【導讀】，也可以進行智能化數(shù)控機床改造。不管哪種形式的數(shù)控改造，最基本的思路是要滿足用戶的基本使用需求。的數(shù)控化改造，主要是經(jīng)濟性數(shù)控化改造。在改造過程中，主要沿用系統(tǒng)供應(yīng)商提供的。解決當前同類機床存在的問題，比如:現(xiàn)在的機床普遍采用正邏輯控制，當限位保護電路，如發(fā)生電路開路或接觸不良時，不會立即報警，容易造成事故。特殊的限位控制裝置，使刀架在特定的位置不能換刀，保證了生產(chǎn)安全。申請了國家發(fā)明專利。但在當前激烈的市場競爭環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導的賣方市場已轉(zhuǎn)向以。企業(yè)競爭力的首位因素也由成本轉(zhuǎn)為交貨期。中對用戶驅(qū)動的市場需求作出靈活、快速響應(yīng)的關(guān)鍵。加工的自動化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化，故被稱為實現(xiàn)了“柔性自動化”。量中的比重逐年上升，我國機床的數(shù)控化率逐年提高。2021年上升為％，2021年前三季度機床數(shù)控化率保持在％的水平。沈陽機床集團機床股份有限公司中捷友誼廠以工期6

　　

【正文】 =601000215000/106 10 =180（ 106 r） C= 3L fm Fm =3180 = 初選滾珠絲桿的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定載荷 Ca 不得小于最大動載荷 Co： Ca＞ Co 假如滾珠絲桿副有可能在靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)（ n小于或等于 10r/min）下工作并受載那么還需要考慮其另一種失效形式 ——滾珠絲桿接觸面上的朔性變形。即考慮滾珠絲桿杠的額定靜載荷 Coa 是否充分地超過了滾珠絲桿的工作載荷 Fm，一般使 Coa/Fm=2~3。查資料選取滾珠絲桿的型號為 CLM3208——P3。 由《機床設(shè)計手冊》零件設(shè)計部分查表得，可采用滾珠絲杠螺母副 1 列 圈，其額定動負載為 22021Kgf,選定精度等級為 4 級。 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)的計算：（見下表）： 表 41 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù) 螺 紋 滾 道 名稱 符號 計算公式和結(jié)果 公稱直徑 Dm 32mm 螺距 Lo 8mm 接觸角 ? 45o 鋼球直徑 dq 4． 763mm 螺紋滾道直徑 R R== 偏心距 e e=(Rd/2)= 螺紋升角 ? 4176。33′ 螺 桿 螺桿外徑 d D=dm(～ )dq=24mm 螺桿內(nèi)徑 di di=dm+2e2R= 螺桿接觸直徑 dz dz=dmdqcos? = 螺 母 螺母螺紋外徑 D D=dm+2R2e= 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） Di di=dm+(～ )dq=40mm c、傳動效率計算 滾珠螺母副的傳動效率 ? 為 ?= tg? /tg（ ? +? ） 式中： ? ——絲桿螺旋升角，可根據(jù)初選型號查出 ?——摩擦角，滾珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù) f=~，其摩擦角約等于 10 。 CA6136 車床數(shù)控改造及控制系統(tǒng)的設(shè)計 24 有： ? = tg? /tg（ ? +? ） = tg4? 33′/tg(4? 33′+10′) = d、剛度驗算 滾珠絲桿副的軸向變形導程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運動平穩(wěn)性。滾珠絲桿副的軸向變形包括絲桿的拉壓變形、絲桿和螺母之間滾道的接觸變形、絲桿的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形。滾珠絲桿的扭轉(zhuǎn)變成較小，對縱向變形影響小，可忽略不計。螺母座只要設(shè)計合理，其變形量也可忽略不計。絲桿軸承的軸向接觸形計算方法可參考機械設(shè)計手冊?？晒L珠絲桿杠支承使用的滾珠軸承種類很多，目前占優(yōu)勢的有：接觸為 60 的推力角接觸球軸承 ，可以背靠背或面對面組配，還可以三聯(lián)組配、四聯(lián)組配等，以提高剛度和承載能力；滾針 ——推力圓柱滾子組合軸承，從雙向軸承支承絲桿，剛度好、多用于重載。因此，只要滾珠絲桿支承的剛度設(shè)計好，軸承的軸向接觸變形在此可以不考慮。下圖所示，為縱向進給滾珠絲桿杠支承方式草圖。絲桿螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的 1/3。 (1)絲桿的拉壓變形量 δ1 為： δ1 =177。FmLo/EA 式中： E——彈性模數(shù)，歲對鋼 E=10 2f 4 MP 即（ 106 N/cm2 ） A——滾珠絲桿截面（ cm2 ）（按絲桿螺紋底徑 d1 1= 確定） A=? /4 = cm2 即： δ1 =177。FmLo/EA =177。133? 10 6? mm 177?！?”號用于拉伸， “”號用于壓宿 (2)滾珠 與螺紋滾道間的變形量 δ2 有預緊時： δ2 =?ZFD YJW DW 為滾珠直徑（ mm）； Z? 為滾珠總數(shù)量、 Z? =Z?圓數(shù) ?列數(shù)； FYJ 為預緊力； δ2 = δ1 +δ2 所以絲桿的剛度符合要求。 （ 3）壓桿穩(wěn)定性驗算 滾珠絲桿通常屬于軸向力的細長桿，若軸向工作負荷過大，使絲桿失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈服，即失穩(wěn)，失穩(wěn)的臨界載荷 Fk=f z? 2 EI / L2 （ N） 式中： E——絲桿材料彈性模量，對鋼 E=104 MPa，即（ 106 N/cm2 ） I——截面慣量距，對絲桿圓截面 I=? d1 4 /64 （ mm4 ）（ d1 為絲桿底直徑） 第四章 機械部分設(shè)計與計算 25 L——絲桿最大工作長度（ mm） fz——絲桿支承方式系數(shù)，在此選擇一端固定，一端簡支 fz= I = ? d1 4 /64 = ? / 64 = （ mm4 ） Fk=fz 2? EI / L2 =2 2? 106 / 3002 =106 N 臨界載荷 Fk與絲桿工作載荷 Fm之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果 nk大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù) [nk] ，則絲桿不會失穩(wěn)，因此，滾珠壓桿的壓桿穩(wěn) 定條件為 nk=Fk /Fm≥[nk] nk =106 / =≥4 注：一般 [nk] 取 ~4，考慮到絲桿杠自重對水平滾珠的絲桿的影響可取 [nk] ≥4 。所以絲桿符合穩(wěn)定條件。 為了滿足脈沖當量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)距，同時也為了使傳動系統(tǒng)的負荷慣量盡可能地減少，傳動鏈中常采用齒輪降速傳動。 已知脈沖當量 ? p，滾珠絲桿杠導程 Lo=8mm，初選步進電機的步距角 ? b 后，可以依據(jù)下式計算出齒輪傳動比 i，即 i =? b Lo/360? p 縱向進給齒輪箱傳動比計算： 已確定縱向進給脈沖當量 ? p =，滾珠絲桿導程 Lo=10mm，初選步進電機步距角 ? b = ，可計算傳動比 i， i = ? b Lo/360? p =8/（ 360） ≈ 計算出 i〈 5，因此可以采用一級傳動。大小齒輪絲桿導程均采用 45 號鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為 260HB~290HB，大齒輪硬度為 220HB~250HB，精度選六級，模數(shù) m=2，齒輪 Z1 =18， Z2 =75，則 a＝（ 1/2） m（ Z1 +Z2 ） =93mm 還應(yīng)該校核齒輪接觸疲勞強度。經(jīng)校核均合格，其校核過程從略。 采用貼塑導軌，以減少導軌的摩擦力。 CA6136 車床數(shù)控改造及控制系統(tǒng)的設(shè)計 26 ： 步進電機選型主要考慮三個問題： （ 1）步距角 ? b 要滿足脈沖當量的要求。 （ 2）滿足最大靜轉(zhuǎn)距的要求。 （ 3）啟動轉(zhuǎn)距與啟動頻率，工作運行轉(zhuǎn)距與運行頻率必須滿足所選電機型號相應(yīng)的啟動距率特性和工作距頻特性。 縱向伺服系統(tǒng)步進電機的計算和選型 根據(jù)脈沖當量和最大靜轉(zhuǎn)距初選電機型號 （ 1）步距角 初選步進電機時應(yīng)合理選擇 ? b 和減速比 i，并滿足 ? bLo / i360≤? p，由于前面確定齒輪傳動比已初選 ? b =，且 Lo=8mm， i=18/72，代入上式得 8/(18/75360）=≤? p=，滿足要求，初選從《機電綜合設(shè)計指導》表 211 步進電機技術(shù)參數(shù)表查到步距角為 ，型號為 55BF003 的步進電機。 （ 2）矩頻特性 步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 M jmax 是指電機的 定位轉(zhuǎn)矩（靜止狀態(tài)），其值可根據(jù)初選的步進電機型號，從《機電綜合設(shè)計指導》表 211 查得 Mjmax =，步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)距 Mmp 與最大靜轉(zhuǎn)距 Mjmax 有《機電綜合設(shè)計指導》表 212 所示的關(guān)系： 即 Mmq =? Mjmax 由《機電綜合設(shè)計指導》表 212，得 ? =，所以 Mmq == 步進電機空載啟動是指電機在沒有外加工作負荷下的啟動，步進電機所需空載啟動力矩可按下式計算： Mkp = Mka + M kf + Mo 式中： Mkp ——空載啟動力矩（ ） Mka ——空載啟動時運動部件由靜止升速到最大快進速度折算到電機軸上加速力矩（ ） M kf ——空載時折算到電機軸上的摩擦力距（ ） Mo ——由于絲桿預緊，折算到電機軸上的附加摩擦力距（ ） 初選電機型號時應(yīng)滿足步進電機所需空載啟動力矩小于步進電機名義啟 動轉(zhuǎn)距，即： Mkp ≤Mmq =? Mjmax 有關(guān) Mkp 的各項計算如下： ① 加速力矩 Mka =J∑? =J∑2? nmax/（ 60t102 ）（ ） 式中： J∑——傳動系統(tǒng)個部件慣量折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 第四章 機械部分設(shè)計與計算 27 ——電機最大加速度（ rad/s2 ） nmax——運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（ r/min） t——運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需時間（ s），假設(shè) t=1s Vmax——運動部件最大快進速度（ mm/min） p——脈沖當量（ mm/脈沖） b——部件電機的步距角 nmax= Vmax? b/? p360（ r/min） =10 （ 360） =（ r/min） Mka =2? nmax/（ 60t102 ） =2? （ 601102 ） =（ rad/s2 ） J? =JD +J1 +[J2 +Js+（ Lo/2? ） 2 M]（ Z1 /Z2 ） 2 （㎏ .c ㎡） 式中： JD ——電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，由初選的電機型號查《機電綜合設(shè) 計指導》表 211得 JD =（㎏ .c ㎡） J1 ——小齒輪轉(zhuǎn)動慣量 J2 ——大齒輪轉(zhuǎn)動慣量 Js——滾珠絲桿轉(zhuǎn)動慣量 M——工作太質(zhì)量（㎏）， M=800/=（㎏） Lo——絲桿導程（ cm） Z1 ——齒輪 1 的齒數(shù) Z2 ——齒輪 2 的齒數(shù) 對材料為鋼的圓柱形零件，其 轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算 J=10 D L（㎏ .c ㎡） 式中： D——圓柱體直徑（ cm） L——圓柱體長度（ cm） J1 =10 4? 1=10 4? （㎏ .c ㎡） J2 =10 4? 1=（㎏ .c ㎡） Js=10 4? 100=（㎏ .c ㎡） 即： J? = JD + J1 +[ J2 +Js+（ Lo/2? ） 2 M]（ Z1 / Z2 ） 2 （㎏ .c ㎡） =+10 4? +[++（ 1/2 ? ） 2 ]（ 18/72） 2 =（㎏ .c ㎡） 加速力矩： Mka = J? ? CA6136 車床數(shù)控改造及控制系統(tǒng)的設(shè)計 28 = =（ ） ② 空載摩擦力距： M kf =GfLo/2? ? i =800818/（ 2 ? 72） =（ ） 式中： G——運動部件的總重力（ N） f ——導軌摩擦系數(shù)， f= i ——齒輪轉(zhuǎn)動降速比 ? ——傳動系數(shù)總效率，一般取 ? =～ ，取 ? = Lo——滾珠絲桿的基本導程（ cm） ③ 附加摩擦力矩： Mo=F YJ Lo（ 1? o2 ） /2? ? i =（ ） 18/（ 32? 72） = 式中： F YJ ——滾珠絲桿預加載荷，即預緊力，一般取 Fm的 1/3， Fm為進給牽引力（ N） ?o ——滾珠絲桿未預緊時的傳動效率，一般取 ? o≥ Lo——滾珠絲桿的基本導程（