【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。操作步驟為：拆除原CA6140車床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動(dòng)絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進(jìn)電機(jī)減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動(dòng)）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體剛性優(yōu)于從前，所以采用一級(jí)齒輪減速裝置。 車床的主電動(dòng)機(jī)最大切削功率P =PηK式中P ——主電動(dòng)機(jī)功率，CA6140車床P =η——主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，～，取η=K——進(jìn)給系統(tǒng)功率總效率 取K=∴P ==又∵切削力P = FV式中 F ——主切削力（N）， V——最大切削速度（m/min）。按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min在外圓車削中：F =（～）F =2808=。 F =（～）F =2808=1404N滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn):在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道上裝有擋滾珠器（又叫回珠器或反向器）。（1）滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點(diǎn)：①傳動(dòng)效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動(dòng)效率η=～，是普通滑動(dòng)絲杠的34倍（η=～）。②摩擦力小 因靜、動(dòng)摩擦因數(shù)小，因而傳動(dòng)靈敏、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動(dòng)精度和定位精度高。③可預(yù)緊 經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動(dòng)平穩(wěn)。④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠可螺母既可作為主動(dòng)件，也可作為從動(dòng)件。⑤使用壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達(dá)6060HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動(dòng)摩擦，故磨損很小、使用壽命長(zhǎng)。因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以進(jìn)給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副。（2）滾珠絲杠副的缺點(diǎn)是：①制造工藝復(fù)雜，成本高 滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復(fù)雜。②不能實(shí)現(xiàn)自鎖 由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動(dòng)裝置。常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。為提高傳動(dòng)剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測(cè)出具體的間隙所在。珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負(fù)載必小于滾珠絲杠的額定動(dòng)負(fù)載Cm(N)即必須滿足CCm。選擇縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削。又因?yàn)镕m=KFf+f’(Fc+w)式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N）K——顛覆里矩影響取K=F’——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f’=W——移動(dòng)部件的重量（N）代入式中：Fm=kFf+f’(fc+w)=+(2808+800)=（1）壽命L 最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/2——1/5（取為1/2），,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：絲杠使用壽命時(shí)間一般為15000h，則絲杠的計(jì)算壽命L為L(zhǎng)=300000h （2）載荷Cm 當(dāng)量動(dòng)載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷Cm∴ Cm= =根據(jù)CCm的原則，查 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，（P1221）選取滾軸絲桿的型號(hào)為：，坐標(biāo)直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式。，導(dǎo)程為6mm，摩擦級(jí)選用5級(jí)，螺紋升角r=arctag（L / d ）=arctg（6mm/ 40）=（3）傳動(dòng)功率 滾軸絲桿副的傳動(dòng)功率為tgr/tg（r+ f） =式中：r—絲杠的螺紋升角。滾動(dòng)絲桿副的滾動(dòng)摩擦因數(shù)f=，摩擦角約等于10′,所以 傳動(dòng)功率為10。（4）穩(wěn)定性驗(yàn)算臨界壓縮載荷，對(duì)于受壓的細(xì)長(zhǎng)的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。式中 E——絲桿材料彈性量，對(duì)綱E=10 N/m L——絲杠兩支承端距離（m），L=。f ——絲杠的支承方式系數(shù)，f =f ——許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，f =3I——絲杠截面慣性矩（m ） I= = = d ——絲杠螺紋底徑（m），d =d ==.∴ Fmax=（5）剛度驗(yàn)算① 滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，因此驗(yàn)算滿載時(shí)候的軸向變形量。② 滾珠與螺紋接觸變形量 ，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時(shí)，之值可減少一半，外循環(huán)Z= ——滾珠絲杠公稱直徑據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為: ③ 支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d =35mm，滾動(dòng)體數(shù)量=18，軸承的軸向接觸變形為：5mm∴總變形量 = + + =++0041+=又有前面已知條件可得：＜。符合要求。根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，滾珠絲杠導(dǎo)程L =6mm， ，傳動(dòng)比為1。因?yàn)镮5,故可為一級(jí)齒輪傳動(dòng)。 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹m=2，壓力角=20。 ∴d =M z=232=64mm分度圓直徑 m( +2 )=2(32+2 1)=68 mm=m( +2 )=2(40+2 1)=84㎜齒頂高系數(shù)，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：m≥1㎜時(shí)，正常齒制 =1。齒根圓徑 m( 2 2 )=2(32 22 )= m( 2 2 )=2(40 22 )=75。頂隙系數(shù) 我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：≥1 mm時(shí)，正常齒制 =。齒寬b= 為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，則取1 ， 所以減速齒輪參數(shù)為：21。大小齒輪的材料均為40 合金鋼，考慮到對(duì)傳動(dòng)要求和制造方便采用直齒傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒輪錯(cuò)齒輪法消除和間隙，熱處理采用調(diào)壓處理慣量匹配條件 慣量匹配是指進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 條件是：1〈 J〈4式中：J——負(fù)載慣量，即進(jìn)給系統(tǒng)（傳動(dòng)軸、齒輪、工作臺(tái)等）折算到伺服電動(dòng)機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。負(fù)載慣量的計(jì)算參考同類型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)150BF002，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =10 。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：15。齒數(shù)Z 、Z 折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：14。從表查得1m的絲杠的 = ∴J = = ：J = ，機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同。（1）快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩是：將已知數(shù)據(jù)代入，M =500r/min考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算的電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J =。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩= ，附加摩擦力矩=，則M =M +M +M =++=。（2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M =M +M=+=。（3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力距 M =+ +=從上面計(jì)算看出M 、M 、M 三種情況下，以快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。按次最大靜力矩， 大于所需最大靜力矩，可作為出選型號(hào)。但還得考慮電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率：150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800 ，允許的最高空載運(yùn)行頻率為8000 。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500HZ時(shí)，M=100N㎝，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（㎝），直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000HZ時(shí)，起動(dòng)扭矩可增高到588N㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性圖知該電動(dòng)機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計(jì)算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用150BFOO2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。改造步驟：保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床刀具對(duì)空操作；保留原有的支承機(jī)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)，為了便于安裝滾珠絲杠。副絲杠軸采用分移式，然后用套筒剛聯(lián)接。采用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除齒輪副間隙，并在溜板箱上安裝了縱橫向進(jìn)給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作和意外事故的緊急處理。F =（～）F =2808=1404N選擇縱向進(jìn)給為燕尾性導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削力Fm又因?yàn)镕m=KFf+f’(Fc+2F +W)式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N） K——顛覆里矩影響取K= F’——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f’= W——移動(dòng)部件的重量（N）代入式中：Fm= KFf+f’(Fc+2P+W)=+(2808+21404+600)=壽命L 最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/2——1/5（取為1/3），,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：15000