【文章內容簡介】 掛輪箱內； (5)為使加工過程中不超程，縱橫向要安裝行程限位開關； (6)為實現回參考點的動作，須在縱橫向安裝接近開關。 (7) 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩 ,以 防臟物、油污和切屑等進入 ,機床整體也要加裝防護罩 ,以防止加工過程中的切屑飛濺傷人 。車床總體改造如圖 21所示。 1X向滾珠絲杠副 2X向電機 3X 向減速器 4尾座 5Z 向減速器 6Z向電機 7支架 8Z 向滾珠絲杠副 9數控轉位刀架 10主軸脈沖編碼器 圖 21 C6132 普通車床數控化改造示意圖 本科畢業(yè)設計 8 主傳動系統(tǒng)的改造 主軸無級變速的實現 C6132 車床的主軸變速為手動、有級變速 (正轉 24級、反轉 12 級 )?？紤]到數控車床在自動加工的過程中負載切削力隨 時會發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質量的一致性、提高工件加工質量，主軸要能實現恒切削速度切削。這就要求主軸能實現無級變速。目前實現無級變速主要有兩種方式，其一是采用變頻器驅動電機的方式； 同時保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構，這樣既保留了車床的原有功能，又減少了改造量； 其二是直接采用伺服電機實現無級變速。采用方式二需要重新購買主軸伺服電機，另外主軸箱也要做相應的改造以安裝伺服電機。 機床改造相對較麻煩，另外在這種改造方式下，主傳動系統(tǒng)也要拆除并進行重新設計，這樣可以得到加工精度和穩(wěn)定性更高的車床，但是加大了改 造成本。 考慮到改造的成本，我們決定采用第一種方式，這樣可以利用原車床的三相異步電動機。即由數控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅動異步電動機實現主軸無級變速。電動機轉速 n 與頻率 f 之間的關系為： n=。因此，改變電源頻率 f 即可改變電動機的轉速 n。變頻器能方便地與數控系統(tǒng)連接，控制電動機的正轉、反轉、停止和變速。 交流異步電動機的轉速與電源頻率，電動機磁極對數 nfp以及轉差率之間的關系式為： ? ?sp fn ?? 160 對于 C6132，電動機磁極對數和轉差率是定值 ，因此利用變頻器改變電源頻率 fn即可改變電動機的轉速。 另外，變頻器能方便地與數控系統(tǒng)連接，控制電動機的正轉、反轉及停止。 變頻器的控制方式主要有 U／ f恒定控制方式、無反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。數控車床除了在車削毛坯時，負荷大小有較大變化外，以后的車削過程中，負荷的變化通常是很小的。因此，就切削精度而言，選擇 U／ f恒定控制方式是能夠滿足要求的。但在低速切削時，需要預置較大的 U／ f，在負載較輕的情況下，電動機的磁路常處于飽和狀態(tài)，勵磁電流較大。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。數控車床屬于高精度、 快響應的恒功率負載加工設備，應盡可能選用矢量控制高性能型通用變頻器，而且中、小容量變頻器以電壓型變頻器為主。有反饋矢量控制方式雖然是運行性能最為完善的一種控制方式，但由于需要增加編碼器等轉速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。所以，除非對加工精度有特殊要求，一般沒有必要選擇此種控制方式。 目前，無反饋矢量控制方式的變頻器已經能夠做到在 0． 5Hz時穩(wěn)定運行。所以，完全可以滿足主運動系統(tǒng)的要求。而且無反饋矢量控制方式能夠克服 U／ f控制方式的缺點，因本科畢業(yè)設計 9 此可以說，是一種最佳選擇。 數控車床連續(xù)運 轉時所需的變頻器容量 (kVA)計算式如下： MCNMMCNMCNkIIIkUPkPP????? 3103c o s?? 式中 PM—— 負載所要求的電動機的軸輸出功率； η —— 電動機的效率 (通常約 O． 85)； cosφ —— 電動機的功率因素 (通常約O． 75) MU—— 電動機的電壓， 380V； MI—— 電動機工頻電源時的電流，為 15． 4A； k—— 電流波形的修正系數 (PWM方式時取 1． 051． 10)； PCN—— 變頻器的額定容量， kVA； ICN—— 變頻器的額定電流， A； 由以上公式可得：? ?? ?? ?AkIIk V AIkUPk V AkPPMCNMMCNMCN o s33????????????????????? 選擇變頻器時應同時滿足以上三個等式的關系。綜合以上分析計算，確定選用三菱FRA540系列變頻器，具體型號為 FRA5407． 5KCH。 其最大輸出功率為 ，額定容量為 13kVA，額定電流為 17A，過載能力為 150%60秒， 200%，額定輸出電壓為 3相380V/50Hz，電源電壓允許波動范圍為 323V至 528V。其外形如圖 22。 主軸脈沖編碼器 的 安裝 為了使改造后的數控車床能自動加工螺紋，須配置主軸脈沖編 碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，其目的是用來檢測主軸轉角的位置，通過主軸 → 脈沖編碼器 → 數控系統(tǒng) → 步進電機的信息轉換系統(tǒng)，實現主軸轉一轉，刀架縱向移動一個導程的車螺紋運動。主軸脈沖編碼器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二是異軸安裝，同軸安裝的結構簡單，缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，限制了零件的加工長度。因此，異軸安裝較合適。主軸通過主軸箱中 58/58 和 33/33 兩級齒輪 (實現傳動比 l：1)把動力傳遞給掛輪軸 X，主軸編碼器 1 通過支架 2 固定，并通過聯軸器 3 與悶頭 4相圖 22 三菱 變頻器外形圖 本科畢業(yè)設計 10 連，悶頭 4通過過盈配合與 主軸箱內軸 X連接，如圖 2 24 所示。 圖 23 主軸編碼器安裝實物圖與外形圖 型主軸編碼器 2固定支架 型聯軸器 4悶頭 5軸 X 圖 24 編碼器安裝圖 主軸編碼器選用長春第一光學有限公司的 ZXB1型編碼器，如圖 22所示。該編碼器結構堅固，可靠性高，壽命長，耐環(huán)境性強。 主軸編碼器與軸的連接可采用剛性連接和柔性連接。剛性連接是指常用的軸套連接。此方式對連接件制造精度及安裝精度有較高的要求，否則，同軸度誤差的影 響，會引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號不準，嚴重時損壞光柵盤。柔性連接，是較為適用的連接，是采用彈性元件的連接。彈性聯軸器選用日本東方電機的 MC 型聯軸器，該聯軸器有固定螺釘型和夾鉗型兩種。固定螺釘型是將螺釘押入軸內進行安裝的連接方式。因螺釘前端直接碰觸軸面，有可能引起軸受損，因此我們選用夾鉗型彈性聯軸器。夾鉗型是利用螺絲的鎖緊力，收縮孔徑，鎖緊軸部。因此能在不損傷軸的情況下，進行輕松的安裝與拆卸工作。選用的型號為 MC20xx08C，外形如圖 25所示，規(guī)格如表 21所示。鎖緊時使用扭力扳手，緊固轉矩為 1Nm。 本科畢業(yè)設計 11 圖 25 聯軸器外形及尺寸圖 表 21 MC20xx08C 型聯軸器規(guī)格 尺 寸 常用 轉矩 N178。m 重量 g 慣性 慣量 kg178。m 2 容許 偏心 mm 容許 偏角 (176。) 容許 軸間 偏移 mm 外形 A? (mm) 長度 W mm 軸孔徑 d1 mm 軸孔徑 d2 mm L mm 使用 螺絲 20 26 6 8 M3 18 11179。 710? 2 177。 縱橫向進給 傳動系統(tǒng)的改造 縱向 （ Z 方向） 進給傳動系統(tǒng)的改造 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和 設計 圖紙等 .請聯系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設計下載！ 該論文已經通過答辯 縱向進給傳動系統(tǒng)的改造如圖 26 所示?？v向步進電機 1 通過一對減速齒輪 2 把動力傳遞給縱向滾珠絲杠 3，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺 4 做往復移動。原車床的進給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結構，支撐軸 6 通過套筒聯軸器 5 與滾珠絲杠 3 相連，這種聯軸器用兩個互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠連接起 來，結構簡單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜所帶來的裝配困難和附加應力。如圖 27所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承支承座 10，通過一對深溝球軸承 7 實現徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母 (圖中未畫出 )實現滾珠絲杠的預拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動，三點支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預緊方本科畢業(yè)設計 12 式消除絲杠和螺母間的間隙，調整方便。步進電機 1 通過消隙齒輪 8減速，減速器輸出軸用套筒聯軸器 12與絲杠 3 連接，固定銷 9 防止減速器轉動。 1縱向步進電動機 2減速齒輪 3縱向滾珠 絲杠 4工作臺 5套筒聯軸器 6支承軸 圖 26 縱向進給系統(tǒng)圖 7深溝球軸承 8消隙齒輪 9固定銷 10滑動軸承支承座 11圓螺母 12套筒聯軸器 圖 27 縱向步進電機裝配圖 滾珠絲杠 3仍安裝在原滑動絲杠的空間位置，其螺母副通過支架 l 安裝在床鞍的底部，如圖 2 29 所示。支架 1 做成可移動的形式方便裝配，絲杠位置調整好后，由螺釘擰緊。 1支架 2絲杠托架 3縱向滾珠絲杠 4絲杠防護罩 5大托板 6過渡板 圖 28 縱向滾珠絲杠裝配圖 本科畢業(yè)設計 13 圖 29 縱向滾珠絲杠安裝實物圖 橫向 （ X 方向） 進給系統(tǒng)的改造 橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動，三點支承的形式，也通過雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖 210 所示。橫向步進電機 1 及減速器 2 安裝在床鞍的后部?？拷僮髡咭欢耍贾靡桓味梯S 11，通過套筒聯軸器 10 與滾珠絲杠7 連接起來。右端仍利用原支承橫向進給絲杠的滑動軸承支座作為徑向支承，并對原支承處作適當改造，布置一對推力球軸承 12，以承受雙向軸向力。左端則將原車床的懸空結構改為支承結構，用一個聯軸套 4 和一根連接短軸 6 把 滾珠絲杠 7與減速器輸出軸 3連接起來，并通過一對圓螺母 5 實現對整個絲杠的預拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過螺母座 9直接固定在中拖板 8上。 1橫向步進電機 2減速器 3減速器輸出軸 4聯軸套 5圓螺母 6連接短軸 7橫向滾珠絲杠 8中拖板 9螺母座 10套筒聯軸器 11支撐短軸 12推力球軸 圖 210 橫向進給系統(tǒng)圖 齒輪傳動間隙的消除 數控車床在加工過程中，會經常變換移動方向。當進給方向改變時，如果齒側存在間隙會造成進給運動滯后于指令信號，丟失指令脈沖并產生反 向死區(qū)，影響傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，必須消除齒側間隙。通常齒側間隙的消除主要有剛性調整法和柔性調整法。剛性調整法雖然結構簡單，但側隙調整后不能自動補償，柔性調整法是調整后齒側間隙仍本科畢業(yè)設計 14 可自動補償的調整法。因此決定采用柔性調整法中的雙片齒輪錯齒消隙法和周向彈簧調整法。 雙片齒輪錯齒消隙法 圖 211是雙片齒輪錯齒式消除間隙結構。兩個相同齒數的薄齒輪1和 2與另一個厚齒輪 (圖中未畫出 )嚙合。齒輪 l空套在齒輪 2上并可作相對回轉。每個齒輪的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝上凸耳 3和 8。齒輪 1的端面還有另外四 2— 薄齒輪 8— 凸耳 4— 彈簧 6— 螺母 7— 調節(jié)螺釘 圖 211 雙圓柱薄片齒輪錯齒消隙結構 個通孔，凸耳 8可以在其中穿過。彈簧 4的兩端分別鉤在凸耳 3和調節(jié)螺釘 7上，通過轉動螺母 5就可以調節(jié)彈簧 4的拉力，調節(jié)完畢用螺母 6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪 1和 2錯位，即兩個薄齒輪的左、右齒面分別緊貼在厚齒輪齒槽的左、右齒面上，消除了齒側間隙。這種方法適合直徑較大，有充分安裝螺釘空間的圓柱齒輪。 2）周向彈簧調整法 圖 211是周向彈簧消隙結構。同樣是兩個齒數、模數相同的兩片薄齒輪 2和 3。齒輪 2空套在齒 輪 3上可以做相對回轉運動。在齒輪 3上開有三個周向圓弧槽，齒輪 2上均布著三個螺紋孔，裝配時在齒輪 3的槽中放置 3個彈簧， 本科畢業(yè)設計 15 圖 212 周 向彈簧消隙結構 利用齒輪 2上安裝的螺釘頂住彈簧，裝配完成后兩片齒輪在彈簧力作用下錯齒，從而達到消除間隙的目的。這種結構適合齒輪直徑偏小，安裝空間較小的情況下。 刀架部分的改造 拆除原手動刀架和小拖板，安裝由數控系統(tǒng)控制的四工位電動刀架。根據車床的型號及主軸中心高度，選用常州市宏達機床數控設備廠生產的 LD4CK6132 型電動刀架，該刀架內帶 90W 三相交流異步電 動機用于驅動正轉選刀。內置的 4只霍爾元件檢測刀位位置，電動機反轉完成刀具定位鎖緊。安裝時，拆除車床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉電機風罩，逆時針方向轉動電機，使刀架轉動到 45。左右時，裝上螺釘，然后固定刀架即可。電機安裝好如圖 213