【正文】 個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)?程。此外，為了保證車(chē)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(shè)置了保護(hù)電路。 操作步驟為：拆除原 CA6140 車(chē)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動(dòng)絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷(xiāo)釘孔，安裝步進(jìn)電機(jī)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(dòng)）。 一、切削力的計(jì)算 車(chē)床的主電動(dòng)機(jī)最大切削功率 P切 =P主 η K 式中 P主 —— 主電動(dòng)機(jī)功率， CA6140 車(chē)床 P主 = η —— 主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為 ～ ，取η = K—— 進(jìn)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） ?；芈饭艿?5 將滾珠 3 引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒(méi)有空行程，反向定位精度高， 且傳動(dòng)平穩(wěn)。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(fù)雜。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。這個(gè) 軸向負(fù)載的最大值 Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷 Cm 3 Mwm aLF fC f? 式中： wf —— 運(yùn)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)出版社出版，第三章第 3卷，（ P1221）選取滾軸絲桿的 型號(hào)為： 左，坐標(biāo)直徑為 40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈 。 f1 —— 絲杠的支承方式系數(shù)， f1 = fwd —— 許用穩(wěn)定性安全系數(shù)， fwd =3 I—— 絲杠截面慣性矩（ m4 ） I= 4164d?= 64 ?= d1 —— 絲杠螺紋底 徑（ m）， d1 =d0 = =. ∴ 21m ax 2 1wdf EIF lf??= 2 1 122 3 .1 4 2 .0 6 1 0 11 5 0 0 3? ? ? ?= （ 5） 、剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，因此驗(yàn)算滿(mǎn)載時(shí)候的軸向變形量。其實(shí)際變形為 ?? 。 I= 21ZZ = 5 404 32? 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大。 負(fù)載慣量的計(jì)算 參考同類(lèi)型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 150BF002，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量MJ =10 。 步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率： m a x1000 1 0 0 0 2 . 4 / m in 4 0 0 06 0 6 0 0 . 0 1kpVf m m H z? ?? ? ?? 1000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 1 0 0 06 0 6 0 0 . 0 1Se Vf m m H z? ?? ? ?? 150BF002 型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為 2800Hz ，允許的最高空載運(yùn)行頻率為 8000Hz 。㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。副絲杠軸采用分移式，然后用套筒剛聯(lián)接。滾珠直徑為 ，導(dǎo)程為 6mm，摩擦級(jí)選用 5級(jí)，螺紋升角 r=arctag（ L0 /?d0 ） =arctg（ 6mm/? 40） == 0243? 。 f1 —— 絲杠的支承方式系數(shù)， f1 = fwd —— 許用穩(wěn)定性安全系數(shù)， fwd =3 I—— 絲杠截面慣性矩（ m4 ） I= 4164d?= ? = 10?? m4 d1 —— 絲杠螺紋底徑（ m）， d1 =d0 = =. ∴ 21m ax 2 1wdf EIF lf??= 2 1 1 522 3 .1 4 2 .0 6 1 0 7 .8 1 0 14 5 0 3?? ? ? ? ? ?= 剛度驗(yàn)算 （ 1） 、絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 。 211 3 . 3 2 1 1 0 0 . 0 0 8 344 mm?? ?? ? ? ? ? ? （ 2） 、滾珠與螺紋接觸變形量 2? ，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的 1/3 時(shí)，之直可減少一半， 又∵2 23 100 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） yF —— 預(yù)緊力 wd —— 滾珠直徑 Z? 滾珠數(shù)量其為圈數(shù) K 列數(shù) Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù) 外循環(huán) Z= 0 3wdd? ? d0 —— 滾珠絲杠公稱(chēng)直徑 2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? = 23 ( )? ?????? 據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為 : 22 2????= (3)、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接 觸變形 3? 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 21 支撐滾珠絲杠的軸承為 8107 型推力軸承，幾何參數(shù) d1 =15mm，滾球直徑 mm? 滾動(dòng)體數(shù)量 QZ =12 軸承的軸向接觸變形 3? 為： 2 2333 22 3 3 5 3 . 2 80 . 0 0 4 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 2 5 . 4 0 . 0 6 0 94 . 7 6 3 1 2mF mmdZ? ? ? ? ? ??mm 因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量 3311 0 . 0 6 0 9 0 . 0 3 3 622??? ? ? ? ?mm 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? = 1? +?2+? 3 =+++= 又有前面已知條件可得： ＞ 的定位精度。 計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里 Fm 又因?yàn)?Fm=KFf+f’ (Fc+2FP +W) 式中 Ff、 Fp、 Fc—— 切削分力（ N） K—— 顛覆里矩影響取 K= F’ —— 導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取 f’ = W—— 移動(dòng)部件的重量（ N） 代入式中： Fm= KFf+f’ (Fc+2P+W) = + (2808+2 1404+600) = ① 、絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 。 21111 2 . 5 2 1 0 0 . 0 0 6 344 mm?? ?? ? ? ? ? ? ② 、滾珠與螺紋接觸變形量 2? ，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的 1/3 時(shí)，之直可減少一半， 又∵2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） yF —— 預(yù)緊力 wd —— 滾珠直徑 Z? —— 滾珠數(shù)量其為圈數(shù) K列數(shù) Z 每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù) 外循環(huán) Z= 0 3wdd? ? d0 —— 滾珠絲杠公稱(chēng)直徑 2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? = 32325 45 .2 3. 30 87 6 0. 01 402. 5 20 13 07 98 853. 17 5 16 84 .8 ( )3. 17 5? ?????? 據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為 : 22 2????= ③ 、支撐滾珠絲杠的軸承的軸 向接觸變形 3? 支撐滾珠絲杠的軸承為 8102 型推力軸承，幾何參數(shù) d1 =15mm，滾球直徑 mm? 滾動(dòng)體數(shù)量 QZ =12 軸承的軸向接觸變形 3? 為： 2 2333 22 2 5 4 5 . 20 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 2 1 . 1 0 . 0 5 0 64 . 7 6 3 1 2mF mmdZ? ? ? ? ? ??mm 因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量 3311 0 . 0 5 0 6 0 . 0 2 5 322??? ? ? ? ?mm 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? = 1? +?2+? 3 =++= 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 23 又有前面已知條件可得： ＞ 的定位精度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹(shù) m=2壓力角=200 ∴ d1 =M1z =2 15=30mm 22 2 30 60m m md z? ? ? ? 分度圓直徑 1ad =1d +2ah =m(1z +2*ah )=2(15+2? 1) =34 mm 2ad = 2d +2 ah =m(2z +2*ah )=2(30+2? 1)=64 *ah 齒頂高系數(shù)，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： m≥ 1㎜時(shí)，正常齒制 *ah =1 齒根圓徑 1fd = 1d 2fh =m(1z 2*ah 2*c )=2(15? 22? )=50 2fd = 2d 2fh =m(2z 2*ah 2*c )=2(30? 12? )=50 *c 頂隙系數(shù) 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：≥ 1 mm 時(shí)，正常齒制 *c = 齒寬 b=d? 1d為了減小加工量，也為了裝配和 調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，取21dbd??，則12 (5 ~ 10 )mmbb?? 取d?=1 所以 2 0. 5 15 15 .5m m m mb ? ? ? 12 ( 5 ~ 1 0 ) 2 3m m m mbb? ? ? 所以減速齒輪參數(shù)為： 121 1 23 0 , 1 5 .5 , 2 , , 6 0 , 1 5 , 3 020m m m m m m m m md b d zz? ? ? ? ? ? ? ? 大小齒輪的材料均為 40rG合金鋼，考慮到對(duì)傳動(dòng)要求和制造方便采用直齒傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒輪錯(cuò)齒輪法消除和間隙，熱處理采用調(diào)壓處理，小齒輪 硬度 230ssHB HB? ，大齒輪 ： 硬度 250sSHB HB? 四、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 計(jì)算負(fù)載慣量的意義 參考同類(lèi)型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 130BF001，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 24 MJ =10 。 步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率： m a x1000 1 0 0 0 1 . 2 / m in 4 0 0 06 0 6 0 0 . 0 0 5kpVf m m H z? ?? ? ?? 1000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 1 0 0 06 0 6 0 0 . 0 1Se Vf m m H z? ?? ? ?? 電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為 3000Hz ，最高空載運(yùn)行頻率為 16000Hz 。 a) 起動(dòng)矩頻特性 b)運(yùn)行矩頻特性 圖 6 150BF002 步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 26 第四 章 主軸及機(jī)床控制系統(tǒng)的改造 第一節(jié) 主軸電機(jī)的改進(jìn) 一、 主軸系統(tǒng)的改進(jìn) 在對(duì) CA6140 主軸的改進(jìn)過(guò)程中 ,主軸系統(tǒng)基本保留 .主軸電機(jī)采用 1PH7 系列 ,采用蘭州電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 1PH7 系列。為適應(yīng)螺紋加工要求 ，主軸上安裝了編碼器，通過(guò)端口X472 輸入 611UE 反饋到 PLC 單元。 脈沖編碼器控制方式的特點(diǎn)： 控制方 式是非接觸式的，無(wú)摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力矩小。 二、 螺紋加工過(guò)程中編碼器的作用 雖然主軸的轉(zhuǎn)速由機(jī)械控制，但在車(chē)螺紋加工中必須知道主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸計(jì)算進(jìn)給速度。此外，螺紋加工要經(jīng)過(guò)幾次切削才能完成，每次重復(fù)切削時(shí)，開(kāi)始進(jìn)刀的位置必須相同。 四、安裝步驟 （圖 8所示） 拆下原有掛輪，加工兩只 67 齒和 90齒掛輪 增加一只中間繼電器，由電門(mén)鎖開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)床的電源 在電動(dòng)刀架三相電源進(jìn)線(xiàn)外加裝快速熔斷器和熱繼電器（ 25A），保證刀架完全工作。作為 CA6140 車(chē)床的電動(dòng)刀架。 PCU 單元通過(guò) PLC 的輸出端口通過(guò) X111 的 接通電動(dòng)刀架的正轉(zhuǎn)繼電器使刀架正轉(zhuǎn)，當(dāng)所選刀具到達(dá)加工位置時(shí)，刀架上的集成霍爾單元?jiǎng)t發(fā)出信號(hào)，通過(guò) PLC輸入端口將 X111 的 ～ 信息傳遞給 PUC 單元結(jié)束選刀。數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，從類(lèi)型上仍是滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌。影響導(dǎo)軌精度的主要原因除制造精度外，還有導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、裝配質(zhì)量、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形等。為了減輕或平衡外力的影響，數(shù)控機(jī)床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸提高剛度。 高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行，有高的運(yùn)動(dòng)靈敏性；能在重載下長(zhǎng)期連續(xù)工作，耐磨性好，精度保持性好等。 二、 X， Z軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯 經(jīng)過(guò)分析現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的限位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負(fù)邏輯控制。 采用負(fù)邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安