【正文】 factor, movement parameters and dynamic parameters, se lection of the ball screw and the transformation of the machine tool with low cost, high machining precision, and has considerable economic benefit. Key Words： CM6132 NC transformation。CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 I CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 摘 要 分析了數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備在裝備制造業(yè)的地位，對(duì) CM6132 精密車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)的進(jìn)給進(jìn)行數(shù)控化改造，進(jìn)行了數(shù)控化改造的總體方案設(shè)計(jì)。 ball screws。 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 ] 。 第二代數(shù)控：從 1959 年開(kāi)始采用晶體管電路的 NC 系統(tǒng)。 CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 2 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 ]。 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。 CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 3 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。 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 ]。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。通常的改造部位有導(dǎo)軌副、傳動(dòng)元件及聯(lián)軸器等。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)。 這種聯(lián)軸器的工作原理是：聯(lián)軸節(jié)的左半部裝在電機(jī)軸上，當(dāng)擰緊螺釘 2 時(shí)，件 3 和件 5 相互靠近，擠壓內(nèi)錐環(huán) 17 和 外錐環(huán) 4，使外錐環(huán)內(nèi)徑縮小，內(nèi)錐環(huán)外徑脹大，使件 5 與電機(jī)軸 1 形成無(wú)鍵聯(lián)接。同樣，彈性鋼片組 15 的另外兩個(gè)對(duì)角孔通過(guò)球面墊圈 1 16 和 螺栓 13 與右半部聯(lián)接，墊圈 16 與件 5 沒(méi)有任何聯(lián)接關(guān)系。在傳動(dòng)系統(tǒng)擬定好以后，驗(yàn)算各主要傳動(dòng)件的最大圓周速度應(yīng)不超過(guò)允許值 [1 8 ]。 切 削 深 度 及 進(jìn) 給 量 取 半 精 車(chē) 中 碳 鋼，故 t =1mm, s =, v =190m/s, 由公式 (24)和公式 (25)得 CP = 6120VFz? = 6120 ??? = CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 9 P = ?cp = = kW 取 P = kW 計(jì)算轉(zhuǎn)速 有文獻(xiàn) [18,1013]可知 jn =minmaxmin ????????nnn = ?????? = 93 CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 10 第 3 章 進(jìn)給系統(tǒng)的計(jì)算 橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算主切削力 以 知 機(jī) 床 主 電 動(dòng) 機(jī) 的 額 定 功 率 P = ， 最 大 工 件 直 徑D =320mm，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 n =93 r/min。 以知主切削力的垂向切削分力 VF = zF = N，橫向切削分力CF = xF =,移 動(dòng)部 件 的 全 部 重 量 (包 括 機(jī) 床 夾 具和 工 件 的 重量 ) m = ㎏ (所受重力 W =600N )，查表 31 鑲條緊固力 gf =800N，取導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù) ? =，則 ? ?CVgμ FFfWF ???? ? = (600＋ 800＋ ＋ ) = CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 12 表 31 鑲條緊固力推薦值 （ 單位： N） 導(dǎo)軌形式 主電動(dòng)機(jī)功率 /kW 11 15 貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌 500 800 1500 20xx 2500 3000 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 25 40 75 100 125 150 在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力的計(jì)算 1. 坐標(biāo)軸導(dǎo)軌水平 時(shí)，有 μ0F = ? ?gfW?? N (33) 2. 坐標(biāo)軸導(dǎo)軌垂直時(shí)，有 μ0F = ?????? ? g21 fW? N (34) 坐標(biāo)軸導(dǎo)軌水平時(shí)，計(jì)算在不切削狀態(tài)下坐標(biāo)軸導(dǎo)軌摩擦力 μ0F和 0F ，由式 (33)得 μ0F = ? ?gfW?? =(600＋ 800)=210N 0F = ? ?g0 fW?? =(600＋ 800)=280N 計(jì)算滾珠絲杠螺母副的軸向負(fù)載力 最大軸向負(fù)載力的計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的最大軸向負(fù)載力 amaxF 發(fā)生在機(jī)床電動(dòng)機(jī)滿功率運(yùn)行的切削狀態(tài)時(shí)。） ； 0L — — 滾珠絲杠的基本導(dǎo)程 (mm)； P? — — 機(jī)床執(zhí)行部件的脈沖當(dāng)量 (mm)。 CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 15 表 32 精度系數(shù) af 精度等級(jí) 3 5 7 10 af 1 表 33 可靠性系數(shù) cf 可靠性 /(%) 90 95 96 97 98 99 cf 1 表 33 載荷性質(zhì)系數(shù) wf 載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊（很平穩(wěn)） 輕微沖擊 伴有沖擊或振動(dòng) wf 1~ ~ ~2 已知數(shù)控機(jī)床的預(yù)期工作時(shí)間 hL = 15 000 h，滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 mF = amaxF = N，查表 34 質(zhì)系數(shù) wf 得，載荷性質(zhì)系數(shù) wf =；查表 32 精度系數(shù) 數(shù) af ， 有文獻(xiàn) [21617]查表 2622 精度選擇 初步選擇滾珠絲杠的精度等級(jí)為 3 級(jí)精度，取精度系數(shù) af =1；查表 33系數(shù) cf 得，可靠系數(shù) cf =1。 CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 17 按精度確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 估算滾珠絲杠螺母副螺紋的底徑 2md ，滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑估算是根據(jù)滾珠絲杠螺母副的支撐方式進(jìn)行的。 表 35 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差 pe 和允許的行程變動(dòng)量 upV （單位： μm） 有效行程/mm 精度等級(jí) 1 2 3 4 5 pe upV pe upV pe upV pe upV pe upV ? 315 6 6 8 8 12 12 16 16 23 23 315~400 7 6 9 8 12 12 18 17 25 25 400~500 8 7 10 10 13 13 20 19 27 26 500~630 9 7 11 11 14 14 22 21 30 29 630~800 10 8 13 12 16 16 25 23 35 31 800~1000 11 9 15 13 17 17 29 15 40 33 1000~125 13 10 18 14 19 19 34 29 46 39 CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 19 確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào) 滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號(hào)為 FF ZL25063P3/585400，其具體參數(shù)如下 0d =25 mm ， 0L =6 mm aC =11500N amC = N ad 2d = 2md = mm 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與 橫 向類(lèi)似，故計(jì)算過(guò)程省略。對(duì)呀數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速是指快速移動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速。 滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度 2L =337 mm，其彈 性模量E =105 MPa ， 密 度 ? = ???g N/mm3 ， 重 力 加 速 度 g = 103mm/s2。 常 用 滾 珠 絲 杠 型 號(hào) 及 參 數(shù) 得 滾 珠 與 滾 道 的 接 觸 剛 度 K =636N/μm，滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷 aC =11300 N，已知滾珠絲杠上所承受的最大軸向載荷 amaxF =，則由式 (321)得 cK =31a ????????CFK = 31 ?????? ??= 計(jì)算進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度 進(jìn)給系統(tǒng)的最大綜合拉壓剛度 maxK 和最小綜合拉壓剛度 minK max1K =Cbsm a x111 KKK ?? N/μm (322) min1K =Cbsm in111 KKK ?? N/μm (323) 由式 公式 (322)得進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度的最大值為 max1K =Cbsm a x111 KKK ?? = 0 2 0 01 ?? =故 maxK =185N/μm 由式 公式 (323)得。 滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗(yàn) 滾珠絲杠螺母副的疲勞壽命 L 和時(shí)間壽 命 hL 公式 L = 63waa 10????????? ? fF C r (315) hL = nL60 h (316) 式中 aC —— 額定動(dòng)載荷 (N)； CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 22 aF —— 軸向載荷 (N)； n —— 滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)速 (r/min)； wf —— 運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù)，無(wú)沖擊平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取 ～ ；一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取 ～ ；有沖擊振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取 ～。為了安全起見(jiàn)，一般滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)低于臨界轉(zhuǎn)速。 已知滾珠絲杠螺母副的螺紋底徑 2d = mm，由設(shè)計(jì)圖可知滾CM6132 型精密車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控改造 20 珠絲杠螺母副的最大受壓長(zhǎng)度 1L =313 mm，絲杠水平安裝時(shí)，取1K =1/3， 查表 36 得 2K =2，則由公式 (313)得 CF = 214221 LdKK 105 = 524 ??? =156 N 本車(chē) 床橫 向進(jìn) 給 系統(tǒng) 滾珠 絲杠 螺母 副 的最 大軸 向壓 縮 載荷 為amaxF = N，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷 CF 的值，故滿足要求。 2. 兩端支承或兩端固定時(shí)，有 2md ? ELFmax01010 ??? = ELFmax ? mm (312) 式中 L — — 滾珠絲杠螺母至絲杠固定端支承的最大距離 （ mm） ， L =行程 +安全 行程 +余程 2 +螺母 長(zhǎng)度 +支 承長(zhǎng)度 ≈（ ～） 行程 +（ 25～ 30） 0L 。所以，在初選滾珠絲杠時(shí)，從定位精度的角度考慮，規(guī)定滾珠絲杠螺母副額的最大軸向變形 max? 必須滿足下式 max? =（ 1/5～ 1/4） 定位進(jìn)度 μm 根據(jù)上式分別計(jì)算 max? ，取兩者中較小值為 估算滾珠絲杠螺母副允許的軸向變形量 max? （ mm）。 滾珠 絲杠 的基 本導(dǎo) 程 0L =6 mm，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的脈沖當(dāng)量 P? = mm/脈沖，則 進(jìn)給傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比 i得 i =P0360?aL = ?? = 5 按最小慣量條件，從圖滾珠絲杠螺母副的圈數(shù)和列數(shù)和圖滾珠絲杠螺母副的尺寸系列 查得該減速器應(yīng)采用 2 級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比可以分別取 1i =2， 2i =。 則最大軸向負(fù)載力 amaxF 為