【正文】 電動機減速器裝置安裝在機床的右端。本次改造設(shè)計要求就是根據(jù)這一原則提出的?？紤]到屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。 C6140 車床的設(shè)計參數(shù)根據(jù)型普通原始數(shù)據(jù)及數(shù)控改造設(shè)計要求，確定主要如下： 最大加工直徑： 車床身上： 400mm 車床鞍上： 210mm 最大加工長度： 1000mm 快進速度： 縱向 橫向 最大切削進給速度： 縱向 橫向 脈沖當(dāng)量：8 / 40 縱向 橫向 脈沖分配方式： 逐點比較法 控制坐標(biāo)數(shù)： 2 機床定位精度： 177。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。利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進給整體剛度只可能增大。雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙。當(dāng)負載大時，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負載小時，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。 橫向進給機械結(jié)構(gòu)改造方案 拆除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進給系統(tǒng)剛度，支承方式采用9 / 40兩端裝止推軸承。 進給伺服機構(gòu)機械部分的設(shè)計計算此機床進給伺服系統(tǒng)運動及動力計算如下： 進擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向:，橫向:(半徑)。 ?z 此時走刀抗力為 F’y(N)，吃刀抗力為 F’x(N)。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑 d0（絲杠外徑d） 、導(dǎo)程 L0、滾珠的工作圈數(shù) j、列數(shù) K、精度等級等。我們在此選用螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，同螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。在通孔口設(shè)有擋珠器，引導(dǎo)滾珠進入通孔。它的優(yōu)點是：工藝簡單，螺母外徑尺寸較小。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法有：雙螺母墊片式預(yù)緊、雙螺母螺紋式預(yù)緊、雙螺母齒差式預(yù)緊、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊以及過盈滾珠預(yù)緊等。 ?????GFfKzxm式中： K－－考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K＝。39。（2） 計算最大動負載 c:mwFfLc3?610Tn?0Lvs?式中:L 0 ——滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L0=6mm。 NFfLCTnrvmws ????（3）滾珠絲杠螺母副的選型和校核可采用外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，1 列 圈，其額定動負載為11 / 4016400N，精度等級選 3 級。φ——摩擦角取 1039。1042()(????tgt??（4）剛度驗算一般滾珠絲杠比較細長，它的剛度應(yīng)該給與充分重視。最大牽引力為 2530N。 圖 4縱向進給系統(tǒng)計算簡圖 （）絲杠的拉伸或壓縮變形量 δ 1根據(jù) Pm=2530N,Do=40mm, 查資料可查出 δL/L=﹡lO 5，可算出:δ 1=δ L/L1500=1051500=102(mm)由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高 4倍。 ???? （）滾珠與螺紋滾道間接觸變形 δ 2查資料 W 系列 1 列 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 δ QmQ???12 / 40 因進行了預(yù)緊， mQ????? ()、支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 δ 3采用 8107 型推力球軸承，d 1=35mm，滾動體直徑 dQ=，滾動體數(shù)量 z=18,)( mZFQmc ??????注意，此公式中 Fm 單位應(yīng)為 kgf因施加預(yù)緊力，故 ????根據(jù)以上計算：定位精度????m015..（5）穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。2(39。39。 ??????????（2）計算最大動負載 c mFfLcTnvmws 39。（4）傳動效率計算 )39。圖（21 ）計算如下:()、絲杠的拉伸或壓縮變形量 δ 1 (mm)查圖 46，根據(jù) F39。=2Omm，查出 δ L /L=5lO5，可算出mL251 . ??????? 圖 4橫向進給系統(tǒng)計算簡圖 ()、滾珠與螺紋滾道間接觸變形 δ 2查資料： mQ???14 / 40因進行了預(yù)緊 δ 2=1/2δ Q=*=()、支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 δ 3采用 8102 推力球軸承，d Q=,z=12，d=l5mm )(.39。重新計算如下: NGFfFxzym 15)601722680()39。39。 ????????從資料查出，當(dāng) Fm’=1155N 時，δ L/L=??L?δ 2 和 δ 3 不變，則 δ＝δ 1＋δ 2＋δ 3＝＋＋＝ 定位精度為177。 ????????從上面計算過程可以看出，設(shè)計的過程要經(jīng)過反復(fù)修改參數(shù)，反復(fù)計算才能達到滿意的結(jié)果。 4441kmkZKnFn NLIEf cmdI??? ??????（一般[n k]=～4）此滾珠絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。其幾何參數(shù)如下:名稱 符號 公式 35061LW2051L公稱直徑 35 200d導(dǎo)程 6 5L接觸角 3176。33’?鋼球直徑(㎜) 滾道法面半徑 ?偏心距 ?sin)/(?螺紋升角 3176。33’?0dLarctg??螺桿外徑 34 )25.~(0??螺桿內(nèi)徑 Re1?螺桿紋接觸直徑 ?cos0qZd16 / 40螺母螺紋直徑 ???螺母內(nèi)徑 qd)5.~(1 齒輪傳動比計算 縱向進給齒輪箱傳動比計算已確定縱向進給脈沖當(dāng)量 δ p＝ 滾珠絲杠導(dǎo)程 L0=6mm，初選步進電機步距角。相關(guān)參數(shù)如下表：齒數(shù)32 40 24 40 20 25分度圓zd?64 80 48 80 40 50齒頂圓ma2?68 84 52 84 44 54齒根圓df *??59 75 43 75 35 4517 / 40第三章 C6140 車床進給部分電機的選擇 縱向進給步進電機計算 等效傳動慣量計算方法計算如下表示。Z2）2〔(J2+Js)+ G247。2π)2〕式中：Jm —步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量(kg?cm2)J1，J2—齒輪 ZZ2 的轉(zhuǎn)動慣量(kg?cm2)Js—滾珠絲杠傳動慣量(kg?cm2)參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機 150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 Jm=10(kg?cm2)J1=10－3d14L2= 10－3822= kg?cm2Js=10－ 344150= kg?cm2G=800N代入上式： JΣ=Jm+J1+（Z 1247。g(L0247。40)2〔(+)+80 0247。2π)2〕= kg?cm2考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。JΣ=10247。 電機力矩計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面分別按各階段計算： M 起在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下： M 起=Mamax+Mf+Ma Mamax=JΣnmax10－2/(60 ta)nmax=νmaxδp nmax=νmaxδp(360)=500r/min 啟動加速時間 ta=30ms Mamax=JΣ2π2/(60)=2πηi=f185。(2πη Z2247。(2π)=94 N 3FtL0(1－η 02)247。Z1) =1247。( 2π) ==cmB．快速移動時所需力矩 M 快。cm19 / 40C．快速切削負載時所需力矩 M 切M 切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0247。(2π) =94++=從下表查出，當(dāng)步進電機為三相六拍時 λ=Mq247。=782Nm。 計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率 = = =4000 HZkfpv??= = =1000 從表中查出 150BF002 型步進電機允許的最高空載起動頻率為 2800Hz 運行頻率為8000Hz,再從下表中查出 130BF001 型步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如圖 23，24 所示。cm,遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩（782Ncm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。 橫向進給步進電機計算 等效傳動慣量計算橫向傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量 J 可由下式計算 JΣ=Jm+J1+（Z 1247。Z ф〔(Jφ+Jξ)+G247。2π)2}式中各符號意義同前，其中J1=10－3d14L2= 10－3842= kg?cm2J3=10－3d24L4= 10－3542= kg?cm221 / 40Js=10－ 32445=?cm2G=600nJm= （初選反應(yīng)式步進電機為 110BF）代入上式為： JΣ=Jm+J1+（Z 1247。Z ф〔(Jφ+Jξ)+G247。2π)2〕} =++(24247。25)2[(+)+600247。2π)2]} =JΣ=247。ε= JΣnnax10－2247。2π) = JΣ2π2247。θb247。360 =1200247。nmax10173。(60ta)=2π 50010173。(60)=147N2πηi=f 185。(2πηZ2247。(2π)=2πηi=1247。(2πηZ2247。32023(1－)247。cm上述三項合計： M 起=Mamax+Mf+Ma=147++=M 快=Mf+M0=+=2πηi =+1072247。cm 由上面計算可以看出, M 起、M 快和 M 切三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，故以此項作為選擇步進電機的依據(jù)。 Mjmax=最大靜力矩 Mjmax=247。cm查 BF 反應(yīng)式步進電機技術(shù)參數(shù)得， 110BF003 型步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩為 大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號，但必須進一步考核步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性。60δp =1000247。60δp =1000247。根據(jù) 110BF003 型電機的起動距頻特性和運行矩頻特性曲線可以看出，當(dāng)步進電機起動時 F=1500Hz，M=98Ncm ） ，直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實現(xiàn)） 。當(dāng)機床快速起動和切削進給時，則完全滿足運行矩頻要求。液壓傳動技術(shù)在數(shù)控自動化機床上的應(yīng)用也越來越廣泛，而且也為機床工業(yè)的自動化程度的提高上起到了重要的力量。液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。相對于電力拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于工程機械，建筑機械和機床等設(shè)備上。液壓氣動技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現(xiàn)直線運動等優(yōu)點；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機床、中小型塑機已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點，克服缺點，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還是相當(dāng)落后的，標(biāo)準(zhǔn)化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛在準(zhǔn)備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上。 在這樣一種背景下，我的課題選擇為數(shù)控臥式車床 C6140 液壓尾座的設(shè)計，用以提24 / 40高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動強度及降低企業(yè)成本。 液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新興的