【正文】 lculation of muted to the motor shaft load moment of inertia 27 A single rotary part of the moment of inertia calculation 27 The moment of inertia of moving parts, converted to motor shaft 27 Increase the total load on the motor rotation inertia calculation 28 Calculate the load torque converted to motor shaft 28 Converted to a motor shaft of the cutting load torque calculation 28 Converted motor shaft friction load torque calculation 29 Generated by the ball screw preload and calculation of load torque converted to motor shaft 29 Converted to motor shaft load moment of calculation 30 Calculation of converted to electric on the shaft of the accelerating torque 30 Select the model of the drive motor 31 Select the model of the drive motor 31 Determine the maximum static torque 32 Checking the inertia match 32Chapter 5 Mechanical system dynamic analysis 34 Calculation of the lowest natural frequency of the screw Longitudinal vibration system 34 Calculation of the lowest natural frequency of torsional vibration system 34 Calculate the mechanical transmission of the reverse dead zone 35 The mechanical transmission system by the integrated pressive and tensile stiffness changes caused by positioning error 35 The calculation of ball screw error to reverse the deformation 36 The calculation of the amount of deformation of the Torque caused by the ball screw pair 36Conclusion 37Thanks 38References 3940 / 48第1章 緒論 選題的意義我國(guó)近幾年數(shù)控機(jī)床雖然發(fā)展較快，但與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要表現(xiàn)在：可靠性差，外觀質(zhì)量差，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，應(yīng)變能力差[1]。因此，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的主要先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床都是進(jìn)口的，即使自己做的車(chē)床中的精密部件如精密絲杠都是靠進(jìn)口的，價(jià)格昂貴，沒(méi)法靠自己的技術(shù)來(lái)制造。對(duì)現(xiàn)有老機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造費(fèi)用低廉，符合我國(guó)的國(guó)情，并可普遍提高我國(guó)數(shù)控人員的制造水平[2]。 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史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[3]。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了五代的發(fā)展。第一代數(shù)控： 1952—1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置(NC)。 第二代數(shù)控：從1959年開(kāi)始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。 第四代數(shù)控： 從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)(CNC)。第五代數(shù)控：從1974年開(kāi)始采用微型電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)(MNC)[4]。 國(guó)內(nèi)數(shù)控狀況分析目前我國(guó)數(shù)控金切機(jī)床市場(chǎng)上高、中、低檔機(jī)床消費(fèi)比重，在消費(fèi)量上約為5:50:45，在消費(fèi)額上約為15:70:15[5]?！　?guó)內(nèi)對(duì)高中檔機(jī)床的需求無(wú)論在消費(fèi)量還是消費(fèi)金額方面都已超過(guò)了低檔機(jī)床。相應(yīng)地，國(guó)產(chǎn)機(jī)床產(chǎn)品調(diào)整步伐仍不夠快速和及時(shí)，國(guó)產(chǎn)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率僅為27%[6]，且產(chǎn)品構(gòu)成大多以低檔為主，如數(shù)控車(chē)床中70%是由單板機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，電加工機(jī)床中80%以上是經(jīng)濟(jì)型的，這兩類(lèi)床占了我國(guó)床產(chǎn)量的一半以上?！　≥S聯(lián)動(dòng)床、數(shù)控超重型機(jī)床等高檔機(jī)床以及加工中心雖也有生產(chǎn)，但數(shù)量不足千臺(tái)，且制造成本較高[35]。 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過(guò)了半個(gè)世紀(jì)歷程。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的數(shù)控系統(tǒng)功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，與此同時(shí)加工技術(shù)以及一些其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步提出了新的要求。1. 數(shù)控系統(tǒng)向開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展；2. 數(shù)控系統(tǒng)向軟數(shù)控方向發(fā)展；3. 數(shù)控系統(tǒng)控制性能向智能化方向發(fā)展；4. 數(shù)控系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展；5. 數(shù)控系統(tǒng)向高可靠性方向發(fā)展；6. 數(shù)控系統(tǒng)向復(fù)合化方向發(fā)展； 7. 數(shù)控系統(tǒng)向多軸聯(lián)動(dòng)化方向發(fā)展。 最近，國(guó)外主要的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商在6軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究上已經(jīng)取得和很大進(jìn)展，在6軸聯(lián)動(dòng)加工中心上可以使用非旋轉(zhuǎn)刀具加工任意形狀的三維曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一時(shí)尚難實(shí)用化[7]。 普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的必要性我國(guó)現(xiàn)有機(jī)床320多萬(wàn)臺(tái)[8]，這些機(jī)床技術(shù)狀況老化嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)30%左右設(shè)備在16年以上，其中近30%的役齡超過(guò)26年[9]，這些都說(shuō)明目前我國(guó)還沒(méi)有走上主要依靠科技進(jìn)步對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造的軌道。另外，隨著科技的進(jìn)步，生產(chǎn)依賴于設(shè)備的程度日益增大，企業(yè)的產(chǎn)量、質(zhì)量、效率、成本、安全及環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)情緒都受設(shè)備的制約，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的現(xiàn)代化己勢(shì)在必行。但據(jù)資料介紹，我國(guó)的金屬切削機(jī)床年產(chǎn)量?jī)H占同類(lèi)設(shè)備擁有量的1/28，如將每年生產(chǎn)的全部機(jī)床用來(lái)更換舊機(jī)床需要28年所以，我國(guó)目前解決設(shè)備技術(shù)進(jìn)步的主要途徑是機(jī)床改造[410]。第２章 總體方案的設(shè)計(jì)1. 車(chē)身上最大加工直徑320mm。2. 撤掉進(jìn)給箱、溜板箱，改用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱、橫向進(jìn)給[8]。 總體方案的擬定本篇設(shè)計(jì)研究的對(duì)象為CM6132車(chē)床，適用于車(chē)削精密零件，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。該車(chē)床具有分離運(yùn)動(dòng)，加工精度高等特點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)控改造更有實(shí)際意義[911]。普通車(chē)床在進(jìn)行數(shù)控化改造時(shí)，應(yīng)盡量達(dá)到具有高的靜動(dòng)態(tài)剛度、運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小、傳動(dòng)無(wú)間隙、功率大、便于操作和維修等要求。不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通車(chē)床聯(lián)接在一起就達(dá)到了數(shù)控車(chē)床的要求，應(yīng)該對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求，才能獲得預(yù)期的改造目的。數(shù)控改造對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求：1. 采用低摩擦的傳動(dòng)副[12]；2. 最佳的降速比，為了達(dá)到數(shù)控機(jī)床所要求的速度，使刀架的運(yùn)動(dòng)盡可能的加速，以跟蹤數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令；3. 縮短傳動(dòng)鏈以及用預(yù)緊的辦法提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；4. 消除傳動(dòng)間隙，以減小返向行程誤差；5. 滿足低振動(dòng)和高可靠性方面的要求。為此應(yīng)選擇間隙小，傳動(dòng)精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，效率高以及傳遞扭矩大的傳動(dòng)元件。機(jī)械系統(tǒng)改造方案主要涉及提高移動(dòng)部件的靈活性，減少和消除傳動(dòng)間隙，特別是減少反向間隙，其改造工作量大。通常的改造部位有導(dǎo)軌副、傳動(dòng)元件及聯(lián)軸器等。為滿足盡可能減少改動(dòng)量的要求，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)接口箱驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)刀具縱向和橫向移動(dòng)，用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)代替普通的滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，具有摩擦力小，運(yùn)動(dòng)靈敏，無(wú)爬行現(xiàn)象的特點(diǎn)，也可以進(jìn)行預(yù)緊，以實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，以使傳動(dòng)剛度好，反向時(shí)無(wú)空程死區(qū)[13]。在使用滾珠絲杠副時(shí)應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副具有可逆?zhèn)鲃?dòng)特性，沒(méi)有自鎖能力，在高速大慣量系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置制動(dòng)機(jī)構(gòu)。應(yīng)用滾珠絲杠替換原車(chē)床的普通絲杠進(jìn)行改造時(shí)的注意事項(xiàng)如下： [14]。保證橫向、縱向脈沖當(dāng)量之比恒定為1：2，以方便編程。 ，由于傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)中增加了一級(jí)齒輪，故走刀方向與原系統(tǒng)設(shè)定的方向相反，調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的接線使其方向變反，即可恢復(fù)系統(tǒng)約定的運(yùn)行方向。,其結(jié)構(gòu)可采用調(diào)隙式齒輪[15]。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)及其和絲杠的連接部分在主軸箱之下，并不占據(jù)絲杠空間，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給的整體剛度優(yōu)于以前；橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：由于原橫向進(jìn)給的絲杠空間有限，所以拆除橫向絲杠換上滾珠絲杠。由于現(xiàn)在的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，步距角也比原來(lái)小了很多，所以步進(jìn)電機(jī)和絲杠之間用聯(lián)軸器連接，1:1傳動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠之間傳遞的扭矩較大時(shí)，由于伺服電動(dòng)機(jī)優(yōu)越的力矩特性，可以采用電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直接連接的方法，這不僅可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減少噪音，而且對(duì)減少傳動(dòng)鏈的間隙、提高傳動(dòng)剛度也有打的好處。1—電機(jī)軸；12—螺釘；3—法蘭；4—外錐環(huán)；5—左本體；13—螺栓；116—墊片；9—右本體；10—法蘭；11—絲杠。圖2