【正文】 結(jié)構(gòu)。（c）軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式，螺紋式，齒差式。要求：經(jīng)濟可靠，易拆裝，剛度高；方案：選用雙螺母墊圈式預(yù)緊；原因：結(jié)構(gòu)簡單；裝卸方便，剛度高。滾珠絲桿副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠型號的選擇。②計算作用在絲杠上的最大動載荷C（N）。首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進給牽引力，計算絲杠的軸向荷載，在根據(jù)要求的壽命計算出滾珠絲杠副應(yīng)能承受的最大載荷C。3）滾珠絲杠的選型。根據(jù)C＜Ca（Ca是絲杠的額定負(fù)載）的原則，是選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。查《機械零件設(shè)計手冊》電子版，由于導(dǎo)程為6mm，所以選取滾珠絲杠型號為CDM3206——5，公稱直徑為32mm，其額定動載荷為26250N＞7051N，故強度足夠。CDM3206——5表示外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，公稱直徑為40mm，導(dǎo)程為6mm，右旋螺紋，載荷鋼球為5圈，精度3級的定位滾珠絲杠副.4） 滾珠絲杠的驗算5）確定齒輪傳動比。當(dāng)傳動比i＞1時，進給傳動為減速傳動；當(dāng)i＜1時，進給傳動為升速傳動。因升速傳動會降低電動機傳遞的轉(zhuǎn)矩，而減速傳動會降低快速運動速度，而且要考慮機械結(jié)構(gòu)緊湊，故一般選擇傳動比設(shè)計范圍：≥i≥2，~. 為簡化其結(jié)構(gòu)，均采用以及齒輪傳動，其從動齒輪孔與絲杠軸頸相配合，主動齒輪孔與步進電機輸出軸配合，步進電動機用固定板安裝在機床上。（2）橫向機械傳動部分的數(shù)控化改造和設(shè)計計算 1）切削力計算2）滾珠絲杠設(shè)計計算。計算作用在絲杠上的最大動載荷C。首先根據(jù)切削力和運動部件的重量引起的進給牽引力，計算絲杠的軸向荷載，在根據(jù)要求的壽命計算出滾珠絲杠副應(yīng)能承受的最大載荷C。3）滾珠絲杠的選型。根據(jù)C＜Ca（Ca是絲杠的額定負(fù)載）的原則，是選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。查《機床說明書》，由于導(dǎo)程為4mm，同時要采用外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，所以選取滾珠絲杠型號為CDM2004————P3，其額定動載荷為5862N＞4912N，故強度足夠。CDM2004————P3表示外循環(huán)插管式，雙螺母墊圈預(yù)緊，導(dǎo)珠管埋入式的滾珠絲杠，右旋螺紋，精度3級的定位滾珠絲杠副.。4）滾珠絲杠的驗算。5）確定齒輪傳動比。為簡化其結(jié)構(gòu)，均采用以及齒輪傳動，其從動齒輪孔與絲杠軸頸相配合，主動齒輪孔與步進電機輸出軸配合，步進電動機用固定板安裝在機床上。6）齒輪間隙的調(diào)整環(huán)節(jié)。為了提高傳動精度和傳動平穩(wěn)性，避免齒輪在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生沖擊和噪聲，對于縱向、橫向齒輪都需要設(shè)計中心距的調(diào)整機構(gòu)。 由于主、從動齒輪在制造過程中不可避免存在著加工誤差，為使這一對相互嚙合的齒輪在安裝后中心距達到標(biāo)準(zhǔn)中心距，采取如下措施。主軸安裝在步進電機軸上，而步進電機的端部用螺釘與偏心套聯(lián)接，偏心套裝在箱體上，轉(zhuǎn)動偏心套（這時步進電機連同從動輪一起轉(zhuǎn)動），從而可以調(diào)整主、從動輪之間的中心距。3. 滾珠絲杠的支承與軸承選用（1） 滾珠絲杠支承形式選擇。為了滿足高精度、高速度進給系統(tǒng)的需求，除應(yīng)采用高精度、高速度的滾珠絲杠副外，還必須重視支承的設(shè)計，注意選用軸向剛度高，摩擦力矩小，運行精度高的軸承。絲杠一端安裝兩個深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的稱為固定支承（G）；安裝一個深溝球軸承或角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的稱為鉸支承（J）；螺母相當(dāng)于固定支承。絲杠的支承方式有兩端固定（G——G），一端固定，一端鉸支（G——J）；一端固定，一端自由（G——Z），兩端鉸支（J——J）幾種。數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安裝以及其支承的結(jié)構(gòu)剛性也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母做的局部剛度和接觸強度，新設(shè)計的機床在工藝條件允許時，常常把螺母座或支承座與機床本體做成整體來增大剛度。 1）支承形式。采用一端固定，一端鉸支的支承形式，其特點如下： ①需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難。②壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高。③絲杠有熱膨脹的余地。④適用于較長的臥式安裝絲杠。 2）滾珠絲杠軸端的形式。滾珠絲杠采用一端固定，一端鉸支的支承形式。（2）滾動軸承的選用。絲杠軸的載荷主要是軸向荷載，徑向除絲杠重力外，一般無外載荷，對絲杠軸承主要要求軸向精度和剛度較好，摩擦力矩要盡量小。 固定支承采用有60176。角接觸球軸承，雙向推力角接觸球軸承，圓錐滾子軸承，滾針軸承和推力滾子軸承。 根據(jù)軸承特性的比較，而鉸支端要求軸向剛度大，可選用深溝球軸承，固定支承可選用60176。角接觸球軸承，其特點有：1） 接觸角大，鋼球數(shù)多，承載能力大，剛度大。2） 即能承受軸向荷載，也能承受徑向荷載，支承結(jié)構(gòu)可以簡化。3） 軸承是按規(guī)定預(yù)緊力供應(yīng)的，使用者不需要自己調(diào)整。4） 軸承起動摩擦力矩小，降低絲杠副驅(qū)動效率，提高進給系統(tǒng)靈敏度。 伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計1. 控制系統(tǒng)的選擇 按控制方式分類，控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)，半閉環(huán)控制系統(tǒng)，全閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)和其它兩種控制系統(tǒng)相比有成本低，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，雖然開環(huán)系統(tǒng)的精度已經(jīng)滿足不了數(shù)控機床日益提高的對控制功率、快速運動和加工精度的要求，但由于近年來發(fā)展了步進電機的細分技術(shù)，出現(xiàn)了專用的細分功率驅(qū)動模塊，步進電機在低轉(zhuǎn)矩，高精度，速度中等的小型設(shè)備的驅(qū)動控制中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在微電子生產(chǎn)設(shè)備中充分發(fā)揮了它的獨特優(yōu)勢； 開環(huán)控制系統(tǒng)主要是由驅(qū)動控制環(huán)節(jié)（環(huán)形分配器，加減速電路），執(zhí)行元件（步進電動機）和機床（滾珠絲杠，工作臺等）三大部分組成。開環(huán)系統(tǒng)的指令信號單方向傳送，并且指令發(fā)出后，不在反饋回來，故稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。其驅(qū)動電動機采用步進電動機，控制電路每變換一次指令脈沖，步進電動機就旋轉(zhuǎn)一個步距角，通過齒輪，絲杠傳動使工作臺移動一定距離，該距離稱為脈沖當(dāng)量。步進電動機的旋轉(zhuǎn)速度取決于指令脈沖的頻率，轉(zhuǎn)角大小取決于指令脈沖數(shù)。步進電動機有以下特點： 1）能方便的實現(xiàn)調(diào)速以及正反轉(zhuǎn)和起?？刂疲瑔⑼r間短。只要控制輸入脈沖的數(shù)量，頻率及電動機繞組通電順序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向，在一定頻率范圍內(nèi)，改變各繞組的接通次序即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，各種運行方式都能方便地任意改變，且不會丟步。 2）輸出轉(zhuǎn)角的精度高，無積累誤差。不僅電動機采用脈沖數(shù)字信號進行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距，誤差自動變?yōu)榱恪? 3）轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)快。 4）輸入角與輸出角嚴(yán)格成比例，且在時間上同步。步進電動機的步距角和旋轉(zhuǎn)速度不受各種干擾因素，如電壓，電流，波形，溫度等影響。 5）維修方便，壽命長。 步進電動機是一種用脈沖信號控制的電動機。在負(fù)載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，步進電機將來自數(shù)控裝置的進給脈沖信號輸出，電動機的角位移與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比，因此，步進電機已成為經(jīng)濟型數(shù)控機床中最主要的一種伺服動力元件。 （1）負(fù)載慣量計算 （2）各種工況下轉(zhuǎn)矩計算 （1）負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量計算 （2）各種工況下所需轉(zhuǎn)矩計算 由GSK980TA數(shù)控裝置技術(shù)參數(shù)可知，GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)適配的驅(qū)動裝置有：DF3A系列三相反應(yīng)式步進電動機驅(qū)動器、DY3B系列三相混合式步進電動機驅(qū)動器、DA98系列交流伺服。根據(jù)驅(qū)動器同時要和數(shù)控系統(tǒng)及X、Z軸電動機匹配的原則，X、Z選用的是反應(yīng)是步進電動機，所以在這里應(yīng)選用DF3A系列三相反應(yīng)式步進電動機驅(qū)動器。 又因為在伺服系統(tǒng)的改造部分選用的是110BF003步進電動機作為X、Z軸的伺服電動機，所以選用DF3A——06三相反應(yīng)是步進電動機驅(qū)動器作為連接系統(tǒng)和電動機的驅(qū)動器。 （1）DF3A——06三相反應(yīng)是步進電動機驅(qū)動器的特點： 1）可靠性高。數(shù)字技術(shù)和單片機的應(yīng)用，使得驅(qū)動器線路簡單可靠；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得整機結(jié)構(gòu)緊湊，防護性能好；短路，過流，超溫，欠壓保護系統(tǒng)線路提供全面，可靠的保護，大大提高了步進驅(qū)動器的可靠性。 2）低速性能好。引入單片機進行軟環(huán)分及矢量細分，實現(xiàn)1比1平滑細分及20倍矢量細分，使得步進電動機低速運行平穩(wěn)，避免振蕩及失步。矢量細分技術(shù)的應(yīng)用，使得與微米級位置控制器配套的步進系統(tǒng)輸出精度接近微米級。3）高速性能優(yōu)。輸入信號頻率不大于250kHz（20細分時），輸出電流頻率可達15kHz。由于采用高壓（300V）恒流斬波，高速特性好，驅(qū)動步進電動機空載運行最高速度不低于700mm/min。4）適用范圍廣。輸出電流3~10A可調(diào)，可驅(qū)動90BF、110BF、130BF步進電動機，輸出轉(zhuǎn)矩2~205N*m 自動轉(zhuǎn)位刀架 自動換刀裝置因數(shù)控車床的形式，工藝范圍和刀具的種類與數(shù)量不同而具有不同的形式。目前常用的有自動回轉(zhuǎn)刀架和帶刀庫的換刀裝置。自動回轉(zhuǎn)刀架也稱為轉(zhuǎn)塔式刀架，它是數(shù)控車床上最常用的，也是最簡單的一種自動換刀裝置，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀功能。 。 在C6132車床數(shù)控改造中，將原機床的手動回轉(zhuǎn)刀架替換成自動回轉(zhuǎn)刀架，自動回轉(zhuǎn)刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，效率高，公藝性可靠。根據(jù)所加工零件的加工要求及機床控制方式，在本改造中，采用四方回轉(zhuǎn)刀架拆除原刀架和小滑板，換上由常州宏達機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4_CK6132四工位自動回轉(zhuǎn)刀架。 數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平，所以有如下要求：1） 轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全。2） 按最短路線就近選擇，轉(zhuǎn)位時間短。3） 應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短，刀具重復(fù)定位精度高，刀具存儲量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求。4） 防水，防屑，密封性能優(yōu)良。5） 夾緊剛度高，適宜重負(fù)荷切削，回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受機床在切削加工時的切削抗力。 （1）刀架結(jié)構(gòu)框圖。 （2） 自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理。自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理如圖。為電動機經(jīng)彈簧安全離合器至渦桿副帶動螺母轉(zhuǎn)動，螺母抬起刀架使定位用的端齒盤的上盤與下盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位。然后發(fā)信號使電動機反轉(zhuǎn)鎖緊，完成刀架換位后，在進行切削加工。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作包括刀架抬起，刀架轉(zhuǎn)位，刀架定位及壓緊等。 其具體過程是：當(dāng)危機發(fā)出換刀信號后，刀架控制器中間繼電器動作，電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿減速機構(gòu)，螺桿升降機構(gòu)使上刀架上升，當(dāng)?shù)都苌仙揭欢ǜ叨葧r，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端的發(fā)信盤中對應(yīng)每個刀位都安裝一個霍爾元件，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一個刀位時，該刀架上的霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較，當(dāng)兩信號相同時，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙嚙合，完成定位，并通過蝸輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號，切斷電源，電動機停轉(zhuǎn)，完成換刀過程。 具體的安裝尺寸如圖，該刀架安裝時，需先拆除原機床上的小滑板和刀架，然后把電動刀架置于中滑板上。此時，刀架高度應(yīng)使車刀前面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下加墊板，調(diào)整其高度。然后，卸掉刀架電動機風(fēng)扇罩殼，逆時針方向轉(zhuǎn)動電動機，使上刀體相當(dāng)于下刀體選擇45度左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中滑板固定。固定時應(yīng)注意，將刀架的兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進給方向平行，用墊板來調(diào)整其中心高。使用前應(yīng)試運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)時要達到輕松靈活，無噪聲的要求。 編碼器的選用與安裝 機床能否進行螺紋加工是主軸部分?jǐn)?shù)控化改造的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)機床加工螺紋時，往往通過交換齒輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的交換齒輪組，操作起來十分麻煩。改造后的車床已拆掉原交換齒輪系統(tǒng)，將主軸箱與進給箱之間的傳動鏈切斷，車床主運動和進給運動相獨立，但是為了使改造后的車床能適應(yīng)加工螺紋的工藝要求，必須把主軸運動和進給運動聯(lián)系起來，光電編碼器就是起這種聯(lián)系作用的。 在經(jīng)濟型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，需要配置光電編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件。它與主軸同步運動，發(fā)出主軸角位置變化信號輸送到數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工螺紋的螺距進行計算處理，從而控制機床步進電機，實現(xiàn)準(zhǔn)確加工螺紋的目的。 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。編碼盤按一定編碼形式，如二進制編碼、二一十進制編碼等，將一個圓盤分成若干等分，并利用電子，光電或電磁器件，把代表被測位移的各等分上的數(shù)碼轉(zhuǎn)換成便于應(yīng)用的二進制或其他表達方式。脈沖編碼器分為光電式，接觸式和電磁感應(yīng)式三種。光電式脈沖編碼器精度與可靠性優(yōu)于其他兩種，數(shù)控機床上用光電式脈沖編碼器。 光電式脈沖編碼器根據(jù)其編碼方式的不同，可分為絕對式編碼盤和增量式編碼盤。絕對式編碼盤能夠直接給出對應(yīng)每個轉(zhuǎn)角位置的二進制數(shù)碼，便于計算機處理。但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，光源壽命短；而增量式編碼盤結(jié)構(gòu)簡單，價格低，精度易于保證，體積小，質(zhì)量輕，力矩小，多脈沖，承載能力強，可靠性高，壽命長等特點，目前廣泛應(yīng)用。因此，在改造設(shè)計中結(jié)合GSK980TA數(shù)控系統(tǒng)選用增量式編碼盤。 增量式光電編碼器有A相、B相、C相三條光柵。E為等距離窄光縫圓盤，QQ2為發(fā)光光源，Da，Db、Dc為受光元件，并錯開90度。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)一個階距時，得到光電波形輸出圖；經(jīng)放大整形，得到方波。利用AB的相位關(guān)系可以判斷主軸工件的旋轉(zhuǎn)方向。C相為基準(zhǔn)脈沖，編碼器旋轉(zhuǎn)一周，C相就產(chǎn)生一個脈沖。 車削螺紋的傳動路線：主軸——齒輪副——脈沖發(fā)生器——數(shù)控裝置——步進電動機——縱、橫向進給機構(gòu)。編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時發(fā)出與主軸相對應(yīng)的脈沖信號，控制刀架Z方向進給運動。車床要切出合格螺紋，必須保證工件轉(zhuǎn)一圈，車刀沿Z方向進給一個螺距P。編碼器與主軸及工件同步轉(zhuǎn)動，編碼器的A、C信號（原點信號）到來時開始切削，否則等待。 2. 光電編碼器的選用根據(jù)前面旋轉(zhuǎn)的車床數(shù)控系統(tǒng)GSK980TA的技術(shù)參數(shù)可知，主軸應(yīng)加裝1024P/r光電編碼