【正文】 根據(jù)車床的型號及主軸中心高度，選用常州宏達機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4— C6140 型四工位電動刀架。在對普通車床進行數(shù)控改造時，其刀架可以根據(jù)機床的實際尺寸選擇，也可以選用廠家生產(chǎn)的成品刀架。 m ，所以符合要求 ⑷ 步進電動機的最高工作頻率 maxf （ HZ） 060 V100 0f pm a xm a x ? ??? ?=4000 HZ 130BF001 型步進電動機允許的空載起動頻率為 3000 HZ， 運行頻率為 16000 HZ由 130BF001 型步進電動機起動頻率特性和運行頻率特性曲線可以看出當(dāng)步進電動機起動時， 該型步進電動機不能滿足所需的空載起動力矩 ，直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動的電路。 m= N m= N m ③ 最大切削負(fù)載所需力矩 QT （ N m） ofk TTT ?? =＋ N m= N m= N m 根據(jù)能量守恒原理，則 i2GfPT iof ????= 3???? ??? ?= N m) 有動力學(xué)可知： ?Mamax JT ? ，其中 t60n2??? ， t 為加速時間常數(shù)， t=30ms= omaxP iVn? = 4 ? r/min=180 r/min 4a m a x ? ????? N m) fT —— 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩 ( N 2cm ⑶ 不同工況下的轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下，所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算 ① 快速空載起動力矩qT( N 2cm ，則傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量為 XX 學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 31 ]) ( [)3018( 22 ???????? kg 2cm = 2cm = kg 2cm = kg 2cm ） sJ —— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（ kg m 空載起動頻率 /(脈沖 /s) 空載運行頻率 /(脈沖 /s) 130BF001 5 2 10 3000 16000 型號 繞組電阻 /? ( %5? ) 分配方式 外形尺寸 / mm 重量 kg 外徑 長度 軸徑 130BF001 五相十拍 130 170 14 ⑵ 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算 ]2PgGJ)[JZZ(JJJ 2os2211M ）（ ??????? 式中 MJ —— 步進電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（ kg m 因此可初選 130BF001 型步進電動機，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 N m 查《如何正確選用電動機》表 6— 10,130BF001 型步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩滿足計算要求，又該 型步進電動機分配方式為五拍十相，因此步進電動機的起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系jmaxqTT?? =，則 ?qjmax TT ?= N m 若不考察起動是運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩為 ~ TT mq ? 取安全系數(shù)為 ， mq ?= N mm =24963 N m）及最大靜轉(zhuǎn)矩 jmaxT （ N [kn ]—— 許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般取 [ kn ]=～ 4 2240106022n k ??[ kn ] 固絲杠不失穩(wěn) 齒輪減速器的設(shè)計 ⑴ 確定齒輪傳動比 obpP360i ? ?? 式中 b? —— 步進電動機步距角（ o ），初選 b? = oP —— 絲杠導(dǎo)程（ mm）， o P =6 mm p? —— 縱向進給脈沖當(dāng)量（ mm/脈沖 ）， p ? = mm/脈沖 obpP360i ? ?? ???? 因 i=5，故采用一級傳動。? =++ mm = mm mm，符合要求。 ?? ?? mm = mm。F =102240 N =224 N oaF —— 預(yù)緊力（ N）， oaF =31 m39。 一、 絲杠上的總拉伸或總壓縮變形量 1? XX 學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 25 LPP??? o1? 式中 P? —— 在工作負(fù)載 mF 作用下引起每一導(dǎo)程的變化量（ mm），EAPFP om??? mF —— 最大工作載荷（ N） oP —— 滾珠絲杠的導(dǎo)程（ mm） E —— 材料彈性模數(shù)，對于鋼 E = 410 N/ 2mm A —— 滾珠絲杠的截面積（ 2mm ）， 4d21??A 1d —— 滾珠絲杠的截面半徑 （ mm）， RD 2e2d o1 ??? oD —— 滾珠絲杠的公稱直徑（ mm） e —— 偏心距（ mm） ?s i n2/e w ）（ DR?? ? —— 接觸角（ o ）， ? = 45o R —— 螺紋滾道的半徑（ mm）， R =～ wD ，取 R = wD wD —— 滾珠直徑 （ mm） L —— 滾珠絲杠在支承間的受力長度（ mm）， L =600 mm 則 R = wD = mm = mm ?sin2/e w ）（ DR ?? =（ － ） sin45o mm= RD 2e2d o1 ??? =20＋ 2 － 2 mm = mm 4d21??A = 4 2? 2mm = 2mm EAPFP om??? = 91 422 404 ?? ?? mm= mm 滾之絲杠總長度上拉伸或壓縮變形量 1? 為 LPP??? o1? = 4 ? mm= mm 滾珠絲杠采用雙螺母預(yù)緊 ，預(yù)緊力為最大工作載荷的 1/3 時，其 絲杠 拉伸剛度可提高4 倍，即實際變形量為 411 ?? ?‘= mm = mm XX 學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 26 二 、 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 2? 查《機械傳動裝置設(shè)計手冊》可知，當(dāng) R / wD =，有預(yù)緊時 ?? ???ZFFD K Z m39。公稱直徑為 20mm， 基本導(dǎo)程為 4mm，負(fù)載鋼球圈數(shù)為 5 圈，定位滾珠絲杠副，精度等級為 3 級，螺旋旋向為右旋。查《機械傳動裝置設(shè)計手冊》表 10— 22，并根據(jù) C aC 的原則即所選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。 m，直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動的電路。 m ，所以符合要求 150BF002 型步進電動機允許的空載起動頻率為 8000 HZ，由 150BF002 型步進電動機起動頻率特性和運行頻率特性曲線可以看出 當(dāng)步進電動機起動時， 2500fq ? HZ時， M=100 N m= N m= N m ③ 最大切削負(fù)載所需力矩 QT （ N m） ofk TTT ?? =＋ N m= N m= N m 根據(jù)能量守恒原理，則 i2GfPT iof ????= 3???? ??? ?= N m) 有 動力學(xué)可知： ?Mamax JT ? ，其中 t60n2??? ， t 為加速時間常數(shù)， t=30ms= omaxP iVn? = 6 ? r/min=320 r/min 48T 4a m a x ? ????? N m) fT —— 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩 ( N 2cm ⑶ 不同工況下的轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下，所需轉(zhuǎn) 矩不同，下面分別按各階段計算 ① 快速空載起動力矩qT( N 2cm ，則傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量為 XX 學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 20 ]) ([)4032( 22 ???????? kg 2cm = 2cm = kg 2cm = kg 2cm ） sJ —— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（ kg m 空載起動頻率 /(脈沖 /s) 空載運行 頻率 /(脈沖 /s) 150BF002 5 150BF003 5 型號 繞組電阻 /? ( %5? ) 分配方式 外形尺寸 / mm 重量 kg 外徑 長度 軸徑 150BF002 五相十拍 150 155 18 14 150BF003 五相十拍 150 178 18 ⑵ 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上總的轉(zhuǎn)動慣量可按下式估算 ]2PgGJ)[JZZ(JJJ 2os2211M ）（ ??????? 式中 MJ —— 步進電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（ kg m 因此可初選 150BF002 型步進電動機，其最大靜轉(zhuǎn)矩為 N m 查《如何正確選用電動機》表 6— 10,150BF002 型和 150BF003 型步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩滿足計算要求 ，又該兩型步進電動機分配方式為五拍十相，因此步進電動機的起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系jmaxqTT?? =，則 ?qjmax TT ?= N m 若不考察起動是運動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩為 ~ TT mq? 取安全系數(shù)為 ， mq ?= N mm = N m）及最大靜轉(zhuǎn)矩 jmaxT （ N [kn ]—— 許用穩(wěn)定性安全XX 學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 17 系數(shù)，一般取 [ kn ]=～ 4 5125 58. 613 0530n k ??[ kn ] 固絲杠不失穩(wěn) 齒輪減速器的設(shè)計 ⑴ 確定齒輪傳動比 obpP360i ? ?? 式中 b? —— 步進電動機步距角（ o ），初選 b? = oP —— 絲杠導(dǎo)程（ mm）， o P =6 mm p? —— 縱向進給脈沖當(dāng)量 （ mm/脈沖 ） ， p? = mm/脈沖 則obpP360i ? ?? 0 ???? 因 i=5，故采用一級傳動。3 Zd?? = 322 ? mm= mm 滾珠絲杠副剛度的驗算主要驗算 1? 、 2? 、 3? 之和不應(yīng)大于機床精度要求允許變形量的一半， 因此只要 ‘ 1? ＋ ’2? ＋ 3? ? 機床精度要求，即 ? =‘ 1? ＋ ’2? ＋ 3? =＋＋ mm = mm mm，則符合要求。3 Zd?? 式中 39。又滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的導(dǎo)程變形量 4? 和螺母座及軸承支座的變形量 5? 極小，在其所占比重較小，可忽略不計。公稱直徑為 40mm， 基本導(dǎo)程為 6 mm，負(fù)載鋼球圈數(shù)為 5 圈，定位滾珠絲杠副，精度等級為 3 級，螺旋旋向為右旋。查《機械傳動裝置設(shè)計手冊》表 10— 22，并根據(jù) C aC 的原則即所選取的滾珠絲杠的額定動載荷大于計算的最大工作載荷。而雙圓弧型面 有較高接觸剛度，軸向間隙和徑向間隙理論上 為零，接觸角穩(wěn)定，其交接處有一小空隙可容納一些臟物，對滾珠滾動有利。CA6140 普通車床的進給傳動系統(tǒng) 改造無論是針對縱向還是橫向均是將步進電動機力矩經(jīng)一級齒輪減速器傳遞到滾珠絲杠上，然后又滾珠絲杠帶動工作臺運 動。 在對 CA6140 車床進行數(shù)控化改造中采用在機床滑板導(dǎo)軌上貼聚四氟乙烯軟帶具有以下優(yōu)點： 部件運行平穩(wěn)，無爬行，定位精度高；沒有振動，可提高工件表面質(zhì)量和延長刀具的壽命，減少噪音 ；磨損小，且嵌入性好，與其配合的金屬導(dǎo)軌不會拉傷，提高機床精度保持性和延長機床維修周期 ；摩擦系數(shù)小，與純金屬導(dǎo)軌相比，可減少驅(qū)動功率，節(jié)約能源；有自潤滑性，當(dāng)機械潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障時導(dǎo)軌不會拉傷；當(dāng)負(fù)載和溫度變化時，不需要補償。 迄今大多數(shù)普通車床導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，其材料為鑄鐵。對于數(shù) 控機床，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。目前經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造臥式車床，多采用同軸安裝，橡膠管柔性聯(lián)接，可以達到在實現(xiàn)角位移信號傳遞的同時，又能吸收車床主軸的部分振動，從而使主軸編碼器轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，傳遞信號準(zhǔn)確。但缺點是安裝后不能加工主軸孔的零件。 主軸編碼器的安裝通常采用兩種方式：一是同軸安裝；二是異軸安裝。 主軸編碼器根據(jù)編碼方式的不同，可以分為增量光電式和絕對光電式，目前 國內(nèi)常用的為增量式主軸編碼器。若這個走刀量等于所要加工的螺紋導(dǎo)程，則可以進行螺紋加工。 圖 CA6140 傳動圖 XX 學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計 7 4 主軸編碼器 主軸編碼器常用于數(shù)控車床加工螺紋或絲杠 中。 CA6140 車床為中小型車床， 因本身價格較低，若對其進行數(shù)控化改造采用交直流主軸電動機，會使改造費用過高、改造周期過長而降低機床進行數(shù)控化改造的經(jīng)濟價值。同時為了進一步滿足對主傳動調(diào)速和扭矩輸出的要求，在數(shù)控機床上常采用機電相結(jié)合 的方法，即同時采用電動機調(diào)速和機械齒輪變速這兩種方法。主傳動性能的好壞，直接影響零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過對原車床導(dǎo)軌貼聚四氟乙烯軟帶可以大大減少摩擦阻力，提高了防爬行、耐磨、消振吸聲的能力。 （ 2）主傳動系統(tǒng) 、 刀架 以及導(dǎo)軌的 數(shù)控化改造