【正文】 通過對材料的類比，由于我設計的是經(jīng)濟型儀表車床，考慮經(jīng)濟性等原因，選用灰鑄鐵作為導軌材料。 導軌的熱處理為了提高鑄鐵導軌的硬度，以增強抗硬粒磨損的能力和防止撕裂，鑄鐵導軌經(jīng)常采用高頻淬火、中頻淬火機電皆出自冷淬火等表面淬火方法。高頻淬火是借助200~300kHz的高頻電流對導軌面加熱，淬火溫度一般為900~950℃，～2倍，硬度達HRC48～55，可使普通鑄鐵耐磨性提高2倍左右。中頻淬火可采用8kHz左右的中頻電流進行，淬火溫度一般為950℃左右，淬硬層可達2～3mm，表面硬度可達HRC40～50。高頻及中頻淬火的優(yōu)點是淬火質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，缺點是淬火后必須進行磨削加工。電接觸自冷淬火表面硬度可達HRC55～60，～ mm。這種淬火方法具有設備簡單、操作方便、成本低、淬火變形小等優(yōu)點，但由于淬硬深度較淺等原因，對導軌耐磨性提高幅度不大，目前主要用于維修。綜上所述，本次設計的導軌采用灰鑄鐵作為材料的滑動導軌，并通過高頻淬火作為熱處理，以提高導軌的硬度和耐磨性。 導軌的間隙調(diào)整為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力，而且會加速導軌磨損；間隙過大，會降低導向精度，還容易產(chǎn)生振動。導軌的間隙如果依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，而且導軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調(diào)整，故導軌應有間隙調(diào)整裝置。常用的間隙調(diào)整方式有壓板和鑲條。壓板用于調(diào)整間隙和承受顛覆力矩，如圖所示是常用的幾種壓板裝置：a圖所示的壓板裝置用磨削或刮壓板3與動導軌1相接觸的d面，或磨、刮與支承導軌2相接觸的e面來調(diào)整垂直方向的間隙。間隙過大時磨、刮d面；間隙過小則磨、刮e面。壓板上的d、e面需用空刀槽分開。這種方式結構簡單，但調(diào)整比較麻煩。b圖所示是在壓板與支承導軌間用平鑲條5來調(diào)整間隙。只要擰動帶有鎖緊螺母的螺釘6即可調(diào)整間隙，故調(diào)整方便。但由于鑲條下面只與幾只螺釘接觸，因此剛度較差。c圖所示是采用在壓板與動導軌接處放幾層薄墊片4來調(diào)整垂直方向的間隙。隨著摩擦表面的不斷磨損，逐次取下一層墊片。這種方法比磨、刮省力，但調(diào)整量受墊片厚度限制。鑲條用來調(diào)整矩形和燕尾形導軌的側面間隙，以保證導軌面的正常接觸。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。a圖所示的平鑲條制造容易，調(diào)整方便，但因各螺釘單獨分別擰緊，難以保證鑲條受力均勻，因此容易變形，剛度較低。b圖所示的斜鑲條兩側面分別與動導軌及支承導軌均勻接觸，故剛度比平鑲條高，但制造困難。綜上所述。只要擰動帶有鎖緊螺母的螺釘就可調(diào)整間隙，另一端采用在壓板與動導軌接觸處放幾層薄墊片來調(diào)整垂直方向的間隙。 滾珠絲杠副的選擇傳動效率高，以極小的滾動摩擦代替了傳統(tǒng)的滑動摩擦，大大減小的摩擦使?jié)L珠絲杠副的傳動效率獲得極大地提高，傳動效率達90%以上。進而，整個傳動副的驅(qū)動力矩減少至滑動絲杠副的1/3左右。因此，滾珠絲杠能夠順滑地實現(xiàn)兩種傳動方式——將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動或者將直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。但應注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，絲杠立式和傾斜使用時，應增加制動裝置或平衡裝置。精度高，由于滾珠絲杠副傳動效率達到90%以上，因而發(fā)熱率大大降低，熱變形就小，若使用的絲杠螺母預緊后，可以完全消除間隙，使設備獲得很高的定位精度和重復定位精度。摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長。滾珠絲杠副中的主要零件，均經(jīng)熱處理，具有很高的硬度及表面光潔度，再加上滾動摩擦的摩損很小，因而具有良好的耐磨性，實際壽命往往大于理論壽命。最大切削功率式中 ——主電動機功率，CA6140車床 =——主傳動系統(tǒng)的總效率，~，取 =切削功率應在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大切削速度（或速）來計算，即式中 ——主切削力， ；——最大切削速度，按用硬質(zhì)合金刀具半精車鋼件時的速度取 =100m/min.在一般外圓車削時=（~） ， =（~） 取= =1728N， = =2088N；式中 、 ——縱向、橫向切削力分力。滾珠絲杠副的選型和驗算主要是型號的選擇和性能驗算。 滾珠絲杠的選用設計，一般必須已知下列條件：絲杠的最大軸向載荷 （或平均工作載荷 ）、使用壽命T、絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）、絲杠的轉(zhuǎn)速 （或平均轉(zhuǎn)速）、絲杠的運轉(zhuǎn)狀態(tài)等，以縱向為例，可按以下步驟計算：（1）滾珠絲杠軸向進給切削力的計算 縱向進給為綜合型導軌，滾珠絲杠軸向進給切削力=K + （ +W）= 式中 W——移動部件的質(zhì)量，N；——導軌上的摩擦因數(shù)，取 =；K——考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，K=。（2）滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速的計算最大切削力下的進給速度 （r/min），可取最高進給速度的1/2~1/3（取為1/2），絲杠導程選 =6mm，則滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速（3）滾珠絲杠壽命的計算絲杠使用壽命取T=20000h（2班工作制10a），則絲杠的計算壽命（4）滾珠絲杠副承受的最大當量動載荷的計算根據(jù)工作負載荷 、壽命L，滾珠絲杠副承受的最大當量動載荷式中——運轉(zhuǎn)系數(shù)，取 =； ——精度系數(shù)，滾珠絲杠副精度取為3級，則取 =1（5）從滾珠絲杠尺寸系列表（或產(chǎn)品樣本）中找出額定動載荷 略大于當量動載荷 ，同時考慮剛度要求，初選滾珠絲杠副的型號及有關參數(shù)。（6）根據(jù)機床結構和工作要求（即循環(huán)方式、預緊方式、傳動精度、傳動效率等方面）從初選的幾個型號中挑選比較合適的公稱直徑、導程、負荷滾珠列數(shù)和滾珠圈數(shù)，確定某一型號。參照山東濟寧博特精密絲杠制造有限公司的產(chǎn)品樣本，CA6140縱向進給滾珠絲杠副的型號選為：CDM4006——P3，是外循環(huán)插管埋入式雙螺母墊片預緊絲杠副，其額定動載荷為14820N，強度足夠，精度等級為3級。其幾何參數(shù)如下：公稱直徑 = 40mm，導程 = 6mm，剛球直徑 = ，絲杠底徑 = ，預緊力 =2006N。滾珠絲杠副剛度的驗算，主要是驗算絲杠的拉伸或壓縮變形量 、滾珠與螺紋滾道接觸變形量 和支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 之和應不大于機床精度所允許變形量的1/2。否則，應考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副。滾珠絲杠的變形量計算步驟如下：（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量 式中 ——工作負載 引起導程 的變化量，由于兩端均采用角接觸球軸承，且絲杠又進行了預緊，故其拉壓剛度可比一端固定的絲杠提高4倍。其實際變形量為=1/4 = mm（2）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 滾珠絲杠副及軸承均進行預緊，滾珠與螺紋滾道接觸變形式中 ——滾珠數(shù)量， ；——圈數(shù)；——列數(shù)；——每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)。對于CDM4006C—， ，取整為158個。因絲杠加有預緊力，可減少1/2，因此實際變形量= （3）支承滾珠絲杠的軸承軸向接觸變形支承滾珠絲杠的軸承為8107型推力球軸承，幾何參數(shù)為 =，滾動體直徑 =，滾動體數(shù)量 =18，軸承的軸向接觸變形因施加預緊力，故實際變形量= /2=根據(jù)以上計算，總變形量= + + 三級精度滾珠絲杠允許的螺距誤差為15 /m，故剛度足夠。因為滾珠絲杠兩端都采用推力球軸承并預緊，因此不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需穩(wěn)定性校核。通過以上的計算，或得CDM4006——P3縱向進給系統(tǒng)的滾珠絲杠副，在數(shù)控改造CA6140車床應用后，機床工作臺運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、靈活、精度高、噪音低，可以滿足實際生產(chǎn)加工要求。 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結構形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應根據(jù)具體情況和結構形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結構和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結構。按預加負載形式分，可分為單螺母無預緊、單螺母變位導程預緊、單螺母加大鋼球徑向預緊、雙螺母墊片預緊、雙螺母差齒預緊、雙螺母螺紋預緊。數(shù)控機床上常用雙螺母墊片式預緊，其預緊力一般為軸向載荷的1/3。 在本設計中，我們采用雙螺母內(nèi)循環(huán)的形式，用雙螺母墊片預緊。 根據(jù)《金屬切削機床設計簡明手冊》P298表4156，選擇的材料為CrWMn，所選熱處理為整體淬火。 刀架的選擇選用選用LD46132型電動刀架因為設計要求刀架的最大回轉(zhuǎn)直徑為400mm，而最小的三角刀架的設計高度大大超過60mm，故選用LD46132刀架型號，因刀架為外購件，其尺寸已成定值，故選用四方刀架。即LD46132。該刀架可以夾持4把刀，采用鼠牙盤為分度定位，利用步進電機實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位。第八章 普車數(shù)控化改造的經(jīng)濟性評估 改造所需的費用因為本次改造是采用，自己購買零配件，自己改造，所以費用主要是改造中所需零配件的費用為主以及一些相關的運輸費用。下面以列表的形式羅列相關各項所需費用，詳見表81編碼配件名稱實物圖片價格/元1數(shù)控系統(tǒng)GSK980TD120002主電機Y132M412003縱向進給步進電機2000橫向進給步進電機15004縱向進給絲杠3000橫向進給絲杠10005電動刀架30006手輪20007光電編碼器2608螺母座250029連接桿2200210法蘭盤200改造所需總費用27560表81從上面的表81中可以看出改造一臺CA6140只需要不到3萬元的費用，而購買一臺新的CK6140則需要11萬多，由此比較，我們可以知道改造一臺比新買一臺要遠遠減少很多費用。當然，改造的機床也有優(yōu)缺點。 (1) 減少投資額、交貨期短同購置新機床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費用，改造費用低。特別是大型、特殊機床尤其明顯。一般大型機床改造，只花新機床購置費用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費工、費錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機床相比，只能節(jié)省投資50％左右。 (2) 機械性能穩(wěn)定可靠，結構受限所利用的床身、立柱等基礎件都是重而堅固的鑄造構件，而不是那種焊接構件，改造后的機床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機械結構的限制，不宜做突破性的改造。 (3) 熟悉了解設備、便于操作維修購買新設備時，不了解新設備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短，見效快。改造的機床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負荷運轉(zhuǎn)。 (4) 可充分利用現(xiàn)有的條件可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設備時那樣需重新構筑地基。 (5) 可以采用最新的控制技術可根據(jù)技術革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設備的自動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。 小結綜上所述，從經(jīng)濟性方面考慮改造一臺舊的車床要比新買一臺節(jié)省很多費用，但也不是所有車床都適合數(shù)控化改造，在改造之前我們應該做一個經(jīng)濟性的評估，如果改造所需費用高于新購買一臺，那么我么則無需花大量時間精力去改造，可以直接從廠家購買，這樣會更加省事。當然有些情況則是改造要有優(yōu)勢，比如廠家有若干臺舊的車床，而又需數(shù)控車床，這種情況下，廠家就可以考慮一下是否改造成數(shù)控車床?？傊?，普通車床數(shù)控化改造有很多優(yōu)勢，但也要根據(jù)情況而定！總 結本次設計于2008年6月30日開始，經(jīng)過20來天的努力，于2008年7月20日完成，經(jīng)過20天的時間完成了CA6140車床的數(shù)控改造設計。本課題的主要任務是完成對普通車床的數(shù)控化改造，當然，數(shù)控化改造并不是簡單的裝上數(shù)控裝置就行了，它是一項繁瑣的工作。我們的設計和改造任務主要包括主運動和進給運動的改造設計，通過改造使其具有數(shù)控機床的一般特性。應該來說，對普通車床的數(shù)控化改造具有一定的經(jīng)濟性和可行性。目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。在設計過程中，我們也學到了很多東西，我們通過查閱大量的資料，把所學的知識應用到設計中，這樣既溫故了我們在大學期間所學的專業(yè)知識，又培養(yǎng)了我們一種獨立思考問題、解決問題的能力，對今后的工作必將產(chǎn)生深遠的影響。參考文獻[1] 顧熙棠，遲建山，：下冊[M] .上海：上海科學技術出版社，1993.[2] 余永牧，李小青，陳林康，[M] .北京：航空航天大學出版社，.[3] [M].北京：中國科學技術出版社，.[4] [M].西安：西北工業(yè)大學出版社，.[5] [M].北京；機械工業(yè)出版社，.[6] [M].北京：.[7] 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