大的成績(jī)，但與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和世界先進(jìn)水平相比還是存在著較大的差距，必須迎頭趕上。</p><p>　　機(jī)械制造生產(chǎn)能力和制造水平，主要取決于機(jī)械制造裝備的先進(jìn)程度。機(jī)械制造裝備的核心為金屬加工機(jī)床。一個(gè)國家的機(jī)床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和技術(shù)水平。改革開放后，我國的機(jī)械制造裝備業(yè)獲得迅速發(fā)展，目前我國已能生產(chǎn)出多種精密、自動(dòng)化、高效率的機(jī)床及自動(dòng)生產(chǎn)線

19、，例如已能生產(chǎn)100多種數(shù)控機(jī)床和加工中心等，并達(dá)到一定的技術(shù)水平，但與世界先進(jìn)水平相比還有很大的差距，并且在我國企業(yè)中，大多真正投入生產(chǎn)中的還是普通機(jī)床。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,機(jī)床的數(shù)控化已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。以數(shù)控機(jī)床為代表的現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設(shè)備,數(shù)控技術(shù)的水平高低和機(jī)床的數(shù)控化率是衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。我國是一個(gè)發(fā)展中國家,無論從數(shù)控技術(shù)水平和機(jī)床的

20、數(shù)控化率都落后于先進(jìn)的西方發(fā)達(dá)國家,特別是從上個(gè)世紀(jì)后期,國家采取了積極的財(cái)政政策和擴(kuò)大內(nèi)需的方針后,作為現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械的數(shù)控機(jī)床就滿足不了工廠逐年增加的生產(chǎn)需求。</p><p>　　根據(jù)我國機(jī)床擁有量大、生產(chǎn)規(guī)模小的具體國情,采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造,對(duì)提高我國機(jī)械加工的數(shù)控化率,提升擁有大量普通機(jī)床的國有企業(yè)的加工能力,具有重要的意義。本文便以CA6140 型車床進(jìn)行為例，利用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)

21、對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造。</p><p>　　第一章 CA6140臥式車床簡(jiǎn)介</p><p>　　1．機(jī)床的特點(diǎn)與用途</p><p>　　CA6140型臥式車床，其結(jié)構(gòu)具有典型的臥式車床布局，它的通用性程度較高。加工范圍較廣，適合于中小型的各種軸類和盤套類零件的加工；能車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、各種環(huán)槽、成形面及端面；能車削常用的米制、英制、模數(shù)制及徑節(jié)制四種標(biāo)準(zhǔn)螺

22、紋，也可以車削加大螺距螺紋、非標(biāo)準(zhǔn)螺距及較精密的螺紋；還可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、滾花和壓光等工作。</p><p>　　2. 機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)</p><p>　　CA6140型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。</p><p>　　圖1-1 CA6140外形結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1、11．

23、床腿 2.進(jìn)給箱 3.主軸箱 4.床鞍 5.中滑板 6.刀架</p><p>　　7．回轉(zhuǎn)盤 8.小滑板 9.尾座 10.床身 12.光杠 13.絲杠 14.溜板箱</p><p>　　主軸箱：又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱。</p>&l

24、t;p>　　進(jìn)給箱：又稱走刀箱，進(jìn)給箱中裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)，調(diào)整其變速機(jī)構(gòu)，可得到所需的進(jìn)給量或螺距，通過光杠或絲杠將運(yùn)動(dòng)傳至刀架以進(jìn)行切削。</p><p>　　絲杠與光杠：用以聯(lián)接進(jìn)給箱與溜板箱，并把進(jìn)給箱的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給溜板箱，使溜板箱獲得縱向直線運(yùn)動(dòng)。絲杠是專門用來車削各種螺紋而設(shè)置的，在進(jìn)行工件的其他表面車削時(shí)，只用光杠，不用絲杠。</p><p>　　溜板箱：是車床進(jìn)

25、給運(yùn)動(dòng)的操縱箱，內(nèi)裝有將光杠和絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成刀架直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，通過光杠傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)，通過絲杠帶動(dòng)刀架作縱向直線運(yùn)動(dòng)，以便車削螺紋。</p><p><b>　　3．傳動(dòng)系統(tǒng)的分析</b></p><p>　　該機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)可以分解為主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈又可分解為螺紋進(jìn)給傳動(dòng)鏈、縱向機(jī)動(dòng)相橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給

26、傳動(dòng)鏈，同時(shí)還有刀架的快速移動(dòng)傳動(dòng)鏈。</p><p><b>　?。?）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈</b></p><p>　?、?傳動(dòng)路線 CA6140型臥式車床主運(yùn)動(dòng)，是由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶傳至主軸箱中的軸I，軸I上裝有一個(gè)雙向多片式摩擦離合器M1，用以控制主軸的啟動(dòng)停止和換向。軸I的運(yùn)動(dòng)經(jīng)離合器M1和軸II--III間變速齒輪傳至軸III，然后分兩路傳遞給主軸。<

27、;/p><p>　　a高速傳動(dòng)路線 主軸VI上的滑移齒輪Z50處于左邊位置，運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副直接傳給主軸。</p><p>　　b中低速傳動(dòng)路線 主軸VI上的滑移齒輪Z50處于右邊位置，且使齒式離合器M2接合，運(yùn)動(dòng)經(jīng)軸III-IV-V間的背輪機(jī)構(gòu)和齒輪副傳給主軸。</p><p>　?、?主軸的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)與轉(zhuǎn)速計(jì)算 根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)圖和傳動(dòng)路線表達(dá)式，主軸正轉(zhuǎn)可獲得

28、23(221)23=24級(jí)不同轉(zhuǎn)速。同理，主軸反轉(zhuǎn)12級(jí)。</p><p>　?。?）螺紋進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈</p><p>　　CA6140型臥式車床螺紋進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，可以保證機(jī)床車削公制、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制四種標(biāo)準(zhǔn)螺紋。此外，還可以車削大導(dǎo)程、非標(biāo)準(zhǔn)和較精密的螺紋。不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋用不同的參數(shù)表示其螺距。無論車削哪一種螺紋，都必須在加工中保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀具準(zhǔn)確地移動(dòng)被加工螺紋一個(gè)導(dǎo)程

29、的距離。</p><p>　?。?）機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈</p><p>　　實(shí)現(xiàn)一般車削時(shí)刀架機(jī)動(dòng)進(jìn)給的縱向和橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈，由主軸至進(jìn)給箱中軸XVII的傳動(dòng)路線與車公制或英制常用螺紋的傳動(dòng)路線相同，其后運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副傳至光杠XIX（此時(shí)離合器M5脫開，齒輪Z28與軸XIX 齒輪Z56 嚙合)，再由光杠經(jīng)溜板箱中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別傳至光杠齒輪齒條機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給絲杠XXVII。

30、 溜板箱中的雙向牙嵌式離合器M8、M9和齒輪傳副組成的兩個(gè)換向機(jī)構(gòu)，分別用于變換縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。利用進(jìn)給箱中的基本螺距機(jī)構(gòu)和增倍機(jī)構(gòu)，以及進(jìn)給傳動(dòng)鏈的不同傳動(dòng)路線，可獲得縱向和橫向進(jìn)給量各64種。</p><p>　?。?）刀架的快速移動(dòng)傳動(dòng)路線</p><p>　　刀架的快速移動(dòng)是使刀具機(jī)動(dòng)地快速退離或接近加工部位，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和縮短輔助時(shí)間。當(dāng)需要快速移動(dòng)時(shí)，可

31、按下快速移動(dòng)按鈕，裝在溜板箱中的快速電動(dòng)機(jī)（0.25kW，2800r/min）的運(yùn)動(dòng)便經(jīng)齒輪副傳至軸XX，然后再經(jīng)溜板箱中與機(jī)動(dòng)進(jìn)給相同的傳動(dòng)路線傳至刀架，實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的快速移動(dòng)。</p><p>　　圖1-2 CA6140傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第二章 總體改造方案</p><p>　　根據(jù)實(shí)際工況，CA6140型車床的數(shù)控化改造方案如下：</p

32、><p>　　1 數(shù)控系統(tǒng)選用南京產(chǎn)J WK - 15T 型數(shù)控系統(tǒng)</p><p>　　一般小型機(jī)床的數(shù)控化改造多半采用開環(huán)控制方式。數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)為以單板機(jī)為主控制單元的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)。因?yàn)樵摽刂品绞酵顿Y少，安裝調(diào)試方便。這里我們選用南京產(chǎn)J WK -15T 型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)安裝到CA6140車床上。經(jīng)過改裝后的數(shù)控機(jī)床工作原理框圖如圖1 所示。</p><p>　　圖

33、2-1 數(shù)控機(jī)床工作原理圖</p><p>　　本系統(tǒng)由數(shù)控單元雙 8031機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元、專用控制程序、功率驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)減速裝置或轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和絲杠等組成。在加工零件時(shí), 編制的數(shù)控程序數(shù)據(jù)輸入 RAM(62256)中,專用控制程序 EPRAM (27256 .2764) 在中央處理單元的支持下,按照所輸入的加工程序數(shù)據(jù), 經(jīng)過計(jì)算處理 , 發(fā)出一系列的組合脈沖,經(jīng)過驅(qū)動(dòng)功放,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),拖動(dòng)機(jī)械

34、負(fù)載分別控制縱、橫兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、位移長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)車床的微機(jī)控制。當(dāng)程序執(zhí)行到換刀指令時(shí),指令只給四個(gè)霍爾元件中的一個(gè)提供電源, 并同時(shí)接通電機(jī)電源使電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)轉(zhuǎn)位完成,霍爾元件反饋, 控制電機(jī)反轉(zhuǎn),夾緊完成;然后執(zhí)行下面的加工程序。</p><p>　　我們選用的J WK - 15T型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng),采用ISO國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼編程,能自動(dòng)完成車削端面、內(nèi)外圓柱面、倒角、任意錐面、球面、圓弧逼近的任意

35、曲面以及公英制的螺紋加工,并配有完備的S、M、T功能。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),內(nèi)部設(shè)有計(jì)算機(jī)、電源、接口、驅(qū)動(dòng)等模塊,具有體積小、重量輕、功耗低、功能多、速度高、操作維修方便等特點(diǎn)。</p><p>　　2 保留原機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在主軸安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器</p><p>　　圖2-2 主軸箱改造圖</p><p>　　在改造時(shí)，一般不改造主軸箱。因?yàn)槿舾脑熘鬏S箱

36、，必然使機(jī)床改造的總費(fèi)用加大，改造周期也將延長(zhǎng)，這樣會(huì)降低中、小型普通機(jī)床的改造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在主軸加脈沖發(fā)生器，是為了保證車螺紋時(shí)嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在主抽上安裝GD7072光電脈沖發(fā)生器，通過主軸—脈沖發(fā)生器—數(shù)控系統(tǒng)—步進(jìn)電機(jī)的信息交換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　3 進(jìn)給系統(tǒng)的改造</b></p><p>

37、　　取消原進(jìn)給箱，將原絲杠換成滾珠絲杠，并在其尾端聯(lián)結(jié)一對(duì)齒輪進(jìn)行減速, 然后與步進(jìn)電機(jī)相聯(lián)。普通車床的進(jìn)給傳動(dòng)多半為齒輪傳動(dòng)，隨著進(jìn)給變換級(jí)數(shù)的增多，齒輪對(duì)數(shù)和操縱機(jī)構(gòu)顯著增加。傳動(dòng)鏈的增長(zhǎng)，不僅使進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還因齒輪間隙的多個(gè)累積，反向間隙增大，急驟地降低了反向定位精度。進(jìn)給系統(tǒng)的改造主要是減少進(jìn)給箱內(nèi)的齒輪對(duì)數(shù)，縮短進(jìn)給傳動(dòng)鏈。所以一般改造時(shí)，是去掉進(jìn)給箱。 用滾珠絲杠副代替普通絲杠副是因?yàn)闈L珠絲杠副具有傳動(dòng)精度高、效率高、運(yùn)

38、動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)以及可以預(yù)緊以消除間隙并提高系統(tǒng)剛度，反向定位精度高等特點(diǎn)。</p><p><b>　　4 導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在導(dǎo)軌上粘接軟帶?；瑒?dòng)導(dǎo)軌的靜摩擦因數(shù)大，動(dòng)摩擦因數(shù)隨速度變化而變化，摩擦損失大，在低速時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。在原移動(dòng)部件的導(dǎo)軌L粘接聚四氟乙烯軟帶，該軟帶具有下述優(yōu)點(diǎn)：摩擦因數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)差

39、別小，部件運(yùn)行平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，定位精度高。沒有振動(dòng)，提高了工件表面加工質(zhì)量，延長(zhǎng)了刀具使用壽命。軟帶耐磨損，且嵌入性能好，與其配合的金屬導(dǎo)軌面不會(huì)拉傷。軟帶有自潤(rùn)滑性，當(dāng)機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)軌不會(huì)拉傷。</p><p><b>　　5 刀架選型</b></p><p>　　綜上所述，CA6140 普通車床數(shù)控化改造后的總圖如下：</p><

40、;p>　　圖2-3 CA6140 車床數(shù)控化改造方案圖</p><p>　　第三章 進(jìn)給系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　縱向(Z)進(jìn)給絲杠改用滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程l0＝6mm；縱向溜板箱及橫向工作臺(tái)與刀架等可移動(dòng)部件的總質(zhì)量為400kg(實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)圖紙進(jìn)行計(jì)算或拆卸稱量)；脈沖當(dāng)量δ取為0.01mm／step,(δ應(yīng)根據(jù)被加工零件的最高精度的尺寸公差來選定，一般取

41、其公差的二分之一);這里取工進(jìn)速度為V溜＝60mm/min；快進(jìn)速度取為V溜＝2m/min；步進(jìn)電機(jī)的步距角0.75。/step。</p><p>　　1 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載有外力負(fù)載(切削力)、摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載，所選步進(jìn)電機(jī)必須克服這些負(fù)載才能作正常的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　(1) 切削負(fù)載。假設(shè)采用的切削用量范圍

42、：v＝1.75m／s；ap＝5mm；f＝0.3mm/r，則其主切削力(可根據(jù)切削原理近似公式計(jì)算)Fz＝3000N(垂直向)，取Fx＝0.6 Fz＝1800N(縱向)，F(xiàn)y＝0.5 Fz＝1500N(橫向)(根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)在一般車外因時(shí)只，F(xiàn)x＝(0.1～0.6) Fz，F(xiàn)、＝(0.15～0.7) Fz。設(shè)計(jì)時(shí)，也可根據(jù)主電機(jī)的功率來計(jì)算能承受的最大主切削力Fzmax。但這樣計(jì)算，F(xiàn)zmax往往很大，因原機(jī)床主電機(jī)功率是按最大原則選取

43、的。還可根據(jù)機(jī)床的限用最大切削用量進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　(2) 摩擦阻力。當(dāng)溜板箱導(dǎo)軌為滑動(dòng)摩擦?xí)r，取其摩擦系數(shù)＝0.1，因主切削力壓向?qū)к?，則摩擦阻力F 摩＝(400×l0十3000)×0.1＝700N(g＝10m／s2時(shí))，(其它摩擦阻力這里未計(jì)算)。</p><p>　　(3) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)量計(jì)算。根據(jù)理論力學(xué)公式計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)中各回轉(zhuǎn)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)損量。設(shè)減

44、速比為i，則</p><p>　　i＝·l0/360·δ=0.75×6/360×0.01=1.25</p><p>　　故可取Z1＝20、Z 2＝25; m＝1.5(模數(shù))，b＝20(mm)＝2(cm)(齒寬)，＝20。；df1＝mZ1=30(mm)，df2＝mZ2＝37.5(mm)，de1＝df1十26＝33(mm)，de2＝df2十2h＝40.5

45、(mm)。</p><p>　　則齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為(齒輪為45號(hào)鋼，并將齒輪近似看作圓柱體)</p><p>　　JZ1＝7.8d4e1×b×10-4=7.8×3.34×2×10-4=0.185(Kgcm2)=1.85×10 -5(Kgm2)</p><p>　　JZ2＝7.8d4e2×b&#

46、215;10-4=7.8×4.054×2×10-4=4.2×10 -5(Kgm2)</p><p>　　若根據(jù)類比法，選用CMFZD40×6—3.5—C3／1200絲杠其長(zhǎng)度為1.2m(鋼材)，直徑d0＝40mm，則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為</p><p>　　JZ＝7.8×44×120×10-4＝23.96(Kg

47、cm2)＝2.4×10-3(Kgm2)</p><p>　　設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為4.6×10-4 (Kgm2)(當(dāng)?shù)刃У诫姍C(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)量一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，可以忽略，但當(dāng)?shù)刃У诫姍C(jī)軸上的負(fù)載慣量較小時(shí)，就不能輕易地忽略它?，F(xiàn)預(yù)選電機(jī)為110BF003，其電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為4.6×10-4 (Kgm2)*</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)【

48、1】式(6—4)可知</p><p>　　[J]k=1/42i(Vi/nk)2+j(nj/nk)2</p><p>　　式中Vi采用最不利于機(jī)床起動(dòng)時(shí)速度，這里選用快進(jìn)給速度V溜＝2m／min；</p><p>　　則nk=nm(電機(jī))＝V溜／(360×δ)＝4l 6.67(r／min)；Mi＝400Kg(全部直線運(yùn)動(dòng)部件的總質(zhì)量)；nz1＝nm；nz2＝

49、nz1/i＝333.34(r／min)。</p><p>　　則[J]m＝1/42×400×(2／416.67)2十Jz1十Jm十(Jz2十Js)／i2</p><p>　　＝2.34×l0-4十4.6×10-4十1.85×10-5十(4.2×10-5十2.4×10-3)／1.252</p><p&g

50、t;　?。?.28×l0-3(Kgm2)</p><p>　　(4) 絲杠摩擦阻力矩(Tsm)的計(jì)算。由于絲杠承受袖向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力矩。但由于滾珠絲杠的效率高，其摩擦阻力矩相對(duì)于其它負(fù)載力矩小得多，故一般不予考慮。</p><p>　　(5) 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩[T] m。由文獻(xiàn)【1】式(6—8)得</p><p>　

51、　[T] m＝(F摩十Fx)×V溜／nm十0</p><p>　?。?1800十700)×2／416.67＝1.9l(Nm)</p><p>　　(6) 啟動(dòng)慣性阻力矩(T慣)的計(jì)算。以最不利于啟動(dòng)的快進(jìn)速度計(jì)算時(shí)，設(shè)啟動(dòng)加速(或制動(dòng)減速時(shí)間為＝0.3s(一般在0.1～1s之間選取)，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速m＝nm/60＝×416.67／60＝43.63[1／s]，取加

52、速曲線為等加(減)速梯形曲線，故角加速度為</p><p>　　m＝m/＝43.63／0.3＝145.4(1/s2)</p><p>　　則 T慣＝[J]mm＝2.28×10-3×145.4＝0.332(Nm)</p><p>　　(7) 步進(jìn)電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算</p><p>　　T∑＝[J]

53、m十T慣＝1.91+0.322=2.242(Nm)</p><p>　　2 步進(jìn)電機(jī)的匹配選擇</p><p>　　上述計(jì)算均未考慮機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)效審，當(dāng)選擇機(jī)械傳動(dòng)總效率＝0.7時(shí)：</p><p>　　T1∑＝T∑／=2.242／0.7=3.2(Nm)</p><p>　　在車削時(shí)，由于材料的不均勻等因素約影響，會(huì)引起負(fù)載轉(zhuǎn)短突然增大，為

54、避免汁算上的誤差以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大引起步進(jìn)電機(jī)丟步，從而引起加工誤差，可以適當(dāng)考慮安全系數(shù)。</p><p>　　安全系數(shù)一般可在1.2～2之間選取。如果取安全系數(shù)尺＝1.5，則步進(jìn)電機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選取</p><p>　　T2∑＝K T1∑＝1.5×3.2＝4.8(Nm)</p><p>　　若選用上述預(yù)選的電機(jī)110BF003，其最大靜轉(zhuǎn)矩Tj

55、max＝7.84Nm。在三相六拍驅(qū)動(dòng)時(shí)，其步距角為0.75。／step，為保證帶負(fù)載能正常加速起動(dòng)和定位停止，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq必須滿足</p><p><b>　　Tq＞T2∑</b></p><p>　　由文獻(xiàn)【1】表3—7可知，Tq／Tjmax＝0．87，則Tq＝0．87×7．84＝6．82(Nm)，故選用合適。</p><p>

56、;　　3 滾珠絲杠的校核</p><p>　　如在選擇滾珠絲杠時(shí)是根據(jù)原絲杠直徑大小按類比法選的名義直徑，就要對(duì)其負(fù)載能力進(jìn)行必要的校核；若是根據(jù)承載能力選出的，則應(yīng)對(duì)壓桿穩(wěn)定及其剛度進(jìn)行必要的校核。</p><p>　　由于在選擇絲杠時(shí)，是根據(jù)類比法選的，故應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的進(jìn)一步校核。</p><p>　　(1) 承載能力的校核。根據(jù)文獻(xiàn)【1】公式(2—1)&l

57、t;/p><p>　　Q＝ fH fw Pmax＞C0。</p><p>　　式中 L=60nT／106,取T＝15000,n＝ns＝416.67/i＝333. 3(r／min);fH=1.0</p><p>　?。℉RC為58時(shí)),fw＝1.2(平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí))，Pmax＝Fx十F摩＝1800+700＝2500(N)</p><p>　　則

58、 Q＝ fH fw Pmax=20082(N)</p><p>　　查有關(guān)滾珠絲杠額定載荷C0＝79339＞Q。</p><p>　　(2) 壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)文獻(xiàn)【1】公式(2—2)</p><p>　　Pk＝fk2EI/(Kl)2> Pmax</p><p>　　式中 fk＝2(雙推一簡(jiǎn)支)，E＝2.1

59、×108(Pa)，</p><p>　　I＝/32d14＝/32×3.544 =14.7(cm)4 (d1＝35mm)</p><p>　　取K＝4，l＝ls＝120cm</p><p>　　則 Pk＝2×3.14162×2.1×108×14.7／(4×1202)=1.06×106&

60、gt;> Pmax</p><p>　　(3) 剛度的驗(yàn)算。根據(jù)根據(jù)文獻(xiàn)【1】公式(2—3)</p><p>　　=Pl0/ES+Ml0/2IE (均取拉伸時(shí))</p><p>　　式中 l0＝0.6cm,E＝2.1×108Pa,S＝d21＝3.1416×3.52＝38.5(cm2)</p><p>　　I＝1

61、4.7cm4，M＝Tjmax i＝7.84×1.25＝9.8(Nm)＝980(Ncm)</p><p>　　P=Pmax＝2500N</p><p>　　則 ＝2500×0.6/（2.1×108×38.5）＋980×0.62/（14.7×2.1×108×2）</p><p>　?。?/p>

62、2.04×10－7mm (滿足使用要求)</p><p><b>　　第四章 刀架的選型</b></p><p>　　采用南京大地?cái)?shù)控有限公司生產(chǎn)的LD4－ck0620四方刀架, 安裝在原機(jī)床小刀架的位置上較為合適。刀架的動(dòng)作順序如下:電動(dòng)機(jī)(三相異步微型電動(dòng)機(jī))→減速機(jī)構(gòu)(蝸輪蝸桿)→上升機(jī)構(gòu) (螺旋機(jī)構(gòu))→刀架旋轉(zhuǎn)→電器信號(hào)確定(霍爾元

63、件)→電機(jī)反轉(zhuǎn)→粗定位(反靠盤)→刀架下降→精定位→刀架鎖緊→換刀終了信號(hào)→執(zhí)行加工程序。</p><p>　　其原理圖與螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架相似</p><p>　　圖4-1螺旋升降轉(zhuǎn)位刀架圖</p><p>　　圖4-2 LD4－ck0620四方刀架外形及結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4-3 LD4－ck0620四方刀架參數(shù)表圖</p&

64、gt;<p>　　LD4型系列立式電動(dòng)刀架采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)信轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位采用霍爾元件，使用壽命長(zhǎng)。并且完全滿足刀架設(shè)計(jì)使用的要求，即A夾緊力在4000N 以上,B需要進(jìn)行四個(gè)方位的轉(zhuǎn)換選擇,C重復(fù)定位精度不大于0.005mm。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p&

65、gt;　　改造此種車床的目的：一是提高原車床的精度和自動(dòng)化程度, 達(dá)到快速調(diào)整而且仍能保持車床的通用性；二是提高原車床的功能，利用數(shù)控方法準(zhǔn)確地加工任意面的旋轉(zhuǎn)體。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于改造成本相對(duì)較低，操控起來相對(duì)比較簡(jiǎn)便，并且在精度上已能滿足普通車床改造后加工零件的精度要求。不足之出在于：1.機(jī)床改造部分不是很全面，比如主軸箱就沒進(jìn)行改造；2.機(jī)床采用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元

66、件，無檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)。這樣就使得在精度上沒能更進(jìn)一步。</p><p>　　隨著自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，普通車床的改造將進(jìn)一步完善，加工范圍將進(jìn)一步擴(kuò)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】張建民 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京：北京理工出版社 1996.8 256～264</p>

67、<p>　　【2】陳立德 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社 2006.4 98～112</p><p>　　【3】張新義 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1994</p><p>　　【4】王潤(rùn)孝 機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)[M] 西安：西北工業(yè)出版社 1993 77～85</p><p>　　【5】中華人民共和國云南機(jī)床廠編CA6

68、140使用說明書 220～261</p><p>　　【6】王愛玲 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M] 北京：兵器工業(yè)出版社 1999</p><p>　　【7】王文熙主編 機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)</p><p>　　【8】機(jī)械工業(yè)出版社編 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)</p><p>　　【9】上海機(jī)械學(xué)院主編 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)</p><p>　

69、　【10】化學(xué)工業(yè)出版社主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)</p><p>　　【11】機(jī)械工業(yè)出版社主編 金屬切削原理 8～12</p><p>　　【12】丁明軍 C6132普通車床的數(shù)控化改造[J] 機(jī)電一體化 2003 152～174</p><p>　　【13】許鎮(zhèn)宇等編.機(jī)械零件.人民教育出版社 1981.7 11～21</p><p>　　【1

70、4】唐寶寧 高滿編 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 163～191</p><p>　　【15】唐宗軍 機(jī)械制造基礎(chǔ) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1996.7 57～62</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師$%老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深

71、深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，xx老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。半年多來，xx老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向xx老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。    在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生活的班各位同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。    在論文即將完成之