【正文】 進給系統(tǒng)的改造設計 數(shù) 控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)半閉環(huán)和閉環(huán)之分 因為開環(huán)控制具有結構簡單設計制造容易控制精度較好容易調(diào)試價格便宜使用維修方便等優(yōu)點與閉環(huán)控制系統(tǒng)相比步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)沒有外部的位置反饋回路及速度反饋回路因此不必使用位置速度測量裝置模數(shù)轉換器及高增益放大器等高性能器件因此使設備投資顯著降低系統(tǒng)簡單可靠與機床間的組配也十分方便即結構簡單使用維護方便可靠性高制造成本低等一系列優(yōu)點在中小型機床的速度精度要求不十分高的場合得到了廣泛的應用 下面是開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 開環(huán)控制框圖 開環(huán)伺服系統(tǒng)在負載不大的情況下多采下步進電 機作為伺服電機所以本設計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設計 任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能有了硬件軟件才能有效地運行 在設計的數(shù)控裝置中 CPU 的選擇是關鍵選擇 CPU 應考慮以下要素 1 時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關 2 可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關 3IO 口擴展的能力進給系統(tǒng)的傳動原理步進電機通過 消 隙 齒輪箱將轉矩輸出同時放大以帶動滾珠絲杠轉動絲杠轉動使絲杠螺和絲杠螺母座 水平移動由于絲杠螺母座與工作 臺通過拖板固聯(lián)因而絲杠螺母座 水平 移動也迫使工作臺沿機床導軌水平移動 通過對步進電機在工作時所需要的最大靜轉矩和最高啟動頻率的計算并參照反應式步進電機技術指示表選擇所用的步進電機為 110BF1 型由于脈沖當量 001mm脈沖與滾珠絲杠基本導程之間滿足關系 I 其中 I為電機輸出軸與絲杠之間的傳動比為電動機的步矩角計算出 I是不等于 1的 I為齒輪的嚙合同時電機輸出的轉矩無法直接帶動絲杠工作因此對其放大這是加齒輪箱的一個目的為了使機床的結構簡單緊湊齒輪箱采用一級傳動通過計算和校核選擇齒輪箱的主動小齒輪的齒數(shù) 32從動 件的齒數(shù)為 40其模數(shù)為 20mm為了防止進給系統(tǒng)在正常工作時出現(xiàn)齒輪被卡死和空轉現(xiàn)象進一步提高傳動的精度則必須對齒輪箱進行消隙其方法是采用雙片齒輪錯齒法將從動輪做成兩片其中一片固定在軸上另外一片為動片兩者之間裝上周向彈簧彈簧力使兩片齒輪的輪廓分別與主動輪的輪廓貼緊從而消除了齒輪間的間隙避免了卡死與空轉的現(xiàn)象出現(xiàn) 通過對絲杠的設計計算和對剛度強度壓桿穩(wěn)定性的校核選擇絲杠的公稱直徑為 25mm 基本導程為 6mm 精度為 3 級滾珠絲杠的預加負載方式為變位導程單螺母自預緊可實現(xiàn)螺母的拉伸或壓縮的受力方式其調(diào)整方法是取下滾珠螺 母精確測量原裝鋼球的直徑然后根據(jù)螺母的力的需要從新更換裝入若干大數(shù)微米的鋼球它具有結構簡單尺寸簡單的特點并能避免雙螺母形位誤差的影響對于螺母副我們采用了調(diào)整墊片的方法進行預緊我們通過改變墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移消除它們之間的間隙和施加預緊力在工作中不能隨意的去調(diào)整 加工過程中為了保護絲杠不受鐵屑的磨損和冷卻液的腐蝕加防護板同時為了防止灰塵和鐵屑碎片等雜物進入滾珠絲杠的軌道中避免出現(xiàn)滾珠卡死或傳動精度大大降低的現(xiàn)象我們采用防塵護罩的保護形式 機床導軌與矩形導軌的綜合形式這種導軌的優(yōu)點有接觸剛度大不易磨損以及承載能力強運行平穩(wěn)等 縱向進給系統(tǒng)的設計 32 切削力的計算 由《機床設計手冊》可知切削功率 Nc nηk 式中 N 電動機功率有同類型 C6140 車床可知 N 為 75kw η主傳動系統(tǒng)總功率一般為 0607 取η 065 k 進給系統(tǒng)功率系數(shù)取 k 096 則 Nc 75179。 Ni179。 10Ncm A 滾珠絲桿截面積 A π d02 471 則Δ L1 177。125 40 即 Z 32Z 40 選擇材料為 45 鋼調(diào)質六級精度 齒面接觸強度設計計算由設計計算公式 109a 進行算即 d≥ 232 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 1 選擇載荷系數(shù) K 13 2 計算小齒輪傳遞的轉矩 T T 95510179。 10 30179。 2 45 ㎜ bh 945 5 計算載荷系數(shù) 根據(jù) V 343ms6 級精度由圖 108 查得動載荷系數(shù) K 106 由表 103 查得 K K 10 由表 102 查得使用系數(shù) K 1 由表 104 查得 6 級精度小齒輪相對支承非對稱分布時 K 11201810602310b 0675b 42525 K≈ 1234 bh 945 查得 1013K 11 7 所以載荷系數(shù) K KKKK 1308 按照實際的載荷系數(shù)校正所計算的分度圓直徑由式 1010a d d 6313 6 計算模數(shù) M M 197 ㎜ 由式 105 得彎曲強度設計的公式為 M≥ M 197 ㎜ 1 由圖 10－ 20Ｃ查得小齒輪的彎曲疲勞極限 ＝ 500Mpa＝ 380Mpa 2 由圖 10－ 18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KK K＝ 085 K＝ 088． 3 計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù) S＝ 14 〔〕＝＝ 30357Mpa〔〕＝＝ 23883Mpa4 計算載荷系數(shù) K K＝ KKKK＝ 1106179。 m2 Js 絲杠轉動慣量 Kg179。 m T 198 N178。㎜ K 圓弧起點相對于圓心在 Y 向坐標值177。㎜ Z 縱向絕對坐標值177。1011759179。 097 419KW n 8334 Rmin 由式 152 得 d≥ A 即 d A 由《機械手冊》查表 153 得 45 鋼調(diào)質淬火后 A0 取 112 經(jīng)過計算得 d 112 19mm 輸出選取 d≥ 19mm 即可 軸承的選擇 7154N 7154KN 所以選擇軸承如下 名稱 型號 國標號 C 角接觸軸承 36204 型 GB29283 112KN 746KN 圓錐滾子軸承 7204E 型 GB29784 268KN 182KN 所以以上的兩種類型動靜載荷均大于 7154KN 故所選軸承符合要求 36 步進電機的選擇 計算減速器的傳動比 I I 步進電機步距角 075o P 絲杠導程 P 6mm 工作臺脈沖當量 001mm 經(jīng)計算得 I 125 統(tǒng)轉動慣量 齒輪絲杠等的轉動慣量計算不易精確計算可將其等效成圓柱體來近似計算圓柱體的轉動慣量 JKg178。 300179。 1179。10mm 查 表 12119 知 3 級精度 1m 長的絲杠的螺距為 21179。P 其中 Kf 載荷系數(shù)一般取 12～ 15 取 12 Kh 硬度系數(shù)取 10 則 Cj 71543N 根據(jù) Cj 選取滾珠絲杠考慮其功能選漢江機床廠 25063 型 特性參數(shù) 公稱直徑 外徑 導程 導程角 精度系數(shù) 動載量 25mm 245mm 6mm 4176。 Ni179。 Ti106Ni 1000vf π178。 22′ 3 級 11670N 因為 65121N＜ 11670N 所以絲桿強度足夠 絲杠效率計算 由 公式知 [tm 4 ] π S 螺旋升角 4176。 10m 故剛度足夠 ② 穩(wěn)定校核 由 中的歐拉公式知 FK π2EI μl2 式中 FK 長壓桿臨界失穩(wěn)時的臨界負載 E 彈性模量取 21179。 2179。 10＝ 2410 7 由圖 10－ 19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) Ｋ＝ 088Ｋ＝ 09 8 計算接觸疲勞強度的許用應力 取失效率為 1％安全系數(shù) S＝ 1 由式 10－ 12 得 〔〕＝＝＝ 528Mp 〔〕＝ 495Mp 2 計算 1 計算小齒輪分度圓直徑 d 代入〔〕中較小的值 d≥ 232 ≈ 63 2 計算圓周速度 V V＝＝ 343ms 3 計算齒寬 b b Φ d178。 cm2 的計算公式 J 57 其中 材料密度 kgcm3 取 78179。10 21759179。㎜ V 橫向增量值177。㎜ I 圓弧起點相對于圓心在 X 向坐標值177。 m 設 F F3 20723 6904N 則電機軸上的摩擦轉矩為 T ｂ T 0125 N178。W 其中 Jz1Jz2 電機軸和絲杠軸上齒輪的轉動慣量 Kg179。 63 42525 ㎜ 4 計算齒寬與齒高之比 bh 模數(shù) m ≈ 2 ㎜ 齒高 h 225 m 225179。 300179。 Z 32179。 其中 E 彈性模量取 21179。 L0 取工件直徑 D 100 ㎜絲杠導程 L0 6 ㎜ Ni 絲杠轉速為 1592rmin 由 知使用壽命系數(shù) T 一般取 15000h 因此 Li 60179。065179。Kf178。126179。 060 0675 4 由表 106 查得材 料的彈性影響系數(shù) Z 1898MP 鍛鋼 5 由圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 600 MP 大齒輪的接觸疲勞強度極限 550 MP 6 由式 10－ 13 計算應力循環(huán)次數(shù) N1＝ 60nj1Lh 60179。 08179。 117＝ 12402 5 查取齒形系數(shù)由表 10－ 5 可查得 Y＝ 252Y＝ 240 6 查取應力校正系數(shù) 由表 10－ 5 可查得 Y＝ 1625Y＝ 1677 計算大小齒輪的并且加以比較 小齒輪＝＝ 001349 大齒輪＝＝ 001678 大齒輪的數(shù)值大取大值 設計計算 M≥＝ 133mm 對比計算結果由齒面的接觸疲勞強度計算的模數(shù)Ｍ大于齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)由于齒輪模數(shù)的大小主要是彎曲疲勞強度所決定的承載能力而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關可取由彎曲強度算得的模數(shù) M＝ 197 并就近圓整為標準值 M＝ 20 ㎜按照接觸強度算得分度圓直徑 d 6313㎜ Z 31565≈ 32 Z iZ 32179。10 Kg J 其中 J 電機軸自身轉動慣量 Kg 電機啟動或制動時的角速度 rads F 作用在工作臺上的摩擦力 N F 作用在工作臺上的其它外力 N 伺服傳動鏈的總效率 F 滾動絲杠螺母副的預緊力 N 滾動絲杠螺母副未預緊時的傳動效率一般取 09 初選 J 10179。m 其中 T 008 N1