CA6140和CJK6140組成,ca6140,以及,cjk6140,組成 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告 實(shí)習(xí)目的： 1、了解CA6140和CJK1640組成。 2、感性認(rèn)識(shí)機(jī)床各部件。 3、重點(diǎn)了解經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的近給和變速部分。 實(shí)習(xí)要求： 1、實(shí)地參觀前，要求查閱文獻(xiàn)資料，了解機(jī)床改造相關(guān)知識(shí)。 2、參觀過(guò)程中要認(rèn)真觀察，注意安全。 在實(shí)習(xí)過(guò)程中，認(rèn)真觀察了CA6140和CJK1640機(jī)床，感性的認(rèn)識(shí)機(jī)床的各部分組成，重點(diǎn)觀察了兩種機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，比較了兩種傳動(dòng)系統(tǒng)的不同，CA6140的進(jìn)給傳動(dòng)是由滑動(dòng)絲杠傳動(dòng)，CJK1640屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，它的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由滾珠絲杠傳動(dòng)。 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)： 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2~4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。 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn):滾珠絲杠副在工作過(guò)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(wú)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(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)無(wú)爬行。 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(méi)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。 可以預(yù)緊:通過(guò)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。 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(guò)程中溫升較小，無(wú)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。 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，無(wú)阻滯，無(wú)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。 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(guò)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5~6倍。 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(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作。 CJK1640車床使用數(shù)控刀架，可以自動(dòng)換刀，事先對(duì)好刀，以后使用就不需要調(diào)整。刀具磨損后可以修改相應(yīng)參數(shù)，不需對(duì)刀具安裝位置進(jìn)行調(diào)整。與CA6140相比大大提高了生產(chǎn)效率。 CJK1640與CA6140的主軸變速系統(tǒng)原理一樣，都是采用齒輪變速，要對(duì)主軸速度進(jìn)行調(diào)整必須先停機(jī)。這樣就影響了生產(chǎn)效率。我感覺(jué)應(yīng)該改進(jìn)。 CJK1640車床使用的是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。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(guò)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(kāi)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。 CJK1640車床床身比較緊湊，而且床身有防護(hù)罩，防止鐵屑飛出，比較安全。 畢業(yè)實(shí)習(xí)（調(diào)研）提綱 實(shí)習(xí)目的 ?????1、了解CA6140和CJK6140組成。 2、感性認(rèn)識(shí)機(jī)床各部件。 3、重點(diǎn)了解經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的近給和變速部分。 實(shí)習(xí)要求 ?????1、實(shí)地參觀前，要求查閱文獻(xiàn)資料，了解機(jī)床改造相關(guān)知識(shí)。 2、參觀過(guò)程中要認(rèn)真觀察，注意安全。 實(shí)習(xí)內(nèi)容 ?????1、文獻(xiàn)檢索。 2、了解普通機(jī)床和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的組成。 第一章 緒論 1.1課題背景 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(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0.6～0.8萬(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(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。 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)得寶公司已在中國(guó)開(kāi)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。 1.2機(jī)床改造的內(nèi)容及意義 1.2.1研究意義 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(kāi)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(wú)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。 普通車床經(jīng)過(guò)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(lái)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(kāi)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(wú)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。 1.2.2主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線 (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)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(wèn)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?、新技術(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。 第二章 總體改造方案 首先是數(shù)控系統(tǒng)的選擇。本設(shè)計(jì)方案數(shù)控系統(tǒng)選用外購(gòu)的成套產(chǎn)品。由于本人水平有限，做不出數(shù)控系統(tǒng)，只能選用成套的數(shù)控系統(tǒng)；再者，成套的數(shù)控系統(tǒng)功能要比自己搭建的功能豐富。這里選用廣州數(shù)控的928TB數(shù)控系統(tǒng)。 進(jìn)給傳動(dòng)的作用是接受數(shù)控系統(tǒng)的指令，驅(qū)動(dòng)刀具作精確定位或按規(guī)定的軌跡作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出符合要求的零件，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)的要求是高精度、高速度。改造中我們采用廣州數(shù)控的928TB數(shù)控系統(tǒng)，其帶有X、Z軸控制功能，其采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)X、Z軸運(yùn)動(dòng)控制，這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試和維修都非常方便。電機(jī)有數(shù)控系統(tǒng)直接控制，不需要另外的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 加裝主軸脈沖發(fā)生器，以實(shí)現(xiàn)切削螺紋功能。脈沖發(fā)生器與主軸用同步帶連接。 拆除原車床的縱向和橫向絲杠、光杠、溜板箱及掛輪箱中的齒輪，用滾珠絲杠替換原有普通滑動(dòng)絲杠，將選取的縱向滾珠絲杠副通過(guò)托架安裝在原溜板箱與床鞍連接的部位上，縱橫向滾珠絲杠兩端盡可能利用原固定和支承方式。 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造中，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)?？v、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速，并用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，雙片齒輪間沒(méi)有加彈簧自動(dòng)消除間隙，因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，彈簧彈力顯得小，起不到自動(dòng)消除間隙的作用；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，彈簧彈力又顯得大，則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來(lái)消除間隙。 拆除原刀架和小拖板，換上數(shù)控可轉(zhuǎn)位刀架。數(shù)控系統(tǒng)自帶刀架控制器。 數(shù)控機(jī)床的加工是由程序控制完成的，所以坐標(biāo)系的確定與使用非常重要。根據(jù) ISO841 標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系用右手笛卡兒坐標(biāo)系作為標(biāo)準(zhǔn)確定。數(shù)控車床平行于主軸方向即縱向?yàn)閆軸，垂直于主軸方向即橫向?yàn)閄軸，刀具遠(yuǎn)離工件方向?yàn)檎颉? CA6140 車床的坐標(biāo)原點(diǎn)定在卡盤(pán)基座與主軸中心的交點(diǎn)上，數(shù)控系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)參考點(diǎn)的具體位置來(lái)確定機(jī)床坐標(biāo)系的，選用兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)X軸方向和Z軸方向各安裝在一個(gè)機(jī)床上，用于建立參考點(diǎn)，當(dāng)移動(dòng)刀架兩個(gè)都有信號(hào)輸出時(shí)，刀架的當(dāng)前位置就為參考點(diǎn)R，測(cè)量XR和ZR，并將它寫(xiě)入機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)，即可在數(shù)控系統(tǒng)中建立坐標(biāo)系。 圖2-1進(jìn)給系統(tǒng)總體改造示意圖 58 第三章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。 2.1步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng) 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(guò)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(kāi)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)的區(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(kāi)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開(kāi)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)做成一個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問(wèn)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)公司如廣州數(shù)控、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(yáng)高檔數(shù)控國(guó)家工程研究中心等。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合適的數(shù)控系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)是改造成經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，所以選用廣州數(shù)控的GSK98TB數(shù)控系統(tǒng)，其為步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)拖動(dòng)，雖然精度不是很高，但優(yōu)于普通車床精度，且改造簡(jiǎn)單。廣州數(shù)控的928TB數(shù)控系統(tǒng)，其最小指令單位：0.01mm，豐富循環(huán)加工指令：?jiǎn)晤^、多頭螺紋、單面進(jìn)刀自動(dòng)切深等自動(dòng)循環(huán)，內(nèi)外圓柱面、端面、錐面、球面、?切槽等粗加工循環(huán)，具有螺紋加工能力，中/英制螺紋加工：公制0.01～12.00mm螺矩、英制?2.20～200.00牙/英寸。性能適合經(jīng)濟(jì)型車床，操作界面簡(jiǎn)單易懂，且為國(guó)產(chǎn)，對(duì)支持我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化有一定意義。 針對(duì)機(jī)床切削螺紋功能，主軸控制系統(tǒng)含有主軸控制功能，可以不必加裝光電編碼器，但是電機(jī)與主軸傳動(dòng)比必須為1:1，因此選用主軸電機(jī)與主軸傳動(dòng)比為1:1，這樣也可以簡(jiǎn)化改造。 第四章 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，微機(jī)進(jìn)給無(wú)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(kāi)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)μ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)床一樣都要求有十分寬廣的變速范圍（1～16）來(lái)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。本設(shè)計(jì)方案拆除主軸機(jī)械變速系統(tǒng)，在主軸上增加了交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，改用數(shù)控系統(tǒng)直接調(diào)速。原因會(huì)在下文介紹。 (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(kāi)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(méi)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(lái)滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。①在傳動(dòng)裝置的布局上采用減速齒輪箱來(lái)提高傳動(dòng)扭矩和傳動(dòng)精度(分辨率為0.01mm)。傳動(dòng)比計(jì)算公式為： （3-1） 式中：α為步進(jìn)電機(jī)的步距角(度)；p為絲杠螺距，mm；δ為脈沖當(dāng)量，即要求的分辨率，mm。②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ǎ邶X輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無(wú)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)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。③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，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)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 3.1.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 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)： 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2~4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。 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn):滾珠絲杠副在工作過(guò)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(wú)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(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)無(wú)爬行。 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(méi)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。 可以預(yù)緊:通過(guò)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。 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(guò)程中溫升較小，無(wú)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。 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，無(wú)阻滯，無(wú)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。 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(guò)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5~6倍。 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(wú)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) 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 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 =1.151340+0.04(5360+909.8) =1790.68(N) 對(duì)于三角形導(dǎo)軌K=1.15，f′=0.03~0.05,選f′=0.04(因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌)，G是縱向、橫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1/2~1/3;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。 V縱向=1.59mm/r 1400r/min=2226mm/min n縱向=v縱向1/2 /L。=22261/2 /12=92.75r/min L=60nt/10=6092.7515000 /10=83.5 則 C= =1.51790.68=11740(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 Ca>C=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(guò)了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2~3. 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)。并考慮原車床絲杠尺寸為T40 X 12，選取滾珠絲杠直徑為40mm，型號(hào)為CD40X6-2.5－P2。主要參數(shù)為 Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=40mm,λ=2o19′，圈數(shù)列數(shù)2.51 (3) 縱向滾珠絲杠的校核 1)傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 = tgλ/tg(λ+φ)= tg 2o19′/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δ1 δ1=FmL / EA (3-7) =1790.682280 / 20.610π(31.5)2 = 0.0064mm 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2 采用有預(yù)緊的方式， 因此用公式 δ2= 0.0013 (3-8) = =0.0028mm 在這里 =1/3Fm=1/31790.68=597N Z=π dm/Dw=3.1463/4.763=41.53 ZΣ=41.533.51=145.36 絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。 3)壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算 滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷為Fk =fzπEI/L （3-9） 式中：E為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼E=20.610 Mpa; I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面I=πd1/64（mm）(d1為絲杠的底徑)；L為絲杠的最大工作長(zhǎng)度（mm）;fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-1查得。 表3.1 支撐方式系數(shù)表 方式 兩端端自由 一端固定一端自由 兩端固定 兩端簡(jiǎn)支 Fz 0.25 2.0 4.0 1.0 由=fzπEI/L 且 fz=2.0 ， E=20.610Mpa ， I=πd1/64, L=2800mm為絲杠的長(zhǎng)度 由于 I =πd1/64 =π(40-5.953)/64 =3.1457.047/64=517903mm =23.1420.610 517903/(2800) =727959 =727959/1857 =392>>4 所以絲杠很穩(wěn)定。 3.1.3．橫向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 ，F(xiàn)l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) =1.42144+0.05(5360+21340+9.875) =3452.6N 2)最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算 v橫=1400r/min 0.79mm/r = 1106 mm/min n橫絲= v橫1/2 / L?？v=11061/2 / 5 =110.6r/min L=60nt/10=1106110.615000 /10=99.54 C =fmFm=99.541.53352.6=23283.8N 初選滾珠絲杠型號(hào)為:CD25×6-3.5-E 其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=25mm，圈數(shù)列數(shù)3.51 (2)橫向滾珠絲杠的校核 1)傳動(dòng)效率計(jì)算 η=tg λ/tg (λ+φ)=tg2°11′/tg(2°11′+10′)=93% 2)剛度驗(yàn)算 1絲杠的拉壓變形量 δ1=±FmL/EA = ±3352.6320/20.610π252 =± 0.0026mm 2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 δ2=0.0013 =0.0013= 0.0099mm 在這里 Fyj===1118N Z=dm/Dw=3.1450/3.969=39.56 ZΣ=39.563.51=138.48 絲杠的總變形量 δ=δ1+δ2=0.0026+0.0099=0.0125mm<0.015mm 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。 3.2 減速器箱體的設(shè)計(jì) 一般機(jī)床數(shù)控改造后，步進(jìn)電機(jī)和軸之間用齒輪減速。 取縱向和橫向的脈沖當(dāng)量分別為： 縱向 0.01 橫向 0.005 為減少減速機(jī)構(gòu)的體積設(shè)定中心距A=(z1+z2)m/2=67.5 其中m=1.5 z1+z2=90(齒) 則以橫向脈沖計(jì)算為例 i=z1/z2=45/45時(shí)，則脈沖當(dāng)量為0.005mm 因此縱向與橫向的減速機(jī)構(gòu)可以相同，為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣。 3.2.1．軸的計(jì)算：（縱向輸入軸） 由公式： d ≥=A （3-10） 可初選軸的直徑 由于T=5N.m,由于采用的是45號(hào)鋼，正火硬度[]為170-217HBS,扭曲疲勞極限-1=124，軸材料的許用切應(yīng)力為45MPa 則對(duì)于縱向輸入軸： d輸入===8.2mm （3-11） 在這里，d為軸的直徑(mm),T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm）, []為軸材料的許用切應(yīng)力（MPa）,則縱向輸入軸軸徑取18mm,輸出軸軸徑取25mm 對(duì)于橫向輸入軸： d輸入===12mm （3-12） 橫向輸入軸軸徑可取18mm，輸出軸軸徑可取25mm。 綜上可知：縱向與橫向可用一種減速機(jī)構(gòu)。軸材料為45號(hào)鋼，精度5級(jí)。 3.2.2．減速器箱體尺寸 a=67.5mm 下箱體壁厚 =0.025a+3≥8 則=8 上箱蓋壁厚 =0.03a+3≥8 則=8 地角螺釘數(shù)目n 由于a≤250mm n=4 地角螺釘直徑 df=0.036a+12 取df=M8 齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離 2==8mm 3.2.3．減速齒輪 n45與n45嚙合 計(jì)算公式為： =1.6d =0.5(D2+D1) L=(1.2~1.5)d 一般取l=b C=0.2b 但是不小于10 R=0.5l N=0.5mn mn為模數(shù) 。=（2.5~4）mn 但是不小于8mm 圖3-1 齒輪結(jié)構(gòu)圖 因此輸入軸齒輪d=18mm =1.6d=28.8mm =67.5-3-7.5=57mm =0.5(57+28.8)=42.9mm =3.75mm da=67.5mm d。=0.25（57-28.8）=7.05mm =1.2d=21.6mm c=0.221.6=4.32mm r=0.5=2.16mm n=0.51.5=0.75 為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因D1=28.8〉d=18的原因會(huì)導(dǎo)致齒輪的剛度下降，采用圖3-2形狀，以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖B結(jié)構(gòu)。 圖3-2 齒輪結(jié)構(gòu)圖 則由上列數(shù)據(jù)可知 =21.6mm da=67.5mm d=18mm ha=mn=1.5mm hf=1.2mn=1.8mm 輸出軸用圖3-2結(jié)構(gòu) 則由公式得 d=25mm =1.6d=40mm =0.5(57+40)=48.5mm =2.5 1.5=3.75mm da=67.5mm d。=0.25(57-40)=4.25mm =1.225=30mm c=0.2b30=10mm r=0.5c=5mm n=0.51.5=0.75mm 齒輪精度按：GB10095-88 6級(jí)精度 ，其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效率和低噪音，傳動(dòng)效率為99%。 減速器簡(jiǎn)圖 圖3-3 減速器簡(jiǎn)圖 3.3軸承的選擇 3.3.1．選型 深溝球軸承GB276-82 圖3-4 深溝球軸承 （1）減速器輸入端的軸承選擇： d=18mm，則其型號(hào)為： 表3.2 深溝球軸承1000803尺寸與性能 深溝球軸承型號(hào) d D B 額定動(dòng)負(fù)荷C 額定靜負(fù)荷C。 極限轉(zhuǎn)速（脂潤(rùn)滑） 1000803 18 26 5 1700N 1050N 19000r/min （2）減速器輸出端的軸承選擇： d=25mm則其型號(hào)為： 表3.3 深溝球軸承1000805尺寸與性能 深溝球軸承型號(hào) d D B 額定動(dòng)負(fù)荷C 額定靜負(fù)荷C。 極限轉(zhuǎn)速（脂潤(rùn)滑） 1000805 25 37 7 2900N 2000N 15000r/min 3.3.2校核 由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過(guò)60度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷Fa很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小。軸承合乎要求。 3.4軸承蓋的設(shè)計(jì) 3.4.1悶蓋 計(jì)算公式： 圖3-5 悶蓋 =D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán)) （3-13） =+(2.5~3)d3 =(0.85~0.9)D d。=d3+（1~2） D≤100mm時(shí)n=4 D>100mm時(shí)n=6 m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 =26+2.52.5=32.25 =32.25+32.5=39.25=0.9D=0.926=23.4 m=3 （2）D=37d3=2.5mm 取M4的螺釘 =37+6.25=43.25mm =43.25+7.5=50.75mm =0.937=33.3mm m=3mm 3.4.2 通蓋 圖3-6 通蓋 =D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán)) =D。+(2.5~3)d3 =(0.85~0.9)D d。=d3+（1~2） D≤100mm時(shí)n=4 D>100mm時(shí)n=6 m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 =39.75 =23.4 d=18 m=3 （2）D=37通蓋尺寸 d3取M4螺釘 =43.25 =50.75 =33.3 d=25 m=3 3.5絲杠軸承的選型與校核 3.5.1滾珠絲杠用軸承的選型 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 球徑Dw=6.35mm 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/min 3.5.2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(wàn)轉(zhuǎn)（10r）時(shí)軸承所能承受的恒定載荷取為基本額定動(dòng)載荷C。也就是說(shuō)，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3.4 軸承滾動(dòng)當(dāng)量動(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/Fr≤e Fa/Fr>e Fa/Fr≤e Fa/Fr>e X Y X Y X Y X Y 角 接 觸 球 軸 承 α= 15° 0.015 0.38 1 0 0.44 1.47 1 1.65 0.72 2.39 0.029 0.4 1.40 1.57 2.28 0.058 0.43 1.30 1.46 2.11 0.087 0.46 1.23 1.38 2 0.12 0.47 1.19 1.34 1.93 0.17 0.50 1.12 1.26 1.82 0.29 0.55 1.02 1.14 1.66 0.44 0.56 1.00 1.12 1.63 0.58 0.56 1.00 1.12 1.63 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/Fr≤e或 Fa/Fr>e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/Fr≤e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反映軸向載荷的相對(duì)大小，它通過(guò)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) 沖擊載荷系數(shù)fd由表3.3選取 表3.5 沖擊載荷系數(shù)表 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) 1.0~1.2 中等沖擊 車輛，機(jī)床，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī) 1.2~1.8 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) 1.8~3.0 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。 3.6主軸脈沖發(fā)生器的安裝 將脈沖發(fā)生器與原車床掛輪組首根外伸軸采用同步齒形帶聯(lián)接，這能最大限度的利用原車床附件。這同樣需要制造一對(duì)相同齒數(shù)的齒輪及脈沖發(fā)生器固定裝置，且需要對(duì)掛輪組首根外伸軸改造。本設(shè)計(jì)采用此方案。 （1）安裝前準(zhǔn)備工作 圖3.7 CA6140掛輪組示意圖 1-掛輪軸a 2-掛輪a 3—掛輪架 4-掛輪軸b 5-掛輪b 6-主軸箱 ①把掛輪a 、掛輪b、掛輪軸b 、掛輪架拆除； ②在掛輪軸a上銑一個(gè)鍵槽，用于聯(lián)接齒輪，并車一段外螺紋； ③做一個(gè)支架，用于固定脈沖發(fā)生器 ④準(zhǔn)備一對(duì)相同齒數(shù)的齒輪以及同步齒形帶 （2）安裝 ①把支架固定在進(jìn)給箱外表面，2個(gè)L型支架用螺栓連接； ②把脈沖發(fā)生器固定在支架上； ③安裝齒輪及同步帶。齒輪和軸，采用過(guò)盈配合。 ④主軸傳動(dòng)可經(jīng)過(guò)原有CA6140車床主軸箱中58/58和33/33兩級(jí)齒輪(實(shí)現(xiàn)1∶1)傳遞到原有CA6140車床的掛輪軸a。 ⑤安裝總圖如 圖3.8脈沖編碼安裝示意圖 1-掛輪軸 2-同步齒形帶 3-脈沖發(fā)生編碼器 4-支架 （2）主軸脈沖發(fā)生器安裝注意事項(xiàng) 主軸脈沖發(fā)生器屬于光學(xué)元件，安裝時(shí)應(yīng)小心輕放； 不能有較大的沖擊和振動(dòng)，以防損壞玻璃光柵盤(pán)，造成報(bào)廢； 更應(yīng)注意主軸脈沖發(fā)生器的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速，車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于此轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖發(fā)生器。 第五章 電機(jī)的選擇 4.1主軸電機(jī)的選擇 機(jī)床主傳動(dòng)的作用是把電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過(guò)一定途徑傳給主軸，使工件以不同的速度運(yùn)動(dòng)，主傳動(dòng)性能的好壞，直接影響零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。考慮到改造的經(jīng)濟(jì)性，可采用機(jī)床原有的普通三相異步交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。考慮到加工過(guò)程中當(dāng)電網(wǎng)電壓和切削力矩發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之波動(dòng)，直接影響加工零件的表面粗糙度。因此為提高加工精度，實(shí)現(xiàn)主軸自動(dòng)無(wú)級(jí)變速，改用主軸伺服電機(jī)，從而不需進(jìn)行機(jī)械換檔。 采用機(jī)床原有的普通三相異步交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，在機(jī)床轉(zhuǎn)速需要改變時(shí)，需要停機(jī)手動(dòng)調(diào)轉(zhuǎn)速，若采用主軸伺服系統(tǒng)，則不需要停車手動(dòng)變速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速自動(dòng)化，節(jié)省操作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。 這里選用ZJY208-7.5B型主軸伺服電機(jī)，采用全封閉式無(wú)外殼風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，外形美觀、結(jié)構(gòu)緊湊。采用優(yōu)化的電磁設(shè)計(jì)，電磁噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)、效率高。采用進(jìn)口高精度軸承和轉(zhuǎn)子高精度動(dòng)平衡工藝,確保電機(jī)運(yùn)行在最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠,振動(dòng)小、噪聲低，采用變頻電機(jī)專用耐電暈漆包線，F(xiàn)級(jí)絕緣等級(jí)，IP54防護(hù)等級(jí)，確保電動(dòng)機(jī)在-15～40℃環(huán)境溫度及粉塵油霧環(huán)境下可靠使用。采用高速、高精度光電編碼器，與高性能驅(qū)動(dòng)器配合可作高精度速度和位置控制。過(guò)載能力強(qiáng)，可30分鐘150%額定功率下可靠運(yùn)行。耐沖擊，壽命長(zhǎng)，性能價(jià)格比高。 這里選用DAP03-075型交流異步主軸伺服驅(qū)動(dòng)單元來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。DAP03交流異主軸伺服驅(qū)動(dòng)單元采用高性能 DSP和CPLD 等集成芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字式控制，可靠高，智能功率 IPM 模塊驅(qū)動(dòng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，采用異步電機(jī)矢量控制算法，有效調(diào)速范圍寬，從1.5r/min-6000r/min,其中恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍為1.5r/min-1500r/min,轉(zhuǎn)速波動(dòng)小。只需外部觸點(diǎn)信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)主軸定位，380V電源直接輸入，不需要電源變壓器，安裝方便、成本低。由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)輸出0-10V信號(hào)來(lái)控制伺服驅(qū)動(dòng)單元，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。 4.2縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇 4.2.1 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(lái)確定，CA6140的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖 ~ 0.005mm/脈沖。本設(shè)計(jì)采用的數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖。 4.2.2步距角的選擇 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θb ，三種不同脈沖分配方式對(duì)應(yīng)有兩種步距角。步距角θb 及減速比 i與脈沖當(dāng)量δp 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θb及i, 并滿足： θb ≤(δpi360)/L0 （4-1） 由上式可知： θb ≤δpi360/L0 =3600.011/10 =0.36° 初選電機(jī)型號(hào)為:90BYG5502具體參數(shù)如表4.1所示 表4.1 90BYG5502具體參數(shù) 縱向電機(jī) 步距角 相數(shù) 驅(qū)動(dòng)電壓 電流 90BYG5502 0.36 5 50V 3A 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 5N.m 2200 ≥30000 40 kg.cm 4.5kg 圖4-1 電機(jī)簡(jiǎn)圖 4.2.3矩頻特性： =J=J10(N.cm) （4-2） 由于： nmax=(r/min) （4-3） 則： Mka=J(N.cm) 式中：J為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm）;ε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）; δp為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；θb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=(kg.cm),對(duì)于鋼材，材料密度為7.810(kg.cm),則上式轉(zhuǎn)化為J=0.78DL10(kg.cm),式中：Mc為圓柱體質(zhì)量（kg）;D為圓柱體直徑（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: Js=0.78DL10 （4-4） =0.78(6.3)17010 =208.9( kg.cm) (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=（）M( kg.cm),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 （4-5） =90 =2.28( kg.cm) 1）一對(duì)齒輪傳動(dòng) 小齒輪裝置在電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不用折算，為J1.大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2折算到電機(jī)軸上為 =J2() （4-6） 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()() （4-7） 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： n=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mm S=27mm 則:J45=0.786.7510=4.371 kg.cm n=40,m=1.5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J40,其分度圓直徑d=401.5=60mm S=27mm 則:J40=0.78610=2.73kg.cm 兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為: J輸入=0.781.81310=0.106 kg.cm ; L=130mm J輸出=0.782.51310=0.396 kg.cm ; L=130mm 查表得： JD=4 kg.cm 綜上可知： J=JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45=252.302 kg.cm （4-8） 又由于 V =1.461600 =2236mm/min 則：Mka=252.30210=41.1N.cm (3)力矩的折算： 1）Mkf空載摩擦力矩 Mkf= （4-9） 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；η為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取η=0.7~0.85；L。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。 由于G=9010=900N, f=0.05, i=1, η=0.85 則Mkf = =8.4N.cm 2）M。附加摩擦力矩 M。=(1-η。) （4-10