CA6140車床進給系統(tǒng)的設(shè)計改造

1、摘要本文介紹了普通數(shù)控機床中CA6140車床進給系統(tǒng)的設(shè)計改造過程，主要為機械元件的設(shè)計，包括滾珠絲杠、軸承、步進電機、和齒輪傳動比的計算、選擇與應(yīng)用。針對現(xiàn)有常規(guī)CA6140普通車床的缺點提出數(shù)控改裝方案，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。改造后的機車，主運動實現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)控控制，并要求達到縱向最小運動單位為0.01mm每脈沖，橫向最小運動單位0.005mm每脈沖，刀架要是自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動切削螺紋。關(guān)鍵詞：齒輪；進給絲杠；步進電機；改造AbstractThis article concise language had the stress

2、in the introduction ordinary numerical control engine bed the economy numerical control tool machine entered for the design process, mainly for mechanical part design, including ball bearing guide screw, bearing, stepper motor , and synchronized tooth profile belt computation, choice and application

3、. To remedy the defects of ordinary lather CA6140, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machines usage, and to improve production rate. so the Motorcycle been reformed, the lord exercises r

4、ealize to change speed automatically. lengthways, horizontal enter to proceed to system the number controls the control, and request to attain lengthways minimum sport unit as 0.01 mm/ pulse, horizontal minimum sport unit as 0.005 mm/ pulse, knife must be the automatic control a knife which is turni

5、ng automatically, and it is able to slice the thread automatically. This paper presents the process of designing numerical control reform, and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms.Key word: numerical control; ball bearing guide screw; stepper motor; ref

6、orm design目錄1 緒 論11.1 我國機床行業(yè)的研究現(xiàn)狀21.2 我國機床行業(yè)的發(fā)展前景32 機床和進給伺服系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案62.1 機床改造總體方案設(shè)計要求62.2 進給伺服系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案63 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分的設(shè)計和計算83.1 主要設(shè)計參數(shù)83.2 選擇脈沖當(dāng)量83.3 計算切削力83.3.1 橫切端面83.3.2 縱車外圓83.4 縱向進給絲杠93.4.1 計算進給牽引力93.4.2 計算最大動負載93.4.3 滾珠絲杠螺母副型號的選擇93.4.4 傳動效率計算103.4.5 剛度驗算103.5 橫向進給絲杠103.5.1 計算進給牽引力

7、103.5.2 計算載荷113.5.3 計算額定動載荷計算值113.5.4 確定絲杠型號以及有關(guān)數(shù)據(jù)113.5.5 穩(wěn)定性驗算123.5.6 剛度驗算133.5.7 效率驗算133.6 齒輪傳動比計算143.6.1 縱向進給齒輪箱傳動比計算143.6.2 橫向進給齒輪箱傳動比計算143.7 進給步進電機的計算和選擇153.7.1 橫向步進電機153.7.2 縱向步進電動機的計算和選型19Error! No bookmark name given.13.9 刀架的選用224總結(jié)23參考文獻24附錄25致謝261 緒 論機床是使用切削方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器。它是制造機器的機器,稱為“工

8、作母機”習(xí)慣上稱為機床。機床的母機屬性決定了它在國民經(jīng)濟中的重要地位,機床的技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率,標(biāo)志著一個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平1。由于計算機的發(fā)展,新技術(shù)的迅速發(fā)展和客觀需要的多樣化,特別是計算機控制在機床上的應(yīng)用,使機床本身產(chǎn)生了革命性的變化機床必須多品種;技術(shù)的加速更新和產(chǎn)品更新?lián)Q代的加速快,是機床主要面對多品種中小批生產(chǎn),數(shù)控機床加工的全部運動都有電腦控制。不僅保證了加工精度效率,并且高度自動化。還可以完成手工操作無法完成的工作。數(shù)控機床作為一種精密加工設(shè)備,不但應(yīng)用廣泛,也是一種高科技、高精度、高度機電一體化產(chǎn)品,對國民經(jīng)濟的發(fā)展有非常重要的作

9、用2。數(shù)控機床是一種裝有計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的機床.數(shù)控能夠處理加工程序,控制機床完成各種加工運動,與普通機床相比,數(shù)控機床能夠完成平面曲線和空間曲面的加工。一般說來,數(shù)控機床由機械部分、數(shù)字控制計算機、伺服系統(tǒng)、PC控制部分、液壓氣壓傳動系統(tǒng)，冷卻潤滑及排屑裝置等組成。數(shù)控機床是由程序控制的，零件的編程工作是數(shù)控機床加工的重要組成部分。同時也是數(shù)控機床的驅(qū)動部分。計算機輸出的控制命令是通過伺服系統(tǒng)產(chǎn)生坐標(biāo)運動的3。數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點：1）適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工；2）加工精度高

10、；3）生產(chǎn)效率高；4）減輕勞動強度，改善勞動條件；5）良好的經(jīng)濟效益；6）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激。數(shù)控機床具有較高的加工精度，加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，功能多，對不同的零件適應(yīng)性強，能完成普通車床不能完成的復(fù)雜表面加工，因此大大減輕了工人的勞動強度，有較高的經(jīng)濟效益，但是數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資較大，維修和操作較復(fù)雜。我國機床發(fā)展水平低，實際工業(yè)生產(chǎn)中存在著大量的普通機床，數(shù)控機床因為價格昂貴，很難全面普及，因此利用機電一體化新技術(shù)對普通機床進行數(shù)控化改造，降低成本，提高其加工精度和生產(chǎn)效率。1.1、我國機床行業(yè)的研究現(xiàn)狀 改革開放以來，

11、我國機床行業(yè)取得了突飛猛進的發(fā)展，但是跟國外同行業(yè)相比，我過機床事業(yè)還是有很大的不足，國產(chǎn)機床的發(fā)展仍然難以支撐國民經(jīng)濟和國防軍工的需要。與世界先進水平相比差距仍然十分明顯。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。 1、產(chǎn)量總體規(guī)模已居世界前列。2005年金切機床產(chǎn)量45萬臺，為“十五”初的2.4倍；鍛壓機床產(chǎn)量63萬噸，是“十五”初的2.4倍。2005年機床工具全行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值1260億元，是“十五”初期的2.5倍，平均年增長約26%，其中金屬加工機床產(chǎn)值達到了51億美元，總體經(jīng)濟規(guī)模已超過意大利，躍居世界第三位。其中，數(shù)控機床產(chǎn)值從“九五”末的4.9億美元增加到“十五”末的21.8億美元，年平均增長34.

12、8%。數(shù)控金切機床的產(chǎn)量從“九五”末的1.4萬臺增加到“十五”末的6.0萬臺，年均增長達到33.5%。數(shù)控機床產(chǎn)量占全部機床的比重同時由7.3%增長到2005年的13.3%。2、產(chǎn)品技術(shù)水平明顯提高在常規(guī)數(shù)控機床領(lǐng)域，如數(shù)控車床、立式加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪機床、數(shù)控磨床、電加工機床、數(shù)控重型機床和數(shù)控成形機床等一大批產(chǎn)品，我國已經(jīng)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，具有較強的市場競爭力，基本滿足國內(nèi)需求。在高檔數(shù)控機床研發(fā)方面取得了新的突破，代表產(chǎn)品有五軸聯(lián)動橫梁移動式高速龍門銑床、五軸聯(lián)動龍門加工中心、五軸聯(lián)動車銑中心、五軸聯(lián)動立式葉片加工中心。3、產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)初步優(yōu)化隨著近年來機床行業(yè)的快速

13、發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)也得到了明顯優(yōu)化。2005年，數(shù)控機床年產(chǎn)量達到1000臺的企業(yè)已有11家。數(shù)控機床年產(chǎn)量前10名企業(yè)的產(chǎn)量集中度達到45.9%。沈陽機床集團公司年產(chǎn)數(shù)控金切機床達到10008臺，占全國總產(chǎn)量16.8%，大連機床集團公司年產(chǎn)數(shù)控金切機床4734臺，占全國總產(chǎn)量的7.9%，雙雙進入世界數(shù)控金切機床生產(chǎn)大企業(yè)行列。截至2006年6月，共有大連機床、沈陽機床、秦川機床、上海電氣機床集團、哈爾濱量具刃具集團公司、北京第一機床廠、杭州機床集團公司等7家國內(nèi)企業(yè)，并購了10家國外知名的機床工具企業(yè)，在國際化經(jīng)營中邁出了可喜的一步，提高了中國機床工業(yè)在國際上的知名度，為行業(yè)引進技術(shù)、發(fā)展

14、成套和擴大出口創(chuàng)造了條件。 目前，我國是機床生產(chǎn)大國，但不是機床制造強國，國產(chǎn)機床的發(fā)展仍然難以支撐國民經(jīng)濟和國防軍工的需要。與世界先進水平相比差距仍然十分明顯。一是國產(chǎn)高檔數(shù)控機床在品種、水平和數(shù)量上遠遠滿足不了國內(nèi)發(fā)展需求。盡管近幾年國產(chǎn)機床市場銷售量不斷提高，至2005年進口機床在國內(nèi)市場占有率仍高達60%，其中汽車、航空、航天、兵器、造船、通用機械等行業(yè)是主要進口大戶。20022005年，我國已經(jīng)連續(xù)四年成為世界最大的機床進口國，以2004年進口為例，從日本、臺灣、德國進口分別占國內(nèi)市場19.7%、12.1%和8.6%。二是國產(chǎn)功能部件和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展滯后，成為數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，尤

15、其是為高檔數(shù)控機床配套的關(guān)鍵功能部件和數(shù)控系統(tǒng)。三是機床制造企業(yè)技術(shù)裝備水平不高，行業(yè)制造能力、綜合管理和服務(wù)能力等方面不能滿足市場快節(jié)奏的要求。1.2 我國機床行業(yè)的發(fā)展前景 21世紀(jì),我國機床制造業(yè)既面臨著提升機械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機,也遭遇到加入WTO后激烈的市場競爭的壓力。從技術(shù)層面上來講,加速推進數(shù)控技術(shù)將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。 數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受人們關(guān)注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)

16、展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進制造技術(shù)中的一項核心技術(shù)。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進了數(shù)控機床的進一步提升。 目前，世界先進制造技術(shù)不斷興起，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，柔性制造系統(tǒng)的迅速發(fā)展和計算機集成系統(tǒng)的不斷成熟，對數(shù)控加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)今數(shù)控機床正在朝著以下幾個方向發(fā)展。 (1).高速度、高精度化 速度和精度是數(shù)控機床的兩個重要指標(biāo)，它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用位數(shù)、頻率更高的處理器，以提高系統(tǒng)的基本運算速度。同時，采用超大規(guī)模的集成電路和多微處理器結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，即提高插補運算的速度和精度。并采用直線電動機直

17、接驅(qū)動機床工作臺的直線伺服進給方式，其高速度和動態(tài)響應(yīng)特性相當(dāng)優(yōu)越。采用前饋控制技術(shù)，使追蹤滯后誤差大大減小，從而改善拐角切削的加工精度。 為適應(yīng)超高速加工的要求，數(shù)控機床采用主軸電動機與機床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)了變頻電動機與機床主軸一體化，主軸電機的軸承采用磁浮軸承、液體動靜壓軸承或陶瓷滾動軸承等形式。目前，陶瓷刀具和金剛石涂層刀具已開始得到應(yīng)用。 (2).多功能化 動換刀機構(gòu)(刀庫容量可達100把以上)的各類加工中心，能在同一臺機床上同時實現(xiàn)銑削、鏜削、鉆削、車削、鉸孔、擴孔、攻螺紋等多種工序加工，現(xiàn)代數(shù)控機床還采用了多主軸、多面體切削，即同時對一個零件的不同部位進行不同方式的切削

18、加工。數(shù)控系統(tǒng)由于采用了多CPU結(jié)構(gòu)和分級中斷控制方式，即可在一臺機床上同時進行零件加工和程序編制，實現(xiàn)所謂的“前臺加工，后臺編輯”。為了適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)和計算機集成系統(tǒng)的要求，數(shù)控系統(tǒng)具有遠距離串行接口，甚至可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，也可以直接對多臺數(shù)控機床進行控制。 (3).智能化 控機床將引進自適應(yīng)控制技術(shù)，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)節(jié)工作參數(shù)，使加工過程中能保持最佳工作狀態(tài)，從而得到較高的加工精度和較小的表面粗糙度，同時也能提高刀具的使用壽命和設(shè)備的生產(chǎn)效率。具有自診斷、自修復(fù)功能，在整個工作狀態(tài)中，系統(tǒng)隨時對CNC系統(tǒng)本身以及與其相連的各種設(shè)備進行自診斷、檢查。一旦出現(xiàn)故

19、障時，立即采用停機等措施，并進行故障報警，提示發(fā)生故障的部位、原因等。還可以自動使故障模塊脫機，而接通備用模塊，以確保無人化工作環(huán)境的要求。為實現(xiàn)更高的故障診斷要求，其發(fā)展趨勢是采用人工智能專家診斷系統(tǒng)。 (4).數(shù)控編程自動化 算機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前CADCAM圖形交互式自動編程已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。它是利用CAD繪制的零件加工圖樣，再經(jīng)計算機內(nèi)的刀具軌跡數(shù)據(jù)進行計算和后置處理，從而自動生成NC零件加工程序，以實現(xiàn)CAD與CAM的集成。隨著CIMS技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前又出現(xiàn)了CADCAPPCAM集成的全自動編程方式，它與CADCAM系統(tǒng)編程的最大區(qū)別是其編程所需的加工工藝參

20、數(shù)不必由人工參與，直接從系統(tǒng)內(nèi)的CAPP數(shù)據(jù)庫獲得。 (5).可靠性最大化 床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標(biāo)。數(shù)控系統(tǒng)將采用更高集成度的電路芯片，利用大規(guī)?；虺笠?guī)模的專用及混合式集成電路，以減少元器件的數(shù)量，來提高可靠性。通過硬件功能軟件化，以適應(yīng)各種控制功能的要求，同時采用硬件結(jié)構(gòu)機床本體的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及系列化，使得既提高硬件生產(chǎn)批量，又便于組織生產(chǎn)和質(zhì)量把關(guān)。還通過自動運行啟動診斷、在線診斷、離線診斷等多種診斷程序，實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)硬件、軟件和各種外部設(shè)備進行故障診斷和報警。利用報警提示，及時排除故障；利用容錯技術(shù)，對重要部件采用“冗余”設(shè)計，以實現(xiàn)故障自恢復(fù)；利用各種測試、監(jiān)

21、控技術(shù)，當(dāng)生產(chǎn)超程、刀損、干擾、斷電等各種意外時，自動進行相應(yīng)的保護。 (6).控制系統(tǒng)小型化 數(shù)控系統(tǒng)小型化便于將機、電裝置結(jié)合為一體。目前主要采用超大規(guī)模集成元件、多層印刷電路板，采用三維安裝方法，使電子元器件得以高密度安裝，較大規(guī)?？s小系統(tǒng)的占有空間。而利用新型的彩色液晶薄型顯示器替代傳統(tǒng)的陰極射線管，將使數(shù)控操作系統(tǒng)進一步小型化。這樣可以方便地將它安裝在機床設(shè)備上，更便于對數(shù)控機床的操作使用。 2機床和進給伺服系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案2.1機床改造總體方案設(shè)計要求方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式，伺服系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。（1）普通車床數(shù)控

22、化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中，MCS51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS51系列單片機擴展系統(tǒng)。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、

23、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。（5）設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。（6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應(yīng)滿足機床所要求的分辨率。（7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。（8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。（9） 原機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動量，以降低

24、成本縮短改造周期。（10）機械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。2.2進給伺服系統(tǒng)機械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計方案 數(shù)控改造中主要機械部件改裝探討一臺新的數(shù)控機床，在設(shè)計上要達到：有高的靜動態(tài)剛度；運動副之間的摩擦系數(shù)小，傳動無間隙；功率大；便于操作和維修。機床數(shù)控改造時應(yīng)盡量達到上述要求。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機床連接在一起就達到了數(shù)控機床的要求，還應(yīng)對主要部件進行相應(yīng)的改造使其達到一定的設(shè)計要求，才能獲得預(yù)期的改造目的6?；瑒訉?dǎo)軌副對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少

25、因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑。齒輪副一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動精度，數(shù)控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高。在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求，以保證機床加工精度?；瑒咏z杠與滾珠絲杠絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。被加工件精度要求不高時可采用滑動絲杠，但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況，如螺距誤差及螺距累計誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難

26、以滿足精度較高的零件加工。滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運動時力矩相接近，可以降低電機啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求6。安全防護必須以安全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件，工作時要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導(dǎo)軌。3 機床進給伺服系統(tǒng)機械部分的設(shè)計和計算3.1 設(shè)計參數(shù)加工最大長度1500mm 主軸孔徑50mm機床定位精度+0.03mm最大回轉(zhuǎn)直徑400mm 使用壽命(

27、h)=14400h啟動加速時30ms 傳動精度要求 =+0.02mm或=-0.02mm溜板及刀架重力（縱向）800N ,（橫向）600N；最大進給速度（縱向）0.6m/min，（橫向）3m/min；絲杠長（縱向）3.6m，（橫向）0.5m=1600r/min絲杠轉(zhuǎn)速（縱向）60r/min，（橫向）30r/min3.2選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量： 縱向0.01mm/步,橫向0.005mm/步3.3計算切削力3.3.1橫切端面主切削力可取縱切的1/2，為2680N.此時走刀抗力為,吃刀抗力為.3.3.2縱車外圓主切削力按切削力各分比例3.4縱向進給絲杠3.4.1計算進給牽引力縱向進給

28、為綜合性導(dǎo)軌=式中K考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.150.18G 溜板及刀架重力X：G=1000N3.4.2計算最大動負載CL=n=式中 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 6mm最大切削力下的進給速度，可取最大進給速度的（），此處=0.6m/min T使用壽命，按1500h； 運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)而=1.21.5； L壽命，以轉(zhuǎn)為1單位n=50r/mL=s=6645.63.4.3滾珠絲杠螺母副型號的選擇可采用L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，例2.5圈，其額定動負載為16400 N，精度等級差表選為3級（大至相當(dāng)于老標(biāo)準(zhǔn)E級）83.4.4傳動效率計算式

29、中螺旋升角，摩擦角取，滾動摩擦系數(shù)0.0030.004=3.4.5剛度驗算最大牽引力為2530(N)，支承間距L=1500mm絲杠螺母軸承均預(yù)緊，預(yù)緊為最大軸向負荷的。(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量d根據(jù)=2530（N），查出d=1.2，可算出：由于兩端均采用的推力球軸承，且絲杠又進行了預(yù)拉伸，鼓起拉壓剛度可以提高4陪。其實際變形量為：(2)滾珠與螺紋滾道間接觸變形查表按系列1列圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量：因此進行了預(yù)緊，(3)支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用8107型推力球軸承，滾動體直徑，滾動體數(shù)量z=18，注意，此公式中單位應(yīng)為因施加預(yù)緊力，故=定位精度3.5 橫向進給絲杠3.5.1計算

30、進給牽引力橫向進給為燕尾形貼塑導(dǎo)軌。 3.5.2計算載荷Fc(N)有已知條件查得 , ,，則3.5.3計算額定動載荷計算值初選L0=5mm代入數(shù)值，3.5.4確定絲杠型號以及有關(guān)數(shù)據(jù)由于Ca=Ca,查表選FYC1D2505-2.5型,Ca=9610N由表得絲杠副的有關(guān)數(shù)據(jù)7公稱直徑 D0=25mm, 導(dǎo)程 P=5mm，螺旋角 , 滾珠直徑 do=3.175mm按表中尺寸公式計算7：滾道半徑偏心距為: 絲杠內(nèi)徑3.5.5穩(wěn)定性驗算(采用F-S)（1)由于一端軸向固定的長絲杠在工作是可能發(fā)生失穩(wěn)，所以設(shè)計是應(yīng)驗算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨

31、界載荷(N)。式中，E為絲杠材料的彈性模量，E=206GPa；為絲杠工作長度（m）；為絲杠危險截面的軸慣性矩（m2）；為長度系數(shù)，依題意取=2/3時，安全系數(shù)S=Fcr/Fm=2.01105/1100.7=182.68S1.53.3.（2）高速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速,需求絲杠的最大轉(zhuǎn)速maxTS1,TS2,所以按給定要求步進電機可以正常啟動,不會發(fā)生失步現(xiàn)象。(4）系統(tǒng)剛度計算取L=290mm,l=90mm.按所列公式，可求的絲杠最大、最小抗壓剛度為假定絲杠軸向支承經(jīng)過預(yù)緊并忽略軸承座和螺母座剛度影響，查表根據(jù)所列公式可求的絲杠螺母機構(gòu)的綜合抗壓剛

32、度考慮到所需的軸承既要能承受橫向載荷，又要能承受徑向載荷，故選角接觸球軸承（46000型）（GB292-83）則其中，d0=10mm, D=35mm，(個)，計算出絲杠最低扭轉(zhuǎn)剛度，按下式計算：因此，代入數(shù)值，(5)固有頻率計算絲杠質(zhì)量為：代入數(shù)值，工作臺抗震系統(tǒng)的最低固有頻率為計算到絲杠軸上系統(tǒng)的總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為如果忽略電動機軸及減速器中的扭轉(zhuǎn)變形，則系統(tǒng)的最低扭振固有頻率為代入數(shù)值，和都較高，說明系統(tǒng)動態(tài)特性較好。(6)死區(qū)誤差計算設(shè)齒輪傳動和絲杠螺母機構(gòu)分別采取了消隙和預(yù)緊措施，可求的由摩擦力引起的最大反向死區(qū)誤差為所以系統(tǒng)滿足單脈沖進給的要求。(7)由系統(tǒng)剛度化引起的定位誤差計算按式可

33、求得由絲杠螺母機構(gòu)綜合抗壓剛度的變化所引起的最大定位誤差，代入數(shù)值，由于系統(tǒng)要求的定位精度0.01與-0.01，及允許定位誤差為=+-0.02mm，=4.610-5 mm1/5，=410-3mm,因而，系統(tǒng)剛滿足定位精度的要求。綜上所述，150BF步進電機各項條件都符合，故可以選用。3.7.2縱向步進電動機的計算和選型1等效轉(zhuǎn)動慣量計算傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的傳動慣量可由下式計算 ：式中 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量;齒輪的轉(zhuǎn)動慣量滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)慣量。代入上式：考慮步進電機與傳動系統(tǒng)量匹配問題?；緷M足慣量匹配的要求。2電機力矩計算機床在不同

34、的情況下,其所需轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計算6:(1)快速空載啟動力矩在快速空載起動階段,加速力矩占的比例較大,具體計算公式如下:將前面數(shù)據(jù)代入,式中個符號意義同前。起動加速時間 =折算到電機軸上的摩擦力矩:上述三項合計:(2)快速移動時所需力矩(3)最大切削負載時所需力矩從上面計算可以看出,三種情況下,以快速空載起動所需力矩最大,以次項作為初選步進電機的依據(jù)。3.8軸承的選擇和驗算軸承選擇成對安裝角接觸球軸承，46300型，其額定動載荷Cr=6800N。取1/3,=3。（角接觸球軸承）代入數(shù)值，壽命h=L106/60nv=4.63106/6030=65814(h)所以選46300型GB29

35、2-83的軸承滿足條件。3.9刀架的選用數(shù)控機床使用的回轉(zhuǎn)刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四方刀架、六角刀架，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具?；剞D(zhuǎn)刀架必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工的切削力：同時要保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位的重復(fù)定位精度11。電動刀架的安裝較方便，普通車床已備有連接孔，將臥式車床的原刀架拆下，將電動刀架裝上即可12。單安裝時注意以下兩點：1）電動刀架的兩側(cè)面應(yīng)于車床縱向和車床橫向的進給方向平行。2）電動刀臺與系統(tǒng)的連線應(yīng)如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其他雜物磕碰到電動刀架連線13。 回轉(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸轉(zhuǎn)位和定位銷定位之外，還可以采用電動機帶動離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機構(gòu)。4總結(jié)經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計,我體會到任何一向技術(shù)革新都是不容易的。要經(jīng)過嚴(yán)格的計算、選擇，重要的是要與實際相結(jié)合，才能設(shè)計出經(jīng)濟、實用的產(chǎn)品，這也是設(shè)計的主要目的之一。同時我也意識到自己還有許多不足之處，知識掌握得不夠牢固，今后需要不斷的努力來彌補自己的不足。通過分析設(shè)計題目和要求之后，特別是機械部分的計算，有時不只一次計算，還要進行多次反復(fù)的計算和校核，可能才能符合要求。同時還必須不斷翻閱多本參考書目，查找所需的相關(guān)信