【文章內(nèi)容簡介】 多時間影響生產(chǎn)進度。所以設(shè)想決定對其數(shù)控改造，改造的同時讓操作人員一直在旁邊學習，學習怎么改裝，怎么安裝，并講解如何使用。把所要加工的零件程序輸入到存儲器中，用到時直接調(diào)用即可，這樣一個人即可操作兩臺機床，而且效率提高了好大，精度也會提高很高，會為廠帶來很大經(jīng)濟利益。 1. C6150車床數(shù)控化改造總體機械部件設(shè)計。包括了進給滾珠絲杠的設(shè)計與選用，消隙減速齒輪系的設(shè)計計算與校核，進給用步進電機的選擇與校核。3．主軸脈沖發(fā)生器的安裝4．刀架的選用。選用8031型號的單片機控制進給系統(tǒng)與刀架，并把脈沖發(fā)生器的數(shù)據(jù)通過單片機來加工螺紋。 第2章 數(shù)控車床總體改造方案及機械部分設(shè)計 改造C6150車床的基本思路是把原來的機床進行大修，只保留機床導軌、主軸、溜板、尾座等部件，其余的全部撤除。帶之以滾珠絲杠和步進電機，用單片機系統(tǒng)來驅(qū)動各軸的運動。經(jīng)過嚴密的計算和論證，選擇絲杠和驅(qū)動電機，根據(jù)使用要求，選擇系統(tǒng)配置和設(shè)計控制電路。C6150車床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應完成的工作內(nèi)容有:控制主軸正反轉(zhuǎn)和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速。刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具。冷卻泵、潤滑泵的啟停:加工螺紋時，應保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動一個被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。察看C6150車床及有關(guān)資料，并且參照數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體改造方案為:①對機床的改造部位是:拆掉手動刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架。拆掉普通絲桿、光桿進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副。主軸后端加一光電編碼器用波紋管連接，供加工螺紋使用由于改造設(shè)計的是簡易型經(jīng)濟數(shù)控，所以在考慮具體方一案時，基本原則是在滿足需要的前提下，對于機床盡可能減小改動量，以降低成本?？傮w改造如下圖所示。對該機床進行機械修理以便恢復機械精度要求，修理的主要目的是恢復機床導軌、主軸、拖板的精度，撤除機床主軸箱和溜板箱內(nèi)的傳動部件以及傳動絲杠，只保留導軌、主軸、溜板、尾座。修理后已恢復其主要部件的精度。利用數(shù)控系統(tǒng)對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，，驅(qū)動元件采用步進電動機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架，主軸采用變頻器控制。圖一 C6150改造后系統(tǒng)傳動圖由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)C616車床有關(guān)資料，總體方案的確定如圖22所示:采用單片機8031控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算處理。步進電動機經(jīng)同步帶輪傳動或直接傳動后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。主軸變速采用變頻器調(diào)速控制。滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。 1)與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2)高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對溫度濕度進行了嚴格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3)微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實現(xiàn)精確的微進給。 4)無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。 5)高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給(運動)。已知條件：工作臺重量=80KG=800N 工件及夾具最大重量=200N 工作臺最大行程=950mm工作臺導軌的摩擦系數(shù)為u= 快速進給速度=4m/min 定位精度為20um/300mm,全行程25um,重復定位精度為10um 要求壽命為10000小時（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q及其他見下表表一各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進給速度Vi(m/min)工作時間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉(zhuǎn)速r/min強力切削2000120010220060一般切削100050030115080精切削500200150620100快速進給00４５1000375圖二 進給用滾珠絲杠裝配圖1） 確定滾珠絲杠副的導程 ：工作臺最高移動速度：電機最高轉(zhuǎn)速；I ：傳動比電機與絲杠間為齒輪連接式，i=4（取一級減速齒輪）由上表查得=4m/min，=1500r/min 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》取5mm2） 確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷（1） 各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速由上表查的=,=,=1,=4代入得120，160，200，800（2） 各種切削方式下，絲杠軸向載荷：絲杠軸向載荷，：縱向切削力，：垂向切削力由上表得(i=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500N,0N (i=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N 已知＝800 N，＝200 N 代入得(i=1,2,3,4)分別為2200N，1150N，620N，1000N（3） 當量轉(zhuǎn)速/100+/100+/100+/100數(shù)據(jù)代入得240r/min（4） 當量載荷帶入數(shù)據(jù)得＝1057N3） 初選滾珠絲杠副由公式《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》（－24）知查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》表（－51）—表（－54）得＝1，＝1，＝1，＝，=，＝10000h代入數(shù)據(jù)可求得＝13589N=4)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量①（1/3—1/4）重復定位精度 ②(1/4—1/5 )定位精度：最大軸向變形量已知重復定位精度10定位精度25①＝3，②＝6取兩種結(jié)果最小值＝3（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式：最小螺紋底徑mmL＝（—）行程+(10—14) 靜摩擦力=已知行程950mm，＝800N, =代入數(shù)據(jù)得L=1110mm，＝160N, =5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號（5） 選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預緊形式（6） 由計算出的，在《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》中選取相應規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD40055 =5,=22000N=13589N6)確定滾珠絲杠副預緊力= 其中＝2200＝733N7)行程補償值與拉伸力（1）行程補償值C=式中＝查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》＝950＝110，＝（2—4）＝15溫差取代入數(shù)據(jù)得C=32(2)預拉伸力＝ 代入得＝4807N8）確定滾珠絲杠副支承用得軸承代號，規(guī)格（1）軸承所承受得最大軸向載荷＝4807＋2200＝7007（2）軸承類型兩端固定的支承形式，選背對背60角接觸推力球軸承（7） 軸承內(nèi)徑d略小于＝40，=，取d＝30帶入數(shù)據(jù)得＝2336N（8） 軸承預緊力：預力負荷（9） 按《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》選取軸承型號規(guī)格當d＝30mm，預加負荷為：所以送7602030TVP軸承d＝30，預加負荷為2900＝2336N9)滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(1)絲杠螺紋長度由表查得余程（2）兩固定支承距離，絲杠L(3)行程起點離固定支承距離＝1290，＝1350＝1410，＝3010）傳動系統(tǒng)剛度（1）絲杠抗壓剛度1）絲杠最小抗壓剛度＝:絲杠底徑：固定支承距離代入數(shù)據(jù)＝782N/2）絲杠最大抗壓剛度 ＝6 .6代入數(shù)據(jù)得9000 N/（2）支承軸承組合剛度1）一對預緊軸承的組合剛度：滾珠直徑mm， Z：滾珠數(shù)：最大軸向工作載荷N ：軸承接觸角由《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》查得7602030TVP軸承是預加載荷得3倍＝8700N/ =375 N/ 2）支承軸承組合剛度 ＝750 N/3)滾珠絲杠副滾珠和滾道的接觸剛度 ：《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》上的剛度＝2150 N/, =2200N, =733N代入數(shù)據(jù)得＝1491 N/11）剛度驗算及精度選擇=，Z＝17， ＝（1） 代入前面所算數(shù)據(jù)得＝ 代入前面所算數(shù)據(jù)得已知＝800N, =, =160N:靜摩擦力，：靜摩擦系數(shù)，：正壓力（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度＝；已知反向差值或重復定位精度為10＝30（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起得定位誤差＝（－），代入＝5（4）確定精度：任意300mm內(nèi)行程變動量對系統(tǒng)而言定位精度－定位精度為20/300,絲杠精度取為3級＝12（5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號已確定得型號：FFZD公稱直徑：40，導程：5螺紋長度1290，絲杠長度1410P類3級精度所選規(guī)格型號：FFZD40053P3/1410129012）驗算臨界壓縮載荷絲杠所受大軸向載荷小于絲杠預拉伸力F不用驗算13）驗算臨界轉(zhuǎn)速：臨界轉(zhuǎn)速n/min f：與支承形式有關(guān)的系數(shù) ：絲杠底徑：臨界轉(zhuǎn)速計算長度mm由《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》得f＝, =40, =可得＝5028=1500已知條件： 工作臺重量=80KG=800N 工件及夾具最大重量=200N 工作臺最大行程=950mm工作臺導軌的摩擦系數(shù)為u= 快速進給速度=2m/min 定位精度為20um/300mm,全行程25um,重復定位精度為10um 要求壽命為10000小時（單班制工作十年）。各種切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q及其他見下表表二切削方式的縱向切削力Fa,速度V和時間比例q切削方式縱向切削力Pxi(N)垂向切削力Pzi(N)進給速度Vi(m/min)工作時間百分比%絲杠軸向載荷(N)絲杠轉(zhuǎn)速r/min強力切削2000120010292060一般切削100050030185080精切削5002001501320100快速進給002５80015001） 確定滾珠絲杠副的導程 ————：工作臺最高移動速度；：電機最高轉(zhuǎn)速I ：傳動比電機與絲杠間為齒輪連接式i=4（取一級減速齒輪）由上表查得=2m/min，=1500r/min 查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》取5mm2） 確定當量轉(zhuǎn)速與當量載荷（1） 各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速由上表查的=,=,=1,=2代入得120，160，200，400（2） 各種切削方式下，絲杠軸向載荷：絲杠軸向載荷，：縱向切削力，：垂向切削力由上表得(i=1,2,3,4)分別為2000 N,1000N,500N,0N (i=1,2,3,4)分別為1200N,500N,200N,0N 已知＝800 N，＝200 N 代入得(i=1,2,3,4)分別為2200N，1150N，620N，1000N（3） 當量轉(zhuǎn)速/100+/100+/100+/100數(shù)據(jù)代入得200r/min（4） 當量載荷帶入數(shù)據(jù)得＝1097N3） 初選滾珠絲杠副，由公式《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》（－24）知查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》表（－51）—表（－54）得＝1，＝1，＝1，＝，=，＝10000h代入數(shù)據(jù)可求得＝13272N=4)確定允許的最小螺紋底徑（1）估算絲杠允許的最大軸向變形量①（1/3—1/4）重復定位精度 ②(1/4—1/5 )定位精度：最大軸向變形量已知重復定位精度10，定位精度25，①＝3②＝6取兩種結(jié)果最小值＝3（2）估算最小螺紋底徑絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式：最小螺紋底徑mmL＝（—）行程+(10—14) 靜摩擦力=已知行程950mm，＝800N, =代入數(shù)據(jù)得L=1110mm，＝160N, =5）確定滾珠絲杠副得規(guī)格代號（1） 選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒螺母型墊片預緊形式（2） 由計算出的，在《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》中選取相應規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD40055 =5,=22000N=13272N6)確定滾珠絲杠副預緊力= 其中＝2200＝733N7)行程補償值與拉伸力（1）行程補償值C=，式中＝查《現(xiàn)代機床設(shè)計手冊》＝950，＝110，＝（2—4）＝15