【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)控車床連續(xù)運轉(zhuǎn)時所需的變頻器容量 (kVA)計算式如下： MCNMMCNMCNkIIIkUPkPP?????3103cos?? 式中 PM——負載所要求的電動機的軸輸出功率； η——電動機的效率 (通常約 O． 85)； cosφ——電動機的功率因素 (通常約 O． 75) MU——電動機的電壓， 380V； MI——電動機工頻電源時的電流，為 15． 4A； k——電流波形的修正系數(shù) (PWM方式時取 1． 051． 10)； PCN——變頻器的額定容量， kVA； ICN——變頻器的額定電流， A； 合肥工業(yè)大學論文設計 由以上公式可得：? ?? ?? ?AkIIk V AIkUPk V AkPPMCNMMCNMCN o s33????????????????????? 選擇變頻器時應同時滿足以上三個等式的關系。綜合以上分析計算，確定選用三菱 FRA540系列變頻器，具體型號為 FRA5407． 5KCH。 (1) 用低摩擦高精度的傳動元件：如滾珠絲杠螺母副，滾動導軌。 (2) 采 用消隙齒輪減小傳動間隙 。 為了使改造后的數(shù)控車床能自動加工螺紋，須配置主軸脈沖編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，其目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置，通過主軸 — 脈沖編碼器 — 數(shù)控系統(tǒng) — 步進電機的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀 架縱向移動一個導程的車螺紋運動。 主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用兩種方式：一種是同軸安裝，另外一種是異軸安裝。同軸安裝的結(jié)構簡單，缺點是安裝后不能加工穿入車床主軸孔的零件，限制了工件的加工長度，而異軸安裝不會遇到這種問題，因此，異軸安裝較合適。主軸通過主軸箱中Ⅵ軸和Ⅸ軸的 58／ 58及Ⅸ軸和Ⅹ軸的 33／ 33兩級齒輪 (實現(xiàn)傳動比 1： 1)把動力傳遞給掛輪軸 X，如圖 2 24所示，主軸脈沖編碼器 1通過支架2固定，并通過聯(lián)軸器 3與悶頭 4相連，悶頭 4通過過盈配合與主軸箱內(nèi) X軸連接。 C6132主軸轉(zhuǎn)速范圍是 20~2021 r/min，可以選擇歐姆龍 E6B2CWZ6C型光電脈沖編碼器，其允許的最高轉(zhuǎn)速為 6000r/ min，所以滿足設計要求。 橫向進給傳動系統(tǒng)的改造 將車床溜板箱拆除，在原處安裝滾珠絲杠螺母座，絲杠螺母固定在其上。將橫溜板中的普通絲杠、螺母拆除，在該處安裝橫向進給滾珠絲杠螺母副， 伺服電機與絲杠間采用一級減速器聯(lián)接 , 以縮小傳動鏈 , 提高系統(tǒng)剛度 , 并減少傳動鏈誤差。橫向伺服電動機與齒輪減速器總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠通過膜片聯(lián)軸器相連。膜片聯(lián)軸器 的特點是易平衡，不需潤滑。結(jié)構簡單，有一定的補償性能和緩沖性能。因其尺寸較大，故可將其放在減速箱內(nèi)。 齒輪傳動間隙的消除 齒輪傳動初定傳動比為 2，可取 Z1=24 則 Z2=48,齒寬 B=，為了提高傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。 數(shù)控機床進給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于變向狀態(tài) ,反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隔 ,就會使進給運動的反向滯后于指令信號 ,從而影響其驅(qū)動精度 ,因此 24/48這一對齒輪還必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙 ,以提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的驅(qū)動精度。齒輪間隙的調(diào)整采 用圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒法來實現(xiàn) 合肥工業(yè)大學論文設計 （ 1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找的同步軸，安裝螺紋編碼器。 （ 2）拆除進給箱總成，在此位置安裝縱向進給步進電動機與同步帶減速箱總成。 （ 3）拆除溜板箱總成與快刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺母座和螺母座墊架。 （ 4）拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜板上方安裝四位工位立式電動機刀架。 （ 5）拆除橫溜板下的滑動絲杠螺母副，將滑動絲杠靠刻度盤一段（見圖一）鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。 （ 6）將橫向進給步進電動機通過法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相連。 （ 7）拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。 改造后的橫向、縱向進給傳給系統(tǒng)見圖一、圖二。 數(shù)控系統(tǒng)軟硬件總體設計 為了使數(shù)控系統(tǒng)能夠長期、可靠、方便地在工業(yè)環(huán)鏡中運行，在制定 數(shù)控系統(tǒng)總體方案時必須重點考慮以下幾個方面。 (1) 加強系統(tǒng)可靠性。影響數(shù)控系統(tǒng)可靠性的因素很多，硬件規(guī)模 和硬件的制造工藝水平往往是影響可靠性的關鍵因素。因此，應選用高性 能的 CPU作為系統(tǒng)的運算和控制 核心，并盡量用軟件來實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的功 能。在系統(tǒng)的具體硬件構成上，選用可靠性高的工控 PC作為數(shù)控系統(tǒng)硬 件平臺，減少自制硬件數(shù)量。此外，在軟件設計、電源選用、接插件設計 與選用、接地與屏蔽設計等方面采用強抗干擾、高可靠性的設計，從而全 面提高系統(tǒng)的可靠性。 (2) 提高數(shù)控系統(tǒng)的控制精度。數(shù)控系統(tǒng)的控制精度是保證機床加 工精度的關鍵。因此，它在數(shù)控系統(tǒng)中處于重要位置。如提高數(shù)控系統(tǒng)的 最小分辨率，使用高精度的步進電機，采用高速高精度插補算法，提高軌跡生成精度 。增強位置環(huán)控制能力 。增加補償功能等。 (3) 提高使用方便性 。提高數(shù)控編程的方便性，是提高數(shù)控系統(tǒng)使 用方便性 合肥工業(yè)大學論文設計 的關鍵。因此，數(shù)控系統(tǒng)除提供全屏幕編輯進行手工編程外，還 應該配置自動編程系統(tǒng)，從而大大提高數(shù)控編程的速度和智能化程度，大大方便普通用戶的使用。另外，因為現(xiàn)代工人都比較熟悉個人計算機，數(shù)控系統(tǒng)在操作方面應采用標準計算機鍵盤或與其兼容的薄膜鍵盤等輸入設備，也可用軟盤、移動磁盤、串行通訊、網(wǎng)絡系統(tǒng)等輸入零件程序。此外，數(shù)控系統(tǒng)中應設置仿真功能，便于用戶在加工前檢查零件程序的正 確性。 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構 系統(tǒng)由工控 PC硬件平臺、數(shù)控操作面板 (包括 LCD顯示器，鍵盤 )、數(shù)控接口板卡 (工 /0板， D/A板 )和驅(qū)動執(zhí)行機構等組成。 PC硬件平臺包括工控電源、無源母板、工控 PC主板和軟盤驅(qū)動器、硬盤 驅(qū)動器等。數(shù)控操作面板上有液晶顯示器和薄膜鍵盤等。數(shù)控接口板卡是計算機與外部執(zhí)行裝置間進行信息交換和轉(zhuǎn)換的通道，對內(nèi)通過無源母板 與工控 PC主板相連，對外通過屏蔽電纜與驅(qū)動執(zhí)行裝置相連接。 該系統(tǒng)的驅(qū)動執(zhí)行環(huán)節(jié)包括四個子系統(tǒng) :進給軸控制與驅(qū)動子系統(tǒng) 。主軸控制與驅(qū)動子系統(tǒng) 。開關量控制系統(tǒng)。 主軸控制與驅(qū)動子系統(tǒng)的功能包括兩方面 :主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速控制，以 滿足寬范圍切削速度的要求 。主軸轉(zhuǎn)角的精 確控制，以滿足加工螺紋時的主軸與進給軸的聯(lián)動控制和換刀時的主軸精確定位控制要求。 開關量控制系統(tǒng)完成機床的邏輯順序運動控制，如主軸起?？刂?、刀具交換、工件裝夾、冷卻開關、行程保護等任務。開關量控制系統(tǒng)與其它 模塊相配合，共同完成機床工作過程的控制。 數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構 數(shù)控系統(tǒng)軟件為實時多任務系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各任務在數(shù)控實時操作系統(tǒng)控制下協(xié)調(diào)進行。 (1) 數(shù)控實時操作系統(tǒng)。它是數(shù)控系統(tǒng)軟件中的核心子系統(tǒng)，它對 系統(tǒng)中的資源進行統(tǒng)一管理，對各任務進行動態(tài)調(diào)度，協(xié)調(diào)各模塊的高效 運行，并輔助完成各任務間的通訊和 信息交換。 (2) 信息預處理。該模塊完成輸入信息譯碼，完成軌跡插補前的坐標轉(zhuǎn)換和刀補運算。 合肥工業(yè)大學論文設計 (3) 軌跡插補。它是數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊，其任務是根據(jù)信息預處理給出的希望軌跡和從檢測裝置獲得的實際軌跡信息，實時生成機床各坐 標軸的移動指令，并完成機床運動的加減速控制。 (4) 運動控制。該模塊是數(shù)控系統(tǒng)的另一核心模塊，它根據(jù)插補運 算結(jié)果，通過高速算法對機床各坐標軸進行高精度位置控制，并完成主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的控制任務。 (5) 加工仿真模塊。該模塊以動畫方式對數(shù)控加工過程進行動態(tài)仿 真，從而在加工前檢驗參數(shù)輸入正確性 和機床運動合理性 第三章 進給伺服系統(tǒng)傳動計算 縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲桿螺母副、設計減速箱、選擇步進電動機。 根據(jù)設計任務的要求， X 方向（橫向）的脈沖當量為δ x=∕ 脈沖， Z 方向（縱向）為δ z=∕ 脈沖。 縱向切削力的詳細計算過程。 設工件材料為碳素機構鋼，σ b=650MPa。刀具材料為硬質(zhì)合金 YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角 060rK ? ，前角γ 0=100，刃傾角λ s=－ 50；切削用量為： pa =3mm背吃刀量，進給量 f=∕ r，切削速度 cv =105m∕ min。 查表 101，得： FCG =2795， xFC =， FCy =， FCn =﹣ 。 查表 103，得：主偏角 Kr 的修正系數(shù) krFCK =；刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)值均為 。 由經(jīng)驗公式（ 102），算得主切削力 acF =。由經(jīng)驗公 cF ： Ff ： pF =1：： ，算得縱向進給切削力 Ff=，背向力 pF =。 （縱向） 合肥工業(yè)大學論文設計 （ 1）工作載荷 F 的計算 已知移動部件總重量 G=1300N；車削力 cF =，pF =， Ff= 。如圖 1020 所示，根據(jù) zF = cF ，yF = pF， xF =Ff 的對應關系，可得： zF = ，yF =， xF =。 選用矩形－三角形組合滑動導軌，查表 1029，得 K=， μ = 代人 Fm=KFX ＋ μ （ zF ＋ G） ，得工件載荷 F≈ 1712N。 （ 2）最大動載荷 FQ 的計算 設本車床 Z 向在承受最大切削力條件下最快的進給速度 v=∕ min，初選絲桿基本導軌 Ph=6mm，則此時絲桿轉(zhuǎn)速n=1000v∕ Ph ≈ 133r∕ min。取滾珠絲桿的使用壽命 T=15000h，代入 L0=60nT∕ 106，得絲杠壽命 L0=。查表 1030，取載荷系數(shù) fm=、硬質(zhì)系數(shù) Hf =1，代入式（ 1023），求得最大動載荷0 W H mL f f F 8 7 0 3QFN??。 （ 3）初選型號 根據(jù)計算的最大動載荷，查表 1034，選擇啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的 FL4006 型滾珠絲桿副。其公稱直徑為 32mm，基本導程為 6mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為 3 2=6圈，精度等級取 4級，額定動載荷為 13200N，滿足要求。 （ 4）傳動效率η的計算 將公稱直徑 d0=40mm，基本導程 Ph=6mm，代入 λ =arctan [Ph∕ (π d0)]，得絲桿螺旋升角 λ =2044＇ ，將摩擦角 φ =10＇ ，代入η =tanλ∕ tan(λ +φ )，得傳動效率 η =﹪ 。 （ 5）剛度的計算 ① Z 向滾珠絲桿副的支承，采用一端軸向固定，一端簡支的方式，見圖二。固定端采用一對推力角接觸球軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為 a=1497mm；鋼的彈性模量 E= 105MPa；查表 1034，得滾珠直徑 wD =，算得絲杠底徑 d2=公稱直徑 d0－ 滾珠直徑 wD 則絲杠截面積 S=π d22∕ 4=。 忽略式（ 1025）中的第二項，算得絲杠在工作載荷 Fm作用下產(chǎn)生的拉 ∕ 壓變形量 δ 1= maF ∕ (ES) ≈ 。 合肥工業(yè)大學論文設計 ②根據(jù)公式 Z=（ π d0∕ wD ）－ 3，求的單圈滾珠數(shù)目 Z=29；該型號絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為 3 2=6，則滾珠總數(shù)量 Z∑ =29 6=174。滾珠絲桿預緊時，取軸向預緊力 FYJ=Fm∕ 3≈ 571N；則由式（ 1027），求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 δ 2=。 因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的 1/3，所以實際變形量可減小一半，取 δ 2=。 ③ 將 以 上 計 算 的 δ 1 和 δ 2 代入 δ 總 ， 求 得 絲 杠 總 變 形 量 δ 總== m。由表 1027 知，四級精度滾珠絲杠任意 300mm 軸向行程內(nèi)行程的變動量允許 16μ m，而對于跨度為 1497mm 的滾珠絲杠，總的變形量 δ 總 只有 m，可見絲杠剛度足夠。 （ 6）壓桿穩(wěn)定性校核 根據(jù)公式（ 1028）計算失穩(wěn)時的臨界載荷 kF ，查表 1031，取支承系數(shù) kf =2；由絲杠底徑 d2=，求得截面慣性矩 I=π d24≈