C6132縱向進(jìn)給說明書

1、目 錄 摘 要. ABSTRACT（英文摘要）. 目 錄. 引 言.1 第一章 總體方案的設(shè)計(jì).3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù). 3 1.2 總體方案的擬定 .3 1.2.1 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì).4 1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì) .5 1.2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì).5 1.2.4 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計(jì).5 1.2.5 編碼盤的選用和安裝.6 1.2.6 電氣控制系統(tǒng)的改裝設(shè)計(jì).7 第二章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì).8 2.1 進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)方式及絲杠類型選擇.8 2.2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì). 11 2.2.1 確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量. 11 2.2.2 車削力的計(jì)算. 11 2.2.3 滾珠絲杠副

2、的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型 . 12 2.2.4 確定齒輪傳動(dòng)比. 18 2.2.5 縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選用. 19 2.2.5.1 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算. 19 2.2.5.2 各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算 . 19 2.2.5.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型. 20 摘 要 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大 的作用，很好的解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密，批量小，多變 零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的和、加工質(zhì)量。大幅度的提高生產(chǎn)效 率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床間隔較貴，一次性投資較 大使企業(yè)心有余而力不足。另外從目前國(guó)內(nèi)機(jī)床使用的現(xiàn)狀來看，普通 機(jī)床擁有量巨大，在生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床

3、相對(duì)于普通機(jī)床的優(yōu)勢(shì)較為明顯， 而由于數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，所以有必要對(duì)普通機(jī)床加以數(shù)控改造，使之 能完成數(shù)控機(jī)床能完成的部分生產(chǎn)任務(wù)。因此，我大膽的提出了對(duì)普通 C6132 車床的數(shù)控化改造。 C6132 普通車床是普通機(jī)床中比較有代表性的機(jī)床，它在機(jī)械結(jié)構(gòu) 上有其先天性的不足。如剛度低、抗振動(dòng)性差、滑動(dòng)摩擦阻力較大及傳 動(dòng)元件存在間隙等，因此需要有目的地改造，以滿足數(shù)控機(jī)床最基本的 要求，這也是本文主要討論的問題。 以 C6132 型普通機(jī)床為例，從機(jī)械和電氣方面詳細(xì)闡述了數(shù)控化 改造的方法。改造后的車床投入使用后運(yùn)行穩(wěn)定，加工精度明顯提高， 取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵詞： 數(shù)控改造 普通車

4、床 進(jìn)給系統(tǒng) 電氣系統(tǒng) Abstract CNC machine tool as a typical mechatronic products, play an important role in the mechanical manufacturing industry, a good solution to the complex, the structure of modern machinery manufacturing precision, small batch processing, changeable parts, and can stabilize the product

5、 quality, processing and. Improve production efficiency greatly. But from the current enterprises are facing the situation, because the numerical control machine tool interval is more expensive, a one-time investment, enterprise is insufficient. In addition from the present situation of domestic mac

6、hine tool, general machine tools with huge amount, in the production of CNC machine tools, relative to the ordinary machine has obvious advantages, and as a result of NC machine tools is expensive, so it is necessary to numerical control reforming of ordinary machine tool, which can complete the par

7、t of CNC machine tools to complete the production task. Therefore, I made bold to NC transformation of common lathe C6132. C6132 ordinary lathe is of general machine more representative of the machine tool, it have some congenital deficiencies in the mechanical structure. Such as low stiffness, vibr

8、ation resistance is poor, sliding friction resistance and transmission elements there is a gap, therefore needs to change, in order to meet the requirements of CNC machine tools is the most basic, this is also the main issues discussed in this paper. Taking C6132 lathe as an example, elaborated the

9、NC transformation method from mechanical and electrical. After the transformation of the lathe and put into use after stable operation, processing precision is obviously improved, made great economic benefits. Keywords: Transformation of ordinary lathe numerical control electrical system 引 言 目前我國(guó)機(jī)床主

10、要是臥式車床，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，型號(hào)陳舊，技術(shù)水平 落后，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的發(fā)展。采用先進(jìn)的數(shù)控車床，已成為當(dāng)今世界制 造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。鑒于國(guó)內(nèi)制造業(yè)中普通機(jī)床的占有率較高，提高車床數(shù)控 化率有兩個(gè)可行的途徑，一是購(gòu)置新的車床；二是把臥式車床改造成數(shù)控車 床。根據(jù)國(guó)內(nèi)目前的經(jīng)濟(jì)狀況，花大量的資金更換全新的數(shù)控車床花費(fèi)過高， 給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較大，同時(shí)報(bào)廢大量的普通機(jī)床是一個(gè)很大的浪費(fèi)。 因此，各企業(yè)可根據(jù)自身的情況，酌情進(jìn)行數(shù)控化率的提高，可以購(gòu)置一批 精度高、性能強(qiáng)的數(shù)控化車床，或數(shù)控化改造一批尚有一定精度的臥式車床。 C6132車床改造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，主要針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù) 控化

11、改造，利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)元件采 用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。數(shù)控化改造后的機(jī)床， 能對(duì)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要求達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為 0.01mm/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位 0.005mm/脈沖，刀架為自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架， 經(jīng)改裝后的機(jī)床能實(shí)現(xiàn)加工外圓、錐度螺紋、端面等的自動(dòng)控制。數(shù)控化改 造提高了原機(jī)床的生產(chǎn)速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)縮短了生產(chǎn)周期，提高 了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。 數(shù)控化改造后具有如下幾個(gè)優(yōu)越性： 1、數(shù)控化改造提高了加工精度和生產(chǎn)率。 2、數(shù)控化改造提高了機(jī)床的性能和質(zhì)量，加工出原機(jī)床難以加工或者 不能加工的復(fù)雜軸類零件。

12、 3、機(jī)床數(shù)控化改造后可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，效率可比原機(jī)床提 高3倍。 4、機(jī)床數(shù)控化改造后擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢 功能，更好地調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等 機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)任任務(wù)務(wù) 這次設(shè)計(jì)的任務(wù)是：數(shù)控化系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電 氣系統(tǒng)數(shù)控化改造和液壓部分的維護(hù)以及繪制相關(guān)圖樣。要求改造車床具有 一般數(shù)控車床的性能，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：數(shù)控系統(tǒng)的選型，伺服系統(tǒng)、機(jī)械系 統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架和編碼盤的選型與改裝，以 及液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)。數(shù)控系統(tǒng)方面，考慮到直流伺服

13、電動(dòng)機(jī)的價(jià)格昂 貴，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)，而在機(jī)械系統(tǒng)的改造方面，采用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) -減速齒輪 -滾珠絲杠螺母副 -小滑板的傳動(dòng)方式。 主要技術(shù)參數(shù)： 最大加工直徑： 床身上： 320mm 床鞍上： 165mm 最大加工長(zhǎng)度： 1000mm 溜板及刀架重量：縱向： 800N 橫向：400N 刀架快速： 縱向：2m/min 橫向：1m/min 最大進(jìn)給速度： 縱向：0.6m/min 橫向：0.3m/min 最小分辨率： 縱向：0.01mm 橫向：0.005mm 定位精度 : 0.01 主電機(jī)功率 : 4KW 啟動(dòng)加速時(shí)間 : 25ms 機(jī)床的數(shù)控化改造主要應(yīng)用了現(xiàn)代成熟的數(shù)控技術(shù)和經(jīng)

14、驗(yàn)，以適應(yīng)生產(chǎn) 的具體要求為目的，改變現(xiàn)有機(jī)床的結(jié)構(gòu)，給舊機(jī)床換上新部件、新裝置和 新附件，提高現(xiàn)有機(jī)床的技術(shù)性指標(biāo)，使之全部或局部達(dá)到新數(shù)控機(jī)床的水 平。 1.2 總總體體方方案案的的擬擬定定 臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，可以顯著提高機(jī)床性能和減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng) 度。而合理選擇數(shù)控系統(tǒng)和改造方案，可保證改造效果和降低成本。考慮具 體的改造方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可 能少，以降低成本。 C6132 車床總體改造方案為：增配車床數(shù)控系統(tǒng)，更 換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)絲桿傳動(dòng)為滾珠絲桿傳動(dòng)，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 加裝編碼器，配置自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。 具體的改造主要從

15、數(shù)控系統(tǒng)的選擇、伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的 改造設(shè)計(jì)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤的選用和安裝、電氣系統(tǒng)的改 造設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)的清潔與維護(hù)等幾個(gè)方面來進(jìn)行，通過改造使其具有數(shù)控 機(jī)床的一般特性。下面就從各個(gè)部分來具體闡述這次的設(shè)計(jì)方案。 1.2.1 伺伺服服系系統(tǒng)統(tǒng)的的改改造造設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 在普通機(jī)床的數(shù)控化改造系統(tǒng)中一般采用步進(jìn)電機(jī)和交流伺服交流電動(dòng) 機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速方便，體積小，目前廣泛用于數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。 與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比，其精度高、價(jià)格昂貴，考慮到改造本身是經(jīng)濟(jì)型改造， 因此一般選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置。步進(jìn)電機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行改造， 每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動(dòng)變?yōu)榱?，能方?/p>

16、地實(shí)現(xiàn)調(diào)速以及定位，改變各相繞組 的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，易于控制，且價(jià)格低廉，數(shù)控車床上大多使用 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。在需要快速移動(dòng)大距離的條件下，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn) 行頻率高、價(jià)格較低的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。 經(jīng)全面考慮，在 C6132 的數(shù)控化改造中，選用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)作為縱 向和橫向的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。理由是：該系統(tǒng)控制方便，由數(shù)控系統(tǒng)送出的步進(jìn)指 令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副與滾 珠絲杠服驅(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 可以控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。該系統(tǒng)結(jié)果簡(jiǎn)單，易維 修，性價(jià)比高；考慮改造后的C6132 機(jī)床的精度要

17、求（數(shù)控化改造后縱向 精度為 0.01mm/不，橫向精度為 0.005mm/步），加工精度要求不算太高， 為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，故選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。 1.2.2 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的選選擇擇和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 根據(jù)改造后的 C6132 機(jī)床精度要求（數(shù)控化改造后縱向加工精度為 0.01mm，橫向加工進(jìn)度為 0.005mm），加工精度要求不算太高，所以可以 選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。 綜合考慮性價(jià)比，在充分調(diào)研比較的基礎(chǔ)上并根據(jù)改造的目的，本方案 選用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980TA 車床數(shù)控系統(tǒng)，廣州數(shù)控設(shè)備廠同 時(shí)生產(chǎn)與該數(shù)控系統(tǒng)相匹配的驅(qū)動(dòng)器，從而有利于維修和

18、管理。 GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放體系結(jié)構(gòu)，性價(jià)比高，屬于連續(xù)切削控 制系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)： （1）、該系統(tǒng)采用 16bit 高速微處理器（ CPU）和超大規(guī)?？删幊涕T 陣列（CPLD）進(jìn)行硬件插補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)高速微米級(jí)控制。 （2）、全封閉式裝置，集成度高，整機(jī)工藝結(jié)構(gòu)合理，抗干擾能力強(qiáng)， 可靠性高。 （3）、直線型、指數(shù)型加減速方式，可配套步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，應(yīng) 用靈活。 （4）、可變電子齒輪比，應(yīng)用方便。 （5）、320*240 點(diǎn)陣圖形式液晶顯示。 （6）、中文、英文菜單，界面友好，操作方便。 1.2.3 機(jī)機(jī)械械結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的改改造造設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 在機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)原

19、車床的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控化改造， 主傳動(dòng)系統(tǒng)中保留 C6132 車床的主軸機(jī)械部分和三相交流電動(dòng)機(jī) YD132M-4B5TH，只是在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的軸上，加裝一個(gè)脈沖編碼器， 實(shí)現(xiàn)螺紋的數(shù)控加工。 在進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，驅(qū) 動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)。進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖1-1 所示，縱向和橫向均采用步 進(jìn)電動(dòng)機(jī) -減速齒輪 -滾珠絲杠螺母副 -床鞍（或中滑板）的傳動(dòng)方式。分 別在 X 軸和 Z 軸的步進(jìn)電機(jī)輸出軸端配置減速器，減速器由一對(duì)嚙合齒輪 組成，通過減速器齒輪傳動(dòng)，由滾珠絲杠副把動(dòng)力傳給床鞍，從而帶動(dòng)托板 的移動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所需的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速

20、再傳動(dòng)絲桿， 同時(shí)為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母 副。改裝時(shí)先拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱、溜板箱、光桿和絲桿，再換上滾珠絲杠 （安裝在原絲桿的部位）。在本設(shè)計(jì)中滾珠采用循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù) 緊、導(dǎo)珠管埋入式、精度等級(jí)為3 級(jí)，型號(hào)為 JCS-CDM 系列滾珠絲桿副。 此外，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，齒輪傳動(dòng)要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。 圖 1-1 進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1步進(jìn)電機(jī) 2齒輪減速裝置 3支承裝置 4絲杠 5床鞍 A、B齒輪 1.2.4 自自動(dòng)動(dòng)回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)刀刀架架的的改改造造和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 自動(dòng)換刀裝置因數(shù)控機(jī)床的形式、工藝范圍和刀具的種類與數(shù)量的不同 而具有不同的形式

21、。目前常用的有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架也稱為轉(zhuǎn)塔式刀架，它是數(shù)控機(jī)床上最常用的，也是最簡(jiǎn)單的 一種自動(dòng)換刀裝置，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度定位來實(shí)現(xiàn)車床的自動(dòng)換刀動(dòng)作 。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。根據(jù)所加工零 件的工藝要求及機(jī)床控制方式，在本改造中，采用四方自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。 在 C6132 車床數(shù)控改造中，將原機(jī)床的普通手動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架替換成自動(dòng) 回轉(zhuǎn)刀架，拆除原刀架和小滑板，換上由常州宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4CK6132 四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。 1.2.5 編編碼碼盤盤的的選選擇擇和和安安裝裝 機(jī)床能否進(jìn)行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的重要部分，

22、所以在原來 車床上需加一個(gè)脈沖編碼器，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工螺紋的目的。 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上加工螺紋或絲桿時(shí)，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，即 編碼盤作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生主 軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行 計(jì)算處理，從而控制機(jī)床縱向或橫向步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的。所以 進(jìn)行 C6132 的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)時(shí)，決定在主傳動(dòng)系統(tǒng)中加裝一個(gè)光電碼盤。 結(jié)合脈沖編碼器每轉(zhuǎn)進(jìn)給脈沖數(shù)（即分辨率）對(duì)螺紋的加工范圍，再結(jié) 合環(huán)境特性，并根據(jù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速不允許超過主軸脈沖發(fā)生器的最高須用轉(zhuǎn) 速的原則，初步選擇長(zhǎng)春三峰傳感技術(shù)有限公司生產(chǎn)的常規(guī)型實(shí)

23、心軸光電編 碼器 PIE 系列編碼器。該系列編碼器經(jīng)濟(jì)適用，力矩小，多規(guī)矩，適應(yīng)多種 數(shù)控設(shè)備其最高許用轉(zhuǎn)速為5000r/min，遠(yuǎn)大于車床主軸最高轉(zhuǎn)速 2000r/min。 1.2.6 電電氣氣控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的改改裝裝設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 在電氣控制系統(tǒng)中的改造設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循：在滿足控制要求的前提下， 設(shè)計(jì)方案力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，不宜盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)操 作簡(jiǎn)單、使用與維修方便。機(jī)床中的主軸電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、刀架電動(dòng) 機(jī)等均需要系統(tǒng)自動(dòng)控制。 C6132 車床改造后的電氣控制線路由電源電路、 主電路、控制電路和 CNC 控制器等，主要增加的電器元件包括主軸編碼器、 X/Z 軸驅(qū)動(dòng)

24、器、電動(dòng)刀架控制器以及必要的控制開關(guān)、繼電器等。改造后拆 除原電控箱，原位安裝改造后的電控柜，最后還需電氣、機(jī)修人員共同進(jìn)行 通電調(diào)試。 數(shù)控機(jī)床中電氣控制系統(tǒng)除了對(duì)機(jī)床輔助運(yùn)動(dòng)和輔助動(dòng)作控制外，還包 括對(duì)保護(hù)開關(guān)、各種行程、極限開關(guān)的控制，以及在操作盤上所有按鍵、操 作指示燈等的控制。 改造后的電氣控制系統(tǒng)，不僅保留了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有體 積小、功能強(qiáng)、通用性和靈活性強(qiáng)、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 第二章 機(jī)械部分的改裝設(shè)計(jì) 2.1 進(jìn)進(jìn)給給系系統(tǒng)統(tǒng)的的傳傳動(dòng)動(dòng)方方式式及及絲絲杠杠類類型型選選擇擇 2.1.1 傳傳動(dòng)動(dòng)方方案案 機(jī)械部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-1 所示和 2-2 所示。橫向

25、和縱向均采 用步進(jìn)電機(jī) 減速齒輪 滾珠絲桿螺母副 溜板的傳動(dòng)方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床 所需要的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動(dòng)絲桿，同時(shí)為保證一定的 傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲桿螺母副。在本設(shè)計(jì)中采 用循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)柱管埋入式、精度等級(jí)為3 級(jí)，型號(hào) 為 JSCCDM 系列滾珠絲桿副。 此外,為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)，齒輪傳動(dòng) 也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。在X 軸和 Z 軸的步進(jìn)電機(jī)輸出軸端配置減 速器，減速器由一對(duì)嚙合齒輪組成，使減速器輸出軸通過連接套與滾珠絲桿 直接相連，由滾珠絲桿副把動(dòng)力傳給工作臺(tái)帶動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)。 圖 2-1 橫向傳動(dòng)

26、機(jī)構(gòu)示意圖 1步進(jìn)電機(jī) 2齒輪減速裝置 3支承裝置 4絲杠 5中滑板 A、B齒輪 圖 2-2 縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖 1步進(jìn)電機(jī) 2齒輪減速裝置 3支承裝置 4絲杠 5床鞍 A、B齒輪 2.1.1 滾滾珠珠絲絲杠杠的的選選擇擇 關(guān)注絲杠副作為精密、高效的傳動(dòng)元件在精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床得到廣泛 應(yīng)用，在機(jī)械工業(yè)、交通運(yùn)輸、航空航天、軍工產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用得很普 遍，可用作精密定位自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。 1）、滾珠絲杠副傳動(dòng)的特點(diǎn)。滾珠絲杠副傳動(dòng)與滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)相比有 以下優(yōu)點(diǎn)： 1、傳動(dòng)效率高。一般可達(dá) 95%以上，是滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)的 24 倍。 2、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高，低速無爬行。 3

27、、可以預(yù)緊、消除絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度。 4、定位精度和重復(fù)定位精度高。 5、使用壽命為普通滑動(dòng)絲杠的410 倍，甚至更高。 6、同步性好，用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝 置時(shí)，可獲得較好的同步性。 7、使用可靠，潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，維修方便。 8、不自鎖，可逆向傳動(dòng)，即螺母為主動(dòng)，絲杠為被動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)?直線運(yùn)動(dòng)。 9、有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便。 2.1.3 滾滾珠珠絲絲杠杠副副精精度度等等級(jí)級(jí)確確定定 查參考文獻(xiàn)得出，在車床數(shù)控化改造中可選用3 級(jí)精度的滾珠絲杠。 表 2-1 為滾珠絲杠推薦應(yīng)用精度等級(jí)。 精度等級(jí)機(jī)床類型坐 標(biāo) 1 2 3 4 5 7 10 數(shù)控機(jī)床X

28、 Z 2.1.4 滾滾珠珠絲絲杠杠的的潤(rùn)潤(rùn)滑滑、防防護(hù)護(hù)、密密封封 1、潤(rùn)滑：滾珠絲杠必須潤(rùn)滑。滾動(dòng)軸承用的各種潤(rùn)滑劑原則上都要 可以用。主軸的各種潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式都可以用于精密滾珠絲杠。一般情況 下采用鋰基潤(rùn)滑脂，在高速和需要嚴(yán)格控制升溫時(shí)，可用LAN32 全損 耗系統(tǒng)用油、汽輪機(jī)油循環(huán)潤(rùn)滑或噴霧潤(rùn)滑。 2、防護(hù)和密封：絲杠防護(hù)套有伸縮套管式、折疊套管式和螺旋鋼帶 保護(hù)套。后者有專業(yè)廠生產(chǎn)，應(yīng)用較廣，所以選用螺旋鋼帶保護(hù)套。 2.2 進(jìn)進(jìn)給給系系統(tǒng)統(tǒng)的的改改造造設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 2.2.1 確確定定系系統(tǒng)統(tǒng)脈脈沖沖當(dāng)當(dāng)量量 一個(gè)進(jìn)給脈沖，使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生位移量，也稱為機(jī)床的最小設(shè)定單 位。脈沖當(dāng)量

29、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)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車 床銑床常采用的脈沖當(dāng)量是0.010.005mm/脈沖。 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向： 0.01mm/脈沖，橫向： 0.005mm/脈沖。 2.2.2 車車削削力力的的計(jì)計(jì)算算 切削力是指在切屑過程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向 相反的切削力，或通俗的講是在切削加工時(shí)，工件材料抵抗刀具切削時(shí)產(chǎn)生 的阻力。車削外圓時(shí)的切削力如圖2-1 所示。主切削力 與切削速度的方 向一致，垂直向下，是計(jì)算車床主軸電動(dòng)機(jī)切削功率的依據(jù)；進(jìn)給力 與 進(jìn)給方向平行且方向相反；背向力與進(jìn)給方向相垂直，對(duì)加工精度的影響較 大。 圖 2-1 車削力

30、分析 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 可知，切削功率 KPPc 式中：主軸電動(dòng)機(jī)功率， ；PkWP4 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.750.85，取=0.85； 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，一般取=0.96。KK 則 )(3 . 396 . 0 85 . 0 4kWPc 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削速度 來計(jì)算，即，式中切削速度 v 取 100,則主切削力： 3 10 60 vF P Z c min/m =1980 3 10 60 v P F c z 3 10 100 3 . 360 )(N 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:=1:0.4:0.35，計(jì)算出： z F y F x F =19800.4=792 y

31、 F)(N =19800.35=693 x F)(N 2.2.3 滾滾珠珠絲絲杠杠副副的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、計(jì)計(jì)算算和和選選型型 滾珠絲杠副的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其螺旋傳動(dòng)是在絲杠 和螺母滾道之間放人適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶 動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通 道。為了在滾珠與滾道之間形成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。 為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。 2.2.4 確確定定齒齒輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)比比 有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比i 0 0.75 6 1.25 360360 0.01 p L i 故取 ； ； ； ； ； 1 32z 2

32、 40z 2m 20mmb 20 0.98 i 11 2 3264mmdmZ 22 2 4080mmdmZ 11 268mm aa ddh 22 284mm aa ddh 12 6480 72mm 22 dd a 2.2.5 縱縱向向步步進(jìn)進(jìn)電電機(jī)機(jī)的的計(jì)計(jì)算算與與選選用用 （1）工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 44 1 7.8 10 s JD L 式中 滾珠絲杠的公稱直徑； D 絲杠長(zhǎng)度。 1 L 則 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 442 1 7.8 106.4226.17N gcm z J 442 2 7.8 108263.9N gm z J 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略。 因此，總轉(zhuǎn)動(dòng)

33、慣量 211 2 2 2 1 1 (299.5263.9)26.175.55264.3N gcm 1.25 sZZ JJJJJ i （2）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 max0f MMMM 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 0atft MMMMM 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 0f MMM 式中 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； max M 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； f M 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力 0 M 矩； 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； at M 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 t M 4 10 N gm 9.6 a Jn M T 當(dāng)時(shí) max nn maxa

34、a MM max max 4000 1.25 833.33r/min 6 h Vi n P 4 max 26.43 833.33 109.177N gm91.77kg fgcm 9.6 0.025 a M 當(dāng)時(shí) t nn aat MM 00 1000 1000 150 0.3 1.25 142.17r/min 3.14 21 6 i t V fi n fi D n LL 4 26.43 142.17 101.5715.7kg fgcm 9.6 0.025 at MNgm 0 0 0 22 f FL fW L M ih i 當(dāng)時(shí)， 時(shí)0.8h 0.16f 0.16 95 0.6 1.4522kg

35、fgcm14.522N gcm 2 3.14 0.8 1.25 f M 0 0 2 00 1 2 P L M i 當(dāng)時(shí)預(yù)加載荷，則 0 0.9 1 3 bX PF 22 00 0 195.472 0.61 0.9 0.5776kg fgcm5.776N gcm 66 3.14 0.8 1.25 x FL M i 0 95.472 0.6 9.12kg fgcm91.2N gcm 22 3.14 0.8 1.25 x t FL M i 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 max0 917.7 14.5225.776738.000N gcm f MMMM 切削時(shí)所需力矩 0 15.7 1.45220.57

36、769.1226.85kg fgcm268.5N gcm atf MMMM 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 0 1.45220.57762.0298kg fgcm20.298N gcm f MMM 由上分析計(jì)算可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) ： max M max 738.000N gcmM （3）縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 0 938.078 1876.16N cm 0.50.5 l q M M 為了滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知 /0.866 qjm MM 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為 jm M 1876.16 2166.46N cm 0.8660.866 q jm M M 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 max maxZ 4000 6666.6H 6060 0.01 p V f 綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，能滿足要求。 結(jié) 論 為了使改造后的機(jī)床有較高的開動(dòng)率和精度保持性，出盡可能的減少電 器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌的 耐磨性。當(dāng)前國(guó)內(nèi)臥式車床的床身等大件都采用普通鑄鐵，而拖板也是普通 鑄鐵，其摩擦因數(shù)較高，為了提高機(jī)床的動(dòng)載性能，減少摩擦力，在改造中 采用了在機(jī)床滑板導(dǎo)軌上貼聚四氟乙烯軟帶的辦法，