【正文】 m XX 學校 畢業(yè)設計 32 由以上計算可以看出，在三種不同工況下，快速空載起動所需力矩最大，因此以該項校核初選步進電動機的依據(jù)，又因該型步進電動機分配方式為五相十拍，則有起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關系jmaxqTT?? =， ?qjmax TT ?= N m) ofm a x TT ??? aq TT 式中 amaxT —— 快速空載啟動時所需的轉(zhuǎn)矩 ( N m= N 3 aow42 103? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） ， m39。 m= N 2cm 由于初選反應式步進電動為 150BF 型，可知其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為 MJ =10 kg mm= N ② 滾珠絲杠副的鋼球的循環(huán)方式選擇 XX 學校 畢業(yè)設計 11 鋼球的循環(huán)方式：螺旋槽式外循環(huán)、插管式外循環(huán)、鑲塊式內(nèi)循環(huán) 選擇方案：插管式外循環(huán) 選擇原因：插管式外循環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，彎管可制成鋼球流暢性好的通道，經(jīng)濟性好，應用范圍廣泛 ③ 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預緊方法選擇 消除螺紋間隙和調(diào)整預緊方法： 雙螺母墊片調(diào)整式、雙螺母螺紋調(diào)整式、雙螺母齒差調(diào)整式 選擇方案： 雙螺母墊片調(diào)整式 選擇原因：裝卸方便，結(jié)構(gòu)簡單，剛性好 ⑵ 計算進給牽引力 （最大 工作載荷） mF （ N） 由《機床設計手冊》中進給牽引力的試驗公式計算，縱向?qū)к墳槿切螌к? mF = k XF ＋ f（ ZF ＋ G） 式中 XF —— 縱向切削分力 k—— 顛覆力矩影響實驗的系數(shù) f— — 滑動導軌摩擦因數(shù) G—— 溜板及刀架重力 則 mF = 1340＋ （ 5360＋ 1000） N = N ⑶ 計算最大動載荷 C(N) C=3L wf Hf mF 其中 L —— 工作壽命 以 610 r為 1單位 L =610n60T n —— 絲杠轉(zhuǎn)速（ r/min） n =osPV1000 sV —— 最大切削力條件下的進給速度（ m/min） ，可取最 高進給速度的 1/2～ 1/3，取 sV = oP —— 絲杠導程（ mm） wf —— 運轉(zhuǎn)系數(shù) 按一般運轉(zhuǎn) wf =～ 取 wf = Hf —— 硬度系數(shù) 查表取 Hf = XX 學校 畢業(yè)設計 12 T —— 使用壽命 （ h） 一般機床可取 T =10000h 數(shù)控機床可取 T=15000h 考慮到絲杠對加工精度和經(jīng)濟性的影響 oP 應優(yōu)先取 8mm系列 ① 選擇基本導程 oP =4mm 則 絲杠轉(zhuǎn)速 n =osPV1000 = 4 ? r/min=75 r/min 工作壽命 L =610n60T=610 150007560 ??= 最大動載荷 1C =3L wf Hf mF =3 N=18283 N ② 選擇基本導程 oP =6mm 則 絲杠轉(zhuǎn)速 n =osPV1000 = 6 ? r/min=50 r/min 工作壽命 L =610n60T=610 150005060 ??=45 最大動載荷 1C =3L wf Hf mF =345 N=15972 N ③ 選擇基本導程 oP =8mm 則 絲杠轉(zhuǎn)速 n =osPV1000 = 8 ? r/min= r/min 工作壽命 L =610n60T=610 15 ??= 最大動載荷 1C =3L wf Hf mF =3 N=14512 N ⑷ 選擇滾珠絲杠螺母副 由前述選擇的滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)形式：外循環(huán)、雙圓弧型面 、雙螺母墊片調(diào)整式。根據(jù)主軸編碼器光電碼盤上的刻線條數(shù)分為 1024 線、2048 線等，在本次設計改造中選擇 1024 線 就足夠了。在改造中需要拆除原有的掛輪、進給箱、溜板箱、光杠，在原縱、橫向絲杠處安裝滾珠絲杠 。 ③ 連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)，采用該控制系統(tǒng)的機床能加工曲面、凸輪、錐度等復雜形狀的零件，多用于銑床、能加工曲面的車床、繪圖機。購買全新的數(shù)控機床， 企業(yè)勞動者 不熟悉設備，需要經(jīng)過專門培訓才能熟練操作和維修機床，耗費時 間。 ball screws。企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發(fā)展 ,它必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本，制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品，而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，制造周期的快慢，生產(chǎn)成本的高低，又往往受工廠現(xiàn)有加工設備的直接影響。主傳動系統(tǒng)部分保留原機床 的主軸手動變速；進給傳動系統(tǒng)的縱向與橫向改造都是采用步進電 機通 過一級齒輪減速后驅(qū)動滾珠絲杠；原刀架拆除加裝自動轉(zhuǎn)位刀架（四工位）實現(xiàn) 自動換刀；加裝脈沖發(fā)生器 以實現(xiàn)切削螺紋功能； 數(shù)控系統(tǒng)選擇 MCS51系列單片機組成的控制系統(tǒng)。通過對機床局部的改造，相較于購買全新的數(shù)控機床，一般能節(jié)省 60%左右的資金， 對于大型、特殊機床效果尤為明顯。 （ 1） 按被控制對象運動軌跡可以分為：點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng) 、連續(xù)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng) 由微機部分、鍵盤及顯示器、步進電動機功率放大電路 、 I/O 接口及光電隔離電路 等組成。若這個走刀量等于所要加工的螺紋導程，則可以進行螺紋加工。CA6140 普通車床的進給傳動系統(tǒng) 改造無論是針對縱向還是橫向均是將步進電動機力矩經(jīng)一級齒輪減速器傳遞到滾珠絲杠上，然后又滾珠絲杠帶動工作臺運 動。 m）及最大靜轉(zhuǎn)矩 jmaxT （ N 2cm = kg m= N 公稱直徑為 20mm， 基本導程為 4mm，負載鋼球圈數(shù)為 5 圈，定位滾珠絲杠副，精度等級為 3 級，螺旋旋向為右旋。 m 若不考察起動是運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩為 ~ TT mq ? 取安全系數(shù)為 ， mq ?= N 2cm ，則傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量為 XX 學校 畢業(yè)設計 31 ]) ( [)3018( 22 ???????? kg m ③ 最大切削負載所需力矩 QT （ N m ，所以符合要求 ⑷ 步進電動機的最高工作頻率 maxf （ HZ） 060 V100 0f pm a xm a x ? ??? ?=4000 HZ 130BF001 型步進電動機允許的空載起動頻率為 3000 HZ， 運行頻率為 16000 HZ由 130BF001 型步進電動機起動頻率特性和運行頻率特性曲線可以看出當步進電動機起動時， 該型步進電動機不能滿足所需的空載起動力矩 ，直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動的電路。 m) 有動力學可知： ?Mamax JT ? ，其中 t60n2??? ， t 為加速時間常數(shù)， t=30ms= omaxP iVn? = 4 ? r/min=180 r/min 4a m a x ? ????? N m 空載起動頻率 /(脈沖 /s) 空載運行頻率 /(脈沖 /s) 130BF001 5 2 10 3000 16000 型號 繞組電阻 /? ( %5? ) 分配方式 外形尺寸 / mm 重量 kg 外徑 長度 軸徑 130BF001 五相十拍 130 170 14 ⑵ 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算 ]2PgGJ)[JZZ(JJJ 2os2211M ）（ ??????? 式中 MJ —— 步進電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（ kg ?? ?? mm = mm。 m= N 2cm ⑶ 不同工況下的轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下，所需轉(zhuǎn) 矩不同，下面分別按各階段計算 ① 快速空載起動力矩qT( N m 查《如何正確選用電動機》表 6— 10,150BF002 型和 150BF003 型步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩滿足計算要求 ，又該兩型步進電動機分配方式為五拍十相，因此步進電動機的起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩 的關系jmaxqTT?? =，則 ?qjmax TT ?= N 公稱直徑為 40mm， 基本導程為 6 mm，負載鋼球圈數(shù)為 5 圈，定位滾珠絲杠副，精度等級為 3 級，螺旋旋向為右旋。但缺點是安裝后不能加工主軸孔的零件。通過對原車床導軌貼聚四氟乙烯軟帶可以大大減少摩擦阻力，提高了防爬行、耐磨、消振吸聲的能力。 ① 閉環(huán)控制系統(tǒng)， 其控制信號是數(shù)控裝置送來的指令與機床移動部件實際位置反饋信號 進行比較所得的差值，此差值經(jīng)轉(zhuǎn)換、放大，通過控制坐標軸運動，進行XX 學校 畢業(yè)設計 4 誤差修正，直 至誤差消除。 。 數(shù)控機床與普通機床相比較有很多特點： ，數(shù)控加工的切削量、進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、使用刀具等加工所需條件、參數(shù)都可以根據(jù)工藝要求，預先編程予以規(guī)定，加工過程中避免了人為的干擾，大大提高了同一批產(chǎn)零件的一致性； 強，能加工形狀復雜的零件 ； ； ，減少操作失誤，降低廢品、次品； ； 的自動化。在投資 少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情，對普通機床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。 然而 企業(yè)若花大量的資金更換全新的數(shù)控機床，則花費過高，給企業(yè)造成的經(jīng)濟負擔過大，同時報廢大量的普通機床也是一個極大的浪費。企業(yè)獲得數(shù)控機床有兩種途徑：一是對現(xiàn)有機床進行技術改造，把傳統(tǒng)式的機床改造成數(shù)控機床 ；二是購置全新的數(shù)控機床。 總體 方案的論證 與確定 CA6140 型 普通車床為 臥式車床 ， 主要加工軸類和直徑不太大的盤、套類零件，主軸水平安裝，刀具在水平面內(nèi)做縱、橫向進給運動 ，其 通用性較大，但結(jié)構(gòu)較復雜且自動化程度低，加工過程中的輔助時間較多，適用于單件、小批生產(chǎn)及修理車間等。開環(huán)控制系統(tǒng)機構(gòu)簡單，技術簡單、造價低，維護容易，因此在數(shù)控機床發(fā)展過程中占有重要的地位，特別是舊機床改造中所占地位更為突出。因此在對 CA6140 車床進行數(shù)控改造時，應保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速機構(gòu)，這樣既保留了機床原有的功能，又降低了改造的工作量。此類材料若不采取措施，在使用過程中會出現(xiàn)摩擦系數(shù)大，自潤滑性與耐摩擦性差，且導軌易于磨損、 研傷、不易修理等缺陷。 ③ 滾珠絲杠副穩(wěn)定校核 對于絲杠在給定的支撐條件下承受最大軸向載荷時，應驗算起有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險，其產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負載 KF （ N） 22ZK L EIfF ?? 式中 E —— 材料彈性模數(shù)，對鋼 ?? （ N/ 2mm ） I —— 截面慣性矩（ 4mm ）， 64dI 41?? = 64 4? 4mm =82260 4mm L —— 滾珠絲杠兩端的支承距離 （ mm）， L =1600 mm Zf —— 絲杠支承方式系數(shù)，查絲杠支承方式系數(shù)表，因絲杠 一 端固定， 一端浮動取絲杠支承方式系數(shù) Zf =2 則22ZK L EIfF ??=242 160 0 822 ???? N=130530N 如果穩(wěn)定性安全系數(shù) ??mKk FFn [ kn ]，則絲杠不失穩(wěn)。 2cm ） G—— 溜板及刀架重力（ kg） 電機轉(zhuǎn)子、齒輪、滾珠絲杠均可視為圓柱形零件，對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算： 44??? 式中 D—— 圓柱形零件的直徑（ cm） L—— 零件軸向長度（ cm） 則 3 . 26 . 4107 . 444141 ?????? ? kg m i2 PFT iooo ????，式中 oF 為預加載荷，一般為最大軸向載荷的 1/3 ，即 mo ???? ，則 3o ???? ??? N 橫向進給系統(tǒng)的數(shù)控改造設計 切削力的確定 因為橫向進給量為縱向 1/3～ 1/2，取 1/2，則橫向主切削力為縱向的 1/2 536021 ??zF N=2680 N 由 《機床手冊》可知，在外圓車削時 zF）（ ~ ? zF)~(?yF 取其比例為 zF ： xF ： yF =1:: xF —— 橫切端面時的進給抗力（ N） yF —— 吃刀抗力（ N） 則 ?? N=670 N ??yF N=1072 N XX 學校 畢業(yè)設計 22 滾珠絲杠副的設計計算和選型 ⑴ 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)選型 橫向進給系統(tǒng)滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)選型可參照縱向進給系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)造型為： 螺旋滾道型面形狀：雙圓弧形面 滾珠絲杠螺母副的鋼球的 循環(huán)方式：插管 式外循環(huán) 滾珠絲杠螺母副軸向見習的調(diào)整和預緊方法：雙螺母墊片調(diào)整式 ⑵ 計算進給牽引力 mF （ N）