【文章內(nèi)容簡介】 其精密定位和連接剛度，消除了配合件之間的振動。當(dāng)使用一段時期后，需更換軸承或進行導(dǎo)軌修磨而拆卸時，又能方便將軸頸從軸套中取出。 與軸 承配合的軸頸采用 js6 因為軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，軸的公差采用 js6 與軸承過渡配合，平均間隙較小，并允許略有過盈，以保證其剛度要求，又能方便軸承的裝卸。 21 滾珠螺母與螺母座之間采用 H7/h6 由于滾珠螺母與螺母座之間靠平鍵傳遞扭矩，故采用 H7/h6 配合，這樣裝配件之間有較小的間隙，可保證零件自由裝拆，而工作時又能相對靜止不動。 CA6140 數(shù)控改造后，縱向進給定位準(zhǔn)確，性能參數(shù)穩(wěn)定，顯著提高了零件的加工精度和生產(chǎn)效率。 螺旋傳動 A．概述 螺旋傳動主要用來把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動 ，或把直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。其中，有以傳遞能量為主的傳力螺旋，有以傳遞運動為主，并要求有較高傳動精度的傳動螺旋，還有調(diào)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動機構(gòu)又有滑動絲杠螺母、滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機構(gòu)。 在經(jīng)濟型數(shù)控車床的進給系統(tǒng)中，螺旋傳動主要用來實現(xiàn)精密進給運動，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動機構(gòu)。 滾珠絲杠副傳動是在具有螺旋滾道的絲杠和螺母間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠。這些滾珠作為中間傳動件，使螺桿和螺母之間的摩擦由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的一種傳動裝置。它由絲杠、螺母、滾珠及滾珠循環(huán)返回裝置等四個部分組成。當(dāng)螺桿 轉(zhuǎn)動螺母移動時，滾珠則沿螺桿螺旋滾道面滾動，在螺桿上滾動數(shù)圈后，滾珠從滾道的一端滾出并沿返回裝置返回另一端，重新進入滾道，從而構(gòu)成閉和回路。 B．滾珠絲杠副傳動的特點 a．傳動效率高，摩擦損失小。 b．給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛度好。 c．啟動力矩小，運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高，同步性好。 d．有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。 e．磨損小，使用壽命長，精度保持性好。 f．制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗22 糙度值別別小，故制造成本高。 g．不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于中立的作用，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立刻停止運動，所以需要添加制動裝置。 C．滾珠絲杠副的支承方式 為了滿足高精度、高剛度進給系統(tǒng)的需要，必須充分重視滾珠絲杠副支承的設(shè)計。 a．一端固定，一端自由 a) 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都很低。 b) 結(jié)構(gòu)簡單 c) 軸向剛度小 d) 適用于較短的滾珠絲杠安裝和垂直的滾珠絲杠安裝 b．兩端鉸支 a) 結(jié)構(gòu)簡單 b) 軸向剛度小 c) 適用于對剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝 d) 對絲杠的熱伸長較敏感 e) 適用于中等回轉(zhuǎn)速度 c．一端固定，一端鉸支 a) 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉(zhuǎn)速度。 b) 結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜 c) 軸向剛度大 d) 適用于對剛度和位移精度要求較高的滾珠絲杠安裝 e) 推力球軸承應(yīng)安置在離熱源（步進電 機）較遠(yuǎn)的一端 d．兩端固定 a) 絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn) b) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力 c) 軸向剛度最大 d) 適用于對剛度和位移精度要求高的滾珠絲杠安裝 e) 適用于較長的絲杠安裝 綜上所述，本設(shè)計中滾珠絲杠副支承方式由原來的一端固定、一端懸23 178?？?，變?yōu)橐欢斯潭?，一端徑向支承? D．滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整 滾珠絲杠的傳動間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙 。消除間隙的方法采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力大會使空載力矩增加，從而降低傳動效率，縮短使用壽命。此外，還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動部分的間隙。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 A．軸 CAJJX61400204 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1）選擇軸的材料及熱處理方法 因該軸無特殊要求，故選用 HT150 正火處理。 （ 2）確定軸的各段直徑 由前面滾珠絲杠副的設(shè)計可知：滾珠 絲杠的直徑為 20mm。由于絲杠與軸 CAJJX61400204(如圖 38)通過聯(lián)接套聯(lián)接，考慮到軸的加工方便性和整體的連貫性，軸 CAJJX61400204 的軸身部分直徑與滾珠絲杠的直徑相同，均為φ 20mm，軸頸部分直徑為 17mm。 （ 3）確定軸的各段長度 軸 CAJJX61400204 的各段長度應(yīng)根據(jù)實際工作需要而定，通過前面的計算和機床實際情況，軸身部分取 155mm，軸頸部分取 26mm。由此可定出軸的總長為 181mm . （ 4）軸的強度校核 a)如下圖所示，確定危險截面上的 扭矩 Tmax. 由圖可知最大扭矩為 Tmax=2633N178。 m b)按強度條件校核軸的強度，由公式得 24 大于軸的設(shè)計直徑為 20mm ,滿足條件。 c)按剛度條件校核軸的強度，由公式得 小于軸的設(shè)計直徑為 20mm ,滿足條件。 圖 38 軸 CAJJX61400204 B．軸 CAJJX61400208的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1）選擇軸的材料及熱處理方法 因該軸無特殊要求，同樣選用 HT150 正火處理。 （ 2）確定軸的各段直徑 考慮與軸承內(nèi)經(jīng)的配合，所以該軸兩端支承部分直徑為 17mm。其余部分直徑為 15mm。 （ 3）確定軸的各段長度 由于該軸需與法蘭盤聯(lián)接，而且該軸相對較長，因此在設(shè)計時為了方便安裝，降低裝配難度，將軸身部分增加一個軸肩，直徑適當(dāng)減小，使其有一過渡，軸身直徑為 15mm。因為該軸的右端還需安裝一個透蓋，用雙螺母對其緊固。軸與透蓋用一鍵使其周向固定。 查參考文獻 [3]可知，根據(jù)軸的直徑選用型號為 GB/T10981979 的鍵，鍵槽寬度為 3mm，深度為 。 （ 4）軸的強度校核 ? ??? ??? 31m a x dTWTn? ? ? ? mmTd 1026 3 331 ????? ??即：? ? mmmGG Td 180 44 ????? ????? ?? ??即：? ????? ?????? 4m a x dG TGIT P25 178。178。? ??? ??? 31m a x dTWTn (a)畫扭矩圖，并確定危險截面上的扭矩 Tmax AB段： T1=2633N178。 m BC段： T2=1316 N178。 m 由扭矩圖可知，最大扭矩發(fā)生在 BC 段，即為危險截面。最大扭矩為： T=2633 N178。 m（取絕對值） （ b） 按強度條件校核軸的強度，由公式得 小于軸 CAJJX61400208(如圖 39)最細(xì)部分的設(shè)計直徑 15mm，滿足要求。 (c)按剛度條件校核軸的強度，由公式得 小于軸 CAJJX61400208 最細(xì)部分的設(shè)計直徑 15mm，滿足要求。 ? ? ? ? mmTd 1026 3 331 ????? ??即：? ??? ??? 31m a x dTWTn? ????? ?????? 4m a x dG TGIT P? ? ? ? mmTd 1026 3 331 ????? ??即：? ? mmmGG Td 180 44 ????? ????? ?? ??即：26 圖 39 軸 CAJJX61400208 透蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計 透蓋的內(nèi)徑和長度由與之配合的軸 CAJJX61400208 的直徑和長度決定，所以透蓋的直徑為 16mm,長 33mm。因為選用型號為 GB/T10981979 的鍵，查參考文獻 [3]可知，轂 t1=，上偏差為 +，下偏差為 0。外圓的直徑由法蘭盤的直徑?jīng)Q定，為 96mm。 圖 310 透蓋 CAJJX61400201 螺母座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 螺母座的長度根據(jù)滾珠螺母的長度而定。螺母座與滾珠螺母通過鍵進27 行軸向固定，查參考文獻 [4]可知，該鍵型號選用 GB/T10961979， 4179。 4179。30。滾珠絲杠副通過螺母座帶動工作臺移動，因此螺母座通過螺釘與工作臺聯(lián)接。查參考文獻 [4]可知，螺釘型號選用 GB/T701985。 圖 311 螺母座 CAJJX61400207 繪制進給 伺服系統(tǒng)的機械裝配圖 在繪制機械裝配圖時，除了從總體上考慮機床布局情況以及伺服進給機構(gòu)與原機床的聯(lián)系外，還應(yīng)認(rèn)真的考慮與具體結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的一些問題。 1）了解原機床的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，從有關(guān)資料中查閱床身、縱溜板、橫溜板、刀架等的結(jié)構(gòu)尺寸。 2）根據(jù)載荷特點和支承形式確定絲杠兩端支承軸承的型號，軸承座的結(jié)構(gòu)以及軸承預(yù)緊和調(diào)節(jié)方式，確定齒輪軸支承軸承的型號。 3）減速齒輪的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸計算，確定齒輪側(cè)隙的調(diào)整方法，在滿28 足裝配工藝的前提下，合理設(shè)計齒輪箱結(jié)構(gòu)。 4）考慮各部位間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方法。例如， 應(yīng)保證絲杠兩端支承與滾珠絲杠螺母同軸，保證絲杠與機床導(dǎo)軌平行，考慮螺母座。軸承座在安裝面上的聯(lián)接與定位、齒輪箱在安裝面上的定位、步進電機在齒輪箱上的聯(lián)接與定位等。 5）考慮密封、防護、潤滑以及安全機構(gòu)等問題。例如，絲杠螺母的潤滑、防塵、防鐵屑保護、軸承的潤滑及密封、齒輪的潤滑及密封、行程限位保護裝置等。 6）在進行各零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。 此外，注意繪制裝配圖時的一些基本要求。例如，制圖標(biāo)準(zhǔn)、視圖布置及 圖形畫法要求、重要的中心距、中心高、聯(lián)系尺寸和輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)、重要配合的標(biāo)注、裝配技術(shù)要求、標(biāo)題欄要求等。 四 數(shù)控部分的改造 總體方案設(shè)計 普通車床進行數(shù)控改造后，系統(tǒng)應(yīng)能控制主軸轉(zhuǎn)速并實現(xiàn)其正反轉(zhuǎn) ；控制工作臺實現(xiàn)縱向、橫向和垂直方向的進給運動 (車床刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動并自動轉(zhuǎn)位換刀；加工螺紋時應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個被加工螺紋的導(dǎo)程 )；控制冷卻和潤滑；通過鍵盤輸入加工程序；由顯示器顯示加工狀態(tài)等 。 為此數(shù)控部分采用 MCS51系列單片機組成控制系統(tǒng) ，由功率步進電機經(jīng)一級齒輪減速后驅(qū)動 x , z 軸。數(shù)控部分改造機床中的主軸、冷卻、潤滑和刀架等均需系統(tǒng)自動控制，為此需設(shè)計接口轉(zhuǎn)換電29 路和強電控制電路。電器元件可保留使用原機床中的變壓器、自動斷路器、接觸器等。拆除原電控箱，原位安裝改制后的電控箱。 數(shù)控系統(tǒng)的功能要求 （ 1） z 向和 x向進給伺服運動控制 （ 2）螺紋加工控制 （ 3）行程控制 （ 4）鍵盤及顯示 （ 5）面板管理 （ 6）其他功能：光電隔離、功率放大、報警、急停、復(fù)位。 硬件電路的組成 采用 MCS51 系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖如圖 41 所示。電路的組成如下： （ 1） CPU 采用 8031芯片； （ 2）擴展程序存儲器 2764 兩片， 6264一片； （ 3）擴展可編程接口芯片 8155兩片； （ 4）地址鎖存器，譯碼器各一個； （ 5）鍵盤電路，顯示電路； （ 6）光電隔離電路，功率放大功率； （ 7）越程報警電路，急停電路，復(fù)位電路； （ 8）面板管理電路。 30 圖 41 數(shù)控系統(tǒng)改造硬件原理連接圖 設(shè)計說明 系統(tǒng)主機 8031 芯片 8031 單片機的基本特征 具有 8 位處理單元。 共有 128 個字節(jié) RAM。 片內(nèi)有時鐘發(fā)生電路，可執(zhí)行一條指令的是 2us 或 4us。 有 4 個 I／ O 接口， 32 根 I／ O線。 有 2 個 16 位定時器／計時器。 可尋址 64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器和 64K字節(jié)外部程