1078-C6140臥式車床的數(shù)控改造,c6140,臥式,車床,數(shù)控,改造 大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 目錄1本設計已經(jīng)通過答辯，如果需要圖紙請聯(lián)系QQ 251133408 另專業(yè)團隊代做畢業(yè)設計，質(zhì)量速度有保證。 目 錄摘 要 .......................................................ⅠAbstract ....................................................II第一章 前言 .................................................11.1 研究目的和意義 ...................................................11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .................................................1第 2 章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定 .................................................................32.1 數(shù)控系統(tǒng)總體方案設計 .............................................32.2 具體設計方案 ....................................................32.3 縱向伺服進給部分的計算與校核 ....................................42.4 橫向伺服進給部分的計算與校核 .....................................92.5 自動轉(zhuǎn)位刀架的設計 ............................................14第 3 章 數(shù)控系統(tǒng)電路設計 ...........................................................................173.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成 ...........................................173.2 主電路控制設計 ..................................................173.3 執(zhí)行電路控制設計 ...............................................183.4 輔助電路控制設計 ..............................................18Metal Cutting...............................................................................................20結(jié) 論 ...............................................................................................................29致 謝 ...........................................................................................................30大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 目錄2參考文獻 .........................................................................................................31大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 摘要3摘 要我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，但數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低水平，即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢：一方面國內(nèi)市場對各類機床產(chǎn)品特別是數(shù)控機床有大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)機床滯銷積壓，國外機床產(chǎn)品充斥市場，嚴重影響我國數(shù)控機床自主發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品質(zhì)量上和促銷手段上等的原因外，一個最主要的原因就是新產(chǎn)品（包括基型、變型和專用機床）的開發(fā)周期長，不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。普通機床的數(shù)控化改造事業(yè)方興未艾，在我國目前形式下將大批故障機床尤其是一大批閑置的普通機床進行改造、升級，以較小的投入盡快使這批設備在經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮效能、創(chuàng)造效益，的確是許多企業(yè)的一項不可忽視的課題。關(guān)鍵詞: 脈沖發(fā)生器，滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母副，自動刀架，塑料導軌軟帶大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） AbstractIIAbstractMy national yes machine output mos statet state in the world,the product competitive power at international market suffer still get off to inferiority level , of the therefor numerically-controlled machine , granted that at home market too be faced with austere posture:on the one hand domestic market versus all manner of tool product especially numerically-controlled machine be covered with demand,whereas on the other hand refuse have got not a little made in one's country tool dull sale overstock,abroad tool product overflow market,had a strong impact on me national numerically-controlled machine independence extend momenta into.show such phenomenal face,except to have got manage upper, product quality upper sum sales promotion instrument good cause besides,the development cycle length of the both one upmost cause namely novelty（include fundamental mode, derivative and special machine）,be be incapable of in season aim at user's demand supply satisfied product.General machine tool 'numerical control melt reclaim undertaking be in the ascendant from, upratein our country for the moment form down move in bulk malfunction tool above all crowd idle general machine tool proceed rebuild, up upgrade,withal lesser project into as soon as possible gotten these batch EQUIPment at economic development exert EFFiciency, create benefit,the one term nonnegligible problem of the forsooth yes heap enterprise.Keywords: Impulse generator，Ball screw，Ball screw nut deputy，Automatism knife rest Plastic rack soft strap大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第一章 前言1第一章 前言1.1研究目的和意義1.1.1 車床數(shù)控改造的目的機床的數(shù)控改造，主要是對原有機床的結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術(shù)，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結(jié)構(gòu)。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。1.1.2 車床數(shù)控改造的意義1、 節(jié)省資金。 機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。2、 性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。3、 提高生產(chǎn)效率。 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務集團、US設備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第一章 前言21.2.2 我國的研究現(xiàn)狀我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上） ?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定3第 2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定2.1數(shù)控系統(tǒng)總體方案設計數(shù)控系統(tǒng)總體方案設計內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定等內(nèi)容。應根據(jù)設計任務和要求提出系統(tǒng)的總體方案，對方案進行分析，比較和論證，最后確定總體方案。2.1.1運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)，點位直線系統(tǒng)，連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式。例如，數(shù)控銑床在工作臺移動過程中銑床并不進行鉆孔加工，因此數(shù)控裝置可選用點位控制方式。對點位系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。如果工作臺或刀具沿個坐標軸的運動有精確的運動關(guān)系，應選用連續(xù)控制方式。連續(xù)控制方式系統(tǒng)應具有一個插補器進行各坐標軸進給脈沖的分配，要求伺服元件有較強的軌跡跟隨能力。數(shù)控銑床，車床等要求加工復雜輪廓零件的機床，應采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2.1.2伺服系統(tǒng)的確定開環(huán)伺服系統(tǒng)在負荷太大時采用功率步進電動機作為伺服電機。開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差，但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易。在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛的應用。閉環(huán)伺服系統(tǒng)具有裝在機床部件上的檢測元件來檢測實際位移量，能插補系統(tǒng)的傳動誤差，因而伺服傳動精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機或交流伺服電機驅(qū)動。閉環(huán)系統(tǒng)造價高，結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復雜，多用于精度要求高的場合。2.1.3 執(zhí)行機構(gòu)專動方式的確定為確保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平衡性，在設計機械傳動裝配時通常提出低摩擦，低慣量，高剛度，無間隙，高諧振以及有適宜阻尼比的要求。在設計中應考慮一下幾點：1、盡量考慮低摩擦的傳動和導向元件，如采用滾珠絲杠螺母傳動副貼塑導軌，滾動導軌。2、盡量消除傳動間隙。2.2 具體設計方案2.2.1 設計任務本設計的任務是：數(shù)控車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑：φ500mm數(shù)控車床能加工工件的最大長度：1200mm刀架溜板重量；G 縱 =800N；G 橫 =500N大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定4進給速度；V 縱 MAX=0.2m/min;V 橫 MAX=0.15m/min刀架快速速度；V 縱 MAX=2m/min;V 橫 MAX=1.5m/min脈沖當量；δ 縱 =0.01mm; δ 橫 =0.005mm2.2.2 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)由于數(shù)控車床可對復雜回轉(zhuǎn)類零件進行加工，所以采用連續(xù)控制系統(tǒng)，考慮到機床加工精度要求不高，為了簡化機構(gòu)，降低成本，采用開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動。由于自動轉(zhuǎn)動刀架只有幾個刀位，故采用普通交流電機控制。2.2.3 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定為了保證一定的傳動精度與平穩(wěn)性，又要求結(jié)構(gòu)緊湊，選用滾珠絲杠螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的機構(gòu)?？紤]經(jīng)濟性和提高承載能力，導軌運動面間采用貼塑可減小振動?？紤]電機步距角和絲杠導程只能按標準選取。為達到要求的脈沖當量，采用齒輪降速傳動，同時為了保證正反饋時的精度，齒輪采用消除間隙結(jié)構(gòu)。滾珠絲杠在機床上的支撐方式與安裝，正確的安裝與支撐方式可以使進給系統(tǒng)獲得較高的傳動剛度。因此，螺母座的孔與螺母之間必須保持良好的配合，以提高螺母座局部剛度與接觸剛度。支撐如下圖所示。圖1該支持方式兩端都裝有推力球軸承和向心軸承。為了使絲杠具有較大的剛度，在它的一端裝有蝶形彈簧和調(diào)整螺母，這樣既對滾珠絲杠施加預緊力，又能在補償絲杠的熱變形后保持近乎不變的預緊力。2.3 縱向伺服進給部分的計算與校核2.3.1 負載計算1、車削力計算車床縱向切消時，車削力 可由公式得到Y(jié)XZP,大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定5)(67.0max1.5NDPZ?Dmax為車床最大的加工直徑。D max=500mm則 ..=0.67*5001.5=7360（N）又∵車床縱向車削時， 存在YXZP?4.0:251:?yxzPPx=1/4Pz=1840NPy=2/5Pz=2944N2.3.2 進給牽引力的計算在水平面內(nèi)運動的需要的牽引力，可由指導書表3-3中公式計算。經(jīng)實地觀測，C6140車床導軌多采用三角形與矩形導軌相結(jié)合的形式，所以查表3-3可得：)(GPfKzx???牽其中 K取值為1.15∵貼塑導軌 04.?f又∵縱向進給,則G=800N(P10,表3-4) )(fzx???牽=1.15*1840+0.04(7360+800)=2116+326.4=2442.6N2.3.3 滾珠絲杠副選型計算在設計選用滾珠絲杠副時，首先進行強度計算，根據(jù)結(jié)果確定絲杠副的公稱直徑d0，鋼球直徑Dw，導程Ph，選擇滾珠絲杠螺母的類型及型號，再進行校核計算。1、強度計算（1）原則 滾珠絲杠強算原則與滾動軸承相似，以防止疲勞點蝕為主。（2）計算 一般情況下，滾珠絲杠副的強度條件下是當量動載荷Cm，在工作中，應小于所選用的滾珠絲杠副的額定動載荷C a，即C a≥C m。則滾珠絲杠副當量動載荷C m為（W）aHwmfLF??3式中L：壽命 （百萬轉(zhuǎn)） 其中610nTtvns10?vs：最大切削力下的進給速度（m/min）,(見表3-6)t：絲杠螺距 t取6㎜T：壽命時間，取值在10000-15000 小時，這里T＝12000小時大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定6：軸向平均截荷（N） mF牽PFm?fa：精度系數(shù)： 1、2、3級滾珠絲杠，f a=1； 4、5、6級滾珠絲杠 fa=0.9fw：運轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.0-1.5 一般f w=1.2fH：硬度系數(shù) （取值見表 3-7 取60HRC 所以f H＝1）上式中v s由表3-6查取 in/127.0vs?計算n與L如下：∴ mi/.6.10rts??∴ 6nT）百 萬 轉(zhuǎn)(24.15017.6?又∵數(shù)控車床導軌精度高∴取2級精度 fa=1fH=1 .w又∵ 牽PFm?∴ aHwmfLC?312.45.783?=5318.07N則選擇絲杠,CDM4006-2.5-3為外循環(huán)插管式，雙螺母墊片預緊，導珠管埋入式的滾珠絲杠副，尺寸如下：公稱直徑 d 0=40mm 外徑d=39.5mm導程 Ph=6mm 螺旋角 42????)14.36(sin0dr?鋼球直徑 動載荷mDw96.3?NCa158靜載荷 NCoa4785注釋:滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)滾珠的循環(huán)方式,可分為兩大類:1)內(nèi)循環(huán),即滾珠回路中始終于絲杠接觸.這種結(jié)構(gòu)由于一個循環(huán)只有一圈滾珠,因而回路短,工作滾珠數(shù)目少,流暢性好,摩擦損失少,效率較高,徑向尺寸緊湊,承載能力較大,剛度也好.缺點是反向器的加工較難,加工成本提高.2)外循環(huán)，即滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的?？煞譃椋荷w板式，螺旋槽式，插管式，三種常用結(jié)構(gòu)。由于回程道的制造簡單轉(zhuǎn)析比較平緩，便于滾珠返回，因此應用較為廣泛，缺點是螺旋本身蚰通孔連接不易準確，擋珠器剛性差，本設計是用外循環(huán)滾珠絲杠。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定72、傳動效率計算)'01(/??rtg?為螺旋角 ?42???∴ 5?=0.973、剛度驗算滾珠絲杠在軸向載荷的作用下引起單個螺距t的變化量為 ：t?EAtFmt???A為滾珠絲桿截面積∴ EtFmt???401.3.2625?牽P=4.06×10-5mm通常用300mm長絲桿螺距的變化量△小于允許的螺距誤差[△]，作為驗算依據(jù)?！?t30???61.45??=2.03μm < [△]＝8μm絲桿剛度合格.4.滾珠絲杠螺母副的軸向間隙消除該間隙通常是指絲杠和螺母相對運動時，絲杠和螺母間的最大軸向竄動。常用雙螺母結(jié)構(gòu)消除間隙，調(diào)整是只要擰動圓螺母就能將滾珠螺母沿軸向移動一個距離。在消除間隙后將其鎖緊。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的優(yōu)點，但調(diào)整精度較差。5.滾珠絲杠的潤滑：滾珠絲杠的潤滑采用脂潤滑，充填在螺母的內(nèi)部及涂在絲杠螺紋的滾道上。導軌及齒輪仍采用油潤滑。6.滾珠絲杠的保護滾珠絲杠對贓物的磨損特別敏感。通常采用毛墊圈對螺母進行密封，與絲杠直接接觸，因此，預防效果較好。對于暴露在外面的絲杠采用折壘式人造革的防護罩，以防止塵埃和磨粒黏附到絲杠表面。一端連接到滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支撐座上。7.滾珠絲杠的支撐及軸承選型由于支持方式兩端都裝有推力球軸承和向心球軸承。前支撐預選擇向心球軸承為兩個6006型號軸承，d＝30mm，D=55mm，B=13mm，d1＝38.4mm,D1=47.7mm，da＝36mm，Da＝49mm，cr＝10.2KN，c0r＝6.88KN。經(jīng)校驗計算，合格。預選擇推力球軸承為兩個51206型號軸承，大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定8d＝30mm，D＝52mm，T＝16mm，d1＝32mm，D1=52mm，ca＝21.5KN，c0a＝43.2KN。經(jīng)驗算合格。后支撐預選擇向心球軸承兩個6006型號軸承，d＝30mm，D=55mm，B=13mm，d1＝38.4mm,D1=47.7mm，da＝36mm，Da＝49mm，cr＝10.2KN，c0r＝6.88KN。經(jīng)校驗計算，合格。預選擇推力球軸承一個51206型號軸承，d＝30mm，D＝52mm，T＝16mm，d1＝32mm，D1=52mm，ca＝21.5KN，c0a＝43.2KN。經(jīng)驗算合格。2.3.4步進電機選型計算1、負載轉(zhuǎn)矩（N.m）????210363牽PTm???式中 為脈沖當量 ?r/.為步矩角 ??5為電機至絲杠傳動效率?8.094..098???∴cmNTm .175.1.3263??2、啟動力矩Tq .9324.0.5.0~???3、最大靜轉(zhuǎn)矩ajTmx取五相十拍∴ 951.0?∴cmNTqj .872.max4、步進電機最高工作頻率)(601axHZvf?快?V快見表3-6 ∴ν快＝2m/min∵ （N）3.1.2max?f∴由附錄2選擇90BF004步進電機外徑90mm，長度116mm，軸徑9mm，重量30N。5 確定齒輪傳動比、模數(shù)、有關(guān)尺寸、1、確定齒輪傳動比,模數(shù)因θ=1.5o齒輪副傳達室動比與步距角、導程之間的關(guān)系為大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定921/4.065.1360zPih?????∵取m=2.5 齒寬系數(shù) 8d?取 21?Z2Zmb0齒輪各個參數(shù)如下:齒輪分度圓 d1=mz1=50mmd2=mz2=125mm齒頂圓直徑: da1=d1+2ha*m=55mmda2=d2+2ha*m=130mm齒根圓直徑: df1=d1-(2ha*+2c*)m=43.75mmdf2=d2-(2ha*+2c*)m=118.75mm中心距 : a=m(z1+z2)/2=87.5mm2.3.5開環(huán)傳動的中間間隙消除措施及絲杠穩(wěn)定校核1開環(huán)傳動的中間間隙消除措施由于傳動副存在間隙，會造成進給運動的滯后；后向時，會造成反向沖擊，直接影響到加工精度。因此，要采取較小的間隙措施。齒輪傳動間隙流水作業(yè)除的措施本設計采用雙片薄齒輪的間隙消除的方法。在一對相對吻合的圓柱齒輪中,一個做成寬齒輪,另一個由兩個薄片齒輪組成.通過一個彈簧裝置，使一個薄片齒輪的齒和另一個薄片齒輪錯齒一定的角度，再與寬齒輪相嚙合，使其與寬齒輪的齒槽左右兩側(cè)相接觸，這樣可以消除嚙合間隙。2、絲杠穩(wěn)定校核由于采用兩端固定的安裝方式，此時絲杠的動態(tài)與靜態(tài)穩(wěn)定性最好，軸向剛度最大，因此，無需進行絲杠穩(wěn)定性校核，但為日后考慮，故對一端固定，一端簡支的情況校核。2.4橫向伺服進給部分的計算與校核2.4.1 負載計算1、車削力計算車床縱向切消時，車削力 可由公式得到Y(jié)XZP?)(67.0max1.5NDPZ?Dmax為車床最大的加工直徑。Dmax=400mm則 ..=0.67*5001.5=7360（N）又∵車床在橫向車削時，切削力取1/2的縱向切削力，即ZzPp2/1?=3680N大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定104.0:251:1?yxzPPx1=3680/4=920NPy1=2/5*3680=1472N2.4.2 進給牽引力的計算在水平面內(nèi)運動的需要的牽引力，可由指導書表3-3中公式計算。經(jīng)實地觀測，C6140車床導軌多采用三角形與矩形導軌相結(jié)合的形式，所以查表3-3可得：)(GPfKxx???牽其中 K取值為1.15∵貼塑導軌 04.?f又∵橫向進給,則G=450N )(fxx???牽=1.15*920+0.04*(3680+500)=1058+167.2=1225.2N2.4.3 滾珠絲杠副選型計算在設計選用滾珠絲杠副時，首先進行強度計算，根據(jù)結(jié)果確定絲杠副的公稱直徑d0，鋼球直徑Dw，導程Ph，選擇滾珠絲杠螺母的類型及型號，再進行校核計算。1、強度計算（1）原則 滾珠絲杠強算原則與滾動軸承相似，以防止疲勞點蝕為主。（2）計算 一般情況下，滾珠絲杠副的強度條件下是當量動載荷Cm，在工作中，應小于所選用的滾珠絲杠副的額定動載荷C a，即C a≥C m。則滾珠絲杠副當量動載荷C m為（W）aHwfLF??3式中L：壽命 （百萬轉(zhuǎn)） 其中610nTtvns10?vs：最大切削力下的進給速度（m/min）,(見表3-6)t：絲杠螺距 t取6㎜T：壽命時間，取值在10000-15000 小時，這里T＝12000小時：軸向平均截荷（N） mF牽PFm?fa：精度系數(shù)： 1、2、3級滾珠絲杠，f a=1； 4、5、6級滾珠絲杠 fa=0.9fw：運轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.0-1.5 一般f w=1.2fH：硬度系數(shù) （取值見表 3-7 取60HRC 所以f H＝1）上式中vs由表3-6查取 in/0.vs?計算n與L如下：大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定11∴ min/106.10rtvns???∴TL）百 萬 轉(zhuǎn)(2.7106?又∵數(shù)控車床導軌精度高∴取2級精度 fa=1fH=1 .1w又∵ 牽PFm?∴ aHwmfLC?312.7.8953?=2074.4N則選擇絲杠,CDM2005-5為外循環(huán)插管式，雙螺母墊片預緊，導珠管埋入式的滾珠絲杠副，尺寸如下：公稱直徑 d 0=20mm 外徑d=19.5mm導程 P h=5mm 螺旋角 λ=4.59 °)14.35(sin0dr?鋼球直徑 動載荷mDw175.3?NCa158靜載荷 NCoa604注釋:滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)形式其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)滾珠的循環(huán)方式,可分為兩大類:1)內(nèi)循環(huán),即滾珠回路中始終于絲杠接觸.這種結(jié)構(gòu)由于一個循環(huán)只有一圈滾珠,因而回路短,工作滾珠數(shù)目少,流暢性好,摩擦損失少,效率較高,徑向尺寸緊湊,承載能力較大,剛度也好.缺點是反向器的加工較難,加工成本提高.2)外循環(huán)，即滾珠在循環(huán)回路中與絲杠脫離接觸的?？煞譃椋荷w板式，螺旋槽式，插管式，三種常用結(jié)構(gòu)。由于回程道的制造簡單轉(zhuǎn)析比較平緩，便于滾珠返回，因此應用較為廣泛，缺點是螺旋本身蚰通孔連接不易準確，擋珠器剛性差，本設計是用外循環(huán)滾珠絲杠。2、傳動效率計算)'01(/??rtg?為螺旋角 ??59.4?∴ )7..2??=0.963、剛度驗算滾珠絲杠在軸向載荷的作用下引起單個螺距t的變化量為 ：t?大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定12EAtFmt???A為滾珠絲桿截面積∴ EtFmt???4201.3.25789?=6.79×10-5mm通常用300mm長絲桿螺距的變化量△小于允許的螺距誤差[△]，作為驗算依據(jù)?！?t30???=6.79×10-5×300/5=4.07μm < [△]＝8μm絲桿剛度合格.4.滾珠絲杠螺母副的軸向間隙消除該間隙通常是指絲杠和螺母相對運動時，絲杠和螺母間的最大軸向竄動。常用雙螺母結(jié)構(gòu)消除間隙，調(diào)整是只要擰動圓螺母就能將滾珠螺母沿軸向移動一個距離。在消除間隙后將其鎖緊。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的優(yōu)點，但調(diào)整精度較差。5.滾珠絲杠的潤滑：滾珠絲杠的潤滑采用脂潤滑，充填在螺母的內(nèi)部及涂在絲杠螺紋的滾道上。導軌及齒輪仍采用油潤滑。6.滾珠絲杠的保護滾珠絲杠對贓物的磨損特別敏感。通常采用毛墊圈對螺母進行密封，與絲杠直接接觸，因此，預防效果較好。對于暴露在外面的絲杠采用折壘式人造革的防護罩，以防止塵埃和磨粒黏附到絲杠表面。一端連接到滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支撐座上。7.滾珠絲杠的支撐及軸承選型由于支持方式兩端都裝有推力球軸承和向心球軸承。前支撐預選擇向心球軸承為兩個6202型號軸承，d＝15mm，D=35mm，B=11mm，d1＝21.6mm,D1=29.4mm，da＝20mm，Da＝30mm，cr＝5.88KN，c0r＝3.48KN。經(jīng)校驗計算合格。預選擇單向推力球軸承為兩個51102型號軸承，d＝15mm，D＝30mm，T＝10mm，d1＝17mm，D1=30mm，ca＝11KN，c0a＝19.8KN。經(jīng)驗算合格。后支撐預選擇向心球軸承兩個6202型號軸承，d＝15mm，D=35mm，B=11mm，d1＝21.6mm,D1=29.4mm，da＝20mm，Da＝30mm，cr＝5.88KN，c0r＝3.48KN。經(jīng)校驗計算合格。預選擇推力球軸承一個51102型號軸承，d＝15mm，D＝30mm，T＝10mm，d1＝17mm，D1=30mm，ca＝11KN，c0a＝19.8KN。經(jīng)驗算合格。2.4.4步進電機選型計算大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定131、負載轉(zhuǎn)矩（N.m）????210363牽PTm???式中 為脈沖當量 ?r/.為步矩角 ??5為電機至絲杠傳動效率?8.094..098???∴33617.62.5.mTNcm??2、啟動力矩8..3520.3~.0qT???3、最大靜轉(zhuǎn)矩ajmx取五相十拍Ta∴ 951.0?T∴max8.34.qj Ncm4、步進電機最高工作頻率)(601axHZvf?快?V快見表3-6 ∴ν 快 ＝1.5m/min∵max.5f N?∴由附錄2選擇90BF002步進電機參數(shù)如下：外徑90mm，長度148mm，軸徑9mm,重量45N.5 確定齒輪傳動比、模數(shù)、有關(guān)尺寸、1、確定齒輪傳動比,模數(shù)因θ=1.5o齒輪副傳達室動比與步距角、導程之間的關(guān)系為12360.05.41h ziP?????∵取m=2 齒寬系數(shù) 8d?取 18Z72mbd6齒輪各個參數(shù)如下:齒輪分度圓 d 1=mz1=36mm大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定14d2=mz2=150mm齒頂圓直徑: d a1=d1+2ha*m=40mmda2=d2+2ha*m=154mm齒根圓直徑: d f1=d1-(2ha*+2c*)m=31.5mmdf2=d2-(2ha*+2c*)m=145.5mm中心距 : a=m(z1+z2)/2=93mm2.4.5開環(huán)傳動的中間間隙消除措施及絲杠穩(wěn)定校核1開環(huán)傳動的中間間隙消除措施由于傳動副存在間隙，會造成進給運動的滯后；后向時，會造成反向沖擊，直接影響到加工精度。因此，要采取較小的間隙措施。齒輪傳動間隙流水作業(yè)除的措施本設計采用雙片薄齒輪的間隙消除的方法。在一對相對吻合的圓柱齒輪中,一個做成寬齒輪,另一個由兩個薄片齒輪組成.通過一個彈簧裝置，使一個薄片齒輪的齒和另一個薄片齒輪錯齒一定的角度，再與寬齒輪相嚙合，使其與寬齒輪的齒槽左右兩側(cè)相接觸，這樣可以消除嚙合間隙。2、絲杠穩(wěn)定校核由于采用兩端固定的安裝方式，此時絲杠的動態(tài)與靜態(tài)穩(wěn)定性最好，軸向剛度最大，因此，無需進行絲杠穩(wěn)定性校核，但為日后考慮，故對一端固定，一端簡支的情況校核。2.5 自動轉(zhuǎn)位刀架的設計在零件的加工過程中，大量的時間用于更換刀具等非切削工作。設計自動轉(zhuǎn)位刀架的目的在于提高效率?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度。由于數(shù)控機床在加工中刀具位置不進行人工調(diào)整，因此需要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后盡可能高的重復定位精度。1.刀架的工作原理1)轉(zhuǎn)位刀架的組成 ????????????壓 緊 發(fā) 訊 開 關(guān)編 碼 開 關(guān)粗 定 位 發(fā) 訊 開 關(guān)控 制 系 統(tǒng) 大 螺 母拔 塊方 刀 架刀 架 體 組 件 下 齒 輪 盤蝸 輪 副底 盤刀 架 底 盤 組 件32)1(表42)刀架的提升定位刀架的抬升高度是由端齒盤來決定的,為保證刀架抬升后可以旋轉(zhuǎn)，抬升高度為壓緊時上齒盤頂高與下齒頂高之間的距離，本刀架此距離為5mm，加之螺紋導程為10mm。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定15則有 ∴x=180度10536?x∴旋轉(zhuǎn)180度，刀架上升5mm，便可脫離。3）轉(zhuǎn)位刀架工作與原理計算機發(fā)出換刀信號，刀架控制箱繼電器動作，電機正轉(zhuǎn)，通過升降機將上升至一定位置時離合轉(zhuǎn)盤作用，帶動上刀體至所選刀位。發(fā)迅盤轉(zhuǎn)，初定位，上刀體下降，端齒嚙合，完成精定位，并通過蝸輪、蝸桿、鎖緊螺母、固定刀架并施加一定預緊力。2.降速機構(gòu)傳動比及其分配初選CA6140車床刀架轉(zhuǎn)速為28r/min電機轉(zhuǎn)速為1400r/min281405ni?刀電傳動比較大，所以選蝸輪蝸桿傳動，預選單線蝸桿，蝸輪齒數(shù)為50齒，齒形角為20度。3.由刀架的夾緊力確定提升絲杠的蝸輪傳動力矩T由公式 計算。/2ps??P=12KNS=10mm f=0.1 β=15°=2.730s1=arctnarctd?????=5.91f.nosos5??31.)(???tg/261.TpsKNm??4.由傳動力矩T確定蝸輪輻m，q值。根據(jù)《機械設計手冊》第三卷（化工出版社）由公式 ??32250TzqH????????取蝸輪材料為錫青銅 =50 =200Mpa m=2mm k=12??H?由上式確定q為17.5，可遠遠滿足要求?！辔仐U分度圓直徑 d 1=m·q=35.5mm齒頂圓直徑 d a1=d1+2ha*m=39.5mm齒根圓直徑 d f1=d1-z(ha*m+c*)=31mm蝸輪分度圓直徑 d 2=mz=100mm喉圓 d a2=104mm大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 第2章 數(shù)控系統(tǒng)總體方案的確定16齒根圓直徑 d f2=95.2mm中心距 a= =67.7mm??1035.2?5.計算電機功率蝸輪夾緊所需要的功率： 由 計算。90TnN????蝸 輪電 蝸 輪= =0.98·0.99·0.7=0.68??電 蝸 輪 齒 軸 承 蝸 輪 副61.2865.9505nKW?????蝸 輪電 蝸 輪由于電機停轉(zhuǎn)采用過載電流繼電器，過載系數(shù)為1.8-2.2之間，則選用電機功率N電機=N/2 =133 （KW）試選擇三相異步交流電機YSH6314 則功率為 180W大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 外文翻譯17第 3章 數(shù)控系統(tǒng)電路設計3.1 數(shù)控系統(tǒng)基本硬件組成任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，其性能的好壞，直接影響整個系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運行機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成。(1)中央處理單元 CPU(2)總線。包括數(shù)據(jù)總線（DB） 、地址總線（AB）和控制總線（ CB） 。(3)存貯器。包括只讀可編程存貯器和隨機讀寫存貯器。(4)I/O 輸入 /輸出接口電路。其中 CPU 是數(shù)控系統(tǒng)的核心，作用是進行數(shù)據(jù)運算處理和控制各部分電路直協(xié)調(diào)工作。存貯器用于存放系統(tǒng)軟件，應用程序和運行中所需要的各種數(shù)據(jù)。I/O 接口是系統(tǒng)與外界進行信息交換的橋梁?？偩€則是 CPU 與存貯器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是 CPU 與部分電路進行信息交換和通訊的必由之路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如 6—1 所示。根據(jù)機床加工的零件的設計要求，其確定了具體從四方面來進行考慮: 主電路控制設計、執(zhí)行電路控制設計、輔助電路控制設計、繪制電氣原理圖。3.2主電路控制設計3.2．1 主電路設計根據(jù)電氣傳動的要求，由接觸器 KM1、KM2 、KM3 分別控制電動機 M1、M2、M3 ，機床的三相電源由電源引入開關(guān) QS 引入。主電動機 M1 的過載保護，由熱繼電器 KR1 實現(xiàn)，它的短路保護可由機床的前一級配電箱中的熔斷器充任。冷卻泵電動機 M3 的過載保護，由熱繼電器 KR2 實現(xiàn)。進給電動機 M2 由于是短時工作，不設過載保護。電動機 M3 設短路保護------熔大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 外文翻譯18斷器 FU1。主軸電動機 M1------M1 的功率較大，超過 10KW，但是由于插刀/ 去刺在電氣系統(tǒng)啟動后才進行，所以電路中采用了接觸器 KM1、KM4 來控制電機的運轉(zhuǎn)和制停的動作（Y- △降壓啟動） 。用接觸器 KM1、KM4 進行控制。在設計時考慮到過載保護，就采用熔斷器 FU1 來限制M1 的電流及電壓。進給電動機 M2 和冷卻電動機 M3------由于電動機 M2 和 M3 的功率都較小，額定電流分別為 2.7A 和 0.43A，為了節(jié)省成本和縮小體積，可分別用接觸器 KM2 和 KM3（額定電流都為 5A） ，其 M3 則用熔斷器 FU2 作為過載保護。3.2.2中間繼電器 考慮到輸出部分會經(jīng)常出現(xiàn)一系列故障，如過載，過負荷運轉(zhuǎn)會將可編程控制器的觸點或保險絲燒壞，所以在 PLC 輸出點與閥之間使用一個中間繼電器進行轉(zhuǎn)換，這樣做可以保證在過流、過壓、過負荷等情況下，不至于將 PLC 燒壞，中間繼電器在這起到保護 PLC 的作用。3.3 執(zhí)行電路控制設計3.3.1機床電氣傳動的特點及控制要求(1) 機床主運動由電動機 M1 集中傳動，旋轉(zhuǎn)零件（滿足零件加工要求）是靠主軸運動來完成。(2) 主軸電動機 M1 制動采用接觸器反接制動器。(3) 刀架快速移動、加工由進給油泵電動機 M2 拖動，而液壓缸的前后運動由電磁閥控制。(4) 冷卻泵由電動機 M3 拖動。(5) 進給運動的縱向左右運動，橫向前后運動，以及快速移動、轉(zhuǎn)動都由手動/自動（PLC）操縱。電動機型號：( GB 755-81《電機基礎技術(shù)要求》)主軸電機 M1：Y160M-4 11KW 380V 23.0A 1460r/min進給電機 M2：Y90S-4 1.1KW 380V 2.7A 1400r/min 冷卻電機 M3：JCB-22 0.15KW 380V 0.43A 2790r/min3.3.2控制電路電源考慮安全可靠及照明指示燈的要求，采用變壓器供電，控制線路 127V，照明 36V，指示燈6.3V。3.4 輔助電路控制設計3.4.1 控制箱設計一個控制箱，其主要目的是用來存放可編程控制器 PLC 與電線。其技術(shù)要求：①玻璃窗的玻璃厚 5mm。②玻璃窗的四周包覆橡皮框。③箱體下底板由兩塊可拆卸的薄鋼板拼成，以便安裝地腳螺絲。④前后門和觀察窗均安裝門鎖。3.4.2信號指示與照明電路大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 外文翻譯19可設電源指示燈 HL2（綠色） ，在電源開關(guān) QS 接通后，立即發(fā)光顯示，表示機床電氣線路已處于供電狀態(tài)。設指示燈 HL1（紅色）表示主電機是否遠行。這兩個指示燈可由接觸器 KM1 的動合和動斷兩對輔助觸電進行切換通電顯示。如電氣原理圖右上方所示。在操作板上設有交流表 A，它串聯(lián)在電動機主回路中（附圖 控制柜面板） ，用以指示機床的工作電流。這樣可根據(jù)電動機工作情況調(diào)整切削用量使主電動機盡量滿載運行，提高生產(chǎn)率，并能提高電動機功率因數(shù)。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 外文翻譯20金屬切削磨削、鉆削、鏜削和齒輪滾洗法機床生產(chǎn)廠家一直在為顧客尋找更快、更高效的切削時期、更快的工作速度、更低的循環(huán)次數(shù)、以及增加金屬切削精度的方法。機床生產(chǎn)者花了許多他們的費用在高速加工設備上去提高他們的生產(chǎn)效益，比如在 IMTS 2000 上你將會看到最新的磨削、鉆削、樘削和齒輪滾洗方法。更快、更可靠的心軸和和提高機床的控制是提高加工產(chǎn)量和生產(chǎn)力的主要因素。 “更快的心軸，提高生產(chǎn)力，是在一個堅果殼里”Chris Hetzer 說，Hrafton,WI 工程部代理總工程師，也就是說未來將出現(xiàn)新的心軸并且在 IMTS 上會有多軸。Hetzer 說：“你不得不正確的去做心軸的設計，并且心軸不僅要在高速下操作，而且它也要具備能夠隨著生產(chǎn)的要求增加速度的特性，這也意味著動態(tài)的心軸要能確保能在不同的速度、不同的載荷，不同的刀具下能正常工作；這樣，心軸不得不具備一定的硬度，同時他也要具備一定的韌性以便他能夠經(jīng)得起摩擦、不同程度的撞擊，包括刀具”一個可調(diào)心軸所能套的齒輪內(nèi)孔直徑范圍比較大，即一個“可調(diào)心軸”能適用于多個內(nèi)孔直徑不同的齒輪，代替多根普通心軸，能減少心軸的磨損，所需心軸長度相對比較短，省材。心軸屬于斜楔夾緊裝置，用于機械加工中的產(chǎn)品檢測作輔助裝置，主要作為齒輪測量時的支承件。一套“可調(diào)徑心軸”可代替多跟規(guī)格不同的現(xiàn)有“普通心軸”的作用，所以“可調(diào)徑心軸”比現(xiàn)有的“普通心軸”更有使用價值和市場價值。Hetzer 記錄，Gilman 的心軸設計需要用 FEA 確保單元與單元之間的粘合力，其實這是生產(chǎn)一個快速運轉(zhuǎn)心軸過程中的一小部分，我們真正想要尋找這些高速的心軸就是在整個生產(chǎn)過程中它的穩(wěn)定性，比如說，一個 170mm 的心軸在 30KW 的情況下，它的轉(zhuǎn)速是 24000rpm，我們的顧客想要他們的第一個心軸是這樣，第二個是這樣，第三個是這樣，第四個也是這樣……Hetzer 說，真正要確保每個單元之間的粘合力是非常困難的，它需要廣大的 FEA 分析，這就包括了許多東西，例如生產(chǎn)公差、軸承質(zhì)量，但是剩下的是你的設計和分析?！坝脩粼谏a(chǎn)環(huán)境中用這種高速旋轉(zhuǎn)的心軸去操縱一個機器，他們想要持續(xù)的工作，但是如果心軸達不到這種要求” ，Hetzer 說， “人們將會把它報廢掉—這是典型的在高速旋轉(zhuǎn)機器上可能發(fā)生的事情，這時這個心軸將要被換掉，但是如果被換上來的那個心軸和原來的那個心軸沒有同樣的切削特性，顧客們將不得不花許多的時間、許多的金錢去讓這臺機器像原來一樣運轉(zhuǎn)。 ”在 IMTS 中， Gilman 將介紹他的 15000 轉(zhuǎn)/分鐘，高速的帶驅(qū)動的心軸，這種裝置主要呈現(xiàn)一根尼龍帶和一個交叉的齒狀構(gòu)造。Gilman 也將介紹一個新的揉性的生產(chǎn)空間，這個系統(tǒng)是重新建造的 3 軸空間，X-Y-Z 模塊出現(xiàn)在 400×400×400 工作空間內(nèi)。多軸模塊能夠使用帶驅(qū)動的大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文（設計） 外文翻譯21心軸，然而這種心軸使用了 Gilman ’Swedish 的母公司 SKF 生產(chǎn)的陶瓷圓柱滾筒軸承，Hetzer說它的主要特點是心軸能夠忍受由高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生能量而帶動心軸的自由運動。Hurco 新的 VMCS 提供了標準的 10000 轉(zhuǎn)/分鐘的心軸，但是它也可以通過軸系轉(zhuǎn)變?yōu)?30000轉(zhuǎn)/分鐘，這樣就形成了很高的在 X 和 Y 軸方向的橫向速度 30 米/分鐘，當被配置 Hurco 提高的UltiPro Ш 在持續(xù) 5.1—6.4 米/分鐘的進給過程中精度和表面粗糙度不受影響的高速運動控制軟件，那么這個單元將會勝過 3—D 周線工作法。在磨削設備中，許多的擁護對加快磨削速度有一種特別的期待，現(xiàn)在最新的碳化物工具正在幫助解決這個問題， “更快的速度，更快的吞吐量，更快的循環(huán)次數(shù)是每一個人都期待的”磨削執(zhí)行副總裁 Jon Wolf 和機器工具制造商 Sugino Corp,說“提高磨削速讀的關(guān)鍵是提高磨床的進給量，例如，在 3 軸的磨床加工中，它第一提供最小的循環(huán)次數(shù)（36—51 米/分鐘） ，但是你這必須有相應的進給量，它可以是 8 米/分鐘，可以是 20—23 米/分鐘。“技術(shù)在不斷的變化中，碳化物公司正在制造更好的工具，能夠忍受更高的進給量和更快速度的碳化物”Wolf 追加道“刀具的尺寸也是邊得越來越多樣化，有很多的技術(shù)在刀具尺寸上，，它可以讓你工作更快，散熱更快” 。增加刀具的壽命是每一個碳化物公司都尋找的，它會使機器具有更高，更快的進給量和加工速度。我們機器工具公司總是在刀具曲線研究技術(shù)的后面，因為我們總是想要跟上機加工，機加工人們引導著這個工業(yè)。速度和精度是金屬加工過程中兩個關(guān)鍵的因素，但是在孔的加工過程中，快速的心軸旋轉(zhuǎn)速度并不意味著高效的切削速度，Zagar 副總裁 Randy Toberts 提出了證明，用他的多軸鉆頭或齒輪箱，Zagar Inc 主張同時對一組孔進行高速加工，而不是一次只加工一個孔。“我們現(xiàn)在會看到 Cpk 率和 1.33—2.0