【正文】 支承面至中心的距離 26mm 刀杠截面 BH 2525mm 尾座 頂尖套莫氏錐度 5 橫向最大移動(dòng)量 177。 其中 關(guān)鍵 部分 是 橫向 進(jìn)給 機(jī)構(gòu)改造 的設(shè)計(jì)計(jì)算 、步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算和控制電路的設(shè)計(jì) 。 ⑵ 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對(duì)軸 和 減速齒輪 重新設(shè)計(jì) 并且進(jìn)行了有關(guān)的計(jì)算 ， 保證與 步進(jìn)電機(jī) 的步進(jìn)角相配， 從而對(duì)箱體進(jìn)行改造。 ⑸ 驅(qū)動(dòng)元件 的選擇， 根據(jù) 改造的經(jīng)濟(jì)性 要求選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算， 這樣改造后的機(jī)床能基本滿足加工要求 和改造的經(jīng)濟(jì)性 。 Parsons 公司將研制此控制系統(tǒng)的任務(wù)，交給了美國(guó)麻省理工學(xué)院（ MIT）。 [10] 在 1959 年 3 月，由美國(guó)卡耐 它可縮短機(jī) 床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。 [21] 1974 年以后，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器直接用于數(shù)控機(jī)床，使數(shù)控的 軟件功能加強(qiáng)，發(fā)展成計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床（簡(jiǎn)稱為 CNC 機(jī)床），進(jìn)一步推動(dòng)了數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用和大力發(fā)展。 CA6140 普通車床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 2 在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視 ， 從 1958 年開始研制數(shù)控機(jī)床，到 70 年代末生產(chǎn)了 4108 臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其中 86%是數(shù)控線切割機(jī)床。我國(guó)利用稀土永磁材料的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國(guó)特色的新一代 電主軸產(chǎn)品。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％，柔性制造系統(tǒng)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）。 但是，數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資大，不易被中小型企業(yè)所接受；各企業(yè)又都擁有大量的普通機(jī)床，用數(shù)控機(jī)床替換下來的舊機(jī)床又會(huì)造成浪費(fèi)，而將普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造可以說是一條經(jīng)濟(jì)實(shí)用之路。在美國(guó)、日本、德國(guó)等老牌工業(yè)強(qiáng)國(guó)中，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)。 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)。一般 大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的 1／ 3。 ⒊ 提高生產(chǎn)效率。 [23] ⒋ 企業(yè)的 需求 。在原有機(jī)床基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，和新的數(shù)控機(jī)床相比較。 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。既要功能相匹配，又要盡量減少過剩的數(shù)控功能。該系統(tǒng)位移精度較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強(qiáng)、對(duì)環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。 ⑵ 機(jī)械部分改造 機(jī)床數(shù)控改造后應(yīng)達(dá)到較高的靜動(dòng)態(tài)剛度，為此要求運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小、傳動(dòng)無間隙、功率大，并且便于操作和維修等?；瑒?dòng)絲杠價(jià)格低，但難以滿足精度要 求較高的零件加工；滾珠絲杠摩擦損失小，傳動(dòng)效率可在 90％ 以上，傳動(dòng)靈敏、精度高、壽命長(zhǎng)，且可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩，可滿足較高精度零件的加工要求。 [23] 本次設(shè)計(jì)選用的是 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) ： 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng) ，步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá) 177。如對(duì)機(jī)床精度要求不高時(shí)，可以通過預(yù)緊螺母的方法消除傳動(dòng)間隙。橫向步進(jìn)電機(jī)固定在床鞍上。不但控制弱電，而且對(duì)主軸變速、刀架轉(zhuǎn)位、主軸啟停與換向及其他一些輔助性動(dòng)作也能通過指令控制。 ⒋ 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)?了使用新工藝、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 ；同時(shí)還要保證經(jīng)濟(jì)性 。 2) 大幅度降低資源消耗和能源消耗。以并聯(lián)結(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)就是開發(fā)綠色數(shù)控機(jī)床的一條途徑，因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī) 床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機(jī)床大幅度減少，特別是 減少 了大型結(jié)構(gòu)件的鑄造，這將顯著降低機(jī)床制造過程中的能源消耗和對(duì)環(huán)境的污染。我國(guó)擁有普通機(jī)床數(shù)百萬臺(tái)，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 ⒉ 車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn) 電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 ⒌ 橫向 和縱向 進(jìn)給 各 是 一 套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。加工螺紋時(shí)為了保證步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給與主軸的旋轉(zhuǎn)相配合，切削出固定螺距、固定起點(diǎn)、多頭螺紋等量分度的螺紋，通常在主軸尾部安裝增量式光電編碼器。臥式車床自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見的型式是四轉(zhuǎn)位刀架，拆除小拖板后將刀架調(diào)整好高度安裝在中拖板上， 由數(shù)控系統(tǒng)直接控制，效率高，工藝性能可靠。 刀杠支承面至中心的距離 26mm 刀杠截面 B H 2525mm 尾座 頂尖 套莫氏錐度 5 橫向最大移動(dòng)量 177。 注：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)算公式和手冊(cè)主要參考： ⒈ 郝忠軍、雷曉玲主編，綜合作業(yè)指導(dǎo)書，北京：機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院出版社， 1995； ⒉ 吳宗澤、羅圣國(guó)主編 ， 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) ， 北京 :高等教育出版社 ， 1998； ⒊ 李洪主編，實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 1999； ⒋ 李金伴、馬偉民主編，實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動(dòng)而沒有位置檢測(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。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?，在齒輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無側(cè)隙嚙合。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。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個(gè)位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)及減速箱。 ⒉ 橫 溜 板箱部分：將原橫溜板的絲杠 螺母拆 除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱 安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。在CA6140 的技術(shù)參數(shù)中， 橫向脈沖當(dāng)量 fp 為 （ 直 徑） 。與滑動(dòng)絲杠副或液壓缸傳動(dòng)相比，有以下主要特點(diǎn)： 1) 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。正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率幾乎可高達(dá) 98%。 5) 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程中溫升較小，無爬行。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 到 6 倍。 GFFfKFF cvlm ???? （ 31） 式中 ： K 是考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)； f ′是 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) ； Fl 是 拖板上的 進(jìn)給方向載荷 ； Fv 拖板上的垂直方向載荷 ； G 是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量 。f = 三角形或綜合導(dǎo)軌 K = 39。f =~；靜壓導(dǎo)軌 39。L vn s1000? （ 36） 式中： L 為 回轉(zhuǎn)壽命，以 610 轉(zhuǎn)為 1 單位； n 為 絲杠轉(zhuǎn)速， ? ?min/r ； CA6140 普通車床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 14 sv 為 最大切削里條件下的進(jìn)給速度 ? ?min/m ； hL 為 時(shí)間壽命， ??h ，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 hL =20210h ； mf 為 運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài) 系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 ~。 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 ） 。 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為 CTD25085P3， 為外循環(huán)雙螺母凸出式的滾珠絲杠副 ，詳見表 31 表 31 外循環(huán)雙螺母凸出式規(guī)格尺寸 /mm 規(guī)格型號(hào) 公稱直徑d0 基本導(dǎo)程Lo 絲杠外徑 d 滾珠 直徑 db 螺旋 升角 β 循環(huán)圈數(shù) 額定載荷 /N 接觸 剛度 R/(N/μm) 動(dòng)載 Ca 靜載 Cao 25085 25 8 24 5186。39。 縱向進(jìn)給滾珠絲杠支撐方式如圖 32 所示，最大牽引力為 ，支 撐間距 L=450mm， 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。? = ?41 1? = mm CA6140 普通車床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 16 ⑵ 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? (mm) 采用有預(yù)緊的方式， 因此用公式 ：? ?3 22 0 0 1 ??? ZFd Fyjb m? （ 39） =3 217031 2 0 9 . 1 2 0 9 . ??? = 在這里：預(yù)緊力 Fyj=1/3Fm=1/3? = 一圈的滾珠數(shù) Z=π do/db=? 25/=17 滾珠數(shù)量 ZΣ=17? ? 4=170 ⑶ 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 3? (mm) 采用 8204 型推力球軸承， d1=20mm，滾動(dòng)體直徑 dQ=，滾動(dòng)體數(shù)量z=12， Fm的單位是 kgf 因此用公式 ：3 223 zdFQm???? （ 310） = ? ?322 ?? = 絲杠的總變形量 ： δ=δ1+δ2+δ3=++=（ 定位精度 ） 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)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)?？梢杂?jì)算行動(dòng)比 i obpLi ? ?360? （ 313） 式中 ： δp 為脈沖當(dāng)量（ mm/步）； Lo 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（ mm）； θ b 為步進(jìn)電機(jī)的步距角（176。 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。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。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。 當(dāng)量動(dòng)載荷 P 的計(jì)算公式是： P=XFr+YFa （ 314） 式中 ： P 為當(dāng)量動(dòng)載荷， N； Fr 為軸承所受徑向載荷， N； Fa 為軸承所受軸向載荷， N； X 為徑向動(dòng)載荷系數(shù)； Y 為軸向動(dòng)載荷系數(shù)。 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)。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? =90176。 選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則： ⒈ 步距角 α 步距角應(yīng)滿足 ： imin??? （ 41） 式中 ： i 為 傳動(dòng)比 ； α min 為 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角 。cm2）為： 34 ??? LDJ （ 43） 式中 ： D 為圓柱體直徑（ cm）； L 為圓柱體長(zhǎng)度或 厚度（ cm）。 ⒌ 起 動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 起 動(dòng)頻率隨 著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低， 不能保證在快速空載起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)不失步， 因此， 還要用起動(dòng) 力 矩頻率特性和運(yùn)行頻率特性兩條重要的性能曲線來檢查所選的電機(jī)的型號(hào)是否滿足要求。cm2） Js 為滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kgcm2 3433 ??? LdJ = 4 2 103= cm2 電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工作情況下，所的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算： ⒈ 快速空載起動(dòng)力矩 Mqd（ Ncm2）； ε為電機(jī)最大角加速度（ rad/s2）； ta為運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)咋加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間（ s）； nmax 為電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ r/min）。 Mo 為附加摩擦力矩： iLFM opoo ??2? （ 412） 式中 ： Fpo 為滾珠絲杠預(yù)緊負(fù)荷，一般取 1/3Fm，（ N）； ηo 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率 ，一般取 ηo≥ 。cm iLFM opoo ??2? ?? ?? ?= N ⒋ 代入數(shù)據(jù)計(jì)算： ??? 360m axm ax bpvn ??= ? =1000r/mi