【正文】 40 普通車(chē)床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 8 表 21 CA6140 臥式車(chē)床的技術(shù)數(shù)據(jù) 名稱(chēng) 技術(shù)參數(shù) 工件最大直徑 在床身上 400mm 在刀架上 210mm 最大加工長(zhǎng)度 750、 1000、 1500、 2021mm 加工螺紋范圍 公制螺紋 mm 1~12 (20 種 ) 英制螺紋 t/m 2~24 (20 種 ) 模數(shù)螺紋 mm ~3 (11 種 ) 徑節(jié)螺紋 t/m 7~96 (24 種 ) 進(jìn)給量 縱向級(jí)數(shù) 64 縱向范圍 ~橫向級(jí)數(shù) 64 橫向范圍 ~主軸 最大通過(guò)直徑 48mm 孔錐度 莫氏 6 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10~1400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14~1580r/min 滑板行程 橫向 320mm 縱向 650、 900、 1400、 1900mm 刀架 最大行程 140mm 最大回轉(zhuǎn)角 177。 拖板部分 拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，不論是點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，對(duì)被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受拖板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒輪側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法，它要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距誤差，否則傳動(dòng)的靈活性將受到影響。改造后機(jī)床的啟動(dòng)、停機(jī)均由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機(jī)床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。 主切削力 Fz，主運(yùn)動(dòng) 切削速度方向 的分力 ， 是最大的一個(gè)分力，它消耗了切削總功率的 95%左右， 是 確定車(chē)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù) ；切 深抗力 Fy，切深方向的分力 ， 不消耗功率，是造成振動(dòng)的主要因素， 影響加工精度或已加工表面質(zhì)量 ； 進(jìn)給抗力 Fx 進(jìn)給方向的分力，消耗了總功率的 5%左右，它是驗(yàn)算機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)主要零、部件強(qiáng)度和剛性的依據(jù)。因此，在某些機(jī)構(gòu)中，特別是垂直升降機(jī)構(gòu)中使用滾珠絲杠副時(shí)，必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置。而在特殊使用場(chǎng)合，如核反應(yīng)堆中的滾珠絲杠副，可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作。f 均是指滑動(dòng)導(dǎo)軌，如果采用帖塑導(dǎo)軌 39。 V 橫 向 =800mm/min n 橫 向 =v 橫 向 ? 1/2 /L。 2+2 20401 67766 1485 螺母安裝尺寸 D D1 D2 B M d2 d3 h dM X Y Z 45 75 60 13 6 12 7 7 M6 32 32 151 ⒉ 橫向滾珠絲杠的校核 1) 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 ? 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 ? ? ? ? 10495 495 39。其實(shí)際變形量 139。 計(jì)算行動(dòng)比 i： obpLi ? ?360? ??? = 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不能使齒輪直徑過(guò)大，以免影響到橫向溜板的有效行程，所以采用兩級(jí)齒輪降速： CA6140 普通車(chē)床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 18 4321 zzzzi ?? = 106105? = 5321? = 40244020? 因?yàn)檫M(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，所以模數(shù) m 取 2，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表 33 表 33 橫 向傳動(dòng)齒輪 幾何參數(shù) 齒 數(shù) Z 20 40 24 40 分度圓 d=mz 40 80 48 80 齒頂圓 da=d+2m 44 84 52 84 齒根圓 df=d2() 35 75 43 75 齒 寬 (6～ 10)m 20 20 20 20 中心距 a=(d1+d2)/2 60 64 滾珠絲杠軸承的選型與校核 滾珠絲杠用軸承的選型 型號(hào) 為 CTD25085P3 的 滾珠絲杠用軸承的 主要參數(shù)： 表 34 軸承的主要參數(shù) 推力軸承： 8204（ 即 51204） 角接觸球 軸承： 36104（背靠背）（即 7004C/DB） 軸徑 d=20mm 外徑 D=40mm 寬度 B=14mm 動(dòng)載荷 Cr=22200N 靜載荷 C0r=37500N 極限轉(zhuǎn)速 3800r/min 軸徑 d=20mm 外徑 D=42mm 寬度 2B=24mm 動(dòng)載荷 Cr=17000N 靜載荷 C0r=12200N 極限轉(zhuǎn)速 9500r/min 滾珠絲杠用軸承的 校核 大部分滾動(dòng)軸承是由于疲勞點(diǎn)蝕而失效的。 也就是說(shuō)，在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承可以工作 106r而不發(fā)生點(diǎn)蝕失效，其可靠度為 90%。 1 0 1 2 CA6140 普通車(chē)床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 20 上表中， e 是一個(gè)判斷系數(shù)，它是適用于各種 X,Y 系數(shù)值的 Fa/Fr 極限值。 由于機(jī)械工作時(shí)常具有振動(dòng)和沖擊，為此，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算： P=fd(XFr+YFa) （ 315） 式中 ： fd 為 沖擊載荷 因素 由表 36 選取 表 36 沖擊載荷因素 fd 載荷性質(zhì) 舉 例 fd 平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊 電機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī)，汽輪機(jī) ~ 中等沖擊 車(chē)輛，機(jī)床，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī) ~ 強(qiáng)大沖擊 破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，振動(dòng)篩，工程機(jī)械 ，石油鉆機(jī) ~ 由于軸承載荷與縱向載荷之比：raFF =26801027 =≤ e 查表得 ： X=1， Y=0 df = 則： P=fd(XFr+YFa) = df ? Fr =? 2680 =3216N ⒉ 基本額定壽命 滾動(dòng)軸承的壽命隨載荷 的增大而降低，其曲線(xiàn)方程為： ?????????? Pf CfnL Pth 6010 6 （ 316） 式中 ： P 為 當(dāng)量動(dòng)載荷， N； Lh 為 基本壽命， h； 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 ft 為溫度系數(shù)，（當(dāng)在小于 100℃工作時(shí)， ft = ） ； fP 為溫度系數(shù)，（當(dāng)在輕微沖擊下工作時(shí)， fP = ） ； n 為軸承工作轉(zhuǎn)速 ， r/min； ? 為 壽命指數(shù)， （ 球軸承 ? =3，滾子軸承 ? =10/3） 。 根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選 取如表 41 所示，表中 Mjm為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜載矩，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。cm2 3411 ??? LdJ = 44 2 103= kgcm）： Mkj=Mf+Mo （ 47） ⒊ 最大切削負(fù)載時(shí)所需 力矩 Mqx（ N ⒋ 代入數(shù)據(jù)計(jì)算： ??? 360m axm ax bpvn ??= ? =1000r/min aa tnJJM ? ?????? ??? 60 102 2m a xm a x ?? 2? ??? ?= Mo 為附加摩擦力矩： iLFM opoo ??2? （ 412） 式中 ： Fpo 為滾珠絲杠預(yù)緊負(fù)荷，一般取 1/3Fm，（ N）； ηo 為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率 ，一般取 ηo≥ 。 cm2 電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工作情況下，所的轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算： ⒈ 快速空載起動(dòng)力矩 Mqd（ Ncm2） Js 為滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kgcm2）為： 34 ??? LDJ （ 43） 式中 ： D 為圓柱體直徑（ cm）； L 為圓柱體長(zhǎng)度或 厚度（ cm）。的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當(dāng)量動(dòng)載荷 Pr=Fr； 而? =90176。 當(dāng)量動(dòng)載荷 P 的計(jì)算公式是： P=XFr+YFa （ 314） 式中 ： P 為當(dāng)量動(dòng)載荷， N； Fr 為軸承所受徑向載荷， N； Fa 為軸承所受軸向載荷， N； X 為徑向動(dòng)載荷系數(shù)； Y 為軸向動(dòng)載荷系數(shù)。不同可靠度，特殊軸承性 能和運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)其壽命可對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正，稱(chēng)為修正額定壽命?？梢杂?jì)算行動(dòng)比 i obpLi ? ?360? （ 313） 式中 ： δp 為脈沖當(dāng)量（ mm/步）； Lo 為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（ mm）； θ b 為步進(jìn)電機(jī)的步距角（176。 縱向進(jìn)給滾珠絲杠支撐方式如圖 32 所示，最大牽引力為 ，支 撐間距 L=450mm， 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為 CTD25085P3， 為外循環(huán)雙螺母凸出式的滾珠絲杠副 ，詳見(jiàn)表 31 表 31 外循環(huán)雙螺母凸出式規(guī)格尺寸 /mm 規(guī)格型號(hào) 公稱(chēng)直徑d0 基本導(dǎo)程Lo 絲杠外徑 d 滾珠 直徑 db 螺旋 升角 β 循環(huán)圈數(shù) 額定載荷 /N 接觸 剛度 R/(N/μm) 動(dòng)載 Ca 靜載 Cao 25085 25 8 24 5186。L vn s1000? （ 36） 式中： L 為 回轉(zhuǎn)壽命，以 610 轉(zhuǎn)為 1 單位； n 為 絲杠轉(zhuǎn)速， ? ?min/r ； CA6140 普通車(chē)床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 14 sv 為 最大切削里條件下的進(jìn)給速度 ? ?min/m ； hL 為 時(shí)間壽命， ??h ，對(duì)于數(shù)控機(jī)床取 hL =20210h ； mf 為 運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài) 系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 ~。f = 三角形或綜合導(dǎo)軌 K = 39。實(shí)踐證明，滾珠絲杠副的使用壽命比普通滑動(dòng) 絲杠副高 5 到 6 倍。正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率幾乎可高達(dá) 98%。在CA6140 的技術(shù)參數(shù)中， 橫向脈沖當(dāng)量 fp 為 （ 直 徑） 。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個(gè)位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)及減速箱。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后的齒輪側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ邶X輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無(wú)側(cè)隙嚙合。 注：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)算公式和手冊(cè)主要參考： ⒈ 郝忠軍、雷曉玲主編，綜合作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，北京：機(jī)械部工程師進(jìn)修大學(xué)電氣學(xué)院出版社， 1995； ⒉ 吳宗澤、羅圣國(guó)主編 ， 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) ， 北京 :高等教育出版社 ， 1998； ⒊ 李洪主編，實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社， 1999； ⒋ 李金伴、馬偉民主編，實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021。臥式車(chē)床自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見(jiàn)的型式是四轉(zhuǎn)位刀架，拆除小拖板后將刀架調(diào)整好高度安裝在中拖板上， 由數(shù)控系統(tǒng)直接控制，效率高，工藝性能可靠。 ⒌ 橫向 和縱向 進(jìn)給 各 是 一 套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)床所要求的分辨率。我國(guó)擁有普通機(jī)床數(shù)百萬(wàn)臺(tái)，加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床將成為下世紀(jì)我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。 2) 大幅度降低資源消耗和能源消耗。不但控制弱電，而且對(duì)主軸變速、刀架轉(zhuǎn)位、主軸啟停與換向及其他一些輔助性動(dòng)作也能通過(guò)指令控制。如對(duì)機(jī)床精度要求不高時(shí)，可以通過(guò)預(yù)緊螺母的方法消除傳動(dòng)間隙。滑動(dòng)絲杠價(jià)格低，但難以滿(mǎn)足精度要 求較高的零件加工；滾珠絲杠摩擦損失小，傳動(dòng)效率可在 90％ 以上，傳動(dòng)靈敏、精度高、壽命長(zhǎng)，且可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩，可滿(mǎn)足較高精度零件的加工要求。該系統(tǒng)位移精度較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強(qiáng)、對(duì)環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 [23] ⒋ 企業(yè)的 需求 。一般 大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的 1／ 3。在美國(guó)、日本、德國(guó)等老牌工業(yè)強(qiáng)國(guó)中，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線(xiàn)具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線(xiàn)數(shù)控改造的新的行業(yè)。我國(guó)機(jī)床役齡 10年以上的占 60％以上； 10年以下的機(jī)床中，自動(dòng) /半自動(dòng)機(jī)床不到 20％，柔性制造系統(tǒng)生產(chǎn)線(xiàn)更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60％以上）。 CA6140 普通車(chē)床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 2 在我國(guó)，數(shù)控技術(shù)與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視 ， 從 1958 年開(kāi)始研制數(shù)控機(jī)床，到 70 年代末生產(chǎn)了 4108 臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其中 86%是數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床。它可縮短機(jī) 床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間。 Parsons 公司將研