【正文】 下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號與指令刀位信號相比較，當兩信號相同時，說明上刀體已旋轉到所選刀位。刀架上端的發(fā)信盤中對應每個刀位都安裝一個霍爾元件，當上刀體旋轉到某一刀位時，該刀架上的霍爾元件輸出高電平。然后發(fā)信號使電機反轉鎖緊，完成刀架定位后，在進行切削加工。本設計選用的LD4CK6140型立式自轉位刀架。根據(jù)所加工零件的工藝要求及車床控制方式確定自轉位刀架的刀位數(shù)和刀架類型，本設計采用了該廠生產(chǎn)的LD4CK6140型立式自轉位刀架。 型號H1H2H3AEE1DD1B19081401922020152152192LD4CK6140FCL1L2L3L412168133752421622390 LD4CK6140結構尺寸 自轉位刀架 刀架的選擇在進行數(shù)控改造時，多采用外購自轉位刀架。刀架用來夾持切削用的刀具，刀架的結構和性能在一定程度上體現(xiàn)了機床的設計和制造技術水平，所以對刀架有如下要求： （1）工作平穩(wěn)安全，轉位準確可靠； （2）重復定位精度高； （3）按最短線路就近選擇，轉位時間短； （4）防水、防屑，密封性能好； （5）夾緊剛性高，適于重負荷切削。自轉位刀架有數(shù)控系統(tǒng)控制，其重復定位精度高、工作剛性好、使用壽命長、性能可靠以及工藝性好。有必要采用升降控制（軟件實現(xiàn)）將起動頻率降到1000HZ時，起動力矩可增高，然后在電路上再高低壓驅動電路還可將步進電動機輸出力矩擴大一倍左右。大于所需最大靜轉矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。cm800N 從下表可以查出，當步進電機為五項十拍時。cm 3）最大切削負載時素需力矩 =+ = Ncm 上述三項合計為： =++ = Ncm 折算到電機軸上的摩擦力矩 = = N 電機力矩計算 機床在不同的工作情況下，其所需轉矩不同，下面分別按各工況計算： 1）快速空載起動力矩。cm2 代入上式： =++（+（+）） = kgcm2）。cm2)； 、——齒輪、的轉動慣量（kg傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉動慣量（kg==式中： ——脈沖當量（mm/步）； ——進給牽引力（N）； ——步距角為； ——電機到絲杠的傳動效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積，分別 ； 2）估算步進電機起動轉矩 根據(jù)負載轉矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機啟動頻率， ==～，～。：有必要采用升降控制（軟件實現(xiàn)）將起動頻率降到1000HZ時，起動力矩可增高，然后在電路上再高低壓驅動電路還可將步進電動機輸出力矩擴大一倍左右。cm大于所需最大靜轉矩，可作為初選型號，但還必須進一步考核電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。從下表41可以查出，當步進電機為五項十拍時，則最大靜力矩 N =++ Ncm因此是運動部件已啟動，故不包含。cm 2）快速進給時所需力矩。 = N = = N 將數(shù)據(jù)代入式中，則： 其中：刀架快移速度（m/min）： 縱向：2 橫向：1 最小分辨率（mm）： 縱向： 橫向： 起動加速時間=30 ①加速力矩 = = Ncm）； ——絲杠預緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩（Ncm）； ——空載啟動時折算到電機軸上的加速力矩（N 1）快速空載起動力矩。cm2 代入上式： =++（+） = 考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題： =基本滿足慣量匹配的要求。cm2 kgcm2）； G——溜板及刀架重量（N）；縱向：1000N 橫向：500N 參考同類型機床，初選反應式步進電機110BYG260BSAKRMT0602(GB/T206382006)，其轉子轉慣量= kgcm2)； 、——齒輪zz2的轉動慣量（kgcm2）。 等效轉動慣量計算 。 ==式中： ——步進電機負載轉矩（N/mm）； ——脈沖當量（mm/步）； ——縱向進給牽引力（N）； ——步距角為； ——電機到絲杠的傳動效率，為齒輪、軸承、絲杠效率之積，分別為 ； 2）估算步進電機起動轉矩 根據(jù)負載轉矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機啟動頻率?？v、橫向進給機構均采用雙片齒輪錯齒法消除齒輪副間隙，采用雙齒輪錯齒式消隙機構相同齒數(shù)的兩薄片同時與另一寬齒輪嚙合，兩薄片齒輪間依靠彈簧力使其張開一定角度，使兩薄片齒輪的左右齒面分別接觸寬齒輪的左右齒面以消除側隙。這種傳動間隙如果不加以補償，可能使零件加工積累誤差越來越大，造成死區(qū)和回程誤差。有關參數(shù)參照下表32。可計算出傳動比: 考慮到結構上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級齒輪降速： 即=24，=40，=20，=25。 由傳動比可知，一級減速即可實現(xiàn)減速比，所以選擇一對齒輪傳動，可選定齒輪齒數(shù)為： 或即=32，=40，或=20，=25，或=28，=35； 橫向進給齒輪箱傳動比的計算 已確定橫向進給脈沖當量δp180。 縱向進給齒輪箱傳動比計算 已確定縱向進給脈沖當量為δp=，滾珠絲杠導程=6mm，初選步進電176。 滾珠絲杠幾何參數(shù)名稱符號螺紋滾道公稱直徑2520螺距65接觸角鋼球直徑（mm）滾道法面半徑偏心距螺紋升角螺桿螺桿外徑螺桿內(nèi)徑螺桿接觸直徑螺母螺母螺紋直徑螺母內(nèi)徑 齒輪傳動比計算 由于步進電機的工作特點是一個脈沖走一步，而且每走一步都有一個加過程，因而對負載慣量很敏感。 對于本設計： = = ==63320N （一般 [nk ] =～4），故此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了預拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。GL 橫向進給系統(tǒng)計算簡圖 1）絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1 查閱《數(shù)控設計》指導書圖，根據(jù)=, D0=20mm，可算出：==mm2　　　 　=500==式中： ——是在工作載′作用下引起每一導程的變化量（mm）； ——工作負載，即進給牽引力(N)； ——滾珠絲杠的導程（mm）； ——材料彈性摸量，對鋼（N/cm4）； ——滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑確定）（mm2）。= 5）剛度驗算如下圖32所示，橫向進給滾珠絲杠支承方式草圖，支承間距=500mm 。 3）選擇滾珠絲杠螺母副 查閱《機電一體化設計手冊》指導書，可采用W1L2005(GB/)外循環(huán)螺紋預緊滾珠絲杠副，額定動載荷為8800N，可滿足要求選定精度等級為3級。 ——絲杠支承方式系數(shù)，從表413中（）查出，一端固定，一端簡 支時=. 本設計中： = = ==16849N （一般 [nk ] =～4），故此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 6）穩(wěn)定性效驗滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了預拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1查閱《數(shù)控設計》指導書圖46，根據(jù)N，mm；可算出： == mm2　　　 　 =1500== mm式中：——在工作載荷作用下引起每一導程的變化量（mm）；——工作負載，即進給牽引力（N）；——滾珠絲杠的導程（mm）；——材料彈性摸量（N/mm2），對鋼 N/mm2；——滾珠絲杠橫截面積（按內(nèi)徑確定）（mm2）。 縱向進給系統(tǒng)計算簡圖如上圖，縱向進給絲杠支承方式草圖，支承間距mm?！?； 代入式中，得： 5）剛度驗算。查閱《機電一體化設計手冊》指導書，可采用W1L2506(GB/T18571998)外循環(huán)螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲杠副，其額定動負載為13100N,精度等級按手冊中選為3級。 式中：——滾珠絲杠導程，初選mm；　——最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的1/2~1/3，此處m/min； ——使用壽命，按15000 小時計算； ——運轉系數(shù)，按一般運轉取=～； 取=； ——壽命、以轉為1單位。縱向進給為綜合性導軌，有 =1010+（2021+1000） =式中：——考慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合型導軌??； ——滑動導軌摩擦系數(shù)：=～，??； ——溜板及刀架重量，N。滾珠絲杠副的預緊方式有單螺母導程預緊、過盈滾珠預緊、雙螺母墊片式預緊、雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊等。結構類型確定之后，在計算和確定其他技術參數(shù)，比如公稱直徑、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、導程、精度等級等。 橫切端面 主切削力可取縱切的，即： 此時走刀抗力，吃刀力抗力為，仍按比例粗略計算：==；==505N。 縱車外圓 主切削力 按電機功率計算： N 按切削力各分力比例:； ； 取 ==1010N ； ==1213N ；式中：——切削功率（）； ——機床主傳動功率（）； ——主傳動系統(tǒng)總的機械效率，可取下列數(shù)值：精密機床 =～， 中型機床=～，大型機床=～。根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量，縱向：，橫向：?，F(xiàn)分述如下。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，因此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉，發(fā)出兩路信號，轉發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機。數(shù)控裝置的核心有MCS51系列單片機組成，由I/O接口、軟件環(huán)形分配器與放大器控制功率步進電機轉動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉動，進而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。CA6140車床的主軸轉速部分功能結構保持不變，即手動變速。綜上所述，本設計采用第一種設計方案，即自行設計數(shù)控裝置。作為畢業(yè)設計即使采用上述兩種設計方案，也要對其結構、電路原理、控制方式等有所了解。一般情況下，如果現(xiàn)有的數(shù)控裝置能夠滿足數(shù)控機床所需的數(shù)控功能和要求，通常采用第三種方案，因為自行制作費時，而且不經(jīng)濟，同時質量上也很難保證。數(shù)控裝置的設計也有多種方案供選擇：（1）整個數(shù)控裝置全部自行設計、制作； （2）采用STD模塊、單片機或工業(yè)控制機改制；（3）直接購買現(xiàn)有的數(shù)控裝置并作少量的改動以適應機床需要。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎，其性能的好與差直接影響整個數(shù)控系統(tǒng)的工作性能，而軟件是在硬件的基礎上運行的。本設計采用前者，并保留橫向原手動機構，橫向步進電機和減速箱安裝在機床后側。采用滾珠絲杠，對系統(tǒng)的精度和縱向進給整體高度有較大的提高② 橫向進給機構的改造：原機床橫向進給的絲杠空間有限，一種方法是將原橫向絲杠拆除，換上滾珠絲杠，但從現(xiàn)有