【文章內(nèi)容簡介】 144 r 5 （ 5）齒輪結(jié)構(gòu)圖根據(jù)齒輪結(jié)構(gòu)尺寸要求，當(dāng)齒頂直徑 160≤da≤500mm 時，做成腹板式。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計此次改造技術(shù)采用的結(jié)構(gòu)與原來的 CA6140 結(jié)構(gòu)大部分相同。I 軸上有三個傳動副及摩擦離合器與 CA6140 相同；II 軸上有三個固定齒輪和一個二聯(lián)滑移齒輪與CA6140 相同；III 軸上左端采用的是二聯(lián)滑移齒輪，右端采用的是三聯(lián)滑移齒輪與CA6140 的左端是三聯(lián)滑移齒輪，右端是三個固定齒輪基本相似。故改造時只需把右端軸的結(jié)構(gòu)改為花鍵軸即可。從前三軸來看，結(jié)構(gòu)，尺寸，基本相同，故前三軸不作大改動，基本結(jié)構(gòu)及軸承保持不變。這樣為改造成本減少許多，提高了改造方案的經(jīng)濟性，軸 IV 是將 CA6140 的固定齒輪 58 和內(nèi)齒式離合器 50 去掉，將部分改造設(shè)計成三對固定齒輪 87，64，40，將操作桿拆除掉，安裝上主軸控制旋轉(zhuǎn)開關(guān)，并在主軸的后端安裝脈沖發(fā)生器，它們之間用彈性聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接安裝，保持與主軸同步。在加工螺紋時，使主軸轉(zhuǎn)速與縱向滾珠絲桿的轉(zhuǎn)速保持一定的數(shù)量關(guān)系，從而能按數(shù)控加工指令加工出指定的螺紋，主軸上的其它部分均保留不變，不作改造設(shè)計。 軸承的改造設(shè)計CA6140 機床原來的主軸支承為前后支承，經(jīng)改造后改為前中后支承，以前中支承為主支承，后支承為輔助支承，考慮到經(jīng)濟性，其前后支承不進(jìn)行改造，只將中間支承的軸承 E32216 拆除，在其位置上用加強筋加以支承，更換軸承 D3182120，同時 I，II，III，IV 軸上各個支承均保留不變其原來的位置及型號。將 IV，VII 的各個支承軸承拆除。 主軸脈沖發(fā)生器主軸脈沖發(fā)生器也叫光電編碼器。其作用是當(dāng)數(shù)控機床加工螺紋時，用主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它應(yīng)與車床主軸同步轉(zhuǎn)動，并發(fā)出主軸角位置變化信號，輸送給計算機。計算機按所需加工的螺距進(jìn)行處理，控制機床縱向或橫向步進(jìn)電動機運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)加工螺紋的目的。其加工螺距為：6，5，3，2，，1，，，共 18 種。主軸脈沖發(fā)生器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二是采用異軸安裝。同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接方便。但缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，而異軸安裝則沒有這個缺陷，所以目前經(jīng)濟數(shù)控系統(tǒng)改造臥式車床，多采用同軸方式。主軸脈沖發(fā)生器從傳動聯(lián)接方面分為剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接。所謂剛性聯(lián)接就是常用的軸套方式聯(lián)接，這種聯(lián)接對聯(lián)接件的制造精度和安裝精度要求較高。因為同軸度的差，會引起主軸脈沖發(fā)生器的偏扭，造成信號不準(zhǔn)，甚至損壞內(nèi)部光柵盤。另一種聯(lián)接方式為柔性聯(lián)接，即車床主軸與主軸脈沖發(fā)生器之間用彈性元件聯(lián)接，常用的元件為波紋管和橡膠管。這是較為適用的授聯(lián)接方式。須引起注意的是，主軸脈沖發(fā)生器屬精密光學(xué)元件，安裝時應(yīng)格外小心，以免損壞光柵盤。另外，在使用中還應(yīng)注意最高轉(zhuǎn)速，使用時車床主軸不能超過此轉(zhuǎn)速。最好能做到使用時可將其裝上，不使用時將其脫開，以延長其使用壽命。 主軸電動機的選擇電動機是機床的一個核心部件，它的選擇直接影響到機床的工作性能及加工精度，為了滿足要求，選擇合適的 主軸電機需從以下幾個方面考慮。 主軸的基本要求機床主軸除了作高速回轉(zhuǎn)外，還要承受徑向，軸向的切削力，主軸在彎曲、扭轉(zhuǎn)、交變載荷下按照要求進(jìn)行起動增速，減速和停止等，因此電機一般要求較高。 主軸電機的使用要求與一般用途電機一樣，主軸電機滿足驅(qū)動的基本要求即:電機的輸出功率，轉(zhuǎn)速，應(yīng)用場合，主軸經(jīng)常起動、加速、切削、制動，停止這樣循環(huán)，故機床主軸電機對其控制要求是恒速運動時要求，平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速波動小，抗干擾能力強，調(diào)速范圍寬，并連續(xù)可調(diào)，電機起動，制動安全可靠。 電機工藝性經(jīng)濟性要求 為適應(yīng)市場經(jīng)濟需要，主軸電機制造必須具備下列條件:(1) 主軸及電機的制造工藝性好。(2) 主軸電機的裝配，調(diào)試，維護(hù)性能要好。(3) 主軸電面應(yīng)具有效率高，壽命長，體積小，重量輕，可控制性好。根據(jù)以上要求，:一是在工作狀態(tài)下對各種干擾因素不敏感。電壓的波動，電流的數(shù)值，波形，溫度的變化等干擾因素在其大小未引起步進(jìn)電機出現(xiàn)“失步”現(xiàn)象前，不影響其工作狀態(tài)。二是誤差不會長期積累。步進(jìn)電機的步距角是有誤差的，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也出現(xiàn)積累誤差，但轉(zhuǎn)過 360176。以后，積累誤差則為“零” 。 其他輔助設(shè)備的改造設(shè)計 減少熱源的熱量根據(jù)有關(guān)資料對 CA6140 機床的試驗分析，床頭箱的主要熱源以主軸軸承的發(fā)熱為主，其前軸承就更為明顯，而軸承的發(fā)熱源于液體的動力摩擦，它隨潤滑油的粘度降低而下降，前軸承的 AT 及主軸前端部提高量 DB 約與潤滑油的動力粘度少— 次方的關(guān)系。故改用 T2 高速機油代替原來 30機油，便可使熱量減少，使DB 下降到 47%左右，同時，增大主軸前軸承側(cè)的供油量至 —2 公升/分，并用油管將油從前中軸承側(cè)面射進(jìn)前中軸承的滾子部分，以減少前中支承的發(fā)熱量。 各部件間的溫差從 CA6140 機床的試驗證明：主軸前部提高 DB 是由主軸箱的熱變型（占 60%）及機床床身的熱變（占 40%）兩部分組成，床身的熱變形對于主軸中心線相對于床身導(dǎo)軌的不平行性 Aa 的影響尤為顯著，約占 84%左右，其中 78%是和下部分的變形導(dǎo)致的，6%是導(dǎo)軌部分變形產(chǎn)生的，將潤滑油箱另外獨立于機床，采用強制性循環(huán)潤滑，這樣不僅消除了次生熱源，同時使油和箱也起到了散熱作用。 主軸箱的密封箱體內(nèi)拆除的零件所留下來的孔徑，用塞子把其塞住，以防灰塵雜質(zhì)進(jìn)入主軸箱內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱變形及降低加工精度。5 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計 概述進(jìn)給傳動系統(tǒng)的改裝，應(yīng)根據(jù)機床自身精度及性能來決定。由于舊車床的改造，一般都是將原來的機床進(jìn)給傳動系統(tǒng)，即由主軸箱通過掛輪架帶動進(jìn)給變速箱，將運動傳給光杠或絲杠，再驅(qū)動床鞍或中滑板運動的傳動過程，改裝為由功率步進(jìn)電動機通過消隙減速傳動齒輪，直接帶動滾珠絲杠，使刀架分別實現(xiàn)縱向運動和橫向運動，進(jìn)行兩個坐標(biāo)的控制。在機床改造過程中，必須拆除機床上原有的溜板及主軸箱等保留部件進(jìn)行修理，使精度能達(dá)到大修要求。精度符合要求的臥式車床，進(jìn)行數(shù)控化改造，一般對車床部件不做大的運動，只是把床鞍的縱向滑動絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一消隙減速箱和功率步進(jìn)電動機。同時，也把中滑板的端向滑動絲杠副改為橫向滾珠絲杠。在橫向滾珠絲杠的外端安裝一消隙減速箱和功率步進(jìn)電動機。從而，使車床的縱向和橫向運動既能用微機系統(tǒng)進(jìn)行控制，又能由操作者進(jìn)行普通操作。在機床改造中，只要把溜板箱中的開合螺母及中滑板上的滑動螺母拆除，在合適位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與普通操作相干涉發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須由電氣連鎖開關(guān)控制操作轉(zhuǎn)換。對于全新或較新車床來說，在進(jìn)行簡易數(shù)控改造時，一般都是全部保留車床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進(jìn)電機分別安裝在縱向滑動絲杠的右端和橫向滑動絲杠的外端。從而也可以使車床同時具有普通操作功能和簡易數(shù)控功能。這時，要注意的問題同樣是必須避免數(shù)控操作與普通操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象。在普通操作與數(shù)控操作的轉(zhuǎn)換中，必須由電氣連鎖開關(guān)控制，若要進(jìn)行數(shù)控操作，必須把連鎖開關(guān)至“數(shù)控位置” ，合緊開合螺母方可進(jìn)行。 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計與計算 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 經(jīng)濟型數(shù)控車床的改裝一般是步進(jìn)電動機經(jīng)減速后驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，螺母固定在溜板箱上，帶動床鞍運動。步進(jìn)電動機要安裝在絲杠的任意一端，對于車床改造，外觀不必像產(chǎn)品設(shè)計要求的那么高，而應(yīng)從操作、改造方便、實用等方面來考慮。縱向傳動滾珠絲杠改裝，縱向傳動滾珠絲杠，應(yīng)采用三點支承的形式。若結(jié)構(gòu)中保留進(jìn)給變速箱，可以使?jié)L珠絲杠的左端通過聯(lián)軸套直接連接在進(jìn)給變速箱的原絲杠聯(lián)接軸上。若結(jié)構(gòu)中拆除了進(jìn)給變速箱，則滾珠絲杠的左端可以一個專用軸承支座３，采用軸套式滑動軸承４作為徑向支承，在滑動軸承的兩側(cè)分別布置一對推動球軸承２，進(jìn)行軸向支承，并且使支承短軸５與滾珠絲杠７通過軸套６聯(lián)接起來。滾珠絲杠的右端通過一個聯(lián)軸套９和消隙減速的輸出軸１２聯(lián)接起來，并且在三杠托架上布置一個軸套式滑動軸承１０作為徑向支承，對消隙減速箱的輸出軸１２進(jìn)行支承，消隙減速箱１３固定在三杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母８與床鞍直接聯(lián)接。因此。滾珠絲杠對臟物敏感，要加防護(hù)罩?？v向進(jìn)給系統(tǒng)的計算：　　已知條件：工作臺重量：Ｗ＝８０Ｋg=800N(根據(jù)圖紙估算)時間常數(shù)：T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程：L o=6mm行程：δ=640mm脈沖當(dāng)量：δ p=步距角：α=176。/p快速進(jìn)給速度：V=5m/min（1）切削力計算 由 ［14］ 可知，切削功率為?。?Ｃ ＝ＰηＫ式中 p切削功率(KW)； P－電動機功率：查機床說明書，p=4kw η－主傳動系統(tǒng)總功率，－，取 η＝； K－進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 k＝；則 　P C =4=又因為 P c=FzV/6120 所以 F z=6120PＣ /V如取切削速度 V=100M/MIN，則主切削力得Fz=6120由 [14]可知，主切削力 FZ=CFZ　 apxFzfYFZKFZ查有關(guān)手冊得 CFz=188Kg/mm2=1880MPa XFz=1 YFz= KFz=1則在不同切削深度及進(jìn)給量時主切削力計算結(jié)果如表 2 所示。表 2 主切削力Table 2 Main forceap/mm f/mm Fz/N2 11252 15242 18913 16873 22873 2837當(dāng)切削深度 a p =2mm，走刀量 f = 時產(chǎn)生的主切削力與前面所計算出的主切削力 Fz =1524N 相近，故以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。從 [1]中可得知，在一般車削外圓時Fx=() Fz Fy=()Fz取 Fx= Fy=則 Fx==Fy==（2）滾珠絲杠設(shè)計計算 綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向工作負(fù)載采用下面公式 [4]計算 P=KFx+f＇(F Z+W)式中 p工作負(fù)載(N) k考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，取 K= Fx進(jìn)給抗力Fz主切削力(N)f導(dǎo)軌上的磨擦因數(shù)，f=，取 f＇=W移動部件的重量，根據(jù)已知條件得知 W=800N則 P=1，1+(+800)+① 強度計算（滾珠絲杠）壽命值 L=60nT/10 6[2]式中 L 壽命（以 106r １０ 4r） ；n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速(r/min)T機器使用壽命時間(h)絲杠轉(zhuǎn)速 n 可根據(jù)下式求出：n =n 主 f/Lo=1000vf/πD 0L0 [2]式中 n 主 主軸轉(zhuǎn)速(r/min) f走刀量(mm/r) v切削線速度，取=100m/min D工件直徑(mm) L0 滾珠絲杠基本導(dǎo)程(mm)如取工件直徑 D=80mm， 并查有關(guān)手冊得 T=15000h 則 n=1000100806=20r/min L=602015000/106=18106r根據(jù)最大動負(fù)載公式得C=L1/3fwfHP [2]查表 33[4]和３－４ ［４］ 得運轉(zhuǎn)系數(shù)=， 硬度系數(shù) fH=1則 C=(18) 1/31=根據(jù)最大動負(fù)載 C 的值，可選擇滾珠絲杠的型。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠直徑為 φ32mm， 型號為 FC1B32*65E2，其額定動載荷是 10689N ，與上面計算結(jié)果相比，強度足夠。② 效率計算 根