【正文】 沖，橫向脈沖當(dāng)量為 脈沖，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動系統(tǒng)采 用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。根據(jù) C616 車床有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為采用微機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，由I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)過一級齒輪降速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械制造耍求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高 。由于計算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，一導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動化控制的新一代機(jī)床 —— 數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。隨著計算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅 速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機(jī)床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。隨著社會對產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。同時，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、一可靠性及完善性的功能發(fā)展。如我國已經(jīng)制造出加工 直徑 25m 的超重型數(shù)控立式銑車 床，鏜桿直徑 320mm 的落地式銑鏜床，加工寬度為10m 以上的數(shù)控龍門鏜銑床，回轉(zhuǎn)直徑在 5000mm 以上的數(shù)控重型臥式車床等一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)，而且技術(shù)水平已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平的重型機(jī)床系列品。重型機(jī)床發(fā)展之快速是我國電力、船舶、石化和礦山等重型設(shè)備制造大量需求直接拉動的反映。 盡管我國機(jī)床行業(yè)在最近幾年來有了長足進(jìn)步，取得可喜的發(fā)展。國內(nèi)產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上的差別并不大，采用的新技術(shù)也相差無幾，但在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用和制造工藝水平上與世界先進(jìn)國家還有一定差距。 國內(nèi)廠家盡管技術(shù)略遜于國外先進(jìn)水平，但在制造能力和價格上有很大的優(yōu)勢，尤其是超重型機(jī)床已達(dá)到當(dāng)代國際先進(jìn)水平。 作為機(jī)械裝備母機(jī)，機(jī)床制造業(yè)發(fā)展來源于其下游產(chǎn)業(yè)推動，機(jī)床行業(yè)下游產(chǎn)業(yè)主要有造船、工程機(jī)械、航空航天、汽車、鐵路、電力設(shè)備、風(fēng)電設(shè)備、動力設(shè)備、制冷設(shè)備和石化設(shè)備等。由于航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件具有耐高溫、高強(qiáng)度、難加工、合金材料與復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高等特點(diǎn)，要求機(jī)床加工設(shè)備向大型（重型、超重型）、高速、精密、復(fù)合、智能化趨勢發(fā)展。為此，航空航天業(yè)對機(jī)床要求高，加之歐美、日本等國外強(qiáng)勢機(jī)床企業(yè)進(jìn)駐與當(dāng)前國際金融危機(jī)影響下不明朗的環(huán)境，應(yīng)進(jìn)一步加速推動國內(nèi)機(jī)床調(diào)頭向高端發(fā) 展。我國造船工業(yè)發(fā)展形勢依然嚴(yán)峻，市場競爭愈加激烈。 汽車制造水平質(zhì)量取決于裝備水平，同時，汽車工業(yè)國際競爭力又取決于裝備先進(jìn)性制造成本。因此，需要機(jī)床具有復(fù)合性能，以提高工序集中為目標(biāo)，盡量減少裝夾次數(shù)，提高生產(chǎn)率和工作精度，并具有智能化，即計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用軟件在產(chǎn)品中的技術(shù)含量越來越高，如采用軟件補(bǔ)償技術(shù)提高精度，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡化，遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障排除及維護(hù)成為可能。國內(nèi)制造能力已進(jìn)入世界前列，而國外機(jī)床廠家的制造能力正在削弱。 C616 數(shù)控步進(jìn)改造設(shè)計的目的及意義 首先，對 C616 數(shù)控步進(jìn)改造設(shè)計后能使其實(shí)現(xiàn)數(shù)控控制；讓 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工 ；提升機(jī)床的 加工精度 、 柔性 、 生產(chǎn)率 和操控， 實(shí)現(xiàn)計算機(jī)控制，排除人為誤差， 使 零件的加工 一 致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠 ；提升 機(jī)床自動化程度， 降低 操作人員勞動強(qiáng)度 。 C616 普通車床進(jìn)行數(shù)控步進(jìn)改造后， 機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床比擬一般可節(jié)省 60%左右的費(fèi)用，大型及特殊裝備尤為明顯 ,一般機(jī)床改造只需 花新機(jī)床購置費(fèi)的 1/3。 并且該機(jī)床能加工原先機(jī)床不能加工的復(fù)雜零件，同時還能能減輕勞動強(qiáng)度 ,改善勞動條件 ,節(jié)省人力 ,能降低勞動成本 。使之車床生產(chǎn)效率高 ,是普通車床的 3～ 5 倍 ?？s短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期 ,易于組織多品種生產(chǎn) ,使企業(yè)能對場需求作出快速響應(yīng)。 確定改造目標(biāo)、 C616 車床的參數(shù)； 編寫開題報告； 確定改造總體方案； 確定機(jī)械改造方案（包括絲桿、導(dǎo)軌、傳動裝置的選型確定） ①確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量； ②運(yùn)動部件慣性計算； ③計算伺服電機(jī)參數(shù)； ④傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計、計算、校核； ⑤其它相關(guān)零件的選型及計算。系統(tǒng)分辨率 X： ， Y： 。 設(shè)計參數(shù)如下：快速進(jìn)給速度縱向 X： 2m/分；快速進(jìn)給速度橫向 Y： 2m/分；切削進(jìn)給速度： ；時間常數(shù)： t≤ 200ms ； 最大鉆孔直徑 d=5mm；銑刀直徑φ 15mm，齒數(shù) Z=3； 銑削最大余量α e=2mm；銑削最大深度α p=2mm；工作臺加工范圍 X=320mm， Y=260mm。 總體方案確定 系統(tǒng)的運(yùn)動方式與伺服系統(tǒng) 由于機(jī)床既能鉆削又能銑削加工，故應(yīng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動 XY工作臺。 計算機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計采用 MCS51 系列中的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對加止推軸承支承方式。 利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用一級齒輪減速。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載小時，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。 在橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造中，拆除原中拖板 絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率 的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動。 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 橫向進(jìn)給系統(tǒng) 工 作臺重量 NG 4001 ? 滾珠絲杠的導(dǎo)程 mmT 51 ? 行程 mmS 1901 ? 脈沖當(dāng)量 ?? 快速進(jìn)給速度 min/ mVx ? 切削進(jìn)給速度 min/ mvx ? 時間常數(shù) mst 200? 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 工作臺重量 NG 10002 ? 滾珠絲杠的導(dǎo)程 mmT 102 ? 行程 mmS 6402 ? 脈沖當(dāng)量 ?? 快速進(jìn)給速度 min/3mVz ? 切削進(jìn)給速度 min/ mvz ? 時間常數(shù) mst 200? 傳動計算 iT360??? 式中 —脈沖當(dāng)量；—? —步距角；—? —齒輪傳動比；—i —絲杠螺距。 211 ??橫橫ZZi ； 212 ??縱縱ZZi 經(jīng)翻閱《機(jī)械設(shè)計》和計算得 45,27 21 ?? 橫橫 ZZ ； 50,24 21 ?? 縱縱 ZZ ?！?、 FxFyFz KKK 若加工工件材料為灰鑄鐵則： 查表得 主切削力zF 中 。92 ????? FzFzFzFzFz KnyxC 。0。 進(jìn)給抗力xF 中 。46 ????? FxFxFxFxFx KnyxC 。由于傳統(tǒng)的導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)大，動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，摩擦損失大，低速時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象而降低運(yùn)動部件的定位精度，因而本設(shè)計采用在原來的導(dǎo)軌上進(jìn)行貼塑（貼聚四氟乙烯塑料導(dǎo)軌軟帶）處理，使之具有摩擦特性好、耐磨性好、減震性好等優(yōu)點(diǎn)，其摩擦系數(shù) ~39。 機(jī)床絲杠進(jìn)給牽引力 ① 由于機(jī)床橫向采用的是燕尾形導(dǎo)軌 ，則 )2(39。 39。1 ???????????? ② 由于機(jī)床縱向采用的是綜合性導(dǎo)軌，則 )(39。 39?！狦 NGFfKFF ZXm 8 6 1)1 0 0 04 3 9( 6 )( 239。 經(jīng)查詢機(jī)械設(shè)計手冊得 當(dāng)其一般運(yùn)轉(zhuǎn)時，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)~?wf ，本設(shè)計取?wf ；精度等級為 3 級時，精度系數(shù) 。 精度等級 型式 指定單位 mm Y 螺旋方向 循環(huán)數(shù) 基本額定負(fù)載 Type 絲杠軸外徑 螺距 XL 6870??ZXLL 右 1列 動C（ KN） 靜OC（ KN） 3 BSX 12 5 300 1列 4 15 10 750 F P A B T d d1 h 滾珠直徑（ cm） 滾珠絲杠預(yù)緊力 （ cmN? ） 15 8 44 34 10 8 ~5 NGfFP zZ 4 5 31 0 0 1 3 94 1 2 ??????? 當(dāng)NPffLQ XHwX 3 2 0 24 4 6 233 ??????NPffLQ ZHwZ 3 0 2 64 5 2 933 ??????重慶大學(xué)?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 機(jī)械部分設(shè)計 橫向 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)的計算 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 0d 12 螺距 t 5 接觸角 ? ?30 鋼球直徑 ?d 螺紋滾道法面半徑 R ?? ?dR 偏心距 e in)2/( ??? ??dRe 螺紋升角 ? ?0 ?? dtarctg ?? 螺桿 螺桿外徑 d )~(0 ??? ?ddd 螺桿內(nèi)徑 ld ???? Redd l 螺桿接觸直徑 zd s0 ??? ??ddd Z 螺母 螺母螺紋外徑 D ???? RedD 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 1D )~(01 ??? ?ddD 縱向 滾珠絲杠螺母副幾何參數(shù)的計算 名 稱 符 號 計算公式和結(jié)果 螺紋滾道 公稱直徑 39。t 10 接觸角 39。?d 螺紋滾道法面半徑 39。39。e in)2/( 39。39。 ??? ??dRe 螺紋升角 39。039。 ??dtarctg ?? 螺桿 螺桿外徑 39。39。 ??? ?ddd 螺桿內(nèi)徑 39。39。039。zd o s 39。039。D 39。39。 ???? RedD 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 39。39。1 ??? ?ddD 由于絲杠的價格較高，一般按導(dǎo)程選取絲杠，由于絲杠長度一定，所以采用聯(lián)軸器的方式來補(bǔ)償其長度。這是因?yàn)橥宦?lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時，往往會引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。10 。22 1 0 9)2 ()2( cmdRF l ?????? ? 所以 cmEF TFL m 661 11 ????? ?????? cmEF TFL m 662 22 110 58 ????? ?????? 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式， 式中： —— 折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載（ ）； —— 齒輪 的轉(zhuǎn)動慣量（ ）； —— 齒輪 2Z 的轉(zhuǎn)動慣量（ ） ； —— 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（ ）； M—— 移動部件與工件的質(zhì)量（ kg）。 所以 橫向轉(zhuǎn)動慣量 431 ????? ?J 432 ????? ?J 433 ????? ?J 則電機(jī)軸總轉(zhuǎn)動慣量： 222211322211) (40)()4527()2()()(cmkgTMJJZZJJ????????????????????? ?????橫橫總 縱向轉(zhuǎn)動慣量 )( 24339。2 cmkgJ ?????? ? )( 24339。339。139。 ?? 附加摩擦力矩 （ ）