【正文】 ing. Although the investment needs a great deal of money, it is a good way to try digital modification for ordinary lathe. The spindle speed of C6140 remains the manual function of shifting gears. The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency. Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools. It also tells us howto improve the spindle and the control system of C6140 NC lathe. The main purpose of the research is based on C6140 CNC machine tools to design requirements, designed to match its hydraulic Tailstock to meet the rotation accuracy, rigidity, temperature rise, and so on seismic requirements, to enhance the overall performance of machine tools. To acplish this design, I collected and analysed the information before the design, including domestic and international development of CNC machine tools。hydraulicsystem。1949 年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。第一代數(shù)控：19521959 年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺(tái)銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個(gè)著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的 FANCU，德6 / 40國(guó)的 SIEMENS 和美國(guó)的 AB 公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。由于被改裝的機(jī)床本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)不是按數(shù)控機(jī)床的要求設(shè)計(jì)的，其精度和剛度等性能指標(biāo)往往不能滿足數(shù)控機(jī)床的要求，因此將普通機(jī)床改造為全功能的數(shù)控機(jī)床，一味追求先進(jìn)指標(biāo)則會(huì)得不償失，所以確定總體方案的原則應(yīng)當(dāng)是在滿足生產(chǎn)需要的前提下，對(duì)原機(jī)床盡可能減少機(jī)械部分的改動(dòng)量，選擇簡(jiǎn)單易用的數(shù)控系統(tǒng)，達(dá)到合理的性價(jià)比。 溜板及刀架重力： 縱向： 800N 橫向： 600N 自動(dòng)生降速性能： 有 起動(dòng)加速時(shí)間： 30ms主電機(jī)功率： 第二章機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案 縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案拆除原機(jī)床的進(jìn)給像、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。仍按上述比例粗略計(jì)算: F’z:F’y:F’x=1:: F’y=2680 x = 670 F’x=2680 x = 1072 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。缺點(diǎn)是：螺旋槽同通孔不易連接準(zhǔn)確，擋珠器鋼性差、耐磨性差。vs——最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2 ～1/3） ，此處vs＝ ；fw——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取 fw＝～；L——壽命、以 106 轉(zhuǎn)為 1 單位。支承間距L=15OOmm 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。39。 mzpQmc ??????考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故 ?綜合以上幾項(xiàng)變形量之和: ??????顯然此變形量已大于定位精度的要求，應(yīng)該采取相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)，因橫向溜板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小最大牽引力。（6）穩(wěn)定性校核計(jì)算臨界負(fù)載其 FK(N)2LEIfFZK??式中： E——材料彈性模量，鋼:E＝1O 6N/cm215 / 40I——截面慣性矩（cm 4）絲杠： ，di 為絲杠內(nèi)徑；416dI??L——絲杠兩支承端距離 (cm)；fZ一絲杠支承方式系數(shù)，從表 413 中查出，一端固定，一端簡(jiǎn)支 fZ =][39。可計(jì)算出傳動(dòng)比 i ???Libp??可選定齒輪齒數(shù)為， 或40321zi5 橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δ p＝，滾珠絲杠導(dǎo)程 L0＝5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角 可計(jì)算傳動(dòng)比 i: ???Libp??考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級(jí)齒輪降速: 250453421???zi因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù) m 取 2。Z2）2〔(J2+Js)+ G247。=齒寬（6~10） m20 20 20 20 20 20中心距2/)(1dA??72 64 4518 / 40基本滿足慣量匹配的要求。θb247。(Pz+G) L0247。32530(1－)247。cm 從上面計(jì)算可以看出，M 起、M 快和 M 切三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，f 起=2500 時(shí)， M=100Ng(L0247。g(L0247。=0. 558基本滿足慣量匹配要求 電機(jī)力矩計(jì)算 M M 起=Mamax+Mf+MaMamax=JΣδpcm折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩 MfMf=FOL0247。3FˊtL0(1－η02)247。cm M 切M 切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0247。m。cm，小于機(jī)床所需的起動(dòng)力矩（利用有壓的液體經(jīng)由一些機(jī)件控制之后來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進(jìn)元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場(chǎng)需求。以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國(guó)家的機(jī)械與電子工業(yè)水平 [6]。今后，將發(fā)展無(wú)泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)管連接，研制新型密封和無(wú)泄漏管接頭，電機(jī)油泵組合裝置等。 機(jī)電液一體化 機(jī)電液一體化可實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)動(dòng)力大、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，其主要發(fā)展方向如下：液壓系統(tǒng)將有過去的電液系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)壓力、流量、位置、溫度、速度等傳感器實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；提高液壓元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更適應(yīng)機(jī)電液一體化需求，發(fā)展與計(jì)算機(jī)直接接口的高頻，低功耗的電磁電控元件；液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油污染度等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量和診斷；電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電控液壓泵，可實(shí)現(xiàn)液壓泵的各種調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、合理分配功率、自動(dòng)保護(hù)等；借助現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)高水平信息系統(tǒng)，簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、爭(zhēng)端和維護(hù)。 初步確定液壓尾座的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的附屬元件等。在裝配圖中的左視圖中畫了輔助零件的輪廓即為導(dǎo)軌，此導(dǎo)軌為三角形導(dǎo)軌，選擇三角形導(dǎo)軌的原因是它的導(dǎo)向性和精度保持性都比較高，當(dāng)導(dǎo)軌有了磨損時(shí)會(huì)自動(dòng)下沉補(bǔ)償磨損量，此導(dǎo)軌多用于精度要求較高的機(jī)床。C6140 數(shù)控臥式車床的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)尾座由尾座體、套筒、芯軸結(jié)構(gòu)、套筒液壓測(cè)力裝置、尾座和套筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu)及液壓裝置等組成，芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進(jìn)口軸承支承，動(dòng)、靜剛度好，精度高。當(dāng)給尾座油壓后座通液壓油時(shí)，液壓油通過油路進(jìn)入尾座活塞軸上的一個(gè)腔，在進(jìn)入套筒孔的錐形腔內(nèi)，此時(shí)壓力增大，套筒帶動(dòng)頂尖向前移動(dòng)。14 為鍵，此鍵的形狀為上面圓柱，下面為四面體，此鍵的作用是固定主軸，使其不能左右旋轉(zhuǎn)只能伸縮，在其旁邊有一定位螺釘，此作用是將鍵牢牢固定于殼體，防止鍵定位不準(zhǔn)。尾座主軸的尾部與固定環(huán)相連。莫氏錐度是一個(gè)錐度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于靜配合以精確定位。導(dǎo)軌應(yīng)滿足導(dǎo)向精度高、精度保持性好、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好；摩擦阻力小、靈敏度高；剛度高、承載能力大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、安裝、調(diào)配、調(diào)整和維修，成本低等要求。適用于不經(jīng)常工作且對(duì)精度保持性要求不高的導(dǎo)軌。在本課題中，我選擇三角形導(dǎo)軌。這是為了減少接觸面的單位面積壓力和不損壞死頂尖。本課題的設(shè)計(jì)中尾座套筒孔的兩端采取了一定的密封性設(shè)計(jì),因此可采用比較簡(jiǎn)單的壓配式注油杯系統(tǒng)來進(jìn)行間歇性的潤(rùn)滑即滿足尾座體孔和套筒、滑鍵與滑鍵槽的潤(rùn)滑要求。在對(duì)套筒上的滑鍵槽以及尾座上的安裝孔的設(shè)計(jì)中不僅需要保證滑鍵槽的對(duì)稱度要求,還要保證裝鍵孔對(duì)套筒孔中心軸線的對(duì)稱度和垂直度,因此在設(shè)計(jì)中結(jié)合有關(guān)原則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),初步確定安裝滑鍵的孔對(duì)套筒孔的對(duì)稱度要求為 。安裝莫氏錐柄的套筒部32 / 40與尾座孔的配合精度要求最高，配合間隙很小，制造成本也高，最適合于不回轉(zhuǎn)的精密滑動(dòng)配合，精度等級(jí)多用于 IT5～I(xiàn)T7 級(jí)。mm 撓度的計(jì)算 (32)EIPl3?? = =?許用撓度［ ］ ～ , [ ], 在范圍之內(nèi)。FN180??34 / 40由 可知作用在下箱體上的壓力Nf???fN??從而可得轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸端的方形部分所需要的力至少為 ，那么作用在每個(gè)螺栓上的力為 39。同時(shí)粗糙度還影響到配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。因而其表明粗糙度值大致?。晃沧w兩端都有配合要求，因此我們選擇粗糙度值取 ； 尾座底面和立導(dǎo)向面同樣具有較高的形位精度，表面粗糙度多采用 并刮研。設(shè)計(jì)完成了系37 / 40統(tǒng)中的尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行一系列的校核，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足要求，說明設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是合理的。還包括尾座體、套筒的設(shè)計(jì)、頂尖、尾座孔系的設(shè)計(jì)、尾座導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，撓度、轉(zhuǎn)角、液壓缸內(nèi)徑及壓板處螺栓直徑、鎖緊力的計(jì)算及校核。而由于尾座對(duì)機(jī)床其它部件的幾何形狀誤差將導(dǎo)致在對(duì)工件的加工過程中使工件的尺寸、形狀精度降低，嚴(yán)重影響加工后工件的質(zhì)量。此外粗糙度對(duì)接觸剛度、密封性、產(chǎn)品外觀及表面腐蝕能力等都有明顯的影響。??d?于是可得 ][439。?01.?rad5.? 壓板處螺栓的選擇及校核在機(jī)床尾座上通過一組兩個(gè)相同的螺栓連接尾座和導(dǎo)軌的，并用壓板固定。推薦表面粗糙度值選擇 。其一，套筒與尾座體的配合，其二，套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合。在尾座上設(shè)計(jì)滑鍵的主要目的是防止頂尖在工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。頂尖（死頂尖或活頂尖）的錐面（莫氏錐度或公制錐度）插入主軸錐孔和尾座頂尖套筒的錐孔內(nèi)要同心，既要保證設(shè)計(jì)時(shí)同軸度的要求，避免由于尾座的偏移使車削工件產(chǎn)生錐度，因此在設(shè)計(jì)中要保證莫氏錐孔軸心線與套筒軸心的同軸度公差為 ,端面徑向跳動(dòng)公差為 。燕尾形導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗(yàn)、和維修都不大方面。耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料。利用的就是摩擦力的原理，在一定的錐度范圍內(nèi)，工件可以自由的拆裝，同時(shí)在工作時(shí)又不會(huì)影響到使用效果，比如鉆孔的錐柄鉆。 尾座頂尖的設(shè)計(jì)車床的尾座頂尖，在車床的使用中經(jīng)常用到的定位元件，它可以幫助主軸一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有較高的精度，在使用中要使尾座的29 / 40軸心線與機(jī)床主軸的軸心線保證較高的同軸度在進(jìn)行工件的加工過程中多采用前后頂尖來支承工件，來確定工件的旋轉(zhuǎn)中心并承受刀具作用在工件上的切削力。 尾座主軸的設(shè)計(jì)數(shù)控臥式車床 C6140 的尾座套筒的主要尺寸是根據(jù)尾座體的尺寸選擇的。28 / 40 尾座體的設(shè)計(jì)數(shù)控臥式車床 C6140 的尾座體是尾座的主要的機(jī)械部分，設(shè)計(jì)時(shí)主要參看其他機(jī)床的尾座體和根據(jù)制造業(yè)在生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，稍加改造而成的。其優(yōu)點(diǎn)在于：剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個(gè)尾座整體，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)有限元分析、計(jì)算，通過對(duì)尾座內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時(shí)效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。因此，尾座具有足夠的剛性。