【正文】 個被加工螺紋的螺距或?qū)?程。此外，為了保證車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)置了保護電路。 操作步驟為：拆除原 CA6140 車床的傳動機構(gòu)（進給箱、溜板箱、傳動絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進電機減速箱體，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）。 一、切削力的計算 車床的主電動機最大切削功率 P切 =P主 η K 式中 P主 —— 主電動機功率， CA6140 車床 P主 = η —— 主傳動系統(tǒng)效率，一般為 ～ ，取η = K—— 進給系統(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，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高， 且傳動平穩(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 軸向負載的最大值 Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當量動載荷 Cm 3 Mwm aLF fC f? 式中： wf —— 運轉(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 《機械設(shè)計手冊》化學(xué)出版社出版，第三章第 3卷，（ P1221）選取滾軸絲桿的 型號為： 左，坐標直徑為 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） 、剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動平穩(wěn)性，因此驗算滿載時候的軸向變形量。其實際變形為 ?? 。 I= 21ZZ = 5 404 32? 因進給運動齒輪受力不大。 負載慣量的計算 參考同類型機床，初步選用反應(yīng)式步進電動機 150BF002，其電動機轉(zhuǎn)動慣量MJ =10 。 步進電機的空載起動頻率： 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)式步進電動機允許的最高空載啟動頻率為 2800Hz ，允許的最高空載運行頻率為 8000Hz 。㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，可將步進電動機輸出轉(zhuǎn)矩擴大一倍左右。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，摩擦級選用 5級，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? ，此項變形占總變形量的比重也教大，當對絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的 1/3 時，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 —— 滾珠絲杠公稱直徑 2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? = 23 ( )? ?????? 據(jù)上所訴，實際變形量為 : 22 2????= (3)、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接 觸變形 3? 安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計 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。 計算絲杠的最大軸向進給切削里 Fm 又因為 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? ，此項變形占總變形量的比重也教大，當對絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的 1/3 時，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 =++= 安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計 23 又有前面已知條件可得： ＞ 的定位精度。根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹 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)，我國標準規(guī)定： m≥ 1㎜時，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) 我國標準規(guī)定：≥ 1 mm 時，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，考慮到對傳動要求和制造方便采用直齒傳動從動齒輪齒輪錯齒輪法消除和間隙，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、 步進電動機的選擇 計算負載慣量的意義 參考同類型機床，初步選用反應(yīng)式步進電動機 130BF001，其電動機轉(zhuǎn)動慣量安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計 24 MJ =10 。 步進電機的空載起動頻率： 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? ?? ? ?? 電動機允許的最高空載啟動頻率為 3000Hz ，最高空載運行頻率為 16000Hz 。 a) 起動矩頻特性 b)運行矩頻特性 圖 6 150BF002 步進電機起動矩頻特性 安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計 26 第四 章 主軸及機床控制系統(tǒng)的改造 第一節(jié) 主軸電機的改進 一、 主軸系統(tǒng)的改進 在對 CA6140 主軸的改進過程中 ,主軸系統(tǒng)基本保留 .主軸電機采用 1PH7 系列 ,采用蘭州電機廠生產(chǎn)的交流鼠籠式感應(yīng)電動機型號為 1PH7 系列。為適應(yīng)螺紋加工要求 ，主軸上安裝了編碼器，通過端口X472 輸入 611UE 反饋到 PLC 單元。 脈沖編碼器控制方式的特點： 控制方 式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動力矩小。 二、 螺紋加工過程中編碼器的作用 雖然主軸的轉(zhuǎn)速由機械控制，但在車螺紋加工中必須知道主軸轉(zhuǎn)速，根據(jù)主軸計算進給速度。此外，螺紋加工要經(jīng)過幾次切削才能完成，每次重復(fù)切削時，開始進刀的位置必須相同。 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，由電門鎖開關(guān)來控制機床的電源 在電動刀架三相電源進線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 車床的電動刀架。 PCU 單元通過 PLC 的輸出端口通過 X111 的 接通電動刀架的正轉(zhuǎn)繼電器使刀架正轉(zhuǎn)，當所選刀具到達加工位置時，刀架上的集成霍爾單元則發(fā)出信號，通過 PLC輸入端口將 X111 的 ～ 信息傳遞給 PUC 單元結(jié)束選刀。數(shù)控機床使用的導(dǎo)軌，從類型上仍是滑動導(dǎo)軌、滾動導(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)控機床常采用加大導(dǎo)軌面的尺寸提高剛度。 高速進給時不振動，低速進給時不爬行，有高的運動靈敏性；能在重載下長期連續(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)置為負邏輯 經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機床的限位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負邏輯控制。 采用負邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機床的可靠性和安