【導讀】的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文。中作了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本聲明的法律后果由本人承擔。本人授權大學可以將本學位論文的。涉密論文按學校規(guī)定處理。上經(jīng)濟型數(shù)控裝置或標準型數(shù)控系統(tǒng)，從而使原車床具有數(shù)控加工能力。根據(jù)機械、動力學及電氣設計原理以及機床進給系統(tǒng)的要求，對切削力進行計。算，選擇合適的滾珠絲杠并進行裝配設計。設計選擇滾珠絲杠支承方式與相應的軸。選擇設計自動回轉(zhuǎn)刀架并進行相應的校核驗算。和精度指標來選配合適的數(shù)控裝置系統(tǒng)。給出普通車床數(shù)控化改造的安裝、調(diào)試方

　　

【正文】 ，止推軸承的安裝位置應遠離熱源 3 兩端裝止推軸承 止推軸承再施加預緊拉力，有助于提高傳動剛度。此方式對熱伸長較敏感 4 兩端裝雙重止推軸承及深溝球軸承（固定 固定式） 此方式可將絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預緊力 左端軸承的附加的軸向力 FdA： NFFrAdA ===NFF ooh 2 2) a n (2 4 3 5)ρλt a n ( =+=+=唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 21 左端軸承的軸向載荷 FaA： 右端軸承的軸向載荷 FaB： 2) 軸承的當量載荷計算 ①左端軸承的當量載荷計算 查《機械工程手冊》第二版“機械零部件設計 表 承 7207AC:動載荷Cr = KN，靜載荷 C0r = KN。 得： X=1， Y=。 左端軸承的當量載荷， ②右端軸承的當量載荷計算 查《機械工程手冊》第二版“機械零部件設計 表 得調(diào)心球軸承 1204：動載荷 Cr = KN，靜載荷 Cor= KN。 得： X=1， Y=。 右端軸承的當量載荷 3) 軸承壽命的計算 ①左端軸承壽命的計算 LhA: 查《機械工程手冊》第二版 ,對于球軸承 ε =3。 如果按一天工作 16 小時，一年工作 300 天 ，此軸承可以使用 11 年，故所選軸承合適。 ②右端軸承壽命的計算 LhB: NFFF dAaA =+=+=NFF aAaB 4 9 8== 1 6 5 0 0 4 9 8 === eCF oraNYFXFP aArAA =+= += 3 6 4 9 8 === eCForaNYFXFP aBrBB 1 4 4 9 =+= +=hhPCnL ArhA 1 5 0 0 5 4 0 1) 3 9 3 (2 5 060 10)(6010 336ε6 ===hhPCnL BrhB 1 5 0 0 0 2 5 6 0) 1 4 7 (2 5 060 10)(6010 336ε6 ===唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 22 如果按一天工作 16 小時，一年工作 300 天，此軸承可以使用 19 年，故所選軸承合適。 根據(jù)以上設計，繪出縱向進給傳動系統(tǒng)的裝配圖見圖 JB07202003。 橫向進給系統(tǒng)改造設計 橫向進給系統(tǒng)的設計相對縱向進給系統(tǒng)較簡單，也是由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，并要保證其同軸度，提高傳動精度。 根據(jù)廠家提供 CA6140 的參數(shù)，然后以 Q235 鋼為加工材料 ，進行設計計算。加工零件的最大直徑 d=400mm，主軸最大轉(zhuǎn)速 n=1400r/min，刀具選擇 YT5 和 YTl5 硬質(zhì)合金焊接式車刀。 1. 橫向切削力的計算和主傳動電機功率的校核 同樣是選取粗車時的切削力為計算力，刀具選擇 YT5，對于長徑比小于 200:1背吃刀量 ap =1mm，進給量 f =～ ，切削速度 Vc =60～ 75m/min。 查《機械工程手冊》第二版“機械制造工藝設備 (二 )表 得： CFc=3600； XFc=； YFc=； nFc=0； KFc=1； CFp=1390； XFp=； YFp=； nFp=0； KFp=1。 機床主軸轉(zhuǎn)速： 取工件毛坯直徑 d=410mm，切削速度 Vc =70m/min，則主軸轉(zhuǎn)速 n： 查 CA6140 機床主軸轉(zhuǎn)速系列，可選主軸轉(zhuǎn)速 n為 63r/min。 則可計算出切削力 Fc、進給力 Ff、背向力 Fp 的值 切削力 Fc： 進給力 Ff： 背向力 Fp： 切削功率 Pm ： 主傳動電動機功率 PE ： m in/ 1 0π 701 0 0 0πd1 0 0 0 rVn c = ==NKVfapCF FcncYXFcc FcFcFc ===0== Ffn F fcYXpFff KVfaCF FfFfNKVfaCF FpncYXpFpp FpFpFp ===KWVFP ccm 741010 33 =247。==唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 23 即 CA6140 普通車 床提供的主傳動電機功率 滿足粗車要求。 2. 橫向滾珠絲杠設計計算 同縱向滾珠絲杠 副的設計相同，滾珠絲杠副的設計即為滾珠絲杠副型號的選擇。 (1)計算橫向滾珠絲杠軸向力 綜合車床導軌對滾珠絲杠的作用可計算縱向滾珠絲杠軸向力 F : (2)壽命計算 壽命系數(shù) Kh： 式中 Lh— 滾動螺旋副的壽命，從《機械傳動裝置設計手冊》上冊表 ～ 25查得， Lh =l5000h。 轉(zhuǎn)速系數(shù) Kn： 基本額定載荷 Ca: (3)選擇滾珠絲杠的型號 根據(jù)計算的基本額定載荷 Ca≥ ，查表《機械零件設計手冊》表 G18— 4，選擇滾珠絲杠的型號 CDM2020— 5— P4，即外循環(huán)端蓋式雙螺母墊片預緊右旋滾珠絲杠副，其公稱直徑為 Φ 20mm，導程為 4mm，滾珠列數(shù)為 列，精度等級為 4 級 (一般數(shù)控機床精度等級為 4級 )，額定動載荷為 10639N[9]。 具體參數(shù)見表 35所示。 KWKWPP mmE ===33 15000 3 .1 15 0 0 5 0 0hh LK = = =333 3 . 3 3 3 . 3 0 . 8 163nK n===KNFKKKKKC LHFnha 14 ≥ ==NGFfKFF cp 0 4 9)4 9 3 7 4( 2 )( =++= +′+=唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 24 表 35 CDM20205P4型滾珠絲杠的具體參數(shù) 公稱直徑 基本導程 鋼球直徑 絲杠外徑 螺紋底徑 額定載荷（ KN） 剛度（ N/181。m） d0 Ph Dw d d1 動載荷 Ca 靜載荷C0a 20 4 1178 螺母安裝連接尺寸 D D3 D4 B D5 D6 h M A C L L1 40 66 53 11 10 9 M6 3 4 100 47 (4) 滾珠絲杠的強度計算 滾珠絲杠主要受工件切削時產(chǎn)生的軸向力 F 和轉(zhuǎn)矩 T，而產(chǎn)生的彎矩主要分 布在機床導軌上，作用到滾珠絲杠上的彎矩較小。 按照第三強度理論有，轉(zhuǎn)矩 T 根據(jù)縱向滾珠絲杠軸的步進電機選擇計算 (見后)得， T =16 N178。 m 。 所以，? [? ]，即滾珠絲杠的強度滿足設計要求。 (5) 橫向滾珠絲杠剛度計算 滾珠絲杠受軸向負載 F引起導程產(chǎn)生的變形量δ F： 滾珠絲杠受扭矩 T(N178。 m)引起的導程變化量δ T： 鋼球和螺紋滾道產(chǎn)生的軸向變形δ a： MPass 4752355ζ5~3ζ]ζ[ ====M P a ) 1016(4)17π 1 0 4 94( )0 . 2 dT(4)πd4F(ζ23322231221=+=+=mmE FP h 100 9 0 0 41 0 4 94πd4EAFPδ 32321hF = ===mmFdT 100 0 2 ) a n (201 0 4 9211732π1 0 0 08 3 . 3π24 )ρλt a n (2π G J2Pπ G J2Pδ300420c2hc2hT=+=+==唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 25 式中， Kz — 載荷分布不均勻系數(shù)，與制造精度有關，通常取 Kz =～ ； Fao— 螺母預緊力， Fao≈ ； Σ Z— Z 圈內(nèi)的鋼球數(shù)， . 3 8 . 5 ∑W0z === 滾珠絲杠導程變形總量Σ δ ： 橫向滾珠絲杠剛度 KΣδ ： 即橫向滾珠絲杠剛度足夠，其剛度滿足要求。 (6) 滾珠絲杠穩(wěn)定性計算 對于經(jīng)濟性數(shù)控機床，滾珠絲杠為長絲杠 (長度為 800mm)，選用一端固定一端游動作為支承，相對于一端固定一端鉸支支承方式其結(jié)構更簡單，經(jīng)濟性更好。 計算滾珠絲杠柔度λ： 計算臨界載 荷 Fc： 即縱向滾珠絲杠穩(wěn)定性足夠。 經(jīng)上述計算驗證，橫向進給選用滾珠絲杠 CDM2020— 5— P4，各項性能指標均滿足設計要求。 3. 橫向步進電動機選擇計算 為了滿足最小步距及減速要求，綜合考慮通過轉(zhuǎn)矩與工作頻率，選用南京菁華數(shù)控工程有限公司生產(chǎn)的三相反應式減速步進電機 JBF7A。其主要參數(shù)見表 36所mmFFDKZaoWZ 105 5 0 4 91 0 4 ∑103δ33434a= =?=μm . 5 5 90 . 0 0 2 60 . 0 9 2δδδδ aTF∑ =++=++=mmFK μ 11 78μ 49δ ∑∑ δ ===pμ L 0 . 7 8 0 0λ 2 8 2 . 3 5 λ 100i 1 7 / 4= = = =4~ 4 8 2 102 0 0πλπ 223222=====FFcKNAEF c唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 26 示，外形尺寸及安裝尺寸見表 37所示。 表 36 JBF7A 步進電機參數(shù) 電機型號 減速比 步距角 （176。 /step） 靜轉(zhuǎn)矩 （ N178。 m） 配用絲杠 mm 脈沖當量 mm 出軸 110BC380C 5:3 16 4 短 表 37 JBF7A 步進電機 外形尺寸及安裝尺寸 型號 電機型號 D D1 D2 D3 L1 L2 L3 L4 H 出軸 JBF7A 110BC380C 110 20 40 285 218 90 28 185 短 而機床要求刀架快速移動速度 : 12m/min, 最大進給速度 : m/min, 起動加速時間 : 30 ms。定位精度：177。 。 計算與校驗如下。 （ 1） 轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量 J： 負載轉(zhuǎn)動慣量 Jl :Jl =J1 +Js 2221 )π2 4()π2( mmkgmPJ h ?????? 式中 , J1 — 工作臺折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 , 式中 m是工作臺質(zhì)量， m = 60 kg。 Js — 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 , JM — 步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ,查廠家提供參數(shù) ,JM = 800 kg178。 mm2。 所以 ，總的轉(zhuǎn)動慣量 J： 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配的問題，由 mmkgmrJ s?==== / 3 4614162mmkgJJJJ Ms ?=++=++= 780 3 8001 =+=+= sMlM JJ JJJ唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 27 即橫向步進電機本身的轉(zhuǎn)動慣量 JM 與總的負載的轉(zhuǎn)動慣量 Jl 基本相匹配 ，但在快速進給時加速能力較為富余，滿足慣量匹配的要求。 （ 2） 電動機力矩計算 機床在不同的工況下 , 所需轉(zhuǎn)矩不同 , 下面分別按各階段計算 : ① 加速力矩 Ma： mNTnJM ra ??? ??? ② 摩擦力矩 Mf： mNPFM hof ?????? ????? . 8π2 0 0 010π η i2 33 式中η為傳動鏈總效率取 ； F0 為導軌靜摩擦力， F0 =2020179。 =400 N。 ③ 摩擦附加力矩 Mo： mNFPM h ??????? ???? )0 . 91(10 . 8π2 41 4 0 910)η1(π η i2 323200 ④ 快速空載起動力矩 M： mNMMMM fa ??