CA6150車床改造

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1、山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 第一章 緒論…………………………………………………… 2 第二章 車床的總體改造和設(shè)計…………………………………5 第三章 機(jī)床的電氣改造…………………………………………8 第四章 主傳動系統(tǒng)總體方案的確定…………………………10 第五章 機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計………………………12 第六章 機(jī)床進(jìn)給部件的設(shè)計與選擇…………………………16 第七章 普車數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性評估…………………………29 總結(jié)………………………………………………………………33 參考文獻(xiàn)……………………………

2、……………………………34 摘 要 了解數(shù)控機(jī)床的概念及發(fā)展趨勢，那么所謂數(shù)控是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動信息程序所指定的順序自動執(zhí)行操作的過程。而計算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。它的優(yōu)點很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點，但它的價格昂貴。由于我國現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動化程度低,要更新現(xiàn)有機(jī)床需要很多資金。為了解決這個問題,也為了適應(yīng)多品種中、大批量零件加工我們選擇機(jī)床數(shù)控改造，對機(jī)床的構(gòu)造進(jìn)行剖析與設(shè)計。機(jī)械方面在于數(shù)控機(jī)床的主傳動，由于車床為滿足不同的加工要求，對機(jī)床的極數(shù)要求較為嚴(yán)格，對于較高精度的加工要求，

3、部件的受力變形和熱變形對主軸加工精度產(chǎn)生較大的影響，對傳動的方式需進(jìn)行一些調(diào)整。 CA6150車床的改造主軸轉(zhuǎn)速部分采用了變頻調(diào)速交流異步電機(jī)，有級變速部分采用電磁離合器控制機(jī)構(gòu)；車床的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動；刀架改成由微機(jī)控制，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動的自動轉(zhuǎn)位刀架。 關(guān)鍵詞: 數(shù)控、車床、改造、設(shè)計 第一章 緒 論 1.1 數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀 我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的

4、需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá)15%左右,而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn),新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長,從而不能及時針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個問題反映在下列五個方面: (1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個月,其中設(shè)計時間約為5～8個月,占總周期的40%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為6～9個月,

5、其中設(shè)計約1.5～2個月,只占25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計所占的時間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。 (2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計的科學(xué)分析工具(如分析和評價軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗和類比設(shè)計,使設(shè)計一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。 (3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時有的用戶臨時提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外,這項修改工作在計算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機(jī)床廠用手工操作就

6、至少需1～2個月,且由于這些圖紙和文件涉及多個部門,常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。 (4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實際經(jīng) 驗不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。 (5)由于長期以來形成的設(shè)計、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。 為解決這些問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個過程綜合應(yīng)用計算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬

7、開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性 數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動化程度極高,可減輕工人的體力勞動強(qiáng)度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工,因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。 1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 我國目前機(jī)床總量3

8、80余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機(jī)床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影

9、響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過大量實踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 1.4數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機(jī)床本體組成，見圖1-1： 控制介質(zhì) → 數(shù)控裝置 → 伺服系統(tǒng) → 機(jī)床本體 ↑

10、 ↓ ←測量反饋裝置← 圖1-1 數(shù)控機(jī)床的組成 (1)輸入輸出設(shè)備 輸入輸出設(shè)備主要實現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲和打印 。 (2)數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它接受來自輸入設(shè)備的程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。 (3)伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的馭動部件。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。一般來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號。 (4)測量反饋裝置 該裝置由測量部件和響應(yīng)的測量電路組成，其作用是

11、檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (5)機(jī)床本體 機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。 第二章 車床的總體改造和設(shè)計 2.1 CA6150車床改造的總休方案 圖2-1 數(shù)控系統(tǒng)的總體框架 總體框架說明: (1) PC機(jī)：可采用工控PC機(jī)，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。 (2)運(yùn)動控制卡：采用PCL運(yùn)動控制卡，該卡是一種高速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實現(xiàn)三軸聯(lián)動。因此，它可以滿足車床X、Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)直線，圓弧插補(bǔ)。 (3)光電耦合電路的作用是能夠隔離外部干擾信號對運(yùn)動控制卡

12、的信號沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (4)機(jī)床本體是由CA6150改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等。 (5)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器要能夠達(dá)到0.005mm的加工精度要求。 (6)各種限位開關(guān)：減速開關(guān)，回零開關(guān)均安裝在機(jī)床本體上，限位開關(guān)起著硬件硬限位的作用，當(dāng)車床加工工件超出加工范圍時，車床自動停止加工。減速開關(guān)的作用是當(dāng)車床刀架回零并走到車床零點附近時，減速開關(guān)被開啟并通知車床減速走到零位置。 2.2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計 考慮到該經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動環(huán)節(jié)。本車床的X、Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動環(huán)節(jié)，直接采

13、用了步進(jìn)電機(jī)+剛性聯(lián)軸器+滾珠絲桿的傳動方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。 2.3 控制系統(tǒng)的軟件部分 該車床控制系統(tǒng)采用GSK980T系統(tǒng)。其功能主要有讀取零件的加工G代碼，編輯和編譯G代碼，仿真加工(包括加工前仿真和與加工同步仿真)，回參考點，手工對刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進(jìn)給速度，主軸速度及轉(zhuǎn)速方向，刀具信息，M功能等多種加工信息。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還可以顯示出刀具當(dāng)前的坐標(biāo)，加工狀態(tài)，加工時間等信息。 2.4 改造后機(jī)床的特點 (1)具有與原機(jī)床一致的剛度與強(qiáng)度. (2)具有與原機(jī)床

14、一致的加工范圍。 (3)縱向進(jìn)給直線度與原機(jī)床一樣，其運(yùn)動精度則有數(shù)控系統(tǒng)和縱向電機(jī)、滾珠絲杠的精度保證。 (4)橫向進(jìn)給的直線度和運(yùn)動精度全部有改造部分的制造和裝配精度保證。 (5)可充分利用機(jī)床床身部分的已加工表面作為改造部分的定位和測量基準(zhǔn)。 (6)改造后的機(jī)床外型將類似于國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。 第三章 機(jī)床的電氣改造 3.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

15、目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、GSK980TD等都配置有車床數(shù)控系統(tǒng)，能夠勝任車削加工的大部分工作，并具有價格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點。在對多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后!我們選擇了GSK980TD型數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)能長期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長期無故障連續(xù)運(yùn)行。為保證機(jī)床長期可靠地運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。 常年的工作考驗證明GSK980TD系統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般車間環(huán)境下運(yùn)行。其工作場地的室溫為0-45℃，相對濕度75%短時可達(dá)95%,抗震為0.5g ，電網(wǎng)電壓波動為10%-15%,經(jīng)對使用中系統(tǒng)的實際統(tǒng)計，GSK980T

16、D系統(tǒng)的故障率為0.008，比較好地滿足了我國市場的要求。 GSK980TD系統(tǒng)之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素： (1)可靠的高質(zhì)量的元器件及良好的老化篩選工藝。 (2)大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集成電路芯片：GSK980TD系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專用功能芯片。 (3)全自動化工廠生產(chǎn)制造：多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝出廠全部為自動化，這就使得在生產(chǎn)過程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預(yù)。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。 (4)良好的控制軟件設(shè)計：GSK980

17、TD系統(tǒng)經(jīng)過在國內(nèi)各地數(shù)年的運(yùn)行，積累了豐富的數(shù)據(jù)，因此在軟件設(shè)計時考慮了可能出現(xiàn)的各種故障情況，加入了許多保 護(hù)和提高可靠性的措施，如開機(jī)和狀態(tài)切換時的層層檢側(cè)、過壓、過流、反饋斷 線等報警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)能及時處理，從而進(jìn)免了元部件的損壞。 (5)數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。主軸控制信號的傳送使用光纜，使信號免受外界干擾。 3.2數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接 原機(jī)床已有一個電控柜，里面放置了開關(guān)、繼電器、接觸器等。根據(jù)改造后的電氣原理圖，設(shè)計制作電控柜，淘汰了原有的電控柜。 GSK980TD數(shù)控系統(tǒng)外圍接

18、口棋塊如下: (1)RS-232通訊接口。 (2)X軸,Z軸及主軸控制接口:用來控制X軸、Z軸伺服電機(jī)的運(yùn)動及主軸的轉(zhuǎn)速。 (3)編碼器反饋信號接口:用于與主軸電機(jī)的編碼器的連接，編碼器的作用是將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，從而實現(xiàn)了對主軸轉(zhuǎn)速的檢測，這在螺紋加工的時候是不可缺少的。 (4)手搖脈沖發(fā)生器接口:實現(xiàn)手動、聯(lián)動切削。 (5)開關(guān)量輸入輸出接口:輸入信號主要用于X、Z方向是否超程的檢測，刀架的位置檢測，坐標(biāo)原點位置檢測等。輸出信號主要用于主軸的轉(zhuǎn)速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)或停止控制，主軸的冷卻液的開、閉控制，刀架正、反控制等，另外，輸入模塊除接受一般的24VDC開關(guān)

19、量外，還可以接三線式的接近傳感器信號。這樣對該機(jī)床的一些三線式接近開關(guān)，提供了方便可靠的連接。 (6)機(jī)床操作面板接口，F(xiàn)ANUC機(jī)床操作面板有多達(dá)39個自定義鍵。面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點要求，在機(jī)床立板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。 (7)模擬輸入輸出及外部中斷接口.此接口為機(jī)床提供了一個靈活的模擬輸出口，便于與其它模塊相連。 (8)密集型面板接口?？赏ㄟ^密集型面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。輸入零件加工程序，實時跟蹤加工情況。 第四章 主運(yùn)動傳動系統(tǒng)總體方案的確定 4.1 主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計主要是

20、根據(jù)變速傳動系統(tǒng)的不同類型而決定的，而變速系統(tǒng)的類型應(yīng)兼顧縮短變速所需的時間并能簡化傳動系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等因素綜合來選擇、設(shè)計。 變速系統(tǒng)的類型主要有三種： （一）無級變速傳動系統(tǒng) 無級變速傳動系統(tǒng)是指執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速（或速度）在一定的范圍內(nèi)連續(xù)地變化，這樣可以使執(zhí)行件獲得最有利的速度，能在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，也便于實現(xiàn)自動化等。機(jī)械系統(tǒng)中常用的無級變速裝置有以下三種。 （1）機(jī)械無級變速器 機(jī)械無級變速器有鋼球式（科普型）、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們是依靠摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副的工作半徑來實現(xiàn)無級變速。由于其結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、噪聲小、使用維修方便、效率高，所以在各類機(jī)械（如機(jī)床、

21、印刷機(jī)械、電工機(jī)械、鐘表機(jī)械、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、塑料機(jī)械、化工機(jī)械等）中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于摩擦副的彈性滑動，存在轉(zhuǎn)速損失，故不能用于調(diào)速精度高的場合。另外，它的變速范圍小，通常變速范圍Rb為4～6，少數(shù)可達(dá)10～15，因此，為了滿足執(zhí)行件變速范圍的需要，常串聯(lián)有級變速機(jī)構(gòu)（如齒輪變速箱）。 （2）液壓無級變速裝置 液壓無級變速裝置是利用油液為介質(zhì)來傳遞動力，通過連續(xù)改變輸入液動機(jī)（或油缸）的油液流量來實現(xiàn)無級變速。它的傳動平穩(wěn)、運(yùn)動換向沖擊小、易于實現(xiàn)直線運(yùn)動。因此，常用于執(zhí)行件要求直線運(yùn)動的機(jī)械系統(tǒng)中。如刨床、拉床的主運(yùn)動以及組合機(jī)床的動力滑臺等。 （3）電氣無級變速裝置 電

22、氣無級變速裝置是以直流并勵電動機(jī)、交流變頻電動機(jī)或交、直流伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等為動力源，通過連續(xù)地變換這些電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)無級調(diào)速。 機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行件在工作過程中,要求在整個變速范圍內(nèi)為功率、轉(zhuǎn)矩特性不同，而電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩特性必須與之適應(yīng)，但是，不論是直流并勵電動機(jī)、交流變頻電動機(jī)或是交、直流伺服電動機(jī)，只是在額定轉(zhuǎn)速以上至最高轉(zhuǎn)速之間為恒功率調(diào)速，變速范圍小，而在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩的，變速范圍很寬。如果執(zhí)行件要求在整個變速范圍內(nèi)為恒功率調(diào)速，上述的無級調(diào)速器均不能適應(yīng)，則須串聯(lián)一個有級變速裝置來擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，如一些大型機(jī)床（立式車床、龍門刨床、鏜床等）和數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控

23、纖維纏繞機(jī)，數(shù)控布帶纏繞機(jī)等的主運(yùn)動。而對于數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給運(yùn)動，則要求在整個變速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時可通過簡單的固定傳動鏈與執(zhí)行件相連來滿足要求。 （二） 有級變速傳動系統(tǒng) 由滑移齒輪、交換齒輪、交換皮帶輪等變速傳動副組成的傳動系統(tǒng)可使執(zhí)行件得到若干個所需要的轉(zhuǎn)速，這種變速在范圍內(nèi)不能連續(xù)地變速，屬于有級變速。它傳遞的功率大，變速范圍寬，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，但有轉(zhuǎn)速損失。有級變速較廣泛地應(yīng)用于通用機(jī)床，尤其是中小型通用機(jī)床中。 （三）固定傳動比的傳動系統(tǒng) 如果機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行件要求以某一固定的轉(zhuǎn)速（速度）工作，則連接動力源與執(zhí)行件的傳動系統(tǒng)屬于固定傳動比的傳動系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干

24、個固定傳動比串聯(lián)組成。 經(jīng)過調(diào)研、查閱資料可知，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用分級變速機(jī)構(gòu)，并采用電磁離合器進(jìn)行自動變速，而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床大多數(shù)是在原有普通機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并采用簡單的數(shù)控系統(tǒng)變速進(jìn)給機(jī)構(gòu)，自動刀架，具有經(jīng)濟(jì)的突出特點，現(xiàn)在這種機(jī)床在小型、私營企業(yè)正被大量使用，但也存在一些如在加工過程中不能自動變速等缺點，為了使能設(shè)計的機(jī)床在時常上更具競爭力，因此采用無級變速 傳動系統(tǒng)中的機(jī)械無級變速器。但是光靠機(jī)械無級變速器變速范圍較窄，不能滿足100～4000r/min的設(shè)計要求，為了擴(kuò)大機(jī)床的變速范圍，常在無級變速系統(tǒng)后面串聯(lián)分級變速機(jī)構(gòu)。 在本設(shè)計中，我采用的是無級變速與分級變速綜合的

25、分級變速系統(tǒng)。這種變速方式是在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多的一種變速方式，常通過幾對齒輪降速，增大輸出扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性的要求。部分小型數(shù)控機(jī)床也采用這種傳動方式，以獲得強(qiáng)力切削時所需的扭矩。 第五章 機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 車床的進(jìn)給系統(tǒng)由橫向和縱向運(yùn)動組成，橫向進(jìn)給系統(tǒng)如圖所示: 圖5.1 設(shè)計和選用進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)注意充分減少摩擦阻力，提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙以及減小運(yùn)動件的慣性。摩擦阻力主要來自絲杠和導(dǎo)軌，因此，絲杠的導(dǎo)軌的滾動化是減小摩擦的重要措施之一。 5.1 傳動方式的選擇 絲杠傳動直接關(guān)系到傳動鏈精度。絲

26、杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動扭矩要求。一般情況滑動絲杠應(yīng)不低于6級，螺母間隙過大則更換螺母。采用滑動絲杠相對滾珠絲杠價格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。因此，滑動絲杠常用在加工精度要求不是很高的普通車床中。 滾珠絲杠摩擦損失小，效率高，其傳動效率可在90%以上；精度高，壽命長；啟動力矩和運(yùn)動時力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動力矩。因此可滿足較高精度零件加工要求。在數(shù)控化改造的車床中，應(yīng)把原來的滑動絲杠換為滾珠絲杠，以降低摩擦力，提高加工精度。 5.2 滾珠絲杠的支承方式 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度之外，滾珠絲杠正確的安

27、裝及其支承的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。螺母座及支承座都應(yīng)具有足夠的剛度和精度。通常都適當(dāng)加大和機(jī)床結(jié)合部件的接觸面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸強(qiáng)度，新設(shè)計的機(jī)床在工藝條件允許時常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來增大剛度。 為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動軸承也是十分重要的。國內(nèi)目前主要采用兩種組合方式。一種是把向心軸承和圓錐軸承組合使用，其結(jié)構(gòu)雖簡單，但軸向剛度不足。另一種是把推力軸承或向心推力軸承和向心軸承組合使用，其軸向剛度有了提高，但增大了軸承的摩擦阻力和發(fā)熱而且增加了軸承支架的結(jié)構(gòu)尺寸。在設(shè)計中，采用推力軸承和向心軸承組合使用。 5.3 電機(jī)與絲杠的聯(lián)接

28、 在滿足機(jī)床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實際情況來定。一般對于小型車床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機(jī)與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如CA6140，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的問題，還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的問題，往往電機(jī)都要通過幾級減速來傳動。無論是采用齒輪還是同步帶論來傳動，其傳動間隙的消除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。 由步進(jìn)電機(jī)到絲杠傳動過程的工作原理如下：

29、 步進(jìn)電機(jī)發(fā)生一個脈沖 → 轉(zhuǎn)過α角度為1.5°→（如果通過聯(lián)軸器則為1：1） → 絲杠轉(zhuǎn)過1.5°→ 橫托板脈沖當(dāng)量0.005mm， 即絲杠轉(zhuǎn)過β角，拖板移動0.005mm,所以該絲杠螺距為t，則所選擇的滾珠絲桿為FF型1604，其螺距為4 β=0.45° 由此可見，由步進(jìn)電機(jī)到絲杠1：1傳動不能同步，必須通過一對齒輪傳動，使兩者都轉(zhuǎn)角一致，其傳動比為 i=1.5/0.45=3.3333 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過1.5°，則通過一對齒輪傳動使絲杠轉(zhuǎn)過0.45°，拖板前進(jìn)0.005mm，因而這對齒輪是降速運(yùn)動。選擇Z1=21,Z2=70,m=1.5 選擇一級傳動。

30、 5.4 齒輪傳動的消除間隙 采用齒輪傳動時，齒側(cè)間隙會造成開環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的死區(qū)誤差，影響定位精度。為了消除齒側(cè)間隙并獲得強(qiáng)剛性，必須采用各種具有消除間隙或預(yù)緊措施的齒輪副。 對于直齒圓柱齒輪傳動，常用的方法有雙片齒輪錯齒法，a．兩個完全相同的薄片齒輪套裝在一起與另一個寬齒輪嚙合。當(dāng)兩個薄片齒輪的齒完全對齊時，相當(dāng)于一個齒輪在工作。正轉(zhuǎn)時，它們貼向?qū)掿X輪輪齒的一側(cè)；一旦反向，它們會一起走過一段側(cè)隙后貼向輪齒的另一側(cè)。設(shè)想：若將兩個薄片齒輪的輪齒錯開一定的距離，使它們分別貼向?qū)掿X輪輪齒的兩側(cè)，正向時一個齒輪起作用，反向時另一個齒輪起作用。則當(dāng)運(yùn)動反向時，馬上會帶動從動輪工作

31、，每一個薄片齒輪與寬齒輪間雖然分別都存在側(cè)隙，但它們的共同作用卻消除了側(cè)隙對傳動的影響。 一方面是由于結(jié)構(gòu)的需要，另一方面由于偏心套調(diào)整法只能補(bǔ)償齒厚誤差與中心距誤差引起的齒隙，不能補(bǔ)償偏心誤差引起的齒隙，采用周向彈簧的雙片齒輪錯齒法比較簡單，但應(yīng)保證彈簧力產(chǎn)生的預(yù)緊扭矩M不應(yīng)過大或過小。如果M過小起不到消隙的作用，M過大會加大齒面的摩擦力而加劇磨損。 5.5 進(jìn)給系統(tǒng)的潤滑 機(jī)床在運(yùn)行過程中，各運(yùn)動件之間存在摩擦，必須采用一定的潤滑及防護(hù)措施來減小其相對摩擦，從而提高機(jī)床的使用壽命。使用潤滑劑可提高耐磨性及傳動效率。潤滑劑可分為潤滑油和潤滑脂兩大類。潤滑脂的特點是黏度大，不

32、易流失，因此不需經(jīng)常加換，使用方便，密封也較簡單。但其摩擦阻力大，機(jī)械效率低；流動性差，導(dǎo)熱系數(shù)小。因此僅適用于轉(zhuǎn)速不高的軸承，外露的齒輪和某些不易密封的主軸件等。潤滑油一般為全損耗系統(tǒng)用油。 在此進(jìn)給系統(tǒng)中，齒輪的轉(zhuǎn)速比較低，因此不能使油飛濺潤滑，在齒輪和軸承處采用潤滑脂來潤滑。在滾珠絲杠副中，也只能采用潤滑脂。 第六章 機(jī)床進(jìn)給部件的設(shè)計與選擇 6.1驅(qū)動電動機(jī)型號的選擇. (一)縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算： 式中 ：指步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量； 、：指齒輪、的轉(zhuǎn)動慣量； ：指滾珠絲

33、杠轉(zhuǎn)動慣量； ：指工件及工作臺重量（N）； ：指絲杠導(dǎo)程（）； 參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量。 （分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） （分別表示齒輪的分度圓直徑和齒寬） （分別表示縱向滾珠絲杠的公稱直徑和支承間距） 把這些數(shù)據(jù)代入上式： 電機(jī)力矩計算 機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面

34、分別按個階段計算： （1）快速空載起動力矩 在快速空載起動階段，加速度所占的比例較大，具體計算公式如下： 以上式中 ：指空載起動時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩（）； ：指折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（）； ：指絲杠預(yù)緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（）； ：指傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量； ：指電機(jī)最大角加速度（）； ：指電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（）； ：指運(yùn)動部件最大進(jìn)給速度（）； ：指脈沖當(dāng)量（）； ：指步進(jìn)電機(jī)步距角（）； ：指運(yùn)動部件從停止起動到最大快進(jìn)速度所需時間（s），這里是30m

35、s； ：指導(dǎo)程的摩擦力（N），； ：指垂直方向的切削力（N）； ：指工件及工作臺重量（N）； ：指導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，； ：指運(yùn)動部件的總重量（N）； ：指齒輪降速比；按計算； ：指傳動鏈總效率，一般可??； ：指滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，一般取/3，為進(jìn)給軸向力（N）； ：指滾珠絲杠導(dǎo)程； ：指滾珠絲杠未加預(yù)緊時的傳動效率，一般取。 將以前計算所得數(shù)據(jù)代入： （） （） （） 則 （） （2）快速移動時所需力矩 （） （3）最大切削負(fù)載時所需力矩 （） 從上面計算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動所需

36、力矩最大，以此項作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 由表6得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時，，則（N）。 表6—步進(jìn)電機(jī)起動轉(zhuǎn)距與最大靜轉(zhuǎn)距關(guān)系 步進(jìn) 電機(jī) 相 數(shù) 三 相 四 相 五 相 六 相 拍 數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 0.5 0.866 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 按此最大靜轉(zhuǎn)距從表中查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)距為13.72，大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)動矩頻特性。 計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率 可查出

37、150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動頻率為2800運(yùn)行頻率為8000，再從圖5查出150BF002步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。從圖中看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩（800.77），直接使用則會出現(xiàn)失步，所以必須采用升降速控制（用軟件實現(xiàn)），半起動頻率降到1000，起動力矩可提高到588.4，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可以將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩擴(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻則完全可以滿足要求。 圖6—150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算和選型與縱向進(jìn)給

38、步進(jìn)電機(jī)計算的方法一樣，如果縱向的步進(jìn)電機(jī)能滿足條件那橫向的就也可以滿足條件，則這選用與縱向相同的步進(jìn)電機(jī)。 6.2滾動導(dǎo)軌 (1)直線滾動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)和特點 滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類，具有以下特點：①摩擦因數(shù)小(0.003~0.005)，運(yùn)動靈活；②動、靜摩擦因數(shù)基本相同，因而起動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；③可以預(yù)緊，剛度高；④壽命長；⑤精度高；⑥潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；⑦由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。因此滾動導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)和測量儀器上。滾動導(dǎo)軌副的主要缺點是抗沖擊載荷的能力較差，且滾動導(dǎo)軌副對灰塵屑末等較敏感，應(yīng)有良

39、好的防護(hù)罩。 滾動導(dǎo)軌有多種形式，目前數(shù)控機(jī)床常用的滾動導(dǎo)軌為直線滾動導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu) 直線滾動導(dǎo)軌主要由導(dǎo)軌體、滑塊、滾柱或滾珠、保持器、端蓋等組成。 當(dāng)滑塊與導(dǎo)軌體相對移動時，滾動體在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負(fù)荷區(qū)到非工作負(fù)荷區(qū)，然后再滾動回工作負(fù)荷區(qū)， 不斷循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動變成滾動體的滾動。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊上還有潤滑油杯。最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動潤滑的滾動導(dǎo)軌，使用時無須再配潤滑裝置。 (2)直線滾動導(dǎo)軌的安裝 直線滾動導(dǎo)軌的安裝形式可以水

40、平、豎直或傾斜，可以兩根或多根平行安裝，也可以把兩根或多根短導(dǎo)軌接長，以適應(yīng)各種行程和用途的需要。采用直線滾動導(dǎo)軌副，可以簡化機(jī)床導(dǎo)軌部分的設(shè)計、制造和裝配工作。滾動導(dǎo)軌副安裝基面的精度要求不太高，通常只要精銑或精刨。由于直線滾動導(dǎo)軌對誤差有均化作用，安裝基面的誤差不會完全反映到滑座的運(yùn)動上來；通?；倪\(yùn)動誤差約為基面誤差的1/3。 導(dǎo)軌和滑塊座與側(cè)基面靠上定位臺階后，應(yīng)先從另一面頂緊然后再固定。 導(dǎo)軌安裝步驟如下： 1)將導(dǎo)軌基準(zhǔn)面緊靠機(jī)床裝配表面的側(cè)基面，對準(zhǔn)螺孔，將導(dǎo)軌輕輕地用螺栓予以固定。 2)上緊導(dǎo)軌側(cè)面的頂緊裝置，使導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面緊緊靠貼床身的側(cè)面。 3)按《機(jī)械設(shè)計

41、手冊》參考值，用力矩扳手?jǐn)Q緊導(dǎo)軌的安裝螺釘；從中間開始按交叉順序向兩端擰緊。 滑塊座安裝步驟如下： 1)將工作臺置于滑塊座的平面上，并對準(zhǔn)安裝螺釘孔，輕輕地壓緊。 2)擰緊基準(zhǔn)側(cè)滑塊座側(cè)面的壓緊裝置，使滑塊座基準(zhǔn)側(cè)面緊緊靠貼工作臺的側(cè)基面。 3)按對角線順序擰緊基準(zhǔn)側(cè)和非基準(zhǔn)側(cè)滑塊座上各個螺釘。 安裝完畢后，檢查其全行程內(nèi)運(yùn)行是否輕便、靈活，有無打頓、阻滯現(xiàn)象；摩擦阻力在全行程內(nèi)不應(yīng)有明顯的變化。達(dá)到上述要求后，檢查工作臺的運(yùn)行直線度、平行度是否符合要求。 6.3 滾珠絲杠副的選擇 6.3.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算 （一）計算進(jìn)給軸向力F（N） 縱向進(jìn)給這里為三

42、角形導(dǎo)軌：F 式中K：指顛覆力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15； ：指滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)取0.15~0.18之間的值； G：指流板及刀架重力，G=1100N。 則 F=（N） （二）計算最大動負(fù)載Q 考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沖擊擾動對壽命的影響，則最大動負(fù)載Q的計算公式為： Q L n 式中 ：指滾珠絲杠導(dǎo)程，初選=8； n：指絲杠轉(zhuǎn)速，（r/min）； ：指最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3，此處取=0.3； ：指使用壽命時間（h）,對于數(shù)控機(jī)床取T

43、=15000h.。 L：指壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位； ：指運(yùn)動系數(shù)，見表1，選=1.3。 表1—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) 無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.0~1.2 一般運(yùn)轉(zhuǎn) 1.2~1.5 有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn) 1.5`-~2.5 則 n( r/min) L Q（N） （三）滾珠絲杠螺母副的選型 從手冊或樣本的滾珠絲杠副的尺寸系列表中可以找到相應(yīng)的動負(fù)載C的滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)類型，選用時應(yīng)滿足Q C的條件。 查表：可采用WL5008外循環(huán)調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲杠副，2.5圈1列，其額定動負(fù)載為23400N，符合Q

44、 C的條件。精度等級按表 2，選為1級。 Vmm 表 6—滾珠絲杠行程公差 項目 符號 有效行程（mm） 精度等級 1 2 3 4 5 目標(biāo)行程公差 e 6 8 12 16 23 315~400 7 9 13 18 25 400~500 8 10 15 20 27 500~630 9 11 16 22 30 行程變動量公差 V 6 8 12 16 23 315~400 6 8 12 17 25 400~500 7 10 13 19 26 500~630

45、7 11 14 21 29 任意300 mm內(nèi)行程變動量 V 6 8 12 16 23 2弧度內(nèi)行程變動量 V 4 5 6 7 8 （四）、傳動效率計算 式中 ：指螺旋升角，=255 ：指摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)其摩擦角，約等于。 則 （五）、剛度驗算 先畫出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖，如圖3所示，最大軸向力為N，支承間距L=1500mm, 絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。 圖3—縱向進(jìn)給系統(tǒng)計算簡圖 計算如下： （1） 絲杠的拉伸或壓

46、縮變形量（mm） F=N， L=8mm, EN/mm(材料彈性模數(shù)，對鋼來說是等于這個值)， mm, R=2.477, e=0.068mm 則 d( mm) A(mm) （A指滾珠絲杠按內(nèi)徑定的 截面積） 絲杠導(dǎo)程L的變化量為： 總長度L=1500mm，絲杠上的變形量，由于兩端均采用推力球軸承，則值： (mm) (2) 滾珠與螺紋滾道間接觸變形（mm） 由d=4.763mm, F=kgf, 承載滾珠數(shù)量 ZZ

47、 由于滾珠絲杠副施加預(yù)應(yīng)力，且預(yù)應(yīng)力F為軸向負(fù)載的1/3，則變形 =0.0013 （mm） (3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸形變（mm） 這里采用有預(yù)緊時的推力球軸承則 查《機(jī)械設(shè)計手冊》中表6-2-82，采用51109型推力球軸承，其d=45mm, 滾動體直徑D=3.969 mm, 滾動體數(shù)量Z=22， （mm） 則定位誤差 =0.01785mm0.025mm(規(guī)定定位精度) （六）、穩(wěn)定性校核 滾

48、珠絲杠兩端采用推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，故不需作穩(wěn)定性校核。 6.3.2滾珠絲杠副及預(yù)緊方式的選擇 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進(jìn)行改造時應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預(yù)緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結(jié)構(gòu)和機(jī)床空間滿足要求，在普通機(jī)床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結(jié)構(gòu)。 按預(yù)加負(fù)載形式分，可分為單螺母無預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊、單

49、螺母加大鋼球徑向預(yù)緊、雙螺母墊片預(yù)緊、雙螺母差齒預(yù)緊、雙螺母螺紋預(yù)緊。數(shù)控機(jī)床上常用雙螺母墊片式預(yù)緊，其預(yù)緊力一般為軸向載荷的1/3。 在本設(shè)計中，我們采用雙螺母內(nèi)循環(huán)的形式，用雙螺母墊片預(yù)緊。 6.4 刀架的選擇 選用LD4-6132型電動刀架 因為設(shè)計要求刀架的最大回轉(zhuǎn)直徑為400mm，而最小的三角刀架的設(shè)計高度大大超過60mm，故選用LD4-6132刀架型號，因刀架為外購件，其尺寸已成定值，故選用四方刀架。即LD4-6132。該刀架可以夾持4把刀，采用鼠牙盤為分度定位，利用步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位。 第七章 普車數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性評估 7.1 改造所

50、需的費(fèi)用 因為本次改造是采用，自己購買零配件，自己改造，所以費(fèi)用主要是改造中所需零配件的費(fèi)用為主以及一些相關(guān)的運(yùn)輸費(fèi)用。下面以列表的形式羅列相關(guān)各項所需費(fèi)用， 詳見表8-1 編碼 配件名稱 實物圖片 價格/元 1 數(shù)控系統(tǒng)GSK980TD 12000 2 主電機(jī)Y132M-4 1200 3 縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) 2000 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī) 1500 4 縱向進(jìn)給絲杠 3000 橫向進(jìn)給絲杠 1000 5 電動刀架 3000 6 手輪 2000 7 光電編碼器 260 表7-1 從上面的表7

51、-1中可以看出改造一臺CA6150只需要不到3萬元的費(fèi)用，而購買一臺新的CA6150則需要11萬多，由此比較，我們可以知道改造一臺比新買一臺要遠(yuǎn)遠(yuǎn)減少很多費(fèi)用。當(dāng)然，改造的機(jī)床也有優(yōu)缺點。 (1) 減少投資額、交貨期短 同購置新機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60％～80％的費(fèi)用，改造費(fèi)用低。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。一般大型機(jī)床改造，只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3，交貨期短。但有些特殊情況，如高速主軸、托盤自動交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高2～3倍，與購置新機(jī)床相比，只能節(jié)省投資50％左右。 (2) 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限 所利用的床身、立柱等基礎(chǔ)件都是重

52、而堅固的鑄造構(gòu)件，而不是那種焊接構(gòu)件，改造后的機(jī)床性能高、質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 (3) 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修 購買新設(shè)備時，不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然，可以精確地計算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。 (4) 可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。 (5) 可以采用最新的控制技術(shù) 可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度，及時地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化水

53、平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床。 7.2 小結(jié) 綜上所述，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮改造一臺舊的車床要比新買一臺節(jié)省很多費(fèi)用，但也不是所有車床都適合數(shù)控化改造，在改造之前我們應(yīng)該做一個經(jīng)濟(jì)性的評估，如果改造所需費(fèi)用高于新購買一臺，那么我么則無需花大量時間精力去改造，可以直接從廠家購買，這樣會更加省事。當(dāng)然有些情況則是改造要有優(yōu)勢，比如廠家有若干臺舊的車床，而又需數(shù)控車床，這種情況下，廠家就可以考慮一下是否改造成數(shù)控車床?？傊?，普通車床數(shù)控化改造有很多優(yōu)勢，但也要根據(jù)情況而定！ 總 結(jié) 本次設(shè)計于2010年12月24日開始，經(jīng)過3個

54、月的努力，于2011年3月10日完成，經(jīng)過20天的時間完成了CA6150車床的數(shù)控改造設(shè)計。本課題的主要任務(wù)是完成對普通車床的數(shù)控化改造，當(dāng)然，數(shù)控化改造并不是簡單的裝上數(shù)控裝置就行了，它是一項繁瑣的工作。我們的設(shè)計和改造任務(wù)主要包括主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的改造設(shè)計，通過改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。 應(yīng)該來說，對普通車床的數(shù)控化改造具有一定的經(jīng)濟(jì)性和可行性。目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和

55、發(fā)展，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 在設(shè)計過程中，我們也學(xué)到了很多東西，我們通過查閱大量的資料，把所學(xué)的知識應(yīng)用到設(shè)計中，這樣既溫故了我們在大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識，又培養(yǎng)了我們一種獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，對今后的工作必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。 參考文獻(xiàn) [1] 顧熙棠，遲建山，等.金屬切削機(jī)床：下冊[M] .上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1993. [2] 余永牧，李小青，陳林康，等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)[M] .北京：航空航天大學(xué)出版社，1992.9. [3] 王文熙.機(jī)床數(shù)控調(diào)節(jié)技術(shù)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992.7. [4] 王

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