【正文】 （1）切削力計(jì)算 由 ［14］ 可知，切削功率為　Ｐ Ｃ ＝ＰηＫ式中 p切削功率(KW)； P－電動(dòng)機(jī)功率：查機(jī)床說明書，p=4kw η－主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率，－，取 η＝； K－進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取 k＝；則 　P C =4=又因?yàn)? P c=FzV/6120 所以 F z=6120PＣ /V如取切削速度 V=100M/MIN，則主切削力得Fz=6120由 [14]可知，主切削力 FZ=CFZ　 apxFzfYFZKFZ查有關(guān)手冊(cè)得 CFz=188Kg/mm2=1880MPa XFz=1 YFz= KFz=1則在不同切削深度及進(jìn)給量時(shí)主切削力計(jì)算結(jié)果如表 2 所示。滾珠絲杠對(duì)臟物敏感，要加防護(hù)罩。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母８與床鞍直接聯(lián)接。若結(jié)構(gòu)中拆除了進(jìn)給變速箱，則滾珠絲杠的左端可以一個(gè)專用軸承支座３，采用軸套式滑動(dòng)軸承４作為徑向支承，在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)分別布置一對(duì)推動(dòng)球軸承２，進(jìn)行軸向支承，并且使支承短軸５與滾珠絲杠７通過軸套６聯(lián)接起來?？v向傳動(dòng)滾珠絲杠改裝，縱向傳動(dòng)滾珠絲杠，應(yīng)采用三點(diǎn)支承的形式。 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改裝一般是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)床鞍運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，要注意的問題同樣是必須避免數(shù)控操作與普通操作相干涉，發(fā)生操作失誤現(xiàn)象。直接把消隙減速箱和功率步進(jìn)電機(jī)分別安裝在縱向滑動(dòng)絲杠的右端和橫向滑動(dòng)絲杠的外端。在電氣控制方面，為了避免數(shù)控操作與普通操作相干涉發(fā)生操作失誤現(xiàn)象，必須由電氣連鎖開關(guān)控制操作轉(zhuǎn)換。從而，使車床的縱向和橫向運(yùn)動(dòng)既能用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，又能由操作者進(jìn)行普通操作。同時(shí)，也把中滑板的端向滑動(dòng)絲杠副改為橫向滾珠絲杠。精度符合要求的臥式車床，進(jìn)行數(shù)控化改造，一般對(duì)車床部件不做大的運(yùn)動(dòng)，只是把床鞍的縱向滑動(dòng)絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。由于舊車床的改造，一般都是將原來的機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，即由主軸箱通過掛輪架帶動(dòng)進(jìn)給變速箱，將運(yùn)動(dòng)傳給光杠或絲杠，再驅(qū)動(dòng)床鞍或中滑板運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)過程，改裝為由功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過消隙減速傳動(dòng)齒輪，直接帶動(dòng)滾珠絲杠，使刀架分別實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)和橫向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行兩個(gè)坐標(biāo)的控制。 主軸箱的密封箱體內(nèi)拆除的零件所留下來的孔徑，用塞子把其塞住，以防灰塵雜質(zhì)進(jìn)入主軸箱內(nèi)產(chǎn)生摩擦熱變形及降低加工精度。故改用 T2 高速機(jī)油代替原來 30機(jī)油，便可使熱量減少，使DB 下降到 47%左右，同時(shí)，增大主軸前軸承側(cè)的供油量至 —2 公升/分，并用油管將油從前中軸承側(cè)面射進(jìn)前中軸承的滾子部分，以減少前中支承的發(fā)熱量。以后，積累誤差則為“零” 。二是誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。根據(jù)以上要求，:一是在工作狀態(tài)下對(duì)各種干擾因素不敏感。(2) 主軸電機(jī)的裝配，調(diào)試，維護(hù)性能要好。 主軸電機(jī)的使用要求與一般用途電機(jī)一樣，主軸電機(jī)滿足驅(qū)動(dòng)的基本要求即:電機(jī)的輸出功率，轉(zhuǎn)速，應(yīng)用場(chǎng)合，主軸經(jīng)常起動(dòng)、加速、切削、制動(dòng)，停止這樣循環(huán)，故機(jī)床主軸電機(jī)對(duì)其控制要求是恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)要求，平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)速范圍寬，并連續(xù)可調(diào)，電機(jī)起動(dòng)，制動(dòng)安全可靠。 主軸電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)是機(jī)床的一個(gè)核心部件，它的選擇直接影響到機(jī)床的工作性能及加工精度，為了滿足要求，選擇合適的 主軸電機(jī)需從以下幾個(gè)方面考慮。另外，在使用中還應(yīng)注意最高轉(zhuǎn)速，使用時(shí)車床主軸不能超過此轉(zhuǎn)速。這是較為適用的授聯(lián)接方式。因?yàn)橥S度的差，會(huì)引起主軸脈沖發(fā)生器的偏扭，造成信號(hào)不準(zhǔn)，甚至損壞內(nèi)部光柵盤。主軸脈沖發(fā)生器從傳動(dòng)聯(lián)接方面分為剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接。同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接方便。其加工螺距為：6，5，3，2，1，共 18 種。其作用是當(dāng)數(shù)控機(jī)床加工螺紋時(shí)，用主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號(hào)的反饋元件，它應(yīng)與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)出主軸角位置變化信號(hào)，輸送給計(jì)算機(jī)。將 IV，VII 的各個(gè)支承軸承拆除。在加工螺紋時(shí)，使主軸轉(zhuǎn)速與縱向滾珠絲桿的轉(zhuǎn)速保持一定的數(shù)量關(guān)系，從而能按數(shù)控加工指令加工出指定的螺紋，主軸上的其它部分均保留不變，不作改造設(shè)計(jì)。從前三軸來看，結(jié)構(gòu)，尺寸，基本相同，故前三軸不作大改動(dòng)，基本結(jié)構(gòu)及軸承保持不變。I 軸上有三個(gè)傳動(dòng)副及摩擦離合器與 CA6140 相同；II 軸上有三個(gè)固定齒輪和一個(gè)二聯(lián)滑移齒輪與CA6140 相同；III 軸上左端采用的是二聯(lián)滑移齒輪，右端采用的是三聯(lián)滑移齒輪與CA6140 的左端是三聯(lián)滑移齒輪，右端是三個(gè)固定齒輪基本相似。表 1 齒輪參數(shù)Table 1 Gear parameters符號(hào) 數(shù)值(mm) ha 3 hf da df Do 239 D1 D2 28 D3 144 r 5 （ 5）齒輪結(jié)構(gòu)圖根據(jù)齒輪結(jié)構(gòu)尺寸要求，當(dāng)齒頂直徑 160≤da≤500mm 時(shí)，做成腹板式。=⑤ 計(jì)算載荷系數(shù) K已知使有系數(shù) KA=1，根據(jù) V=，7 級(jí)精度，由圖 10—8[2]查得動(dòng)載系數(shù)Kv=；由表 10—3[2]查得 KHB=，由圖 10—13[2]查得 KFB=，由表 10—4[2]查 得 KHA＝K FA＝，故載荷系數(shù)為：K=KAKvKHAKHB= ⑥ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式 10—10a[2]得：d 1=⑦ 計(jì)算模數(shù)Mnt= d1cosβ/Z=cos14176。③ 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) mntb=φ dd1t=70=63mmmnt=d1tcosβ/Z=70cos14176。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按式 1021[2]，先確定公式內(nèi)的各計(jì)算值：（1）試選 Kt=.（2）由圖 10—30[2]選取區(qū)域系數(shù) ZH =.（3）由圖 10—26[2]查得 εa 1 =， εa 2=,則 εa=εa 1+εa 2=（4）計(jì)算大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩P3==N3j=125r/min故 T1=9550000故初選 7 級(jí)精度。這里 D=220mm，d=24mm，可采用孔板式帶輪結(jié)構(gòu)，其各部分尺寸由表 810 及公式 [2]分別求得如下：bp=19mm hf=16mm ha=5mme=25mm f=17mm δ=10mmB=(Z1)e+2f=(31)25+217=84mmDw=D+2ha=220+25=230mmd1=()d=()24=44mmD1=D2(hf+δ)=2202(16+10)=168mmD0=(D1+d1)=84+22=102mm D2d0=()(Dd1)=(3022)=26mmL=()d=3648=42mmC=(1/71/4)B=1221=16mmV 帶帶輪結(jié)構(gòu)如圖 4 所示：圖 4 V 帶帶輪結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 V belt pulleys structure 齒輪的設(shè)計(jì) 確定齒輪類型、材料、精度 為了保證加工工件的精度，減少機(jī)床振動(dòng)，在主軸上的齒輪應(yīng)選斜齒輪，以減少軸向力，徑向力等因素的影響，其余的齒輪都選用直齒圓柱齒輪。 皮帶輪的設(shè)計(jì) 參數(shù)確定根據(jù) CA6140 普通車床已有的電機(jī)，下面求出有關(guān) V 帶的基本的基本參數(shù):(1) 表 87[2]查得 KA=，故 PCA=KAP== 千瓦(2) 選擇普通 V 帶型號(hào)根據(jù) PCA=，n ij=1400r/min 由圖 8102]確定帶型為 C 型。(3) 改造容易，可以將Ⅳ軸兩對(duì)齒輪副 80，20 拆除。—Ⅵ主軸圖 3 傳動(dòng)路線圖Fig. 3 Transmission roadmap此傳動(dòng)路表達(dá)式如圖 3:此傳動(dòng)路線可獲得 24 級(jí)高速和 12 級(jí)低速，此傳動(dòng)路線太長(zhǎng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較多，傳動(dòng)效率也隨著降低，而此次設(shè)計(jì)的基本要求為:簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)精度縮短傳動(dòng)鏈，以及參與有關(guān)機(jī)床改造的資料采用 12 級(jí)或16 級(jí)傳動(dòng)方案為佳. 改造方案(1) 12 級(jí) 12=2 2 3， 公比 4:(2) 16 級(jí) 16=2 2 2 2 公比 4：因?yàn)楦脑旆桨赣腥缦聝?yōu)點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。圖 2 轉(zhuǎn)速圖Fig. 2 Speed diagram 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速根據(jù)普通機(jī)床的主計(jì)算公式 8—2[1]，主軸轉(zhuǎn)速為主軸從最低轉(zhuǎn)速算起第一個(gè)1/3 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速。因?yàn)槠渌麄鲃?dòng)組的變速范圍都比它小，根據(jù)公式 82[1]求得 Rmax= Φ Xn(p21)=8結(jié)果在允許范圍之內(nèi)。 結(jié)構(gòu)式的擬定已知設(shè)計(jì)的車床類型為普通型，主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)確定為 12 級(jí)，選定公比Φ=，擬定該車床的結(jié)構(gòu)式有以下幾種：=232631 =262331=212632 =212234=212632 = 222134為了減少主傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)三個(gè)基本原則：傳動(dòng)副數(shù)“前多后少”原則；傳動(dòng)線“前密后疏”的原則；降速“前慢后快”的原則；同時(shí)也考慮安全可靠，需在第一軸上裝一個(gè)安全離合器。圖 c 中， vu和 f分別控制主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速 v 和主軸每轉(zhuǎn)時(shí)刀具的位移量 f，這種設(shè)計(jì)方案被廣泛采用，它已成為典型的臥式車床的傳動(dòng)原理圖。圖 1 是三種設(shè)計(jì)方案的比較。設(shè)計(jì)臥式車床時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速在實(shí)際操作中經(jīng)常改變，需要設(shè)置主動(dòng)變速的換置器官 ；同時(shí)，車削螺紋的導(dǎo)程以及普通車削中的進(jìn)給量也隨加工對(duì)象不同改變，vu所以還需設(shè)置換置器官 ，用以在主軸毎轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具具有不同的位移量。⑺ 提高工人素質(zhì)，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步和科技成果的普及應(yīng)用。僅數(shù)控系統(tǒng)與國(guó)外同類型系統(tǒng)相比，前者只要 1—2 萬元，而國(guó)外系統(tǒng)則要十幾至幾十萬。⑷ 經(jīng)改造后，改造了齒輪的加工工藝，同時(shí)也降低了齒在主軸上嚙合線速度，減少了噪聲源。⑵ 改造后，有 12 級(jí)正轉(zhuǎn)（）和反轉(zhuǎn) 6 級(jí)（至 1350r/min）轉(zhuǎn)速范圍與 CA6140 基本相同，至于最低轉(zhuǎn)速只有 轉(zhuǎn)/分鐘，但進(jìn)給機(jī)構(gòu)及刀架都已自動(dòng)化，所以這種轉(zhuǎn)速能夠滿足使用要求。參照有關(guān)機(jī)床數(shù)控改造資料對(duì) CA6140 改造成主軸為 12 級(jí)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。即使空載線速度也很高，也是一個(gè)重要的噪聲源。⑶ 在傳動(dòng)路線上，滑移齒輪達(dá) 5 對(duì)之多，因滑移齒輪都是采用花鍵聯(lián)接，這就，成本顯然也高。⑵ CA6140 車床主軸能夠獲得 12 級(jí)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。⑵低速傳動(dòng)路線：主軸上的滑移齒輪 Z50 移至右端使主軸上的齒式離合器 M2 齒合軸Ⅲ的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副 20/80 或 50/50 傳給軸Ⅳ，又經(jīng)齒輪副 20/80 或 51/50 傳給軸Ⅴ，再經(jīng)齒輪副 26/58 和齒式離合器 M2 傳至主軸，使主軸獲得 10—500r/min 的低速。反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速只有一種，當(dāng)離合器處于中間位置時(shí)，左右摩擦片都沒有被壓緊，軸 I 的運(yùn)動(dòng)不能傳至軸Ⅱ，主軸停止。當(dāng)壓緊離合器 M1 左部的摩擦片時(shí)，軸 I 的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副 56/38 或者說 51/43 傳動(dòng)軸Ⅱ，使軸獲得Ⅱ兩種轉(zhuǎn)速。4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)CA6140 型車床，其主動(dòng)鏈可使主軸獲得 24 級(jí)正轉(zhuǎn)（101400r/min）和 12 級(jí)反轉(zhuǎn)（141580r/min） 。第一刀架的改造：拆除原刀架和小拖扳，換上數(shù)控刀架。工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)經(jīng) V 帶傳動(dòng)到主軸箱內(nèi)，將拖動(dòng)扭矩傳給滾珠絲杠副，帶動(dòng)大拖板連接沿縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。光桿和絲杠，將步進(jìn)電機(jī)布置在原絲杠左端，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝減速齒輪箱，步進(jìn)電機(jī)采用 V 帶輪減速。拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱。在滿足基本轉(zhuǎn)速范圍和工作