數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、-. zCJK6140CJK6140 數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要了解數(shù)控機(jī)床的概念，所謂數(shù)字控制是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)執(zhí)行操作的過(guò)程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)展工作。它的優(yōu)點(diǎn)很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴。由于我國(guó)現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車(chē)床，自動(dòng)化程度低,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個(gè)問(wèn)題,也為了適應(yīng)多品種中、小批量零件加工我們選擇機(jī)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠與絲杠以及安裝座,配上滾珠絲杠及相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的步

2、進(jìn)電機(jī)及減速箱安裝在車(chē)床的床尾,不占據(jù)絲杠空間。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：撤除橫向絲杠換上滾珠絲杠,由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。總體設(shè)計(jì)方案:CJK6140 車(chē)床主軸轉(zhuǎn)速局部保存圓機(jī)床的手動(dòng)變速功能。車(chē)床的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。最后,根據(jù)條件對(duì)縱向橫向伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)展設(shè)計(jì)與計(jì)算。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)信息，滾珠絲杠，步進(jìn)電機(jī)CJK6140CJK6140 NCNC LathesLathes VerticalVertical FeedFeed SystemSystem DesignDesignABSTRACTABSTRACTNumerical Control (NC) is any machining proc

3、ess in which the operations are e*ecuted automatically in sequences as specified by the program that contains the information for the tool movement .When Numerical Control is performed under puter supervision, it is called puter Numerical Control (C).C machines have many advantages over conventional

4、 machines. For e*ample, there is a possibility lf performing operations on the same machine in one setup and production is significantly increased. One of its disadvantages is that they are quite e*pensive. In our country conventional machine is used widely. So if the machines are replaced, there is

5、 going to need a large money. In order to agree with the development of our economy, we can reform the conventional machines. The reformation of the tool movement: we demolish the current smooth leading, leading screw and installing stand. Then replace the ball leaking to the relevant position. The

6、reformation of . - . 可修編.the horizontal mechanism: we make the horizontal ball lead screw instead of the conventional screw. And Stepper motor drives the screw. The overall master design: the spindles gearshift of the CA6140 mechanism controlled by the former operating lever. The moving of the verti

7、cal table and the horizontal table is drove by the ball screw, which is drove by the Stepper motors. The last, we design the vertical and horizontal mechanism on the basis of known numbers.)KEYWORDSKEYWORDS: :tool movement，conventional machines，Stepper motor-. z目 錄CJK6140 數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) I摘要 IABSTRACTI

8、I第一局部緒論 1第二局部設(shè)計(jì)方案確實(shí)定 32.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式確實(shí)定 32.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 32.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 42.4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5第三局部機(jī)械設(shè)計(jì) 63.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 63.2 切削力的計(jì)算 63.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 73.3.1 求軸向力 73.3.2 計(jì)算絲杠動(dòng)載荷 Cj73.3.3 絲杠效率計(jì)算 83.3.4 校核 83.4 齒輪箱減速器設(shè)計(jì)局部 93.4.1 傳動(dòng)比 i93.4.2 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 93.4.3 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：113.4.4 設(shè)計(jì)計(jì)算：123.5 其他機(jī)械設(shè)計(jì)局部 123.5.1 減速箱最小輸出軸的計(jì)

9、算 123.5.2 軸承的選擇 133.6 步進(jìn)電機(jī)的選擇 133.6.1 計(jì)算減速器的傳動(dòng)比 I13計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 133.6.3 確定步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力參數(shù) 14第四局部數(shù)控設(shè)計(jì) 174.1 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路 174.1.1 根本硬件組成 174.1.2 硬件配套及根本構(gòu)造 17. - . 可修編.4.1.3 接口線路 184.1.4 光電隔離電路 194.1.5 功率放大器 194.1.6 輔助電路 194.2 軟件設(shè)計(jì) 19第五局部使用說(shuō)明 255.1 概述 255.2 主要技術(shù)參數(shù) 255.3 主要功能 255.4 安裝調(diào)整步驟 255.5 機(jī)床使用步驟簡(jiǎn)述 255.6 維護(hù)和保養(yǎng) 26

10、第六局部完畢語(yǔ) 27參考文獻(xiàn) 28-. z第一局部 緒 論隨著微電子、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速開(kāi)展與應(yīng)用，精細(xì)機(jī)械技術(shù)與這些前沿學(xué)科的相互滲透，使機(jī)械系統(tǒng)向著高技術(shù)集成系統(tǒng)的方向開(kāi)展。這是當(dāng)今機(jī)械科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的重要趨勢(shì)。機(jī)械工程學(xué)科正朝著機(jī)電一體化方向開(kāi)展，而數(shù)控機(jī)床便是此領(lǐng)域中的一個(gè)典型開(kāi)展方向。隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速開(kāi)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，改行頻繁。目前，機(jī)械零件加工中單件、小批量加工約占 80%，因此對(duì)加工設(shè)備不僅要求具有高的加工精度和生產(chǎn)效率，而且還要具備有相當(dāng)?shù)摹叭嵝?，既靈活、通用、能迅速適應(yīng)加工零件的變更。數(shù)控機(jī)床較好地解決了形狀復(fù)雜、精細(xì)、小批、多變的零件的加工問(wèn)

11、題。它具有適應(yīng)性強(qiáng)，較高的加工精度，穩(wěn)定的加工質(zhì)量和高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。所以，數(shù)控機(jī)床是一種靈活而高效的自動(dòng)化機(jī)床。隨著電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和精細(xì)測(cè)試等技術(shù)的開(kāi)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位將變得越來(lái)越重要了。數(shù)控機(jī)床經(jīng)濟(jì)型改造,實(shí)質(zhì)是機(jī)械工程技術(shù)與微電子技術(shù)的結(jié)合。經(jīng)改造后的機(jī)床加工的精度、效率、速度都有了很明顯的提高，適合我國(guó)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)水平的開(kāi)展要求。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)床機(jī)械局部進(jìn)展改造,以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及刀架的快速換刀,使傳動(dòng)系統(tǒng)變得十分簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈大大縮短,傳動(dòng)件數(shù)減少,從而提高機(jī)床的精度。設(shè)計(jì)中，我們對(duì)有關(guān)數(shù)控機(jī)床及數(shù)控改造的相關(guān)書(shū)籍、刊物進(jìn)展大量閱

12、讀,收集了很多資料,了解了數(shù)控機(jī)床的根本概念，數(shù)控機(jī)床的開(kāi)展概況，數(shù)控機(jī)床的組成及其工作原理，擴(kuò)大了我們的知識(shí)面。機(jī)床計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是本世紀(jì) 70 年代開(kāi)展起來(lái)的機(jī)床控制新技術(shù)。它綜合了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電器控制、測(cè)量技術(shù)、機(jī)械制造等領(lǐng)域的最新成就、使機(jī)器工具開(kāi)展到新的水平。計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床具有精度高，加工周期短，適應(yīng)性強(qiáng)等一系列的優(yōu)點(diǎn)。特別對(duì)于中小批生產(chǎn)的精細(xì)復(fù)雜零件加工尤為適宜。因而在機(jī)械、航空、造船、動(dòng)力等行業(yè)中得到了廣泛地運(yùn)用。此外，數(shù)控技術(shù)也在繪圖機(jī)械、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光于火焰切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是相續(xù)出現(xiàn)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床即加工中心 Machining Center 、

13、直接數(shù)字控制系統(tǒng)即計(jì)算器群控系統(tǒng)，D, Direct Numerical Control 、自適應(yīng)控制系統(tǒng)AC, Adaptive Control 、柔性控制系統(tǒng) (FMS, Fle*ible Manufacturing System)、計(jì)算器集成綜合制造系統(tǒng) (CIMS, puter Integrated Manufacturing System)等、進(jìn)一步說(shuō)明，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為組成現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) (CAD)、制造 (CAM)、檢驗(yàn) (CAT) 于生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的. - . 可修編.根本設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之

14、間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停頓，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件； 在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工； 2. 加工精度高；3. 生產(chǎn)效率高；4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益；6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需

15、求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)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、精細(xì)化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建立的需要。 我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)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(guó)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(lái)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(guó)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。

16、許多工廠一面購(gòu)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(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)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(gòu)置新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(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(guó)的國(guó)情。 1984 年，我國(guó)開(kāi)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速開(kāi)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。第二局部 設(shè)計(jì)方案確實(shí)定利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)展開(kāi)環(huán)控制，縱向Z 向脈沖

17、當(dāng)量為 0.01mm/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，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架?？傮w方案的論證 對(duì)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(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低本錢(qián)。-. z2.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式確實(shí)定數(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(chē)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)。數(shù)控系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)。其本質(zhì)是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)展插補(bǔ)，從而得到較理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸入到執(zhí)行部件，加工出所需的零件。按照這一原理，數(shù)控系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)數(shù)控和閉環(huán)系統(tǒng)。

18、所謂閉環(huán)控制系統(tǒng)，即指對(duì)所加工的零件隨時(shí)進(jìn)展檢測(cè)并輸入反響到控制系統(tǒng)，用以調(diào)節(jié)加工時(shí)所帶來(lái)的誤差。其主要采用反響檢測(cè)裝置及交流變頻控制，因此功率較大，精細(xì)很高。但也由于采用交流變頻伺服系統(tǒng)和反響檢測(cè)裝置，因而其造價(jià)十分高，構(gòu)造也十分復(fù)雜，其穩(wěn)定性也不十分理想。由于以上特點(diǎn)，閉環(huán)控制系統(tǒng)常用于要求精細(xì)加工機(jī)床、單件生產(chǎn)，即整機(jī)生產(chǎn)之中。其控制系統(tǒng)框圖如以下圖所示：圖 1-1 控制系統(tǒng)框圖2.2 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(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反響裝置的控制系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)指令、經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算發(fā)出脈沖信號(hào)，輸送到步進(jìn)電機(jī)，使伺服裝置轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，然后經(jīng)過(guò)減

19、速齒輪和絲桿螺母機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)換為移動(dòng)部件的直線位移。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格廉價(jià)、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)沒(méi)有外部的位置反響回路及速度反響回路。因此不必使用位置速度測(cè)量裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及高增益放大器等高性能器件。因此，使設(shè)備投資顯著降低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，與機(jī)床間的組配也十分方便，即構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，可靠性高、制造本錢(qián)低等一系列優(yōu)點(diǎn)。在中小型機(jī)床的速度、精度要求不十分高的場(chǎng)合，得到了廣泛的應(yīng)用。下面是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖：開(kāi)環(huán)控制框圖開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大的情況下多采下步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系

20、統(tǒng)。2.3 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩局部組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的根底，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。 . - . 可修編.在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU 的選擇是關(guān)鍵，選擇 CPU 應(yīng)考慮以下要素： 1時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)； 2可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)； 3I/O 口擴(kuò)展的能力。控制系統(tǒng)采用單 CPU 形式分為處理數(shù)據(jù)。CPU 采用 8031 芯片使用廣泛，功能強(qiáng)大，性能好，價(jià)格廉價(jià)。它包括一個(gè)微處理器，一個(gè) 128 字節(jié)的片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，4 個(gè) 8 位的I/O 接口其中 P1，P2，P3

21、 是準(zhǔn)雙向口，P0 是三態(tài)雙向口 ，另外還為用戶留一個(gè)擴(kuò)展區(qū)?？刂葡到y(tǒng)的總體構(gòu)造如下：8031 通過(guò) I/O 口擴(kuò)展一片 8255 接口芯片實(shí)現(xiàn)空運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)，手動(dòng)轉(zhuǎn)換，回零，換刀，超程的按鍵功能。還通過(guò) P0 口和 P2 口及一塊 74LS373 地址鎖存器擴(kuò)展了兩片 16K的 ROM 接口，兩片 16K 的 RAM 來(lái)作為開(kāi)發(fā)程序的存儲(chǔ)器。8031 通過(guò) P0 口擴(kuò)展了一片8279 接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入和電路顯示的功能。通過(guò) P1 口經(jīng)過(guò)光耦合隔離電路TLP521-4 來(lái)消除電路干擾，并實(shí)現(xiàn)*，Z 向正反轉(zhuǎn)及連續(xù)啟動(dòng)的功能，通過(guò)功率放大電路實(shí)現(xiàn) S，T，M 等備用功能。兩步進(jìn)電機(jī)經(jīng) 一塊

22、74LS373 直接與 P0 口相連。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。主要包括主模塊，子程序模塊和定時(shí)中斷模塊。主模塊主要完成初始化和監(jiān)控。初始化包括 PIO，CTC 的初始化。監(jiān)控主要包括鍵盤(pán)的管理和顯示管理，可調(diào)用原監(jiān)控程序中的鍵盤(pán)管理和顯示管理子程序。功能子模塊包括+*，-*，+Z，-Z，及 STOP 功能子模塊，并可調(diào)用圓監(jiān)控程序中的許多子程序。中斷模塊包括急停中斷模塊，報(bào)警中斷模塊等。2.4 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)原理：步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙齒輪箱將轉(zhuǎn)矩輸出同時(shí)放大，以帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺和絲杠螺母座水平移動(dòng)，由于絲杠螺母座與工作臺(tái)通過(guò)拖板固聯(lián)，因而絲杠螺母座水平移動(dòng)也迫

23、使工作臺(tái)沿機(jī)床導(dǎo)軌水平移動(dòng)。通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)所需要的最大靜轉(zhuǎn)矩和最高啟動(dòng)頻率的計(jì)算，并參照反響式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指示表，選擇所用的步進(jìn)電機(jī)為 110BF-1 型。由于脈沖當(dāng)量=0.01mm/脈沖與滾珠絲杠根本導(dǎo)程之間滿足關(guān)系：I=，其中 I 為電機(jī)輸出p0LPL360軸與絲杠之間的傳動(dòng)比，為電動(dòng)機(jī)的步矩角，計(jì)算出 I 是不等于 1 的，I 為齒輪的嚙合，同時(shí)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩?zé)o法直接帶動(dòng)絲杠工作，因此對(duì)其放大，這是加齒輪箱的一個(gè)目的。為了使機(jī)床的構(gòu)造簡(jiǎn)單，緊湊，齒輪箱采用一級(jí)傳動(dòng)。通過(guò)計(jì)算和校核，選擇齒輪箱的主動(dòng)小齒輪的齒數(shù)=32，從動(dòng)件的齒數(shù)為 40，其模數(shù)為 2.0mm，為了防止1Z進(jìn)給系統(tǒng)

24、在正常工作時(shí)出現(xiàn)齒輪被卡死和空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，進(jìn)一步提高傳動(dòng)的精度，則必須對(duì)齒輪箱進(jìn)展消隙。其方法是：采用雙片齒輪錯(cuò)齒法，將從動(dòng)輪做成兩片，其中一片-. z固定在軸上，另外一片為動(dòng)片，兩者之間裝上周向彈簧，彈簧力使兩片齒輪的輪廓分別與主動(dòng)輪的輪廓貼緊，從而消除了齒輪間的間隙，防止了卡死與空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算和對(duì)剛度，強(qiáng)度，壓桿穩(wěn)定性的校核，選擇絲杠的公稱直徑為 25mm，根本導(dǎo)程為 6mm,精度為 3 級(jí)。滾珠絲杠的預(yù)加負(fù)載方式為變位導(dǎo)程單螺母自預(yù)緊，可實(shí)現(xiàn)螺母的拉伸或壓縮的受力方式，其調(diào)整方法是：取下滾珠螺母，準(zhǔn)確測(cè)量原裝鋼球的直徑，然后根據(jù)螺母的力的需要，從新更換裝入假設(shè)干大數(shù)微米

25、的鋼球。它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，尺寸簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，并能防止雙螺母形位誤差的影響。對(duì)于螺母副我們采用了調(diào)整墊片的方法進(jìn)展預(yù)緊。我們通過(guò)改變墊片的厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。消除它們之間的間隙和施加預(yù)緊力。在工作中不能隨意的去調(diào)整。加工過(guò)程中，為了保護(hù)絲杠不受鐵屑的磨損和冷卻液的腐蝕，加防護(hù)板。同時(shí)，為了防止灰塵和鐵屑碎片等雜物進(jìn)入滾珠絲杠的軌道中，防止出現(xiàn)滾珠卡死或傳動(dòng)精度大大降低的現(xiàn)象，我們采用防塵護(hù)罩的保護(hù)形式。機(jī)床導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌的綜合形式。這種導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)有：接觸剛度大，不易磨損以及承載能力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)等。第三局部 機(jī) 械 設(shè) 計(jì)3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠

26、，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)滾珠絲杠采用外插管變螺距型滾珠絲杠副，他的優(yōu)點(diǎn)是螺母的軸向尺寸小，而預(yù)加載荷消除間隙，他仍安裝在原絲杠的位置，采用固定，由于滾珠絲杠的磨擦系數(shù)小，從而使縱向進(jìn)給剛度增大，縱向進(jìn)給的減速機(jī)構(gòu)采用齒輪減速，并用雙片齒輪消齒法消除間隙，縱向齒輪和溜板箱上均加外罩，以保證機(jī)床原外觀，得到美化機(jī)床的外觀，在溜板箱上裝上了縱向快速進(jìn)給及急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到以外情況時(shí)緊急處理需要。條件： 最大回轉(zhuǎn)直徑 400mm 最大車(chē)削直徑 400mm 最大工件長(zhǎng)度 1000mm 工作臺(tái)量 W=80kgf 時(shí)間常數(shù)為 T=25ms 滾珠絲杠的導(dǎo)程 L0=6mm

27、行程 S=1000mm 脈沖當(dāng)量 =0.01mm/step 步距角 =0.75/step 快速進(jìn)給速度 Vma*=5m/min . - . 可修編. 主功率 P=7.5KW 最大切削直徑 D=80mm3.2 切削力的計(jì)算由?機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)?可知，切削功率Nc=nk式中：N電動(dòng)機(jī)功率，有同類型 C6140 車(chē)床可知，N 為 7.5kw。主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率，一般為 0.60.7，取 =0.65。k進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 k=0.96。則：Nc=7.50.650.96=4.68kw又因?yàn)椋篘c=Fzv/6120所以Fz=6120Nc/v取切削速度 V=100m/min. 則：Fz=2864.16N由?機(jī)床

28、設(shè)計(jì)手冊(cè)?可知，車(chē)外圓時(shí)F*=(0.10.6)Fy=(0.150.7)zF zF 取 F*=0.5，=1432.08N Fy=1718.58 NFzFz 為主切削力，F(xiàn)*為走刀抗力，F(xiàn)y 為吃刀抗力3.3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠在工作 過(guò)程中受軸向負(fù)載使?jié)L珠和滾道面間產(chǎn)生接觸應(yīng)力。對(duì)于滾道型面的一點(diǎn)是交變接觸應(yīng)力，在這種交變接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)常一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，使 其產(chǎn)生疲勞損傷，這是它的主要破壞形式。因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證它在一定的軸向力作用下回轉(zhuǎn) 10 度轉(zhuǎn)后滾道上雖然受滾珠壓力但不發(fā)生點(diǎn)a先確定最大動(dòng)載荷 Qb由 Q 在滾珠絲杠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中選出相應(yīng)尺寸系列的最大動(dòng)載荷 Q 近似值，

29、初選幾個(gè)型號(hào)。c由工作要求、構(gòu)造尺寸、循環(huán)方式等條件下選出適宜的 d l0 R 等一型號(hào)。d然后列出主要參數(shù)，計(jì)算傳動(dòng)效率，剛度驗(yàn)算穩(wěn)定性 3.3.1 求軸向力由?機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?可知：-. z P=KF*+fw(Fz+W)式中 K=1.15,fw=0.150.18，取 0.16, W 為工作臺(tái)的重量,由圖初估取 800N則 P=1.15132.9+0.16(2864.16+800)=2233.16N3.3.2 計(jì)算絲杠動(dòng)載荷 Cja強(qiáng)度計(jì)算壽命值:Li=60NiTi/106，Ni=1000vf/(DL0)，取工件直徑 D=100，絲杠導(dǎo)程 L0=6，Ni絲杠轉(zhuǎn)速為 15.92r/min。由知，

30、使用壽命系數(shù) T 一般取 15000h，因此 Li=60NiTi/106=14.3，b求 Cj由6-16 式可知：Cj=KfkhP3L其中：Kf載荷系數(shù)，一般取(1.21.5)取，1.2 Kh硬度系數(shù)，取 1.0則 Cj=7154.3N，根據(jù) Cj，選取滾珠絲杠，考慮其功能選漢江機(jī)床廠 2506-3 型特性參數(shù)：公稱直徑外徑導(dǎo)程導(dǎo)程角精度系數(shù)動(dòng)載量25mm24.5mm6mm4223 級(jí)11670N因?yàn)椋?512.1N11670N所以，絲桿強(qiáng)度足夠。3.3.3 絲杠效率計(jì)算由公式知:S=tm/tm(+4)S螺旋升角,=422摩擦角, =10所以，經(jīng)計(jì)算得 S =0.965。3.3.4 校核 剛度

31、校核滾珠絲桿受工作載荷 P 的作用而引起導(dǎo)程 L0的變化是 L1。其值按式 6-19 計(jì)算. - . 可修編.L1=EAPL0其中，E彈性模量，取 2110 N/cm62A滾珠絲桿截面積 A=(d0/2) =4.712則 L1=12.610cm 4.7110216 . 02 .207166滾珠絲桿受扭矩引起導(dǎo)程變化 L2很小,可以忽略，即 L0=L1。導(dǎo)程變形的總誤差 為=L=2110m/m0100L6查表 12-1-19 知:3 級(jí)精度,1m 長(zhǎng)的絲杠的螺距為 2110m,故剛6度足夠。 穩(wěn)定校核由中的歐拉公式知：FK=2EI/(l2)式中，F(xiàn)K長(zhǎng)壓桿臨界失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載；E彈性模量,取 2

32、110 N/cm ；62I截面慣性矩,單位 cm4，對(duì)實(shí)心圓柱體 I=1.77cm2；d41l工作長(zhǎng)度取 1m；絲杠軸端系數(shù) =12/3,取 1。則經(jīng)計(jì)算，得: FK=36648N。Nk= FK /p=36648/2071.2=17.69。一般Nk=2.54，對(duì)于水平絲杠考慮重量影響，Nk取 4。 NkNk因此,絲杠穩(wěn)定。3.4 齒輪箱減速器設(shè)計(jì)局部3.4.1 傳動(dòng)比 i i=361L式中，步距角,取 0.75 ；0p脈沖當(dāng)量，取 0.01/脈沖。i=1.2501. 0361675. 0-. z閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高,為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性,減小沖擊振動(dòng),以齒數(shù)多一些為好,小齒輪的齒數(shù)可取 Z

33、 =2040,本設(shè)計(jì)選擇 Z =3211I=, Z =i Z =321.25=4012ZZ21即 Z =32，Z =4012選擇材料為 45*鋼，調(diào)質(zhì)，六級(jí)精度。3.4.2 齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a)進(jìn)展計(jì)算，即：d 2.32t 13221) 1(HEtdZTK1) 確定公式各計(jì)算數(shù)值(1)選擇載荷系數(shù) K =1.3T(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1T =95.510 ,1511nPP N =4.32KW,1cn =1041.7R/min10maxLiV625. 15000則 T 3.9610 Nmm16(3)由表 10-7 選取齒輪寬度系數(shù)d=0.5(1+),取的規(guī)定值

34、 0.60d1dbda=0.5(1+1.25)0.60=0.675d(4)由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)：Z =189.8MP(鍛鋼)Ea21 (5)由圖 10-21d 按齒面硬度查得：小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600 MP1lima大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550 MP2lima(6)由式 1013 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160n1j1Lh=601041.71(2830010)=3.0109n1小齒輪的轉(zhuǎn)速；j1齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)同一齒面嚙合的次數(shù)，取 1；Lh齒輪的工作壽命單位為 h,取 15000。設(shè)計(jì)的齒輪的工作壽命為 10 年，一年工作 300 天，一天工作 8 小時(shí)，2 班制，j

35、0.8，則：2N160 n j L 601041.70.828300102.41022h9. - . 可修編.(7)由圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù)0.88，0.91HN2HN(8)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度的許用應(yīng)力取失效率為 1，平安系數(shù) S1，由式1012得： 528MpH1SKHLIMHN11160088. 0 =495MpH2SKHLIMLIM2215509 . 02)計(jì)算：(1)計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d ,代入中較小的值，則：t 1Hd 2.32 63t 13221) 1(HEtdZTK(2)計(jì)算圓周速度 V：V3.43m/s10006011ndt(3)計(jì)算齒寬 bb=dd=0.6756

36、3=42.525t 1(4)計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) m =2t11zdt3263齒高 h=2.25 m =2.252=4.5tb/h=9.455 . 4525.42 (5)計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù) V=3.43m/s，6 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載荷系數(shù) K =1.06V由表 10-3 查得 K=K=1.0，由表 10-2 查得使用系數(shù) K =1；HFA由表 10-4 查得 6 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱分布時(shí)：K=1.12+0.181+0.6+0.2310bH2d2d3=0.675,b=42.525dK1.234. b/h=9.45, 查得 10-13:K=1.1 7 所以載荷系數(shù)

37、HFK=K K KK=1.308AVHH按照實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由式 10-10ad =d=63.131t 13tKK(6)計(jì)算模數(shù) M-. zM=1.9711zdt3.4.3 齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由式 10-5 得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的公式為：MM=1.9711zdt1由圖 1020查得小齒輪的彎曲疲勞極限：500Mpa，380Mpa1FE2FE2由圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K，K1FN2FNK0.85， K0.881FN2FN3計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞平安系數(shù) S1.4 303.57MpaF1SKFEFN112238.83MpaFSKFEFN224計(jì)算載荷系數(shù) K

38、：KK K KK11.0611.171.2402AVFF5查取齒形系數(shù)：由表 105 可查得，Y2.52，Y2.401Fa2Fa6查取應(yīng)力校正系數(shù)：由表 105 可查得：Y1.625，Y1.671Sa2Sa7 計(jì)算大、小齒輪的，并且加以比較：FSaFaYY小齒輪：0.01349FSaFaYY57.303625. 152. 2大齒輪：0.01678FSaFaYY86.23817. 140. 2大齒輪的數(shù)值大，取大值3.4.4 設(shè)計(jì)計(jì)算：M1.33mm01678. 032675. 01096. 32402. 1224比照計(jì)算結(jié)果，由齒面的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒

39、輪模數(shù)的大小主要是彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪的直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)M1.97，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 M2.0，按照接觸強(qiáng)度算得分度圓直徑 d =63.13,1. - . 可修編.Z =31.56532111md0 . 213.63Z =iZ =321.25=4021這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到構(gòu)造緊湊，防止浪費(fèi)。齒輪參數(shù)取值如下：參數(shù)Zmbad外圓直徑大齒輪40220208084小齒輪322202064683.5 其他機(jī)械設(shè)計(jì)局部3.5.1 減速箱最小輸出軸的計(jì)算取每級(jí)齒輪傳動(dòng)效率包括

40、軸承效率在=0.97,則 P =P=4.320.97=4.19KWcZcn =833.4 R/minZin125. 17 .1041由式 15-2 得 dA,03zZnP即：d= A。min03zZnP由?機(jī)械手冊(cè)?查表 15-3 得 45 鋼，調(diào)質(zhì)淬火后 A0取 112。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得：d=112=19mmmin34 .83319. 4輸出選取 d19mm 即可。min3.5.2 軸承的選擇絲杠的動(dòng)載荷 C =7154N=7.154KN，所以選擇軸承如下：j名稱型號(hào)國(guó)標(biāo)號(hào)Cj0C角接觸軸承36204 型GB292-8311.2KN7.46KN圓錐滾子軸承7204E 型GB297-8426.8KN18.2KN所以以上的兩種類型，動(dòng)、靜載荷均大于 7.154KN,故所選軸承符合要求。3.6 步進(jìn)電機(jī)的選擇參考文獻(xiàn)?機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)?，選擇過(guò)程分以下幾個(gè)小節(jié)介紹。-. z3.6.1 計(jì)算減速器的傳動(dòng)比 II=pp360步進(jìn)電機(jī)步距角，=0.75；P絲杠導(dǎo)程，P=6mm；工作臺(tái)脈沖當(dāng)量，=0.01mm；pp經(jīng)計(jì)算，得 I=1.25。3.6.2 計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪、絲杠等的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算不易準(zhǔn)確計(jì)算，可將其等效成圓柱體來(lái)近似計(jì)算。圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JKgcm2的計(jì)算公式：J=(5-7)324ld其中，材料密度，kg/cm3 取=7.8103