【正文】 4 3 . 1 3 1 6 0 . 0 0 7 5 1 66 . 3 5 1 8mF mmdZ? ? ? ? ??mm 因施加預(yù)緊力，故實際變形量 3311 0 . 0 0 7 5 1 6 0 . 0 0 3 7 5 822??? ? ? ? ?mm 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? = 1? +?2+? 3 =++0041+= 又有前面已知條件可得： ＜ 的定位精度。 傳動系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為： 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 16 （ 1） 、齒數(shù) Z1 、 Z2 折算到步進(jìn)電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為 ： 34 5 3 4 31 1 111 7 . 8 1 0 / ( 6 . 4 ) 2 1 0 3 . 2 1 /3 2 3 2 ggJ d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 34 5 3 4 32 1 111 7 . 8 1 0 / 8 2 1 0 6 . 2 7 /3 2 3 2J d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2） 、絲杠折算到步進(jìn)電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 從表查得 1m 的絲杠的MJ = ∴ JS = = （ 3） 、等效轉(zhuǎn)動慣量為： J=J1 + 220122( ) ( ) ( )2S LZ WJJZG ????????? =+ ( 223 2 8 0 0 0 . 6) ( 6 . 2 7 2 3 . 1 7 5 ) ( )4 0 9 . 8 2 3 . 1 4?????????= 負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同， （ 1） 快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩 是： 將已知數(shù)據(jù)代入， m a xm a x 0 2 4 0 0 0 . 7 53 6 0 0 . 0 1 3 6 0bpvn ?? ? ? ??=500r/min 考慮了電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量以后，傳動系統(tǒng)折算的電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 J總 =JM +J=10+ = Mamnx 2m a x2 1 0 3 2 .5 1 360 anJ t? ?? ? ? ?總 22 5 0 0 / m in 106 0 0 .0 3r S? ?? ?? = 折算到電動機(jī)軸上的摩擦力矩 /0 0 021() ( 2808 800) 2 2 CfF L f F W LMZiZ?? ???? ? ? ?? ? ???= 附加摩擦力矩 /2 2 2000 0 0210. 16 ( 28 08 80 0) 0. 6( 1 ) ( 1 ) ( 1 0. 9 )2 2 3. 14 0. 8 1. 252 mFp oL f F LMZiZ???? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? = 則 M起 =Mamax +Mf +M0 =++= （ 2）快速移動時所需力矩 M快 M快 =Mf +M=+= （ 3）最大切削負(fù)載時所需力矩 M切 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 17 0ftM M M M? ? ?切=Mf +M+ 1 4 0 4 0 . 65 5 . 1 5 . 3 . 2 5 9 . .2 2 0 . 8 1 . 2 5N c m N c m N c mi? ? ? ?? ? ? ??toFL=55.+ += 從上面計算看出 M起、 M快、 M切三種情況下，以快速空載 起動時所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項作為初選步進(jìn)電動機(jī)的依據(jù)。 圖 5 150BF002 步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性 a) 起動矩頻特性 b)運行矩頻特性 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 18 當(dāng)快速運動和切削進(jìn)給時，由 150BF002 步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性圖 18（ b）知該電動機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用 150BFOO2 步進(jìn)電動機(jī)能滿足 要求。 傳動功率 ? 滾軸絲桿副的傳動功率為： ? =tgr/tg（ r+? ） == 002 43(2 43 10 )ggtt ???? = 式中： r—— 絲杠的螺紋升角 ? —— 摩擦角。 顯然，此變形量已大于定位的要求，不符合要求 。 此變形量仍不能滿足要求，如果將滾珠絲杠再經(jīng)過預(yù)拉伸，剛度還可以提高四倍，則∴總變形量 ? = 1 383 0954 ??＞ 。 由圖 6 步進(jìn)電動機(jī)起動矩頻特性可看出，當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)起動時， f 起 =2500HZ 時，M=100N熱繼電器（ FR）的一組常開觸點接入 X111 輸入點，當(dāng)電機(jī)過熱時，熱繼電器（ FR）動作，使 有效， PLC 單元產(chǎn)生報警，并切斷主軸電機(jī)的電源。必須在主軸上安裝光電編碼器，光電編碼器通常與主軸直接聯(lián)結(jié)（傳動比 1： 1），為保證切削螺紋的螺距準(zhǔn)確，要求主軸轉(zhuǎn)一周工作臺移動一個導(dǎo)程，必須有固定的起刀點的退刀點。 圖 8 脈沖編碼器的安裝圖 1脈沖編碼器 2同步帶輪 3同步帶 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 28 第三節(jié) 刀架的設(shè)計 一、改造刀架的目的 CA6140 普通車床的上帶有手動刀架。其原理如圖 9 所示 圖中 4四根線分別接電動機(jī)的四個刀位信號（低電平有效）而 802D 的PLC 輸入是高電平有效，因此使用 KA KA KA KA4 四個 T24V 直流繼電器來完成高低電平的轉(zhuǎn)換。 （ 2）、耐磨性好 導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長期使用過程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。數(shù)控機(jī)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。如果機(jī)床的電路采用傳統(tǒng)的繼點器，接觸器等元件實現(xiàn) 邏輯功能則不宜采用負(fù)邏輯，因為他會導(dǎo)致部分繼電器，接觸器處于始終接觸狀態(tài)。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。 （ 6）、而對于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運動導(dǎo)軌則應(yīng)有更高要求。無論在空載或切削狀態(tài)下都應(yīng)有足夠的導(dǎo)向精度。 三、刀架的工作原理 在加工過程中，選刀時在程序中輸入被選刀具的的 TXX（刀具號）和 DXX（刀沿號）。 三、編碼器的選擇 根據(jù)加工精度的要求，選擇了長春第一光學(xué)儀器廠 leelf 型編碼器（每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 1200 個）。 抗污染能力差，容易損壞。正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)命令通過面板操作寫在程序中，由 PLC輸出端口控制正轉(zhuǎn)繼電器（ KAZ）或反轉(zhuǎn)繼電器（ KAF），使接觸器 KM1 和 KM2 動作，完成主軸的正反轉(zhuǎn)切換，為減小主軸電機(jī)的起動電源，使用了 KM KM KM5三個接觸器來完成電機(jī)的 Y△切換。但還得考慮電機(jī)起動頻率特性和運行矩頻特性。其實際變形為 ?? 。其實際變形為 ?? 。這個軸向負(fù)載的最大值 Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動載荷 Cm 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 19 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 18 ?? = 根據(jù) CCm 的原則，查 《機(jī)械設(shè)計手冊》化學(xué)出版社出版，第三章第 3卷，選取滾軸絲桿的型號為： 左，坐標(biāo)直徑為 25mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈 列。㎝），直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實現(xiàn)），將起動頻率降到 1000HZ時，起動扭矩可增高到 588N J—— 負(fù)載慣量（ ），即進(jìn)給系統(tǒng)（傳動軸、齒輪、工作臺等）折算到伺服電動機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛安徽機(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 14 度端固定的絲杠提高四倍。 滾珠絲杠的承載能力的計算 選擇縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌，計算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里 Fm 又因為 Fm=KFf+f’ (Fc+w) 圖 4 滾珠絲杠副 1壓塊 2擋珠器 3滾珠 4螺紋滾道 5回路管道 6螺母 7絲杠 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 12 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+w) = + (2808+800) = （ 1） 、壽命 L 最大切削里 F 的進(jìn)給速度 Vs 可取最高進(jìn)給速度的 1/2—— 1/5（取為1/2），縱向最大進(jìn)給速度為 ,絲杠導(dǎo)程 Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=01000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 0 . 5 5 0 / m in6sV mm rL m m???? 絲杠使用壽命時間一般為 15000h，則絲杠的計算壽命 L 為 L= 6666 0 6 0 5 0 / m in 4 5 (1 0 )1 0 1 0n T r r??? （ 2） 、載荷 Cm 當(dāng)量動載荷 Cm選用滾珠絲杠直徑 do時，必須保證絲杠工作時，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點濁現(xiàn)象。 因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進(jìn)給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （ 2）、 滾珠絲杠副的缺點是： ①制造工藝復(fù)雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。為防止?jié)L珠在工作 過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道 4 上裝有擋滾珠器 2（又叫回珠器或反向器）。 第二節(jié) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計、步進(jìn)電機(jī)的確定等。是通過計算機(jī)控制的電動機(jī)來達(dá)到轉(zhuǎn)角的目的。以同樣傳動路線傳動時，橫向進(jìn)給量為縱向進(jìn)給量的一半。車螺紋傳動鏈運動平衡式為： 1 UL??絲主 軸 =L 式中 U為主軸至絲杠間全部傳動機(jī)構(gòu)的總傳動比； L絲為機(jī)床絲杠的導(dǎo)程， CA6140 型車床的絲杠導(dǎo)程 L 絲 =12mm； L為 工件螺紋的導(dǎo)程（ mm）。 4 在車削加工過程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦， 產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以 CA6140 在加工過程中一般可以不使用切削液。也可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋 、套螺紋和滾花等工作。 尾座 尾座 3 可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖支撐長工件的后段以加工長圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。在加工時，通過主軸和刀架運動的相互配合來完成對工件的車削加工。要花費大量的資金 ,而替換下的機(jī)床又會閑置起來造成巨大浪費 ,若采用數(shù)控技術(shù)對舊機(jī)床加以改造和購買機(jī)床相比 ,則可省 50%以上的資金 ,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價格僅為全功能裝置的 1/3 到 1/5。 二、 技術(shù)分析 在過去的幾十年 ,金屬切削機(jī)床的 基本 動作是原 理變化不大。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。近 10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 ～ 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。而這也將極大的推動中國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。實踐證明。數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。 1．主軸箱 主軸箱 1 是一部件，由箱體、主軸、傳動軸、軸上傳動件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤滑密封件等組成。 床身及床腿 床身 4 是機(jī)床的支 承件，它安裝在左床腿 7 和右床腿 5 上并支承在地基上。由于機(jī)械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。 一 .主運動傳動系統(tǒng) 寫傳動路線表達(dá)式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過中間傳動件將末端件聯(lián)系起來，對于 CA6140 型臥式車床主運動傳動鏈來說，即從主電動機(jī)經(jīng)Φ 130mm 帶輪帶動Φ 230mm 帶輪，從而帶動Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1， M1向左結(jié)合，左邊的 z5 z56 雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動，通過兩對傳動副「 5638 ，5143 」傳動Ⅱ軸實現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。機(jī)動進(jìn)給是由光杠 XIX 經(jīng)溜板箱傳動。按下快速移動按鈕（點動控制），快速電機(jī)（ ， 2800rpm）經(jīng)齒輪副 13/29 使軸 XX 高速轉(zhuǎn)動，再經(jīng)蝸 桿副 4/29 及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使刀架實現(xiàn)縱向或橫向的快速移動，快速移動的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器 M