【正文】 控系統(tǒng)發(fā)信控制。 換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 為了提高加工精度，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車(chē)床原有的手動(dòng)刀架換成自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 LD4BCK6140型四工位立式電動(dòng)刀架。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù) 控系統(tǒng)完成 螺紋編碼器的安裝方案 螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車(chē)床加工螺紋時(shí)，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車(chē)床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它與車(chē)床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng) 本例中，改造后的車(chē)床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是 24 mm， Z 向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是 mm/脈沖，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于 24 mm /（ mm/脈沖） =1200 脈沖?？紤]到編碼器的輸出有相位差為 90186。 的 A、 B 相信號(hào)，可用 A、 B 異或后獲得 1200 個(gè)脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器的線數(shù) 可降到600 線（ A、 B 信號(hào)）。另外，為了重復(fù)車(chē)削同一螺旋槽時(shí)不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個(gè)的零位脈沖 Z。 基于上述要求，本例選擇螺紋編碼器的型號(hào)為： ZLF1200Z05V015CT。電源電壓 +5V，每轉(zhuǎn)輸出 1200 個(gè) A/B 脈沖與 1 個(gè) Z 脈沖，信號(hào)為電壓輸出，軸頭直徑 15 mm，生產(chǎn)廠家為長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。 螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭 箱的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過(guò)一對(duì)傳動(dòng)比為 1： 1 的同步齒 5 形帶與主軸聯(lián)接起來(lái)。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無(wú)間隙柔性聯(lián)接，且車(chē)床主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速。 進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案 （ 1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。 （ 2）拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與同步帶減速箱總成。 （ 3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座與螺母座托架。 （ 4）拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜板上方安裝四工位立式電動(dòng)刀架 （ 5）拆除橫溜板下的滑動(dòng)絲桿螺母副，將滑動(dòng)絲桿靠刻度盤(pán)一段（長(zhǎng) 216 mm，見(jiàn)書(shū)后圖 62）鋸斷保留，拆掉刻度盤(pán)上的手柄，保留刻度盤(pán)附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。 （ 6）將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。 （ 7）拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。 改造后的橫向、縱向進(jìn)給系統(tǒng)分別見(jiàn) 圖紙 。 4. 進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算 和選型 縱、橫向進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型主要包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、設(shè)計(jì)減速箱、選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。以下詳細(xì)介紹縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)與縱向類(lèi)似，在此從略。 脈沖當(dāng)量的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求， X 方向（橫向）的脈沖當(dāng)量為 x? = mm/脈沖， Z方向（縱向）為 z? = 脈 沖。 切削力的計(jì)算 切削力的分析和計(jì)算詳見(jiàn)相關(guān)教材。以下是縱向車(chē)削力的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程 設(shè)工件材料為 灰鑄鐵 ， b? ＝ 650 Mpa；選用刀具材料為 硬質(zhì)合金 YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角 rk ＝ 60176。 ，前角 0? ＝ 12176。 ；切削用量為：背吃刀量 pa ＝ 3mm， 6 進(jìn)給量 f =，切削速度 cv ＝ 100m/min。 查 參考文獻(xiàn) 1表 31，得： FCC ＝ 1120， FCx ＝ ， FCy ＝ ， FCn ＝ 0。 查 參考文獻(xiàn) 1查表 33，得：主偏角 rk 的修正系 krFCk ＝ ；前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為 。 由經(jīng)驗(yàn)公式（ 32），算得主切削力 cF ＝ 1023N。由經(jīng)驗(yàn)公式 cF : fF : pF ＝ 1：： ，算得縱向進(jìn)給切削力 fF ＝ 358 N，背向力 pF =。 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型（縱向） （ 1）工作載荷 mF 的計(jì)算 已知移動(dòng)部件總重量 G=1300 N；車(chē)削力 cF =1023 N， pF =358N， fF =。如圖 320 所示，根據(jù) zF = cF ， yF = pF ， xF = fF 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得 ： zF =1023 N， yF =358 N， xF =。 選用矩形－三角形組合滑動(dòng)導(dǎo)軌，查表 329，取 K= ， ? = ， 代入 mF ＝ )( GFKF zx ??? , 得工作載荷 mF ≈ N。 （ 2）最大動(dòng)載荷 QF 的計(jì)算 設(shè)本車(chē)床 Z向在承受最大切削力條件下最快的進(jìn)給速度 V= m/min，初選絲杠基本 導(dǎo)程 hP = 6 mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n = 1000V/ hP ≈ 133 （ r/min）。 取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000 h，代入 0L = 60 n T / 610 ，得絲杠壽 命系數(shù) 0L = （單位為： 610 r）。 查 參考文獻(xiàn) 1表，取載荷系數(shù) wf =，再取硬度系數(shù) Hf =1，代入式（ 3—23），求得最大動(dòng)載荷 NfffLF mHwaQ 50743 ?? 。 （ 3） 初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表 331，選擇啟東潤(rùn)澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的 GD40063 型滾珠絲杠副。其公稱直徑為 40 mm，基本導(dǎo)程為 6 mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為 3 179。 2 = 6 圈，精度等級(jí)取 4 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 15960 N，滿足要求。 7 （ 4）傳動(dòng)效率 的計(jì)算 將公稱直徑 0d =40 mm，基本導(dǎo)程 6?hP mm，代入λ = arctan[ hP / ( π0d ) ]，得絲杠螺旋升角λ = 442? ′。將摩擦角 ? =10′，代入 ? = tanλ / tan(λ+ ? )，得傳動(dòng)效率 ? = %。 （ 5） 剛度的驗(yàn)算 1） Z 向滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡(jiǎn)支的方式，見(jiàn)書(shū)后圖63。固定端采取一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為 a=1497 mm；鋼的彈性模量 E＝ ? Mpa；查表 333，得滾珠直徑 wD =，算得 :絲杠底徑 2d =公稱直徑 0d －滾珠直徑WD =，則絲杠截 2dS ?? /4 =（ 2mm ） 同時(shí)算得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉壓變形量δ 1 = Fm a/(ES)≈。 2）根據(jù)公式 Z＝ ( WDd /0? )－ 3，求得單圈滾珠數(shù)目 Z= 29；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為 3179。 2 = 6，則滾珠總數(shù)量 ?Z ＝ 29179。 6 =174。滾珠絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力 YJF = mF /3≈ 。則求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2?≈ 。 因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取 2? = 。 3）將以上算出的 1? 和 2? 代入 21 ??? ??總 ,求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度 1497 mm） 總? == m。 由表 327 知， 4 級(jí)精度滾珠絲杠任意 300 mm 軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許 16μ m，而對(duì)于跨度為 1497 mm 的滾珠絲杠，總的變形量 總? 只有 m，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。 （ 6）壓桿穩(wěn)定性校核 計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 kF ，查表 331，取支承系數(shù) kF = 2；由絲杠底徑 2d = , 得截面慣性矩 64/42dI ?? ≈ 4mm ；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 3（絲杠臥式水平安裝 )；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離。取 8 最大值 1497 mm，得臨界載荷 kF ≈ N，遠(yuǎn)大于工作載荷 mF （ ） 故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用 要求。 同步帶減速箱的設(shè)計(jì)（縱向） 為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能地減小，傳動(dòng)鏈中常采用減速傳動(dòng)。本例中， Z向減速箱選用同步帶傳動(dòng)，同步帶與帶輪的計(jì)算和選型參見(jiàn)第三章第三節(jié)相關(guān)內(nèi)容。 設(shè)計(jì)同步帶減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有：帶傳遞的功率 P；主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n和傳動(dòng)比i；傳動(dòng)系統(tǒng)的位置和工作條件等。 根據(jù)改造經(jīng)驗(yàn)， C6140 車(chē)床 Z 向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩通常在 1525 N178。 m之間選擇。今初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 110BYG3502，五相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為 16 N178。 m，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為 。該電動(dòng)機(jī)的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 45。 （ 1）傳動(dòng)比 i 的確定 已知電動(dòng)機(jī)的步距角α = ，脈沖當(dāng)量 z? = mm/脈沖，滾珠絲杠導(dǎo)程 hP = 6 mm。算得傳動(dòng)比 i = 。 （ 2）主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 1n 由 Z 向拖板的最快移動(dòng)速度 maxzv =6000mm/min，可以算出主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速 1n =（ maxzv / z? ）179。α / 360 =1200（ r/min）。 （ 3）確定帶的設(shè)計(jì)功率 dP 預(yù)選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速為 1200 r/min 時(shí)，對(duì)應(yīng)的步進(jìn)脈沖頻率為： maxf = 1200179。 360 / ( 60179。α ) = 10000（ Hz）。 從圖 64查得，當(dāng)脈沖頻率為 10000 Hz時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為 N178。 m，對(duì)應(yīng)的輸出功率為 OUTP = n179。 T / = 1200179。 / ≈ 478（ W）。同步帶傳遞的負(fù)載功率應(yīng)該小于 W，今取 P = kW，從表 318 中取工作情況系數(shù) AK = ，則求得帶的設(shè)計(jì)功率 dP = AK =179。 kW= 。 （ 4）選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率 bP = kW 和主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速1n =1200 r/min，從圖 314中選擇同步帶，型號(hào)為 XL 型，節(jié)距 bP = mm。 （ 5） 確定小帶輪齒數(shù) 1Z 和小帶輪節(jié)圓直徑 1d 取 1Z =15，則小帶輪節(jié)圓直徑1d = ?1ZPb =。當(dāng) 1n 達(dá)最高轉(zhuǎn)速 1200r/min 時(shí)，同步帶的速度為 9 v= 100060 11?nd? =（ m/s），沒(méi)有超過(guò) XL 型帶的極限速度 35 m/s。 （ 6）確定大帶輪齒數(shù) 2Z 和大帶輪節(jié)圓直徑 2d 大帶輪齒數(shù) 2Z =i 1Z =18,節(jié)圓直徑 2d =。 （ 7）初選中心距 0a 、帶的節(jié)線長(zhǎng)度 OPL 、帶的齒數(shù) ZbZ 初選中心距 0a =（ 1d + 2d ） = mm ，圓整后取 0a =110mm. 則帶的節(jié)線長(zhǎng)度為mma ddddaL OP )()(22 0 12210 ?????? ? 。選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)度pL =381mm，相應(yīng)齒數(shù) 40?bZ 。 （ 8） 計(jì)算實(shí)際中心距 a 實(shí)際中心距 mmLLaa OPP 8 3 1 120 ????。 （ 9） 校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) mZ mZ = 7)](22[122 1 ??? ZZaZPen t b??，嚙合齒數(shù)比 6大，滿足要求。此處 ent 取整。 （ 10）計(jì)算基準(zhǔn)額定功率 0P 1000 )( 20 vmvTP a ?? 式中 aT —— 帶寬為 0ab 的許用工作拉力，由表 321查得 aT =； m—— 帶寬為 0ab 的單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，由表 3