【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 掛輪箱內(nèi)； (5)為使加工過(guò)程中不超程，縱橫向要安裝行程限位開關(guān)； (6)為實(shí)現(xiàn)回參考點(diǎn)的動(dòng)作，須在縱橫向安裝接近開關(guān)。 (7) 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩 ,以 防臟物、油污和切屑等進(jìn)入 ,機(jī)床整體也要加裝防護(hù)罩 ,以防止加工過(guò)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(jī) 3X 向減速器 4尾座 5Z 向減速器 6Z向電機(jī) 7支架 8Z 向滾珠絲杠副 9數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架 10主軸脈沖編碼器 圖 21 C6132 普通車床數(shù)控化改造示意圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 主軸無(wú)級(jí)變速的實(shí)現(xiàn) C6132 車床的主軸變速為手動(dòng)、有級(jí)變速 (正轉(zhuǎn) 24級(jí)、反轉(zhuǎn) 12 級(jí) )?？紤]到數(shù)控車床在自動(dòng)加工的過(guò)程中負(fù)載切削力隨 時(shí)會(huì)發(fā)生變化，為了保證工件表面加工質(zhì)量的一致性、提高工件加工質(zhì)量，主軸要能實(shí)現(xiàn)恒切削速度切削。這就要求主軸能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。目前實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速主要有兩種方式，其一是采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方式； 同時(shí)保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)，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(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。采用方式二需要重新購(gòu)買主軸伺服電機(jī)，另外主軸箱也要做相應(yīng)的改造以安裝伺服電機(jī)。 機(jī)床改造相對(duì)較麻煩，另外在這種改造方式下，主傳動(dòng)系統(tǒng)也要拆除并進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，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(dòng)機(jī)。即由數(shù)控系統(tǒng)控制變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)主軸無(wú)級(jí)變速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 之間的關(guān)系為： n=。因此，改變電源頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和變速。 交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率，電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù) nfp以及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系式為： ? ?sp fn ?? 160 對(duì)于 C6132，電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 另外，變頻器能方便地與數(shù)控系統(tǒng)連接，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止。 變頻器的控制方式主要有 U／ f恒定控制方式、無(wú)反饋矢量控制方式和有反饋矢量控制方式。數(shù)控車床除了在車削毛坯時(shí)，負(fù)荷大小有較大變化外，以后的車削過(guò)程中，負(fù)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(shí)，需要預(yù)置較大的 U／ f，在負(fù)載較輕的情況下，電動(dòng)機(jī)的磁路常處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大。因此，從節(jié)能的角度看，并不理想。數(shù)控車床屬于高精度、 快響應(yīng)的恒功率負(fù)載加工設(shè)備，應(yīng)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(yùn)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(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，不但增加了費(fèi)用，而且編碼器的安裝也比較麻煩。所以，除非對(duì)加工精度有特殊要求，一般沒(méi)有必要選擇此種控制方式。 目前，無(wú)反饋矢量控制方式的變頻器已經(jīng)能夠做到在 0． 5Hz時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。所以，完全可以滿足主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求。而且無(wú)反饋矢量控制方式能夠克服 U／ f控制方式的缺點(diǎn)，因本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 此可以說(shuō)，是一種最佳選擇。 數(shù)控車床連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量 (kVA)計(jì)算式如下： MCNMMCNMCNkIIIkUPkPP????? 3103c o s?? 式中 PM—— 負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸出功率； η —— 電動(dòng)機(jī)的效率 (通常約 O． 85)； cosφ —— 電動(dòng)機(jī)的功率因素 (通常約O． 75) MU—— 電動(dòng)機(jī)的電壓， 380V； MI—— 電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流，為 15． 4A； k—— 電流波形的修正系數(shù) (PWM方式時(shí)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(shí)應(yīng)同時(shí)滿足以上三個(gè)等式的關(guān)系。綜合以上分析計(jì)算，確定選用三菱FRA540系列變頻器，具體型號(hào)為 FRA5407． 5KCH。 其最大輸出功率為 ，額定容量為 13kVA，額定電流為 17A，過(guò)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(dòng)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(shù)控車床能自動(dòng)加工螺紋，須配置主軸脈沖編 碼器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，其目的是用來(lái)檢測(cè)主軸轉(zhuǎn)角的位置，通過(guò)主軸 → 脈沖編碼器 → 數(shù)控系統(tǒng) → 步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)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(zhǎng)度。因此，異軸安裝較合適。主軸通過(guò)主軸箱中 58/58 和 33/33 兩級(jí)齒輪 (實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比 l：1)把動(dòng)力傳遞給掛輪軸 X，主軸編碼器 1 通過(guò)支架 2 固定，并通過(guò)聯(lián)軸器 3 與悶頭 4相圖 22 三菱 變頻器外形圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 連，悶頭 4通過(guò)過(guò)盈配合與 主軸箱內(nèi)軸 X連接，如圖 2 24 所示。 圖 23 主軸編碼器安裝實(shí)物圖與外形圖 型主軸編碼器 2固定支架 型聯(lián)軸器 4悶頭 5軸 X 圖 24 編碼器安裝圖 主軸編碼器選用長(zhǎng)春第一光學(xué)有限公司的 ZXB1型編碼器，如圖 22所示。該編碼器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可靠性高，壽命長(zhǎng)，耐環(huán)境性強(qiáng)。 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(duì)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(huì)引起主軸編碼器發(fā)生偏扭而造成信號(hào)不準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)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(lián)軸器選用日本東方電機(jī)的 MC 型聯(lián)軸器，該聯(lián)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(nèi)進(jìn)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(lián)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(jìn)行輕松的安裝與拆卸工作。選用的型號(hào)為 MC20xx08C，外形如圖 25所示，規(guī)格如表 21所示。鎖緊時(shí)使用扭力扳手，緊固轉(zhuǎn)矩為 1Nm。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 25 聯(lián)軸器外形及尺寸圖 表 21 MC20xx08C 型聯(lián)軸器規(guī)格 尺 寸 常用 轉(zhuǎn)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(zhǎng)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(jìn)給 傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 縱向 （ Z 方向） 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說(shuō)明書和 設(shè)計(jì) 圖紙等 .請(qǐng)聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！ 該論文已經(jīng)通過(guò)答辯 縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖 26 所示?？v向步進(jìn)電機(jī) 1 通過(guò)一對(duì)減速齒輪 2 把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠 3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái) 4 做往復(fù)移動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸 6 通過(guò)套筒聯(lián)軸器 5 與滾珠絲杠 3 相連，這種聯(lián)軸器用兩個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠連接起 來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜所帶來(lái)的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖 27所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支承座 10，通過(guò)一對(duì)深溝球軸承 7 實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母 (圖中未畫出 )實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)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(dòng)，三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電機(jī) 1 通過(guò)消隙齒輪 8減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器 12與絲杠 3 連接，固定銷 9 防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。 1縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2減速齒輪 3縱向滾珠 絲杠 4工作臺(tái) 5套筒聯(lián)軸器 6支承軸 圖 26 縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖 7深溝球軸承 8消隙齒輪 9固定銷 10滑動(dòng)軸承支承座 11圓螺母 12套筒聯(lián)軸器 圖 27 縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖 滾珠絲杠 3仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過(guò)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(dòng)的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)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(hù)罩 5大托板 6過(guò)渡板 圖 28 縱向滾珠絲杠裝配圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 29 縱向滾珠絲杠安裝實(shí)物圖 橫向 （ X 方向） 進(jìn)給系統(tǒng)的改造 橫向滾珠絲杠也采用一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承的形式，也通過(guò)雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，如圖 210 所示。橫向步進(jìn)電機(jī) 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(guò)套筒聯(lián)軸器 10 與滾珠絲杠7 連接起來(lái)。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承，并對(duì)原支承處作適當(dāng)改造，布置一對(duì)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(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個(gè)聯(lián)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(lái)，并通過(guò)一對(duì)圓螺母 5 實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過(guò)螺母座 9直接固定在中拖板 8上。 1橫向步進(jìn)電機(jī) 2減速器 3減速器輸出軸 4聯(lián)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(lián)軸器 11支撐短軸 12推力球軸 圖 210 橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖 齒輪傳動(dòng)間隙的消除 數(shù)控車床在加工過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常變換移動(dòng)方向。當(dāng)進(jìn)給方向改變時(shí)，如果齒側(cè)存在間隙會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滯后于指令信號(hào)，丟失指令脈沖并產(chǎn)生反 向死區(qū)，影響傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，必須消除齒側(cè)間隙。通常齒側(cè)間隙的消除主要有剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。剛性調(diào)整法雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償，柔性調(diào)整法是調(diào)整后齒側(cè)間隙仍本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 可自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整法。因此決定采用柔性調(diào)整法中的雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法和周向彈簧調(diào)整法。 雙片齒輪錯(cuò)齒消隙法 圖 211是雙片齒輪錯(cuò)齒式消除間隙結(jié)構(gòu)。兩個(gè)相同齒數(shù)的薄齒輪1和 2與另一個(gè)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(duì)回轉(zhuǎn)。每個(gè)齒輪的端面均勻分布著四個(gè)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(diào)節(jié)螺釘 圖 211 雙圓柱薄片齒輪錯(cuò)齒消隙結(jié)構(gòu) 個(gè)通孔，凸耳 8可以在其中穿過(guò)。彈簧 4的兩端分別鉤在凸耳 3和調(diào)節(jié)螺釘 7上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母 5就可以調(diào)節(jié)彈簧 4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母 6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪 1和 2錯(cuò)位，即兩個(gè)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(cè)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(diào)整法 圖 211是周向彈簧消隙結(jié)構(gòu)。同樣是兩個(gè)齒數(shù)、模數(shù)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(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在齒輪 3上開有三個(gè)周向圓弧槽，齒輪 2上均布著三個(gè)螺紋孔，裝配時(shí)在齒輪 3的槽中放置 3個(gè)彈簧， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 212 周 向彈簧消隙結(jié)構(gòu) 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(cuò)齒，從而達(dá)到消除間隙的目的。這種結(jié)構(gòu)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(dòng)刀架和小拖板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架。根據(jù)車床的型號(hào)及主軸中心高度，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4CK6132 型電動(dòng)刀架，該刀架內(nèi)帶 90W 三相交流異步電 動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)選刀。內(nèi)置的 4只霍爾元件檢測(cè)刀位位置，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)完成刀具定位鎖緊。安裝時(shí)，拆除車床上的原小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到 45。左右時(shí)，裝上螺釘，然后固定刀架即可。電機(jī)安裝好如圖 213