經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造設(shè)計(jì)2013122115835_2825689[精選]

1、目錄目錄11 緒論778881.3 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題92 數(shù)控系統(tǒng)的選擇103 機(jī)械部分的改造123.1 滾珠絲杠的選擇13143.1.2. 縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟153.1.3橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟183.2 減速器箱體的設(shè)計(jì)193.2.1軸的計(jì)算：（縱向輸入軸）203.2.2減速器箱體尺寸213.3 軸承的選擇253.3.1選型253.3.2 校核263.4 軸承蓋的設(shè)計(jì)263.4.1 悶蓋263.4.2 通蓋273.5 絲軸承的選型與校核28283.5.2 校核284.1 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇324.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量3232：3

2、3374.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇3737385自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)415.1 刀架的工作原理415.2 蝸桿及蝸輪的選用與校核425.2.1 選擇傳動(dòng)的類型425.2.2 選擇材料和確定許用應(yīng)力4343445.3 蝸桿軸的設(shè)計(jì)455.3.1 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應(yīng)力455.3.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的最小直徑455.3.3 確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度45465.3.5 鍵的選取與校核505.4 蝸輪軸的設(shè)計(jì)515.4.1 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應(yīng)力515.4.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)軸的最小直徑515.4.3 確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度515.5 中心軸的設(shè)計(jì)525.5.1 中軸的材料選擇,確

3、定許用應(yīng)力525.5.2 確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度525.5.3 軸的校核535.6 齒盤的設(shè)計(jì)545.6.1 齒盤的材料選擇和精度等級(jí)545.6.2 確定齒盤參數(shù)545.6.3 按接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算555.7 刀架體設(shè)計(jì)576 初始化程序的設(shè)計(jì)586.1 數(shù)控車床控制程序舉例586.1.1 第一象限直線插補(bǔ)參考程序587 結(jié)論61參考文獻(xiàn)62致謝631 緒論1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(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)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了

4、機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有萬臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為萬臺(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(guó)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，fmc/fms等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)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，而且半數(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)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的

5、產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)永恒的課題。我國(guó)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)。在美國(guó)、日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國(guó)，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)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(jī)床公司、devlieg-bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、us設(shè)備公司等。美國(guó)得寶公司已在中

6、國(guó)開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)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、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)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(cè)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(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無需對(duì)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。普通車床

7、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)。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(jiǎn)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(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)0.01至0.02mm，已能滿足cw6140車床改造后加工零件的精度要求。(1)縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核。(2)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇。(3)

8、主軸交流伺服電機(jī)的選擇與校核。(4)其他元件的選擇。1.3 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(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。(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。(3) 翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的cnc系統(tǒng)以最新cnc進(jìn)行更新。(4) 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(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。2 數(shù)控系統(tǒng)的選擇數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造

9、時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱該之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。2.2異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)，光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的

10、區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。2.3交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上，間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度

11、低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。在將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問題。當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國(guó)外著名公司的如德國(guó)siemens公司、日本fanuc公司；國(guó)內(nèi)公司如中國(guó)珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國(guó)家工程研究中心。選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求,所以依據(jù)改造的具體要求選用上海通用數(shù)控公司kt400-t經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)和kt300步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置.3 機(jī)械部分的改造為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能，保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度，微

12、機(jī)進(jìn)給無爬行，使用壽命長(zhǎng)、外型美觀，機(jī)械部分作了如下改動(dòng)。(1) 床身 為了使改造后的機(jī)床有較高的開動(dòng)率和精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零件、部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。增加耐磨性的方法有1，增加導(dǎo)軌的表面強(qiáng)度如：淬火；2，降低摩擦系數(shù)等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的床身等大件多采用普通鑄鐵。而導(dǎo)軌則采用淬硬的合金鋼材料，其耐磨性比普通鑄鐵導(dǎo)軌高5至10倍。據(jù)此，在改造中利用舊床身，采用淬火制成導(dǎo)軌，貼塑用螺釘和粘劑固定在鑄鐵床身上。粘接前的導(dǎo)軌工作表面采用磨削加工，表面粗糙度ra0.8mm，以提高粘接強(qiáng)度。(2) 主軸變速箱 選用數(shù)控系統(tǒng),主運(yùn)動(dòng)方式和傳統(tǒng)機(jī)

13、床一樣都要求有十分寬廣的變速范圍（116）來保證加工時(shí)選擇合理的切速，從而獲得較高的生產(chǎn)率和表面質(zhì)量,所以要根據(jù)具體情況對(duì)主軸邊速箱進(jìn)行改造。(3) 拖板 拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，不論是點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，對(duì)被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受拖板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。對(duì)于應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)作拖動(dòng)元件的開環(huán)系統(tǒng)尤其是這樣。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動(dòng)而沒有位置檢測(cè)和信號(hào)反饋，故實(shí)際移動(dòng)值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會(huì)造成加工誤差。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。在傳動(dòng)裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動(dòng)扭矩和傳動(dòng)精度(分辨率為0.01mm

14、)。傳動(dòng)比計(jì)算公式為： i=bl0/360p （3-1） 式中：為步進(jìn)電機(jī)的步距角(度)；l0為絲杠螺距，mm；為脈沖當(dāng)量，即要求的分辨率，mm。在齒輪傳動(dòng)中，為提高正、反傳動(dòng)精度必須盡可能的消除配對(duì)齒輪之間的傳動(dòng)間隙，其方法有兩種，柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后的齒輪側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，在齒輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無側(cè)隙嚙合。但將影響其傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒輪側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法，它要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距誤差，否則傳動(dòng)的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動(dòng)有較好的傳動(dòng)剛度，而且結(jié)

15、構(gòu)比較簡(jiǎn)單。在設(shè)備改造中應(yīng)用的配對(duì)齒輪側(cè)隙方法是剛性調(diào)整法。采用滾珠絲杠代替原滑動(dòng)絲杠，提高傳動(dòng)靈敏性和降低功率、步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。 (4) 自動(dòng)換刀裝置 為了滿足在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾完成多工序加工，可采用自動(dòng)刀架。自動(dòng)刀架不但可代替普通車床手動(dòng)刀架，還可用作數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制元件。刀架體積小，重復(fù)定位精度高，適用于強(qiáng)力車削并安全可靠。(5) 拖板箱 采用數(shù)控系統(tǒng)控制。拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱除固定在滾珠絲杠的螺母上。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個(gè)位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)及減速箱。使改造后的機(jī)床外型美觀、合理。改造后機(jī)床的啟動(dòng)、停機(jī)

16、均由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機(jī)床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。3.1 滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠副具有與滾動(dòng)軸承相似的特征。與滑動(dòng)絲杠副或液壓缸傳動(dòng)相比，有以下主要特點(diǎn)：（1） 傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可達(dá)85%98%，為滑動(dòng)絲杠副的24倍，由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，對(duì)機(jī)械小型化，減少啟動(dòng)后的顫動(dòng)和滯后時(shí)間以及節(jié)約能源等方面，都具有重要意義。（2） 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦系數(shù)幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，啟動(dòng)摩擦力矩與運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力矩的差別很小。所以滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)，低速時(shí)無爬行。（3） 傳動(dòng)可逆性 與滑動(dòng)絲杠副相比，滾動(dòng)絲杠副突出的特點(diǎn)是具有

17、運(yùn)動(dòng)的可逆性。正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率幾乎可高達(dá)98%。滾珠絲杠副具有運(yùn)動(dòng)的可逆性，但是沒有象滑動(dòng)絲杠副那樣運(yùn)動(dòng)具有自鎖性。因此，在某些機(jī)構(gòu)中，特別是垂直升降機(jī)構(gòu)中使用滾珠絲杠副時(shí)，必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置。（4） 可以預(yù)緊 通過對(duì)螺母施加預(yù)緊力能消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度，但摩擦力矩卻增加不大。（5） 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可以預(yù)緊等特點(diǎn)，所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小，無爬行。并可消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。（6） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)驅(qū)動(dòng)相同的部件和裝置時(shí)，由于反應(yīng)靈敏，

18、無阻滯，無滑移，其啟動(dòng)的同時(shí)性，運(yùn)行中的速度和位移等，都具有準(zhǔn)確的一致性，這就是所謂同步性好。（7） 使用壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠和螺母的材料均為合金鋼，螺紋滾道經(jīng)過熱處理，并淬硬至hrc58-62,經(jīng)磨削達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。實(shí)踐證明，滾珠絲杠副的使用壽命比普通滑動(dòng)絲杠副高56倍。（8） 使用可靠，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維修方便 與液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠副在正常使用條件下故障率低，維修保養(yǎng)也極為方便；通常只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑與防塵。在特殊使用場(chǎng)合，如核反應(yīng)堆中的滾珠絲杠副，可在無潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作。3.1.2. 縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟(1)最大工作載荷計(jì)算 滾珠絲杠上的工作載荷fm (n)

19、是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。由于原普通ca6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式3-2計(jì)算工作載荷的大小。 （3-2） 1）車削抗力分析 車削外圓時(shí)的切削抗力有fx、fy、fz，主切削力fz與切削速度方向一致，垂直向下，是計(jì)算車床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。且深抗力fy與縱向進(jìn)給方向垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。 縱切外圓時(shí)，車床的主切削力fz可以用下式計(jì)算： （3-3） =5360(n)由知:

20、fz:fx:fy=1:0.25:0.4 (3-4) 得 fx=1340(n) fy=2144(n)因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給拖板上的載荷fl、fv和fc與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進(jìn)給拖板上的載荷可以按下式求出：拖板上的進(jìn)給方向載荷 fl=fx=1340(n)拖板上的垂直方向載荷 fv=fz=5360(n)拖板上的橫向載荷 fc=fy=2144(n)因此，最大工作載荷 (5360+909.8) =1790.68(n)對(duì)于三角形導(dǎo)軌 k=1.15 ，f 0.05,選f =0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，g是縱向、橫

21、向溜板箱和刀架的重量，選縱向、橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.(2) 最大動(dòng)載荷c的計(jì)算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷ca選用，可用式3-5計(jì)算：c= (3-5) l為工作壽命，單位為10r,l=60nt/10;n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n=;v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的1/21/3;l0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得l。=12mm；fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因?yàn)榇藭r(shí)是有沖擊振動(dòng)，所以取fm=1.5。1400r/min=2226mm/minn縱向=v縱向1/2 /l。=2226 l=60nt/10=6015000 /10則 c= =1790.68=117

22、40(n) 初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷ca不得小于最大動(dòng)載荷c:因此有cac=11740n.另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷fm,一般使coa/fm=23.初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為cd638-3.5-e型，主要參數(shù)為dw=4.763mm,l。=8mm,dm=63mm,=2o19，圈數(shù)1 (3) 縱向滾珠絲杠的校核1)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲

23、杠螺母副的傳動(dòng)效率為 =tg/tg(+)=tg2o19/tg(2o19+10)=92% (3-6) 2)剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。1絲杠的拉壓變形量11=fml / ea (3-7) =10(31.5)2 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量2 采用有預(yù)緊的方式，因此用公式 (3-8) = 在這里 =1/3fm=1/31790.68=597nz= z絲杠的總變形量=1+4所以絲杠很穩(wěn)定。3.1.3橫向

24、滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟(1)型號(hào)選擇1) 最大工作載荷計(jì)算 由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k=1.4 f =0.05 ，fl為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷， fl=2144n ， fv=5360n ， fc=1340n ，g=60kg ， t=15000h，最大工作載荷：f m=kfl+ f (fv+2fc+g)2144+0.05(5360+275)2)最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算 v橫=1400r/min n橫絲= v橫1/2 / l?？v=1106l=60nt/10=110615000 /10c =fm初選滾珠絲杠型號(hào)為:cd50其基本參數(shù)為 dw =3.969mm ，=211，l。=6mm，dm=50mm

25、，圈數(shù)1(2)橫向滾珠絲杠的校核1)傳動(dòng)效率計(jì)算=tg /tg (+)=tg211/tg(211+10)=93%2)剛度驗(yàn)算1絲杠的拉壓變形量1=fml/ea = 10252 =2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 在這里 fyj=1118nz絲杠的總變形量=1+100mm時(shí)n=6m由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取3,d3為螺釘直徑.（1）d=26時(shí)的尺寸 =n-d3-1 則d3=2.5 取m4的螺釘 =32.25+3m=3（2）d=37d3=2.5mm 取m4的螺釘m=3mm3.4.2 通蓋 圖3-6 通蓋=d+(22.5)d3+2s2(有套環(huán))3)d3 0.9)dd。=d3+（12） d100mm時(shí)n=4

26、d100mm時(shí)n=6m由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取3mm,d3為螺釘直徑.（1）d=6通蓋尺寸，內(nèi)加密封圈d3取m4螺釘=32.5 =23.4 d=18m=3（2）d=37通蓋尺寸 d3取m4螺釘=43.25 =33.3 d=25m=33.5 絲軸承的選型與校核選用型號(hào) 7602025tvp的60推力角接觸軸承 軸徑 d=25mm 外徑d=52mm 寬度b=15mm 球數(shù)z=16 動(dòng)載荷ca=22000n 靜載荷coa=44000n 預(yù)加載荷500n 極限轉(zhuǎn)速2600r/min3.5.2 校核 大部分滾動(dòng)軸承是由于疲勞點(diǎn)蝕而失效的。軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴(kuò)展跡象前院運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工

27、作小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命（指的是兩個(gè)套圈間的相對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)或相對(duì)轉(zhuǎn)速）。 同樣的一批軸承載相同工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，各軸承的實(shí)際壽命大不相同，最高和最低的可能相差數(shù)十倍。對(duì)一個(gè)具體軸承很難預(yù)知其確切壽命，但是一批軸承則服從一定的概率分布規(guī)律，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法處理數(shù)據(jù)可分析計(jì)算一定可靠度r或失效概率n下的軸承壽命。實(shí)際選擇軸承時(shí)常以基本額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。軸承的基本額定壽命是指90%可靠度，常用材料和加工質(zhì)量，常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號(hào)l10(r)或l10h(h)表示。不同可靠度，特殊軸承性能和運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)其壽命可對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正，稱為修正額定壽命。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將基本額定壽命一百萬轉(zhuǎn)（10r）時(shí)軸承所能承受的

28、恒定載荷取為基本額定動(dòng)載荷c。也就是說，在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承可以工作10r而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效，其可靠度為90%?；绢~定動(dòng)載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強(qiáng)。徑向基本額定動(dòng)載荷cr對(duì)向心軸承（角接觸軸承除外）是指徑向載荷，對(duì)角接觸軸承則是指引起軸承套圈間產(chǎn)生相對(duì)徑向位移時(shí)的載荷徑向分量。對(duì)推力軸承，軸向基本額定動(dòng)載荷ca是指中心軸向載荷。(1) 當(dāng)量載荷 滾動(dòng)軸承若同時(shí)承受徑向和軸向聯(lián)合載荷，為了計(jì)算軸承壽命時(shí)在相同條件下比較，需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載荷。在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下，軸承壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。當(dāng)量動(dòng)載荷p的計(jì)算公式是：p= （3-14）表3.2 軸承滾動(dòng)當(dāng)量

29、動(dòng)載荷計(jì)算的x,y值軸承類型 fa/cor e 單向軸承雙列軸承fa/frefa/frefa/frefa/frex y xy xyxy 角接觸球軸承=151 01 2當(dāng)量動(dòng)載荷式中fr為徑向載荷，n；fa為軸向載荷，n；x，y分別為徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)，可由上表查出。 上表中，e是一個(gè)判斷系數(shù)，它是適用于各種x,y系數(shù)值的fa/fr極限值。試驗(yàn)證明，軸承fa/fre或 fa/fre時(shí)其x,y值是不同的。單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng)fa/fre時(shí)，y=0,p=fr,即軸向載荷對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷的影響可以不計(jì)。深溝球軸承和角接觸球軸承的e值隨fa/cor的增大而增大。fa/cor反映軸向載荷的相

30、對(duì)大小，它通過接觸角的變化而影響e值。=0的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當(dāng)量動(dòng)載荷pr=fr;而=90的推力軸承只能承受軸向力，其當(dāng)量動(dòng)載荷pa=fa。 由于機(jī)械工作時(shí)常具有振動(dòng)和沖擊，為此，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算： p=fd(xfr+yfa)表3.3：載荷性質(zhì) 機(jī)器舉例fd平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊電機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī)，汽輪機(jī)中等沖擊車輛，機(jī)床，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)大沖擊破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，振動(dòng)篩，工程機(jī)械，石油鉆機(jī)由于軸承載荷與縱向載荷之比：=0.25c 此軸承合乎要求另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承，且載荷小于縱向，因此同理可驗(yàn)證其是合理的。4 步進(jìn)電機(jī)的選擇4.1 縱向步

31、進(jìn)電機(jī)的選擇4.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量，它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。因此，脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定，ca6140的定位精度為 0.005mm/脈沖。根據(jù)步距角初步選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表中查到步距角b ，三種不同脈沖分配方式對(duì)應(yīng)有兩種步距角。步距角b 及減速比 i與脈沖當(dāng)量p 和絲杠導(dǎo)程 l0 有關(guān)。初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)合理選擇b及i, 并滿足： b (pi360)/l0 （4-1） 由上式可知：b pi360/l0=3601/10初選電機(jī)型號(hào)為:90byg5502具體參數(shù)如表4.1所示：表4.1：縱向電

32、機(jī)步距角相數(shù)驅(qū)動(dòng)電壓電流90byg5502 550v3a靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量 2200 30000圖4-1 電機(jī)簡(jiǎn)圖： =j=j10由于：nmax=(r/min)則： mka=j式中：j）;為電機(jī)最大角加速度（rad/s）;nmax為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min）;t為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s）;vmax為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）; p為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；b為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角（o）步，對(duì)于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為j=10),l10),式中：mc為圓柱體質(zhì)量（kg）;d為

33、圓柱體直徑（cm），jd為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由資料查出。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量js js=js/i，i為絲杠與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比由于i=1則:l10=0.78(6.3)17010)(2)工作臺(tái)質(zhì)量折算工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量慣量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)量jg:jg=（）),式中：l。為絲杠導(dǎo)程（cm）;m為工作臺(tái)質(zhì)量（kg）.由于l。=1cm,m=90kg則 ： jg=（）m=90)1）一對(duì)齒輪傳動(dòng)=j2()2）兩對(duì)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)總速比i=i1i2,二級(jí)分速比為i1=z2/z1和i2=z4/z3.于是，齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為j1,齒輪2和3裝在中間軸上，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要分別折算到電機(jī)軸上，分別為

34、j2()和j3().齒輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要進(jìn)行二次折算或以總速比折算為：=j4()() （4-2）因此，可以得到這樣的結(jié)論：在電機(jī)軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不必折算，在其他軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算時(shí)除以該軸與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比平方。由于減速機(jī)構(gòu)為一對(duì)齒輪傳動(dòng)，且第一級(jí)i=1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j45,其分度圓直徑d=45s=27mm 則:10的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j40,其分度圓直徑d=401.5=60mms=27mm 則:610n=30的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j30,其分度圓直徑d=301.5=45mms=27mm 則:10n=45的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j45,其分度圓直徑d=45s=30mm 則:10

35、n=50的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j50,其分度圓直徑d=501.5=75mms=30mm 則:10n=60的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量j60,其分度圓直徑d=601.5=90mms=30mm 則:910兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:1310 ; l=130mm1310 ; l=130mm查表得：綜上可知：j=jd+js+jg+j30+j40+j60+j50+2j45 （4-3）1600=2236mm/min10(3)力矩的折算：1）mkf空載摩擦力矩mkf= （4-4）式中：g為運(yùn)動(dòng)部件的總重力（n）； f為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；i為齒輪傳動(dòng)降速比；為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取0.85；l。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。由于g=9010=9

36、00n, f=0.05, i=1, 則mkf =2）m。附加摩擦力矩 mo=(1-。) （4-5）式中：fyj為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，即預(yù)緊力，一般取1/3fm;fm為進(jìn)給牽引力（n）, 。為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取。得 fyj=1/3fm=1/3又 l。=10mm ， 則 m。=則 =+由于=則所選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍的經(jīng)表查得 ：則 =1.67n.m5所以所選步進(jìn)電機(jī)合乎要求t=(fn-f0) （4-6）為電機(jī)得步距角（），tcp,tl為電機(jī)最大平均轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩（n.m）f。,fn為起始加速時(shí)，加速終了時(shí)的頻率（hz）由于 10 tcp=5 n.m tl=1.67 n.m f0=22

37、00hz fn=30000hz 則 t=(30000-2200)所以選此步進(jìn)電機(jī)能滿足要求。矩頻特性曲線4.2 橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇b pi360/l。 (4-7） l。=6mm , i=1 , b 0.3 初選電機(jī)型號(hào)為:110byg5602橫向電機(jī)步距角相數(shù)驅(qū)動(dòng)電壓電流110byg5602 580v3a靜轉(zhuǎn)矩空載起動(dòng)頻率空載運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量 2500 350001516kg圖4-2 電機(jī)簡(jiǎn)圖(1)力矩的折算1)空載摩擦力矩mkf =gfl。/2i g=6010=600n f l。=6mm =2)附加摩擦力矩 m。=(1-。fyj=1/3fm=1/33433.6=1144.5n l。=6

38、m。=(2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算1)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 l10 d=4cm l=26cml10=0.78(4)26102)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jg=m （4-8） l。=0.6cm m=60kg jg=m =60)(3)多脈沖減速裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算30=45mm d l40=60mm d l645=67.5mm dl50=75mm dl60=90mm d l9則 j=js+jg+jj=58 mka= j101600=1248mm/minpb=0.3 mka=50 mkq=mka+mkf+m0又 mkqmjmax步進(jìn)電機(jī)為五相十拍所以此步進(jìn)電機(jī)符合條件(4)上升時(shí)間校核 t=(fn-f0)1010 tcp=

39、16n.m tl=1.257n.m f0=2500hz fn=35000hz t= (35000-2500)合乎要求5自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)5.1 刀架的工作原理回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式。工作過程可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾個(gè)步驟。圖2.1為螺旋升降式四方刀架，其工作過程如下： 刀架抬起 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后, 通過接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn), 經(jīng)傳動(dòng)裝置2、驅(qū)動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)1、蝸輪帶動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) ,此時(shí)由于齒盤4、5處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機(jī)構(gòu)8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤松開并抬起,直至兩定位齒盤4、5 脫離嚙合狀態(tài),從而帶動(dòng)上刀架和齒盤產(chǎn)生“上臺(tái)”動(dòng)作。 刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)圓套9逆時(shí)針轉(zhuǎn)過150時(shí)，齒盤4、5完全脫開，此時(shí)銷釘準(zhǔn)確進(jìn)入圓套9中的凹槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。 刀架定位 當(dāng)上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后（旋轉(zhuǎn)90、180或270），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān)10 中的某一個(gè)選通,當(dāng)磁性板11 與被選通的霍爾開關(guān)對(duì)齊后,霍爾開關(guān)反饋信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn),插銷7在彈簧