【導讀】1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。在這些數控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀。態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。但由于國產數控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，近年來我國出口額增幅較。2021年國內數控金切機床產量已達萬臺，比上年增長%。的系統(tǒng)承擔數控的任務。診斷和維修將更加普遍。我國目前機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有，即我國機床數控化率不到3％。有的因為能耗高、產品合格率低而造成虧損；有的已引進較長時間，需要進行技術更新。

　　

【正文】 6 n =V/L0 (r/min) 8303 100 125 fn c/n 26883 28590 30813 33926 綜合導軌車床絲杠的軸向力 : W)(Ff39。kFF ZX ??? （ 5— 10） 式中 :K=。 f’ =— ,取 。 1 0 0 0 )( 4 7 1 2 . 40 . 1 62 3 5 6 . ????? = (N) 壽命值 。 1810 15000206010 t60nL66 iii ????? （ 5— 11） 最大負載 。 FffLQ Hw3 i ???? （ 5— 12） = ??? = (N) 查參考文獻《實用機床設計手冊》可選用 NL4510型號的滾珠絲杠副 ,名義直徑為 45mm,絲杠導程為10 mm, 螺旋角 39。34o?? ,滾珠 例數為 3系列 ,其額定動載荷為 33300N,所以其強度夠用。 2）、支承方式 選用“單推 — 單推”的支承方式。 3）、效率計算； )( ???? ?? tg tg （ 5— 13） 式中： ? 螺紋的螺旋升角 39。34o?? ? 摩擦角 ????tg ； 所以， ? = 39。39。39。4513 則： %97)451334( 34 39。39。39。39。39。 ??? ootg tg? （ 5— 14） 經驗表明：在數控化改造設計中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強度，剛度和穩(wěn)定性計算可以不計算，因為采用類比法，改善后肯定合格。 （ 4）、齒輪 設計 齒輪傳動比 i: 0 ?????? pLi ?? （ 5— 15） 式中； ? 步進電動機的步矩角，選為 ， 計算出 i〈 5，因此可以選一級傳動。 大小齒輪都采用 45 號鋼調質，選小齒輪硬度為 260HB— 290HB，大齒輪硬度為 220HB— 250HB，精度選用六級，模數 m=2mm , 齒寬 b=20mm, 螺旋角α = 020 ， 齒數 Z1=18，齒數 Z2=75，則： 3618211 ???? mzd （ 5— 16） 15075222 ???? mzd 93)(2121 ??? dda （ 5— 17） 還應該校核齒輪表面接觸疲勞強度，彎曲疲勞強度。經校核均合格，其校核過程略。 步進電動機的確定 （ 1）、步進 電動機步矩角的選擇； 00 ?????? L ip?? （ 5— 18） （ 2）、等效轉動慣量的計算 慣量對運動特性有很大影響，對加速能力，加速時驅動力矩及動態(tài)的快速反應有直接關系，因此核算轉動慣量很有必要。 縱向伺服系統(tǒng)改進后 等效轉動慣量 的簡圖如下 : 圖 51 改造后的縱向伺服系統(tǒng) 等效轉動慣量 簡圖 等效步進電動機軸的轉動慣量計算，采用下式； ? ? 1121 JJJJiJ zzs ???? （ 5— 19） 式中： 1J 工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量 sJ 滾珠絲杠轉動慣量 1zJ 齒輪 1的轉動慣量 2zJ 齒輪 2的轉動慣量 1J = WP2180???????? ??? （ 5— 20） = 2 ?????? ??179。 100=（ kgf 178。 2cm ） 滾珠絲杠轉動慣量： sJ =179。 410? 4D 1L （ 5— 21） =179。 410? 179。 179。 140=（ ?kgf 2cm ） 齒輪的轉動慣量： 1zJ =179。 410? 179。 179。 2=（ ?kgf 2cm ） 2zJ =179。 410? 179。 415 179。 2=（ ?kgf 2cm ） 電動機轉動慣量很小可忽略，因此總的轉動慣量： J = ? ?1121 JJJJi zzs ??? = ? ? 12 ????????? =（ ?kgf 2cm ） = )( 2cmN? （ 3）、所需轉動力矩計算： 折算到步進電動機軸的力矩可分為三種情況進行計算。 1）、快速空載啟動時所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 （ 5— 22） 2）、 最大切削負載時所需力矩： M=Mat+Mf+M0+Mt （ 5— 23） 3）、快速進給所需力矩 M=Mf+M0 （ 5— 24） 式中： Mamax空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； Mf 折算到電機軸上的摩擦力矩； M0 由絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的摩擦力矩； Mat切削時折算到電機軸上的加速度力矩； Mt 切削時折算到電機軸上的切削負載力矩。 Ma= 410 ??TJn （ N178。 m） （ 5— 25） 式中； T為時間常數 T= 當 n=nmax時， Mamax=Ma； nmax =10 ax ??L iV =834r/min （ 5— 26） Mamax= 41002 83 ???? =（ N178。 m） =（ N 178。 cm ） 當 n=nt時 ， Mat=Ma； 0Lfi主nnt ? （ 5— 27） = 10 ?? = （ r/min） Mat= 41002 ??? = （ N178。 m） =（ N 178。 cm ） iwLfM f ??2 039。? （ 5— 28） 當 η =， f`=； ??? ???fM =（ N178。 CM） 當 0? =： 0M = ? ?200 16 ??? ?iLFx （ 5— 29） = ? ? ???? ? =（ kgf 178。 cm ） =（ N 178。 cm ） tM =iLFx??2 0 （ 5— 30） = ??? ? =（ kgf 178。 cm ） =135（ N 178。 cm ） 從而求得，快速空載啟動所需力 矩 M=Mamax+Mf+M0 =++ = （ N178。 CM ） 切削時所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt =+++135 =155 （ N 178。 cm ） 快速進給時所需力矩 M=Mf+M0 =+ = （ N178。 CM ） 由以上分析計算可知，所需最大力矩 Mmax發(fā)生在快速啟動時，即： Mmax= （ N178。 CM ） 4）、步進電動機的最大靜轉矩 Tjm 為。 m a x0 ??? TTT jm （ 5— 31） ?? = （ N178。 CM ） 5）、步進電動機的 最高頻率計算； 3 200 060 m a xm a x ????? pVf ? （ HZ） （ 5— 32） 電動機采用三相六拍的工作方式，經綜合考慮，選用 110BF003型的直流步進電動機能滿足要求。 一 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算 進給系統(tǒng)的設計內容 經濟型數控車床改造的橫向進給系統(tǒng)的設計比較簡單，一般是步進電動機經減速后驅動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電動機安裝在大拖板上，用發(fā)蘭盤將步進電動機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。 橫 向進給系統(tǒng)設計的主要內容有：滾珠絲杠副的設計計算及選擇、減速比的確定及減速箱的設計、步進電動機的選擇等。 橫向進給系統(tǒng)的設計計算 （ 1）、已知條件： 1）、縱向脈沖當量 δ y=； 2）、縱向最高進給速度 Vfymax=1m/min； 3）、 C618車床工作臺質量 w=40kg=4000N（根據圖形尺寸粗略計算）。 4）、時間常數 T=25ms （ 2）、橫向進給切削力 Fx的確定 根據《機床設計手冊》可知； 橫向進給量為縱向的 1/21/3 ，取 1/2，則切削力約為 縱向的 1/2。 zF =179。 =（ N ） xF = zF =179。 =（ N ） （ 3）、滾珠絲杠的設計計算 滾珠絲杠在工作中承受軸向負載，使得滾珠和滾道型面間產生接觸應力；對滾道型面上某一點，是交變接觸應力。在這種交變應力的作用下，經過一定的應力循環(huán)次數 后滾珠和滾道型面產生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠破壞的主要形式。在設計滾珠絲杠副的時候，須保證能夠它在一定的軸向負載的作用下，在回轉 106轉后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應有點蝕現象發(fā)生， 此時所能承受的軸向負載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動負載 Q。 滾珠絲杠副已經標準化，因此滾珠絲杠副的設計歸結為滾珠絲杠副型號的選擇。 1）、強度計算； W)(Ff39。kFF ZX ??? 式中 :K=。 f’ =,得 。 400)( 2 3 5 6 .20 . 21 1 7 8 . ????? = (N) 壽命值 。 13. 510 150 00156010 t60nL66 iii ????? 最大負載 。 FffLQ Hw3 i ???? = 2 2 0 0 . 3 .53 ??? = (N) 查參考文獻《實用機床設計手冊》可選用 WD2021型號的滾珠絲杠副 ,名義直徑為 20mm,絲杠導程為4 mm ,螺旋角 39。393o?? ,滾珠例數為 3系列 ,其額定動載荷為 7600N,所以其 強度夠用。 2）、支承方式 選用“單推 — 單推”的支承方式。 3）、效率計算； )( ???? ?? tg tg 式中： ? 螺紋的螺旋升角 39。393o?? ? 摩擦角 ? = 39。1