【正文】 即將首件通過中間傳動件將末端件聯(lián)系起來，對于 CA6140 型臥式車床主運動傳動鏈來說，即從主電動機經(jīng)Φ 130mm 帶輪帶動Φ 230mm 帶輪，從而帶動Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1， M1向左結合，左邊的 z5 z56 雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動，通過兩對傳動副「 5638 ，5143 」傳動Ⅱ軸實現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。 M1 向右結合，由 z50 與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動， z50 通過Ⅶ軸z34 傳動Ⅱ軸上的 z30 實現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。 M1處于中間，則Ⅰ軸空轉(zhuǎn)，即不傳動左邊的 z51和 z56，也不傳動右邊的 z50，Ⅱ軸的運動通過Ⅱ —— Ⅲ軸之前 的三對傳動副「 3950 ，2258 ， 3050 」傳動Ⅲ軸，Ⅲ軸有兩條路線可傳動主軸，即通過Ⅵ 軸上的 M2 ， M2 向左滑移至 z63 與 z50 嚙合，使得Ⅲ軸通過﹝ 2080 ， 5050 ﹞ 直接傳 動主軸Ⅵ軸，實現(xiàn)主軸高速轉(zhuǎn)動，即為 450～ 1400r/min。若 M2 向右結合，Ⅲ軸通過﹙ 2080 ， 5150 ﹚傳動Ⅳ軸，圖 3 CA6140 車床主運動傳動系統(tǒng)圖 安徽機電職業(yè)技術學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 8 Ⅳ軸通過﹝ 2080， 5150﹞傳動Ⅴ軸， Ⅴ軸通過 2658 傳動Ⅵ軸（主軸） ，其傳動路線表達式為 二．車螺紋進給傳 動系統(tǒng) CA6140 型臥式車床的螺紋進給傳動系統(tǒng)可車削米制，模數(shù)制，英制和徑節(jié)制 4種標準螺紋，另外還可以加工大導程螺紋，非標準螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。 車制螺紋時，刀架通過車螺紋傳動鏈得到運動，兩端件 —— 主軸，刀架之間必須保持嚴格的運動關系，即主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具移動一個被加工螺紋的導程 L。車螺紋傳動鏈運動平衡式為： 1 UL??絲主 軸 =L 式中 U為主軸至絲杠間全部傳動機構的總傳動比； L絲為機床絲杠的導程， CA6140 型車床的絲杠導程 L 絲 =12mm； L為 工件螺紋的導程（ mm）。 三、縱向、橫向進給機構 車削內(nèi)、外圓柱表面時，可使用機動的縱向進給車削端面時，可使用機動的橫向進給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動鏈的精度，機動進給傳動鏈不用絲杠及開合螺母傳動。機動進給是由光杠 XIX 經(jīng)溜板箱傳動。從主軸 VI 至進給箱軸 XVII 上滑移齒輪 Z28 處于左位，使 5M 脫開，從而切斷進給箱與絲杠的聯(lián)系。運動由齒輪副 2856 及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠 XIX，再由光杠通過溜板箱中的傳 動機構，分別傳至齒輪齒條機構或橫向進給絲杠 XXVII，使刀架做縱向或橫向機動進給。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器 8M 及 9M 分別用于縱、橫向機動進給運動的接通、斷開及控制進給方向。CA6140 型臥式車床可以通過 4種不同的傳動路線來實現(xiàn)機動進給運動，從而獲得縱向和橫向進給量各 64 種。以同樣傳動路線傳動時，橫向進給量為縱向進給量的一半。 、橫向機動進給的傳動路線表達式為 (32 種 ) 5 8 3 3 6 3 1 0 0 2 5 2 5 3 6 2 8 3 6 3 2 4 4 0 2 8 2 . 5 1 25 8 3 3 1 0 0 7 5 3 6 3 6 2 5 5 6 3 2 5 6 2 9 4 8 8 0f I i i m m?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?縱 基 倍主 軸 ? 基 倍 (64 種 ) 5 8 3 3 6 3 1 0 0 2 5 2 5 3 6 2 8 3 6 3 2 4 4 0 4 8 5 9 55 8 3 3 1 0 0 7 5 3 6 3 6 2 5 5 6 3 2 5 6 2 9 4 8 4 8 1 8f I i i m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?縱 基 倍主 軸 ? 基 倍 橫向機動進給量為縱向機動進給量的一半。 四、 刀架的快速移動 在 CA6140 車床上加工零件時，為了縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實現(xiàn)安徽機電職業(yè)技術學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 9 機動縱向、橫向快速移動。按下快速移動按鈕（點動控制），快速電機（ ， 2800rpm）經(jīng)齒輪副 13/29 使軸 XX 高速轉(zhuǎn)動，再經(jīng)蝸 桿副 4/29 及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機構，使刀架實現(xiàn)縱向或橫向的快速移動，快速移動的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器 M8及 M9控制。 第三 章 總體改造方案及進給系統(tǒng)的設計 第一節(jié) 總體改造方案 一、 改造的內(nèi)容 普通車床的數(shù)控化改造主要有 4 個內(nèi)容：（ 1）車床的主軸的正、反向轉(zhuǎn)數(shù)控制和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速。（ 2）車床縱橫兩個方向的走刀量控制。由計算機控制的電動機直接帶動傳動絲杠來實現(xiàn)。（ 3）自動換刀的控制。是通過計算機控制的電動機來達到轉(zhuǎn)角的目的。（ 4）在加工螺紋時，應保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)、刀架移動一個被加工螺紋的螺距或?qū)?程。 二、改造的基本原則 確定具體改造方案的基本原則是：在滿足使用要求的前提下對機床的改動盡可能少，以降低成本、增強抗干擾性。 三、改造的總體方案 采用 SINUMERIK802D 數(shù)控系統(tǒng)，由 I/O 接口輸出步進脈沖，步進電機經(jīng)減速齒輪減速后帶動絲杠轉(zhuǎn)動，利用滾珠絲杠螺母副從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。使用四方刀架進行自動換刀。此外，為了保證車床加工螺紋的功能和防止意外事故的發(fā)生，增加光電編碼器和電路中設置了保護電路。 四、進給系統(tǒng)改造的要求 具有較高的定位精度、有良好的動態(tài)響應特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號的響應要 好、穩(wěn)定性要好，為了確保數(shù)控機床進給的傳動精度和工作穩(wěn)定性。要求進給系統(tǒng)達到無間隙、低慣量、高剛度和高諧頻率以及適應的阻尼等。 第二節(jié) 縱向進給系統(tǒng)的設計 縱向進給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設計、步進電機的確定等。 操作步驟為：拆除原 CA6140 車床的傳動機構（進給箱、溜板箱、傳動絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進電機減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進給機構整體 剛性優(yōu)于從前，所以采用一級齒輪減速裝置。 已知條件 ，如表 2： 安徽機電職業(yè)技術學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 10 表 2 已知條件 最大工件直徑 /mm 最大工件長度 /mm 溜板及刀架重量 /mm 刀架快移速度 m/min 最大進給速度 m/min 定位精度 mm 主電動機功率 /kw 起動加速時間 /ms 滾珠絲杠導程 /mm 床身上 床鞍上 750/1000 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 400 210 800 600 177。 30 6 5 選擇脈沖當量 根據(jù)機床精度要求選擇脈沖當量，縱向： ，橫向為縱向的一半，即 。 一、切削力的計算 車床的主電動機最大切削功率 P切 =P主 η K 式中 P主 —— 主電動機功率， CA6140 車床 P主 = η —— 主傳動系統(tǒng)效率，一般為 ～ ，取η = K—— 進給系統(tǒng)功 率總效率 取 K= ∴ P切 = = 又 ∵ 切削力 P切 = 31060cFv? 式中 FC —— 主切削力（ N） V—— 最大切削速度（ m/min） 。按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min 在外圓車削中： Fy =（ ～ ） Fz =2808 = FX =（ ～ ） Fz =2808 =1404N 二、滾珠絲杠副的設計及選型 滾珠絲杠副的工作原理及特點 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結構原理如圖 4 所示。為防止?jié)L珠在工作 過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道 4 上裝有擋滾珠器 2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?5 將滾珠 3 引回，構成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。 安徽機電職業(yè)技術學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 11 （ 1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點： ①傳動效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η =～ ，是普通滑動絲杠的 34 倍（η =～ ）。 ②摩擦力小 因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。 ③可預緊 經(jīng)預緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高， 且傳動平穩(wěn)。 ④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。 ⑤使用壽命長 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達 6060HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。 因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （ 2）、 滾珠絲杠副的缺點是： ①制造工藝復雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形 表面，工藝復雜。 ②不能實現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。 滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結構并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時，應注意調(diào)整絲杠間隙，可用 百分表測出具體的間隙所在。 珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負載必小于滾珠絲杠的額定動負載Cm(N)即必須滿足 CCm。 滾珠絲杠的承載能力的計算 選擇縱向進給為綜合導軌，計算絲杠的最大軸向進給切削里 Fm 又因為 Fm=KFf+f’ (Fc+w) 圖 4 滾珠絲杠副 1壓塊 2擋珠器 3滾珠 4螺紋滾道 5回路管道 6螺母 7絲杠 安徽機電職業(yè)技術學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 12 式中 Ff、 Fp、 Fc—— 切削分力（ N） K—— 顛覆里矩影響取 K= F’ —— 導軌上的摩擦因數(shù)取 f’ = W—— 移動部件的重量（ N） 代入式中： Fm=kFf+f’ (fc+w) = + (2808+800) = （ 1） 、壽命 L 最大切削里 F 的進給速度 Vs 可取最高進給速度的 1/2—— 1/5（取為1/2），縱向最大進給速度為 ,絲杠導程 Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=01000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 0 . 5 5 0 / m in6sV mm rL m m???? 絲杠使用壽命時間一般為 15000h，則絲杠的計算壽命 L 為 L= 6666 0 6 0 5 0 / m in 4 5 (1 0 )1 0 1 0n T r r??? （ 2） 、載荷 Cm 當量動載荷 Cm選用滾珠絲杠直徑 do時，必須保證絲杠工作時，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點濁現(xiàn)象。這個 軸向負載的最大值 Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當量動載荷 Cm 3 Mwm aLF fC f? 式中： wf —— 運轉(zhuǎn)系數(shù) af —— 精度系數(shù) ∴ 3 Mwm aLF fC f?= 3 4 5 1 .5 2 2 5 1 4 .80 .9?? = 根據(jù) CCm 的原則，查 《機械設計手冊》化學出版社出版，第三章第 3卷，（ P1221）選取滾軸絲桿的 型號為： 左，坐標直徑為 40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈 。滾珠直徑為 ，導程為 6mm，摩擦級選用 5級，螺紋升角 r=arctag（ L0 /? d0 ） =arctg（ 6mm/? 40） == 0244? . （ 3） 、傳動功率 ? 滾軸絲桿副的傳動功率為： ? =tgr/tg（ r+? ） = 002 442 44 10ggtt ???? = 式中： r—— 絲杠的螺紋升角 ? —— 摩擦角。滾動絲桿副的滾動摩擦因數(shù) f=，摩擦角約等于 10′所以 ? =10′ （ 4） 、穩(wěn)定性驗算 安徽機電職業(yè)技術學院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設計 13 臨界壓縮載荷，對于受壓的細長的滾軸絲桿，應驗算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax 時是否會產(chǎn)生縱向彎曲。 21m ax 2 1w