【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 —— 數(shù)控系統(tǒng) —— 伺服電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。 主軸脈沖發(fā)生器 為了加工螺紋或絲杠，需要配置主軸及脈沖發(fā)生器作為車床位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送給數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理 ,從而控制機(jī)床縱向橫向伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) ,實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的。根據(jù)實(shí)際需要，在這里我選用海德 ISC58150021增量編碼 器。 ISC58150021增量編碼器技術(shù)參數(shù)如表 31所示： 表 31 ISC58150021增量編碼器技術(shù)參數(shù) 輸出波形 方波 電源電壓 DC+5或 512V/+1224V 消耗電流 ≤ 150mA 工作濕度 3085 無(wú)結(jié)霜 響應(yīng)頻率 0～ 120KHZ 電源電壓 980、 6ms 載空比 177。 沖擊力 50、 10 最大轉(zhuǎn)速 6000rmp 抗震力 MTBF3000h 起動(dòng)力矩 輸出電壓 高電平 Vh、低電平 Vh 軸最大負(fù)載 質(zhì)量 防護(hù) 防水、油、塵 工作溫度 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 縱向進(jìn)給的改造與計(jì)算 縱向進(jìn)給的 改造 縱向進(jìn)給滾珠絲杠必須采用三點(diǎn)式支承形式。伺服電機(jī)的布置，可放在絲杠的任一端。由于拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置伺服電機(jī)的減速齒輪，也可在滾珠絲杠的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在素剛托架處布置伺服電機(jī)，機(jī)床改造常采用后一種布置方案 。在絲杠左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承座，采用一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支承，在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)分別布置一對(duì)推力球軸承承受兩個(gè)方向的軸向力，支承短軸與滾珠絲杠通過(guò)聯(lián)軸套連接起來(lái)，滾球絲杠可托架上，滾珠絲杠的 中間支承為滾珠螺母與床鞍直接連接。如圖 51所示。 湖 南 鐵 道 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 8 頁(yè) 圖 32 縱向進(jìn)給傳動(dòng)示意圖 4— 推力球軸承 10— 徑向滑動(dòng)軸承 3— 左端軸承座 5— 左接拉桿 9— 聯(lián)軸套 7— 滾珠絲杠螺母副 8— 螺母座 11— 絲杠托架 12— 伺服電機(jī) （ 1）滾珠絲杠 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)如下表 32： 表 32 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù) 名稱 符號(hào) 公式 35061LW 公稱直徑 0d 38 導(dǎo)程 0L 6 接觸角 ? 3176。 7’ 鋼球直徑 (㎜ ) qd 滾道法面半徑 R qdR ? 偏 心距 e ?sin)2/( qdRe ?? 螺紋升角 ? 00dLarctg ?? ?? 3176。 7’ 螺桿外徑 d qddd )~(0 ?? 40 螺桿內(nèi)徑 1d Redd 2201 ??? 螺桿紋接觸直徑 Zd ?co s0 qZ ddd ?? 螺母螺紋直徑 D RedD 220 ??? 螺母內(nèi)徑 1D qddD )~(01 ?? 縱向進(jìn)給的計(jì)算 湖 南 鐵 道 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 9 頁(yè) 縱向進(jìn)給滾珠絲杠必須采用三點(diǎn)式支承形式。伺服電機(jī)的布置，可放在絲杠的任一端。在左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在絲杠托架處布置伺服電機(jī)和減速齒輪。 如上圖 32 （ 1） 已知條件：工作臺(tái)重量 W=2300N，加速時(shí)間常數(shù) t=25s，滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=6mm,快速進(jìn)給速度 v=98m/《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知 ,切削功率 PC=Pη K （公式 31） 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，一般為 ～ ,η =。 k—— 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 k=. 則 PC = kp? = ?? = 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= 31060 ???ZF 或 PC=9550TN 式中 ZF —— 主切削力（ N） ? —— 切削速度 ( minm ) T—— 切削轉(zhuǎn)矩 (N178。 m) N—— 主軸轉(zhuǎn)速 ( minr ) 設(shè)按最大切削速度來(lái)計(jì)算 ,取 ? = min98m ,則主切削力 FZ= 31060 ?? CP = 981 0 0 ?? = 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，在外圓車削時(shí) FX=（ ～ ） FZ 取 FX =179。 FZ=179。 = （ 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。 PHwq FffGF 3? （公式 32） 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； Hf —— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) Wf 取 ～ ,有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn) Wf 取 ～ 。 湖 南 鐵 道 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 10 頁(yè) Hf —— 硬度系數(shù)，為 60HRC時(shí)， Hf 為 1；為 60HRC時(shí)， Hf １； G—— 壽命（以轉(zhuǎn)為單位１，如 150萬(wàn)轉(zhuǎn)）。 壽命 G可按下式計(jì)算： 168。1060 6nTG? 式中 n—— 滾珠絲的轉(zhuǎn)速（ r/min） 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 )(, WFfkFF ZXP ??? （公式 34） 式中 FX、 FZ—— 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=。 39。f —— 導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)， 39。f = ～ ,取 39。f ＝ 。 則 FP＝ [ ? +(+2300)]N= N 當(dāng)機(jī)床以線速度 V=98m/min,進(jìn)給量 f=,車削直徑 D=80mm的我外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速 39810 30 ?????? dLfN ??mm/min=則 G=61060nT 6101 5 0 0 ???萬(wàn)轉(zhuǎn) = 根據(jù)工作負(fù)載、壽命 G，取 wf =12, Hf =1，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)負(fù)荷 PHwQ FffGF 3? = 7 5 ??? = 由查滾珠絲杠地產(chǎn)品 或《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇絲杠的型號(hào)。例如參照某廠滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本，選擇滾珠絲杠的直徑為 38mm，型號(hào)為 35061LW 其額定動(dòng)載荷是 20500N，強(qiáng)度足夠用。 (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 )tan(tan0 ?? ?? ?? （公式 35） 式中 ? —— 螺紋的螺旋升角，該絲杠為 Φ —— 摩擦角，Φ約等于 10′ 湖 南 鐵 道 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 11 頁(yè) 則 0? = （ 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 ESLFL P 00 ??? （公式 36） 式中 E—— 彈性模量，對(duì)于鋼， E=2610 cmN? S—— 滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定 d，若 d=）， 則 S= cm?? = 其中，“ +”用于拉伸，“ ”用于壓縮時(shí) 則 0L? =? 6 ?? ? = ??? cm 絲杠 1m長(zhǎng)度上導(dǎo)程變形誤差為 0L? = 6??? =14 mum 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。 縱向滾珠絲杠的安裝： （ 1）拆下普通滑動(dòng)絲杠與溜板箱，取消絲杠與主軸箱齒輪的傳動(dòng)聯(lián)系，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，兩端采用原固定方式這樣可減小改裝現(xiàn)場(chǎng)，并且由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠 ，從而使縱向進(jìn)給整體剛性優(yōu)于以前。 （ 2）拆下絲杠右端的支撐座，在坐標(biāo)鏜床上將其孔徑鏜至 40mm，便與伺服電動(dòng)機(jī)的支撐軸相配合； （ 3）車削兩個(gè)軸套（分別為一長(zhǎng)一短），長(zhǎng)套用于連接絲杠左端和左支撐座，短套用于連接絲杠右端與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸； （ 4）對(duì)安裝螺母的配件進(jìn)行刨、磨、鉆、鉸和攻絲等加工，使其符合安裝條件； （ 5）總裝后，進(jìn)行局部調(diào)整（如滾珠絲杠與道軌的平行度、螺母間隙和螺母上下前后位置等），力求使?jié)L珠絲杠受力均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)傳動(dòng)間隙。 橫向進(jìn)給的改造與計(jì)算 橫向進(jìn)給的改造 橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)式支承形式。伺服電機(jī)一般采都安在床鞍的后部 ,靠近操作都一端 ，布置一根支承短軸通過(guò)一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲桿連接起來(lái)。利用車床原橫向進(jìn)給絲桿可滑動(dòng)軸承作為徑向支承，并對(duì)原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝布置一對(duì)推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支 湖 南 鐵 道 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 12 頁(yè) 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 符號(hào) 公式 20201LW 公稱直徑 0d 25 導(dǎo)程 0L 4 接觸角 ? 4176。 33’ 鋼球直徑 (㎜ ) qd 滾道法面半徑 R qdR ? 偏心距 e ?sin)2/( qdRe ?? 螺紋升角 ? 00dLarctg ?? ?? 4176。 33’ 螺桿外徑 d qddd )~(0 ?? 螺桿內(nèi)徑 1d Redd 2201 ??? 螺桿紋接觸直徑 Zd ?co s0 qZ ddd ?? 螺母螺紋直徑 D RedD 220 ??? 螺母內(nèi)徑 1D qddD )~(01 ?? 湖 南 鐵 道 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 13 頁(yè) 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 max? =98m/min?！稒C(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知 ,切削功率 PC=Pη K （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，一般為 ～ ,η =。 k—— 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 k=. 則 PC =Pη K == 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= 31060 ???ZF 或 PC=9550TN 式中 FZ—— 主切削力（ N） ν —— 切削速度 ( minm ) T—— 切削轉(zhuǎn)矩 (N178。 m) n—— 主軸 轉(zhuǎn)速 ( minr ) 設(shè)按最大切削速度來(lái)計(jì)算 ,取 min98m?? ,則主切削力 FZ= 31060 ?? CP = 98 ?? N= 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，在外圓車削時(shí) FX=179。 FZ , 取 FX=179。 = （ 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，