【文章內(nèi)容簡介】 為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計、步進(jìn)電機(jī)的確定等。操作步驟為：拆除原CA6140車床的傳動機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動絲杠、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）。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，所以采用一級齒輪減速裝置。 車床的主電動機(jī)最大切削功率P =PηK式中P ——主電動機(jī)功率，CA6140車床P =η——主傳動系統(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: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：①傳動效率高 滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η=～，是普通滑動絲杠的34倍（η=～）。②摩擦力小 因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。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)成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。⑤使用壽命長 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，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，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，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測出具體的間隙所在。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，計算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削。又因為Fm=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：絲杠使用壽命時間一般為15000h，則絲杠的計算壽命L為L=300000h （2）載荷Cm 當(dāng)量動載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do時，必須保證絲杠工作時，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點濁現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動載荷Cm∴ Cm= =根據(jù)CCm的原則，查 《機(jī)械設(shè)計手冊》化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，（P1221）選取滾軸絲桿的型號為：，坐標(biāo)直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式。，導(dǎo)程為6mm，摩擦級選用5級，螺紋升角r=arctag（L / d ）=arctg（6mm/ 40）=（3）傳動功率 滾軸絲桿副的傳動功率為tgr/tg（r+ f） =式中：r—絲杠的螺紋升角。滾動絲桿副的滾動摩擦因數(shù)f=，摩擦角約等于10′,所以 傳動功率為10。（4）穩(wěn)定性驗算臨界壓縮載荷，對于受壓的細(xì)長的滾軸絲桿，應(yīng)驗算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時是否會產(chǎn)生縱向彎曲。式中 E——絲桿材料彈性量，對綱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）剛度驗算① 滾珠絲杠副的軸向變形會影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運動平穩(wěn)性，因此驗算滿載時候的軸向變形量。② 滾珠與螺紋接觸變形量 ，此項變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時，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)計的要求，滾珠絲杠導(dǎo)程L =6mm， ，傳動比為1。因為I5,故可為一級齒輪傳動。 因進(jìn)給運動齒輪受力不大。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(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，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，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，考慮到對傳動要求和制造方便采用直齒傳動從動齒輪齒輪錯齒輪法消除和間隙，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)（傳動軸、齒輪、工作臺等）折算到伺服電動機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。負(fù)載慣量的計算參考同類型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)150BF002，其電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量 =10 。傳動系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為：15。齒數(shù)Z 、Z 折算到步進(jìn)電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為：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）快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩是：將已知數(shù)據(jù)代入，M =500r/min考慮了電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量以后，傳動系統(tǒng)折算的電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，J =。折算到電動機(jī)軸上的摩擦力矩= ，附加摩擦力矩=，則M =M +M +M =++=。（2）快速移動時所需力矩M =M +M=+=。（3）最大切削負(fù)載時所需力距 M =+ +=從上面計算看出M 、M 、M 三種情況下，以快速空載起動時所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項作為初選步進(jìn)電動機(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。但還得考慮電機(jī)起動頻率特性和運行矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)的空載起動頻率：150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)允許的最高空載啟動頻率為2800 ，允許的最高空載運行頻率為8000 。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)起動時，f起=2500HZ時，M=100N㎝，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩（㎝），直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實現(xiàn)），將起動頻率降到1000HZ時，起動扭矩可增高到588N㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，可將步進(jìn)電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩擴(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運動和切削進(jìn)給時，由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性圖知該電動機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用150BFOO2步進(jìn)電動機(jī)能滿足要求。橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計、步進(jìn)電機(jī)的確定等。改造步驟：保留原手動機(jī)構(gòu)，用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床刀具對空操作；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，計算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削力Fm又因為Fm=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