【導讀】數控機床的優(yōu)點：具有高度柔性，加工精度高，加工質量穩(wěn)定、可靠，生產率高，改善勞動條件，利于生產管理現代化。普通機床的缺點：普通機床靠齒輪和普通絲杠螺母傳動。由于各運動副間存在間。隙，加上手工操作不準確，因此重復精度較低。普通機床測量時需停車后手工測量，測量誤差較大，而且效率低下。適合批量較小，精度要求不高，零活類零件。較數控低，但對工人的操作技能要求較高，因此工資水平高。更換許多工具、夾具，不需要經常調整機床。也就是適合單件、小批生產及新產品的開發(fā)，縮短了生產準備周期，節(jié)省了大。量工藝設備的費用。物競天擇，適者生存。一些不適應社會發(fā)展在機床必將被淘汰，所以實施機床的。即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價值。而這也將極大的推動中國機械行業(yè)的發(fā)展。經過大量實踐證明普通機床數控化改造具有一定經濟性、實用性和穩(wěn)定性。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控化率。擇以及最后改造方案的確定。

　　

【正文】 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） yF —— 預緊力 wd —— 滾珠直徑 Z? —— 滾珠數量其為圈數 K列數 Z 每圈螺紋滾道內的滾珠數 外循環(huán) Z= 0 3wdd? ? d0 —— 滾珠絲杠公稱直徑 2 230 .0 0 1 3 mwyFd F Z??? = 32325 45 .2 3. 30 87 6 0. 01 402. 5 20 13 07 98 853. 17 5 16 84 .8 ( )3. 17 5? ?????? 高 等教育自學考試畢業(yè)（論文）說明書 24 據上所訴，實際變形量為 : 22 2????= ③、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? 支撐滾珠絲杠的軸承為 8102 型推力軸承，幾何參數 d1 =15mm，滾球直徑 mm? 滾動體數量 QZ =12 軸承的軸向接觸變形 3? 為： 2 2333 22 2 5 4 5 . 20 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 2 1 . 1 0 . 0 5 0 64 . 7 6 3 1 2mF mmdZ? ? ? ? ? ??mm 因施加預緊力，故實際變形量 3311 0 . 0 5 0 6 0 . 0 2 5 322??? ? ? ? ?mm 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? = 1? +?2+? 3 =++= 又有前面已知條件可得： ＞ 的定位精度。 此變形量仍不能滿足要求，如果將滾珠絲杠再經過預拉伸，剛度還可以提高四倍，則∴總變形量 ? = 1 38 3 09 54 ??＞ 。 ∴此變形量滿足設計要求 三 、 減速齒輪的設計 根據機床設計的要求，縱向進給脈沖當量為 ，滾珠絲杠導程 L0 =5mm， 及初選的步進電動機的步距角 ，傳動比為 0 .7 5 5 3 02 .0 43 6 0 0 .0 0 5 1 5i ?? ? ?? 因為 I5,故可為一級齒輪傳動。 I= 21ZZ =3015 因進給運動齒輪受力不大。根據《機械設計基礎》選取第一系列中的模樹 m=2壓力角=200 ∴ d1 =M1z =2 15=30mm 22 2 30 60m m md z? ? ? ? 分度圓直徑 1ad =1d +2ah =m(1z +2*ah )=2(15+2? 1) =34 mm 2ad = 2d +2 ah =m(2z +2*ah )=2(30+2? 1)=64 *ah 齒頂高系數，我國標準規(guī)定： m≥ 1㎜時，正常齒制 *ah =1 齒根圓徑 1fd = 1d 2fh =m(1z 2*ah 2*c )=2(15? 22? )=50 2fd = 2d 2fh =m(2z 2*ah 2*c )=2(30? 12? )=50 *c 頂隙系數 我國標準規(guī)定：≥ 1 mm 時，正常齒制 *c = 齒寬 b=d? 1d為了減小加工量，也為了裝配和調整方便，大齒齒寬應小于齒高 等教育自學考試畢業(yè)（論文）說明書 25 輪齒寬，取21dbd??，則12 (5 ~ 10) mmbb?? 取d?=1 所以 2 0. 5 15 15 .5m m m mb ? ? ? 12 ( 5 ~ 1 0 ) 2 3m m m mbb? ? ? 所以減速齒輪參數為： 121 1 23 0 , 1 5 .5 , 2 , , 6 0 , 1 5 , 3 020m m m m m m m m md b d zz? ? ? ? ? ? ? ? 大小齒輪的材料均為 40rG合金鋼，考慮到對傳動要求和制造方便采用直齒傳動從動齒輪齒輪錯齒輪法消除和間隙，熱處理采用調壓處理，小齒輪 硬度 230ssHB HB? ，大齒輪 ： 硬度 250sSHB HB? 四、步進電動機的選擇 計算負載慣量的意義 參考同類型機床，初步選用反應式步進電動機 130BF001，其電動機轉動慣量MJ =10 。 傳動系統折算到步進電動機軸上的等效轉動慣量為： (1)、齒數 Z1 、 Z2 折算到步進電動機軸上的轉動慣量為 ： 34 5 3 4 31 1 111 7 . 8 1 0 / 3 0 . 4 5 1 0 0 2 7 8 /3 2 3 2 ggJ d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 34 5 3 4 32 1 111 7 . 8 1 0 / 6 0 . 4 5 1 0 4 4 6 /3 2 3 2J d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)、絲杠折算到步進電動機軸上的轉動慣量 從表查得 1m 的絲杠的MJ = ∴ JS = = (3)、等效轉動慣量為 ： J=J1 + 220122( ) ( ) ( )2S LZ WJJZG ????????? =+ ( 221 5 6 0 0 0 . 5) 4 4 6 1 2 6 ) ( )3 0 9 . 8 2 3 . 1 4??? ? ? ??????= 負載轉矩計算及最大靜轉矩的選擇 機床在不同的共況下，其所需轉矩不同， (1) 快速空載起動時所需轉矩 是： 將已知數據代入， m a xm a x 0 1 2 0 0 0 . 7 53 6 0 0 . 0 0 5 3 6 0bpvn ?? ? ? ??=500r/min 考慮了電動機轉子的轉動慣量以后，傳動系統折算的電動機軸上的總轉動慣量 J總 =JM +J=10+ = 高 等教育自學考試畢業(yè)（論文）說明書 26 Mamnx 2m a x2 1 0 1 2 460 anJ t? ?? ? ? ? ?總 2m a x2 1 0 1 2 460 anJ N c mt? ?? ? ? ? ?總 折算到電動機軸上的摩擦力矩 /0 0 021() ( 2808 600) 2 2 22 CfF L f F W LMZiZ?? ???? ? ? ?? ? ???= 附加摩擦力矩 /2 2 2000 0 0210. 04 ( 28 08 60 0) 0. 6( 1 ) ( 1 ) ( 1 0. 9 )2 2 3. 14 0. 8 22 mFp oL f F LMZiZ???? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? = 則 M起 =Mamax +Mf +M0 =++= （ 2）快速移動時所需力矩 M快 M快 =Mf +M= + = （ 3）最大切削負載時所需力矩 M切 0ftM M M M? ? ?切 =Mf +M+ 1 4 0 4 0 . 52 5 . 1 0 . 7 . 5 6 . .2 2 0 . 8 2N c m N c m N c mi? ? ? ?? ? ? ??toFL =.cm+ += 從上面計算看出 M起 、 M快 、 M切三種情況下，以最大切削負載時所需轉矩最大，以此項作為初選步進電動機的依據。 查資料得，步進電機為五項十帕時，m ax0. 95 1qjMM? ?? 步進電動機最大靜轉矩 maxjM = 1 0 2 .5 4 1 0 7 .8 2 .0 .9 5 1 0 .9 5 1M N c m??起 其次最大靜力矩， 130BF001 型步進電機最大靜轉距為 .Nm大于所需最大靜力矩，可作為出選型號。但還得考慮電機起動頻率特性和運行矩頻特性。 步進電機的空載起動頻率： m a x1000 1 0 0 0 1 . 2 / m in 4 0 0 06 0 6 0 0 . 0 0 5kpVf m m H z? ?? ? ?? 1000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 1 0 0 06 0 6 0 0 . 0 1Se Vf m m H z? ?? ? ?? 電動機允許的最高空載啟動頻率為 3000Hz ，最高空載運行頻率為 16000Hz 。 由圖 6 步進電動機起動矩頻特性可看出，當步進電動機起動時， f 起 =2500HZ 時，M=100N㎝ .滿足此機床所要求的空載起動力矩，所以必須采取升降速控制（可用軟高 等教育自學考試畢業(yè)（論文）說明書 27 件實現） 。 當快速運動和切削進給時，由 150BF002 步進電機起動矩頻特性圖 18（ b）知該電動機能滿足要求，根據上述計算綜合分析，縱向進給系統采用 150BFOO2 步進電動機能滿足要求。 第五章 改造車床 主軸及控制系統 第一節(jié) 改進主軸電機 一、 主軸系統的改進 在對 CA6140 主軸的改進過程中 ,主軸系統基本保留 .主軸電機采用 1PH7 系列 ,采用蘭州電機廠生產的交流鼠籠式感應電動機型號為 1PH7 系列。 [1]《機電一體化技術手冊》 P5147，配備相應的電氣控制設備?？梢詫崿F主軸的正反轉，主軸點動，主軸電機的熱保護功能， 如圖 7 所示 。正轉或反轉命令通過面板操作寫在程序中，由 PLC輸出端口控制正轉繼電器（ KAZ）或反轉繼電器（ KAF），使接觸器 KM1 和 KM2 動作，完成主軸的正反轉切換，為減小主軸電機的起動電源，使用了 KM KM KM5三個接觸器來完成電機的 Y△切換。為適應螺紋加工要求，主軸上安裝了編碼器，通過端口X472 輸入 611UE 反饋到 PLC 單元。熱繼電器（ FR）的一組常開觸點接入 X111 輸入點，當電機過熱時，熱繼電器（ FR）動作，使 有效， PLC 單元產生報警，并切斷主軸電機的電源。 a) 起動矩頻特性 b)運行矩頻特性 圖 6 150BF002 步進電機起動矩頻特性 高 等教育自學考試畢業(yè)（論文）說明書 28 第二節(jié) 主軸脈沖編碼器的運用 一、主軸脈沖編碼器的概述 脈沖編碼器又稱脈沖發(fā)生器，它是一種直接用數字代碼表示角位移及線位移的檢測器。能把機械轉角轉變成電脈沖 ，是數控機床上使用廣泛的位置控制裝置。 脈沖編碼器控制方式的特點： 控制方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅動力矩小。 由于光電交換器性能的提高，可得到較快的響應速度。 由于照像腐蝕技術的提高，可以制造高分辨率、高精度的光電盤，母盤制作后，復制很方便，且成本底。 抗污染能力差，容易損壞。 二、 螺紋加工過程中編碼器的作用 雖然主軸的轉速由機械控制，但在車螺紋加工中必須知道主軸轉速，根據主軸計算進給速度。必須在主軸上安裝光電編碼器，光電編碼器通常與主軸直接聯結（傳動比 1： 1），為保證切削螺紋的螺 距準確，要求主軸轉一周工作臺移動一個導程，必須有固定的起刀點的退刀點。安裝在軸上的光電編碼器在切削螺紋時就可解決主軸旋轉與坐標軸進給的同步控制。保證主軸每轉一周，刀具準確地移動一個導程。此外，螺紋加工要經過幾次切削才能完成，每次重復切削時，開始進刀的位置必須相同。為了重復切削不亂牙，數控系統在接收到光電編碼器的一轉脈沖才開始螺紋切削的計算。其傳動路線是：主軸 — 齒輪副 — 脈沖編碼器 — 數控裝置 — 步進電動機 — 縱、橫向進給。 三、編碼器的選擇 根據加工精度的要求，選擇了長春第一光學儀器廠 leelf 型編碼器（每轉脈沖數為 1200 個）。 四、安裝步驟 （圖 8所示） 拆下原有掛輪，加工兩只 67 齒和 90齒掛輪 增加一只中間繼電器，由電門鎖開關來控制機床的電源 在電動刀架三相電源進線外加裝快速熔斷器和熱繼電器（ 25A），保證刀架完全工作。 高 等教育自學考試畢業(yè)（論文）說明書 29 第三節(jié) 改進刀架 一、改造刀架的目的 CA6140 普通車床的上帶有手動刀架。根據加工要求和生產情況，對刀架進行改造，提高生產率、降低工人勞動強度、為實現自動化加工提供前提條件。 二、刀架的選擇 經過比較，選用常州宏達機床設備廠生產 的 LD4— C0625 型四工位電動刀架。作為 CA6140 車床的電動刀架。可以完成粗精車，車螺紋和切槽（斷）等加工的換刀工作，結構簡單且實用、如圖所示。刀架的轉速驅動由三相微型異步電動機來驅動完成。 三、刀架的工作原理 在加工過程中，選刀時在程序中輸入被選刀具的的 TXX（刀具號）和 DXX（刀沿號）。 PCU 單元通