【正文】 為主軸位置信號的反饋元件。 主傳動(dòng)系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)形式 在檢查原有主軸軸承完好、運(yùn)轉(zhuǎn)正常的前提下，保留原有主軸支撐方式。 , 齒寬b=20mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動(dòng)效率η = 3齒輪幾何尺寸計(jì)算 : d1=z1m=60mm, d2=z2m=280mm, da1=(z1+2)m=64mm, da2=(z2+2)m=284mm, df1=()m=55mm, df2=()m=275mm, a=(z1+z2)m/2=170mm 3齒輪校核 : 1) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 9 5 5 0 * * *1 9 1 . 2750PT N m???? 式中 P—— 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 η —— 齒輪傳動(dòng) 效率 取 2) 動(dòng)載荷系數(shù) AVK K K K K??? ? ? ? 式中 KA—— 使用系數(shù)取 1 Kv—— 動(dòng)載荷系數(shù)取 KB—— 齒向載荷系數(shù)取 Ka—— 齒向載荷分配系數(shù) 由1211[ 1 . 8 8 3 . 2 ( ) ] c o s 1 . 7 5 8ZZ??? ? ?? ? ? ? ? 查表并插值得 Kα = 則 K=1***= 3) 許用彎曲應(yīng)力 F F lim[ ]= /N X FY Y S?? 式中： Flim? —— 彎曲疲勞極限； Flim1? =460N/mm2 Flim2? =390N/mm2 NY —— 彎曲壽命系數(shù) 1NY? 2 1NY ? YX—— 尺寸系數(shù)取 1 SF—— 安 全系數(shù)取 則 2F 1 F l im 1[ ] = / 35 3. 85 /N X FY Y S N m m?? ? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 15 2F 2 F l im 2[ ] = / 30 0 /N X FY Y S N m m?? ? 4) 齒要彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 由式 F 1 F a Sa 1 F= 2 K T Y Y Y /bd m [ ]???? 式中 FaY —— 齒形系數(shù) Fa1Y = Fa2Y = SaY —— 應(yīng) 力修正系數(shù) Sa1Y = Sa2Y = Y? —— 重合度系數(shù) Y 5 5 / 77???? ? ? 則F 1 1 F a S a 1 F2 * 1 . 5 6 * 9 1 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 4 * 1 . 6 5 3 * 0 . 6 7 7 = 3 1 9 . 8 2 [ ]2 0 * 6 0 * 2??? ? F 2 1 F a S a 2 F2 * 1 . 5 6 * 9 1 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 2 5 * 1 . 7 5 * 0 . 6 7 7 = 6 8 . 9 3 [ ]2 0 * 2 8 0 * 2? ? 故齒根彎曲強(qiáng)度足夠，滿足要求。 三副齒輪只校核低速重載齒輪副即可。 我們先設(shè)定主軸的最高轉(zhuǎn)速為 4000r/min,最低轉(zhuǎn)速為了 30r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速為 150r/min，最大切削功率為 ，交流主軸電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1500r/min,最高轉(zhuǎn)速為 4500r/min. 主軸要求的恒功率變速范圍 Rnp=4000/150= 電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍 Rdp=4500/1500=3 主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率變速范圍，故必須配以分級變速箱。交 – 交變頻器該變頻器沒有中間環(huán)節(jié)，直接將電網(wǎng)的交流電變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電。交 – 直 – 交變頻器分電壓型和電流型。因此 ，必須在降低頻率的同時(shí)，降低電壓，以保持不變。第二類是 不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速，常用的有調(diào)壓調(diào)速和電磁調(diào)速。 交流主軸電機(jī)的調(diào)速 交流主軸電動(dòng)機(jī)屬于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) ,當(dāng)定子三相繞組通上交流電時(shí) ,將建立起旋轉(zhuǎn)磁場 ,其主磁通Φ m的空間轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速 ,其值為 n0 = 60f1/p (r/min) 式中 f1定 子供電電源頻率（ HZ） p— 旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù) n為 n= n0（ 1s） =60f1（ 1s） /p 式中 s— 轉(zhuǎn)差數(shù) ,s= n0n / n0 由上式可知，調(diào)速方法可分為兩類。功率特性見下圖： 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 12 主軸電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)輸出全部功率 和最大轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)速的變化，功率和轉(zhuǎn)矩將發(fā)生變化。 我們選用交流主軸電動(dòng)機(jī)配以齒輪變速箱實(shí)現(xiàn)分級無級調(diào)速。 5) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 1) 主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停、變速、換向和和制動(dòng)。一般 Rn100,以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。 主傳動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，相比普通車 床的主傳動(dòng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比較簡單，因?yàn)樽兯俟δ苡芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級 調(diào)速來承擔(dān)，省去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速的變速范圍 。 (8)數(shù)控系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器各 8KB。 (4)快速定位速度 :X 軸為 lm/min, Z 軸為 3m/min。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 8 第二章 經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控改造總體方案的確定 設(shè)計(jì)任務(wù) (1)采用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)語言，絕對 /增量方式混合編程。 5．良好的經(jīng)濟(jì)效益 在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，可以節(jié)省工藝裝備費(fèi)用、輔助生產(chǎn)工時(shí)、生產(chǎn)管理費(fèi)用及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 2．對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng) 在數(shù)控機(jī)床上改變加工零件時(shí)，只需重新編制（更換）程序，輸入新的程序后就能實(shí)現(xiàn)對新零件的加工。 0． 005 mm。其特點(diǎn)是用半閉環(huán)控制方式取得高速度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。混合控制系統(tǒng)又分為兩種形式： （ 1）開環(huán)補(bǔ)償型控制方式。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。 開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。 3．輪廓控制數(shù)控機(jī)床 輪廓控制數(shù)控機(jī)床不僅可完成點(diǎn)位及點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床的加工功能，而且能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行插補(bǔ)，因而具有各種輪廓切削加工功能。 如：數(shù)控坐標(biāo) 鏜 床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)等。 2．特種加工類數(shù)控機(jī)床 數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。這些控制包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停，工件和機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動(dòng)作。目前大都采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值等數(shù)據(jù)，不能滿足要求。 零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工，另一 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 3 種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內(nèi)部的存儲(chǔ)器，加工時(shí)再從存儲(chǔ)器中逐段調(diào)出進(jìn)行加工。 （ 4）在機(jī)床上加工出合格的零件。為此，在舊有機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控改造可以提高機(jī)床的使用性能，降低生產(chǎn)成本，用較少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟(jì)效益。因此機(jī)床的數(shù)控改造就成為滿足市場需求的主要補(bǔ)充手段。實(shí)踐證明，改造后的機(jī)床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范圍。 數(shù)控改造一般是指對普通車床某些部位作一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使車床具有數(shù)控加工能力。日本大企業(yè)中 有 26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控化改造，而中小企業(yè)則占 74%。如果設(shè)備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造，這樣既可以提高生產(chǎn)率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，采用此方法對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為用戶提供數(shù)控改造服務(wù)。 技術(shù)分析 在過去的幾十年里，金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作原理變化不大。 經(jīng)濟(jì)分析 由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，如果把舊機(jī)床設(shè)備全部以新型機(jī)床替換，要花費(fèi)大量的資金，而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來造成浪費(fèi)，若采用數(shù)控技術(shù)對舊機(jī)床加以改造，和購買新機(jī)床相比，則可以節(jié)省 50％ 以上的資金。 生產(chǎn)分析 在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中，多品種、中小批量甚至單件生產(chǎn)占有相當(dāng)大的比重。 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程分以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)： （ 1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫程序。 下面對其 各組成部分加以介紹。 2．?dāng)?shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞。因此要進(jìn)行軌跡插補(bǔ)，也就是在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，并向相應(yīng)坐標(biāo)輸出脈沖信號，控制各坐標(biāo)軸（即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)各執(zhí)行部件）的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量等。 檢測裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量檢測出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中。 現(xiàn)廣泛采用可編程控制器（ PLC）作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。 3．板材加工類數(shù)控機(jī)床 數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為 點(diǎn)位數(shù)控裝置。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。不能進(jìn)行誤差校正，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 5 步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成一體，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。其特點(diǎn)是基本控制選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個(gè)校正電路。 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn) 1．加工精度高 目前數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量普遍達(dá)到了 0． 001 mm，而且進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲 杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償。定位精度 90 年代初中期已達(dá)到177。 3．自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 7 數(shù)控機(jī)床對零件的加工是按事先編 好的程序自動(dòng)完成的 ,操作者除了操作面板、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行外，其他的機(jī)床動(dòng)作直至加工完畢，都是自動(dòng)連續(xù)完成，不需要進(jìn)行繁 重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均可大為減輕，勞動(dòng)條件也得到了相應(yīng)的改善。 用數(shù)控機(jī)床加工零件，能準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí)，并有效地簡化了檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作 。 (2)連續(xù)方式控制 X,Z 向二軸。 (5)最大編程尺寸 :士 9999. 99mm, 8 位數(shù)碼管。 總體數(shù)控改造方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造， 基本原則是 在滿足使用要求的前提下對機(jī)床的改動(dòng)盡可能少 ,以降低成本 。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn) ： 1) 轉(zhuǎn)速高、功率大。 3) 主軸變速迅速可靠。 2) 主電動(dòng)機(jī)具有足夠的功率，全部機(jī)構(gòu)和元件具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以滿足機(jī)床的動(dòng)力要求。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 11 主傳動(dòng) 系統(tǒng) 的 配置方式 主傳動(dòng)系統(tǒng)的主軸電動(dòng)機(jī)的選型 數(shù) 控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。 由于交流調(diào)速電機(jī)體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少。在 額定轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速為恒轉(zhuǎn)矩速度范圍，在額定轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速為恒功率速度范圍。第一類是改變同步轉(zhuǎn)數(shù) n0的調(diào)速，它分為兩種方法，一是改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù) p。由于有轉(zhuǎn)差功率損耗， 效率低，特性軟，不適合數(shù)控機(jī)床調(diào)速。這就是所謂的恒磁通變頻調(diào)速中的“調(diào)速控制”。電壓型先將電網(wǎng)的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷?，再?jīng)逆變器變?yōu)轭l率和電壓都可變的交流電壓。 目前對于中小功率電機(jī)，用得最多的是電壓型交 – 直 – 交變頻器。 取變速箱