CA6140數(shù)控改裝設計

XX學院畢業(yè)設計(論文).1.2、公比Φ確定由于設計的車床是普通型，從使用性能方面考慮公比Φ最好選小些，以便減少相對轉速損失，但公比Φ太小，級數(shù)就多，將使機床的結構復雜，對于一般生產(chǎn)要求較高的普通車床，減少相對轉速損失是主要的，根據(jù)以上原因及資料[1]選定公比Φ=1.262.1.3、結構式的擬定已知設計的車床類型為普通型，主軸的轉速級數(shù)確定為12級，選定公比Φ=1.26擬定該車床的結構式有以下幾種：a.12=31×23×26b.12=31×26×23c.12=32×21×26d.12=34×21×22e.12=32×26×21f.12=34×22×21為了減少主傳動件結構尺寸，根據(jù)三個基本原則：傳動副數(shù)“前多后少”原則；傳動線“前密后疏”的原則；降速“前慢后快”的原則；同時也考慮安全可靠，需在第一軸上裝一個安全離合器。因此確定結構式為：2=21×22×342.1.4、驗算傳動組的變速范圍檢查傳動組的變速范圍，我們只需檢查最后一個擴大組。因為其他傳動組的變速范圍都比它小，根據(jù)公式8-2[1]求得Rmax=ΦXn(p2-1)=6.35<8結果在允許范圍之內。2.1.5、確定傳動的各級轉速此車床采用公比Φ=1.26，主軸最高轉速1400轉/分鐘，查表7—1[1]，求出主軸上各級轉速為（r/min）n1=31.5n2=45n3=63n4=90n5=125n6=180n7=250n8=355n9=500n10=710n11=1000n12=14002.1.6、確定轉速圖1-1所示圖1-1轉速圖2.1.7、計算各軸轉速根據(jù)普通機床的主計算公式8—2[1]，主軸轉速為主軸從最低轉速算起第一個1/3轉速范圍內的最高一級轉速。從轉速圖中可知：n4j=900r/min從而確定n3j=125r/minn2j=355r/minn1j=710r/min2.1.8、齒輪齒數(shù)的確定根據(jù)傳動副之間的傳動比以及齒輪的基本要求，由表8—1[1]查出各齒輪為：Z1=26Z2=26Z3=30Z4=22Z5=24Z6=28Z7=22Z8=30Z9=40Z10=64Z11=64Z12=40Z13=21Z14=87第2.2節(jié)主傳動改造設計CA6140型臥式車床的主傳動鏈可使主軸獲得24級正轉10～1400r/min和12級反轉14－1580r/min，其運動路線是：運動由主電機（7.5KW，1450r/min）經(jīng)由三角皮帶傳動到主軸箱的Ⅰ軸，軸上，裝有雙向磨擦片式離合器M，用于主軸起動和控制正反轉，離合器M向左接合時主軸正轉，向右接合時，主軸反轉左右不接合時，主軸正轉，向右接合時，主軸反轉，左右不接合時，主軸停止，軸Ⅰ的運動到離合器m和軸Ⅰ-Ⅲ可變速齒輪傳至軸Ⅲ然后分兩路傳給主軸Ⅵ，即兩軸Ⅲ上的直齒齒輪副63×3和50×3接合時，直接傳給主軸Ⅵ，另當Ⅳ軸上80×2.5或50×2.5與齒輪與Ⅲ軸上20×2.5或50×2.5齒輪嚙合時，Ⅲ軸經(jīng)Ⅳ和Ⅴ軸的擴大螺距機構傳到給主軸Ⅵ此傳動路表達式如下:—Ⅵ主軸此傳動路線可獲得24級高速和12級低速，此傳動路線太長，傳動機構較多，傳動效率也隨著降低，而此次設計的基本要求為:簡化機械傳動結構，縮短傳動鏈，提高傳動精度縮短傳動鏈，以及參與有關機床改造的資料采用12級或16級傳動方案為佳.改造方案(1)12=2×2×3，公比4:1.26(2)16級16==2×2×2×24：1.26因為改造方案有如下優(yōu)點，結構簡單②傳動方案成本低，經(jīng)濟效益好，不需要更換電動機.③改造容易，可以將Ⅳ軸兩對齒輪副80×2.5，20×2.5拆除。Ⅲ軸和Ⅵ軸采用定比Ⅱ對直齒和一對斜齒輪副的傳動，其工作量小，改造容易。第2.3節(jié)皮帶輪的設計2.3.1、確定根據(jù)CA6140普通車床已有的電機，下面求出有關V帶的基本的基本參數(shù):1.表8-7[2]查得KA=1.1，故PCA=KA×P=1.1×7.5=8.25千瓦2.選擇普通V帶型號根據(jù)PCA=8.25r/min，nij=1400r/min由圖8-7[2]確定帶型為C型。3.確定兩帶輪直徑分別為D=114mmD=220mm4.驗算帶速VV=πDn/60×1000=3.14×220×1400/60×1000=16.12m/s5.V帶根數(shù)的確定由公式8-22[2]可得：Z=PCA/（Po+AP0）KAKL由表8-9[2]查得KA=0.96，查表8-10[2]得KL=0.88則Z=7.5/(2.96+0.79)×0.96×0.88=2.37故圓整取Z=32.3.2、V帶輪結構設計根據(jù)前面已知的帶的根數(shù)，可知帶輪槽數(shù)為3，還有基準直徑220毫米，根據(jù)公式15-2[2] P=7.5η=7.5×0.98=7.35kw n=1440×114/220=746.18r/minA0=110查表15-3[2]即求得：d=23.58mm，取整d=24mm根據(jù)結構尺寸要求，若帶輪基本直徑D≤（2.5—3）d（d為軸的直徑）時，則采用實心式；若D≤300mm，采用腹板式（當D1-d1）≥100mm時，采用孔板式）；若D>300mm時采用輪副式。這里D=220mm，d=24mm，可采用孔板式帶輪結構，其各部分尺寸由表8-12及公式[2]分別求得如下：bp=19mmhf=16mmha=5mme=25mmf=17mmδ=10mmB=(Z-1)e+2f=(3-1)×25+2×17=84mmDw=D+2ha=220+2×5=230mmd1=(1.8-2)d=(1.8-2)×24=44mmD1=D-2(hf+δ)=220-2(16+10)=168mmD0=0.5(D1+d1)=84+22=102mmd0=(0.2-0.3)(D-d1)=(30-22)=26mmL=(1.5-2)d=36-48=42mmC=(1/7-1/4)B=12-21=16mmV帶帶輪結構如圖2-1所示：圖2-1V帶帶輪結構圖第2.4節(jié)齒輪的設計2.4.1、確定齒輪類型、材料、精度為了保證加工工件的精度，減少機床振動，在主軸上的齒輪應選斜齒輪，以減少軸向力，徑向力等因素的影響，其余的齒輪都選用直齒圓柱齒輪?？紤]到車床的功率較大，故各對齒輪都選用硬質齒面，由表10—1[2]選用齒輪的材料均為40cr，調質及表面淬火。故初選7級精度。初選小齒輪齒數(shù)為Z=21，Z=87，螺旋角β=14°1．按齒面接觸強度設計按式10—2[2]，先確定公式內的各計算值：（1）試選Kt=1.6（2）由圖10—30[2]選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433（3）由圖10-—26[2]查得εa1=0.87，εa2=0.87則εa=εa1+εa2=1.65（4）計算大齒輪傳遞的轉矩P3=7.5×0.96×0.992=7.057N3j=125r/min故T1=9550000×7.057/125=5.39N·mm（5）許用接觸應力[δ]H=([δ]+[δ])/2=1041.5Mp，其他有關參數(shù)是參照例題（10—1[2]）。①試算小齒輪分度圓直徑，由公式（10—2[2]）求得：d1t≥69.5997≈70mm②計算圓周速度V=πd1tn1/60×1000=0.3297m/s符合要求。③計算齒寬b及模數(shù)mntb=φdd1t=0.9×70=63mmmnt=d1tcosβ/Z=70×cos14°/21=3.23mmh=2.25mnt=7.275mmb/h=8.65④計算縱向重合度εβ=0.31φd8Z1tgβ14°=1.713⑤計算載荷系數(shù)K已知使有系數(shù)KA=1，根據(jù)V=0.3505m/s，7級精度，由圖10—8[2]查得動載系數(shù)Kv=1.11；由表10—4[2]查得KHB=1.14，由圖10—13[2]查得KFB=1.37，由表10—3[2]查得KHA＝ＫＦＡ＝1.2，故載荷系數(shù)為：K=KAKVKHAKHB=1.88⑥按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式10—10a[2]得：d1=78.53mm⑦計算模數(shù)mn=d1cosβ/Z=74.42×cos14°/21=3.43mm故取mn=3mm幾何尺寸計算⑴計算中心距a=(Z1+Z2)mnt/2cosβ=167.01mm圓整后為167mm⑵計算大小齒輪的分度圓直徑d1=Z1mn/cosβ=64.95mmd2=Z2mn/cosβ=269.07mm⑶計算齒寬b=φdd1=0.9×64.95=58.455mm圓整后取B2=58mm B1=64mm⑷其他結構尺寸根據(jù)圖10-39[2]求得：符號數(shù)值(mm)符號數(shù)值(mm)ha3D3144hf3.75D1191.5da275.07D228df261.57r5Do239C14齒輪結構圖根據(jù)齒輪結構尺寸要求，當齒頂直徑160≤da≤500mm時，做成腹板式，如齒輪零件圖所示。第2.5節(jié)軸的 結構設計此次改造技術采用的結構與原來的CA6140結構大部分相同。I軸上有三個傳動副及摩擦離合器與CA6140相同；II軸上有三個固定齒輪和一個二聯(lián)滑移齒輪與CA6140相同；III軸上左端采用的是二聯(lián)滑移齒輪，右端采用的是三聯(lián)滑移齒輪與CA6140的左端是三聯(lián)滑移齒輪，右端是三個固定齒輪基本相似。故改造時只需把右端軸的結構改為花鍵軸即可。從前三軸來看，結構，尺寸，基本相同，故前三軸不作大改動，基本結構及軸承保持不變。這樣為改造成本減少許多，提高了改造方案的經(jīng)濟性，軸IV是將CA6140的固定齒輪58和內齒式離合器50去掉，將部分改造設計成三對固定齒輪87，64，40，將操作桿拆除掉，安裝上主軸控制旋轉開關，并在主軸的后端安裝脈沖發(fā)生器，它們之間用彈性聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接安裝，保持與主軸同步。在加工螺紋時，使主軸轉速與縱向滾珠絲桿的轉速保持一定的數(shù)量關系，從而能按數(shù)控加工指令加工出指定的螺紋，主軸上的其它部分均保留不變，不作改造設計。根據(jù)CA6140的主軸結構及尺寸，將主軸改造為如主軸零件圖所示。第2.6節(jié)軸承的改造設計CA6140機床原來的主軸支承為前后支承，經(jīng)改造后改為前中后支承，以前中支承為主支承，后支承為輔助支承，考慮到經(jīng)濟性，其前后支承不進行改造，只將中間支承的軸承E32216拆除，在其位置上用加強筋加以支承，更換軸承D3182120，同時I，II，III，IV軸上各個支承均保留不變其原來的位置及型號。將IV，VII的各個支承軸承拆除。第2.7節(jié)主軸脈沖發(fā)生器主軸脈沖發(fā)生器也叫光電編碼器。其作用是當數(shù)控機床加工螺紋時，用主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它應與車床主軸同步轉動，并發(fā)出主軸角位置變化信號，輸送給計算機。計算機按所需加工的螺距進行處理，控制機床縱向或橫向步進電動機運轉，實現(xiàn)加工螺紋的目的。其加工螺距為：6，5，3.5，3，2.5，2，1.75，1.5，1.25，1，0.75，0.6，0.5，0.4，0.3，0.25共18種。主軸脈沖發(fā)生器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二是采用異軸安裝。同軸安裝的結構簡單，聯(lián)接方便。但缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，而異軸安裝則沒有這個缺陷，所以目前經(jīng)濟數(shù)控系統(tǒng)改造臥式車床，多采用同軸方式。主軸脈沖發(fā)生器從傳動聯(lián)接方面分為剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接。所謂剛性聯(lián)接就是常用的軸套方式聯(lián)接，這種聯(lián)接對聯(lián)接件的制造精度和安裝精度要求較高。因為同軸度的差，會引起主軸脈沖發(fā)生器的偏扭，造成信號不準，甚至損壞內部光柵盤。另一種聯(lián)接方式為柔性聯(lián)接，即車床主軸與主軸脈沖發(fā)生器之間用彈性元件聯(lián)接，常用的元件為波紋管和橡膠管。這是較為適用的授聯(lián)接方式。須引起注意的是，主軸脈沖發(fā)生器屬精密光學元件，安裝時應格外小心，以免損壞光柵盤。另外，在使用中還應注意最高轉速，使用時車床主軸不能超過此轉速。最好能做到使用時可將其裝上，不使用時將其脫開，以延長其使用壽命。第2.8節(jié)主軸電動機的選擇電動機是機床的一個核心部件，它的選擇直接影響到機床的工作性能及加工精度，為了滿足要求，選擇合適的主軸電機需從以下幾個方面考慮:２.8.1、主軸的基本要求.機床主軸除了作高速回轉外，還要承受徑向，軸向的切削力，主軸在彎曲、扭轉、交變載荷下按照要求進行起動增速，減速和停止等，因此電機一般要求較高.２.8.2、主軸電機的使用要求與一般用途電機一樣，主軸電機滿足驅動的基本要求即:電機的輸出功率，轉速，轉距等機械負載相匹配.另外不要考慮使用環(huán)境，應用場合，工作和使用電源等.因主軸經(jīng)常起動、加速、切削、制動，停止這樣循環(huán)，故機床主軸電機對其控制要求是恒速運動時要求，平穩(wěn)，轉速波動小，抗干擾能力強，調速范圍寬，并連續(xù)可調，電機起動，制動安全可靠.２.8.3、電機工藝性經(jīng)濟性要求為適應市場經(jīng)濟需要，主軸電機制造必須具備下列條件:1)主軸及電機的制造工藝性好.2)主軸電機的裝配，調試，維護性能要好.3)主軸電面應具有效率高，壽命長，體積小，重量輕，可控制性好.根據(jù)以上要求，我們選擇步進電動機.其優(yōu)點是:一是在工作狀態(tài)下對各種干擾因素不敏感。電壓的波動，電流的數(shù)值，波形，溫度的變化等干擾因素在其大小未引起步進電機出現(xiàn)“失步”現(xiàn)象前，不影響其工作狀態(tài)；二是誤差不會長期積累。步進電機的步距角是有誤差的，當轉子轉過一定步數(shù)以后也出現(xiàn)積累誤差，但轉過360°以后，積累誤差則為“零”。第2.9節(jié)其他輔助設備的改造設計２.9.1、減少熱源的熱量根據(jù)有關資料對CA6140機床的試驗分析，床頭箱的主要熱源以主軸軸承的發(fā)熱為主，其前軸承就更為明顯，而軸承的發(fā)熱源于液體的動力摩擦，它隨潤滑油的粘度降低而下降，前軸承的AT及主軸前端部提高量DB約與潤滑油的動力粘度少0.4—0.5次方的關系。故改用T2高速機油代替原來30#機油，便可使熱量減少，使DB下降到47%左右，同時，增大主軸前軸承側的供油量至1.5—2公升/分，并用油管將油從前中軸承側面射進前中軸承的滾子部分，以減少前中支承的發(fā)熱量。２.9.2、各部件間的溫差從CA6140機床的試驗證明：主軸前部提高DB是由主軸箱的熱變型（占60%）及機床床身的熱變（占40%）兩部分組成，床身的熱變形對于主軸中心線相對于床身導軌的不平行性Aa的影響尤為顯著，約占84%左右，其中78%是和下部分的變形導致的，6%是導軌部分變形產(chǎn)生的，將潤滑油箱另外獨立于機床，采用強制性循環(huán)潤滑，這樣不僅消除了次生熱源，同時使油和箱也起到了散熱作用。２.9.3、主軸箱的密封箱體內拆除的零件所留下來的孔徑，用塞子把其塞住，以防灰塵雜質進入主軸箱內產(chǎn)生摩擦熱變形及降低加工精度。第3章進給系統(tǒng)設計第3.1節(jié)概述進給傳動系統(tǒng)的改裝，應根據(jù)機床自身精度及性能來決定：由于舊車床的改造，一般都是將原來的機床進給傳動系統(tǒng)，即由主軸箱通過掛輪架帶動進給變速箱，將運動傳給光杠或絲杠，再驅動床鞍或中滑板運動的傳動過程，改裝為由功率步進電動機通過消隙減速傳動齒輪，直接帶動滾珠絲杠，使刀架分別實現(xiàn)縱向運動和橫向運動，進行兩個坐標的控制。在機床改造過程中，必須拆除機床上原有的溜板及主軸箱等保留部件進行修理，使精度能達到大修要求。精度符合要求的臥式車床，進行數(shù)控化改造，一般對車床部件不做大的運動，只是把床鞍的縱向滑動絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一消隙減速箱和功率步進電動機。同時，也把中滑板的端向滑動絲杠副改為橫向滾珠絲杠。在橫向滾珠絲杠的外端安裝一消隙減速箱和功率步進電動機。從而，使車床的縱向和橫向運動既能用微機系統(tǒng)進行控制，又能由操作者進行普通操作。在機床改造中，只要把溜板箱中的開合螺母及中滑板上的滑動螺母拆除，在合適位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與普通操作相干涉發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須由電氣連鎖開關控制操作轉換。對于全新或較新車床來說，在進行簡易數(shù)控改造時，一般都是全部保留車床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進電機分別安裝在縱向滑動絲杠的右端和橫向滑動絲杠的外端。從而也可以使車床同時具有普通操作功能和簡易數(shù)控功能。這時，要注意的問題同樣是必須避免數(shù)控操作與普通操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象。在普通操作與數(shù)控操作的轉換中，必須由電氣連鎖開關控制，若要進行數(shù)控操作，必須把連鎖開關至“數(shù)控位置”，合緊開合螺母方可進行。第3.2節(jié)進給系統(tǒng)設計與計算３.２.１、縱向進給系統(tǒng)的設計與計算縱向進給系統(tǒng)的設計經(jīng)濟型數(shù)控車床的改裝一般是步進電動機經(jīng)減速后驅動絲杠轉動，螺母固定在溜板箱上，帶動床鞍運動。步進電動機要安裝在絲杠的任意一端，對于車床改造，外觀不必像產(chǎn)品設計要求的那么高，而應從操作、改造方便、實用等方面來考慮。縱向傳動滾珠絲杠改裝，縱向傳動滾珠絲杠，應采用三點支承的形式。若結構中保留進給變速箱，可以使?jié)L珠絲杠的左端通過聯(lián)軸套直接連接在進給變速箱的原絲杠聯(lián)接軸上。若結構中拆除了進給變速箱，則滾珠絲杠的左端可以一個專用軸承支座３，采用軸套式滑動軸承４作為徑向支承，在滑動軸承的兩側分別布置一對推動球軸承２，進行軸向支承，并且使支承短軸５與滾珠絲杠７通過軸套６聯(lián)接起來。滾珠絲杠的右端通過一個聯(lián)軸套９和消隙減速的輸出軸１２聯(lián)接起來，并且在三杠托架上布置一個軸套式滑動軸承１０作為徑向支承，對消隙減速箱的輸出軸１２進行支承，消隙減速箱１３固定在三杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母８與床鞍直接聯(lián)接。因此。滾珠絲杠對臟物敏感，要加防護罩。縱向進給系統(tǒng)的計算：已知條件：工作臺重量：Ｗ＝８０Ｋg=800N(根據(jù)圖紙估算)時間常數(shù)：T=25ms滾珠絲杠導程：Lo=6mm行程：δ=640mm脈沖當量：δp=0.01mm/p步距角：α=0.75°/p快速進給速度：V=5m/min（1）切削力計算由［５］可知，切削功率為ＰＣ＝ＰηＫ式中p-切削功率(KW)；P－電動機功率：查機床說明書，p=4kwη－主傳動系統(tǒng)總功率，一般為０.６－０.７，取η＝０.６５；K－進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k＝０.９６；則PC=4*0.65*0.96=2.496KW又因為Pc=FzV/6120所以Fz=6120PＣ/V如取切削速度V=100M/MIN，則主切削力得Fz=6120×2.469/100=152.76Kg=1527.6N由[6]可知，主切削力FZ=CFZapxFzfYFZKFZ查有關手冊得CFz=188Kg/mm2=1880MPaXFz=1YFz=0.75KFz=1則在不同切削深度及進給量時主切削力計算結果如表所示：ap/mm222333f/mmFz/N112515241891168722872837當切削深度ap=2mm，走刀量f=0.3mm時產(chǎn)生的主切削力與前面所計算出的主切削力Fz=1524N相近，故以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。從[1]中可得知，在一般車削外圓時Fx=(0.1-0.6)FzFy=(0.15-0.7)Fz取Fx=0.5FzFy=0.6Fz則Fx=0.5×1527.6=763.8NFy=0.61×527.6=916.5N（2）滾珠絲杠設計計算綜合導軌車床絲杠的軸向工作負載采用下面公式[4]計算P=KFx+f＇(FZ+W)式中p-工作負載(N)k-考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，取K=1.15；Fx-進給抗力；-導軌上的磨擦因數(shù)，f=0.15-0.18，取f＇=0.16；Fz-主切削力(N)W-移動部件的重量，根據(jù)已知條件得知W=800N；則P=1，1×763.8+0.16×(1527.6+800)+1250.8N1）強度計算（滾珠絲杠）壽命值L=60nT/106[2]式中L-壽命（以106r為單位１.５則為１５０×１０4r）；n-滾珠絲杠的轉速(r/min)T-機器使用壽命時間(h)絲杠轉速n可根據(jù)下式求出：n=n主f/Lo=1000vf/πD0L0[2]式中n主-主軸轉速(r/min)；f-走刀量(mm/r)；v-切削線速度，取=100m/min；D-工件直徑(mm)；L0-滾珠絲杠基本導程(mm)；如取工件直徑D=80mm，并查有關手冊得T=15000h，則n=1000×100×0.3/3.14×80×6=20r/minL=60×20×15000/106=18×106r根據(jù)最大動負載公式得C=L1/3fwfHP[2]查表3-3[4]和３－４［４］得運轉系數(shù)=1.2，硬度系數(shù)fH=1，則C=(18)1/3×1.2×1×1250.8=3933.6N根據(jù)最大動負載C的值，可選擇滾珠絲杠的型。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為φ32mm，型號為FC1B32*6-5-E2，其額定動載荷是10689N，與上面計算結果相比，強度足夠。2）效率計算根據(jù)[7]的公式，絲杠螺母副的傳動效率η為：η＝tgγ/tg(γ+φ)式中η-傳動效率；γ-絲杠螺旋升角；φ-摩擦角，其中摩擦角=10＇螺旋升角=３°２５＇，則η＝tg3°25＇/(3°25＇+10＇)=0.9533）剛度驗算滾珠絲杠在工作負載作用下的變形量計算公式[4]，得ΔL1=±PL0/EF其中L0=6mm=0.6cm，對于鋼材其彈性模量E=20.6×106N/cm2P=1250.8N(前面結果），滾珠絲杠截面積（按內徑計算），滾珠絲杠內徑根據(jù)初選的絲杠參數(shù)可得d=28.031mm=2.8031cm，其面積F=(d/2)2π=(2.803/2)2×3.14cm2則ΔL=±(1250.8×0.6)/20.6×106×(2.803/2)2×3.14＝±5.9×10-6cm滾珠絲杠工作負載p和扭矩M共同作用下，所引起每一導程變化量ΔL為：ΔL=ΔL1+ΔL，因滾珠絲杠受扭矩M引起的導程變化量ΔL2很小，可忽略，即：ΔL=ΔL1.所以絲杠長度為100cm時，導程變形總誤差Δ為：Δ=100ΔL/L0=100×5.9×10-6/0.6=9.8um/m查有關手冊得知E級精度絲杠允許的螺距誤差為15um/m，故剛度足夠。4）穩(wěn)定性驗算由于機床原絲杠直徑為φ30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為φ32mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定不存在問題。5）齒輪計算根據(jù)傳動比及公式得i=360δp/αL0故取Z1=32Z2=40α=20°m=2mmb=20mmd1=mz1=2×32=64mmd2=mz2=2×40=80mmda1=d1+2ha=68mmda2=d2+2ha*=84mma=(da1+da2)/2=(64+84)/2=72mm３.２.２、橫向進給系統(tǒng)的設計與計算（1）橫向進給系統(tǒng)的設計經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)，一般是步進電動機經(jīng)減速后驅動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。具體結構改造方法是：橫向傳動珠絲杠改造橫向滾珠絲杠也采用三點支承形式，靠近操作者一端應布置一根支承短軸9，通過聯(lián)軸套8與滾珠絲杠聯(lián)接起來?？衫密嚧苍瓩M向進給絲杠的滑動軸套11作為徑向支承，并對原支承處進行適當改裝，布置一對推力球軸承10，以實現(xiàn)軸向支承。在遠離操作者的一端，用聯(lián)軸套5和聯(lián)接短軸4，把滾珠絲杠6與消隙減速箱2的輸出軸聯(lián)接起來。從而，就可以利用消隙減速箱2上的軸承實現(xiàn)對滾珠絲杠另一端的支承。滾珠螺母7直接固定在中滑板上。（2）橫向進給系統(tǒng)的設計計算由于橫向進給系統(tǒng)的設計計算同縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結果，由已知求得：①切削力計算橫向進給量為縱向的1/2—1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。Fz=1/2×152.76=76.38Kg=763.8N在切斷工件時：Fy=0.5Fz=0.5×76.38=38.19Kg=381.9N2）滾珠絲杠設計計算（1）強度計算對于燕尾型導軌：P=Kfy+f＇(Fz+W)取K=1.4f＇=0.2則P=1.4×38.19+0.2×(76.38+30)=74.74Kg=747.4N壽命值為：L=60nT/106=(60×15×15000)/106=13.5×106r最大動荷負載C=L1/3fWfHP=(13.5)1/3×1.2×1×74.74=213.55Kg=2135.5N根據(jù)最大動荷負載C的值，可選擇滾珠絲杠的型號，例如：滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑φ20mm，型號為FC1B20*4—5—E2左，其額定動負載為5393N，所以，強度足夠用。②效率計算螺旋升角γ=3°38＇，摩擦角φ＝１０＇。則傳動效率η＝tgγ/tg(γ+φ)＝tg3°38＇/tg(3°38＇+10＇)=0.956③剛度驗算滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量ΔL1=±PL０/EF=±(74.74×0.4×4)/(3.14×20.6×106×1.76992)=±5.96×10-6cm滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量ΔL2很小，可忽略，即ΔL=ΔL1，所以，導程變形總誤差為：④穩(wěn)定性驗算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故應為再驗算。（3）齒輪設計及計算傳動比i=360δp/αL０=(360×０.005)/0.75×4=0.6故取Z1=18Z２=30α=20°m=2mmb=20mm（齒輪厚度）d1=36md２=60mmda1=40mmda2=64mma=48mm（中心距）1.車床橫向進給絲杠螺母結構的改進原車床橫向進給絲杠螺母結構圖如圖3-1所示：圖3-1原車床橫向進給絲杠螺母結構圖1-調整螺母2-調整螺釘3-楔塊4-螺釘5-固定螺母6-固定螺釘7-中滑塊8-絲杠圖3-1原車床橫向進給絲杠螺母結構圖因在裝配過程中，由于螺母的制造工藝性能差，工藝復雜，制造時需要成套加工，在裝配調整及維修中存在以下缺點⑴裝配使用中調整絲杠與螺母的間隙困難。⑵維修性差，螺母磨損后必須成套更換，維修期長，裝配調整不便。針對以上存在的問題，對車床橫進給絲杠螺母結構可作以下改進，見圖3-2所示：圖3-2車床橫進給絲杠螺母結構圖1-調整螺母2-螺釘3-螺釘4-滑板5-壓向絲樾6-主螺母7-螺母體8-安裝彈簧9-調整螺母10-鍵螺母體7為剛件，用螺釘2和3固定在中滑板4上，主螺母6用螺釘固定在螺母體7上，調整螺母9外徑與螺母體7孔的配合，選用Ｈ７／h6，主螺母6與調整螺母9材料均用青銅，用鍵10做導向聯(lián)接。在主螺母6與調整螺母之間安裝彈簧8，彈簧成受壓狀態(tài)。通過螺釘1將螺母緊固在中滑板4上，當機床因使用絲杠與螺母磨損造成配合間隙過大而影響工件的精度時，可做如下調整：先松開螺母9彈簧8力的作用下沿著導向鍵10向左產(chǎn)生微量移動，壓向絲杠5，這樣就消除絲杠與螺母之間的間隙，然后將調整螺釘1緊固即可，（在調整時絲杠往返搖兩次，保證間隙最合適。）這種改進由以下優(yōu)點：⑴裝配，使用，維修時，調整絲杠與螺母的間隙簡單方便。⑵機械加工工藝性好，主螺母6與調整螺母9分別加工，因它們都是圓柱外形，加工工藝簡單方便。⑶維修性好，當螺母磨損嚴重影響工件精度需要更換時，可根據(jù)兩種螺母的磨損情況，可以換一種或兩種都換。采用改進后的螺母結構，不但能消除磨損后產(chǎn)生的間隙所造成誤差，提高工件的加工精度，而且可使裝配調整及使用維修簡單方便，提高了工效。第3.3節(jié)進給系統(tǒng)的安裝調整安裝調整是設備改裝的一個重要環(huán)節(jié)。采用滾珠絲杠對車床改裝。進行安裝調整時應注意以下問題：安裝中必須注意滾珠螺母內的滾珠數(shù)量不能隨意增減。滾珠數(shù)量過多，會影響滾珠絲杠的正常運動；生產(chǎn)滾珠數(shù)量少，會使?jié)L珠數(shù)量少，會使?jié)L珠絲杠的承載能力下降。當滾珠出于安裝不慎丟失時，若重新安放滾珠，要盡量保持原有數(shù)。如果數(shù)目搞不清楚，必須使?jié)L珠在滾道中放滿后，仍留有4—6個滾珠在空隙。安放前，一定在對新裝滾珠進行認真推選，保證新用滾珠的直徑大致與原裝滾珠一致，保持在原裝滾珠的最大直徑與最小直徑之間，表面粗糙度達到原裝滾珠的等級要求。在利于用螺母的間隙調整裝置調整絲杠螺母副的間隙時，應使調緊后產(chǎn)生的預緊力為絲杠副最大負載量的1/3為宜。在實際調整中，可以把車床處于最大工作負地載，使絲杠螺母副內部仍不產(chǎn)生間隙，或者間障量小于0.01mm，而且動轉靈活，以此作為螺母間隙調整裝置預緊量的判斷標準。傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔，應按十字分配方式進行配作，這是因為一聯(lián)軸套上分布的錐銷孔，都由同一方向加工時往往會使軸心線度誤差增大。從而會使安裝在傳動絲杠軸線上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠螺母的傳動性能。第4章機床導軌的改造臥式車床上的運動部件，如刀架，工作臺都是沿著機床的導軌運動的。導軌的作用就是支承和導向，導軌的導向達式精度過，精度保持性能和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床的加工期精度，承載能力和使用性能。數(shù)控機床上，常使用滑動導軌或滾動導軌。滾動導軌摩擦系數(shù)小，動、靜磨擦系數(shù)數(shù)控接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，精度高，但價格昂貴，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般不使用滾動導軌。尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導軌，將大大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動導軌?；瑒訉к壘哂薪Y構簡單，剛性好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導軌。這種導軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響運動平穩(wěn)和定位精度。為克服滑動導軌的上述缺點。數(shù)控改造一般是將原機床導軌進行修整后貼塑導軌。貼塑導軌摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐摩性、抗咬傷性能強、加工性和化學性能穩(wěn)定，具有良好的自潤滑性和抗振性；工藝簡單，成本低。目前應用較多的是聚四氟乙?。≒TEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的Turcite-B和我國生產(chǎn)的TSF軟帶材料?？紤]承載變形宜選用厚度小的規(guī)格，如果同時考慮到加工余量，選作厚度為1.6mm的為宜。貼塑軟帶粘結工藝非常簡單，可直接粘結在原有滑動導軌面上，不受到形式的限制，各種組合形式的滑動導軌均可粘結。粘結前按導軌的精度要求對金屬導軌面的表面，根據(jù)需要可進行加工修整。根據(jù)尺寸的長、寬放大３—4mm，切下貼塑軟帶。金屬粘結面與軟帶粘結面應清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結，加壓固化，等其完全固化時進行修整加工。作為導軌面的表面，根據(jù)需要可進行磨、銑、刮研，開油槽、鉆孔等，加以滿足裝配要求。第5章自動轉位刀架改造設計刀架是車床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，其結構直接影響機床的切削性能和效率。臥式車床數(shù)控改造應將原機床普通手動轉位刀架替換自動轉位刀架。自動轉位刀架由數(shù)控系統(tǒng)制，效率高，工藝性能可靠。自動工刀架的工作原理：當微機發(fā)出信號后，刀架控制箱中繼電器動作，電動機正轉驅蝸輪蝸桿減速機構，螺桿升降機構使上刀體升。當上刀體上升到一定高度時，離合轉盤起作用，帶動上刀體旋轉。刀架上端的發(fā)信盤中對每個刀位都安裝有一個霍爾元件，當上刀體旋轉到某一刀位時，該刀位上霍爾元件向數(shù)控系統(tǒng)輸出低電平，而其它刀位霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉過程中，發(fā)信盤不斷向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較，當兩信號同時，說明上刀體已旋轉到所選刀位。此時，數(shù)控系統(tǒng)立刻控制刀架控制箱繼電器使電動機反轉，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在活動銷反靠作用下，螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉位完成信號，切斷電源，電動機停轉，完成選刀過程。自動轉位刀架的安裝：在進行臥式車床數(shù)控改造安裝自動刀架時，拆除小滑板，置刀架于中滑板上。此時，刀架高度應使車床前刀面基本通地車床主軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調整其高度，然后，卸掉電動機風扇，逆時針方向轉動電動機，使上刀體相對下刀體轉動45°左右。打裝螺孔，將刀架固定于中滑板上即可。電動刀子架結構圖5-1所示：圖5-1電動刀子架結構圖1-刀體2-活動銷3-反靠盤4-定軸5-蝸桿6-上刀體7-螺桿8-離合器盤9-霍爾元件10-磁鋼第6章可控電動尾座可控尾座結構如圖所示。其工作原理為：電動機接通后，通過齒輪減速器帶動絲杠傳動。通過裝在軸套2上絲杠螺母使軸套前進并壓縮蝶形彈簧4，當頂尖頂緊工件時，螺母３及軸套２不能前進，因此迫使絲杠后退壓縮蝶形彈簧４，并使大齒輪后退。大齒輪壓下頂桿5，頂桿5壓下開關6，切斷電動機電源，頂緊過程結束?？煽仉妱游沧Y構簡單，工作可靠，只有在頂尖頂緊工作并達到定力時，頂緊過程才結束，并有手動和計算機控制二種方式。故適合簡易改造的CA6140車床?？煽仉妱游沧Y構如圖6-1所示：圖6-1可控電動尾座結構圖設計總結畢業(yè)設計是培養(yǎng)我綜合運用所學理論知識和技能來解決實際問題的能力的一個重要環(huán)節(jié)。對我來說，這是一種綜合能力測試的時候。而且是我受到老師精心培養(yǎng)和自我實踐能力（包括實際動手能力、查閱文獻與撰寫論文能力等）下，一種自我創(chuàng)新的好機會。本設計主要包括CA6140數(shù)控改裝的機械傳動部分（主傳動系統(tǒng)的改裝、進給系統(tǒng)改裝、電動機的選擇、自動轉位刀架設計、主軸脈沖發(fā)生器、電動尾座的改造設計等）。在指導老師的精心指點和同學的熱情幫助下，我已完成了對CA6140數(shù)控車床改裝設計——機械設計部分的基本內容，由于我個人能力不足，水平有限，加上時間，條件等各方面因素的關系，設計過程中存在問題與不足之處在所難免，也好以待今后在實際工作中繼續(xù)修改和不斷完善。通過這次設計我深刻體會到，設計不是一件輕而易舉的事情。只利用我們從書本上學到的一些知識還不夠，需要查閱一定數(shù)量的資料，并且查找資料也要有技巧，如果你不會查，那么我想在規(guī)定的時間內要完成任務是相當困難的。對改造方案的選擇要進行比較可行性論證，怎樣才能達到最經(jīng)濟的效果，學會理論與實際相結合，從而設計出比較合理的方案?！皩嵺`出真知”，我才體會到其中真正的內涵。此次以見習生或初級技術人員的身份獨立地進行工程設計，在各方面還經(jīng)驗不足，設計應該不是很令人滿意。但在以后的實踐過程中，我將會不斷地去完善自我，以求能做到最好。最后，對指導我的老師和關心幫助我的同學表示衷心感謝！！參考文獻[1]戴曙主編金屬切削機床.大連：機械工業(yè)出版社，1999[2]濮良貴紀名剛主編.機械設計.北京：高等教育出版社，1996[3]余英良.機床數(shù)控改造設計與實例.北京：機械工業(yè)出版社會性，1998[4]楊萬利主編.機械設備改裝.北京：機械工業(yè)出版社，1998[5]楊黎明王智相主編.機電一體化系統(tǒng)設計手冊.北京：國防工業(yè)社出版社，1997[6]機床設計手冊編寫組，機床設計手冊（上下冊）.北京：機械工業(yè)出版社1980[7]艾興肖詩鋼琴.切削用量手冊.北京：機械工業(yè)出版社1985[8]吳宗澤羅圣國主編.機械設計課和設計手冊.北京：高等教育出版社，1994[9]吳祖育秦鵬飛主編.數(shù)控機床.上海：上海科技術出版社2000[10]廖效果等編.數(shù)字控制機床.武漢：華中理工大學出版社1992[11]張寶林等編數(shù)控技術革新北京時間：機械工業(yè)出版社，1997[12]畢承恩，丁乃建主編.現(xiàn)代數(shù)控機床（上冊，下冊）.北京：機械工業(yè)出版社，1991致謝 經(jīng)過一個學期的努力，畢業(yè)設計到現(xiàn)在已基本完成了。在指導老師的指導下，通過對自己所選課題的資料收集、總結和應用，使我對所學的知識有了更深的了解。雖然設計中難免有許多不完善的地方，但是我認為通過畢業(yè)設計進一步提高了自己的自學能力，為以后的學習和工作打下了基礎。 在此，首先感謝指導老師XX老師的悉心指導，在整個設計期間不厭其煩地為我們解決各種困難并指出設計中的錯誤，引導我們圓滿地完成畢業(yè)設計。同時也感謝其它老師平時對我的教導指點，在設計上給予寶貴的建議，使我對所學知識有了更深的理解。 在整個設計方面，要感謝我的同窗們，他們給了我極大的幫助，提出了許多寶貴的意見和建議。在此一并表示深深的謝意！基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數(shù)字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究HYPERLINK"/detail.htm?367