【正文】 30 五 總結(jié) 在這次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)中 ，我感覺， 不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬(wàn)事開頭難，不知道如何入手。 導(dǎo)軌副的改裝 對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。其工作原理如下圖： 1— 電動(dòng)機(jī) 2— 固定安裝絲杠 3— 安全離合器 4— 上刀架 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 29 主軸脈沖發(fā)生器的選用與安裝 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機(jī)械角變 成電脈沖，是一種常用角位移傳感器。 臥式車床的動(dòng)力控制系統(tǒng)一般是由三相異步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次又介紹了伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)的選型，通過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)，選出了合適的伺服電機(jī)，列舉了伺服電機(jī)的部分參數(shù)，為設(shè)計(jì)做了更好的說(shuō)明。根據(jù)系列的型號(hào)，選取 DF3A— 06三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器較合適。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高，確定電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩 T 的要求： 0m ax TTTT fa ++= （ 360） 式中 Tamax—— 快速空載起動(dòng)時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩； Tf—— 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩； T0—— 絲杠頂緊所需引起的折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩，由動(dòng)力學(xué)可知： εFa JT =max （ 361） 其中 tn30πε= ， t為加速時(shí)間常數(shù)， t=30ms=，0maxPivn= 則 m in/1 5 0m in/4 0 0 0 rrn == mNmNT a ?=? = 4_m a x mNmNiG f PT if ?=? == 3_0 0 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 23 mNmNiPFT i ?=? == 3_0 000 式中 F0—— 預(yù)加載荷，一般最大為軸向載荷的 1/3，即 NNFF m 0 1 0 031310 === （ 362） 則 ? ? mNTTTT faq ???????? 9 5 7 0 7 0 a x ③快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T快： ?=+=+= NTTT 快 （ 363） ④最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T切 000f0f ?=++=++= NiPFTTTTTT X削切 （ 364） 由以上計(jì)算可以看出，快速空載起動(dòng)時(shí)所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T、快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 快和最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T切三種情況下，快速切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T切最大。所以，必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動(dòng)電路。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按下式估算。 精度 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí) 際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足： △θ m≤ i [△θ s］ （ 338） 式中， △θ m —— 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的累積誤差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角從理論上說(shuō)是固定的，但實(shí)際上還是有誤差的。 步進(jìn)電機(jī)的選用原則 33 開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，通常希望步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)距，啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率高，步距誤差小，性能價(jià)格比高。 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù)m=2mm，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 b =20mm，則分度圓直徑分別為： mmmmmZd 3621811 === （ 335） mmmmmZd 6023022 === （ 336） 中心距為： ? ? ? ? mmmmZZma 482 301822 21 ?????? CA6140 普通車床的數(shù)控改造 16 滾珠絲杠的支撐與軸承的選用 滾珠絲杠的支撐形式的選擇。= （ 329） 滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量Δ P1 很小，可以忽略不計(jì)，即Δ P1 =Δ P0，所以導(dǎo)程變形總量誤差 Δ P總 =Δ P總 /P0 *Δ P0 式中 Δ P 總 —— 縱向最大行程，由《機(jī)床說(shuō)明書》可知， P總 =240mm=24cm。 CDM20xx— 5 的額定動(dòng)載荷為 10639N ,故強(qiáng)度足夠。 因?yàn)闄M向進(jìn)給量為縱向的 1/3~1/2，取 1/2，則橫向主軸切削力約為縱向的 1/2. NNF z 1728345621 == 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，其經(jīng)驗(yàn)公式為： ZyZx FFFF , == 式中 Fx—— 橫切端面時(shí)的進(jìn)給力； Fy—— 背向力。 則 Δ P總 = 106μ m = 12. 2μ m （ 313） 由《機(jī)床說(shuō)明書》可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度等級(jí)為 3級(jí)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)說(shuō)明說(shuō)手冊(cè)》電子版，縱向行 程允許的行程變動(dòng)量為 17μ m， CDM40006— 5的Δ P總為 m 17μ m,故剛度足夠。10732tan 732tan ??? = 2）剛度驗(yàn)算。查《機(jī) 械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù) CCa（ Ca是絲杠的額定載荷，見表 41）的原則，使選取的滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷大于計(jì)算的最大工作載荷。 ③軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式、螺紋式、齒差式。由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 Pc = PKη （ 31） 式中 P—— 主軸電動(dòng)機(jī)功率， P =； η —— 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為 ~，一般取η =:； K—— 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 K=。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。CA6140 普通車床的數(shù)控改造 7 三 車床絲杠的改造與伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 滾珠絲杠的優(yōu)點(diǎn) （ 1）傳動(dòng)效率高。 （ 4）可變電子齒輪比，應(yīng)用方便。 系統(tǒng)的確定 在選擇數(shù)控系統(tǒng)的型號(hào)時(shí)，要考慮 CA6140 機(jī)床的加工精度，加工精 度可達(dá)IT7 級(jí)，要求 6140 能加工復(fù)雜的零件，所以數(shù)控系統(tǒng)選擇連續(xù)型控制的，開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 4）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)一般采用國(guó)產(chǎn)機(jī)床系統(tǒng)，如廣州數(shù)控設(shè)備廠的 GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)，其為兩軸聯(lián)動(dòng)，功能比較齊全，價(jià)格便宜。一般先對(duì)電氣控制部分進(jìn)行調(diào)試，看單個(gè)動(dòng)作是否正常，然后再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選取，也按改造數(shù)控機(jī)床的性能要求決定。 （ 5）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機(jī)床加工狀態(tài)，還可以提示操作者機(jī)床故障或編程錯(cuò)誤等機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題。機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)目前在我國(guó)有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3％。（注：兩個(gè)階段：數(shù)控 NC 階段和計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC 階段。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā) 展。購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑 ,而改造舊機(jī)床、配備數(shù)控系統(tǒng)把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床也是提高機(jī)床數(shù)控化率的另一條有效途徑。 （ 4）可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)，降低工件的定位誤差。選擇是，除了考慮各項(xiàng)功能滿足要求外，還一定要確保系統(tǒng)工作可靠性。舊機(jī)床上述各個(gè)部件的改造過(guò)程完成后，就可對(duì)組裝后改造機(jī)床各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試。 3）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 （ 2）機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 （ 3）直線型、指數(shù)型加減速方式，可配套步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)，應(yīng)用靈活。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的了解，進(jìn)一步明白該系統(tǒng)的優(yōu)越性。 （ 7）不自鎖，可逆向傳動(dòng)，即螺母為主動(dòng)，絲杠為被動(dòng)。 縱向滾珠絲杠選型與設(shè)計(jì) （ 1）切削力的計(jì)算。 原因：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性優(yōu)良、適合成批生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)適用，適用于重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及 精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。 則 n =01000PVs = 6 r/min =50r/min（ 37） t = 10660nT = 106150005060 萬(wàn) r =45 萬(wàn) r （ 38） C = 3t fw ? fh? Fm =345 1 = （ 39） （ 5）選擇滾珠絲杠螺母副。39。 106cm 滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化量Δ P1 很小，可以忽略不計(jì)，即Δ P1 =Δ P0，所以導(dǎo)程變形總量誤差 Δ P 總 =00 ΔΔ PP P總 式中 Δ P 總 —— 縱向最大行程，由《機(jī)床說(shuō)明書》可知， P 總 =900mm=90cm。 由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù)m=2mm，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬 b =20mm，則分度圓直徑分別為： mmmmmZd 6423211 === （ 320） mmmmmZd 8024022 === （ 321） 中心距為： ? ? ? ? 722 403222 21 ?????? mmZZma （ 322） 橫向滾珠絲杠的選用與設(shè)計(jì) （ 1）切削力的計(jì)算。由上面初選的絲杠導(dǎo)程及計(jì)算所得的最大動(dòng)載荷，選取滾珠絲杠型號(hào)為 CDM20xx— 5，其表示外循環(huán)插管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，公稱直徑為 20mm，導(dǎo)程為 4mm，右螺紋，載荷鋼球?yàn)?5 圈，精度 3 級(jí)的定位滾珠絲杠副。=Δ0P AEPFm0 mcm 66 —= 177。 則 I =64π(2 – )4CM4 = CM4 Fk = NN 1 1 5 6 64160 2 62 = 橫向齒輪傳動(dòng)比的確定 傳動(dòng)比計(jì)算公式： i=0θδ360Pbp? （ 333） 其中，δ p =； b? 參考《實(shí)用微電機(jī)手冊(cè)》，初選 bθ = ? Po =4mm，則 i= = （ 334） 可初選齒輪的齒數(shù)比為 i= 301821 =ZZ 齒輪材料采用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，精度等級(jí)取 7 級(jí)，前后軸承選用 8024 型流動(dòng)軸承，齒輪傳動(dòng)時(shí)效率為 =iη 。 4）軸承起動(dòng)摩擦力矩小，降低絲杠副驅(qū)動(dòng)功率，提高進(jìn)給系統(tǒng)的 靈敏度。 2)其次，對(duì)位移誤差的要求。 步距角α 步距角應(yīng)滿足： α =0δ360iPp? （ 337） 式中， i—— 傳動(dòng)比：系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件要求的最小轉(zhuǎn)角。 3）各種工況下轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 ①負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算。 m 空載起動(dòng)頻率 /Hz 空載運(yùn)行頻率 /Hz 150BF002 5 80/120 12 根據(jù)《機(jī)電一體化機(jī)械系 統(tǒng)設(shè)計(jì)》 150BF002 型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)允許的最高空CA6140 普通車床的數(shù)控改造 21 載啟動(dòng)頻率為 2800Hz，允許的最高空載運(yùn)行頻率為 8000Hz。 對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)