臥室鏜床的數(shù)控改造設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計說明書】

1、<p><b>　　?？飘厴I(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　臥式鏜床的數(shù)控改造設(shè)計</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成

2、的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目：臥式鏜床的數(shù)控改造設(shè)計</p><p>　　1．設(shè)計的主要任務(wù)及目標(biāo)</p>

3、<p>　　1．根據(jù)課題要求進行調(diào)查研究，了解掌握臥式鏜床的結(jié)構(gòu)特點；2．?dāng)M定并論證方案；3．設(shè)計、繪制機床橫向、縱向進給系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖；4．選擇并校核主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動；5．設(shè)計、改造機床機械結(jié)構(gòu)；6．繪制零件圖及結(jié)構(gòu)裝配圖</p><p>　　2．設(shè)計的基本要求和內(nèi)容</p><p>　　1．畢業(yè)設(shè)計說明書一份；2．進給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；3．主要零件圖；4．機床控制PLC程序 &

4、lt;/p><p><b>　　3．主要參考文獻</b></p><p>　　[1]曾勵.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：高等教育出版社，2004.</p><p>　　[2]汪木蘭.數(shù)控原理與系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[3]楊有君.數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床.北京：機械工業(yè)出版社，2002.</p

5、><p>　　[4]于駿一.機械制造技術(shù)技巧.北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[5]姜培剛.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[6]羅良玲.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[7]張新義.經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1994.<

6、;/p><p>　　[8]羅永順.機床數(shù)控化改造技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2007.</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　臥式鏜床的數(shù)控改造設(shè)計</p><p>　　摘要：根據(jù)課題要求進行調(diào)查研究，在全面了解T6112臥式鏜床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法的基礎(chǔ)上，繪制機床橫向、縱向進給系

7、統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖，通過認真研究機床的傳動系統(tǒng)圖，分析臥式機床在結(jié)構(gòu)方面存在的不足。為了適應(yīng)市場對于大型臥式鏜床這種設(shè)備加工工藝要求日益的精湛，對機床的機械結(jié)構(gòu)進行數(shù)控化的改造，將臥式鏜床改造成技術(shù)先進、自動化明顯、外觀造型完美、高效率、高質(zhì)量的數(shù)控機床，使機床的操作性能得到全方位的提升和改善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：進給系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)，數(shù)控改造，操作性能</p><p>　　CNC t

8、ransformation of the horizontal boring machine</p><p>　　Abstract：Investigation and research according to the requirements of project, based on T6112 horizontal boring machine internal structure, working prin

9、ciple, control method on a comprehensive understanding of the transmission system, graph drawing machine horizontal, vertical feed system, the transmission system graph study tool, analyzing the existing problems in the

10、structure of the horizontal machine tool. In order to meet the market requirements for large horizontal boring machine the equipm</p><p>　　Keywords: CNC feed system, mechanical structure, numerical control t

11、ransformation, operating performance.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外臥式鏜床的結(jié)構(gòu)特點及發(fā)展趨勢1</p

12、><p><b>　　1.3研究設(shè)想3</b></p><p>　　2.臥式鏜床數(shù)控化改造注意事項4</p><p>　　3.臥式鏜床數(shù)控化改造總體設(shè)計5</p><p>　　3．1臥式鏜床總體概況5</p><p>　　3.1.1臥式鏜床的工作原理5</p><p>

13、;　　3.1.2主要技術(shù)參數(shù)6</p><p>　　3.1.3臥式鏜床的運動7</p><p>　　3.1.4主軸部件機構(gòu)8</p><p>　　3.2改造主體部分9</p><p>　　3.3 數(shù)控系統(tǒng)的改造，選型9</p><p>　　3.4 機床電機和絲杠的選擇以及間隙的消除11</p>

14、<p>　　3.5 伺服系統(tǒng)的改造、選型11</p><p>　　3.6 電氣系統(tǒng)的改造，PLC的選型13</p><p>　　3.7 畢業(yè)設(shè)計總體要求13</p><p>　　3.8 伺服進給系統(tǒng)的確定14</p><p>　　4. 臥式鏜床垂直傳動機械結(jié)構(gòu)的改造16</p><p>　　4.1

15、垂直（即Y）方向機械結(jié)構(gòu)的改造16</p><p>　　4.2滾珠絲桿的選擇計算17</p><p>　　4.2.1滾珠絲桿的原理17</p><p>　　4.2.2滾珠絲桿的特點18</p><p>　　4.2.3滾珠絲桿副的工作負荷計算及絲桿型號的選擇18</p><p>　　4.3 齒輪傳動設(shè)計的有關(guān)計

16、算20</p><p>　　4.4 步進電機型號的計算選擇23</p><p>　　4.5 自鎖機構(gòu)的設(shè)計24</p><p>　　4.6 軸承型號的選擇25</p><p>　　5.臥式鏜床橫向傳動機械結(jié)構(gòu)的改造26</p><p>　　5.1滾珠絲桿的選擇計算26</p><p>

17、;　　5.2滾珠絲桿的壽命計算26</p><p>　　5.3最大動載荷計算27</p><p>　　5.4傳動效率計算28</p><p>　　5.5剛度驗算28</p><p>　　5.6傳動齒輪的選擇及間隙調(diào)整28</p><p>　　5.7軸承型號的選擇29</p><p>

18、　　5.8伺服電機的選擇及計算29</p><p>　　5.9驅(qū)動裝置的選擇31</p><p>　　6. 利用PLC技術(shù)改造臥式鏜床控制系統(tǒng)32</p><p>　　6.1 T6112臥式鏜床控制要求32</p><p>　　6.2 T6112臥式鏜床電氣原理圖32</p><p>　　6.3 T6112臥

19、式鏜床PLC程序設(shè)計33</p><p>　　6.3．1 I/O分配表33</p><p>　　6.3．2 PLC外部接線圖34</p><p>　　6.3．3 PLC程序梯形圖35</p><p><b>　　總結(jié)37</b></p><p><b>　　參考文獻38<

20、;/b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　1．緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義</p><p>　　鏜床類機床的主要工作是用鏜刀進行鏜孔，所以叫鏜床。鏜床主要分為臥式鏜床、坐標(biāo)鏜床、金剛鏜床等。因為臥式鏜床除鏜孔外，還可

21、鉆孔，擴孔，鉸孔。尤其適合大型，復(fù)雜的箱體類零件的孔加工。一般情況下，零件可以在一次安裝中完成大部分甚至全部的加工工序，所以臥式鏜床特別適合于加工形狀、位置要求嚴格的孔系和加工尺寸較大、形狀復(fù)雜且具有孔系的箱體、機架床身等零件。因此，臥式鏜床也是我國重點開發(fā)設(shè)計的主要機床產(chǎn)品之一。為了響應(yīng)市場發(fā)展對機械產(chǎn)品效率，質(zhì)量要求的不斷提高，對臥式鏜床進行數(shù)控改造是必要的。</p><p>　　臥式鏜床進行數(shù)控改造后具有原

22、機床所不具備的一些特點：⑴可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標(biāo)軸瞬時的運動量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面；⑵可以實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3－7倍。因為計算機有記憶和存儲能力，可以將輸入的程序記住和存儲下來，然后按規(guī)定的程序去執(zhí)行，從而實現(xiàn)自動化。數(shù)控機床只要更換一個程序，就可實現(xiàn)另一工件的自動化，從而使單件和小批量生產(chǎn)得以自動化； ⑶擁有自動報警

23、、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工；⑷可以降低工人的勞動強度，節(jié)省勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品的試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求做出快速反應(yīng)；⑸同購置新機床相比，將原有設(shè)備進行改造費用低，一般可以節(jié)省60﹪—80﹪的費用。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外臥式鏜床的結(jié)構(gòu)特點及發(fā)展趨勢</p><p>　　臥式鏜床的主要關(guān)鍵部件是

24、主軸箱，安裝在立柱側(cè)面，也有少數(shù)廠家采用雙立柱的熱對稱結(jié)構(gòu),講主軸箱置于立柱中間，這種結(jié)構(gòu)最大特點是剛性、平衡性、散熱性能好，為主軸箱高速運行提供了可靠保證。但是，雙立柱結(jié)構(gòu)不便于維護保養(yǎng)，是當(dāng)今采用的廠家不多的原因。主軸箱移動多通過電機驅(qū)動滾珠絲桿進行傳動，是主軸驅(qū)動核心傳動裝置，多采用靜壓軸承支承，由伺服電機驅(qū)動滾珠絲桿進行驅(qū)動。由于主軸轉(zhuǎn)速軸轉(zhuǎn)速越來越高，主軸升溫快，現(xiàn)在，已有很多廠家將采用油霧冷卻以替代油冷卻，更有效地控制主軸升

25、溫，使其精度得到有效保證。 </p><p>　　主軸系統(tǒng)主要有兩種結(jié)構(gòu)型式，一種是傳統(tǒng)的鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)，具有鏜深孔及大功率切削的特點;另一種是現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)速高，運行速度快，高效、高精的優(yōu)點。 高速電主軸在臥式鏜銑床上的應(yīng)用越來越多，除了主軸速度和精度大幅提高外，還簡化了主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，縮短了制造周期，尤其是能進行高速切削，電主軸轉(zhuǎn)速最高可大10000r/min以上。不足之處在于功率受到限制，其制造

26、成本較高，尤其是不能進行深孔加工。而鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)其速度有限，精度雖不如電主軸結(jié)構(gòu)，但可進行深孔加工，且功率大，可進行滿負荷加工，效率高，是電主軸無法比擬的。因此，兩種結(jié)構(gòu)并存，工藝性能各異，卻給用戶提供了更多的選擇。 </p><p>　　現(xiàn)在，又開發(fā)了一種可更換式主軸系統(tǒng)，具有一機兩用的功效，用戶根據(jù)不同的加工對象選擇使用，即電主軸和鏜桿可相互更換使用。這種結(jié)構(gòu)兼顧了兩種結(jié)構(gòu)的不足，還大大降低了成本。是當(dāng)今臥

27、式鏜銑床的一大創(chuàng)舉。電主軸的優(yōu)點在于高速切削和快速進給，大大提高了機床的精度和效率。 </p><p>　　臥式鏜銑床運行速度越來越高，快速移動速度達到25～30m/min，鏜桿最高轉(zhuǎn)速6000r/min。而臥式加工中心的速度更高，快速移動高達50m/min，加速度5m/s2，位置精度0.008～0.01mm，重復(fù)定位精度0.004～0.005mm。</p><p>　　近幾年來，國內(nèi)外臥

28、式鏜床的技術(shù)發(fā)展非常快,其特點是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷更新，新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，工藝性能復(fù)合化，速度、效率不斷提高，突出精細化制造。其主要發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢歸納如下：</p><p>　　(1)鏜床數(shù)控技術(shù)得到迅速發(fā)展。</p><p>　　(2)臥式鏜床設(shè)計結(jié)構(gòu)和工藝的發(fā)展。</p><p>　　(3)向柔性化、無人化、超精密化的開拓性研究。</p><p&

29、gt;　　國外數(shù)控鏜床及臥式加工中心產(chǎn)品大多以普通臥鏜為基型，發(fā)展成不同水平的產(chǎn)品。如在普通臥鏜上配上不同水平的數(shù)控系統(tǒng)后成為不同的數(shù)控臥鏜。在數(shù)控臥鏜的基礎(chǔ)上，再加上刀庫和機械手，成為自動換刀型的產(chǎn)品。最終都將會演變成不同布局和不同精度水平的臥式加工中心產(chǎn)品。</p><p>　　在國外已普及用CAD對機床的基礎(chǔ)大件如床身、立柱、滑座等進行優(yōu)化設(shè)計。這樣不僅可以大量節(jié)約原材料，同時還可縮短設(shè)計周期，提高機床的動

30、態(tài)特性。更為突出的是，在機床設(shè)計中普遍采用模塊化設(shè)計方法，可較快地開發(fā)新品種，滿足不同用戶的需求。</p><p>　　當(dāng)新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料在機床上大量應(yīng)用時，使機床技術(shù)水平有明顯的提高，促使加工零件高精度化，高效化和高速化。</p><p><b>　　1.3 研究設(shè)想</b></p><p>　　本文根據(jù)課題進行調(diào)查研究，仔細分析了臥式

31、鏜床的組成結(jié)構(gòu)及傳動原理，主要針對機床進給系統(tǒng)進行了全面細致的研究設(shè)計，改造機床的機械結(jié)構(gòu)，使臥式鏜床的應(yīng)用更為廣泛，功能更多，加工的零件精度更高。</p><p>　　2．臥式鏜床數(shù)控化改造注意事項</p><p>　　在改造機床前，要先做好充分的技術(shù)準備，做好技術(shù)規(guī)劃，電氣原理圖及各種轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計等。</p><p>　　原機床的全面保養(yǎng)。機床長期使用后，會不

32、同程度地在機械、液壓、潤滑、清潔等方面存在缺陷，全面保養(yǎng)后機床的精度、實時性等性能會有所提高。其次，應(yīng)對機床作一次改造前的幾何精度、尺寸精度的測量，并記錄在案。這樣既可起到改造工作參考作用，又可在改造結(jié)束時對比分析用。</p><p>　　保留的電氣部分進行最佳化調(diào)整。若對電氣系統(tǒng)作局部改造，則應(yīng)對保留電氣部分進行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整。如強電部分的零件更換、電動機的保養(yǎng)、變壓器的烘干絕緣、污染的清潔、通風(fēng)冷卻裝置的清

33、洗、伺服驅(qū)動裝置的最佳化調(diào)整、老化電線電纜的更新、連接件的緊固等。只有對保留的電氣部分做好詳細的最佳化調(diào)整工作，才能保證改造后的機床有較低的故障率。</p><p>　　拆除原系統(tǒng)。原系統(tǒng)的拆除必須對照原圖樣仔細進行，及時在圖樣上作出標(biāo)記，防止遺漏或過拆。在拆的過程中也會發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計中缺欠之處，應(yīng)及時補充與修正，拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類，妥善保管，以備萬一改造不成功或局部失敗時恢復(fù)使用。</p>

34、;<p>　　合理安排新系統(tǒng)位置及布線。根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計圖樣，合理進行新系統(tǒng)配置，包括箱體固定、面板安放、線路走向、固定和調(diào)整元件位置、密封及必要裝飾等。連線工作必須分工明確，有人復(fù)查檢驗，以確保連線工藝規(guī)范、線徑合適、正確無誤、可靠美觀。</p><p>　　在準備工作做好后，就可以開展改造工作。</p><p>　　3．臥式鏜床數(shù)控化改造總體設(shè)計</p>&l

35、t;p>　　3.1 臥式鏜床總體概況</p><p>　　3.1.1 臥式鏜床的工作原理</p><p>　　鏜床的定義：主要用鏜刀對工件已有的預(yù)制孔進行鏜削的機床。通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件還可進行鉆削、銑削，且它的加工精度和表面質(zhì)量要高

36、于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設(shè)備。</p><p>　　鏜床分為臥式銑鏜床、落地鏜銑床、金剛鏜床和坐標(biāo)鏜床。臥式鏜床是應(yīng)用最多、性能最廣的一種鏜床，適用于單件小批生產(chǎn)和修理車間。</p><p>　　臥式鏜床主要由工作臺，主軸箱，前立柱，后立柱，下滑座，上滑座和床身等部件組成。主軸箱可沿前立柱的導(dǎo)軌上下移動。在主軸箱中，裝有主軸部件、主運動和進給運動變速機構(gòu)以及操縱機構(gòu)。根據(jù)加工情

37、況不同，刀具可以裝在鏜桿上或平旋盤上。加工時，鏜桿旋轉(zhuǎn)完成主運動，并可沿軸向移動完成進給運動；平旋盤只能做旋轉(zhuǎn)主運動。裝在后立柱上的后支架用于支撐懸伸長度較大的鏜桿的懸伸端，以增加剛性。后支架可沿后立柱上的導(dǎo)軌與主軸箱同步升降，以保持鏜桿不同長度的需要。工件安裝在工作臺上，可與工作臺一起隨下滑座或上滑座作縱向或橫向移動。工作臺還可繞上滑座的圓導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)轉(zhuǎn)位，以便加工互相成一定角度的平面或孔。當(dāng)?shù)毒哐b在平旋盤的徑向刀架上時，徑向刀架

38、可帶著刀具作徑向進給，以車削端面。綜上所述，臥式鏜床具有下列工作運動：</p><p>　　1. 鏜桿的旋轉(zhuǎn)運動； </p><p>　　2. 平旋盤的旋轉(zhuǎn)主運動； </p><p>　　3. 鏜桿的軸向進給運動；</p><p>　　4. 主軸箱垂直進給運動； </p><p>　　

39、5. 工作臺縱向進給運動； </p><p>　　6. 工作臺橫向進給運動；</p><p>　　7. 平旋盤徑向刀架進給運動； </p><p>　　8. 輔助運動：主軸箱，工作臺，在進給方向上的快速調(diào)位運動；后立柱縱</p><p>　　向調(diào)位運動，后支架垂直調(diào)位運動。</p><p>　　3.1.

40、2 主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　機床的主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)?；緟?shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)。主參數(shù)，或稱主要規(guī)格，表示機床的加工范圍。機床的尺寸參數(shù)是指機床的主要結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　　T6112鏜床的主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　主軸直徑 12

41、5mm</p><p>　　主軸最大許用扭轉(zhuǎn)力矩 3432 Nm </p><p>　　主軸承受最大軸向進給抗力 29420 N </p><p>　　平旋盤最大許用扭轉(zhuǎn)力矩

42、4987 N </p><p>　　主軸內(nèi)錐孔 公制80mm </p><p>　　主軸最大行程 1000 mm</p><p>　　平旋盤

43、徑向刀架最大行程 300 mm</p><p>　　主軸中心線距工作臺距離 01400mm </p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速范圍 （24級）

44、 4800r/min </p><p>　　平旋盤轉(zhuǎn)速范圍（18級） 2.5125r/min</p><p>　　主軸每轉(zhuǎn)時進給量范圍 4200mm/min </p><p>　　平旋盤每轉(zhuǎn)時進給量范圍 0.06

45、310mm/min </p><p>　　工作臺尺寸 1400×1600mm</p><p>　　工作臺最大行程 </p><p>　　縱向

46、 1600mm</p><p>　　橫向 1400mm</p><p>　　工作臺機動回轉(zhuǎn)速度 1r/min </p><p>　　工作承受最大重量

47、 5000kg </p><p>　　工作臺快速移動速度 2m/min </p><p>　　機床外形尺寸 7225×3350×3355mm</p><

48、p><b>　　主電機：</b></p><p>　　功率 13kW</p><p>　　轉(zhuǎn)速 970 r/min</p><p><b>　　快速移動電機：&l

49、t;/b></p><p>　　功率 4kW</p><p>　　轉(zhuǎn)速 960r/min</p><p><b>　　后立柱快速電機</b></p><

50、p>　　功率 1.1kW</p><p>　　轉(zhuǎn)速 960r/min</p><p><b>　　油泵電機:</b></p><p>　　功率

51、 0.8kW</p><p>　　轉(zhuǎn)速 1380r/min</p><p>　　光學(xué)測量讀數(shù)精度 0.01mm</p><p>　　3.1.3 臥式鏜床的運動</p

52、><p>　　臥式鏜床的外形由下滑座、上滑座、和工作臺組成的工作臺部件裝在床身導(dǎo)軌上。上滑座可沿下滑座的導(dǎo)軌作橫向移動，下滑座又可沿床身導(dǎo)軌作縱向移動，從而組成水平面內(nèi)X,Z兩個坐標(biāo)方向的進給和定位移動系統(tǒng)。工作臺還可在上滑座的環(huán)形導(dǎo)軌上繞垂直軸線轉(zhuǎn)位，使工件能在水平面內(nèi)調(diào)整至一定角度，以便在一次安裝中對相互平行或成一定角度的孔或平面進行加工。主軸軸線為水平方向布置，主軸箱可沿前立柱上的導(dǎo)軌在垂直方向上下移動，以實現(xiàn)

53、垂直進給運動或使主軸軸線處在X坐標(biāo)方向上的不同位置。為了保證孔與孔以及孔與基準面的距離精度，機床上具有坐標(biāo)測量裝置，以實現(xiàn)主軸箱和工作臺的準確定位。</p><p>　　主軸箱內(nèi)裝有主運動和進給運動的變速傳動機構(gòu)及操縱機構(gòu)等。根據(jù)加工情況不同，刀具可以裝在鏜軸前端的錐孔中，或裝在平旋盤的徑向刀具溜板上。加工時，鏜軸旋轉(zhuǎn)完成主運動，并可沿其軸線移動作軸向進給運動；平旋盤只能作旋轉(zhuǎn)主運動，裝在平旋盤導(dǎo)軌上的徑向刀具溜

54、板，除了隨平旋盤一起旋轉(zhuǎn)外，還可沿導(dǎo)軌移動作徑向進給運動。裝在后立柱垂直導(dǎo)軌上可上下移動的后支架，用以支承長刀桿（鏜桿）的懸伸端，以增加其剛性。后立柱可沿床身導(dǎo)軌調(diào)整縱向位置，以適應(yīng)支承不同長度的刀桿。</p><p>　　3.1.4 主軸部件機構(gòu)</p><p>　　臥式鏜床主軸部件的結(jié)構(gòu)形式較多。T6112臥式鏜床為三層主軸帶固定式平旋盤的主軸部件，它由層層套裝的鏜軸、空心主軸和平旋盤

55、主軸組成。鏜軸和平旋盤主軸用來安裝刀具并帶動其旋轉(zhuǎn)，兩者可單獨轉(zhuǎn)動?？招闹鬏S用作鏜軸的支撐和導(dǎo)向，并傳動其旋轉(zhuǎn)。平旋盤主軸由裝在主軸箱體左壁和中間壁孔內(nèi)的兩個精密圓錐滾子軸承支承，軸承間隙可用螺母調(diào)整。空心主軸同樣用兩個圓錐滾子軸承支承，其前軸承裝在平旋盤主軸前端的孔中，后軸承裝在主軸箱體右壁的孔中，軸承間隙用螺母調(diào)整。</p><p>　　在空心主軸的內(nèi)孔中，裝有三個淬硬的精密襯套，用以支承鏜軸。鏜軸用38cr

56、MoAlA鋼經(jīng)氮化處理制成。具有很高的表面硬度（1000~1200HV），它和襯套的配合間隙很?。s0.01mm左右），而前后襯套間的距離較大，因而可長期地保持較高的導(dǎo)向精度，并使主軸部件有較高的剛度。</p><p>　　鏜軸的前端有精密的莫氏錐孔，供安裝刀具和刀桿用。它由齒輪經(jīng)空心主軸和兩個導(dǎo)鍵傳動旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)鍵固定在空心主軸上，其突出部分嵌在鏜軸的兩條長鍵槽內(nèi)，使鏜軸既能由空心主軸帶動旋轉(zhuǎn)，又可在襯套中沿軸向移

57、動。鏜軸的后端通過推力球軸承和圓錐滾子軸承與支承座連接。支承座裝在后尾筒的水平導(dǎo)軌上，可由絲杠經(jīng)螺母傳動移動，帶動鏜軸作軸向進給運動。鏜軸不做進給時，利用支承座中的推力球軸承和圓錐滾子軸承使鏜軸實現(xiàn)軸向定位。其中圓錐滾子軸承還可以作為鏜軸的附加徑向支承，以免鏜軸后部的懸伸端下垂。</p><p>　　平旋盤主軸的前端，用螺釘和定位銷固定地安裝著平旋盤，它由齒輪傳動旋轉(zhuǎn)。平旋盤的端面上銑有四條徑向T型槽，供緊固刀架

58、或刀盤之用；在它的燕尾導(dǎo)軌上，裝有徑向刀具溜板。刀具溜板的左側(cè)面上銑有兩條供緊固刀架用T型槽，有側(cè)面的矩形槽中固定著齒條，由與其嚙合的齒輪傳動，使刀具溜板作徑向進給運動。</p><p>　　燕尾導(dǎo)軌的間隙可用鑲條進行調(diào)整。當(dāng)加工過程中刀具溜板不需作徑向進給時，可擰緊螺塞，通過小丁將其鎖緊在平旋盤上。</p><p>　　平旋盤上裝有刀具溜板的進給機構(gòu)。運動由齒輪2傳入，然后經(jīng)齒輪18、蝸

59、桿、蝸輪、齒輪25、和齒條傳動刀具溜板移動。上述這些齒輪、蝸桿、蝸輪等，在工作過程中一面隨平旋盤一起繞它的軸線旋轉(zhuǎn)---公轉(zhuǎn)運動；一面繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)---自轉(zhuǎn)運動。齒輪2空套在平旋盤的輪轂上，由伸出在主軸箱體外面的齒輪17傳動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)齒輪2的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向與平旋盤相同時，由于齒輪18與2 之間無相對運動，齒輪18、蝸桿19和蝸輪26等不能產(chǎn)生自傳運動，因而刀具溜板不作進給運動。當(dāng)齒輪2的轉(zhuǎn)速與平旋盤不相等時，則齒輪18將沿著齒輪2滾動，

60、產(chǎn)生自傳運動。于是蝸桿19、蝸輪26、和齒輪25等也都被帶動作自傳運動，從而傳動刀具溜板進給。</p><p>　　3.2 改造主體部分</p><p>　　圖3.1 臥式鏜床簡圖</p><p>　　如圖3.1所示，改造主要對臥式鏜床主軸箱的升降（即Y軸方向）和工作臺的前后移動（即X軸方向）實現(xiàn)數(shù)控改造。在這兩個方向上，機械結(jié)構(gòu)都是由步進電機帶動一級齒輪，通過滾珠

61、絲桿，帶動工作臺或主軸箱。通過數(shù)控裝置對步進電機的控制，實現(xiàn)兩個方向的聯(lián)動，從而實現(xiàn)了機床數(shù)控化的要求。</p><p>　　3.3 數(shù)控系統(tǒng)的改造，選型</p><p>　　T6112臥式鏜床的主軸以及進給系統(tǒng)都是由法蘭式電動機拖動。主軸傳動系統(tǒng)部分改造難度大、成本高，且精度提高有限，所以在改造此類機床時，由于主軸各方面性能能滿足使用要求的，所以保留原主軸系統(tǒng)，對進給傳動系統(tǒng)及電氣控制系

62、統(tǒng)進行改造。</p><p>　　根據(jù)數(shù)控機床的工作原理，數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)，數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)，機床本體和測量裝置等五部分組成。其組成框圖如圖3.2所示 : </p><p>　　圖3.2 數(shù)控機床組成框圖</p><p>　　在T6112型臥式鏜床進行經(jīng)濟型數(shù)控鏜床的改造中，其控制介質(zhì)用CNC系統(tǒng)自帶的存儲器作載體。而數(shù)控裝置通過以下幾個公司選擇: </

63、p><p>　　通過美國MDSI公司的Open CNC系統(tǒng),德國Power Automation 公司的PA8000NT CNC系統(tǒng)，日本FANUC CNC系統(tǒng)，德國SIEMENS CNC及JWK—15T CNC系統(tǒng)，JBK—30M CNC系統(tǒng)的比較，國外CNC系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大，單價格昂貴，不適合安裝在經(jīng)濟型數(shù)控機床上，那樣代價太大，成本不合算，故亦不選用。而在JWK—15T CNC系統(tǒng)和JBK—30M

64、 CNC系統(tǒng)中我決定選用JBK—30M CNC系統(tǒng)，JBK—30M CNC系統(tǒng)裝置是三坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)。它用三路驅(qū)動電路分別控制X向， Y向，和Z向 的步進電動機，進行機床位置的移動，并能實現(xiàn)任意的二坐標(biāo)聯(lián)動和三坐標(biāo)聯(lián)動。它使用ISO國際標(biāo)準代碼進行編程，該裝置除了能執(zhí)行本身的各種編程指令外，還能執(zhí)行兩坐標(biāo)機床數(shù)控系統(tǒng)的各種編程指令，而且三坐標(biāo)系統(tǒng)的各種操作方法如輸入，修改，刪除及運行加工程序，也與二坐標(biāo)系統(tǒng)相同。</p>

65、<p><b>　　其功能有：</b></p><p>　　1、刀具半徑補償功能</p><p>　　在編程時，將刀具簡化為刀位點，用零件本身輪廓進行編程，但要將實際刀具的參數(shù)（如刀具位置、長度、和圓弧切削刃半徑等）測量出來并輸入給CNC裝置，輸入的參數(shù)統(tǒng)稱為刀具補償值，簡稱刀補值；在程序中適當(dāng)?shù)奈恢谜{(diào)用刀具補償指令，CNC裝置就會根據(jù)程序指定的刀補值，

66、自動調(diào)整刀位點的運動軌跡，使刀位點的運動軌跡相對編程軌跡產(chǎn)生偏移，這個偏移恰好能加工出要求的零件輪廓。</p><p><b>　　2、對機械原點功能</b></p><p>　　3、三軸任意兩軸聯(lián)動及三聯(lián)動和第四軸顯示切換功能。</p><p>　　3.4 機床電機和絲杠的選擇以及間隙的消除</p><p>　　進給傳

67、動系統(tǒng)的傳動精度及效率也是數(shù)控機床性能的重要組成部分。原機床進給箱為交換齒輪，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反向間隙大、傳動精度差。在改造過程中，采用步進電動機與滾珠絲杠，并裝有減速機構(gòu)的傳動方式，通過減速機構(gòu)可得到所需的減速比并增大驅(qū)動力矩。原機床時用滑動絲杠，傳動誤差大，因此在數(shù)控化改造中將其更換為滾珠絲杠。</p><p>　　滾珠絲杠副是一種具有螺旋槽的絲杠與其螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其特點是:傳動效率高，摩擦損

68、失小且無軸向間隙，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，因此，輕便靈活，傳動精度高。為了提高進給傳動系統(tǒng)的靈敏度即快速響應(yīng)特性，必須有效地減少運動件的摩擦阻力，為此采用滾珠絲杠代替滑動絲杠，前者具有傳動效率高、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、可通過預(yù)緊消除軸向間隙并提高系統(tǒng)剛度等特點。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)僅為0.00260.0052。</p><p>　　3.5 伺服系統(tǒng)的改造、選型</p><p>　　T

69、6112臥式鏜床的原調(diào)速方法是靠交換齒輪調(diào)速、人工手動，不能實現(xiàn)伺服調(diào)速。改造后需實現(xiàn)數(shù)控?zé)o級調(diào)速，必須使用與數(shù)控系統(tǒng)配對的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。根據(jù)進給脈沖指令輸入驅(qū)動裝置，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，驅(qū)動執(zhí)行電動機轉(zhuǎn)動。因此，在改造過程中要根據(jù)所選的電動機參數(shù)來選擇合適的伺服系統(tǒng)。</p><p>　　在驅(qū)動執(zhí)行裝置中，直流伺服電動機的價格昂貴，在普通機床的數(shù)控化改造中一般采用步進電動機和交流伺服電動機。步進電動機采

70、用脈沖數(shù)字信號進行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動變?yōu)榱悖芊奖愕貙崿F(xiàn)調(diào)速及定位，改變各相繞組的接通次序即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。在臥式鏜床數(shù)控化改造中，采用功率步進電動機，電液脈沖馬達。</p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控鏜床的伺服進給系統(tǒng)采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，即由直流步進電機和滾珠絲杠兩部分組成。直流步進電機是一種能接受電脈沖而一步步轉(zhuǎn)動的電動機，每接收一個電脈沖轉(zhuǎn)動1.5度或3度因此，步進電機轉(zhuǎn)角的大小，取決于電脈沖的數(shù)量;轉(zhuǎn)

71、速的快慢取決于電脈沖的頻率。由于步進電機的功率和扭矩較小，故采用功率放大器來驅(qū)動。</p><p>　　用于數(shù)控機床的控制系統(tǒng)很多，其結(jié)構(gòu)形式、工作方式、實現(xiàn)的功能，所達到的精度、價格等各不相同。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常采用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅(qū)動元件，無檢測反饋機構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達士0.0l0.02mm，已能滿足T6112鏜床改造后加工零件的精度要求該開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬、動態(tài)響應(yīng)快

72、、輸出精度高、控制線路簡單等特點。</p><p>　　在動力源的選擇中主電機不變，只改變輔助電機。步進電機。橫向:110BF3，最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為8Nm;縱向:160BF5，最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為15Nm ;</p><p>　　步進電機是開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)的核心，它跟蹤指令脈沖，產(chǎn)生功率輸出，并使輸出量(角位移)能夠準確、迅速地復(fù)現(xiàn)輸人量(指令脈沖)的變化。在使用中，要求步進電機能嚴格跟隨指令脈沖，

73、不發(fā)生失步、振蕩，能快速起動、停止,正反轉(zhuǎn)，具有足夠的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，也就是要求步進電機具有良好的運行特性。其運行特性與電機本身特性(如通電方式、步距角、矩頻特性)有關(guān)，也與配套使用的驅(qū)動電路有關(guān)。試驗證明，不同的驅(qū)動電路在發(fā)揮步進電機性能上的差別較大，其中斬波電路輸出的轉(zhuǎn)矩在低頻段為0. 85Ma0. 90Ma (Ma為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩)，高于其它電路?；蛘哒f對應(yīng)于某一快速運動阻力矩M,斬波電路的運行頻率比其它電路高出許多。因此，步進電

74、機所能達到的速度高，調(diào)速范圍寬。斬波電路的起動頻率也明顯地高于其它電路。起動頻率高，動態(tài)響應(yīng)快，有利干步進電機以較快速度直接起動，縮短加速時間。</p><p>　　在伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，步進電機除了是指令脈沖的伺服跟蹤元件外，同時，還是進給傳動系統(tǒng)的驅(qū)動力源，所以，它的運行特性還與負載有密切關(guān)系。步進電機承受負載的能力是一定的，由電機本身的性能參數(shù)—最大靜轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)的驅(qū)動電路確定，而負載的大小則與切削力、傳動機構(gòu)摩

75、擦力等有關(guān)，當(dāng)負載大于電機的承載能力時，伺服進給系統(tǒng)就不能正常工作。因此，我們可以通過普通車床重切削時的負荷計算，來校驗所選用伺服驅(qū)動系統(tǒng)的容量是否滿足T6112鏜床數(shù)控改造后驅(qū)動進給力的需要。經(jīng)估算結(jié)果表明，進給驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩40%以上，故本系統(tǒng)采用的元件匹配是能滿足T6112型普通臥式鏜床的數(shù)控改造的。</p><p>　　差動機構(gòu)接不通，刀架無進給，而平旋盤轉(zhuǎn)速n平必和齒輪Z150的轉(zhuǎn)速n150相等。

76、證明如下：</p><p>　　由周轉(zhuǎn)輪系傳動比公式知：</p><p><b>　　=。</b></p><p>　　因差動機構(gòu)不接通，，，， </p><p>　　又 ，所以。而 ，</p><p>　　由此可知時，徑向刀架無進給。</p>

77、<p>　　機床主軸進給和徑向刀架進給由手輪機構(gòu)來操縱，可分別實現(xiàn)機動進給，手動進給和微量手動進給。機動進給——向前推動手把（離開操作者），這時軸Ⅲ上的齒輪Z18和軸Ⅱ上的齒輪Z24脫開嚙合位置。同時，由擋塊按動行程開關(guān)控制電磁閥，使油缸動作接通牙嵌式離合器，實現(xiàn)機動進給。若軸XⅦ上齒輪Z47與軸XⅧ上齒輪Z47嚙合，經(jīng)絲缸便可帶動主軸作軸向進給；若兩Z47齒輪脫開時，使Z23與軸XⅥ齒輪Z17相嚙合，經(jīng)差動機構(gòu)可使平旋盤上的

78、徑向刀架獲得徑向進給。因為Z47和Z32齒輪由一個液壓缸操縱，所以主軸和徑向刀架的進給運動是互鎖的。</p><p>　　手動進給——手把處于中間位置，Z18和Z24兩齒輪嚙合，牙嵌式離合器脫開，此時轉(zhuǎn)動手把，便可使傳動軸XⅦ實現(xiàn)手動進給。當(dāng)轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)至“主軸”位置時，主軸獲得手動進給；而轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)在“平旋盤”位置時，徑向刀架實現(xiàn)手動進給。</p><p>　　微量手動進給——向外拉動手把（近操作

79、者）時，Z18齒輪和軸Ⅳ上Z70齒輪相嚙合，實現(xiàn)較大的降速比，轉(zhuǎn)動手把經(jīng)齒輪便可轉(zhuǎn)動軸XⅦ，再加上轉(zhuǎn)閥的配合控制，使主軸和徑向刀架分別得到微量手動進給。</p><p>　　3.6 電氣系統(tǒng)的改造，PLC的選型</p><p>　　機床測量裝置采用T6112型臥式鏜床的直線光柵和脈沖編碼器，其電氣觸電上的接觸器，繼電器，三極自動開關(guān)，按鈕，行程開關(guān)全由PLC代替。</p>&

80、lt;p>　　PLC選用三菱FX2N為標(biāo)準型，內(nèi)藏式存儲器為RAM，I/O點數(shù)為80，其中輸入40，輸出40，工作電壓100---240V，AC。型號為FX2N-80MR-D。</p><p>　　3.7 機床改造總體要求</p><p>　　1）選用的數(shù)控系統(tǒng)具有編輯、空運行、回零、手動、自動、MDI方式及G功能、M功能、S功能、刀具半徑補償?shù)裙δ?、平面設(shè)定和尖角過度等功能；<

81、;/p><p>　　2）機床工作臺縱向、橫向脈沖當(dāng)量均為0.0025mm；</p><p>　　3）設(shè)計、繪制機床橫向、縱向進給系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)圖；</p><p>　　4）設(shè)計、改造機床機械結(jié)構(gòu)；</p><p>　　3.8 伺服進給系統(tǒng)的確定</p><p>　　伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)按其控制方式可分為開環(huán)、半閉環(huán)、全閉環(huán)控制

82、伺服系統(tǒng)。</p><p>　　開環(huán)控制伺服系統(tǒng)沒有檢測反饋裝置，其驅(qū)動電動機只能采用步進電動機，這種控制系統(tǒng)的精度完全取決于步進電動機的步距精度以及齒輪、絲杠的傳動精度。因此，這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，價格便宜，維護也比較方便。如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 開環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖</p><p>　　半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)角檢測元件。直接安裝在伺服電機

83、或絲杠的端部。由于大部分機械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此，可獲得較穩(wěn)定的控制特性。如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)示意圖</p><p>　　全閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的位置反饋采用直線位移檢測元件，安裝在機床的床鞍部位上，即直接檢測機床坐標(biāo)的直線位移量，通過反饋可以消除從電機到機床床鞍整個機械傳動鏈中的傳動誤差，得到很高的機床定位精度。但是，整個閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計

84、和調(diào)整都相當(dāng)復(fù)雜。因此，這種全閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的機床。如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 全閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　由于我們所做的是經(jīng)濟型數(shù)控改造，精度要求不高。所以，采用開環(huán)控制伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)投資少，安裝調(diào)試方便。</p><p>　　4．臥式鏜床垂直方向機械結(jié)構(gòu)的改造</p><p>　　4.1 垂直

85、（即Y）方向機械結(jié)構(gòu)的改造</p><p>　　對垂直進給系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)進行改造時，將原機床絲杠拆掉換成滾珠絲杠；把原機床的舊電動機更換成步進電動機；更換絲杠和齒輪軸承。步進電動機安裝在原預(yù)留進給電動機位置，采用直齒輪一級傳動，帶動滾珠絲桿。除此之外，垂向承受著主軸箱的自重，由于滾珠絲桿沒有自鎖能力，垂直坐標(biāo)不能鎖住，工作臺會自動下降，采用超越離合器的自動平衡裝置以保證垂直軸的自鎖能力。在垂直軸上加裝消隙裝置可以

86、提高軸的傳動精度，機床的結(jié)構(gòu)精度是保證能加工精度的基礎(chǔ)。其改造后的傳動方式：伺服步進電動機接一對直齒輪齒輪再接滾珠絲杠，由滾珠絲桿帶動主軸箱升、降運動，機械結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1 垂直方向結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　4.2 滾珠絲桿的選擇計算</p><p>　　4.2.1 滾珠絲桿的原理</p><p>　　

87、滾珠絲桿螺母副（簡稱滾珠絲桿副）是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的理想傳動裝置，它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠（作為中間傳動元件），以減少摩擦。如圖4.2所示為滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)，其工作原理是：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)把它們套裝在一起時可形成螺旋滾道，并且滾道內(nèi)填滿滾珠，當(dāng)絲杠相對于螺母做旋轉(zhuǎn)運動吋，兩者間發(fā)生軸向位移.而滾珠則可沿著滾道滾動.減少摩擦阻力.滾珠在絲杠上滾過數(shù)圈后，通過回程引導(dǎo)裝置（回珠器）.逐個滾回到

88、絲杠和螺母之間,構(gòu)成一個閉合的回路管道。</p><p>　　圖4.2 滾珠絲桿螺母副結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.2.2 滾珠絲桿的特點</p><p>　　在傳動時，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動摩擦.因此它具有以下優(yōu)點：(1)傳動效率高：滾珠絲杠副的傳動效率很高，可達92%?98%，是普通絲杠傳動的2?4倍；(2)定位精度和重復(fù)定位精度高：滾珠絲杠副的驅(qū)動

89、力矩減少至滑動絲杠的1/3左右，發(fā)熱率大幅降低，溫升減小并且在安裝滾珠絲杠副時采取以預(yù)緊方式消除軸向間隙等措施.使?jié)L珠絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度；(3)使用壽命長：滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，其滾道表面經(jīng)淬火熱處理后硬度高達60 80HRC，因此其實際壽命遠高于滑動絲杠，從而彌補其制造成本高于滑動絲杠的不足點；(4)剛度高：滾珠絲杠副經(jīng)預(yù)緊后可以消除軸向間隙，提高系統(tǒng)的剛度；(5)傳動的可逆性：滾珠絲杠副消除了在傳動過程中可

90、能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，能夠?qū)崿F(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動并傳遞動力這兩種傳動方式。因為滾珠絲杠副具有上述優(yōu)點，所以在各類中、小型數(shù)控機床的直線進給系統(tǒng)中普遍采用滾珠絲杠，但是由于滾珠絲杠副的摩擦因數(shù)小、不能自鎖，所以當(dāng)作用于垂直位置時. 為防止因突然停電而造成主軸箱自動下滑，必須加有制動裝置。 </p><p>　　4.2.3 滾珠絲桿副的工作負荷計算及絲桿型號的選擇</p>&

91、lt;p>　　初始估計絲桿的基本導(dǎo)程為L =8mm</p><p>　　現(xiàn)在根據(jù)最大當(dāng)量動載荷計算公式：</p><p>　　C = （式4.1）</p><p>　　式中： 運轉(zhuǎn)系數(shù)，取=1.2</p><p>　　精度系數(shù)，取=0.9

92、</p><p>　　絲桿所受軸向載荷（N）, =1903N</p><p>　　L 壽命值，可根據(jù)公式L= （式4.2）</p><p>　　為絲桿平均速度（r/min）</p><p><b>　　n= </b></p><p><b>　

93、　=.3r/min</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　最大切削力的進給速度，可取最高進給速度 =2.5（mm/min）的 </p><p><b>　　則：L=</b></p><p>　　T-------使用壽命時間，據(jù)查《經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計手冊》

94、取T=15000小時</p><p>　　L= 140.625 </p><p><b>　　從而，C =</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　根據(jù)《機床設(shè)計手冊》得，故可選絲桿型號為：（內(nèi)循環(huán)浮動返向器） </p><p><

95、;b>　　的基本尺寸為：</b></p><p>　　公稱直徑： 螺距： </p><p>　　剛球直徑： 螺紋升角： </p><p>　　絲桿外徑： =48.549 </p><p><b>　　螺紋底徑： </b>&l

96、t;/p><p>　　其動載荷 故選擇符合要求，絲桿可用。</p><p><b>　　傳動效率 的計算</b></p><p>　　根據(jù)《機械設(shè)計原理》滾珠絲桿的傳動效率的計算公式為：</p><p><b>　?。ㄊ?.3）</b></p><p>　　式中： 絲桿的螺旋

97、升角，由以上參數(shù)表知， =339 </p><p>　　摩擦角，滾珠絲桿副的摩擦角 </p><p><b>　　則可得：</b></p><p><b>　　剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲桿受工作負荷引起的導(dǎo)程的變化量：</p><p><b>　　

98、（式4.4）</b></p><p>　　其中：彈性模量對于鋼為：E=21 </p><p>　　滾珠絲桿橫截面積：F(cm)</p><p>　　而：F= = （式4.5）</p><p>　　則：= =10.2cm</p>&

99、lt;p>　　滾珠絲桿受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略，故= </p><p>　　故導(dǎo)程的變形誤差為：==12.8 </p><p>　　查表得E級精度絲桿所允許的螺紋無償誤差（1m長）為15，故剛度足夠。</p><p>　　4.3 齒輪傳動設(shè)計的有關(guān)計算</p><p>　　由于初選的步進電機（110BF004）系統(tǒng)脈沖當(dāng)量

100、為 </p><p>　　步距角為：，絲桿導(dǎo)程為： </p><p>　　如果不采取齒輪傳動，那么每個脈沖對應(yīng)的絲桿螺母傳動的距離為：</p><p>　　=0.0167mm>脈沖當(dāng)量0.01mm</p><p>　　所以需要有減速機構(gòu)，也就是要設(shè)計齒輪減速</p><p>　　采用減速齒輪具有如下特點：<

101、/p><p>　　便于配置出所要求的脈沖當(dāng)量</p><p>　　減小工作臺以及絲桿折算到電動機軸上的慣量</p><p>　　放大電動機輸出轉(zhuǎn)矩，即增大工作臺的推力</p><p>　　但采用減速齒輪會帶來額外的傳動誤差，使機床的快速移動速度降低，并且其自身又引入附加的轉(zhuǎn)動慣量，這些應(yīng)該引起注意。 </p><p>　　

102、齒輪材料的選用及許用應(yīng)力：</p><p>　　由于閉式齒輪主要失效形式是齒面點蝕、輪齒折斷和齒面膠合，因此按照齒面接觸疲勞強度來設(shè)計計算，最后校核齒根彎曲疲勞強度。初選7級精度。</p><p>　　查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》，取小齒輪材料為45鋼；則齒輪硬度為220HBS，大齒輪材料也采用45鋼，其齒輪硬度為180HBS。</p><p><b>　　由于：，

103、 取 </b></p><p>　　[] == （式4.6）</p><p>　　[]== （式4.7）</p><p><b>　　又， 取 </b></p><p>　　[]=

104、 (式4.8)</p><p>　　[]= （式4.9）</p><p>　　直齒圓柱齒輪副的計算</p><p><b>　　計算減速器的傳動比</b></p><p>　　由 ，步距角為，絲桿導(dǎo)程為：，</p><p>　　則傳動

105、比： （式4.10）</p><p>　　(2)粗選小齒輪齒數(shù) ,則大齒輪數(shù)：</p><p><b>　?。ㄊ?.11）</b></p><p><b>　　則實際傳動比為： </b></p><p>　　取齒輪壓力角 ，初選模數(shù)，則：<

106、/p><p>　　小齒輪直徑： （式4.12）</p><p><b>　　大齒輪直徑：</b></p><p>　　小齒輪大徑： （式4.13）</p><p><b>　　大齒輪大徑：</b></p>

107、<p>　　中心距： （式4.14）</p><p>　　圓整中心距：取a=110mm</p><p><b>　　齒寬為：</b></p><p>　　大齒輪： （式4.15）</p><p><b>　　圓

108、整為： </b></p><p>　　小齒輪: (為了補償安裝誤差通常使小齒輪齒寬略寬一些)</p><p>　?。?）齒輪彎曲強度應(yīng)力校核</p><p>　　查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》中表得齒形系數(shù) ,載荷系數(shù)為K=1.5，最大轉(zhuǎn)矩查步進電機相關(guān)系數(shù)，轉(zhuǎn)矩取F=4.9Nm</p><p>　　驗算齒輪彎曲強度（按最小齒寬50mm來計算

109、）:</p><p><b>　?。ㄊ?.16）</b></p><p><b>　?。ㄊ?.17） </b></p><p><b>　　所以符合安全要求。</b></p><p>　?。?）齒輪的圓周速度</p><p><b>　　可根據(jù)

110、公式： </b></p><p><b>　?。ㄊ?.18）</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　上式中：——為小齒輪的轉(zhuǎn)速即步進電機軸的轉(zhuǎn)速，可據(jù)初選步進電機110BF004的運行頻率：7000step/s，和步距角：0.75來計算。</p><p>

111、　　可知選用7級精度是滿足要求的。</p><p>　　4.4 步進電機型號的計算選擇</p><p>　　步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電信號轉(zhuǎn)換成響應(yīng)角位移的機電元件。每輸入一個脈沖，步進電動機轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一定角度，它與普通的勻速旋轉(zhuǎn)的電動機不同，它是步進式的，所以稱步進電機。它的優(yōu)點有：角位移輸出與輸入的脈沖數(shù)相對應(yīng)，改變通電順序可以改變步進電機的旋轉(zhuǎn)方向；步距誤差不會長期積

112、累；在負載范圍內(nèi)步距角和轉(zhuǎn)速不受電源電壓波動的影響，而僅與脈沖頻率有關(guān)；維持控制繞組的電流不變，電機便停在某一位置上不動，即步進電機有自調(diào)整能力，不需要機械制動，步距角可在很大的范圍內(nèi)變化；步進電機的主要特性；步距角、啟動頻率、連續(xù)運行頻率、和加減特性。步進電機的缺點是效率低，拖動負載的能力不大，即脈沖當(dāng)量不能太小，調(diào)整范圍不大，最高輸入脈沖頻率一般不超過18000Hz。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)對伺服電機的

113、基本要求是調(diào)速范圍寬，伺服電機需滿足調(diào)速要求。負載特性硬，在調(diào)速范圍內(nèi)電機應(yīng)有足夠的驅(qū)動力矩，動態(tài)響應(yīng)快，為了使電機正常工作運行（不失步、不超程），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，電機最大靜轉(zhuǎn)矩（步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)），必須大于電機的實際最大啟動力矩。電機的運行頻率必須大于電機實際最高工作效率。系統(tǒng)脈沖當(dāng)量是機床移動部件相對于每一個進給脈沖信號的位移量，其大小視機床的加工精度而定。根據(jù)鏜床工作狀況選系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為0.01mm/step，步距角