【正文】 ”實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達國家的差距 ,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重 [1]。 完全用數(shù)控機床替換根本不可能，而且被替代下的機床閑置起來又會造成浪費；在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需；要較好地解決上述問題，應(yīng)走普通機床數(shù)控改造之路。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用，應(yīng)此數(shù)控化改造使原有的機械結(jié)構(gòu)更為簡單； ⑤熟悉了解設(shè)備、便于操作維修，降低了操作者的技術(shù)要求，更易提高管理水平； ⑥可充分利用現(xiàn)有的條件。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 3 頁 共 41 頁 發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。 2. 加工精度高； 3. 生產(chǎn)效率高； 4. 減輕勞動強度，改善勞動條件； 5. 良好的經(jīng)濟效益； 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。 我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。利用微型計算機改造現(xiàn)有的普通車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手動控制的刀架轉(zhuǎn)位， 進給改造成由計算機控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進給的自動加工機床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。由于要求 CA6140 車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。 （ 3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 ： 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。為便于安裝滾珠絲杠副 ，絲杠采用分體式 ， 用套筒聯(lián)軸器實剛性聯(lián)接 ； (2) 橫向驅(qū)動電機及齒輪減速器安裝在床鞍的后部 (相對操作者 ) ， 縱向驅(qū)動電機陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁 共 41 頁 及齒輪減速 裝置安裝在機床的右端 ， 靠 近尾座的位置 ； (3) 要實現(xiàn)自動換刀 ， 需拆除原手動刀架 ， 在小拖板上安裝數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架 ； (4) 為了使改造后的車床能夠加工螺紋 ， 需要加裝主軸脈沖編碼器 ， 以實現(xiàn)對主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測 ， 編碼器安裝在掛輪箱內(nèi) ； (5) 為使加工過程中不超程 ， 縱橫向要安裝行程限位開關(guān) ； (6) 為實現(xiàn)回參考點的動作 ， 必須在縱橫向安裝接近開關(guān) ； (7) 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩 ， 以防臟物、油污和切屑等進入 ， 機床整體也要加裝防護罩 ， 以防止加工過程中的切屑飛濺傷人 ； (8) 考慮到改造的成本 ， 盡可能采用可靠性高的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。最終決定采用西門子經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng) SINUMERIK 802S base line。 橫向進給系統(tǒng)改造 橫向滾珠絲杠也采用一端固定 ， 一端浮動 ， 三點支承的形式 ， 也通過雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙 ， 如圖 5 所示。左端則將原車床的懸空結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu) ， 用一個聯(lián)軸套 4 和一根連接短軸 6 把滾珠絲杠 7 與減速器輸出軸 3 連接起來 ， 并通過一對圓螺母 5 實現(xiàn)對整個絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊 ， 以提高其軸向剛度。 n=01000L Vs? = 5 ?? =30 L=61060 Tn??=610 150003060 ??=27 C=3L fw Fm = ??? N 選擇滾珠絲杠螺母副： 根據(jù)《機械設(shè)計師手冊》（機械工業(yè)出版社出版發(fā)行 ） 第一版 上冊 ， CDM 循環(huán)管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型滾珠絲杠副的額定動載荷為 8541N可滿足要求 ， 選定精度為 3 級 傳動效率計算 ： 陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 8 頁 共 41 頁 ? ? ? ?39。334??? ?摩擦角， 39。 校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和 軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。所以設(shè)計中采用兩端固定的支承方式 [9]。 （ 2） 臨界轉(zhuǎn)速 222 2 22 m a x30 9910cr ccf f dEIn k nL A L??? ? ? () 式中 A—— 絲杠最小橫截面： 2 6 4 22 3 1 . 5 1 0 7 . 8 1 044A d m?? ??? ? ? ? ? ? cL —— 臨界轉(zhuǎn)速計算長度： 1 1 2 5 0 0 3 5 01 8 0 4 0 3 5 1 . 5 0 . 422cLm?? ? ? ? ? ? 取 1 L m?? ， 2k —— 安全系數(shù)，一般取 2 ? ； ? —— 材料的密度： 10 /kg m? ?? ； 2f —— 絲杠支承方式系數(shù)，查表得 2 ? ， 陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 共 41 頁 2 m a x20 . 0 3 1 59 9 1 0 4 . 7 3 0 4 3 6 5 0 / m in 1 5 0 0 / m in0 . 4crn r n r? ? ? ? ? ? 滿足要求。 3) 螺母座的剛度可近似估算為 1000。 1 1 1 1 14 1 0 8 0 7 1 6 . 7 1 0 0 0 4 5 4 5 . 2eK ? ? ? ??? 324 /eK N m??? 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率 ： 陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 共 41 頁 /eB K rad sm? ? () 式中 m—— 絲杠末端的運動部件與工件的質(zhì)量和 (N/μ m)； Ke—— 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 (N/μ m)。 m2)； JS—— 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 (kg178。 最大與最小機械傳動剛度： 25m a x 0 . 0 3 1 5 2 . 1 1 0 1 6 3 5 . 7 /4 0 . 1s AEK N mL ? ?? ? ?? ? ?? 25m i n 0 . 0 3 0 5 2 . 1 1 0 1 0 2 . 5 /4 0 . 3s AEK N mL ? ?? ? ?? ? ?? 最大和最小機械傳動剛度： m a x m i n 11 2 4 0 . 6 5 /1 / 1 / 1 / 1 / 5 4 5 . 2 1 / 7 1 6 . 7 1 / 1 0 8 0o s C BK N mK K K ?? ? ?? ? ? ? m a x m a x 11 3 4 1 /1 / 1 / 1 / 1 / 1 6 3 5 . 7 1 / 7 1 6 . 7 1 / 1 0 8 0o s C BK N mK K K ?? ? ?? ? ? ? 由于機械傳動裝置引起的定位誤差為 0 0 m in 0 m a x11()k FmKK???? () 111 4 5 6 . 6 ( ) 1 . 7 82 4 0 . 6 5 3 4 1k m? ? ? ? 對于 3 級滾珠絲杠，其任意 300mm 導(dǎo)程公差為 12m?? ，機床定位精度0. 02 4 / 30 0mm mm，所以， 24 1 / 5 m??? ? ?，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（ 1/3 1/5）機床定位精度的要求。 24314131 cmkgLdJ ?????????? ?? 24324232 cmkgLdJ ?????????? ?? 24334333 cmkgLdJ ?????????? ?? ； NG 600? 代入上式 ： ???????? ????????????????????2022211 2 ?LgGJJZZJJJ SM ? ?22240cmkg ?????????? ???????????????????? 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題 ， 2 7 2 ???JJ M 基本滿足慣量匹配的要求 。00 ?????? cmN ????????20? 從上面計算可以看出 ， Mq 、 KM 和 QM 三種工況下 ， 以快速空載啟動力矩最大 ， 所以 ， 以此項作為初選步進電機的依據(jù) 。 縱向步進電機 1 通過一對減速齒輪 2 把動力傳遞給縱向滾珠絲杠 3 ,再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺 4 做往復(fù)移動。加工最大長度 :1 000 mm。主電動機功率 :715 kW。根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量 ,縱向 : ?；?z1 = 20 , z2 = 25 滾珠絲杠的計算及選擇 （ 1） 滾珠絲杠導(dǎo)程的確定 在本設(shè)計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為 1i? ，設(shè)電機的最高工作轉(zhuǎn)速為m ax 150 0 / m innr? ，則由公式 ()可得絲杠導(dǎo)程為： 3m a xm a x1 5 1 0 101500h vP n ?? ? ? （ 2） 確定絲杠 的等效轉(zhuǎn)速： 由公式 () ，最大進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： 3m a xm a x 1 5 1 0 1 5 0 0 / m in10hvnrP ?? ? ? 最小進給速度時絲杠的轉(zhuǎn)速： m inm in 1 0 .1 / m in10hvnrP? ? ? 由公式 () ，絲杠等效轉(zhuǎn)速為： 陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 19 頁 共 41 頁 m a x 1 m i n 212 1 0 0 0 / m inmn t n tnrtt???? i. 估計工作臺質(zhì)量及工作臺承重： 橫向工作臺質(zhì)量： 1 2021GN? 床鞍及其他： 392 60 0 30 0 10 0 7. 85 10 9. 81 10 13 86?? ? ? ? ? ? ? ? 總質(zhì)量： 12 200 0 138 6 338 6G G G N? ? ? ? ? ii. 確定絲杠的等效負載： 取滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為 ，則絲杠所受的力為（如圖 所示）： m a x22()2221200 [ 3386 ( 4800 1920) ]2X Y ZF F f G F F? ? ? ?? ? ? ? ? = () m in 338 6 fG N? ? ? ? 其等效負載可按公式 ()估算： 133 3m a x 1 1 m in 2 21 1 2 2 F n t F n tFNn t n t?????????? iii. 確定絲杠所受的最大動載荷： 由公式 ()得： 66 0 6 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 9 0 0 1 0hmTn ? ? ? ? ? n?cr 13660 hma m w TnC F f N? ???????? 圖 受力分析 查表選定絲杠為外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型，型號： 。 陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 20 頁 共 41 頁 校核 （ 1） 臨界壓縮負荷 軸向固定的長絲杠在承受壓縮負荷時，應(yīng)驗算其壓桿穩(wěn)定性。螺母座剛度 100 0 /HK N m?? 。 由公式 () ，最大與最小機械傳動剛度： 25m a x 0 .0 2 0 1 2 .1 1 0 6 6 6 /4 0 .1s AEK N mL ? ?? ? ?? ? ?? 25m i n 0 . 0 2 0 1 2 . 1 1 0 1 0 2 . 5 /4 0 . 6 5s AEK N mL ? ?? ? ?? ? ?? 陜西理工學院畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 22 頁 共 41 頁 最大和最小機械傳動剛度： m a x m i n 11 7 7 . 7 /1 / 1 / 1 / 1 / 1 0 2 . 5 1 / 5 5 6 . 2 5 1 / 7 6 0o s C BK N mK K K ?? ? ?? ? ? ? m a x m a x 11 2 1 6 . 6 8 /1 / 1 / 1 / 1 / 6 6 6 1 / 5 5 6 . 2 5 1 / 7 6 0o s C BK N mK K K ?? ? ?? ? ? ? 由于機械傳動裝置引起的定位誤差據(jù)公式 () 0 0 m i n 0 m a x1 1 1 1( ) 8 4 . 6 5 ( ) 0 . 77 7 . 7 2 1 6 . 6 8k FmKK??? ? ? ? ? ? 對于 3 級滾珠絲杠，其任意 300mm 導(dǎo)程公差為 12m?? ，機床定位精度0. 0