【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 當(dāng)改裝布置一對(duì)推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支承,在遠(yuǎn)離操作者的一端，用一個(gè)聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來(lái)，滾球螺母直接固定在中滑板上。車(chē)床橫向傳動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)如52 所示。圖33 橫向進(jìn)給傳動(dòng)示意圖1伺服電機(jī) 2支承架 7聯(lián)軸套 5滾珠絲杠螺母副 6螺母座 8支承短軸（1）滾珠絲杠橫向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)如下表33：表33 橫向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)公式公稱(chēng)直徑25導(dǎo)程4接觸角4176。33’鋼球直徑(㎜)滾道法面半徑偏心距螺紋升角4176。33’螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿紋接觸直徑螺母螺紋直徑螺母內(nèi)徑橫向進(jìn)給的計(jì)算（1）假設(shè)已知條件：工作臺(tái)重量W=2300N，時(shí)間常數(shù)t=25ms，滾珠絲杠基本導(dǎo)程L0=4mm(左旋)，快速進(jìn)給速度=98m/min?！稒C(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知,切削功率PC=PηK （公式37）式中 P——電動(dòng)機(jī)功率，查機(jī)床說(shuō)明書(shū)，P=4kw； η——主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，～,η=。 k——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k=.則 PC =PηK ==切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或轉(zhuǎn)矩)和最大切削轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)速)來(lái)計(jì)算,即PC=或PC=式中 FZ——主切削力（N） ν——切削速度() T——切削轉(zhuǎn)矩(Nm) n——主軸轉(zhuǎn)速()設(shè)按最大切削速度來(lái)計(jì)算,取,則主切削力FZ==N=由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，在外圓車(chē)削時(shí)FX=FZ ,取 FX==（2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副有設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷:首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷。 （公式38）式中 FP——工作負(fù)載（N），指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力； ——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，～,～。 ——硬度系數(shù)，為60HRC時(shí)， 為1；為60HRC時(shí)，１； G——壽命（以　轉(zhuǎn)為單位１，）。壽命G可按下式計(jì)算：G= （公式39）式中 n——滾珠絲的轉(zhuǎn)速 T——使用壽命時(shí)間（h），數(shù)控機(jī)床T取15000h。工作負(fù)載的數(shù)值可用《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，對(duì)于三角或綜合導(dǎo)軌 （公式310）式中、——切削分力； W——移動(dòng)部件的重力（800N）。 K——考慮顛覆力的矩影響的系數(shù)，k=。 ——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，f,=～,取f,＝。則 ＝[+(+2300)]N= N 當(dāng)機(jī)床以線(xiàn)速度V=,進(jìn)給量f=,車(chē)削直徑D=80mm的外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速mm/min=則 萬(wàn)轉(zhuǎn)=根據(jù)工作負(fù)載、壽命G，取=12, =1，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)負(fù)荷N=（3)效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 (公式311） 式中 ——螺紋的螺旋升角，該絲杠為4176。33’ Φ——摩擦角，Φ約等于10′則 =（4)剛度驗(yàn)算滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭轉(zhuǎn)的作用，將引起基本導(dǎo)程的變化，因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為 （公式312）式中 E——彈性模量，對(duì)于鋼，E= S——滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定d，若d=），則 S==其中，“+”用于拉伸，“”用于壓縮時(shí)則 = =cm絲杠1m長(zhǎng)度上導(dǎo)程變形誤差為==14因3級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15，故此絲杠的精度足夠。橫向滾珠絲杠的安裝（1）拆下刀架、小拖板及滑動(dòng)絲杠； （2）車(chē)削一根定位芯軸，保證法蘭盤(pán)孔與大拖板后孔的同軸度。定位后，配鉆四個(gè)螺釘孔，并攻螺紋； （3）車(chē)削一根手輪軸，代替原絲杠手輪軸，用于與滾珠絲杠連接； （4）車(chē)削兩個(gè)連接套，用于絲杠連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)和手輪軸； （5）銑去大拖板上與螺母發(fā)生干涉的部位； （6）利用車(chē)床主軸和尾座將螺母安裝到絲杠上，在利用鎖緊螺母進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙； （7）總裝后，用墊片調(diào)整螺母上下位置，使其傳動(dòng)平穩(wěn)。 導(dǎo)軌當(dāng)機(jī)床加工精度要求不是很高,一般不作導(dǎo)軌改造調(diào)整改造,可大為降低改造成本。第4章 刀架部分的改造對(duì)刀架部分的改造，通過(guò)將原機(jī)床的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀切削,自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見(jiàn)的形式是螺旋型四工位刀架,由數(shù)控系統(tǒng)直接控制,效率高,工藝性能可靠。由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改造在主傳動(dòng)系統(tǒng)和安裝調(diào)試中提到，因此在這里我主要將對(duì)刀架的改造進(jìn)行敘述。電動(dòng)刀架的工作原理需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體逐漸抬起上刀體與下刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)：與此同時(shí)，上蓋圓盤(pán)也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)與螺桿連接），當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約270176。時(shí)，上蓋圓盤(pán)直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷(xiāo)的正上方，由于彈簧的作用，圓柱銷(xiāo)落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤(pán)就通過(guò)圓柱銷(xiāo)使得上刀體轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端面齒已完全脫開(kāi)）。上刀體帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤(pán)上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)馬上就落入反靠圓盤(pán)的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。此時(shí)，反靠銷(xiāo)從反靠圓盤(pán)的十次槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下降，而上蓋圓盤(pán)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷(xiāo)的頭部壓入上刀體的銷(xiāo)孔內(nèi)上蓋圓盤(pán)的下表面開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可穩(wěn)定地工作。 電動(dòng)刀架的電氣原理圖如圖圖41 電動(dòng)刀架的電氣原理圖 電動(dòng)刀架的動(dòng)作過(guò)程 數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，或行動(dòng)調(diào)刀時(shí)，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，使刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到指定的刀具的到位信號(hào)后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，延遲50ms時(shí)間后，到家開(kāi)始反轉(zhuǎn)而進(jìn)行鎖緊，并開(kāi)始檢查緊縮信號(hào)，當(dāng)接收到該信號(hào)后關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號(hào)。如執(zhí)行的刀號(hào)與現(xiàn)在的刀號(hào)（自動(dòng)記錄）一致時(shí)，則換刀指令立刻結(jié)束，并轉(zhuǎn)入下一程序段執(zhí)行。我們根據(jù)上述描述的換刀動(dòng)作過(guò)程，做了如下動(dòng)作流程圖如圖42圖42 電動(dòng)刀架動(dòng)作流程圖電動(dòng)刀架的相關(guān)參數(shù)（1）經(jīng)查國(guó)標(biāo)刀架參數(shù)，我選擇了下列表格（表41）中的刀架。表41　刀架的參數(shù)刀架型號(hào)配車(chē)床型號(hào)刀位數(shù)電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)速夾緊力上刀體尺寸下刀體尺寸LDB4CA6140CA6140490W140012000N166166mm192192mm（2）刀架指標(biāo)如表42表42　刀架指標(biāo)刀架型號(hào)配車(chē)床型號(hào)重復(fù)定位精度工作可靠性換刀時(shí)間90度180度270度LDB4CA6140CA6140≤＞60000次 電動(dòng)刀架的安裝（1)電動(dòng)刀架實(shí)物圖和安裝尺寸圖如圖43所示圖43 電動(dòng)刀架實(shí)物圖和安裝尺寸圖（2）刀架尺寸如下表43所示：表43　刀架尺寸H1328 mmB 230 mmH2140 mmB1115 mmH380 mmA90 mmH420 mmL1379 mm(3)電動(dòng)刀架的安裝步驟1）拆下原手動(dòng)刀架； 2）在小拖板上鉆四個(gè)安裝孔，并攻絲； 3）手動(dòng)抬起電動(dòng)刀架，將刀架安裝在小拖板上； 4）安裝后，試用MDI功能換刀，觀察三相電源有無(wú)接反。第5章 數(shù)控部分 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 CA6140的數(shù)控化改造1)將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造為用數(shù)控裝置控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 2)刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)、切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換。3）再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車(chē)床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車(chē)削。 數(shù)控系統(tǒng)選擇數(shù)控機(jī)床的價(jià)格主要由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)決定，數(shù)控系統(tǒng)從功能上可分為低中高三檔，中高檔系統(tǒng)（如Fanuc、LBNC—2T型、FAGOR、SIEMENS、華中HNC—2T/2M等）功能齊全，性能優(yōu)良，但價(jià)格偏高。結(jié)合實(shí)際，從實(shí)用角度出發(fā)，在這里我們選擇了華中HNC—21T型數(shù)控車(chē)床系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用先進(jìn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，支持硬盤(pán)、電子盤(pán)等程序存儲(chǔ)方式及軟驅(qū)、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能，具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用可靠性高的特點(diǎn)，編程格式符合ISO國(guó)際代碼標(biāo)準(zhǔn)，兩軸動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，具有自動(dòng)加工、自動(dòng)換刀、車(chē)螺紋和MDI等功能。 數(shù)控系統(tǒng)的介紹 操作面板 華中“世紀(jì)星”HNC21T是一基于嵌入式工業(yè)PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，配備高性能32位微處理器、內(nèi)裝式PLC及彩色LCD顯示器。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)兼容。1）操作面板 HNC21T車(chē)床數(shù)控裝置操作臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)固定結(jié)構(gòu)，外形尺寸為420310110毫米（WHD），如圖51所示：圖51 HNC21T車(chē)床數(shù)控裝置操作面板2）顯示器180。彩色液晶顯示器，分辨率為640480。3）NC鍵盤(pán) NC鍵盤(pán)包括精簡(jiǎn)型MDI鍵盤(pán)和F1~F10十個(gè)功能鍵。 標(biāo)準(zhǔn)化的字母數(shù)字式鍵盤(pán)的大部分鍵具有上檔鍵功能，當(dāng)“UPPER”鍵有效時(shí)，指示燈亮，輸入的是上檔鍵。 NC鍵盤(pán)用于零件程序的編制、參數(shù)輸入、MDI及系統(tǒng)管理操作等。4）機(jī)床控制面板標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板的大部分按鍵（除“急?！卑粹o外）位于操作臺(tái)的下部。機(jī)床控制面板用于直接控制機(jī)床的動(dòng)作或加工過(guò)程。 軟件操作界面HNC21T的軟件操作界面如圖52所示：圖52 HNC21T的軟件操作界面其界面由如下幾個(gè)部分組成：1) 圖形顯示窗口 2) 菜單命令條 3) 運(yùn)行程序索引 4)選定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，坐標(biāo)系可在機(jī)床坐標(biāo)系/工件坐標(biāo)系/相對(duì)坐標(biāo)系之間切換；顯示值可在指令位置/實(shí)際位置/剩余進(jìn)給/跟蹤誤差/負(fù)載電流/補(bǔ)償值之間切換。 5)工件坐標(biāo)零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo) 6) 輔助功能M、S、T；當(dāng)前刀位CT、選擇刀位ST 7)當(dāng)前加工程序行 8) 當(dāng)前加工方式、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及當(dāng)前時(shí)間 9) 當(dāng)前坐標(biāo)、剩余進(jìn)給 10)直徑/半徑編程、公制/英制編程、每分鐘進(jìn)給/每轉(zhuǎn)進(jìn)給、快速修調(diào)、進(jìn)給修調(diào)、主軸修調(diào)倍率 系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)如下表51表51　系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)號(hào)參數(shù)定義單位初始值范圍P01Z軸正限位值毫米0～P02Z軸負(fù)限位值毫米～0P03X軸正限位