CA6140數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)ok

太原工業(yè)學(xué)院 CA6140普通車(chē)床的數(shù)字化改造目 錄摘要 21、數(shù)控機(jī)床改造的意義32、CA6140車(chē)床簡(jiǎn)介42.1 CA6140車(chē)床概述42.2 CA6140車(chē)床的加工范圍及特點(diǎn)62.3 CA6140車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析73、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的分析9 設(shè)計(jì)心得 23 參考文獻(xiàn) 24摘要我國(guó)目前機(jī)床總量380余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬(wàn)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%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)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）?？梢?jiàn)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(lái)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。物競(jìng)天擇，一些不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展在機(jī)床必將被淘汰，所以實(shí)施機(jī)床的數(shù)控化改造是機(jī)械行業(yè)在必然趨勢(shì)。通過(guò)搜集資料、實(shí)踐研究等方法對(duì)機(jī)床就行改造即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價(jià)值。而這也將極大的推動(dòng)中國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見(jiàn)效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：機(jī)床的數(shù)控化改造可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵字：機(jī)床、數(shù)控化、改造、意義1、 數(shù)控機(jī)床改造的意義（1）、機(jī)床現(xiàn)狀我國(guó)是生產(chǎn)和使用機(jī)床最多國(guó)家之一,現(xiàn)有金屬切削機(jī)床400萬(wàn)臺(tái)左右，但現(xiàn)有的機(jī)床大多數(shù)服役年限較長(zhǎng),設(shè)備陳舊落后,功能?chē)?yán)重不足,運(yùn)運(yùn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。（2）、技術(shù)分析在過(guò)去的幾十年,金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作是原理變化不大。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用到機(jī)床控制系統(tǒng)上,不但能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度,而且能提高加工精度和表面質(zhì)量。近年來(lái),我國(guó)已經(jīng)積極開(kāi)展了對(duì)機(jī)床數(shù)控化再制造技術(shù)的研究,如武漢華中數(shù)控公司先后完成了50多家企業(yè)數(shù)百臺(tái)設(shè)備的數(shù)控化在制造。實(shí)踐證明。改造的機(jī)床滿(mǎn)足了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度,增大了設(shè)備的適應(yīng)能力和型面的加工范圍(曲面、各種螺紋的加工等),利用日臻完善的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及配套部件改造現(xiàn)有的普通機(jī)床的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。（3）、市場(chǎng)分析國(guó)內(nèi)資料分析,訂購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng),往往不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需要,而改造的數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶(hù)廣泛的應(yīng)用,機(jī)床的數(shù)控化改造已成為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段,對(duì)中、小型企業(yè)來(lái)說(shuō)是十分理想的選擇。（4）、經(jīng)濟(jì)分析由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機(jī)床設(shè)備全部用新型機(jī)床替換。要花費(fèi)大量的資金,而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來(lái)造成巨大浪費(fèi),若采用數(shù)控技術(shù)對(duì)舊機(jī)床加以改造和購(gòu)買(mǎi)機(jī)床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能裝置的1/3到1/5。一般用戶(hù)都能承擔(dān)的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開(kāi)辟了新路,也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。（5）、生產(chǎn)分析在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中,中小批量甚至單件生產(chǎn),個(gè)性化的產(chǎn)品占有相當(dāng)大的比重,尤其是我國(guó)加入世貿(mào)組織后,成為世界性的加工基地,產(chǎn)品出口的增長(zhǎng)迅速,從低附加值、勞動(dòng)密集型產(chǎn)品逐步過(guò)度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數(shù)控機(jī)床起了重要的作用。數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。（6）、重要性分析以數(shù)控機(jī)床為代表的現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械是制造實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設(shè)備，數(shù)控技術(shù)水平的高低和機(jī)床的數(shù)控化率，數(shù)控設(shè)備的擁有量已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。（7）、綜合分析數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床的改造是建立在微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，具有高可靠性、柔性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化、經(jīng)濟(jì)性可觀等特點(diǎn)。為此，在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的使用性能、降低生產(chǎn)成本、用較少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟(jì)效益。2、CA6140車(chē)床簡(jiǎn)介CA6140車(chē)床是一種機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單的機(jī)電設(shè)備，是用來(lái)進(jìn)行車(chē)削加工的機(jī)床。在加工時(shí)，通過(guò)主軸和刀架運(yùn)動(dòng)的相互配合來(lái)完成對(duì)工件的車(chē)削加工。車(chē)床的種類(lèi)很多，按其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可分為臥式車(chē)床、落地車(chē)床、立式車(chē)床、仿形車(chē)床、轉(zhuǎn)塔車(chē)床、多刀半自動(dòng)車(chē)床、自動(dòng)車(chē)床等。2.1 CA6140車(chē)床概述一、機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù)1、機(jī)床的組成CA6140車(chē)床的主要組成部件由圖1所示。圖1 CA6140車(chē)床外形圖 1主軸箱 2刀架 3尾座 4床身 5右床腿 6溜板箱 7左床腿 8進(jìn)給箱 6溜板箱 7左床腿 8進(jìn)給箱（1）、主軸箱 主軸箱1是一部件，由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、軸上傳動(dòng)件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封件等組成。主軸通過(guò)前端的卡盤(pán)或者花盤(pán)帶動(dòng)工件完成旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，也可以安裝前尖頂通過(guò)撥盤(pán)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。（2）、刀架 四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來(lái)車(chē)外圓、鏜內(nèi)孔等。而中滑板相對(duì)于縱滑板作橫向移動(dòng)，用來(lái)帶動(dòng)刀具加工端面、切斷、切槽等。小滑板可相對(duì)中滑板改變角度后帶動(dòng)刀具斜進(jìn)給，用來(lái)車(chē)削內(nèi)外短錐面。（3）、尾座 尾座3可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖支撐長(zhǎng)工件的后段以加工長(zhǎng)圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調(diào)整，用于加工小錐度的外錐面。（4）、進(jìn)給箱 進(jìn)給箱8內(nèi)裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)及操作裝置，通過(guò)改變進(jìn)給量的大小，可改變所加工螺紋的種類(lèi)及導(dǎo)程。 （5）、床身及床腿 床身4是機(jī)床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安裝著機(jī)床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準(zhǔn)確位置。床身上面有縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動(dòng)的導(dǎo)軌。（6）、溜板箱 溜板箱6與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱內(nèi)裝有縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)換向機(jī)構(gòu)和快速進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。2、CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)，如表1。表1 CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑400mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑210mm最大工件長(zhǎng)度1000mm主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離205mm最大車(chē)削長(zhǎng)度650、900、1400mm主軸孔徑48mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)（24級(jí)）101400r/min反轉(zhuǎn)（12級(jí)）141580r/min刀架縱向及橫向進(jìn)給量各64種縱向一般進(jìn)給量0.081.59mm小進(jìn)給量0.0280.054mm加大進(jìn)給量1.716.33mm橫向一般進(jìn)給量0.040.79mm小進(jìn)給量0.0140.027mm加大進(jìn)給量0.863.16mm刀架縱向快速移動(dòng)速度4m/min車(chē)削螺紋范圍米制螺紋（44種）1192mm英制螺紋（20種）224牙/in模數(shù)螺紋（39種）0.2548mm經(jīng)節(jié)螺紋（37種）196牙/in主電動(dòng)機(jī)功率7.5kw轉(zhuǎn)速1450r/min快速電動(dòng)機(jī)功率250kw轉(zhuǎn)速2800r/min2.2 CA6140車(chē)床的加工范圍及特點(diǎn)一、加工范圍CA6140車(chē)床的工藝范圍很廣，它能完成車(chē)削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車(chē)削端面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。其典型表如圖2所示。CA6140車(chē)床主運(yùn)動(dòng)由工件隨主軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀架的橫向動(dòng)來(lái)完成。由于機(jī)械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。車(chē)床的工藝范圍又較廣泛，因此CA6140車(chē)床使用十分廣泛。圖2車(chē)床加工的典型零件二、CA6140車(chē)床的加工特點(diǎn)（1）、加工范圍較大。 （2）、加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是工件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的縱向和橫向移動(dòng)。（3）、正常情況下，在車(chē)削加工過(guò)程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。（4）、在車(chē)削加工過(guò)程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以CA6140在加工過(guò)程中一般可以不使用切削液。（5）、在一般情況下，這種機(jī)床多用于粗加工和半精加工。2.3 CA6140車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析CA6140車(chē)床的傳動(dòng)西統(tǒng)，由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖3。圖3 CA6140車(chē)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖一、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)1.傳動(dòng)路線(xiàn)表達(dá)式寫(xiě)傳動(dòng)路線(xiàn)表達(dá)式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過(guò)中間傳動(dòng)件將末端件聯(lián)系起來(lái)，對(duì)于CA6140型臥式車(chē)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈來(lái)說(shuō)，即從主電動(dòng)機(jī)經(jīng)130mm帶輪帶動(dòng)230mm帶輪，從而帶動(dòng)軸，軸上有雙摩擦離合器M1，M1向左結(jié)合，左邊的z51、z56雙聯(lián)齒輪與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)兩對(duì)傳動(dòng)副，傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。M向右結(jié)合，由z50與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，z50通過(guò)軸z34傳動(dòng)軸上的z30實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。M1處于中間，則軸空轉(zhuǎn)，即不傳動(dòng)左邊的z51和z56，也不傳動(dòng)右邊的z50，軸的運(yùn)動(dòng)通過(guò)軸之前的三對(duì)傳動(dòng)副，傳動(dòng)軸，軸有兩條路線(xiàn)可傳動(dòng)主軸，即通過(guò) 軸上的M，M向左滑移至z63與z50嚙合，使得軸通過(guò)， 直接傳動(dòng)主軸軸，實(shí)現(xiàn)主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，即為4501400r/min;若M向右結(jié)合，軸通過(guò)，傳動(dòng)軸，軸通過(guò)，傳動(dòng)軸，軸通過(guò) 傳動(dòng)軸（主軸）二、車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)CA6140型臥式車(chē)床的螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)可車(chē)削米制，模數(shù)制，英制和徑節(jié)制4種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，另外還可以加工大導(dǎo)程螺紋，非標(biāo)準(zhǔn)螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。車(chē)制螺紋時(shí)，刀架通過(guò)車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈得到運(yùn)動(dòng)，兩端件主軸，刀架之間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的導(dǎo)程L。車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)平衡式為：=L 式中U為主軸至絲杠間全部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比；L絲為機(jī)床絲杠的導(dǎo)程，CA6140型車(chē)床的絲杠導(dǎo)程L絲=12mm；L為工件螺紋的導(dǎo)程（mm）。三、縱向、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)車(chē)削內(nèi)、外圓柱表面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的縱向進(jìn)給車(chē)削端面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的橫向進(jìn)給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動(dòng)鏈的精度，機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈不用絲杠及開(kāi)合螺母?jìng)鲃?dòng)。機(jī)動(dòng)進(jìn)給是由光杠XIX經(jīng)溜板箱傳動(dòng)。從主軸VI至進(jìn)給箱軸XVII上滑移齒輪Z28處于左位，使 脫開(kāi)，從而切斷進(jìn)給箱與絲杠的聯(lián)系。運(yùn)動(dòng)由齒輪副及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠XIX，再由光杠通過(guò)溜板箱中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別傳至齒輪齒條機(jī)構(gòu)或橫向進(jìn)給絲杠XXVII，使刀架做縱向或橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器及分別用于縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的接通、斷開(kāi)及控制進(jìn)給方向。CA6140型臥式車(chē)床可以通過(guò)4種不同的傳動(dòng)路線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而獲得縱向和橫向進(jìn)給量各64種。以同樣傳動(dòng)路線(xiàn)傳動(dòng)時(shí)，橫向進(jìn)給量為縱向進(jìn)給量的一半。1.縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(32種) 2.橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(64種)橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量為縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量的一半。四、刀架的快速移動(dòng)在CA6140車(chē)床上加工零件時(shí)，為了縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)縱向、橫向快速移動(dòng)。按下快速移動(dòng)按鈕（點(diǎn)動(dòng)控制），快速電機(jī)（0.25kw，2800rpm）經(jīng)齒輪副13/29使軸XX高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)蝸桿副4/29及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向的快速移動(dòng)，快速移動(dòng)的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器M8及M9控制。3、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)縱向（Z軸）進(jìn)給系統(tǒng)改造縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖2 所示。縱向步進(jìn)電機(jī)1 通過(guò)一對(duì)減速齒輪2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)4 做往復(fù)移動(dòng)。原車(chē)床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6 通過(guò)套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2 個(gè)互相垂直的錐銷(xiāo)將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來(lái)的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖3 所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支承座4，通過(guò)一對(duì)深溝球軸承1 實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母（圖中未畫(huà)出） 實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)消隙齒輪2 減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6 與絲杠3 （見(jiàn)圖2）聯(lián)接，固定銷(xiāo)3 防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖1. 縱向步進(jìn)電機(jī)2. 減速齒輪3. 縱向滾珠絲杠4. 工作臺(tái)5. 套筒聯(lián)軸器6. 支撐軸圖3 縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖1. 深溝球軸承2. 消隙齒輪3. 固定銷(xiāo)4. 滑動(dòng)軸承支承座5. 圓螺母6. 套筒聯(lián)軸器滾珠絲杠3 （見(jiàn)圖2） 仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過(guò)支架1 （見(jiàn)圖4） 安裝在床鞍的底部，如圖4 所示。支架做成可移動(dòng)的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。圖4 縱向滾珠絲杠裝配圖1支架2. 絲杠托架3. 縱向滾珠絲杠4. 絲杠防護(hù)罩5. 大拖板 6. 過(guò)渡板縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。操作步驟為：拆除原CA6140車(chē)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動(dòng)絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷(xiāo)釘孔，安裝步進(jìn)電機(jī)減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動(dòng)）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體剛性?xún)?yōu)于從前，所以采用一級(jí)齒輪減速裝置。已知條件，如表2：表2 已知條件最大工件直徑/mm最大工件長(zhǎng)度/mm溜板及刀架重量/mm刀架快移速度m/min最大進(jìn)給速度m/min定位精度mm主電動(dòng)機(jī)功率/kw起動(dòng)加速時(shí)間/ms滾珠絲杠導(dǎo)程/mm床身上床鞍上1000縱向橫向縱向橫向縱向橫向縱向橫向4002108006002.41.20.50250.0157.53065根據(jù)機(jī)床精度要求選擇脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/步，橫向?yàn)榭v向的一半，即0.005mm/步。一、切削力的計(jì)算 車(chē)床的主電動(dòng)機(jī)最大切削功率P=PK式中 P主電動(dòng)機(jī)功率，CA6140車(chē)床P=7.5KW主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為0.60.7，取=0.65K進(jìn)給系統(tǒng)功率總效率 取K=0.96P=7.50.650.96=4.68KW又切削力P= 式中 F主切削力（N） V最大切削速度（m/min）。按用硬質(zhì)合金刀具半精車(chē)剛件的速度V=100m/min在外圓車(chē)削中：F=（0.150.7）F=28080.6=1684.8N F=（0.10.6）F=28080.5=1404N二、滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及選型1、滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來(lái)改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。為防止?jié)L珠在工作過(guò)程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?將滾珠3引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。圖4 滾珠絲杠副1-壓塊 2-擋珠器 3-滾珠 4-螺紋滾道 5-回路管道 6-螺母 7-絲杠（1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點(diǎn)：、傳動(dòng)效率高：滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動(dòng)效率=0.920.94，是普通滑動(dòng)絲杠的34倍（=0.200.40）。、摩擦力?。阂蜢o、動(dòng)摩擦因數(shù)小，因而傳動(dòng)靈敏、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動(dòng)精度和定位精度高。、可預(yù)緊：經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒(méi)有空行程，反向定位精度高，且傳動(dòng)平穩(wěn)。有可逆性：因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也可將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠可螺母既可作為主動(dòng)件，也可作為從動(dòng)件。、使用壽命長(zhǎng)：滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達(dá)60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動(dòng)摩擦，故磨損很小、使用壽命長(zhǎng)。因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以進(jìn)給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副（2）、滾珠絲杠副的缺點(diǎn)是：、制造工藝復(fù)雜，成本高：滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復(fù)雜。、不能實(shí)現(xiàn)自鎖：由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動(dòng)裝置。2、滾珠絲杠副的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類(lèi)，滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱(chēng)為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)。3、滾珠絲杠的安裝為提高傳動(dòng)剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測(cè)出具體的間隙所在。4、珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選擇主要是工件負(fù)載必小于滾珠絲杠的額定動(dòng)負(fù)載Cm(N)即必須滿(mǎn)足CCm。5、滾珠絲杠的承載能力的計(jì)算選擇縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里Fm又因?yàn)镕m=KFf+f(Fc+w)式中Ff、Fp、Fc切削分力（N）K顛覆里矩影響取K=1.15F導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f=0.16W移動(dòng)部件的重量（N）代入式中：Fm=kFf+f(fc+w)=1.151684.8+0.16(2808+800)=2514.8N（1）、壽命L最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/21/5（取為1/2），縱向最大進(jìn)給速度為0.6m/min,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=絲杠使用壽命時(shí)間一般為15000h，則絲杠的計(jì)算壽命L為L(zhǎng)=（2）、載荷Cm當(dāng)量動(dòng)載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷Cm式中：運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)精度系數(shù) =14908.11N根據(jù)CCm的原則，查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，（P12-21）選取滾軸絲桿的型號(hào)為：CMD4006-2.5E左，坐標(biāo)直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈2.5列。滾珠直徑為39.69mm，導(dǎo)程為6mm，摩擦級(jí)選用5級(jí)，螺紋升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/40）=arctg0.047=.（3）、傳動(dòng)功率滾軸絲桿副的傳動(dòng)功率為：=tgr/tg（r+）=0.94式中：r絲杠的螺紋升角摩擦角。滾動(dòng)絲桿副的滾動(dòng)摩擦因數(shù)f=0.003，摩擦角約等于10所以=10（4）、穩(wěn)定性驗(yàn)算臨界壓縮載荷，對(duì)于受壓的細(xì)長(zhǎng)的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。式中 E絲桿材料彈性量，對(duì)綱E=2.0610N/mL絲杠兩支承端距離（m），L=1.5m;f絲杠的支承方式系數(shù)，f=2.00f許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，f=3I絲杠截面慣性矩（m） I= = =0.001md絲杠螺紋底徑（m），d=d-1.02d=40-1.023.969=36.02mm.=2256.75N（5）、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，因此驗(yàn)算滿(mǎn)載時(shí)候的軸向變形量。、絲杠的拉伸或壓縮變形量在總變形量中占的比重教大式中-滾珠絲杠支撐間的受力長(zhǎng)度(mm)-滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm)-在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量(mm)又式中-軸向平衡載荷-材料彈性模量 鋼=-滾珠絲杠橫截面積 A=mm“+”號(hào)用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為。、滾珠與螺紋接觸變形量此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時(shí)，之值可減少一半，又式中 軸向工作載荷（N）預(yù)緊力滾珠直徑滾珠數(shù)量其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)外循環(huán)Z=d滾珠絲杠公稱(chēng)直徑= 據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為: =0.009、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d =35mm，滾球直徑 滾動(dòng)體數(shù)量=18 軸承的軸向接觸變形為：mm因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量mm注意單位為k總變形量=+=0.0044+0041+0.003758=0.012258又有前面已知條件可得：0.012258mm0.015mm的定位精度。符合要求。6、減速齒輪的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.01mm，滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm，及初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.75，傳動(dòng)比為因?yàn)镮5,故可為一級(jí)齒輪傳動(dòng)。I=因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)選取第一系列中的模樹(shù)m=2壓力角=20d=Mz=232=64mm 分度圓直徑：=+2=m(+2)=2(32+21)=68 mm=+2=m(+2)=2(40+21)=84齒頂高系數(shù)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：m1時(shí)，正常齒制=1齒根圓徑 = -=m(-2-2)=2(322-20.25)=59= -=m(-2-2)=2(402-20.25)=75.頂隙系數(shù) 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：1 mm時(shí)，正常齒制=0.25 齒寬b=為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，取，則 取=1 所以 所以減速齒輪參數(shù)為：大小齒輪的材料均為40合金鋼，考慮到對(duì)傳動(dòng)要求和制造方便采用直齒傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒輪錯(cuò)齒輪法消除和間隙，熱處理采用調(diào)壓處理，小齒輪硬度，大齒輪：硬度三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇1、計(jì)算負(fù)載慣量的意義慣量匹配條件：慣量匹配是指進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 條件是：14式中：伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）可有伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)查出。 J負(fù)載慣量（），即進(jìn)給系統(tǒng)（傳動(dòng)軸、齒輪、工作臺(tái)等）折算到伺服電動(dòng)機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2、負(fù)載慣量的計(jì)算參考同類(lèi)型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)150BF002，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（1）、齒數(shù)Z、Z折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（2）、絲杠折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從表查得1m的絲杠的=15.45 J=15.451.5=23.175（3）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=J+ =3.21+ (=22.5313、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，（1）、快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩是：將已知數(shù)據(jù)代入，=500r/min考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算的電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=J+J=10+22.531=32.531M=567.77N 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩=55.15 N.cm附加摩擦力矩=3.259N.cm則M=M+M+M=567.77N.cm+55.15N.cm+3.259N.cm=626.179N.cm（2）、快速移動(dòng)時(shí)所需力矩MM=M+M=55.15N.cm+3.259N.cm=58.409N.cm（3）、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M=M+M+=55.15N.cm+3.259 N.cm+134.14N.cm=192.549N.cm從上面計(jì)算看出M、M、M三種情況下，以快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。查資料得，步進(jìn)電機(jī)為五項(xiàng)十帕?xí)r， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩=按次最大靜力矩，150BF002型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為13.72大于所需最大靜力矩，可作為出選型號(hào)。但還得考慮電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率：150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800，允許的最高空載運(yùn)行頻率為8000。由圖5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性可看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500HZ時(shí)，M=100N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（633.84N），直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000HZ時(shí)，起動(dòng)扭矩可增高到588N，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。圖5 150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性a) 起動(dòng)矩頻特性 b)運(yùn)行矩頻特性當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性圖18（b）知該電動(dòng)機(jī)能滿(mǎn)足要求，根據(jù)上述計(jì)算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用150BFOO2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)這一個(gè)星期來(lái)收獲頗豐，課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)書(shū)本上的知識(shí)有了更深的理解，也讓我把書(shū)本上學(xué)到的知識(shí)更好的應(yīng)用到實(shí)際上來(lái)。這些對(duì)于我以后的工作或?qū)W習(xí)都會(huì)起到很大的促進(jìn)作用！一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探