2045C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含畢業(yè)說明書和機(jī)械CAD圖紙)DOC

2045C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含全套畢業(yè)說明書和機(jī)械CAD圖紙)DOC2045C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含全套畢業(yè)說明書和機(jī)械CAD圖紙)DOC131/131肁PAGE131裊螈蒄羀芃腿膇羂薇肆節(jié)蕿芃聿薈芃肅薈芅膈莃羀罿蒄螇袆肄螇蒃袀莀蚅芅膄袃蝕薂螀薇螞羇蚆薂芀螞蝕羈襖蒞羄蚅衿螂薀荿膅膇薇莄蒈袂薀螀肂薄裊膃肇袂蒀膀莃芆莇膅羀羂莀芇薄羈蚅羄葿肂芁蚈螅蒆膇螃肈膁膁聿螂膈蒅蒂蚇芁肁蒀羃蚆肇薅芆莁羈蚇膅莈芅芄膀蒁羈肈膂螆袈肅蝿蒁袁葿莃薇膆膆莈薁螁衿蚄羅蚈襖羇蟻蟻芀裊蚇羆蚃袀螁薂莇袂膅芄蒂葿袀蒂螈肅袇螆蒅肈羀莂腿芄蒞肄芄蚈肀莂薀節(jié)肇蚆羃芇肀節(jié)羈蒃蒅裊肆肀膀膂膈螄膆蕆螅蠆芀肂薈羅羈螅薃羋莀羂罿羂莆芇莂袇蒀袃莀膃肈薅蒞螀蕿螃蕆莄薆肇膄荿蕿螃袈蚅羋蒞袃罿羃蚃艿薃螆羈羆薈肅艿蝕螄蒈芆蚅膇膃腿肁肅裊螈蒄羀芃腿膇羂薇肆節(jié)蕿芃聿薈芃肅薈芅膈莃羀罿蒄螇袆肄薃蒃薆莀蒁芅袀袃莆薂蒆薇莈羇蒂薂羅螞蒆羈蝕蒞螀蚅薅螂莆荿袁膇芃莄膄袂芆螀袈薄薁膃螃袂膆膀聿芆肅膅蚆羂肆芇芀羈莁羄芅肂羆蚈薁蒆羃螃襖膁袇聿蒈膈膁蒂蒃芁袇蒀蝿蚆螃薅肂莁螇蚇羈莈肁芄袆蒁蚇肈袈螆薄肅蒅蒁薇葿腿薇袂膆肄薁蕆衿莀羅莄襖蚃蟻莇芀薁蚇螞蚃薆螁芇莇薈膅羀蒂膅袀羋螈蝿袇薂蒅螄羀膈腿肀蒞螀芄莃肀肈薀羇肇莂羃羃肀羈羈艿蒅蟻肆袆膀袈膈蒀膆膃螅蒅芀螈薈蟻羈蒁薃肄莀蚈罿蚈莆羃莂蚃蒀蠆莀衿肈芁蒞蒆蕿蕿蕆膀薆袃膄肅蕿葿袈莁羋膁袃蚄羃荿艿荿螆蚃羆芄肅肅蝕薀蒈羂蚅袃膃羅肁螁裊蒄蒄螆芃裊膇螈薇螂節(jié)蒞芃螅薈罿肅莄芅羄莃蚅罿膀螇薂肄薃蒃薆莀蒁芅袀袃莆薂蒆薇莈羇蒂薂羅螞蒆羈蝕蒞螀蚅薅螂莆荿袁膇芃莄膄袂芆螀袈薄薁膃螃袂膆膀聿芆肅膅蚆羂肆芇芀羈莁羄芅肂羆蚈薁蒆羃螃襖膁袇聿蒈膈膁蒂蒃芁袇蒀蝿蚆螃薅肂莁螇蚇羈莈肁芄袆蒁蚇肈袈螆薄肅蒅蒁薇葿腿薇袂膆肄薁蕆衿莀羅莄襖蚃蟻莇芀薁蚇螞蚃薆螁芇莇薈膅羀蒂膅袀羋螈蝿袇薂蒅螄羀膈腿肀蒞螀芄莃肀肈薀羇肇莂羃羃肀羈羈艿蒅蟻肆袆膀袈膈蒀膆膃螅蒅芀螈薈蟻羈蒁薃肄莀蚈罿蚈莆羃莂蚃蒀蠆莀衿肈芁蒞蒆蕿蕿蕆膀薆袃膄肅蕿葿袈莁羋膁袃蚄羃荿艿荿螆蚃羆芄肅肅蝕薀蒈羂蚅袃膃羅肁螁裊蒄蒄螆芃裊膇螈薇螂節(jié)蒞芃螅薈罿肅莄芅羄莃蚅罿膀螇薂肄薃蒃薆莀蒁芅袀袃莆薂蒆薇莈羇蒂薂羅螞蒆羈蝕蒞螀蚅薅螂莆荿袁膇芃莄膄袂芆螀袈薄薁膃螃袂膆膀聿芆肅膅蚆羂肆芇芀羈莁羄芅肂羆蚈薁蒆羃螃襖膁袇聿蒈膈膁蒂蒃芁袇蒀蝿蚆螃薅肂莁螇蚇羈莈莂芄芆蒁羇肈羋螆襖肅裊蒁袇葿葿薇膂膆蒄薁螈衿蝕羅螄襖肅蟻螈芀羈蚇肂蚃袆螁蚈莇袈膅芀蒂蒆袀薈螈膀袇袂蒅肅羀蒈腿莁蒞膁芄蚄肀莈薀莈肇蚃羃芃肀羋羈蕿蒅羈肆膆膀膈膈螀膆蒃螅螅芀腿薈肁羈螁薃莄莀聿罿羈莆莃莂羃蒀罿莀艿肈蟻蒞螇蕿衿蕆蒁薆膄膄莆蕿蝿袈螞羋蒂袃羅羃蠆艿蠆螆羄羆薄肅蒞蝕袀蒈節(jié)蚅膃膃芅肁肁裊襖蒄肆芃膆膇肈薇肂節(jié)蚅芃肆薈艿肅蚄芅芄莃羆罿薀螇羂肄襖蒃羆莀螂芅芀袃螇薂袆薇蝿羇螃薂莆螞螆羈羀蒞肁蚅羅螂蚆荿膁膇薃莄薄袂薆螀膈薄袁膃肅袂蕆膀荿芆蒃膅羆羂莇芇蝕羈蟻羄薅肂莇蚈袁蒆芃螃膅膁芇聿衿膈薁蒂螄芁膇蒀肀蚆肄薅莃莁肇蚇芁莈莂芄芆蒁羇肈羋螆襖肅裊蒁袇葿葿薇膂膆蒄薁螈衿蝕羅螄襖肅蟻螈芀羈蚇肂蚃袆螁蚈莇袈膅芀蒂蒆袀薈螈膀袇袂蒅肅羀蒈腿莁蒞膁芄蚄肀莈薀莈肇蚃羃芃肀羋羈蕿蒅羈肆膆膀膈膈螀膆蒃螅螅芀腿螃肁膂螁袇莄蚄聿膃羈蝕莃薆羃蚄罿薄艿莂腿蠆蒞螄莇螁罿螀螞莈羄袃莇膂膀薂羀膇薃芇芇薃膇羀薂膀膂莇袃羄莈螞螀罿螁莇螄蒞蠆腿莂螈薄蕆蚄蒂薆袁蝕薆膃薇蚄袂袇荿膂蕿螃蚇薄芃聿肁蒀莈莂螇蒄蚄芀葿蝿?wù)仄N袆莄袁芇膁芁袆襖袆芄節(jié)蒈蠆蕿衿蒃羆膄蚃蝿莁膁蚈肂肆肅肄蚆袈荿蕆蟻膆肅蒅羇薀羈葿蒄芆羅薁膈節(jié)艿羋肄莆裊羂莀螀螂羇蚃蒆螅莃莇蒂肀螆節(jié)蒅蚅螄薈袀螞蝿袁薅薅袁蝿螞袀薈螄蚅蒅節(jié)螆肀蒂莇莃螅蒆蚃羇螂螀莀羂裊莆肄羋艿節(jié)膈薁羅芆蒄葿羈薀羇蒅肅膆蟻蕆荿袈蚆肄肅肆肂蚈膁莁蝿蚃膄羆蒃衿蕿蠆蒈節(jié)芄袆襖袆芁膁芇袁莄袆芅肇蝿葿芀蚄蒄螇莂莈蒀肁聿芃薄蚇螃蕿膂荿袇袂蚄薇膃薆蝕袁薆蒂蚄蕆薄螈莂腿蠆蒞螄莇螁罿螀螞莈羄袃莇膂膀薂羀膇薃芇2045C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含全套畢業(yè)說明書和機(jī)械CAD圖紙)DOC

第一章概論

一、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史

1946年出生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表示人類創(chuàng)立了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。

它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)立的那些可是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具對照，起了質(zhì)的飛馳，為人類進(jìn)入信息社會(huì)確定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國出生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)

床。今后，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。

二、國內(nèi)數(shù)控機(jī)床情況解析

（一）國內(nèi)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀

近來幾年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有很多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企

業(yè)中也寬泛開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，多數(shù)處于單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀

態(tài)，而且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界

第5名，機(jī)床花銷額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，花銷額

比上一年增加25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能夠滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001

年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第

2位，達(dá)

24.06億美元，比上年增加

27.3%。近來幾年來我國出口額增幅較

大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，一般機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。

（二）國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)

1、新產(chǎn)品開發(fā)有了很大打破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占有主導(dǎo)地位。

2、數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增加，數(shù)控化率顯然提高。

2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺(tái)，比上年增加28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從

2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。

3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展的要點(diǎn)配套產(chǎn)品有了打破。

三、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

連續(xù)向開放式、基于PC的第六代方向發(fā)展

基于PC所擁有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。最少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來辦理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通訊等問題，由原有的系統(tǒng)肩負(fù)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所擁有的友好的人機(jī)界面，將普及到全部的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加寬泛。

向高速化和高精度化發(fā)展

這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。

向智能化方向發(fā)展

隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷浸透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。

（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)

數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的目的。（2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工

將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特別規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立擁有人工智能的專家系統(tǒng)。

（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)由于計(jì)算機(jī)有高妙的運(yùn)算能力，合成復(fù)雜的曲線或曲面。

4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置

能夠經(jīng)過自動(dòng)鑒別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最正確的運(yùn)轉(zhuǎn)。

四、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性

（一）微觀看改造的必要性從微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，計(jì)算機(jī)的威力。

而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包括的

、能夠加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的部件。

能夠瞬時(shí)正確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，所以能夠復(fù)

2、能夠?qū)崿F(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。由于計(jì)算機(jī)有

記憶和儲(chǔ)藏能力，能夠?qū)⑤斎氲某绦蛴涀『蛢?chǔ)藏下來，爾后按程序規(guī)定的序次自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自

動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要改換一個(gè)程序，即可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)

化，故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動(dòng)化"。

3、加工部件的精度高，尺寸分別度小，使裝置簡單，不再需要"修配"。

4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少部件在機(jī)床間的頻頻搬運(yùn)。

5、擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，所以可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看守加工。

6、由以上五條派生的好處。

如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)力（一個(gè)人能夠看守多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反響等等。

（二）宏觀看改造的必要性

從宏觀上看，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。由于采用信息技術(shù)對外國軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最后使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9％，而日本在1994年已達(dá)20.8％，所以每年都有大批機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說了然機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。數(shù)控化改造的市場空間機(jī)床的數(shù)控制化改造是一個(gè)方興未的行業(yè)，從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光明的，比方："在美國，日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造人作為新的經(jīng)濟(jì)增加行業(yè)，活力勃勃，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是一個(gè)"永遠(yuǎn)"的課題。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)所以不難看出：1．國內(nèi)的市場我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺(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)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60％以上）。可見我們的大多數(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，而且多數(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的產(chǎn)品寬泛存在質(zhì)量差、品種少、品位低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生計(jì)和發(fā)展。所以必定大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場

我國自改革開放以來，很多企業(yè)從外國引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完滿統(tǒng)計(jì)，從

1979～1988年10年間，全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng)，大體165.8億美元。

這些項(xiàng)目中，大多數(shù)項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于各種原因，設(shè)備或生產(chǎn)線不能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至癱瘓，使企業(yè)的效益碰到影響，嚴(yán)重的使企業(yè)墜入困境。一些設(shè)備、

生產(chǎn)線從外國引進(jìn)今后，有的消化吸取不好，備件不全，保護(hù)不當(dāng)，結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良；有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線，忽略軟件、工藝、管理等，造成項(xiàng)目不完滿，設(shè)備潛力不能夠發(fā)揮；有的甚至不能夠啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用；有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好，但是由于設(shè)備故障不能夠達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)；

有的由于能耗高、產(chǎn)品合格率低而造成損失；有的已引進(jìn)較長時(shí)間，需要進(jìn)行技術(shù)更新。各種原因使有

的設(shè)備不但沒有創(chuàng)立財(cái)富，反而耗資著財(cái)富。

這些不能夠使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱，也是一批很大的存量財(cái)富，修睦了就是財(cái)富。只要找出主

要的技術(shù)難點(diǎn)，解決要點(diǎn)技術(shù)問題，就可以最小的投資盤活最大的存量財(cái)富，爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和

社會(huì)效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。

機(jī)床改造的效益解析

提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個(gè)路子：一是購置新的數(shù)控機(jī)床；二是對舊的機(jī)床進(jìn)行改造而關(guān)于一個(gè)機(jī)床擁有量大，經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國家來說，采用舊機(jī)床改造來提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個(gè)極其有效和使用的路子，采用第二中方法有以下的優(yōu)點(diǎn)：

1、減少了投資和交貨的限時(shí)

同購置新的數(shù)控機(jī)床對照，一般能夠節(jié)約60%到80%的花銷，改造的花銷大大減低。

2、機(jī)械的堅(jiān)固性可靠

機(jī)床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然無效充分，內(nèi)應(yīng)力的除掉使得比新的鑄件更堅(jiān)固，這些鑄件的使用又能夠節(jié)約社會(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對環(huán)境的污染。

3、熟悉認(rèn)識(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修，購置的新設(shè)備，起初很難前面認(rèn)識(shí)機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，致使

很難估量可否完滿適合加工要求，而改造則完滿能夠防范這種情況，而且大大縮短了對數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間，機(jī)床一旦改裝完成，很快就可以投入使用，見效較快。

4、能夠充分利用現(xiàn)有的條件能夠充分利用現(xiàn)有的地基，

不用像購新機(jī)時(shí)重新修筑新基，

同時(shí)工夾具、樣板和外設(shè)備也能夠在利

用。

5、可更好的就地取材合理精選功能

購置現(xiàn)成的通用型機(jī)床，經(jīng)常對一個(gè)詳盡的生產(chǎn)加工有一些節(jié)余的功能，又可能缺少某一個(gè)專用的

特別功能，如向機(jī)床制造廠提出特別定貨要求，增加某些特其他加工要求，經(jīng)?；ㄤN大，交貨的日期又

長。而采用改造方案就可以依照生產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設(shè)計(jì)改造成專用的數(shù)控機(jī)床。

6、可實(shí)時(shí)采用最新技術(shù)，充分利用社會(huì)資源

由于技術(shù)進(jìn)步和我國機(jī)床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的粗心資源支持機(jī)床方面的

改造，如隨意采買各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌

的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來防范爬行，還可以夠使得刮研極簡單，等等例子說明有一大批社會(huì)資源，可

依照技術(shù)更新的發(fā)展速度，實(shí)時(shí)地采用最新技術(shù)來提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和

品位，將舊機(jī)場改造成現(xiàn)在水平的機(jī)床。

第二章一般車床的數(shù)控改和可行性論證

關(guān)于一般車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮整體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)依照的原則是：在滿足設(shè)計(jì)要求的前

途下，對機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能的少，以降低成本。

一車床的數(shù)控改造

（一）、數(shù)控機(jī)床工作原理及組成

數(shù)控機(jī)床工作原理：

數(shù)控機(jī)床加工部件時(shí)，第一應(yīng)編制部件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到

數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其他如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格的依照加工

程序規(guī)定的序次、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出吻合要求的部件。

數(shù)控機(jī)床的組成：

數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如圖2-1

控制介質(zhì)數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床

測量裝置

圖2-1數(shù)控機(jī)床的組成圖

（二）、設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)

一般車床（C618）的數(shù)控改造設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：整體方案的確定和考據(jù)、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)計(jì)算（包

括縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算）、主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速原理及改造后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)、機(jī)床

調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、電磁離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算。。

本設(shè)計(jì)任務(wù)是對C618臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，實(shí)現(xiàn)微機(jī)對車床的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對車床

的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為mm/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單

mm/脈沖，主運(yùn)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，刀架要改造成自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)的切削螺紋。

（三）、數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造

1、數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定

數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到其他一點(diǎn)的地址，而關(guān)于運(yùn)動(dòng)軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向

的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不中止的控制。由于C618車床要加工復(fù)雜輪廓部件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。

2、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造

數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無地址檢測和反響可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是能夠達(dá)到隨和的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差，除掉縫隙、攪亂等對加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。

半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過載能力強(qiáng)，又采用反響控制，所以性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)

動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有其自己的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。

開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有地址控制器及反響線路，所以開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，

所以常用于精度要求不高的場合。

經(jīng)過上序比較，由于所改造的C618車床的目標(biāo)加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。

3、數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的利害直接影響整體數(shù)控系

統(tǒng)的工作性能。

數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案平時(shí)有：

能夠全部自己設(shè)計(jì)制作

能夠采用單板機(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制

能夠采用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動(dòng)

在一般機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計(jì)周期較長且不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)質(zhì)量也難于保證。第二

種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以不課程設(shè)計(jì)將采用第三鐘方案。

（四）、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)

1、主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)

將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變

速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分別，主軸電動(dòng)機(jī)的作用可是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。

2、進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造

將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆掉。縱向、橫向進(jìn)賜予步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。

3、其他部件的改造

刀架部分：拆掉原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝由微機(jī)控制的四工位電動(dòng)機(jī)刀架，該刀架擁有重復(fù)定位

精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。

二可行性論證

依照《自動(dòng)化制造系統(tǒng)》，可行性論證使用戶建筑自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分

析報(bào)告，是上級主管部門判定和贊同立項(xiàng)的基本依照。同樣，在進(jìn)行一般車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造從前進(jìn)

行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。

依照傳統(tǒng)的論證方法，一般車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行，即企業(yè)

生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題解析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、

效益解析，改造后車床的推行計(jì)劃，結(jié)論等。

由于本設(shè)計(jì)僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，故在此，設(shè)計(jì)者僅對改造的投資概算作一簡要的可行性

論證。

本改造設(shè)計(jì)是對一般車床C618進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計(jì)中，采用的是廣州數(shù)控設(shè)備廠生

產(chǎn)的GSK980T型數(shù)控系統(tǒng)，加上兩臺(tái)伺服電機(jī)，兩套滾珠絲杠副和相當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)部分以及齒輪副，一臺(tái)變

頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，四個(gè)電磁離合器以及主傳動(dòng)部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造花銷和舊設(shè)備花銷總計(jì)不會(huì)超

過15萬元。所以，對一般車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精美程度的有效選擇。它擁有必然的典型性和合用性。

第三章整體設(shè)計(jì)方案的確定

經(jīng)整體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定的C618的車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的整體方案表示圖以以下圖所顯：C618

車床的主軸轉(zhuǎn)速部分采用了變頻調(diào)速交流異步電機(jī)，有級變速部分采用電磁離合器控制機(jī)構(gòu)；車床的縱

向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、

橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀架改成由微機(jī)控制，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，需安裝主

軸脈沖發(fā)生器。

改造后的整體方案表示圖如圖3-1所示：

手工輸入計(jì)算機(jī)儲(chǔ)藏裝置加工工件數(shù)控程序圖紙編制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或控制計(jì)算機(jī)工件變速箱功率放大器車床變速箱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

圖3-1整體方案設(shè)計(jì)圖

第四章主傳動(dòng)部分改造與設(shè)計(jì)

在改造設(shè)計(jì)從前，讓我們先來看一下數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)與一般機(jī)床對照所擁有的特點(diǎn)：

1）采用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以滿足主軸依照數(shù)控指令進(jìn)行自動(dòng)變速的需要；

2）傳動(dòng)路線短，從而簡化了主傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)；

3）轉(zhuǎn)速高、功率大；

數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足一般機(jī)床傳動(dòng)要求外，還應(yīng)滿足以下要求：

1數(shù)控機(jī)床就要為了保證加工時(shí)能采用合理的切削用量，○擁有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量，必定有更高的轉(zhuǎn)速和更多的調(diào)速范圍。為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。②擁有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度親近相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感覺加熱淬火增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)；采用高精度軸承及合理的支承跨距等，以提高主軸件的剛性。③擁有優(yōu)異的抗振性和熱堅(jiān)固性。加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不平均、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的攪亂，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞刀具和或部件，使加工無法進(jìn)行。所以在主傳動(dòng)系統(tǒng)中的各主要零部件不僅要求有必然的靜剛度，而且要求擁有足夠的控制各種攪亂力引起振動(dòng)的能力——抗振性?？拐鹦杂脛?dòng)剛度或動(dòng)柔度來衡量。若是把主軸組件視為一個(gè)等效的單自由度系統(tǒng)，則動(dòng)剛度kd與動(dòng)力參數(shù)的關(guān)系為：222kd=k12(4-1)nn式中:k—機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度（N/m）；—外加激振力的激振頻率（Hz）；n—主軸組件的固有頻率（n=k，m為當(dāng)量質(zhì)量，k為當(dāng)量靜剛度）；m—阻尼比（=，是阻尼系數(shù)，c是臨界阻尼系數(shù)，c=2mn）。c由上式可見，為提高主軸組件的抗震性，須使kd值較大，為此應(yīng)盡量使阻尼比、當(dāng)量剛度值或固有頻率的值較高。在設(shè)主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，要注意選擇上述幾個(gè)參數(shù)的合理關(guān)系。

一、主傳動(dòng)部分改造方案擬訂和設(shè)計(jì)的內(nèi)容

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、變極調(diào)速、辯轉(zhuǎn)差調(diào)速三種。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為

60f1ni=p從該公式中能夠看出，若平均地改變電源的頻率f1，就可以連續(xù)地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速，它完滿不同樣于其他的調(diào)速方法。改變異步電動(dòng)機(jī)的磁極對數(shù)調(diào)速的方法稱為變極調(diào)速。改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法稱為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方法性能指標(biāo)的比較調(diào)速方法項(xiàng)目變頻變極變轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子串電阻串極調(diào)速調(diào)壓調(diào)速電磁調(diào)速電機(jī)可否改變同變變不變不變不變不變步轉(zhuǎn)速靜差率小小大小開環(huán)時(shí)大開環(huán)時(shí)大（好）（好）（差）（好）閉環(huán)時(shí)小閉環(huán)時(shí)小調(diào)調(diào)速范較大（10較小小較小閉環(huán)時(shí)閉環(huán)時(shí)圍（D）以上）（2—4）（2）（2—4）較大較大速調(diào)速平好（無級差（有級差（有級好（無級好（無級好滑性調(diào)速）調(diào)速）調(diào)速）調(diào)速）調(diào)速）（無級調(diào)速）指適應(yīng)負(fù)恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)載種類恒功率恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩標(biāo)設(shè)備多少少很多較少較少投資電能較小小大較小大大耗費(fèi)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有調(diào)速范圍廣、圓滑性較高、機(jī)械特點(diǎn)較好的優(yōu)點(diǎn)，能夠方便地實(shí)現(xiàn)恒功率

或恒轉(zhuǎn)矩變速，整個(gè)調(diào)速特點(diǎn)與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相媲美。目

前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方法。經(jīng)過上序的比較本課程設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法采用變頻調(diào)速的方法。

改換主軸電動(dòng)機(jī)，換成調(diào)速電動(dòng)機(jī).經(jīng)過對電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制再加以簡單的齒輪調(diào)速來實(shí)現(xiàn)自

動(dòng)變速，齒輪調(diào)速部分用磁離合器控制齒輪嚙合。

圖4-1主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖

數(shù)控機(jī)床主軸變速方式主要有無級調(diào)速、分段無級調(diào)速和內(nèi)置電機(jī)變速等。在本設(shè)計(jì)中采用分段無

級調(diào)速。無級變速能夠采用最合理的切削用量，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，操作方便，簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)。無級變速

主若是利用直流和交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。但直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍很小，一般只有1～2，很少到3～

4，且換向有限制，現(xiàn)大多采用交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的性能與直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)

近似，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率地域。一般主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速

范圍為3～4，關(guān)于恒功率變速范圍大的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)，需要增加變速齒輪，以保證主軸上較大的恒功

率范圍。考慮本設(shè)計(jì)機(jī)床要求采用交流變頻電動(dòng)機(jī)和有級變速箱配合的方案即分段無級變速，主軸的正

反轉(zhuǎn)和制動(dòng)停止，由數(shù)控指令直接控制電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。利用車床的主軸交流異步電動(dòng)機(jī)、變頻器、數(shù)控

單元ENC組成了變頻調(diào)速系統(tǒng)。交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與頻率f，電動(dòng)機(jī)的級對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s之間的

關(guān)系為n=60f(1s)/p,由此可知，改變電源的頻率f，即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，且轉(zhuǎn)速n與頻率f成

正比?？紤]本設(shè)計(jì)機(jī)床的要求，采用交流變頻電動(dòng)機(jī)和有級變速箱配合的方案，即分段無級變速。主軸的正、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)停止由數(shù)控指令直接控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。其主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖4-1所示；如圖4-2所示是機(jī)床主軸要求的功率特點(diǎn)和轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)。這兩條特點(diǎn)曲線是以計(jì)算轉(zhuǎn)速n為分界，j從n至最高轉(zhuǎn)速n的地域Ⅰ為恒功率區(qū)，在該地域內(nèi)，隨意轉(zhuǎn)速下主軸都可輸出額定的功率，在該區(qū)jmax域內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩則隨主軸轉(zhuǎn)速下降而上升。從最低轉(zhuǎn)速nmin至nj的地域Ⅱ?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩區(qū)。在該地域內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速下降而上升，任何轉(zhuǎn)速下可能供應(yīng)的轉(zhuǎn)矩都不能夠高出計(jì)算轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩就是機(jī)床主軸的最大轉(zhuǎn)矩Mmax。在地域內(nèi)，主軸可能輸出的最大功率Pmax，則隨主軸轉(zhuǎn)速的下降而下降。平時(shí)，恒功率區(qū)約占整個(gè)主軸變速范圍的2/3—3/4；恒轉(zhuǎn)矩區(qū)約占1/4—1/3。如圖4-3所示是變速電動(dòng)機(jī)的功率特點(diǎn)。從額定轉(zhuǎn)速nd到最高轉(zhuǎn)速nmaxde地域Ⅰ為恒功率區(qū)；從最低轉(zhuǎn)速nmin至nd的地域Ⅱ?yàn)楹戕D(zhuǎn)矩區(qū)。直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速常為1000r/min—1500r/min。從nd至n用調(diào)治磁通的方法獲得，稱為調(diào)磁調(diào)速；從nmin至n用調(diào)治電驅(qū)電壓的方法獲得，稱為調(diào)壓調(diào)速。maxd交流調(diào)頻電動(dòng)機(jī)用調(diào)治電源頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。額定轉(zhuǎn)速常為1500r/min。這兩種電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍為2—4；恒轉(zhuǎn)矩變速范圍則可達(dá)100以上。

圖4-2主軸的功率轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)圖4-3變速電動(dòng)機(jī)的功率特點(diǎn)

所謂分段無級變速就是在交流或直流電機(jī)無級調(diào)速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。它能夠?qū)崿F(xiàn)中、高速段

的恒功率傳動(dòng)，低速段的恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。在該系統(tǒng)中，主軸的正、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)停止，經(jīng)過數(shù)控指令直接控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。主軸的變速則有電動(dòng)機(jī)的無級變速與齒輪的有機(jī)變速相當(dāng)合來實(shí)現(xiàn)。

二、主傳動(dòng)部分改造設(shè)計(jì)計(jì)算

主傳動(dòng)部分改造設(shè)計(jì)計(jì)算包括電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)于選擇,主傳動(dòng)系統(tǒng)分段無級變速傳動(dòng)方案的確定與

解析,數(shù)控機(jī)床分級變速箱的設(shè)計(jì),電磁離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算,機(jī)床調(diào)速電機(jī)控制電路圖的設(shè)計(jì).（一）、電動(dòng)機(jī)的選擇依照原機(jī)床參數(shù)及要求初選改造后車床主軸變速范圍R=100，n=3000r/min，n=30r/min；主傳nmaxmin動(dòng)機(jī)械總效率系數(shù)η=0.9，最大切削功率為10kw，最小切削功率為3kw。則電機(jī)初選功率應(yīng)為P>10vkw,D依照電機(jī)規(guī)格，可采用11kw也許15kw的電機(jī)。表格4。2電機(jī)選擇兩種方案比較交流主軸電機(jī)主軸與變速機(jī)構(gòu)型號(hào)P（kw）RNRnjRRnTRi∑DDPDsminDTnPFYP160M-41134508330101/182YP160L-41533351122、電機(jī)最小輸出功率

1）、計(jì)算主軸在最底轉(zhuǎn)速達(dá)到最小功率是電機(jī)應(yīng)輸出的功率

Pdsmin=Pnmin(4-2)2）、算電機(jī)合用的最底轉(zhuǎn)速nDsmin（r/min）由式nPdsminnd(4-3)=DsminPD計(jì)算結(jié)果:11kw的電機(jī)為：n=450r/min（n=1500r/min）Dsmind15kw的電機(jī)為：n=333r/min（n=1500r/min）Dsmind式中：n電機(jī)的基本轉(zhuǎn)速r/min；dPD電機(jī)額定功率kw。

由此，設(shè)計(jì)者采用功率為11kw、型號(hào)為YP160M2-4的交流調(diào)頻電機(jī)。

（二）、主傳動(dòng)系統(tǒng)分段無級變速傳動(dòng)方案的確定與解析

1、電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的計(jì)算電機(jī)的選擇

1）、電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TDd（N/m）為

9550PD119550(4-4)TDd==70N·Mnd15002）、電機(jī)最小轉(zhuǎn)矩Tdmin（N·M）T=9550Pd·M(4-5)dminndMax其中電機(jī)最大轉(zhuǎn)速ndmax=4500r/min

3）、電機(jī)合用恒轉(zhuǎn)矩區(qū)變速范圍

RDT=nd(4-6)ndmin4）、主軸恒轉(zhuǎn)矩區(qū)變速范圍(4-7)nTDT5）、電機(jī)恒功率區(qū)變速范圍nmax=3(4-8)RdP=nd

2、主軸參數(shù)計(jì)算

1）、主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速nj

nj=nmin(nmax)(4-9)nmin30(3000)30

=120r/min

2）、主軸恒功率變速范圍RnP

RnP=nmax=3000=25r/min(4-10)nj1203）、分級變速機(jī)構(gòu)的變速范圍RFRnp25(4-11)R==FRDP3其中：R主軸恒功率區(qū)變速范圍nPR電機(jī)恒功率區(qū)變速范圍DP4）、主傳動(dòng)系統(tǒng)總降速比i∑nj=120(4-12)i∑=nd1500

(三)、數(shù)控機(jī)床分級變速箱的設(shè)計(jì)

1、數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速自動(dòng)變換過程

在數(shù)控機(jī)床上,特別是在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)依照刀具與工藝要求進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速的自動(dòng)變速。在部件加工工程序中用

S兩位代碼指定主軸轉(zhuǎn)速的序號(hào)，

或用四位代碼指定主軸轉(zhuǎn)速的沒分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，

并

且用

M兩位代碼指定主軸的正、反向啟動(dòng)和停止。

采用直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的主運(yùn)動(dòng)無級變速系統(tǒng)中，主軸的正、反啟動(dòng)和停止制動(dòng)是直接控制電

動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，主軸轉(zhuǎn)速的變換則由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變換與齒輪有級變速機(jī)構(gòu)的變換相當(dāng)合來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)

床主運(yùn)動(dòng)變速系統(tǒng)中主軸的轉(zhuǎn)速n是如何由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、齒輪有級變速級數(shù)相當(dāng)合來實(shí)現(xiàn)的，為了獲

得主軸的某一轉(zhuǎn)速必定接通相應(yīng)的有級變速級數(shù)和電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓轉(zhuǎn)速nY或調(diào)磁轉(zhuǎn)速nC。理論上說電動(dòng)

機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠無級調(diào)速，但是，主軸轉(zhuǎn)速S代碼最多只有99種，即即是使用S四位代碼直接指定主軸

轉(zhuǎn)速，也只能按一轉(zhuǎn)遞加，而且分級越多指令信號(hào)的個(gè)數(shù)越多，更難于實(shí)現(xiàn)。所以，實(shí)質(zhì)上還是將主軸

轉(zhuǎn)速按等比數(shù)列分成若干級，依照主軸轉(zhuǎn)速的S代碼發(fā)出相應(yīng)的有級級數(shù)與電機(jī)的調(diào)速信號(hào)來實(shí)現(xiàn)主軸

的住動(dòng)變速。電機(jī)的調(diào)壓或調(diào)磁變速，由電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路依照轉(zhuǎn)速指令電壓信號(hào)來變換。齒輪有級變

速則才用夜壓或電磁離合器實(shí)現(xiàn)。

2、分級變速箱的設(shè)計(jì)

數(shù)控機(jī)床的分級變速箱由于位于調(diào)速電機(jī)與主軸之間,所以,設(shè)計(jì)時(shí)除依照一般有級變速箱設(shè)計(jì)原則

外,必定辦理好公比的選擇.在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床分級變速箱時(shí),公比的采用有以下三種情況:

a、取變速箱的公比Φ等于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍RdP,即Φ=RdP。

b、若是為了簡化變速箱的結(jié)構(gòu)，希望變速級數(shù)少一些，則不得不取較大的公比。

c、數(shù)控車床在切削階梯軸、成行螺旋面或端面時(shí)，有時(shí)需要進(jìn)行恒線速切削。

經(jīng)綜合解析比較選有第a種情況的公比。(1)、取變速箱的公比Φ等于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍RdP,即Φ=RdP.則機(jī)床主軸的恒功率變速范圍為RZ-1Z(4-13)=ΦR=ΦnPdP變速箱的變速級數(shù)Z=lgRnp=lg25(4-14)lglg3其中:R主軸恒功率區(qū)變速范圍R=25nPnPΦ變速箱的公比Φ=RdP=3

Z必定是整數(shù)，可取變速箱的變速級數(shù)Z=3。其轉(zhuǎn)速圖如圖4-4（a）所示。電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)2：3，

使變速箱的軸Ⅰ獲得3000r/min—1000r/min（恒功率）和1000r/min--270r/min（恒轉(zhuǎn)矩）的轉(zhuǎn)速。

若是經(jīng)Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ軸之間的兩對1：1的齒輪傳動(dòng)，主軸能獲得3000r/min--1000r/min恒功率轉(zhuǎn)速范

圍。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速n降到1000r/min時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到1500r/min（額定轉(zhuǎn)速）。若是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼

續(xù)下降，則將進(jìn)入恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，最大輸出功率也將隨之下降。表現(xiàn)在圖4-4（b）的功率特點(diǎn)圖上，主軸

轉(zhuǎn)速為3000r/min--1000r/min時(shí)，為ab段，是恒功率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，最大輸出功率將沿bc段虛線下降。

圖4-4傳動(dòng)系統(tǒng)及功率特點(diǎn)圖

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速降到1000r/min時(shí)，變速箱變速，經(jīng)（1/1）*（1/3）傳動(dòng)主軸。這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自

動(dòng)地回到最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)電動(dòng)機(jī)又從4500r/min降到1500r/min時(shí)，主軸從1000r/min降到333r/min，

還是為恒功率。在功率特點(diǎn)圖上為bd段。

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速降到333r/min時(shí)，變速箱變速，經(jīng)（1/3）*（1/3）=1/9轉(zhuǎn)動(dòng)主軸。電動(dòng)機(jī)又回到最

高轉(zhuǎn)速。主軸從333r/min降到111r/min，在特點(diǎn)圖上為df段。

主軸111r/min的轉(zhuǎn)速已低于原要求的計(jì)算轉(zhuǎn)速，以下進(jìn)入恒轉(zhuǎn)矩段?？侩妱?dòng)機(jī)連續(xù)降速獲得，

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到405r/min時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速降到405*（2/3）*（1/9）=30r/min，即為主軸的最低轉(zhuǎn)

速，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率為：

450P2=Pdd(4-15)1500即為額定功率Pd的27%。

在圖4-4（b）中，abdf應(yīng)為一條直線。為了清楚起見，把它畫成三段，并略錯(cuò)開。能夠看出，主

軸恒功率變速范圍af是由3段組成的，每段的變速范圍為電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍RdP=3。所以，變速箱的公比Φ=RdP。電動(dòng)機(jī)的功率依照主軸的需要選擇。主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為f點(diǎn)的轉(zhuǎn)速（111r/min）。表為主軸轉(zhuǎn)速與有級級數(shù)和電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)磁轉(zhuǎn)速的關(guān)系.主軸轉(zhuǎn)速與有級級數(shù)和電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)磁轉(zhuǎn)速的關(guān)系?-1有級級數(shù)Y?-1n/rminn/rmin30≦n<111Ⅰ[（2/3）?（20/60）?（20/60）]405--1500111≦n<333Ⅱ[（2/3）?（20/60）?（20/60）]1500--4500333≦n<1000Ⅲ[（2/3）?（40/40）?（20/60）]1500--45001000≦n≦3000Ⅳ[（2/3）?（40/40）?（40/40）]1500--4500圖4-4（c）為轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)。從a至f，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而上升。至f點(diǎn)為主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩M。maxf-g為轉(zhuǎn)矩區(qū)。a至f也是由三段拼成的。3、分段有級變速傳動(dòng)方案確定

、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)計(jì)算由前面計(jì)算得：

z=3，=3帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比i0=2/3取i1=1i2=1/3I3=1i4=1/3故取：z1=40z1'=40z2=20'=60z2z3=40z'=403z4=20z4'=60(2)、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算大小齒輪都采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260HB—290HB，大齒輪硬度為220HB—250HB，精度采用六級，模數(shù)m=2.5mm,齒寬b=30mm,螺旋角α=200所以：d1=mz1=2.5×40=100（mm）(4-16)

d1'=2.5×40=100（mm）

d2=2.5×20=50（mm）

d2'=2.5×60=150（mm）

d3=2.5×40=100（mm）

d3'=2.5×40=100（mm）

d4=2.5×20=50（mm）

'd4=2.5×60=150（mm）

還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲倦強(qiáng)度，波折疲倦強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過程略。

(四)、電磁離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算

有級變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓或電磁離合器兩種。

液壓變速機(jī)構(gòu)是經(jīng)過液壓缸、活塞桿帶動(dòng)拔叉推動(dòng)滑移齒輪搬動(dòng)來實(shí)現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個(gè)液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪必定使用兩個(gè)液壓缸實(shí)現(xiàn)三位移位。

電磁離合器是應(yīng)用電磁功能接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列

產(chǎn)品可供采用，所以它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機(jī)床的主轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，能簡

化變速機(jī)構(gòu)，操作方便，經(jīng)過若干個(gè)安裝在各轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的離合器的吸合和分其他不同樣組合來改變齒輪的

傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。

經(jīng)解析本設(shè)計(jì)采用電磁離合器來控制數(shù)控車床的有級自動(dòng)變速。圖4-5電磁離合器變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖

圖4-5是采用電磁離合器變速的傳動(dòng)系統(tǒng)圖，該傳動(dòng)系統(tǒng)由四對互相嚙合的齒輪組成二級齒輪變速。每對相嚙合的齒輪中有一個(gè)空套在傳動(dòng)軸上，并與電磁離合器的聯(lián)接件聯(lián)接，離合器與傳動(dòng)軸采用花鍵聯(lián)接，空套齒輪與傳動(dòng)軸之間只有在電磁離合器吸合時(shí)才能傳動(dòng)。所以，經(jīng)過各離合器的吸合和分其他不同樣組合能夠改變運(yùn)動(dòng)的傳

動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。對4-5所示系統(tǒng)，四個(gè)離合器有4種可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的組合，由于有兩組齒輪的齒數(shù)同樣，所以有4條不同樣的傳動(dòng)路線，可獲得3檔機(jī)械變速（表4.4）

電磁離合器動(dòng)作與傳動(dòng)比電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

(r?min-1)

1500——4500

1500——4500

1500——4500

405——1500

主軸轉(zhuǎn)速

(r?min-1)

1000≦n≦3000

333≦n<1000

111≦n<333

30≦n<111

傳動(dòng)比

i=（2：3）*（Z′1/Z1）*（Z′3/Z3）=2：3

i=（2：3）*（Z′1/Z1）*（Z′4/Z4）=1:3

i==（2：3）*（Z′2/Z2）*（Z′3/Z3）=1:3

（：）（′′i==Z2/Z2）*（Z4/Z4）=1:923*i==（2：3）*（Z′2/Z2）*（Z′4/Z4）=1:9

電磁離合器

M1M2M3M4

+-+-

+--+

-++-

-+-+

-+-+當(dāng)從CNC裝置中輸出一主軸轉(zhuǎn)速n主時(shí)，此主軸轉(zhuǎn)速n主經(jīng)過一比較器進(jìn)行比較：當(dāng)30r?min-1≦n主<111r?min-1時(shí)電磁離合器M2和M4吸合，M1和M3分別，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)比是2：27，交流電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=405r?min-1—1500r?min-1。-1≦n<333rmin-1時(shí)電磁離合器M和M吸合，M和M分別，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)比當(dāng)111rmin主??2413是2：27，交流電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行恒功率傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=1500r?-1—4500r?-1。minmin?-1≦n主?-1時(shí)電磁離合器1423當(dāng)333rmin<1000rminM和M吸合，M和M分別，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)比是2：9，交流電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行恒功率傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=1500r?min-1—4500r?min-1。當(dāng)1000r?min-1≦n主<3000r?min-1時(shí)電磁離合器M1和M3吸合，M2和M4分別，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)比是2：3，交流電動(dòng)機(jī)的進(jìn)行恒功率傳動(dòng)。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=1500r?min-1—4500r?min-1。改造后的機(jī)床為實(shí)現(xiàn)其螺紋加工還須配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸地址信號(hào)的反響元件。它與車床主軸同步運(yùn)轉(zhuǎn)，采集主軸運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)信息，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角地址變化信號(hào)，輸入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)，再由數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過軟件控制，以保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，螺紋車刀也同步在縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋，并保證螺紋加工中分幾次切削時(shí)不發(fā)生亂扣，即每次螺紋切削進(jìn)刀地址一致。主軸脈沖發(fā)生器一般采用增量式光電編碼器，其安裝平時(shí)有兩種方式：同軸安裝、異軸安裝。同軸安裝方式是直接與車床主軸的后端相聯(lián)系，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但弊端是安裝后不能夠加工穿出車床主軸孔的部件；異軸安裝方式是經(jīng)過橋齒輪或同步齒形帶傳動(dòng)，使主軸與光電編碼器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但防范了前述同軸安裝的弊端。本設(shè)計(jì)中是采用異軸安裝方式。主軸脈沖發(fā)生器輸光學(xué)元件，安裝時(shí)應(yīng)小心輕放，不能夠有較大的沖擊和振動(dòng)，以防損壞玻璃光柵盤，造成報(bào)廢。令應(yīng)注意主軸脈沖發(fā)生器的最高運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，車床主軸的轉(zhuǎn)速必定小于此轉(zhuǎn)速，省得損壞脈沖發(fā)生器。

三、機(jī)床調(diào)速電機(jī)控制電路圖的設(shè)計(jì)

在本課程設(shè)計(jì)中主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是有變頻器來實(shí)現(xiàn)的。

（一）、變頻器的簡單原理

在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好。調(diào)速范圍大，靜態(tài)堅(jiān)固性好，運(yùn)轉(zhuǎn)效

率高。采用通用變頻器對籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高而且經(jīng)濟(jì)效率顯然，所以

漸漸獲得推行。

1、變頻器的基本組成

變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接換成頻率，電壓均可控制的

交流，又稱直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流經(jīng)過整流器變成直流，爾后再把直流變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱間接式變頻器。在本課程設(shè)計(jì)中將采用交-直-交變頻器來控制主軸電動(dòng)機(jī)。

變頻器的基本組成如圖4-6所示，有主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成，解析以下:

圖4-6變頻器的基本結(jié)構(gòu)

（1）、整流器電網(wǎng)側(cè)的交流器I是整流器，它的作用是把三相（也能夠是單相）交流整流成直流。

2）、逆變器負(fù)載側(cè)的交流器II為逆變器。最常有的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)的通與斷，能夠獲得隨意頻率的三相交流輸出。

（3）、中間直流環(huán)節(jié)由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無任電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制

動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)等于1。所以，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。這種

無功功率的能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為

中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。

（4）、控制電路控制電路常由運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等組成。

其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒刹?/p>

用數(shù)字控制或模擬控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的

硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈便性，數(shù)字控制方式常能夠完成模擬控制方式難

以完成的功能。

（5）關(guān)于變頻器名稱的說明關(guān)于交-直-交變頻器，在不涉及能量傳達(dá)方向的改變時(shí)，我們常簡單的

稱變頻器I為整流器，變頻器II為逆變器，而把圖中I、II、III總起來稱為變頻器。

2、變頻器種類的選擇

這里將就交-直-交變頻器按不同樣角度進(jìn)行選擇以下分類

（1）、按直流電源的性質(zhì)分類

當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負(fù)載為交流電動(dòng)機(jī)時(shí)，在負(fù)載和直流電源之間將進(jìn)行無功功率的交換。用于緩沖

無功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件能夠是電容或電感，據(jù)此，變頻器可分為電壓型變頻器和直流型變

頻器兩大類。在本課程設(shè)計(jì)中將采用電壓型變頻器進(jìn)行控制。

2）、電壓調(diào)治方式的選擇

變頻調(diào)速時(shí)，需要同時(shí)調(diào)治變頻器的輸出電壓和頻率，以保證電磁主磁通的恒定。對輸出電壓的調(diào)治有兩種方式：

PAM

方式和

PWM

方式。在本課程設(shè)計(jì)中將采用

PWM

型方式進(jìn)行調(diào)速控制。

PWM

方式是脈沖寬度調(diào)制方式的簡稱。

最常有的主電路圖如圖

4-7a所示。變頻器中的整流器采用

不能控的二級管整流電路。

變頻器的輸出變頻和輸出電壓的調(diào)治均由逆變器按

PWM

方式完成。調(diào)壓過

程的表示圖如

4-7b所示。利用參照電壓

uR與載頻三角波

uc互相比較，來決定主開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間而實(shí)現(xiàn)

調(diào)壓。利用脈沖寬度的改變來獲得幅值不同樣的正弦基波電壓。

這種參照信號(hào)為正弦波，

輸出電壓平均值

近似為征象波

PWM

方式，稱為正弦

PWM

調(diào)制，簡稱為

SPWM

方式。

圖4-7PWM變頻器

本課程設(shè)計(jì)采用的變頻器為富士企業(yè)生產(chǎn)的FVR—G7S系列富士變頻器型號(hào)為FVR11G7S—7JS變

頻器。整個(gè)機(jī)床調(diào)速電機(jī)控制電路圖如附圖所示

第五章伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算

伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一般車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的主要部分，若是說CNC系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大

腦”，是宣布“命令”的指揮機(jī)構(gòu)，那么，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即是數(shù)控機(jī)床的“四肢”，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它忠實(shí)

而正確的執(zhí)行由CNC系統(tǒng)發(fā)來的運(yùn)動(dòng)命令。伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機(jī)床的精度、堅(jiān)固性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。

一、伺服系統(tǒng)的組成原理和要求

(一)、伺服系統(tǒng)的組成原理機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大多數(shù)組成。機(jī)床進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)平時(shí)由減速齒輪、滾珠絲杠、機(jī)床導(dǎo)軌和工作臺(tái)拖板等組成。關(guān)于伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，按其反饋信號(hào)的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式。關(guān)于開環(huán)伺服系統(tǒng)只能由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源和電動(dòng)機(jī)組成。閉環(huán)伺服系統(tǒng)則分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩種驅(qū)動(dòng)方式，而且是雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是地址環(huán)。速度環(huán)中用作速度反響的檢測裝置為測速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)治器、電流調(diào)治器以及功率驅(qū)動(dòng)放大器等部分組成。地址環(huán)是由CNC裝置中的地址控制模塊、速度控制單元、地址檢測及反響控制等部分組成。依照其地址檢測信號(hào)所取部位不同樣，它又分為半閉環(huán)和全閉環(huán)兩種。半閉環(huán)采用轉(zhuǎn)角地址檢測裝置，安裝于滾珠絲杠端部，或直接與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的后端相連（與伺服電動(dòng)機(jī)成一體）；關(guān)于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線地址檢測裝置，安裝于機(jī)床導(dǎo)軌與工作臺(tái)拖板之間。平時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)控制單元與電動(dòng)機(jī)由一個(gè)生產(chǎn)廠家配套供應(yīng)（甚至包括地址檢測裝置）。（二）、伺服系統(tǒng)的要求伺服系統(tǒng)是把數(shù)控信息轉(zhuǎn)變成機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為保證機(jī)床的加工質(zhì)量和效率，機(jī)床對其伺服系統(tǒng)有“穩(wěn)、準(zhǔn)、快、寬、足”五個(gè)要求，它反響了伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的五項(xiàng)性能指標(biāo),詳盡的內(nèi)容如下:穩(wěn)即堅(jiān)固性，也就是要求系統(tǒng)有較好的抗攪亂性，保證電源、環(huán)境、負(fù)載等所產(chǎn)生的顛簸對其影響甚小，有較硬的調(diào)速機(jī)械特點(diǎn)，過載能力強(qiáng)，堅(jiān)固性好，適應(yīng)性好，以保證工件加工的一致性。準(zhǔn)及正確性，為保證加工質(zhì)量，除要求系統(tǒng)堅(jiān)固外，還必定有較高的正確定位精度。數(shù)控機(jī)床是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令自動(dòng)完成整個(gè)加工過程，它不象一般機(jī)床那樣，中間能夠由操作者測量工件后再通過控制手輪來修正加工誤差。由于數(shù)控機(jī)床是按加工程序一次完成加工，所以進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度直接決定了工件的加工精度，這也是核查數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)至關(guān)重要的性能指標(biāo)。平時(shí)影響數(shù)控加工精度的主要因素有：數(shù)控系統(tǒng)精度（主要取決于插補(bǔ)運(yùn)算精度）；伺服系統(tǒng)精度；機(jī)床機(jī)械精度（如主軸、刀架、工作臺(tái)輾轉(zhuǎn)精度，刀具、工件裝夾精度等）。其中伺服系統(tǒng)精度起主要

作用。

快即快速響應(yīng)性。機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是一種高精度的地址隨動(dòng)系統(tǒng)，它不僅要求靜態(tài)誤

差小，也要求動(dòng)向響應(yīng)快，詳盡表現(xiàn)在起、停的起落速過程短，有較高的加速度，即要求系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)

間常數(shù)小，反響矯捷。

寬即有較寬的調(diào)速范圍。平時(shí)數(shù)控機(jī)床在實(shí)質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)中，對工作臺(tái)的進(jìn)給速度要求滿足兩項(xiàng)指標(biāo)：

輕載快速趨近定位速度（即編程指令G00的速度）、切削進(jìn)給速度（即編程指令G01、G02等后邊的F

值所要求的速度）。

足即有足夠的輸出扭矩或驅(qū)動(dòng)功率。特別是要滿足強(qiáng)力切削和高速切削的要求，而且還要求系統(tǒng)

有相應(yīng)的過載能力，以保證堅(jiān)固性。

對進(jìn)給伺服系統(tǒng)除了上述五項(xiàng)主要性能指標(biāo)外，也要求溫升低、噪聲小、效率高、體積小、價(jià)格低、

控制方便、線性度好（如輸出速度與輸入電壓成線性）、可靠性高，維涵保養(yǎng)方便，對溫度、濕度等環(huán)

境要求寬等等。

二伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)計(jì)算

數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制方式有多種，如：開環(huán)控制閉環(huán)控制以及半閉環(huán)控制。

正如整體設(shè)計(jì)方案論證中所說，本設(shè)計(jì)任務(wù)的精度要求不高，結(jié)合經(jīng)濟(jì)型改造的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者采用

以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制方式來設(shè)計(jì)其伺服進(jìn)給系統(tǒng)。下面對開換系統(tǒng)的控制形式及特點(diǎn)加以簡要解析。

1、工作原理及控制特點(diǎn)

開環(huán)控制系統(tǒng)利用脈沖馬達(dá)的伺服性能，即對應(yīng)必然的脈沖，必然有必然的轉(zhuǎn)角，從而經(jīng)過絲杠螺

母機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)搬動(dòng)必然的距離。

2、定位精度

誠然開環(huán)控制系統(tǒng)很難保證較高的地址控制精度，關(guān)于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的剛度、摩擦、

慣量、縫隙等的要求較高，一般在0.01～0.02mm之間；但關(guān)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床來說，定位精度要

求其實(shí)不高。

3、堅(jiān)固性

結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，工作可靠，堅(jiān)固性好。

<一>縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造一般是將絲杠、光杠及安裝座拆去，配上滾珠絲杠及相應(yīng)的安裝裝置，縱向

驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速箱安裝在車床的車尾。書控車床經(jīng)過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)刀架左右搬動(dòng)。

縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、減速比的確定及減速箱的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。

2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）已知條件：

1）、縱向脈沖當(dāng)量δp=0.001mm/脈沖；

2）、縱向最高進(jìn)給速度Vfymax=2m/min；

3）、C618車床工作臺(tái)質(zhì)量w=100kg=1000N（依照圖形尺寸大概計(jì)算）。

4）、時(shí)間常數(shù)T=25ms

2）、縱向進(jìn)給切削力Fz的確定依照《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》查出，

Pdf=3～5%（5—1）Pa

式中：Pdf進(jìn)給系統(tǒng)所需電機(jī)功率

Pa主傳動(dòng)電機(jī)功率

由前面的設(shè)計(jì)計(jì)算可知：

Pa=11kw

取比率系數(shù)為4%則

P=P（5—2）dfa依照《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》查出，F(xiàn)6120fPdf（5—3）y=Vf式中：ηf進(jìn)給系統(tǒng)效率，其范圍為0.15～0.20，取ηfVf進(jìn)給速度（m/min），查《合用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知：V=（1/2～1/3）·V（5—4）ffymax取Vf=（1/2）V=1m/minfymax則FZ=4712.4(N)

當(dāng)FZ=4712.4N時(shí)，切削深度ap=2mm，走刀量f=0.3mm.

以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依照，從《合用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中可知，在一般圓切削時(shí)：

Fx=（0.1～0.6）Fz（5—5）Fy=（0.15～0.7）Fz（5—6）FxFz（N）

FyFz=0.6×4712.4=2827.44（N）

（3）、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算

滾珠絲杠在工作中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力；對滾道型面上某一點(diǎn)，是

交變接觸應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過必然的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后滾珠和滾道型面產(chǎn)生疲倦傷害，

從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠損壞的主要形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的時(shí)候，須保證能

夠它在必然的軸向負(fù)載的作用下，在輾轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)后，滾道上誠然受滾珠壓力，但不應(yīng)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生，

此時(shí)所能承受的軸向負(fù)載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載Q。

滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)概括為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。

1）、額定動(dòng)載荷與計(jì)算動(dòng)載荷C

從《合用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中查得：

CfhfdfHFd（5—7）fn式中:fh壽命系數(shù)fd載荷性質(zhì)系數(shù)fH動(dòng)載荷硬度系數(shù)fn轉(zhuǎn)速系數(shù)Fd最大工作負(fù)載(N)依照《合用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知：

選工作壽命:Lh=15000h,則

fh=(Lh)1/3（5—8）500

選載荷性質(zhì)系數(shù):fd=1.35;

選動(dòng)載荷硬度系數(shù):fH=1.0;轉(zhuǎn)速系數(shù):fn=( )

1/3;（5—9）

V=1000mm/min

依照上述選擇的情況下,計(jì)算結(jié)果如表5.1所示;

動(dòng)載荷計(jì)算

絲杠導(dǎo)程L0/mm121086n=V/L0(r/min)8303100125fnc/n26883285903081333926綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力:

FkFXf'(FZW)（5—10）式中:K=1.15;f’=0.15—0.18,取0.16.得;F1000)(N)壽命值;Li60niti60201500018（5—11）106106最大負(fù)載;Q3LifwfHF（5—12）=3181=11395.8(N)查參照文件《合用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可采用NL4510型號(hào)的滾珠絲杠副,名義直徑為45mm,絲杠導(dǎo)程為

10mm,螺旋角4o3',滾珠例數(shù)為3系列,其額定動(dòng)載荷為33300N,所以其強(qiáng)度夠用。

2）、支承方式

采用“單推—單推”的支承方式。

3）、效率計(jì)算；

tg（5—13）tg()式中：螺紋的螺旋升角4o3'摩擦角tg；所以，=13'45''則：tg4o3'97%（5—14）tg(4o3'13'45'')經(jīng)驗(yàn)表示：在數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，有一般絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑同樣，支承方式同樣或

有改進(jìn)，其絲杠的強(qiáng)度，剛度和堅(jiān)固性計(jì)算能夠不計(jì)算，由于采用類比法，改進(jìn)后必然合格。

4）、齒輪設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)比i:

L0105（5—15）i360360p式中；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為0，計(jì)算出i〈5，所以能夠選一級傳動(dòng)。大小齒輪都采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260HB—290HB，大齒輪硬度為220HB—250HB，精度采用六級，模數(shù)m=2mm,齒寬b=20mm,螺旋角α=200，齒數(shù)Z1=18，齒數(shù)Z2=75，則：

d1mz121836（—16）5d2mz2275150a1(d1d2)93（5—17）2還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲倦強(qiáng)度，波折疲倦強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過程略。

3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定

（1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇；

360pi0（5—18）L010（2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算

慣量對運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)有很大影響，對加速能力，加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)向的快速反響有直接關(guān)系，所以核算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。

縱向伺服系統(tǒng)改進(jìn)后等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的簡圖以下:

圖5-1改造后的縱向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡圖等效步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，采用下式；

J1JsJz2Jz1J1（5—19）i式中：J1工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz1齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jz2齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1802J1=PW（5—20）1802=×100=0.146（kgf·cm2）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Js=7.8×104D4L1（5—21）×104×4×140=45.741（kgfcm2）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jz1=7.8×104×4×2=0.262（kgfcm2）Jz2=7.8×104×154×2=78.975（kgfcm2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，所以總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1JsJz2Jz1J1i12==7.58（kgfcm2(Ncm2)（3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：

折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。

1）、快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩：

M=M+M+M（5—22）amaxf02）、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：

M=Mat+Mf+M0+Mt（5—23））、快速進(jìn)給所需力矩

M=Mf+M0（5—24）式中：Mamax--空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；Mf--折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；M--由絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；0Mat--切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；

Mt--切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。

Ma=Jn104（N·m）

當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma；nVmaxi2000max==834r/minL010M8344=10amax=2.764（N·m）=276.4（N·cm）

當(dāng)n=nt時(shí)，Mat=Ma；

n主fintL0

10

=12.51（r/min）

Mat=104（N·m）=3.95（N·cm）

Mff'wL02i時(shí)；Mf10012=7.64（N·CM）當(dāng)0=0.9時(shí)：M0=FxL01026i=1126=0.854（kgf·cm）=8.54（N·cm）

FxL0Mt=2i

5—25）

5—26）

5—27）

5—28）

5—29）

5—30）=

1

=13.5（kgf·cm）=135（N·cm）

從而求得，快速空載啟動(dòng)所需力矩

M=Mamax+Mf+M0

（N·CM）切削時(shí)所需力矩M=Mat+M+M+Mf0t=3.95+7.64+8.54+135

=155（N·cm）

快速進(jìn)給時(shí)所需力矩

M=Mf+M0（N·CM）由以上解析計(jì)算可知，所需最大力矩M發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，即：max（N·CM）4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩T為。jmT0Tmax（5—31）Tjm

（N·CM）

5）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算；fmaxVmax2000（5—32）60（HZ）p電動(dòng)機(jī)采用三相六拍的工作方式，經(jīng)綜合考慮，采用110BF003型的直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。<一>橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡單，一般是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，

使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)安裝在大拖板上，用發(fā)蘭盤將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來，以保證

其同軸度，提高傳動(dòng)精度。

橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇、減速比的確定及減速箱的設(shè)計(jì)、

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇等。

2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）、已知條件：

1）、縱向脈沖當(dāng)量δy=0.0005mm/脈沖；

2）、縱向最高進(jìn)給速度Vfymax=1m/min；

3）、C618車床工作臺(tái)質(zhì)量w=40kg=4000N（依照圖形尺寸大概計(jì)算）。

4）、時(shí)間常數(shù)T=25ms

2）、橫向進(jìn)給切削力Fx的確定依照《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知；

橫向進(jìn)給量為縱向的1/2--1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。

Fz=0.5×4712.4=2356.2（N）

FxFz=0.6×2356.2=1178.1（N）

（3）、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算

滾珠絲杠在工作中承受軸向負(fù)載，使得滾珠和滾道型面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力；對滾道型面上某一點(diǎn)，是

交變接觸應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過必然的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后滾珠和滾道型面產(chǎn)生疲倦傷害，

從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠損壞的主要形式。在設(shè)計(jì)滾珠絲杠副的時(shí)候，須保證能

夠它在必然的軸向負(fù)載的作用下，在輾轉(zhuǎn)106轉(zhuǎn)后，滾道上誠然受滾珠壓力，但不應(yīng)有點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生，

此時(shí)所能承受的軸向負(fù)載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)負(fù)載Q。

滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)概括為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。

1）、強(qiáng)度計(jì)算；

FkFXf'(FZW)式中:K=1.4;f’=0.2,得;F400)(N)壽命值;Li60niti601515000106106最大負(fù)載;Q3LifwfHF

3=6287.5(N)

查參照文件《合用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》

可采用

WD2004型號(hào)的滾珠絲杠副

,名義直徑為

20mm,絲杠導(dǎo)程為

4mm,

螺旋角

3o39',滾珠例數(shù)為

3系列,其額定動(dòng)載荷為

7600N,所以其強(qiáng)度夠用。

2）、支承方式

采用“單推—單推”的支承方式。

3）、效率計(jì)算；

tg

tg( )

式中：螺紋的螺旋升角3o39'

摩擦角=10'則：

tg3o39'tg(3o39'10')

經(jīng)驗(yàn)表示：在數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中，有一般絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑同樣，支承方式同樣或

有改進(jìn)，其絲杠的強(qiáng)度，剛度和堅(jiān)固性計(jì)算能夠不計(jì)算，由于采用類比法，改進(jìn)后必然合格。

4）、齒輪設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)比i:

L045i360360p式中；0，計(jì)算出i〈5，所以能夠選一級傳動(dòng)。大小齒輪都采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260HB—290HB，大齒輪硬度為220HB—250HB，精度采用六級，模數(shù)m=2mm,齒寬b=20mm,螺旋角α=200，齒數(shù)Z1=20，齒數(shù)Z2=66，則：d1mz122040d2mz22661321a(d1d2)86

還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲倦強(qiáng)度，波折疲倦強(qiáng)度。經(jīng)校核均合格，其校核過程略。

3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定

（1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇；

360pi0L04（2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算

慣量對運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)有很大影響，對加速能力，加速時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩及動(dòng)向的快速反響有直接關(guān)系，所以核算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很有必要。

改造后的橫向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡圖以下:

圖5-2改造后的縱向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡圖等效步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算，采用下式；

1J

Js

J

z2

Jz1

J1

i式中：

J1

工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

Js

滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

Jz1

齒輪

1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

Jz2

齒輪

2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量180J1=

2

40

=1.46（kgf·mm2）=0.0146（kgfcm2）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Js=7.8×104×24×50=0.624（kgfcm2）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Jz1=7.8×104×44×2=0.4（kgfcm2）

Jz2=7.8×104×4×2=47.36（kgfcm2）

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略，所以總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：

2J=1=4.82（kgfcm2(Ncm2)3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：

折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸的力矩可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算。

1）、快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩：

M=Mamax+Mf+M0

2）、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：

M=Mat+Mf+M0+Mt

）、快速進(jìn)給所需力矩Ma=Jn104N·M

當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma；nVmaxi1000max=L04Mamax=104=1.67（N·m）=167（N·cm）

當(dāng)n=nt時(shí)，Mat=Ma；

ntn主fi1000VfiL0=DL01000100=604（r/min）M=104at（N·m）=3.48（N·cm）Mff'wL02i時(shí)；Mf40042=0.193（kgfcm）=1.93（N·cm）當(dāng)0=0.9時(shí)：M0=FxL01026i=126=0.18（kgf·cm）=1.8（N·cm）

FxL0Mt=2i

=

=2.84（kgf·cm）=28.4（N·cm）

從而求得，快速空載啟動(dòng)所需力矩

M=Mamax+Mf+M0

（kgf·cm）

切削時(shí)所需力矩

M=Mat+M+M+Mf0t

（kgf·cm）

快速進(jìn)給時(shí)所需力矩

M=Mf+M0（kgf·cm）

由以上解析計(jì)算可知，所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，即：

（kgf·cm）=170.73(N·cm)

4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjm為。

Tjm

T0Tmax

=490(N·cm)

5）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算；fmaxVmax1000（H）60pZ電動(dòng)機(jī)采用三相六拍的工作方式，經(jīng)綜合考慮，采用110BF003型的直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。

第六章自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)

在整體方案論證中提到自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架是數(shù)控機(jī)床不能或缺的一部分。

一、數(shù)控車床刀架的基本要求

數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在必然程度上，刀架的結(jié)構(gòu)

和性能表現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，所以有以下要求：

①轉(zhuǎn)位正確可靠，工作平穩(wěn)安全；

②按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時(shí)間短；

③重復(fù)定位精度高；

④防水、防屑，密封性能優(yōu)異；

⑤夾緊剛性高，適合重任荷切削。

二、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇在本設(shè)計(jì)中，因設(shè)計(jì)時(shí)間等因素，設(shè)計(jì)者七絕頂引進(jìn)常州武進(jìn)數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I自動(dòng)刀架，而不對其做詳盡設(shè)計(jì)。該型自動(dòng)刀架擁有重復(fù)定位精度高、工作剛性好、使用壽命長、工藝性好等特點(diǎn)。下面對該刀架相關(guān)內(nèi)容做一簡要解析說明：<一>LD4--I型自動(dòng)刀架的技術(shù)參數(shù)

型四工位

型自動(dòng)刀架的技術(shù)參數(shù)

型號(hào)

刀位數(shù)

電機(jī)功率

電機(jī)轉(zhuǎn)速

夾緊力

上、下刀體尺寸

C618

4

120w

1400r/mm

162×162192

×192

<二>LD4--I型自動(dòng)刀架的技術(shù)指標(biāo)

型自動(dòng)刀架的技術(shù)指標(biāo)

重復(fù)定

工作可

換刀時(shí)間

（s）

位精度

靠性

90

180

270

>30000

次

<三>工作原理在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上多數(shù)使用的是四方或六方轉(zhuǎn)位刀架，

按其工作原理可分為：

螺旋轉(zhuǎn)位刀架，十

字槽轉(zhuǎn)位刀架，凸臺(tái)棘爪式轉(zhuǎn)位刀架，電磁式轉(zhuǎn)位刀架，以及夜壓式轉(zhuǎn)位刀架。

本設(shè)計(jì)中采用的LD4-I型四工位轉(zhuǎn)位刀架是一種螺旋轉(zhuǎn)位刀架，其工作原理大體以下：

微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)，刀架控制箱繼電器動(dòng)作；電機(jī)正轉(zhuǎn)，經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)和起落機(jī)構(gòu)將上刀體上升至

必然地址時(shí)，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選刀位，發(fā)訊盤發(fā)出刀位信號(hào)，刀架控制箱繼電器

使電機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠初定位；上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精定位，并經(jīng)過蝸輪蝸桿，鎖緊螺母使刀架

固緊。當(dāng)夾緊力達(dá)到起初條好的狀態(tài)時(shí)，過流繼電器動(dòng)作，切斷電源，電機(jī)停轉(zhuǎn)并向微機(jī)發(fā)出信號(hào)，開

始執(zhí)行下道工序。

電機(jī)加速機(jī)構(gòu)起落機(jī)構(gòu)上刀體上升轉(zhuǎn)位

信號(hào)吻合粗定位機(jī)構(gòu)上刀體下降精定位

刀架鎖緊電機(jī)停變換刀答信加工序次執(zhí)行

四工位轉(zhuǎn)位刀架的工作原理圖

<四>自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的安裝

該刀架安裝時(shí)，需先拆掉原機(jī)床上的小拖板和原刀架，爾后把電動(dòng)刀架置于中拖板上。此時(shí)，刀架

高度應(yīng)使車刀前刀面基本經(jīng)過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調(diào)整其高度。爾后，卸掉刀

0架電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇罩殼，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使上刀體相當(dāng)于下刀體轉(zhuǎn)動(dòng)45左右。打裝螺孔，再用內(nèi)

六角螺栓將刀架與中拖板固定，固準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意，將刀架的兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進(jìn)給方向平行。

電動(dòng)刀架與系統(tǒng)的連線應(yīng)以下安裝：沿橫向工作臺(tái)右側(cè)面先走線到車床后邊，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出

一鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于:防范走線紛亂無章，而使得加工時(shí)切屑、切削液以及其他雜物磕碰電動(dòng)刀架連線。

第七章編碼盤的安裝設(shè)計(jì)

我們知道在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時(shí)，須培育主軸脈沖發(fā)生器（即編碼盤）作為車床主

軸地址信號(hào)的反響元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角地址變化信號(hào)，輸送到計(jì)算機(jī)。

一、編碼盤的工作原理

編碼盤是一種按必然的編碼形式如二進(jìn)制編碼，二-十進(jìn)制編碼等，將一個(gè)圓盤分成若干等份，并

利用電子、光電或電磁器件，把代表被測位移的個(gè)等份上的數(shù)碼變換成便于應(yīng)用的二進(jìn)制或其他表達(dá)方

式的測量裝置。

二、步進(jìn)電機(jī)頻率對編碼盤的限制

在世用主軸脈沖發(fā)生器時(shí)，碰到步進(jìn)電機(jī)頻率的限制。如采用1000HZ的工作頻率，加工3mm螺距的螺紋時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)頻率為300HZ，而主軸脈沖發(fā)生器頻率為1000×60HZ=60000HZ，所以車床主軸轉(zhuǎn)速n=1000×60/300=200r/min，即車床主軸轉(zhuǎn)速不得高出200r/min轉(zhuǎn)；如將主軸脈沖發(fā)生器的頻率提高到2000HZ，轉(zhuǎn)速也僅達(dá)到400r/min。因此可知，當(dāng)螺距越大時(shí)，贊同的車床主軸轉(zhuǎn)速也就越低。

三、編碼盤的安裝

編碼盤的安裝一般有良種方式，即同軸安裝和異軸安裝。

同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接方便。但是安裝后不能夠加工穿出主軸孔的較長工件。而異軸安裝無此弊端?？紤]到這一點(diǎn)設(shè)計(jì)者為使說改造設(shè)計(jì)的車床擁有較強(qiáng)的通用性，選擇采用異軸安裝方式來安裝編碼

盤。

編碼盤經(jīng)過傳動(dòng)比為1：1的同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來。工作時(shí)，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)控

裝置控制進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)正確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，螺紋車刀搬動(dòng)一個(gè)

螺紋導(dǎo)程，同時(shí)還保證每次走刀都在工作的同一點(diǎn)切入，而不亂扣。

第八章

數(shù)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)重要方面。實(shí)質(zhì)設(shè)