畢業(yè)設(shè)計(jì)---ca6140型普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要----------------------------------------------- 1</p><p>　　緒論--------------------------------------------------- 2</p><p>　　1.1課題背景------

2、----------------------------------------------- 2</p><p>　　1.2數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的發(fā)展------------------------- 2</p><p>　　1.3數(shù)控改造的必要性----------------------------------- 3</p><p>　　1.4數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)-

3、-------------------------------------4</p><p>　　機(jī)床改造的內(nèi)容及意義----------------------------------- 6</p><p>　　2.1研究意義----------------------------------------------------- 6</p><p>　　2.2主

4、要研究內(nèi)容及技術(shù)路線--------------------------------------- 6</p><p>　　2.3機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題------------------------- 6</p><p>　　2.4數(shù)控改造的設(shè)計(jì)步驟---------------------------------- 6</p><p>　　數(shù)控改造

5、方案的確定-------------------------------------24</p><p>　　3.1總體方案的設(shè)計(jì)--------------------------------------24</p><p>　　3.2總體方案的論證--------------------------------------24</p><p>　　3.3總體方案

6、的確定--------------------------------------24</p><p>　　3.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案--------------24</p><p>　　3.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型--------------------------------24</p><p>　　3.6數(shù)控系統(tǒng)的選擇-------------

7、-------------------------24</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　CA6140型普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對CA 6140 普通車床進(jìn)行自動(dòng)化和精密化的改裝, 改裝技術(shù)主要為: 在車床上附加數(shù)控裝置和執(zhí)行元件, 選擇合適的機(jī)床伺服系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等. 結(jié)果表

8、明: 經(jīng)改造后的機(jī)床完全能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度、螺紋、端面等的自動(dòng)控制, 提高了原機(jī)床的生產(chǎn)效率, 降低了勞動(dòng)強(qiáng)度. 采用數(shù)控技術(shù)對企業(yè)原有機(jī)床進(jìn)行改造, 即發(fā)展經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前工礦企業(yè)機(jī)床技術(shù)改造的有效途徑.</p><p>　　關(guān)鍵詞　車床; 數(shù)控技術(shù); 技術(shù)改造</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　隨

9、著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高。產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快。因此對機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換，生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是指機(jī)床的操作命令以數(shù)值數(shù)字的形式描述工作過程按規(guī)定的程序自動(dòng)進(jìn)行的機(jī)床。隨著微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來。</p><p>　　盡管數(shù)

10、控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量多品種零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。但是目Ｉｊ｛『我國在役機(jī)床總量約３８０萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有１１萬多臺(tái)，數(shù)控機(jī)床占有率不足３％，而一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家早已達(dá)到２０％以上（¨。我國是制造大國，但不是制造強(qiáng)國。機(jī)械制造業(yè)水平與發(fā)達(dá)國家相比相對落后，設(shè)備陳舊，技術(shù)水平差距大，國際競爭力弱，影響了生產(chǎn)力的發(fā)展。逐步提高數(shù)控機(jī)床的占有率已經(jīng)成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。提高機(jī)

11、床數(shù)控率有兩個(gè)途徑：一是增加新的數(shù)控機(jī)床，價(jià)格昂貴，一次性投資大，目前各企業(yè)均有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替代是根本不可能的；二是對舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造。我國是一個(gè)機(jī)床擁有量極大的國家，但大部分機(jī)床服役齡較長，采取對舊機(jī)床進(jìn)行改造來提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率，是一個(gè)極其有效和實(shí)用的途徑，是企業(yè)必走之路。</p><p>　　制造技術(shù)和自動(dòng)化水平的高低己成為一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，而</p&

12、gt;<p>　　其中最具代表性的就是數(shù)控機(jī)床。我國現(xiàn)正處于從以勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)為主向以技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)為主的發(fā)展階段，對自動(dòng)化設(shè)備的需求會(huì)越來越大、越來越積極。利用現(xiàn)有普通車床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)高效、多功能的數(shù)控車床，是一種盤活資金的有效途徑，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的行之有效的方法。因?yàn)橐环矫嫖覈胀ㄜ嚧脖Ｓ辛看?，要將普通車床淘汰掉是不?jīng)濟(jì)、也不現(xiàn)實(shí)的做法；另一方面，從我國目前生產(chǎn)狀況來看，仍然以生產(chǎn)普通車床為主，

13、普通車床的數(shù)控化改造將會(huì)長期存在，并會(huì)不斷的發(fā)展。</p><p>　　1.3數(shù)控改造的必要性</p><p>　?。ㄒ唬奈⒂^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，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。</p><p>　　1、可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)

14、算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)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，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。</p><p>　　2、可以實(shí)現(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。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序，就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小

15、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"。</p><p>　　3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配"。</p><p>　　4、可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。</p><p>　　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，因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。</p

16、><p>　　6、由以上五條派生的好處。</p><p>　　如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(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應(yīng)等等。</p><p>　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成

17、制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)</p><p>　　以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　?。ǘ暮暧^上看，數(shù)控機(jī)床已成為我

18、國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。  我國是一個(gè)機(jī)床大國，有三百多萬臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。  舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通

19、機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。  隨著數(shù)控機(jī)床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國經(jīng)濟(jì)資源有限，國家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機(jī)床，而我國的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通

20、機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國的國情。  1984年，我國開</p><p>　　1.4數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　普通車床數(shù)控化改造一般是指對現(xiàn)有普通車床的某些部位做一定的改造，配上經(jīng)濟(jì)數(shù)控裝置或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)，從而是原機(jī)床具有數(shù)控加工能力。其改造有如下的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、資本

21、效率出發(fā)，改造閑置的普通機(jī)床,能發(fā)揮舊機(jī)床的原有能和改造后的新增功能,提高機(jī)床的使用價(jià)值。</p><p>　　2、適應(yīng)多品種，小批量零件生產(chǎn)。</p><p>　　3、數(shù)控改造費(fèi)用低,減少了投資額,經(jīng)濟(jì)性好.數(shù)控車床改造費(fèi)用僅為新購一臺(tái)數(shù)控車床費(fèi)用的15%～20%,同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省75%～80%的費(fèi)用,如果再結(jié)合機(jī)床大修理，幾乎就是一臺(tái)新的數(shù)控車床,甚至?xí)?，因?yàn)槠胀ㄜ嚧?/p>

22、不會(huì)再變形。</p><p>　　4、機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限。所利用的普通機(jī)床基礎(chǔ)件是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件，而不是焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以做為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。數(shù)控化改造后使原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)更為簡單，原有得手扶進(jìn)給機(jī)構(gòu)全部消失。這樣一方面，可以提高精度,減少傳動(dòng)鏈對精度的影響；另一方面，可以減少機(jī)械故障率，提高運(yùn)行的可靠性.但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。</p>

23、<p>　　5、操作者熟悉了解機(jī)床、便于操作維修,降低了操作者的技術(shù)要求，更易于提高管理水平.購買新機(jī)床時(shí)，不了解新機(jī)床是否滿足起加工要求。改造則不然,可以精確計(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用,操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短、見效快。改造的積儲(chǔ)一旦安裝好，就可以全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。操作者只需要對工件進(jìn)行裝夾和操作開關(guān)，而零件的加工全部則由數(shù)控系統(tǒng)控制完成，即使比較復(fù)雜的工件也能迅速完成，省去了對技

24、術(shù)要求的煩惱。</p><p>　　6、可充分利用現(xiàn)有的條件，可以充分利用現(xiàn)有基地,不許要重新構(gòu)筑地基。</p><p>　　7、可以采用最新的控制技術(shù)，可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度,及時(shí)提提高生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化水平和效率，提高機(jī)床質(zhì)量和檔次,將舊機(jī)床改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。自動(dòng)化程度高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高。</p><p>　　8、增強(qiáng)了功能，如圓弧加、錐度加

25、工，這是傳統(tǒng)加工方法難以完成的。</p><p>　　9、交貨期短，可滿足生產(chǎn)急需。</p><p>　　第二章 機(jī)床改造的內(nèi)容及意義</p><p><b>　　2.1研究意義</b></p><p>　　企業(yè)要在當(dāng)前市場需求多變，競爭激烈的環(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、最短

26、的時(shí)間去滿足市場需求的不斷變化。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)變更加工對象時(shí)只需要換零件加工程序，無需對機(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>　　普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采

27、用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。</p><p>　　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，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢測反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01至0.02mm，

28、已能滿足CW6140車床改造后加工零件的精度要求。</p><p>　　2.2主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線</p><p>　　(1)縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核。</p><p>　　(2)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇。</p><p>　　(3)主軸交流伺服電機(jī)的選擇與校核。</p><p>　　(4)其他元件的選擇。&l

29、t;/p><p>　　2.3機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題　　(1) 恢復(fù)原功能，對機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。</p><p>　　(2) NC化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機(jī)床、CNC機(jī)床。</p><p>　　(3) 翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不

30、滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新。</p><p>　　(4) 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。</p><p>　　2.4數(shù)控改造的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　2.4.1舊機(jī)床的設(shè)備選型</p><p>　　通常對

31、一臺(tái)舊機(jī)床，是否需要進(jìn)行數(shù)控化改造，首先應(yīng)對該設(shè)備進(jìn)行估價(jià)，這也就是設(shè)備選型。已判斷該設(shè)備是否有改造價(jià)值，改造后不能滿足需求，改造后的可能性等，這些都于設(shè)備的選擇密切相關(guān)，所以設(shè)備選型是設(shè)備改造的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)重點(diǎn)考慮幾個(gè)重要參數(shù):設(shè)備的型號(hào)規(guī)格、生產(chǎn)廠家和國別、投產(chǎn)時(shí)間、目前運(yùn)行狀況、剩余價(jià)值(機(jī)械、電氣)、改造后可達(dá)到的預(yù)期效果。數(shù)控改造應(yīng)盡可能采用20世紀(jì)80年代后生產(chǎn)的機(jī)床，因?yàn)檫@類機(jī)床由于使用年限短，其幾何精度相對高一些，改造效

32、果也要好一些。</p><p>　　2.4.2改造主要技術(shù)方案</p><p>　　將普通車床改造為數(shù)控機(jī)床，是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，必須根據(jù)加工對象的要求和工廠實(shí)際情況，確定切實(shí)可行的改造方案，搞好機(jī)床的改造設(shè)計(jì)。一個(gè)好的改造方案是改造成功的重要基礎(chǔ)，并在這個(gè)環(huán)節(jié)上嚴(yán)格把關(guān)，保證改造的成功實(shí)施。改造方案的制定包含了很重要的內(nèi)容，包括了對系統(tǒng)的了解熟悉、以往維修改造基礎(chǔ)情況等方面的都有很高

33、的要求。因此方案的制定和選擇是機(jī)床數(shù)控化改造中極為重要的一環(huán)，它不僅影響被改造后的機(jī)床的性能要求，而且影響到經(jīng)濟(jì)性和改造效果。因此，必須在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行充分的論證、選擇，并確定技術(shù)方案。在選擇技術(shù)方案時(shí)主要應(yīng)從以下幾個(gè)因素考慮：</p><p>　?、倏叵到y(tǒng) 目前在市場可提供各種經(jīng)濟(jì)型和標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，技術(shù)容易掌握及制造技術(shù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，而標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)性能

34、完善，與機(jī)械、強(qiáng)電結(jié)合方便，可靠性高。相對來說，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)性能較差，系統(tǒng)平均年無故障工作時(shí)間較短，使用于具有一定維修能力的單位。</p><p>　　一般地，普通車床改造時(shí)，由于需要加工圓錐、圓弧等曲面，需要選擇兩軸聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　?、诳刂品绞?通?？刂葡到y(tǒng)的控制方式分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種。開環(huán)系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，其加工精度由執(zhí)行元件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度來

35、保證。定位精度較低（一般只能達(dá)到±0.02㎜/300㎜），且這種控制方式多以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，受步進(jìn)電機(jī)性能的影響，也是目前控制方式多以步進(jìn)電動(dòng)進(jìn)給速度一般不高。但該控制方式投資少，安裝調(diào)試方便，因此，使用于精度要求一般的機(jī)床改造，也是目前機(jī)床數(shù)控化改造中應(yīng)用最為普遍的一種。半閉環(huán)控制方式雖然改造費(fèi)用大，但精度較高（可達(dá)±0.01㎜/0.03㎜），且多以直流交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，速度也比開環(huán)控制方式高，安裝調(diào)

36、試也比較方便，因此使用于控制精度要求高的機(jī)床改造。閉環(huán)控制由于直接測量出移動(dòng)部件的實(shí)際位置，要在機(jī)床的相應(yīng)部位安裝直線檢測元件，工作量大、費(fèi)用高、調(diào)試?yán)щy。它的穩(wěn)定性與機(jī)械部分的各種非線性因素有很大關(guān)系，因此在數(shù)控改造中一般不采用這種控制方式。</p><p>　?、鬯欧?qū)動(dòng)元件 目前在數(shù)控機(jī)床改造技術(shù)中和常用的元件有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)。這些驅(qū)動(dòng)元件，配以適當(dāng)?shù)墓シ叛b置，即組成伺服驅(qū)動(dòng)系

37、統(tǒng)。</p><p>　　④機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械系統(tǒng)改造方案主要設(shè)計(jì)提高移動(dòng)部件的靈活性，減少和消除傳動(dòng)間隙，特別是減少反向間隙，其改造工作量較大。通常改造的有導(dǎo)軌副、傳動(dòng)元件及聯(lián)軸器等。</p><p>　　a導(dǎo)軌副 普通車床的導(dǎo)軌多數(shù)采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，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、若把滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌，要求工藝高，許多相關(guān)零件組件需進(jìn)行更換和加工，改造加工

38、周期長，改造費(fèi)用多，實(shí)現(xiàn)起來比較困難，在一般數(shù)控改造中比較少用。</p><p>　　另一種改造是采用貼塑導(dǎo)軌，即在原動(dòng)導(dǎo)軌上粘接上聚四氟乙烯軟帶，能有效地防止爬行，具有自潤滑性，提高導(dǎo)軌壽命，且零部件不需要更換，加工部位少，改造工作量小，周期短，費(fèi)用低，在機(jī)床數(shù)控化改造中得到廣泛應(yīng)用。本次改造，仍然保留原滑動(dòng)導(dǎo)軌。</p><p>　　b傳動(dòng)元件 在普通車床數(shù)控化改造中所涉及的傳動(dòng)元件

39、是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)副。普通車床通常采用普通滑動(dòng)絲杠副。而數(shù)控車床由于要求移動(dòng)部件靈敏、精度高反應(yīng)快、無爬行，因此采用滾珠絲杠副來滿足要求。在使用滾珠絲杠副時(shí)應(yīng)注意由于絲杠副具有可逆?zhèn)鲃?dòng)特性，沒有自瑣能力，在高速大慣量系統(tǒng)中需要設(shè)置制動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，滾珠絲杠副由于制造復(fù)雜、加工精度要求高，因此價(jià)格要比普通絲杠高出許多。</p><p>　　由于滾珠絲杠副的徑向尺寸較大，在進(jìn)行普通車床的數(shù)控化改造時(shí)，許多相

40、關(guān)部位都需修改，因此，為使改造方案容易實(shí)現(xiàn)在可能的情況下，有時(shí)仍用原普通絲杠，但為了清除絲杠與螺母間隙，應(yīng)將單螺母副改成可調(diào)間隙的雙螺母副。如果在數(shù)控化改造中，需采用其他元件，應(yīng)注意消隙措施的采用以提高方向精度。</p><p>　　c聯(lián)軸器 為清除傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，伺服驅(qū)動(dòng)元件所用聯(lián)軸器（如果有的話）多數(shù)采用無鍵連接，如用錐銷剛性聯(lián)軸器、錐環(huán)聯(lián)軸器等。</p><p&

41、gt;　　2.4.3改造的實(shí)施</p><p>　　準(zhǔn)備工作就緒后，即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段的內(nèi)容按時(shí)間順序分為：</p><p>　?、僭瓩C(jī)床的全面保養(yǎng) 機(jī)床經(jīng)長期使用后，會(huì)不同程度地在機(jī)械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次，應(yīng)對機(jī)床做一次改前的幾何精度、尺寸精度測量，記錄在案。這樣可以對改造工作指導(dǎo)參考作用，又可在改造結(jié)束時(shí)做對比分析用。</

42、p><p>　?、诒Ａ舻碾姎獠糠肿罴鸦{(diào)整 對電氣系統(tǒng)做局部改造，保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強(qiáng)電部分的零件更換，電動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)，伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整，老化電線電纜的更新，新接件的緊固等。只有對保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工件，才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率。</p><p>　?、墼到y(tǒng)拆除 原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖進(jìn)行，及時(shí)在圖紙上進(jìn)行標(biāo)記，防止遺漏或過多的拆卸（在

43、局部改造的情況下）。在拆卸的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)中的欠缺之處，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正，拆卸下來的系統(tǒng)以及零件應(yīng)該分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用。</p><p>　　④合理安排新系統(tǒng)位置及布線 根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙，合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向和固定、調(diào)整元件的位置、密封及必要裝飾等。</p><p><b>　　2.4.4驗(yàn)收工

44、作</b></p><p>　　驗(yàn)收工作應(yīng)按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。改造后期工作也很重要。驗(yàn)收及后期工作包括：</p><p>　?、贆C(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收 經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求，集合精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。</p><p>　?、陔姎饪刂乒δ芎涂刂凭闰?yàn)收 電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常，靈敏可靠?？刂凭葢?yīng)在系統(tǒng)

45、本身的功能（如步進(jìn)尺寸等）與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具（如坐標(biāo)測量儀等）進(jìn)行對照檢查，必須達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)與改造前普通車床的各項(xiàng)功能和精度對比，以獲得量化的指標(biāo)差。</p><p>　?、墼嚰邢黩?yàn)收 可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控車床切削試件標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、編程人員配合下進(jìn)行試件切削。試件切削可以驗(yàn)收機(jī)床的剛度、切削力、噪聲、有運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件做試件使用。</p><

46、p>　　通常有兩個(gè)內(nèi)容：標(biāo)準(zhǔn)件的試切削，按國際標(biāo)準(zhǔn)，按照數(shù)控車床相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試切削程序；機(jī)床精度的校驗(yàn)，根據(jù)各廠測量水平的高低，采用相應(yīng)的手段，也可以采用激光干涉儀進(jìn)行測量，這樣機(jī)床的位置測量系統(tǒng)的補(bǔ)償可采用得到的數(shù)據(jù)，從而提高機(jī)床精度。</p><p>　　2.4.5操作及維修人員的培訓(xùn)</p><p>　　數(shù)控機(jī)床使用的好壞，與基礎(chǔ)的操作及維修人員的素質(zhì)密切相關(guān)，對操作及維修人員本

47、身有一定的要求，要對其系統(tǒng)的專業(yè)化的培訓(xùn)，使其全面地了解和掌握數(shù)控系統(tǒng)的基本原理操作規(guī)程、維修常識(shí)，懂得一般故障的判斷和簡單故障的處理</p><p>　　第三章 數(shù)控改造方案的確定</p><p>　　3.1總體方案的設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)  本設(shè)計(jì)任務(wù)是對CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制

48、，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。  </p><p>　　3.2總體方案的論證  </p><p>　　對于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。  （1）數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定

49、60; 數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。  （2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)  數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。  因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。  <

50、;/p><p>　　3.3總體方案的確定  </p><p>　　經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定：CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動(dòng)變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</b></p><p><b>　　最大加

51、工直徑：</b></p><p>　　車床身上： 400mm</p><p>　　車床鞍上： 210mm</p><p>　　最大加工長度： 1000mm</p><p>　　快進(jìn)速度： </p><p>　　縱向 2.4m/min<

52、;/p><p>　　橫向 1.2m/min</p><p>　　最大切削進(jìn)給速度： </p><p>　　縱向 0.6m/min</p><p>　　橫向 0.3m/min</p><p><b>　　脈沖當(dāng)量：</b></p&g

53、t;<p>　　縱向 0.01mm/step</p><p>　　橫向 0.005mm/step</p><p>　　脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法</p><p>　　控制坐標(biāo)數(shù)： 2</p><p>　　機(jī)床定位精度： ±0.015</p><p><

54、;b>　　溜板及刀架重力：</b></p><p>　　縱向： 800N</p><p>　　橫向： 600N</p><p>　　自動(dòng)生降速性能： 有</p><p>　　起動(dòng)加速時(shí)間： 30ms</p><p>　　主電機(jī)功率： 7.5Kw</p>

55、<p>　　3.4進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.4.1縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案</p><p>　　典型的縱向滾珠絲杠的支承形式一般采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的布局。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器的安裝可在任一端。若安裝在機(jī)床的左側(cè)，應(yīng)拆除原機(jī)床進(jìn)給箱，在原安裝進(jìn)給箱處安裝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器。在機(jī)床右側(cè)安裝可保留其進(jìn)給箱部分，如圖4所示，在原絲杠軸

56、承托架處安裝步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器，這樣既簡單又方便，多數(shù)的數(shù)控改造均采用這種方法。也可以設(shè)計(jì)一個(gè)專用的軸承支承座，使得結(jié)構(gòu)更加合理穩(wěn)定。</p><p>　　在滾珠絲杠的左端可設(shè)計(jì)一個(gè)專用的軸承支座，采用一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支承，在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)分別安裝一對推力軸承， 承受兩個(gè)方向的軸向力。支撐軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套聯(lián)接起來， 并由銷釘固定。滾珠絲杠的右端通過聯(lián)軸套與減速器的輸出軸聯(lián)接， 減速器固定在絲杠托架

57、上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母， 螺母支架固定在床鞍上。</p><p>　　有許多機(jī)床在進(jìn)行數(shù)控改造時(shí)， 并未設(shè)計(jì)專用的兩端軸承支架， 而是采用原有的支承及軸承， 僅在原輸出軸處通過聯(lián)軸器聯(lián)接即可，這樣既方便又簡單， 通過實(shí)踐此方法適用于一般機(jī)床數(shù)控改造。如圖.5 所示， 是縱向減速器與絲杠安裝的典型結(jié)構(gòu)， 有鎖緊螺母3 進(jìn)行軸向鎖緊固定， 固定銷.5 防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)， 通過連軸套1與絲杠聯(lián)接， 兩固定銷位置

58、相差90度定位。</p><p>　　注意： 減速器與絲杠支架的直徑和長度尺寸要相一致， 否則還須再拆卸絲杠支架， 進(jìn)行孔的加工， 非常麻煩。</p><p>　　拆除原機(jī)床的進(jìn)給像、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。</p><p>　　利用原機(jī)

59、床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安置在原來的位置，兩端仍采用原固定方式。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。</p><p>　　縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時(shí)，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負(fù)載小時(shí)，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨

60、損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的辦法消除間隙。</p><p>　　縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩，以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效果，在溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的急停處理需要。</p><p>　　3.4.2橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案</p><p>　　拆除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)

61、剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時(shí)消除傳動(dòng)過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用二級傳動(dòng)，從動(dòng)輪采用雙薄片錯(cuò)位消除間隙。</p><p>　　3.4.3機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.4.3.1選擇脈沖當(dāng)量</p><p>　　根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，</p><p>　　

62、縱向：0.01mm/步， 橫向：0.005mm/步（半徑）</p><p>　　3.4.3.2計(jì)算切削力</p><p><b>　?。?）縱車外圓</b></p><p>　　主切削力FZ（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算：</p><p>　　FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360</p>

63、<p>　　按切削力各分力比例：</p><p>　　FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p><p>　　F X=5360×0.25=1340</p><p>　　FY=5360×0.4=2144</p><p><b>　?。?）橫切端面</b></p><p&

64、gt;　　主切削力FˊZ（N）可取縱切的0.5</p><p>　　FˊZ=0.5FZ=2680</p><p>　　此時(shí)走刀抗力為FˊY（N），吃刀抗力為Fˊx（N）。仍按上述比例粗略計(jì)算：</p><p>　　FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p><p>　　FˊY=2680×0.25=670</p>&

65、lt;p>　　FˊX=2680×0.4=1072</p><p>　　3.4.3.3滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型</p><p><b>　?。?）縱向進(jìn)給絲桿</b></p><p>　　1.計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm（N）</p><p>　　縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌</p><p>　　F

66、m=KFx+fˊ（Fz+G）</p><p>　　=1.158×1340+0.16×（5360+800）</p><p><b>　　=2530</b></p><p>　　式中 K—考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15；</p><p>　　fˊ—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15—0.18

67、；</p><p>　　G—溜板及刀架重力：G=800N</p><p>　　3.1.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C</p><p><b>　　C=3√LfWFM</b></p><p>　　L=60×n×t/106</p><p>　　N=1000×Vs/Lo</p&g

68、t;<p>　　式中 Lo—滾珠絲桿導(dǎo)程，初選L=6mm；</p><p>　　Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2—1/3），此處Vs=0.6m/min</p><p>　　T—使用壽命，按15000h；</p><p>　　fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.2—1.5；</p><p>　　L—壽命、

69、以106為一單位。</p><p>　　n=1000Vs/Lo=1000×0.6×0.5/6=50r/min</p><p>　　L=60×N×T/106=60×60×15000/106=45</p><p>　　C=3√LfwFm=3√45×1.2×2530=10798.7N <

70、/p><p>　　3.4.4滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　查閱表，可用W1L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動(dòng)負(fù)載為16400N，精度等級按表4-15選為3級（大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級）。</p><p>　　3.4.4.1傳動(dòng)效率計(jì)算</p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)</p>

71、<p>　　試中γ—螺旋升角，W1L400bγ=2º44ˊ</p><p>　　φ—摩擦角10ˊ滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003--0.004</p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p>　　=tg2º44ˊ/tg(2º44+10ˊ)=0.94</p><p>　　3.4.4.2剛度驗(yàn)算<

72、;/p><p>　　最大牽引力為2530N。支撐間距L=1500mm螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。</p><p>　　A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1</p><p>　　根據(jù)Pm=2530N，D0=40mm，查出ΔL/L=1.2×10-5</p><p><b>　　可算出：</b><

73、;/p><p>　　δ1=δL/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2</p><p>　　由于兩端采用向心推力球軸承，且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量 δ1(mm)為：</p><p>　　δˊ1=0.25×10-2 </p><p>

74、;　　B．滾珠與螺紋滾道間接觸變形δq</p><p>　　查閱表得：W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量δq ：</p><p><b>　　δq=6.4µm</b></p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊， δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2µm</p><p>　　C．支承

75、滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形δ3</p><p>　　采用8107型推力球軸承，d1=35mm，滾動(dòng)體直徑dq=6.34mm，滾動(dòng)體</p><p>　　數(shù)量Z=18，δc=0.0024×3√Fm2/(dq×Z2) </p><p>　　=0.0024×3√2532/(6.35×182)</p><p>

76、;　　注意，此公式中Fm單位為kgf</p><p><b>　　應(yīng)施加預(yù)緊力，故</b></p><p>　　δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.0038mm </p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算：δ= δ1+δ2+δ3</p><p>　　=0.0045+0.0032+0.0038</p&g

77、t;<p>　　=0.0115mm＜定位精度</p><p>　　3.4.5穩(wěn)定性校核。</p><p>　　滾珠絲桿兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p>　　3.4.5.1橫向進(jìn)給絲桿</p><p>　?。?）計(jì)算進(jìn)給牽引力Fˊm</p><p>　　橫向?qū)к墳檠辔残危?/p>

78、計(jì)算如下：</p><p>　　Fˊm=1.4×Fˊy+fˊ(Fz+2Fˊx+Gˊ)</p><p>　　=1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N</p><p>　　3.2.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C</p><p>　　n=1000×V3/L0=1000×

79、;0.3×0.5/5=30</p><p>　　L=60×n×T/106=60×30×15000/106</p><p>　　C=3√LfwFˊm=3√27×1.2×2030=7283N</p><p>　　3.4.5.2選擇滾珠絲杠螺母副</p><p>　　經(jīng)查表得出，

80、W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額</p><p>　　定動(dòng)載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級。</p><p><b>　?。?）傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4º33ˊ/tg(4º33ˊ+10ˊ)=0.965</p><p>

81、;<b>　?。?）剛度驗(yàn)算</b></p><p>　　橫向進(jìn)給絲杠支承方式如 圖所示，最大牽引力為2425N，支承間距L=450mm，因絲杠長度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。</p><p><b>　　計(jì)算如下： </b></p><p>　　A.絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1(mm)</p><p

82、>　　查表，根據(jù)Fˊm=2032N，D0=20MM，查出δL/L=5×10ˉ5 可算出</p><p>　　δ1= δL /L×L=4.2×10‐5 ×450=1.89×10‐2mm</p><p>　　顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸，以提高剛度</p><p>　　故 δˊ=0.25δ1=4.7×10

83、—3</p><p>　　B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　查表得 δq=8.5μm</p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊 δ2=0.5δq=0.5×8.5=4.25μm</p><p>　　C.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形</p><p>　　采用81

84、03型推力球軸承，dq=5</p><p><b>　　Z=13</b></p><p><b>　　d=17mm</b></p><p>　　δc=0.00243√Fm2/(dq×Z2) </p><p>　　=0.00243√202.3/5×132=1.3×10ˉ

85、3</p><p>　　考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故</p><p>　　δ3=0.5 δc=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4</p><p>　　綜合以上幾次變形量之和得：</p><p>　　δ=δˊ1δ2δ3=4.7×10¯3+4.25×10¯3/+</p&g

86、t;<p>　　=0.0096＜0.015（定位精度 ）</p><p>　　3.4.6穩(wěn)定性校核</p><p>　　滾珠絲杠兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p>　　3.4.6.1傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　?。?）縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已確定縱向

87、進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δp =0.01，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=6mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i</p><p>　　i=360δp / θbL 0 =390×0.01/0.75×6=0.8</p><p><b>　　可選定齒輪齒數(shù)為：</b></p><p>　　I =Z1/Z2</p>

88、<p>　　Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=25</p><p>　?。?）橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p>　　已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp =0.005，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75º?？捎?jì)算出傳動(dòng)比i</p><p>　　I=360δp / θbL 0=360×0.005/0.75&#

89、215;5=0.48</p><p>　　考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級齒輪降速：</p><p>　　i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25</p><p>　　Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25</p><p&g

90、t;　　因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照下表：</p><p>　　3.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型</p><p>　　目前，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，且用于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，通常希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步矩誤差小，性能價(jià)格比高。但增大轉(zhuǎn)矩與快速運(yùn)行存在一定矛盾，高性能與低成本存在一定矛盾，因此實(shí)際選用時(shí)，必須全面考慮。

91、首先，應(yīng)考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求；其次，對位移誤差的的要求；第三，步進(jìn)電機(jī)的特性曲線對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇有影響的特性曲線：起動(dòng)矩頻特性曲線和反映轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的工作矩頻特性曲線；第四，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇既要滿足快速進(jìn)給的要求，又要滿足切削進(jìn)給的要求。</p><p>　　3.5.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算</p><p>　　3.5.1.1等效傳動(dòng)慣量計(jì)算</p>&

92、lt;p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量JΣ(kg?cm2)可有下式計(jì)算：</p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><p>　　式中：Jm—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2)</p><p>　　J1，J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2)</p><p&g

93、t;　　Js—滾珠絲杠傳動(dòng)慣量(kg?cm2)</p><p>　　參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=10(kg?cm2)</p><p>　　J1=0.78×10­3×d14·L1=0.78×10­3×6.42×2=2.6 kg?cm2</p><p>

94、　　J2=0.78×10­3×d24·L2=0.78×10­3×82×2=6.39 kg?cm2</p><p>　　Js=0.78×10­3×44×150=29.952 kg?cm2</p><p><b>　　G=800N</b></p&g

95、t;<p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><p>　　=10+2.62+(32/40)2〔(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2π)2〕</p><p>　　=36.355 kg?cm2</p>

96、<p>　　考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題。</p><p>　　Jm/JΣ=10/36.355=0.275</p><p>　　基本滿足慣量匹配的要求。</p><p>　　3.5.1.2電機(jī)力矩計(jì)算</p><p>　　機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面分別按各階段計(jì)算：</p><p>　　

97、A.快速空載啟動(dòng)力矩M起</p><p>　　在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：</p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma</p><p>　　Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×10­2/(60×ta/2π)</p><p>　　= JΣ×2π·

98、nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　nmax=νmax·θb/δp·360</p><p>　　將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。</p><p>　　nmax=νmax·θb/δp·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/m

99、in</p><p>　　啟動(dòng)加速時(shí)間ta=30ms</p><p>　　Mamax=JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　=36.355×2π×500×10­2/(60×0.03)</p><p>　　=634.

100、5N·cm</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf：</p><p>　　Mf=FOL0/2πηi=f¹(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.25)=94N·cm</p><

101、;p><b>　　附加摩擦力距M0</b></p><p>　　MO=FPOL0(1-η02)/2πηi=1/3×Ft×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8×1.25)</p><p&g

102、t;　　=805.3×0.19=15.3N·cm</p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計(jì)：</b></p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cm</p><p>　　B．快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快。</p><p>　　M快=Mf+M0=94

103、+15.3=109.3N·cm</p><p>　　C．快速切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M切</p><p>　　M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2πηi</p><p>　　=94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25)</p><p>　　=94+15.3+127.96<

104、;/p><p>　　=237.26N·cm</p><p>　　從上面計(jì)算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。</p><p>　　從查表得出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí) λ=Mq/Mjmax=0.951</p><p>　　最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782N

105、·cm</p><p>　　按此最大靜力矩從表2查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　3.5.1.3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</p><p>　　Fk=1000Vmax/60δp =1000×2

106、.4/60×0.01=4000Hz</p><p>　　Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz從表查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz,再表中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500時(shí)，M=100N·cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求

107、的空載起動(dòng)力矩（782N·cm）直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí)，起動(dòng)力矩可增加到5884N·cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。</p><p>　　當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。</p><p>　　3.5.2縱向進(jìn)給

108、步進(jìn)電機(jī)計(jì)算</p><p>　　3.5.2.1等效傳動(dòng)慣量計(jì)算</p><p>　　橫向傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J可由下式計(jì)算</p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2{(J2+J3)+Z3/Zф〔(Jφ+Jξ)+G/g(L0/2π)2〕}</p><p>　　式中各符號(hào)意義同前，其中</p><

109、;p>　　J1=0.78×10­3×d14·L1=0.78×10­3×4.82×2=0.83kg?cm2</p><p>　　J2=0.78×10­3×d24·L2=0.78×10­3×84×2=6.4 kg?cm2</p><p

110、>　　J3=0.78×10­3×d24·L3=0.78×10­3×44×2=0.4 kg?cm2</p><p>　　J4=0.78×10­3×d24·L4=0.78×10­3×54×2=0.98 kg?cm2</p><p>

111、;　　Js=0.78×10­3×24×45=0.56kg?cm2</p><p><b>　　G=600n</b></p><p>　　Jm=4.7 （初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為110BF）</p><p><b>　　代入上式為：</b></p><p>　　JΣ

112、=Jm+J1+（Z1/Z2）2{(J2+J3)+Z3/Zф〔(Jφ+Jξ)+G/g(L0/2π)2〕} </p><p>　　=4.7+0.83+(24/10)2{(6.4+0.4)+(20/25)2[(0.98+0.56)+600/10(0.5/2π)2]}</p><p>　　=8.42kg·cm2</p><p>　　考慮到步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量的匹

113、配問題</p><p>　　Jm/JΣ=4.7/8.42=0. 558</p><p>　　基本滿足慣量匹配要求</p><p><b>　　2.2電機(jī)力矩計(jì)算</b></p><p>　　A.快速空載起動(dòng)力矩M</p><p>　　M起=Mamax+Mf+MaMamax=JΣ·ε=

114、JΣnnax×10­2/(60×ta/2π)</p><p>　　= JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　式中： nmax=νmax·θb/δp·360</p><p>　　=1200×0.75/(0.005×36

115、0)=500r/min</p><p><b>　　ta=30ms</b></p><p>　　Mamax=JΣ×2π·nmax×10­2/(60×ta)</p><p>　　=8.42×2π×500×10­2/(60×0.03)</p&g

116、t;<p><b>　　=147N·cm</b></p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩Mf</p><p>　　Mf=FOL0/2πηi=f¹(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=0.2×(2680+600)×0.5×0.48/(2π&#

117、215;0.8)</p><p><b>　　=31.3N·cm</b></p><p><b>　　附加摩擦力矩M0</b></p><p>　　MO=FPOL0(1-η02)/2πηi=1/3×Fˊt×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=

118、1/3×2023×0.5×0.48×(1-0.92)/( 2π×0.8)</p><p><b>　　=6.1N·cm</b></p><p><b>　　上述三項(xiàng)合計(jì)：</b></p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma=147+31.3+6.1=184.

119、4N·cm</p><p>　　B．快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快。</p><p>　　M快=Mf+M0=31.3+6.1=37.4N·cm</p><p>　　C.最大切削福載時(shí)所需力矩M切</p><p>　　M切=Mf+Ma+Mt=Mf+Ma+ FOL0/2πηi</p><p>　　=37.4+1

120、072×0.5×0.48/(2π×0.8)</p><p><b>　　=88.6N·cm</b></p><p>　　由上面計(jì)算可以看出, M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，故以此項(xiàng)作為選擇步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Mq與最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax的關(guān)系可知，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí)：λ=Mq/Mjmax=

121、0.866</p><p>　　最大靜力矩Mjmax=184.4/0.866=213N·cm</p><p>　　查BF反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)得，110BF003型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為7.84N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)，但必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　3.5.3計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切