CA6140普通車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)說明

1、 . 天 津 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目：CA6140普通車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的數(shù)控化改造完成期限：2010年8月23日至2010年12月24日學(xué)院_機(jī)械工程學(xué)院_ 指導(dǎo)教師_ _專業(yè)_機(jī)械工程與自動(dòng)化_ 職 稱_ _學(xué)生 系 主 任_接受任務(wù)日期_2010.8.23_ 批準(zhǔn)日期 2010.8.23一、原始依據(jù)（資料） CA6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)：工件最大直徑在床身上400mm在刀架上210mm最大加工長度750、1000、1500、2000mm加工螺紋圍公制螺紋 mm112 (20種)英制螺紋 t/m224 (20種)模數(shù)螺紋 mm0.253 (11種)徑節(jié)螺紋 t/m796 (24

2、種)主軸最大通過直徑48mm孔錐度莫氏6#正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)24正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圍101400r/min反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)12反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圍141580r/min進(jìn)給量縱向級(jí)數(shù)64縱向圍0.0286.33mm/r橫向級(jí)數(shù)64橫向圍0.0143.16mm/r滑板行程橫向320mm縱向650、900、1400、1900mm刀架最大行程140mm最大回轉(zhuǎn)角±90°刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面B×H25×25mm尾座頂尖套莫氏錐度5#橫向最大移動(dòng)量±10mm外形尺寸 長×寬×高2418×1000×1267mm工作精度 圓度0.

3、01mm圓柱度200:0.02平面度0.02/300mm表面粗糙度Ra1.63.2m電動(dòng)機(jī)功率主電動(dòng)機(jī)7.5kw總功率7.84kw 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造的設(shè)計(jì)依據(jù)：最大加工直徑 在床面上400mm在床鞍上210mm快進(jìn)速度橫向2.4m/min最大切削進(jìn)給速度橫向0.8m/min定位精度±0.015mm起動(dòng)加速時(shí)間30ms脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖溜板與刀架重力橫向600N代碼制ISO脈沖分配方式逐點(diǎn)比較法輸入方式絕對(duì)、增量控制坐標(biāo)數(shù)2自動(dòng)升降速性能有 主要參考資料：1 新義主編，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)，:機(jī)械工業(yè)，19932 高鐘毓主編，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，：機(jī)械工業(yè)，2000，P172

4、5、P92933 虞洪述主編，機(jī)械制圖，：交通大學(xué)，1997，P2083234 松林、奇鵬主編，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，：機(jī)械工業(yè)，19965 樓建勇主編，數(shù)控機(jī)床與編程，：大學(xué)，19986 戴曙主編，金屬切削機(jī)床，：機(jī)械工業(yè)，1999年7 可楨、程光蘊(yùn)主編，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，：高等教育，19898 吳宗澤、羅圣國主編，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，:高等教育，19989 洪主編，實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，：科學(xué)技術(shù)，1999，P79186410 斌主編，數(shù)控加工技術(shù)，：高等教育，2001，P111 吳主編，金屬切削機(jī)床，：機(jī)械工業(yè)，1995年，P2325、P24212 秀珍、曲玉峰主編，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，：機(jī)械工業(yè)

5、，1999，P11813 金伴、馬偉編，實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)，：化學(xué)工業(yè)，2007，P12915214 林其駿主編，數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用，：機(jī)械工業(yè)，1995，P13、P5669、P14616015 巧媛主編，單片機(jī)原理與應(yīng)用，：電子工業(yè)，1997，P13015016 陸劍中、家寧主編，金屬切削原理與刀具（第2版），：機(jī)械工業(yè)，1997，P5217 郝忠軍、雷曉玲主編，綜合作業(yè)指導(dǎo)書，：機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院，1995，P538518 胡旭蘭，CA6140車床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造，：機(jī)床與液壓，2004，No.3，P16719 國浩、左玉營，CA6140普通車床的數(shù)控化改造，：機(jī)械，2005，N

6、o.3，P2220 中敏，舊機(jī)床數(shù)控化改造進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，：中國設(shè)備工程，2008，No9，P576121 朱曉春主編，先進(jìn)制造技術(shù)，：機(jī)械工業(yè)，2004，P722 毛必顯，普通機(jī)床的數(shù)控改造（續(xù)），：設(shè)備管理與維修，1997，No5，P2123 中敏，機(jī)床數(shù)控改造探討，：中國設(shè)備工程，2005，No10，P131424 王亞鵬，CA6140型普通車床的數(shù)控化改造，：科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，No30，P6025 志彪，普通機(jī)床的數(shù)控改造初探，?。嚎荚囍芸?，2010，No19，P156二、設(shè)計(jì)容和要求： 設(shè)計(jì)要求1、CA6140數(shù)控車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的裝配圖（A0圖紙一）2、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的部

7、分零件圖（A4圖紙一）3、數(shù)控車床進(jìn)給系統(tǒng)的控制電路圖（A1圖紙一）4、設(shè)計(jì)說明書（1.9萬余字）一份5、答辯ppt文件一個(gè)6、光盤一 設(shè)計(jì)容主要容是CA6140型普通車床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的數(shù)控化改造，包括緒論的編寫，進(jìn)行了國外有關(guān)資料的搜集，確定了系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量，進(jìn)行了滾珠絲杠螺母副的選型與參數(shù)計(jì)算，齒輪傳動(dòng)比計(jì)算，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度校核，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算，滾珠絲杠軸承的選型與校核，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，電機(jī)力矩計(jì)算，計(jì)算了步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇，標(biāo)準(zhǔn)件的選擇和控制電路的設(shè)計(jì)等。進(jìn)行了橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和部分零件圖的繪制，還進(jìn)行了改造后控制電路的繪制。其中關(guān)鍵部分是橫

8、向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造的設(shè)計(jì)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算和控制電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃表序號(hào)起止日期計(jì)劃完成容實(shí)際完成容檢查日期檢查人簽名12010.8.23-2010.9.5調(diào)研、收集資料、寫開題報(bào)告完成22010.9.6-2010.9.26整理資料、擬訂論文初稿完成32010.9.27-2010.10.17繪制橫向進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖完成42010.10.18-2010.10.31繪制零件圖完成52010.11.1-2010.11.21繪制電路圖完成62010.11.22-2010.12.12編輯并整理論文或說明書完成72010.12.13-2010.12.24修改并裝訂論文, 準(zhǔn)備答辯完成指導(dǎo)教師

9、批準(zhǔn)日期 年 月 日 簽名 摘 要我本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)CA6140型普通車床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對(duì)普通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械傳動(dòng)和控制電路的改造，改造的主要容包括： 拖板的改造，拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，所以對(duì)其改造尤顯重要。這中間最突出一點(diǎn)就是選用滾珠絲杠代替原來絲杠，提高了傳動(dòng)的靈敏性和降低功率步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。選用滾珠絲杠時(shí)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出來的結(jié)果選用標(biāo)準(zhǔn)的滾珠絲杠，從而降低改造的成本。 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對(duì)軸和減速齒輪重新設(shè)計(jì)并且進(jìn)行了有關(guān)的計(jì)算，保證與步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角相配，從而對(duì)箱體進(jìn)行改造。

10、床身的改造，為使改造后的機(jī)床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌。為此，本設(shè)計(jì)中采用舊床身淬火并貼塑的方案。 刀架的選擇，選用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復(fù)定位精度高，安全可靠，同時(shí)成本也比較低。 驅(qū)動(dòng)元件的選擇，根據(jù)改造的經(jīng)濟(jì)性要求選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，這樣改造后的機(jī)床能基本滿足加工要求和改造的經(jīng)濟(jì)性。 控制電路的選擇，本次設(shè)計(jì)采用MCS-51系列單片機(jī)組成控制系統(tǒng)的電路，也是從改造的經(jīng)濟(jì)性要求上出發(fā)的。關(guān)鍵字： 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī) 滾珠絲杠 控制電路目 錄第一章

11、 緒論11.1課題背景11.1.1 數(shù)控的發(fā)展史11.1.2 數(shù)控化改造的現(xiàn)狀21.2機(jī)床改造的容與意義31.2.1研究意義31.2.2主要研究容與技術(shù)路線31.3 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題5第二章 設(shè)計(jì)要求62.1總體方案設(shè)計(jì)要求62.2設(shè)計(jì)參數(shù)72.3 其它要求9第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算103.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)103.1.1 拖板部分103.1.2 溜板箱部分103.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型113.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量113.2.2 車削抗力分析和滾珠絲杠副的特點(diǎn)113.2.3橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟123.3 齒輪傳動(dòng)比計(jì)算

12、173.4 滾珠絲杠軸承的選型與校核183.4.1滾珠絲杠用軸承的選型183.4.2 滾珠絲杠用軸承的校核18第四章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型224.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則224.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇234.2.1 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算234.2.2 電機(jī)力矩計(jì)算244.2.3 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率264.3 步進(jìn)電機(jī)的選取27第五章 減速器箱的設(shè)計(jì)285.1減速器箱體的設(shè)計(jì)285.1.1 傳動(dòng)軸的計(jì)算285.1.2 減速器箱體尺寸285.2標(biāo)準(zhǔn)件的選用295.2.1 軸承的選擇295.2.2 軸承的校核295.2.3平鍵的選用295.3軸承蓋的設(shè)計(jì)30第六章 微機(jī)控制系統(tǒng)硬

13、件電路設(shè)計(jì)326.1控制系統(tǒng)的功能要求326.2硬件電路的組成326.3設(shè)計(jì)說明32第七章 主要部件安裝與調(diào)整的注意事項(xiàng)357.1 滾珠絲桿357.2導(dǎo)軌副357.3 數(shù)控車床刀架357.4 編碼盤的安裝36結(jié)論37參考文獻(xiàn)38致4041 / 51第一章 緒論1.1 課題背景1.1.1 數(shù)控的發(fā)展史20世紀(jì)40年代以來，噴氣飛機(jī)和導(dǎo)彈工業(yè)發(fā)展迅速，原來的加工設(shè)備已經(jīng)無法承擔(dān)加工航空工業(yè)需要的制造精度較高的復(fù)雜形狀零件。1948年美國Parsons公司與空軍簽訂合同，發(fā)展一種柔性的控制系統(tǒng)，希望裝備有這種控制系統(tǒng)的機(jī)床能在規(guī)定的精度下得到最高生產(chǎn)率，在變更加工零件時(shí)工夾具的變換不要太花費(fèi)時(shí)間，并

14、且適合于中、小批量生產(chǎn)。Parsons公司將研制此控制系統(tǒng)的任務(wù)，交給了美國麻省理工學(xué)院（MIT）。在1952年，MIT研制成功了三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)，并且在Cincinnate銑床上裝備了這種控制系統(tǒng)，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。10世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家通過發(fā)展數(shù)控技術(shù)、建立數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，促使機(jī)械加工工業(yè)跨入一個(gè)新的“現(xiàn)代化”的歷史發(fā)展階段，從而給國民經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化。數(shù)控機(jī)床不但是機(jī)械工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，而且是汽車、石化、電子等支柱產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的主要手段，也是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的一個(gè)重要容。10在1959年3月，由美國卡耐·特雷克公司（Keaney&Trecker

15、 Corp.）開發(fā)出來了加工中心。這種機(jī)床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動(dòng)選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對(duì)工件進(jìn)行加工。它可縮短機(jī)床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。在20世紀(jì)60年代，英國Molins公司的工程師大衛(wèi)·威廉遜（David Williamson）首先提出了“柔性制造系統(tǒng)”（Flexible Manufacturing SystemFMS）的概念之后，美、歐、日等也相繼進(jìn)行開發(fā)與應(yīng)用

16、。211974年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床（簡稱為CNC機(jī)床），進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的普與應(yīng)用和大力發(fā)展。 80年代，國際上出現(xiàn)了14臺(tái)加工中心或車削中心為主體，再配上工件自動(dòng)裝卸和監(jiān)控檢驗(yàn)裝置的柔性制造單元（Flexible Manufacturing CellFMC）。這種單元投資少，見效快，既可單獨(dú)長時(shí)間少人看管運(yùn)行，也可集成到FMS或更高級(jí)的集成制造系統(tǒng)中使用。目前，F(xiàn)MS也從切削加工向板材冷作、焊接、裝配等領(lǐng)域擴(kuò)展，從中小批量加工向大批量加工發(fā)展。在我國，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，從1958年開

17、始研制數(shù)控機(jī)床，到70年代末生產(chǎn)了4108臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其中86%是數(shù)控線切割機(jī)床。80年代初以來，隨著我國實(shí)行改革、開放政策，引進(jìn)了日本、美國等先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，開始批量生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，使我國數(shù)控機(jī)床在質(zhì)量和性能上有了很大的提高。10近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。我國利用稀土永磁材料的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國特色的新一代電主軸產(chǎn)品。1.1.2 數(shù)控化改造的現(xiàn)狀我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，但是其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，只

18、占我國機(jī)床總量的3。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。但是機(jī)床的年產(chǎn)量的數(shù)控化率只為6。我國機(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，柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是非數(shù)控的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的老舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在互換性差、產(chǎn)品單一、檔次低、成本高、供貨期長的問題，從而在國、外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)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。但是，數(shù)控機(jī)床價(jià)

19、格較貴，一次性投資大，不易被中小型企業(yè)所接受；各企業(yè)又都擁有大量的普通機(jī)床，用數(shù)控機(jī)床替換下來的舊機(jī)床又會(huì)造成浪費(fèi)，而將普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造可以說是一條經(jīng)濟(jì)實(shí)用之路。24我國近幾年需要數(shù)控化改造的普通設(shè)備10萬臺(tái)以上，舊數(shù)控機(jī)床在4000臺(tái)以上，這將是一個(gè)能提供幾十億到上百億元的廣闊市常因此在機(jī)械制造業(yè)中，尤其在機(jī)床制造行業(yè)中，應(yīng)該充分利用自己的技術(shù)特長，去迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，為國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展做出自己的行業(yè)貢獻(xiàn)。在美國、德國和日本等發(fā)達(dá)國家，將機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以與技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題。在美國、日本、德國等

20、老牌工業(yè)強(qiáng)國中，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在德國，從事機(jī)床改造的著名的公司有：Hellwig公司、Letnstatt公司等。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生業(yè)，從事再生業(yè)的著名公司有Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等，并且美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝業(yè)，從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、千代田工機(jī)公司等。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。從事機(jī)床改造的公司有金切機(jī)床、合力數(shù)控成套設(shè)備等。1.2 機(jī)床改造的容與意義1.2.1 研究意義 節(jié)省資金。機(jī)床的

21、數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60-80的費(fèi)用，大型與特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的13。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。 性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后，即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍。對(duì)復(fù)雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。23 企業(yè)的需求。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

22、、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)品柔性加工要求。在原有機(jī)床基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，和新的數(shù)控機(jī)床相比較。工人更容易上手。培訓(xùn)時(shí)間短，培訓(xùn)費(fèi)用少。251.2.2 主要研究容與技術(shù)路線CA6140型普通車床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造方向的確定。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有柔性加

23、工的基本功能，操作維修方便。 數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心，在選擇時(shí)，要對(duì)其性能、經(jīng)濟(jì)性與維修服務(wù)等進(jìn)行綜合考慮，盡量選用名牌產(chǎn)品。根據(jù)被改機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能與被加工零件的精度來選擇數(shù)控系統(tǒng)。既要功能相匹配，又要盡量減少過剩的數(shù)控功能。這樣一方面可避免資金浪費(fèi)，另一方面也可避免因數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜而增加的故障率。目前數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型：步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)；異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)；交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其中步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)，其伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。該系統(tǒng)位移精度較低，但結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試維修方便、質(zhì)量

24、穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強(qiáng)、對(duì)環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。適用于精度要求一般的中小型機(jī)床的改造，也是目前數(shù)控改造中應(yīng)用最為廣泛的一種。異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制精度高，但在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，工作量大，成本也高，調(diào)試?yán)щy，一般不采用。交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，其精度介于前二者之間，結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單，適用于控制精度要求較高的大、中型機(jī)床的改造。 機(jī)械部分改造機(jī)床數(shù)控改造后應(yīng)達(dá)到較高的靜動(dòng)態(tài)剛度，為此要求運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小、傳動(dòng)無間隙、功率大，并且便于操作和維修等。對(duì)數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有原精度外，還要有良好的耐摩性和小

25、的摩擦阻力。目前多使用在原導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶，能防爬，并具有自潤滑性,可提高導(dǎo)軌壽命，工作量小、周期短、費(fèi)用低。傳動(dòng)鏈的精度受傳動(dòng)絲杠和齒輪副的影響?；瑒?dòng)絲杠價(jià)格低，但難以滿足精度要求較高的零件加工；滾珠絲杠摩擦損失小，傳動(dòng)效率可在90以上，傳動(dòng)靈敏、精度高、壽命長，且可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩，可滿足較高精度零件的加工要求。為保證傳動(dòng)精度，數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高，要達(dá)到無隙傳動(dòng)。消除齒輪副的傳動(dòng)間隙有柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法兩種。柔性調(diào)整法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低；剛性調(diào)整法傳動(dòng)剛度高，結(jié)構(gòu)簡單。23本次設(shè)計(jì)選用的是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)：步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢

26、測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01 mm，已能滿足CA6140車床改造后加工零件的精度要求。 滾珠絲杠的選型與校核。為了實(shí)現(xiàn)絲杠無隙傳動(dòng)，應(yīng)將原機(jī)床的滑動(dòng)絲杠改換成滾珠絲杠副。如對(duì)機(jī)床精度要求不高時(shí)，可以通過預(yù)緊螺母的方法消除傳動(dòng)間隙。并進(jìn)行相關(guān)的校核。 伺服電機(jī)的選擇與校核。車床進(jìn)給傳動(dòng)部分改造時(shí)要拆除機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，代之以步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)刀架移動(dòng)。橫向步進(jìn)電機(jī)固定在床鞍上。并進(jìn)行相關(guān)的校核。 控制電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、車公/英制螺紋、刀具補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、刀具自動(dòng)轉(zhuǎn)位等功能，性能穩(wěn)定，價(jià)錢適中，操作面板簡單直觀，有啟動(dòng)鍵、暫停鍵、單段/連續(xù)開關(guān)、連

27、續(xù)進(jìn)給鍵、急停鍵、鍵盤、顯示屏等。不但控制弱電，而且對(duì)主軸變速、刀架轉(zhuǎn)位、主軸啟停與換向與其他一些輔助性動(dòng)作也能通過指令控制。231.3 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題主要解決的問題有： 恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。 數(shù)控化，在普通機(jī)床上加數(shù)控系統(tǒng)，將其改造成數(shù)控機(jī)床。 翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；用滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)進(jìn)行更新。 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に?、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造；同時(shí)還要保證

28、經(jīng)濟(jì)性。綠色環(huán)保是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。為此應(yīng)加強(qiáng)開發(fā)綠色環(huán)保的數(shù)控產(chǎn)品，加速促進(jìn)數(shù)控產(chǎn)品、數(shù)控產(chǎn)業(yè)以與整個(gè)制造業(yè)的綠色化，主要戰(zhàn)略措施應(yīng)考慮以下幾方面：1) 有效減少產(chǎn)品制造與使用過程中的環(huán)境污染。如減少數(shù)控機(jī)床的鑄件結(jié)構(gòu)，消除鑄造對(duì)環(huán)境的污染；將數(shù)控機(jī)床主軸的潤滑以油氣潤滑、噴油潤滑等取代油霧潤滑，減少對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染；在精密數(shù)控機(jī)床與其運(yùn)行環(huán)境的溫度控制中采用無氟制冷的恒溫技術(shù)；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，減少噪聲污染。2) 大幅度降低資源消耗和能源消耗。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗與污染，并減少產(chǎn)品壽命結(jié)束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅(qū)動(dòng)

29、代替感應(yīng)驅(qū)動(dòng)，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動(dòng)代替機(jī)械傳動(dòng)，提高效率，減少能源消耗。3) 大力發(fā)展綠色數(shù)控機(jī)床。綠色數(shù)控機(jī)床應(yīng)是材料消耗少、能耗低、無污染，壽命長且便于拆卸回收的新型機(jī)床。以并聯(lián)結(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)就是開發(fā)綠色數(shù)控機(jī)床的一條途徑，因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機(jī)床大幅度減少，特別是減少了大型結(jié)構(gòu)件的鑄造，這將顯著降低機(jī)床制造過程中的能源消耗和對(duì)環(huán)境的污染。此外，并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有利于采用電傳動(dòng)，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。4) 加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床。這既符合運(yùn)用信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和裝備

30、現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國擁有普通機(jī)床數(shù)百萬臺(tái)，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向?？傊?，制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，是對(duì)21世紀(jì)我國數(shù)控技術(shù)與其相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。第二章 設(shè)計(jì)要求2.1 總體方案設(shè)計(jì)要求機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選擇，以與傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等（本次設(shè)計(jì)主要是橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造設(shè)）。 普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)功能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)

31、濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以與經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用8位微機(jī)。在8位微機(jī)中，MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、具有很高的性價(jià)比，因此，可選 MCS-51系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 橫向和縱向進(jìn)給各是一套獨(dú)立的傳動(dòng)

32、鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，應(yīng)選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。為防進(jìn)給部件爬行，影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 安裝光電編碼器。加工螺紋時(shí)為了保證步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給與主軸的旋轉(zhuǎn)相配合，切削出固定螺距、固定起點(diǎn)、多頭螺紋等量分度的螺紋，通常在主軸尾部安裝增量式光電編碼器。切制螺紋時(shí)，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，控制刀架縱向移動(dòng)。 自動(dòng)刀架安裝。將原車床的刀架換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀

33、架。臥式車床自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見的型式是四轉(zhuǎn)位刀架，拆除小拖板后將刀架調(diào)整好高度安裝在中拖板上，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制，效率高，工藝性能可靠。機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)圖，如圖2-1所示：圖2-1 數(shù)控車床改造的總體方案示意圖進(jìn)給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖，如圖2-2所示：圖2-2 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床進(jìn)給伺服系統(tǒng)方案框圖2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。現(xiàn)列出CA6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)，見表2-1：表2-1 CA6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)名稱技術(shù)參數(shù)工件最大直徑在床身上400mm在刀架上210mm最大加工長度750、1000、1500、2000mm加工螺紋圍公制螺

34、紋 mm112(20種)英制螺紋 t/m224(20種)模數(shù)螺紋 mm0.253(11種)徑節(jié)螺紋 t/m796(24種)進(jìn)給量縱向級(jí)數(shù)64縱向圍0.0286.33mm/r橫向級(jí)數(shù)64橫向圍0.0143.16mm/r主軸最大通過直徑48mm孔錐度莫氏6#正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)24正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圍101400r/min反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)12反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圍141580r/min滑板行程橫向320mm縱向650、900、1400、1900mm刀架最大行程140mm最大回轉(zhuǎn)角±90°刀杠支承面至中心的距離26mm刀杠截面B×H25×25mm尾座頂尖套莫氏錐度5#橫向最大移動(dòng)量±

35、10mm外形尺寸 長×寬×高2418×1000×1267mm工作精度 圓度0.01mm圓柱度200:0.02平面度0.02/ 300mm表面粗糙度Ra1.63.2m電動(dòng)機(jī)功率主電動(dòng)機(jī)7.5kw總功率7.84kw本次設(shè)計(jì)要求的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)參數(shù)，見表2-2：表2-2 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造設(shè)計(jì)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)最大加工直徑 在床面上400mm在床鞍上210mm快進(jìn)速度橫向2.4m/min最大切削進(jìn)給速度橫向0.8m/min定位精度±0.015mm起動(dòng)加速時(shí)間30ms脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖溜板與刀架重力橫向600N代碼制ISO脈沖分配方式逐點(diǎn)比較

36、法輸入方式絕對(duì)、增量控制坐標(biāo)數(shù)2自動(dòng)升降速性能有主電機(jī)功率7.5kW2.3 其它要求原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量 ，以降低成本與縮短改造周期。 機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。注：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)算公式和手冊(cè)主要參考：郝忠軍、雷曉玲主編，綜合作業(yè)指導(dǎo)書，：機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院，1995；吳宗澤、羅圣國主編，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，:高等教育，1998；洪主編，實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，：科學(xué)技術(shù)，1999；金伴、馬偉編，實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)，：化學(xué)工業(yè)，2007。第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算3

37、.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有拖板部分和溜板箱部分。3.1.1 拖板部分拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，不論是點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，對(duì)被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受拖板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。對(duì)于應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)作拖動(dòng)元件的開環(huán)系統(tǒng)尤其是這樣。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動(dòng)而沒有位置檢測(cè)和信號(hào)反饋，故實(shí)際移動(dòng)值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會(huì)造成加工誤差。因此，除了拖板與其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。在傳動(dòng)裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動(dòng)扭矩和傳動(dòng)精度（分辨率為0.01 mm/脈沖）。在齒輪傳動(dòng)中，為提高正、反傳動(dòng)精度必

38、須盡可能的消除配對(duì)齒輪之間的傳動(dòng)間隙，其方法有兩種，柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后的齒輪側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，在齒輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無側(cè)隙嚙合。但將影響其傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒輪側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法，它要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚與齒距誤差，否則傳動(dòng)的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動(dòng)有較好的傳動(dòng)剛度，而且結(jié)構(gòu)比較簡單。在設(shè)備改造中應(yīng)用的配對(duì)齒輪側(cè)隙方法是剛性調(diào)整法。采用滾珠絲杠代替原滑動(dòng)絲杠，提高傳動(dòng)靈敏性、降低功率和步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。3.1.2 溜板箱部分采用數(shù)控系統(tǒng)控制。拆除原溜板

39、箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱除固定在滾珠絲杠的螺母上。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個(gè)位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)與減速箱。使改造后的機(jī)床外型美觀、合理。改造后機(jī)床的啟動(dòng)、停機(jī)均由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機(jī)床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。 進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱，光杠和梯型絲杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部分。 橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。3.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械

40、部分的計(jì)算與選型進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。在CA6140的技術(shù)參數(shù)中，橫向脈沖當(dāng)量fp為0.01mm/脈沖（直徑）。3.2.2 車削抗力分析和滾珠絲杠副的特點(diǎn) 車削抗力分析車削外圓時(shí)的切削抗力有Fx、Fy、Fz，如圖3-1。主切削力Fz，主運(yùn)動(dòng)切削速度方向的分力，是最大的一個(gè)分力，它消耗了切削總功率的95%左右，是確定車床主

41、軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)；切深抗力Fy，切深方向的分力，不消耗功率，是造成振動(dòng)的主要因素，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量；進(jìn)給抗力Fx進(jìn)給方向的分力，消耗了總功率的5%左右，它是驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)主要零、部件強(qiáng)度和剛性的依據(jù)。11圖3-1 車削合力與分力 滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副具有和滾動(dòng)軸承相似的特征。與滑動(dòng)絲杠副或液壓缸傳動(dòng)相比，有以下主要特點(diǎn)：1) 傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可達(dá)85%98%，為滑動(dòng)絲杠副的24倍，由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，對(duì)機(jī)械小型化，減少啟動(dòng)后的顫動(dòng)和滯后時(shí)間以與節(jié)約能源等方面，都具有重要意義。2) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦系

42、數(shù)幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，啟動(dòng)摩擦力矩與運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力矩的差別很小。所以滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)，低速時(shí)無爬行。3) 傳動(dòng)可逆性 與滑動(dòng)絲杠副相比，滾動(dòng)絲杠副突出的特點(diǎn)是具有運(yùn)動(dòng)的可逆性。正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率幾乎可高達(dá)98%。滾珠絲杠副具有運(yùn)動(dòng)的可逆性，但是沒有像滑動(dòng)絲杠副那樣運(yùn)動(dòng)具有自鎖性。因此，在某些機(jī)構(gòu)中，特別是垂直升降機(jī)構(gòu)中使用滾珠絲杠副時(shí)，必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置。4) 可以預(yù)緊 通過對(duì)螺母施加預(yù)緊力能消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度，但摩擦力矩卻增加不大。5) 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可以預(yù)緊等特點(diǎn)，所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小，無

43、爬行。并可消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。6) 同步性好 用幾套一樣的滾珠絲杠副同時(shí)驅(qū)動(dòng)一樣的部件和裝置時(shí)，由于反應(yīng)靈敏，無阻滯，無滑移，其啟動(dòng)的同時(shí)性，運(yùn)行中的速度和位移等，都具有準(zhǔn)確的一致性，這就是所謂同步性好。7) Mjmax使用壽命長 滾珠絲杠和螺母的材料均為合金鋼，螺紋滾道經(jīng)過熱處理，并淬硬至HRC58-62，經(jīng)磨削達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。實(shí)踐證明，滾珠絲杠副的使用壽命比普通滑動(dòng)絲杠副高5到6倍。8) 使用可靠，潤滑簡單，維修方便 與液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠副在正常使用條件下故障率低，維修保養(yǎng)也極為方便；通常只需進(jìn)行一般的潤滑與防塵

44、。而在特殊使用場(chǎng)合，如核反應(yīng)堆中的滾珠絲杠副，可在無潤滑狀態(tài)下正常工作。3.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 型號(hào)選擇1) 最大工作載荷計(jì)算 （3-1） 式中：K是考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)；f 是滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；Fl是拖板上的進(jìn)給方向載荷；Fv拖板上的垂直方向載荷；G是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量。在正常情況下， 、可取下列數(shù)值：矩形導(dǎo)軌 =1.1 =0.15燕尾形導(dǎo)軌 =1.4 =0.15三角形或綜合導(dǎo)軌 =1.15 =0.150.18鉆鏜主軸圓導(dǎo)軌 =0.15上面的摩擦系數(shù)均是指滑動(dòng)導(dǎo)軌，如果采用帖塑導(dǎo)軌=0.030.05；滾動(dòng)導(dǎo)軌=0.00250.005；靜壓導(dǎo)軌=0.

45、0005。橫向切削外圓時(shí)的主切削力Fz是縱向主切削Fz的一半，車床的縱向主切削力Fz（N）可以用經(jīng)驗(yàn)公式估算： （3-2）式中：Dmax是車床床身上加工的最大直徑，單位為mm； 得 Fz=0.5Fz=0.5×0.67×4001.5=2680(N) 按切削力各分力比例：Fz :Fx :Fy=1 : 0.25 : 0.4 （3-3）得 Fx=0.25Fz=670(N)Fy=0.4Fz=1072(N)因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給拖板上的載荷Fl、Fv和Fc與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進(jìn)給拖板上的載荷

46、可以按下式求出：拖板上的進(jìn)給方向載荷 Fl=Fx=670 (N)拖板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=2680(N)拖板上的橫向載荷 Fc=Fy=1072(N)選取燕尾形導(dǎo)軌與導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：K=1.4 f =0.05 ，F(xiàn)l為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷，G=600N最大工作載荷： =1.4670+0.05(2680+21072+600) =1209.2N2) 最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷Ca選用，可用式3-5計(jì)算： （3-4）（3-5）（3-6）式中：為回轉(zhuǎn)壽命，以轉(zhuǎn)為1單位；為絲杠轉(zhuǎn)速，；為最大切削里條件下的進(jìn)給速度；為時(shí)間壽命，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取=20000；為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取

47、1.21.5。其中：vs為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min），可取最高進(jìn)給速度的1/21/3；Lo為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得Lo=8mm；fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)是有沖擊振動(dòng)，所以取fm=1.5。V橫向=800mm/minn橫向=v橫向1/2 /L。=8001/2 /8=50r/min所以=60則 =7004(N) 初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷（Ca）不得小于最大動(dòng)載荷（C），因此有Ca>C=7004N。另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式（滾珠接觸面上的塑性變形）。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷（Cao）是否充分地超過

48、了滾珠絲杠的工作載荷Fm，一般使Cao/Fm=23。初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，（因?yàn)檠h(huán)較外循環(huán)絲杠比較貴，并且較難安裝。）考慮到簡易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為CTD2508-5-P3，為外循環(huán)雙螺母凸出式的滾珠絲杠副，詳見表3-1表3-1 外循環(huán)雙螺母凸出式規(guī)格尺寸/mm規(guī)格型號(hào)公稱直徑d0基本導(dǎo)程Lo絲杠外徑d滾珠直徑db螺旋升角循環(huán)圈數(shù)額定載荷/N接觸剛度R/(N/m)動(dòng)載Ca靜載Cao2508-5258244.7635º49´2×2.5+2×2.520401677661485螺母安裝尺寸DD1D2BMd2d3hdMXYZ4

49、575601361277M63232151 橫向滾珠絲杠的校核1)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 （3-7）式中：為絲杠螺旋長升角；為摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)=0.0030.004，其摩擦角約等于。2)剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以與螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形?？v向進(jìn)給滾珠絲杠支撐方式如圖3-2所示，最大牽引力為1219.2N，支撐間距L=450mm，絲杠螺母與軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。圖3-2

50、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖計(jì)算如下：絲杠的拉伸或壓縮變形(mm)根據(jù) 查“滾珠絲杠軸向拉伸壓縮變形圖”得出，可算出： mm （3-8）由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量(mm)為：=0.0028 mm 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量(mm) 采用有預(yù)緊的方式，因此用公式： （3-9） = =0.0041mm在這里：預(yù)緊力Fyj=1/3Fm=1/31209.2=403.1N一圈的滾珠數(shù)Z= do/db=3.1425/4.763=17滾珠數(shù)量Z=172.54=170 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形(mm)采用8204型推力球軸承，d1=20mm，滾動(dòng)體直徑dQ=4.763mm，滾動(dòng)體數(shù)量z=12，F(xiàn)m的單位是kgf因此用公式： （3-10） = =0.0067mm絲杠的總變形量：=1+2+3=0.0028