【正文】 由動(dòng)力學(xué)知，Tamax=JFε式中 ε角加速度，計(jì)算公式為ε=πn/30t Tamax=JFε=30*104**(30*) Nm) Tf克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩(Nm =cm2 ②負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜矩選擇 根據(jù)能量守恒原理，電動(dòng)機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TF=FPL0*103/(2πη 0)=*6*103/(2π*)=cm2總慣量 JF=++ kgcm2 = kgcm 2)對(duì)材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式計(jì)算： J=*104D4L式中 D圓柱零件的直徑(cm)。cm 2)J1聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (*(* 10 6*)cm=177。 S=π/4* 2= “+”用于拉伸時(shí)，“”用于壓縮時(shí)。FL/ES式中 E彈性模量，對(duì)鋼 E=*106N/cm2。+1039。/tan(2176。則 η=tan2176。4439。f`導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),f`=～ 取 f`=.則 Fp=［*+*（+800）］N=當(dāng)機(jī)床以線速度 υ=100m/min,進(jìn)給量為 f=,車削直徑為 D=80mm 的外圓時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速 n=υf10 3/(πDL 0)=100**103/(*82*6)r/min=則 L=60nT/10 6=60**15000/106萬(wàn)轉(zhuǎn)= 萬(wàn)轉(zhuǎn)根據(jù)工作負(fù)載 Fp﹑壽命 L,計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)載荷,取 fw=,fh=1 FQ=L1/3fwfhFP=**= 16由 F0查滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本和《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》,杠的產(chǎn)品樣本,選擇滾珠絲杠的直徑為 32mm,型號(hào)為 N40063,其額定動(dòng)載荷是 16672N 其強(qiáng)度足夠用。W移動(dòng)部件的重量(800N)。L壽命(以 106轉(zhuǎn)為單位 1,如 則為 150 萬(wàn)轉(zhuǎn)).壽命 L 可按下式計(jì)算 L=60nT/106 式中 n滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速 r/min。fh硬度系數(shù),HRC 為 60 時(shí), f h為 1。①計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)載荷 FQ首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷 FQ FQ=L1/3fwfhFP 式中 F Q最大動(dòng)載荷(N)；FP工作負(fù)載(N),指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力；fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),一般運(yùn)轉(zhuǎn) fw取 ～。則 P c=4**= 切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或轉(zhuǎn)速）來(lái)計(jì)算，即Pc=Fzυ10 3/60或 P c=Tn/9550式中 F Z—主切削力（N） υ—切削速度（m/min） T—切削轉(zhuǎn)矩（N C6140車床數(shù)控化改造機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：傳動(dòng)元件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選用，運(yùn)動(dòng)部件的慣性計(jì)算，伺服電動(dòng)機(jī)的選擇等。安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃器件，不能隨意敲打碰撞。選擇合適以后，在決定被改造設(shè)備的其它相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)和尺寸。滾珠絲杠副的制造精度要求高，加工工藝比較復(fù)雜，都是由專業(yè)化工廠按系列化進(jìn)行生產(chǎn)。消除齒輪間隙的方法很多，用調(diào)整中心距的方法是最簡(jiǎn)單的一種。傳動(dòng)絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔應(yīng)按十字分布方式進(jìn)行配作。車床傳動(dòng)在其橫向支承機(jī)構(gòu)如圖 3—4 所示：圖 3—4 橫向支承結(jié)構(gòu)圖 采用的是一端裝推力球軸承，另一端裝向心球軸承其示意圖如圖 3—5 所示： 14 圖 3—5 車床橫向支承軸承示意圖 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題利用螺母的間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時(shí)，應(yīng)使調(diào)整后產(chǎn)生的預(yù)緊力為絲杠副最大負(fù)載的 1/3 為宜。在遠(yuǎn)離操作者一端，用一個(gè)聯(lián)接軸和一根聯(lián)接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸聯(lián)接起來(lái)。①縱向滾珠絲杠略②橫向滾珠絲杠橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)支承形式，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般都安裝在床鞍的后部，近操作者一端，布置一根短軸，通過(guò)一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲杠聯(lián)接起來(lái)。防護(hù)罩的形式有錐形套管，伸縮套管和折疊式的塑料或人造革防護(hù)罩等。絲杠預(yù)緊后，軸向間隙減小，當(dāng)硬質(zhì)灰或切削等污物落入螺紋軌道內(nèi)，就會(huì)妨礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)，并加快磨損，因此必須有防護(hù)裝置。（4）滾珠絲杠副的潤(rùn)滑與防護(hù)使用潤(rùn)滑劑可以提高滾珠絲杠的耐磨性和傳動(dòng)效率。常用的制動(dòng)方法有超越離合器、電磁離合器或者使用具有制動(dòng)裝置的伺服電動(dòng)機(jī)。4） 兩端裝止推軸承和裝向心軸承這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意提高止推軸承的承載能力和支架剛度。 132） 一端裝上推力軸承，一端裝上向心軸承 滾動(dòng)絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝上推力軸承，另一端裝上向心軸承 ，為了減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝應(yīng)遠(yuǎn)離熱源及絲杠的常用端。為了提高螺母支撐的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承及其支承方式是十分重要的。滾珠絲杠副的支撐和制動(dòng)方式為提高傳動(dòng)剛度，不僅應(yīng)合理確定滾珠絲杠螺母副的參數(shù)，而且螺母座的結(jié)構(gòu)、絲杠兩端的支撐形式以及它們與機(jī)床的連接剛度也有很大影響。內(nèi)循環(huán)如圖 3—2 所示： 121234圖 3—2 滾珠的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)圖1－絲杠 2－反向器 3－螺母 4－滾珠外循環(huán)如圖 3—3 所示： 5678圖 3—3 滾珠的外循環(huán)結(jié)構(gòu)圖1－絲杠 2－螺母 3－螺母座 4－圓螺母 5－圓螺母 6－墊圈 7－方鍵 8－滾珠（3）滾珠絲杠副的選用目前我國(guó)滾珠絲杠螺母副的精度標(biāo)準(zhǔn)為四級(jí)：普通級(jí) A 、標(biāo)準(zhǔn)級(jí) B、精密度級(jí) J 和超精度級(jí) C。這種調(diào)整方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)整預(yù)緊量不能控制。調(diào)整時(shí)，只要擰緊圓螺母使落幕向一邊滑動(dòng)，就可以改變兩螺母的間距，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。（1）滾珠絲杠副的軸向間隙調(diào)整常用的雙螺母絲杠消除間隙方法有：墊片調(diào)隙式，螺紋調(diào)隙式，齒差調(diào)隙式。滾珠絲杠常用推力軸承支撐，以提高剛度（當(dāng)滾珠絲杠的軸向負(fù)載很小時(shí)，也可以用角接觸軸承支撐） 。（7）有可逆性，可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即螺母和絲杠都可以作為主運(yùn)動(dòng)件。（5）給與適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)，定位精度高，剛性好?；?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。（3）摩擦阻力小，動(dòng)摩擦力之差極小，能保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，易產(chǎn)生低速現(xiàn)象，磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持性好。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在軌道內(nèi)既有自轉(zhuǎn)又沿軌道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使螺母(或絲杠)軸向移動(dòng)。 滾珠絲杠副的原理、特點(diǎn)及有關(guān)應(yīng)用中的問題 在絲杠和螺母上都有半圓弧行的螺行槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。 （3）減小運(yùn)動(dòng)慣量，傳動(dòng)元件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的起動(dòng)和制動(dòng)特性都有影向，尤其是處于運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的摩擦阻力，主要來(lái)自絲杠螺母副的導(dǎo)軌．在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，為了減少摩擦阻力，普遍采用滾珠絲杠螺母副。特別要求機(jī)械機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)間隙小，摩擦阻力小。其工作原理圖如圖 3—1 所示： 234圖 3—1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)工作原理圖1－絲杠 2－反向器 3－滾珠 4－螺母 滾珠絲杠螺母副是在絲杠和螺母之間放入適當(dāng)數(shù)量的滾珠，靠滾珠的滾動(dòng)將絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。但是，螺母要適當(dāng)預(yù)緊，同時(shí)配合數(shù)控系統(tǒng)軟件間隙補(bǔ)償消除絲杠與螺母之間的間隙。因此滑動(dòng)絲杠螺母副的摩擦大、轉(zhuǎn)動(dòng)效率低。 絲杠螺母副 滾珠絲杠副傳動(dòng)部件滾珠絲杠副是在具有螺旋槽的絲杠和螺旋母之間裝有滾珠，是 螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。假設(shè)在切削進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)矩為 Me,其最大切削速度為 Vmax；在快速進(jìn)給時(shí)間的轉(zhuǎn)矩為Mk，其最大快速進(jìn)給速度為 Vmax1,將 Vmax, Vmax1 分別帶入下式中的 V，可以分別求到切削進(jìn)給時(shí)的最大工作頻率 fe 和快速進(jìn)給時(shí)的最大工作頻率 fk。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給分為快速進(jìn)給和切削進(jìn)給，快速進(jìn)給速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切削進(jìn)給的速度。伺服電動(dòng)機(jī)有兩條重要的特性曲線，一條是反映啟動(dòng)頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩關(guān)系的啟動(dòng)頻矩特性曲線；一條是反映轉(zhuǎn)距與連續(xù)運(yùn)行頻率之間關(guān)系的工作矩頻特性曲線。為了兼顧精度與速度的要求，在滿足精度的條件下，選擇盡可能大的脈沖當(dāng)量。首先要保證機(jī)床的定位精度，而脈沖當(dāng)量直接影響到機(jī)床的定位精度。但是，增大轉(zhuǎn)矩和快速運(yùn)行存在一定的矛盾，高性能與低成本相矛盾。因此，在數(shù)控的進(jìn)給系統(tǒng)中廣泛采用。/zmk 伺服電動(dòng)機(jī)的選用伺服電動(dòng)機(jī)是一種用脈沖信號(hào)控制的電動(dòng)機(jī)，在動(dòng)載能力及動(dòng)態(tài)特性范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)的角位移與控制脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成反比。所以，伺服電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的工作原理。（5）穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)穩(wěn)定性是進(jìn)給伺服系統(tǒng)能夠正常工作最基本的條件，在低速進(jìn)給情況下不產(chǎn)生爬行，并能夠適應(yīng)外加系統(tǒng)的變化而不發(fā)生共振，采取適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑方式和防護(hù)措施延長(zhǎng)其壽命。因此，在滿足傳動(dòng)強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小零件的慣性。 9（2）減小運(yùn)動(dòng)件的摩擦力尤其是減小絲杠傳動(dòng)和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦，以消除爬行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了確保進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度，快速響應(yīng)特性和穩(wěn)定性要求，所以，機(jī)械傳動(dòng)裝置必須具有高剛度、無(wú)傳動(dòng)間隙、低摩擦、高靈敏度、長(zhǎng)壽命等要求。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮和選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，拍數(shù)，步距角，最大靜轉(zhuǎn)距及外形和配合尺寸，齒輪的模數(shù)，齒數(shù)，主要尺寸及和軸的配合，滾珠絲杠副的承載能力，支撐，潤(rùn)滑，配合要求，間隙的調(diào)整和有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)和零件的安裝，連接和密封。該機(jī)床適用于加工形狀復(fù)雜，中小批量的零件。并具有螺紋和錐螺紋等自動(dòng)循環(huán)機(jī)能。能進(jìn)行內(nèi)外圓柱面，圓錐面，圓弧面，圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。在其縱橫向均采用步進(jìn)電機(jī) 7減速齒輪 滾珠絲杠螺母副 溜板的傳動(dòng)方式，刀架更換為四刀位回轉(zhuǎn)刀架。分為三塊：手動(dòng)操作、加工、編輯。8279 為鍵盤顯示器接口。硬件方面控制系統(tǒng)的硬件配置是，基本系統(tǒng)包括單片機(jī) AT89C5鎖存器、EPROM 和RAM 存儲(chǔ)器。縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)減速齒輪采用雙片齒輪，靠錯(cuò)位消除嚙合間隙。和縱向進(jìn)給一樣步進(jìn)電機(jī)與縱向滾珠絲杠間任何需一級(jí)齒輪減速，絲杠螺母與橫向施板任用一螺母座連接。 總體方案的確定C6140 車床改造總體設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定、數(shù)控系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，應(yīng)仔細(xì)考慮各種高性能、自動(dòng)化等要求，也要考慮被改造機(jī)床的具備條件，是技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的合理性交好的統(tǒng)一。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床改造機(jī)械方面的關(guān)鍵。該機(jī)床適用于加工形狀復(fù)雜，中小批量的零件。并具有螺紋和錐螺紋等自動(dòng)循環(huán)機(jī)能。其橫向脈沖當(dāng)量為 ，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)。我們對(duì) C6140 進(jìn)行了數(shù)控改造，效果良好。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，其可以很好的解決現(xiàn)代制造業(yè)中的復(fù)雜、精密、小批、多變零件的加工問題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。各大企業(yè)不斷購(gòu)進(jìn)數(shù)控機(jī)床擴(kuò)大再生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中再不是鳳毛麟角，而是不斷提高普及率。機(jī)床的數(shù)控化率在不斷的提高到 1998 年，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控率達(dá)到 70%。生產(chǎn)的需要促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床 5迅速地發(fā)展起來(lái)。（5）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。（3）降低對(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求。因此數(shù)控改造具有以下幾點(diǎn)：（1）易于對(duì)現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余的功能。（5）數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。（3）降低對(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求。 數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn)