【正文】 改裝后，控制性能好，在一定的頻率下，能按控制脈沖的要求快速起、停和反轉(zhuǎn)。 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 自動(dòng)刀架設(shè)計(jì)，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動(dòng)完成抬起、回轉(zhuǎn)、選位、下降、定位和壓緊這樣一系列的動(dòng)作。刀架改造的設(shè)計(jì)，包括其刀架體的設(shè)計(jì)和供能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床 上，對(duì)自動(dòng)換刀裝置的基本要求是：換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀架占地面積小及安全可靠。該刀架體積小，重復(fù)定位精度高，適用于強(qiáng)力車削并安全可靠。 輔助裝置作為數(shù)控車床的配套部件，是保證數(shù)控車床充分發(fā)揮高效、高精度切削加工功能所必須的配套裝置。本文中液壓系統(tǒng)的指令來(lái)源于 PLC裝置，在接到指令后，完成刀架的抬起放下及夾緊與松開等動(dòng)作，刀架體即為其執(zhí)行部件。本文數(shù)控改造的刀架部分基本能滿足上述要求。主要內(nèi)容是分析原主電路和控制電路，編制輸入 /輸出分配表，選定PLC 的型號(hào)同時(shí)繪制 PLC 接線圖，設(shè)計(jì)梯形圖并編制程序。 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三章 數(shù)改 C616 車床傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是指將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬機(jī)構(gòu)。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置與普通機(jī)床中傳動(dòng)裝置在概念上有重要差別，故它的設(shè)計(jì)也與普通機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無(wú)間隙、低磨擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率及有適宜的阻尼比的要求。如采用大扭矩寬調(diào)速的直流電機(jī)與絲杠直接聯(lián)接，應(yīng)用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)絲杠副，絲杠支承設(shè)計(jì)成兩端軸向固定的，并可用預(yù)拉伸的結(jié)構(gòu)等辦法來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。如采用消除間隙的聯(lián)軸器（如用加錐銷固定的聯(lián)軸套，用鍵加頂絲緊固的聯(lián)軸套以及用無(wú)扭轉(zhuǎn)間隙的撓性聯(lián)軸器等），采用有消除間隙措施的傳動(dòng)副等。 （ 4）選用最佳的降速比，以達(dá)到提高機(jī)床分辨率，使工作臺(tái)盡可能大地加速，以達(dá)到跟蹤指令，系統(tǒng)折算到驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小的要求。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖 3— 1 所示 ，它可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或者將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 圖 31 滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠 螺母 副的工作原理、特點(diǎn)及類型 弧形的螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成了滾珠的螺旋滾道。當(dāng)絲杠在滾道內(nèi)既自轉(zhuǎn)又沿滾道循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。 滾珠絲杠 螺母 副的特點(diǎn)是： 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ 1）磨擦損失小、傳動(dòng)效率高，高達(dá) ~（滑動(dòng)絲 杠為 ~）。 （ 3）磨擦阻力小，且?guī)缀跖c運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，動(dòng)靜磨擦力之差極小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，保證了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。 （ 5）不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也能將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可滿足一些特殊要求的傳動(dòng)場(chǎng)合，但當(dāng)立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。 國(guó)產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠副分為兩類：定位滾珠絲杠副（ P 類），即通過(guò)旋轉(zhuǎn)角度和導(dǎo)程控制軸向位移量的滾珠絲杠副；傳動(dòng) 滾珠絲杠副（ T 類），即與旋轉(zhuǎn)角度無(wú)關(guān)，用于傳遞動(dòng)力的滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu) 目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的滾珠絲杠副，盡管在結(jié)構(gòu)上各種各樣，其主要區(qū)別是在螺旋滾道型面的形狀、滾珠的循環(huán)方式以及軸向間隙的調(diào)整和預(yù)加載的 方法等方面。圖 3— 2 為螺旋滾道型面的簡(jiǎn)圖，圖中鋼球與滾道表面接觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂線間的夾角稱為接觸角α。 （ a） 單圓弧 （ b）雙圓弧 圖 3— 2 滾珠絲杠副螺旋滾道型面的形狀 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 1）型面 如圖 3— 2（ a）所示，通常滾道半徑 rn稍大于滾珠半徑 rw，通常 2rn=（ ~） Dw。當(dāng) F=0 時(shí)，α =0，承載后，隨 F的增大，α的大小由接觸變形的大小決定。 2） 圓弧型面 如圖 3— 2（ b）所示，滾珠與滾道只在內(nèi)相切的兩點(diǎn)接觸，接觸角α不變。這對(duì)滾珠的流動(dòng)有利。雙圓弧型面，接觸角選定后是不變的，應(yīng)用較廣。 圖 3— 3 插管式外循環(huán)方式原理圖 1— 壓板 2— 彎管（回珠管） 3— 螺母 4— 滾珠 1）外循環(huán) 外循環(huán)多用螺旋槽式和插管式。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便。若不用彎管，在螺母 3的兩個(gè)孔內(nèi)裝上反向器，引導(dǎo)滾珠通過(guò)螺 母外表面的螺旋凹槽形成滾珠循環(huán)回路，則稱為螺旋槽式，其徑向尺寸較小，工藝也較簡(jiǎn)單。 2）內(nèi)循環(huán) 內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種型式。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵 1定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。兩種反向器比較，后者 尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 3— 4 內(nèi)循環(huán)方式原理圖 1— 凸鍵 3— 反向器 內(nèi)循環(huán)反向器和外循環(huán)反向器相比，其結(jié)構(gòu)緊湊、定位可靠、剛性好、且不易磨損、返回滾道短、不易發(fā)生滾珠堵塞、磨擦損失也小。 由于滾珠在進(jìn)入和離開循環(huán)反向裝置時(shí)容易產(chǎn)生較大的阻力，而且滾珠在反向通 道中的運(yùn)動(dòng)多屬前珠扒后珠的滑移運(yùn)動(dòng)，很少有“滾動(dòng)”，因此滾珠在反向裝置中的摩擦力矩 M 反 在整個(gè)滾珠絲杠的摩擦力矩 Mt中所占比重較大，而不同的循環(huán)反向裝置由于回珠通道的動(dòng)軌跡不同，以及曲率半徑的差異，因而 M 反 /Mt值較小。步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。一般都把步進(jìn)電機(jī)放在縱向滾珠絲杠的左端。 已知條件： 工作臺(tái)重量： W=80kgf=800N 步距角： 0 .7 5 / setp? ?? 滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0=6mm 行程： S=640mm 脈沖當(dāng)量 快速進(jìn)給速度： maxV =2m/min 切削力計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，切削功率 cN N K?? （公式 3— 2）； 式中 N—— 電機(jī)功率，查機(jī)床說(shuō)明書， N=4kw； ? —— 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為 取 ? =； K—— 進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為 K=。 主切削力 6 1 2 0 2 . 4 6 9 1 5 2 . 7 6 ( ) 1 5 2 7 . 6 ( )100zF k g f N?? ? ? 由《金屬切削原理》可知，主切削力： FFZZZZYXZ F p FF C a f K? （公式 3— 3）； 式中： pa —— 切削深度（ mm）； f —— 進(jìn)給量（ mm/r）； FZK —— 總修正系數(shù)； 從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可得知，在一般外圓車削時(shí)： ( ~ )XZFF? ( ~ )YZFF? 1 /p m m se tp? ?天津工業(yè)大學(xué) 2021屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ?。? ? =?=； ? =?=。( )XZP K F f F W? ? ? （公式 3— 4） ； 式中 XF 、 ZF —— 為 X、 Z 方向上的切削力； 39。 其中 K=， 39。 （ 1）計(jì)算： 壽命值： iL = 66010iinT （公式 3— 5） ； in —— 為滾珠絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速； iT —— 使用壽命時(shí)間（ h）； 由以上條件，可以確定步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠齒輪之間的傳動(dòng)比： pLi ??3600?= 6360 ?? =； 由于電機(jī)軸與滾珠絲杠之間是降速傳動(dòng)，所以滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速為： 001000i nf vfn L DL???主 （公式 3— 6） ； 1 0 0 0 1 0 0 0 . 3 20 m in3 . 1 4 8 0 6inr??????； 則： 66 0 2 0 1 5 0 0 0 1810Li ???? 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 最大動(dòng)負(fù)載： 3 i W HQ L Pf f? 其中： P—— 滾珠絲杠的軸向力； iL —— 壽命值； Wf —— 運(yùn)動(dòng)系數(shù)； Hf — — 硬度系數(shù)； 從《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表中可查到： Wf = ； Hf =1； 則： 3 1 8 1 .2 1 1 2 5 0 .8 3 9 3 3 .6QN? ? ? ? ??？稍凇稒C(jī)械計(jì)手冊(cè)》中查到適合的滾珠絲杠。 (2) 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械原理》的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率 ? 為： ()tgtg ?? ??? ? （公式 3— 7） ； 式中： ? 為螺旋升角； ? 為摩擦角。10 ； 則： 3 2 5 39。 1 2 )tgtg? ????。 (3) 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程變化量： EFPLL 01 ??? （公式 3— 8） ； 式中： 0L —— 滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（ cm）； P—— 工作負(fù)載（ N）； E—— 彈性模量； F—— 滾珠絲杠截面積（按內(nèi)徑定）（ cm2）； 滾珠絲杠截面積： 22dF ???????? （公式 3— 9） ； 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 其中： 0 2 2d d e R? ? ? ； 式中： e —— 滾珠絲杠滾道圓弧偏心距； R—— 滾道圓弧半徑； 其中： ? ?/ 2 c osWe R D ??? ； / 2WRD? ； 式中： WD —— 滾珠直徑； ? —— 接觸角； 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的滾珠標(biāo)準(zhǔn)系列選 WD =4mm； ? =45176。 即： 1LL ??? ； 所以，導(dǎo)程變形總誤差 ? 為： 天津工業(yè)大學(xué) 2021屆?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 601 0 0 1 0 0 5 . 9 1 0 9 . 8 /0 . 6L m mL ??? ? ? ? ? ? ?。 (4) 穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于滾珠絲杠兩端采用固定支承，所以穩(wěn)定性沒有問題。； 11 2 32 64d m Z m m? ? ? ?； 22 2 40 80d m Z m m? ? ? ?； 11 2 * 6 8aad d h m m? ? ?； 22 2 * 8 4aad d h m m? ? ?； 12 6 4 8 0 7222dda m m? ?? ? ?。 因此，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2221 ( 1 1 . 4 7 5 6 . 3 9 ) 2 . 6 1 7 0 . 4 6 3 1 4 . 5 1 9 . 1 4 5 . 1 91 . 2 5 k g c m N g c m? ? ? ? ? ? (3) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩： m a x 0fM M M M? ? ?； 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩： 0at f tM M M M M? ? ? ?； 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： 0fM M M??； 式中： maxM —— 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； fM —— 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 0M —— 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； atM —— 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； tM —— 折算到電機(jī)軸上的切 削負(fù)載力矩； NgmTJnM a ??? ； 當(dāng) maxnn? 時(shí)： maxaaMM? ；