【導(dǎo)讀】提高勞動生產(chǎn)率的要求。如果設(shè)備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大，成本。太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費。所以最經(jīng)濟的辦法就是進(jìn)。少資金投入，采用此方法對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。解決這個問題，必須走普通車床數(shù)控改造之路。日本大企業(yè)中有26%. 用戶提供數(shù)控改造服務(wù)。我國擁有300萬臺機床，其中大量的是通用車床。數(shù)控改造一般是指對普通車床某些部位作一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使車床具有數(shù)控加工能力。已在這方面做了有益的嘗試。要，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范圍。一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置的1／3到l／5，所編程序指令輸入機床數(shù)控裝置中。下面對其各組成部分加以介紹。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲器中取出或接受輸入。分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運動和動作?？貦C床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。

　　

【正文】 * 1 . 6 5 3 * 0 . 6 7 7 = 2 3 . 9 4 2 [ ]2 0 * 8 4 * 2??? ? F 2 1 F a S a 2 F2 * 1 . 5 6 * 9 6 0 0= 2 K T Y Y Y /b d m = * 2 . 2 5 * 1 . 7 5 * 0 . 6 7 7 = 2 1 . 7 3 4 [ ]2 0 * 8 4 * 2? ? 故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。 縱向進(jìn)給 步進(jìn)電動機的計算和選型 (1)等效轉(zhuǎn)動慣性量計算 傳動系統(tǒng)折算到電機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量： 122 22M 1 S 0J= J + J + ( Z /Z ) [ ( J + J ) + G ( L /2 ) /g]? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 33 頁 33 式中 JM—— 步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 kg/cm2， J1,J2 — — 齒輪 z1， z2的轉(zhuǎn)動慣量 kg/cm2 Js —— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 kg/cm2 參考同類機床，初選 磁滯式 (反應(yīng)式 )步進(jìn)電機 150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 JM=10 kg/cm2 對材料為鋼的圓柱形零件 ,其轉(zhuǎn)動慣量計算 : *10J D L?? 式中 D— 圓柱形零件直徑 L— 零件軸向長度 J1=179。 104d4*： J1= kg/cm2， J2=179。 104d4*： J2= kg/cm2， Js查表查出 :1m長絲杠轉(zhuǎn)動慣量為 kg/cm2， 則 Js=*2= kg/cm2 G=800 N，得 20G(L /2 ) /g? = kg/cm2 則總的轉(zhuǎn)動慣量 2J= 10+ +( 42/70) [ 50 .94 +3 6+ 25 ]= kg/cm2 (2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 Mq=Mamax+Mf+M0 式中 Mq快速起動時所需力矩 Mamax— 快速空載時折算到電動機軸上的最大加速力矩 Mf折算到電動機軸的摩擦力矩 M0絲杠預(yù)緊時折算到電動機軸上的附加摩擦力矩 當(dāng)工作 臺快速移動時 ,電動機轉(zhuǎn)速 ｎ max=Vmaxθ b /(δ y*360)=2400* Mamax=J*2? *nmax/(60T)=*2? *500*102/60/=Ncm 折算到電動機軸上的摩擦力矩 Mf=FoLo/2? η i 式中 Fo導(dǎo)軌 的摩擦力 Fo=f180。(Fz+G) Fc垂直方向切削力 η 主傳動效率 = Mf=FoLo/2? η i= f180。(Fc+G) Lo/2? η i =*(5360+800)*(2? **)= Ncm 附加摩擦力矩 Mo=FpoLo(1η s2)/2? η i= 式中 Fpo滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷取 1/3Fm=2530/3=843N η s滾珠絲杠 未 預(yù)緊時的傳動效率 取為 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 34 頁 34 Mq=Mamax+Mf+M0=++= b. 快速移動時所需力矩 Mk= Mf+M0=+= c. 最大切削負(fù)載時所需力矩 MQ= Mf+M0+Mt 式中 Mt折算到電動機軸 上的切削負(fù)載力矩 =FxLo/2? η i= Ncm 則 MQ=++= 從上面計算可以看出， Mq ， Mk ， MQ三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大。以此項作為初選步進(jìn)電機的依據(jù)。查表， 查表，當(dāng)步進(jìn)電機為五相十拍時 λ = Mq ／ Mjmax = 0． 951。 最大靜力矩 Mjmax= Mq/λ =按此最大靜轉(zhuǎn)矩，查表， 150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為 1372 Ncm。大于所需最 大靜力矩，可作為初選型號，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。 (3)計算步進(jìn)電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 步進(jìn)電動機的最高工作頻率 Fmax=1000Vmax/60δ =1000* 150BF002型步進(jìn)電機允許的最高空載起動頻率為 2 800 Hz，運行頻率為8 000 Hz。由 150BF002步進(jìn)電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線看出當(dāng)步進(jìn)電機起動時， =2 500 Hz時， M=100 Ncm。遠(yuǎn)不能滿足此機床所需求的空載起動力矩 ()，直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制 (用軟件實現(xiàn) )，將運動頻率降到 1 000H2時，起動力矩可增到 588． 4 Ncm，然后在電路上采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進(jìn)電機輸出力矩擴大 1倍左右。當(dāng)快速運動和切削進(jìn)給時， 150BF002型步進(jìn)電機運行頻率特性完全可以滿足要求。 根據(jù)計算綜合考慮選 150BF002型步進(jìn)電動機 磁阻式步進(jìn)電動機技術(shù)數(shù)據(jù) : 型號 : 150BF002 相數(shù) : 5 步距角 (176。 ): 電 壓 /V: 80/12 相電流 /A: 13 最大靜轉(zhuǎn)矩 /(N178。 m): 空載起動頻率 /(step/s): 2800 空載運行頻率 /(step/s): 80 電感 /mH: 電阻 /Ω : 分配方式 : 五相十拍 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁 35 外形尺寸 /mm: φ 150179。 155 質(zhì)量 /kg: 14 縱向進(jìn)給機構(gòu)改造時拆除原機床的進(jìn)給箱及絲 杠 ,將步進(jìn)電機減速齒輪箱安裝在原機床的尾端 ,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置 , 兩端 仍采用原固定方式 ,這樣可以減小改裝工作量，并由于滾珠絲杠的磨擦系數(shù)小于原絲杠 ,從而使縱向進(jìn)給機構(gòu)整體剛度增大。 為了便于安裝滾珠絲杠副，絲杠軸不是整體的，而是分移式的，用套筒剛性聯(lián)接。 采用一級齒輪減速 。 橫 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 橫向進(jìn)給切削力的確定 設(shè)計參數(shù)： 溜板及刀架重力：橫向 600 N； 刀架快速速度：橫向 1． 2 m/min； 最大進(jìn)給速度：橫向 0． 4 m/min； 主電動機功率： P主 =7， 5 kW； 起動加速時間： 30 ms； 機床定位精度：177。 0． 015 mm。 滾珠絲杠導(dǎo)程取為 6mm 橫 向進(jìn)給切削力的確定 橫向進(jìn)給力為縱向的 1/2～ 1/3，取為 1/2，則 Fz=1/2F縱 =2680N 按切削力各分力比 Fz： Fx ： Fy =1： 0． 25： 0． 4 Fx=2680179。 0． 25=670N Fy=2680179。 O． 40=1072N 橫向進(jìn)給 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 (1)選型 橫向為燕尾導(dǎo)軌，則軸向進(jìn)給切削力 Fm Fm= KFx+f′ (Fz+2Fy+G) =1． 4179。 670+0． 2(2680+2*670+600)=1754N 式中 K—— 考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)， 燕尾 導(dǎo)軌取 K=； 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 36 頁 36 f′ —— 滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，?。?； G—— 溜板及刀架重力， G=600N。 (2)計算最大動負(fù)載 Cm= fwFmL3 , L=60nT/106 n=1000Vs/L。 式中 L—— 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L。 =6mm； Vs—— 最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的 (1／ 2～ 1／3)，此處 Vmax=0． 4m／ min； T—— 使用壽命，數(shù)控機床用滾動絲杠壽命 15000h； fw—— 運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取 1． 2～ L—— 壽命，以 106r為 1單位。 n=1000Vs/L。 =1000179。 0． 4179。 0． 5/6=／ min， L=60nT/106 = L=60**15000/106=30 Cm= fwFmL3 = C= 3 30 *1. 2 *17 54 654 0 N? 根據(jù) Cm值， Cm Ca的原則 查表可采用 CDM32065外循環(huán)雙螺母墊片預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副。字母含意： C：外循環(huán)插管 D：墊片預(yù)緊 M：插管埋入式。 其幾何參數(shù)如下： 公稱直徑 do=32mm 導(dǎo) 程 Lo=6mm 鋼球直徑 Dw= 螺 旋 角 r=3176。 25180。 絲杠外徑 d1= 循環(huán)列圈數(shù) 2**2 額定動載荷 Ca=22780N 剛 度 1240N/um kc (4)傳動效率計算 絲杠副傳動效率η =tgr／ tg(r+θ )=O． 953 式中 y—— 螺旋升角 (CDM32065滾珠絲杠 )， y=3176。 25180。； θ — — 摩擦角， θ =10180。 滾動摩擦系數(shù) 0． 003— 0． 004。 (5)絲杠的剛度驗算 工作時受軸向力和扭轉(zhuǎn)作用，因絲杠 受扭時引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量Δ L=FmLo/ES 式中： Lo 絲杠導(dǎo)程 進(jìn)給牽引力 Fm=1754N 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 37 E彈性模量 * 610 N/cm2 s滾珠絲杠截面積（按底徑直 d1= s=） 則Δ L=FmLo/ES=*106cm 絲杠 1m長度上導(dǎo)程變形總誤差Δ L總 =100Δ L/Lo=三級 精度滾珠絲杠允許誤差為 15um/m 故剛度足夠。 (6)絲杠的穩(wěn)定性計算 滾珠絲杠失穩(wěn)時臨界負(fù)載 Pc= 22()EIul? 式中： u— 絲杠軸端系數(shù)，兩端鉸支取 u=1 l— 絲杠長度，取 1000mm E— 絲杠彈性模量，對鋼材質(zhì)取 E=* 610 N/cm2 I— 絲杠截面慣性矩，對實心圓柱體 I= 464d? cm4 Pcr= = 22()EIul?=65KN 許用安全系數(shù) [nst]=4 穩(wěn)定性安全系數(shù) n= Pcr/Fm=65000/1754=≥ 4 故滾珠絲杠滿足穩(wěn)定性要求不失穩(wěn)。 橫向進(jìn)給 減速齒輪的設(shè)計與校核 1 齒輪的設(shè)計 1傳動比的選定 對于步進(jìn)電機 ,當(dāng)脈沖當(dāng)量 δ p 確定 ,并且滾珠絲杠導(dǎo)程 L0 和電機步距角θ b 選定后 ,則該軸伺服傳動系統(tǒng)的傳動比 i=θ b?L0/(360δ p)=*6/(360*)= 2齒輪的設(shè)計 采用二級齒輪傳動 ,i1=2。i2= 取 Z1=36； Z2=72； Z3=40； Z4=50 大、小齒輪均采用 45 鋼并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 ,選小齒輪硬度 HBS260～ 290,大齒輪硬度 HBS220 ～ 250, 精度選 6 級。 m=2mm,a=20 176。 , 齒寬b=20mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動效率η = 3齒輪幾何尺寸計算 : 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 38 頁 38 d1=z1m=72mm, d2=z2m=144mm, da1=(z1+2)m=76mm, da2=(z2+2)m=148mm, df1=()m=67mm, df2=()m=139mm, a1=(z1+z2)m/2=108mm d3=z3m=80mm, d4=z4m=100mm, da3=(z3+2)m=84mm, da4=(z4+2)m=104mm, df3=()m=75mm, df4=()m=95mm, a3=(z3+z4)m/2=90mm 3齒輪校核 : 一級齒輪副強度校核： 1) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=T*K1 式中 T—— 電動機的輸出功率 K1—— J電動機效率 取 則 T1=9600Nmm 2) 小齒輪的轉(zhuǎn)速 m a x1 6 2 5 / m in360yvnr??? ? ? 3) 小齒輪的圓周速度 11 / 6 0 0 0 0 2 .3 5 5 /V d n m s??? 4) 動載荷系數(shù) AVK K K K K??? ? ? ? 式中 KA—— 使用系數(shù)取 1 Kv——