【正文】 ??? 360m a xm a x bpvn ?? （ 410） 式中 ： vmax 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（ mm/min）； δp 為脈沖當(dāng)量（ mm/脈沖）； θb=步進(jìn)電機(jī)的步距角（ 176。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選 擇 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J∑（ kg深溝球軸承和角接觸球軸承的 e 值隨 Fa/C0r 的增大而增大。對(duì)一個(gè)具體軸承很難預(yù)知其確切壽命，但是一批軸承則服從一定的概率分布規(guī)律，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法處理數(shù)據(jù)可分析計(jì)算一定可靠度R 或失效概率 n 下的軸承壽命。 ????? ??tg tgtg tg ?? ?? （ 37） 式中 ： ? 為 絲杠螺旋長(zhǎng)升角； ? 為 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) f =~， 其摩擦角約等于 39。f =。并可消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算 和 選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。切制螺紋時(shí)，編碼 器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，控制刀架縱向移動(dòng)。此外，并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床有利于采用電傳動(dòng)，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。 并進(jìn)行相關(guān)的校核。對(duì)數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有原精度外，還要有良好的耐摩性和小的摩擦阻力。工人更容易上手。 從事天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 機(jī)床改造的公司有 沈陽(yáng)金切機(jī)床有限公司 、 北京鼎信合力數(shù)控成套設(shè)備有限公司等。 數(shù)控化改造的 現(xiàn)狀 我國(guó)目前機(jī)床總量 380余萬(wàn)臺(tái)，但是其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 ，只占我國(guó)機(jī)床總量的 3％。特雷克公司（ Keaneyamp。 CA6140 普通車床 橫向 進(jìn)給機(jī)構(gòu) 的數(shù)控化改造 6 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃表 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 調(diào)研、收集資料、寫開題報(bào)告 完成 2 整理資料、擬訂論文初稿 完成 3 繪制橫向進(jìn)給系統(tǒng)裝配 圖 完成 4 繪制零件圖 完成 5 繪制電路圖 完成 6 編輯并整理論文或說明書 完成 7 修改并裝訂論文 , 準(zhǔn)備答辯 完成 指導(dǎo)教師批準(zhǔn)日期 年 月 日 簽名 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 摘 要 我本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì) CA6140 型 普通 車 床的 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造 ， 在合理選 擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對(duì)普通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械傳動(dòng)和控制電路的 改造，改造的主要內(nèi)容包括： ⑴ 拖板的改造，拖板是數(shù) 控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，所以對(duì)其改造 尤顯重要。這中間最突出一點(diǎn)就是選用滾珠絲杠代替 原來 絲杠，提高了傳動(dòng)的靈敏性和降低功率步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。Trecker Corp.）開發(fā)出來 了加工中心 。近 10年來，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 ～ ，年產(chǎn)值約為18億元。 機(jī)床改造的內(nèi)容及意義 研究意義 ⒈ 節(jié)省資金。培訓(xùn)時(shí)間短 ， 培訓(xùn)費(fèi)用少。目前多使用在原導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶，能防爬，并具有自潤(rùn)滑性 ,可提高導(dǎo)軌壽命，工作量小、周期短、費(fèi)用低。 ⒋ 控制電路設(shè)計(jì)。 4) 加強(qiáng)用數(shù)控技術(shù)改造傳統(tǒng)機(jī)床。 ⒐ 自動(dòng)刀架安裝。 ⒈ 在傳動(dòng)裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動(dòng)扭矩和傳動(dòng)精度 （ 分辨率為 mm/脈沖 ） 。 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量 ,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一 個(gè)基本參數(shù)。 6) 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)驅(qū)動(dòng)相同的部件和裝置時(shí)，由于反應(yīng)靈敏，無(wú)阻滯，無(wú)滑移，其啟動(dòng)的同時(shí)性，運(yùn)行中的速度和位移等，都具有準(zhǔn)確的一致性，這就是所謂同步性好。 橫 向切削外圓時(shí) 的主切削力 F’z 是縱向主切削 Fz 的一半 ，車床的 縱向 主切削力 Fz（ N）可以用經(jīng)驗(yàn)公式估算： DFz ? （ 32） 式中 ： Dmax 是車床床身上加工的最大直徑，單位為 mm； 得 F’z= = =2680(N) 按切 削力各分力比例： F’z : F’x : F’y =1 : : （ 33） 得 F’x=’z=670(N) F’y=’z=1072(N) 因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給拖板上的載荷 F’l、 F’v 和 F’c 與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進(jìn)給拖板上的載荷可以按下式求出： 拖板上的進(jìn)給方向載荷 Fl=F’x=670 (N) 拖板上的垂直方向載荷 Fv=F’z=2680(N) 拖板上的橫向載荷 Fc=F’y=1072(N) 選取燕尾形導(dǎo)軌及 導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則： K= f ′= ， Fl 為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷， G=600N 最大工作載荷： )2(39。10 。實(shí)際選擇軸承時(shí)常以基本額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。 Fa/C0r反映軸向載荷的相對(duì)大小，它通過接觸角的變化而影響 e 值。cm2）可以由下式計(jì)算： ? ? ? ? ?????????? ???????? ?????????????????????????????? 24243322211 2 ?osM LgGJJzzJJzzJJJ （ 45） 式中 ： JM 為 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)已慣量 （ kg）。cm2）； ε為電機(jī)最大角加速度（ rad/s2）； ta為運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)咋加速到最大快進(jìn)速度所需時(shí)間（ s）； nmax 為電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ r/min）。 ⒌ 起 動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 起 動(dòng)頻率隨 著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低， 不能保證在快速空載起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)不失步， 因此， 還要用起動(dòng) 力 矩頻率特性和運(yùn)行頻率特性兩條重要的性能曲線來檢查所選的電機(jī)的型號(hào)是否滿足要求。 單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng) Fa/Fr≤ e 時(shí)， Y=0， P=Fr即軸向載荷對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷的影響可以不計(jì)。 同樣的一批軸承載相同工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，各軸承的實(shí)際壽命大不相同，最高和最低的可能相差數(shù)十倍。39。f =~；靜壓導(dǎo)軌 39。 5) 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) ，可以預(yù)緊等特點(diǎn)，所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小，無(wú)爬行。 ⒉ 橫 溜 板箱部分：將原橫溜板的絲杠 螺母拆 除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱 安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動(dòng)而沒有位置檢測(cè)和信號(hào)反饋，故實(shí)際移動(dòng)值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會(huì)造成加工誤差。加工螺紋時(shí)為了保證步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給與主軸的旋轉(zhuǎn)相配合，切削出固定螺距、固定起點(diǎn)、多頭螺紋等量分度的螺紋，通常在主軸尾部安裝增量式光電編碼器。以并聯(lián)結(jié)構(gòu)代替串聯(lián)結(jié)構(gòu)就是開發(fā)綠色數(shù)控機(jī)床的一條途徑，因?yàn)椴⒙?lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床消耗的金屬材料僅為常規(guī)串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī) 床的幾分之一，其加工量也比常規(guī)機(jī)床大幅度減少，特別是 減少 了大型結(jié)構(gòu)件的鑄造，這將顯著降低機(jī)床制造過程中的能源消耗和對(duì)環(huán)境的污染。橫向步進(jìn)電機(jī)固定在床鞍上。 ⑵ 機(jī)械部分改造 機(jī)床數(shù)控改造后應(yīng)達(dá)到較高的靜動(dòng)態(tài)剛度，為此要求運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小、傳動(dòng)無(wú)間隙、功率大，并且便于操作和維修等。在原有機(jī)床基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，和新的數(shù)控機(jī)床相比較。 我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。我國(guó)利用稀土永磁材料的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)新型大功率、高效率、寬調(diào)速范圍永磁同步型交流電主軸單元，將可有效解決現(xiàn)有電主軸存在的問題，形成具有中國(guó)特色的新一代 電主軸產(chǎn)品。 [10] 在 1959 年 3 月，由美國(guó)卡耐 其中 關(guān)鍵 部分 是 橫向 進(jìn)給 機(jī)構(gòu)改造 的設(shè)計(jì)計(jì)算 、步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算和控制電路的設(shè)計(jì) 。選用滾珠絲杠 時(shí)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出來的結(jié)果選用標(biāo)準(zhǔn)的 滾珠絲杠 ，從而降低改造的成本。這種機(jī)床在刀庫(kù)中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動(dòng)選擇刀具，并通過機(jī)械手將刀具裝在主軸上，對(duì)工件進(jìn)行加工。但是機(jī)床的年產(chǎn)量的數(shù)控化率只為 6％。機(jī)床的數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比．一般可節(jié)省 60％ 80％的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。 [25] 主要研究?jī)?nèi)容 及技術(shù)路線 ⒈ CA6140 型 普通車床進(jìn)給系統(tǒng)的數(shù)控化改造方向的確定 。 傳動(dòng)鏈的精度受傳動(dòng)絲杠和齒輪副的影響。 系統(tǒng)有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、車公 /英制螺紋、刀具補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、刀具自動(dòng)轉(zhuǎn)位等功能，性能穩(wěn)定，價(jià)錢適中，操作面板簡(jiǎn)單直觀，有啟動(dòng)鍵、暫停鍵、單段 /連續(xù)開關(guān) 、連續(xù)進(jìn)給鍵、急停鍵、鍵盤、顯示屏等。這既符合運(yùn)用信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和裝備現(xiàn)代化這一產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，又可取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。將原車床的刀架換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 ⒉ 在齒輪傳動(dòng)中，為提高正、反傳動(dòng)精度必須盡可能的消除配對(duì)齒輪之間的傳動(dòng)間隙，其方法有兩種，柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。因此 ,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。 7) Mjmax 使用壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠和螺母的材料均為合金鋼，螺紋滾道經(jīng)過熱處理，并淬硬至 HRC5862，經(jīng)磨削達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。 GFFfKFF cvlm ???? =? 670+(2680+2? 1072+600) = 2) 最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷 Ca 選用，可用式 35 計(jì)算： mmFfL3C? （ 34） 61060 hnLL? （ 35） 。 2) 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性， 滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。軸承天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 的基本額定壽命是指 90%可靠度，常用材料和加工質(zhì)量，常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號(hào) L(r)或 Lh(h)表示。 ? =0176。cm2）； J J J J4 為齒輪 z z z z4 的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg Mf為摩擦力矩： ? ?i LGFfM ozf ??2 ??? （ 411） 式中 ： f’為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)； Fz 為垂直方向的切削力（ N）； G 為運(yùn)動(dòng)部件的總重量（ N）； 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 Lo 為滾珠絲杠導(dǎo)程（ cm）； i 為齒輪降速比，12zzi? ； η為傳動(dòng)鏈總效率，一般取 ～ 。cm）： Mqx=Mf+Mo+Mt （ 48） 式中 ： Mamax 為 空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速 力矩： aa tnJJM ? ?????? ??? 60 102 2m a xm a x ?? （ 49） 式中 ： J∑為傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg 天津大學(xué)成人高等教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 表 41 步進(jìn)電動(dòng) 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 運(yùn)行方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 λ =Mq/Mjmax 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī) 的 運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。試驗(yàn)證明，軸承 Fa/Fr≤ e 或 Fa/Fre