CA6150車床改造

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1、山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 第一章 緒論…………………………………………………… 2 第二章 車床的總體改造和設(shè)計(jì)…………………………………5 第三章 機(jī)床的電氣改造…………………………………………8 第四章 主傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定…………………………10 第五章 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)………………………12 第六章 機(jī)床進(jìn)給部件的設(shè)計(jì)與選擇…………………………16 第七章 普車數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性評(píng)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(shì)，那么所謂數(shù)控是按照含有機(jī)床(刀具)運(yùn)動(dòng)信息程序所指定的順序自動(dòng)執(zhí)行操作的過(guò)程。而計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床就是數(shù)控機(jī)床在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下進(jìn)行工作。它的優(yōu)點(diǎn)很多,可以在同一機(jī)床上一次裝夾可完成多個(gè)操作，生產(chǎn)率顯著提高等優(yōu)點(diǎn)，但它的價(jià)格昂貴。由于我國(guó)現(xiàn)在使用的機(jī)床大多數(shù)為普通車床，自動(dòng)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(gè)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(duì)機(jī)床的構(gòu)造進(jìn)行剖析與設(shè)計(jì)。機(jī)械方面在于數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)，由于車床為滿足不同的加工要求，對(duì)機(jī)床的極數(shù)要求較為嚴(yán)格，對(duì)于較高精度的加工要求，

3、部件的受力變形和熱變形對(duì)主軸加工精度產(chǎn)生較大的影響，對(duì)傳動(dòng)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(jí)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(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀架改成由微機(jī)控制，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 關(guān)鍵詞: 數(shù)控、車床、改造、設(shè)計(jì) 第一章 緒 論 1.1 數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國(guó)家，但在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平；即使國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì),一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)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(guó)產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國(guó)外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。90年國(guó)外數(shù)控機(jī)床在我國(guó)市場(chǎng)的占有率僅達(dá)15%左右,而95年已達(dá)77%。嚴(yán)重影響我國(guó)數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢(shì)頭。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營(yíng)上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國(guó)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(zhǎng),從而不能及時(shí)針對(duì)用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說(shuō),這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面: (1) 我國(guó)機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為15～18個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為5～8個(gè)月,占總周期的40%左右。而國(guó)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(gè)月,

5、其中設(shè)計(jì)約1.5～2個(gè)月,只占25%。因此無(wú)論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國(guó)外先進(jìn)水平有很大的差距。 (2) 我國(guó)工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評(píng)價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測(cè)試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)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(cuò)過(guò)新產(chǎn)品推向市場(chǎng)的良機(jī)。 (3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國(guó)外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國(guó)機(jī)床廠用手工操作就

6、至少需1～2個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門,常會(huì)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(guó)工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。 (5)由于長(zhǎng)期以來(lái)形成的設(shè)計(jì)、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(zhǎng)了開發(fā)的周期。 為解決這些問題,必須對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過(guò)程綜合應(yīng)用計(jì)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(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識(shí)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(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)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(dòng)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(dòng)化程度極高,可減輕工人的體力勞動(dòng)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(lái)愈顯得重要。 1.3 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 我國(guó)目前機(jī)床總量3

8、80余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬(wàn)臺(tái)，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(guó)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(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)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(lái)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(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、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(guò)大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)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(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來(lái)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(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲(chǔ)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(lái)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(jì)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(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的馭動(dòng)部件。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)。 (4)測(cè)量反饋裝置 該裝置由測(cè)量部件和響應(yīng)的測(cè)量電路組成，其作用是

11、檢測(cè)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(jì) 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(shuō)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(dòng)控制卡：采用PCL運(yùn)動(dòng)控制卡，該卡是一種高速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。因此，它可以滿足車床X、Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)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(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡

12、的信號(hào)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(lái)，拆除原來(lái)的絲桿，溜板箱，變速箱等。 (5)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)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(shí)，車床自動(dòng)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(diǎn)附近時(shí)，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(jì) 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(dòng)環(huán)節(jié)。本車床的X、Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來(lái)的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)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(dòng)方案。拆除原來(lái)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(diǎn)，手工對(duì)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(guò)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(shí)間等信息。 2.4 改造后機(jī)床的特點(diǎn) (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(dòng)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(dòng)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(cè)量基準(zhǔn)。 (6)改造后的機(jī)床外型將類似于國(guó)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(chǎng)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(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在對(duì)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(zhǎng)期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)期無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行。為保證機(jī)床長(zhǎng)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(yàn)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(chǎng)地的室溫為0-45℃，相對(duì)濕度75%短時(shí)可達(dá)95%,抗震為0.5g ，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%-15%,經(jīng)對(duì)使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，GSK980T

16、D系統(tǒng)的故障率為0.008，比較好地滿足了我國(guó)市場(chǎng)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(dòng)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(dòng)化，這就使得在生產(chǎn)過(guò)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(jì)：GSK980

17、TD系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在國(guó)內(nèi)各地?cái)?shù)年的運(yùn)行，積累了豐富的數(shù)據(jù)，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)的層層檢側(cè)、過(guò)壓、過(guò)流、反饋斷 線等報(bào)警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)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(dòng)：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(hào)的傳送使用光纜，使信號(hào)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(gè)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(jì)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(lái)控制X軸、Z軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)及主軸的轉(zhuǎn)速。 (3)編碼器反饋信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，這在螺紋加工的時(shí)候是不可缺少的。 (4)手搖脈沖發(fā)生器接口:實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、聯(lián)動(dòng)切削。 (5)開關(guān)量輸入輸出接口:輸入信號(hào)主要用于X、Z方向是否超程的檢測(cè)，刀架的位置檢測(cè)，坐標(biāo)原點(diǎn)位置檢測(cè)等。輸出信號(hào)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(hào)。這樣對(duì)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(gè)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(diǎn)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(gè)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^(guò)密集型面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。輸入零件加工程序，實(shí)時(shí)跟蹤加工情況。 第四章 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案的確定 4.1 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是

20、根據(jù)變速傳動(dòng)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(shí)間并能簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)等因素綜合來(lái)選擇、設(shè)計(jì)。 變速系統(tǒng)的類型主要有三種： （一）無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。機(jī)械系統(tǒng)中常用的無(wú)級(jí)變速裝置有以下三種。 （1）機(jī)械無(wú)級(jí)變速器 機(jī)械無(wú)級(jí)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(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，通過(guò)連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副的工作半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)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(dòng)，存在轉(zhuǎn)速損失，故不能用于調(diào)速精度高的場(chǎng)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(jí)變速機(jī)構(gòu)（如齒輪變速箱）。 （2）液壓無(wú)級(jí)變速裝置 液壓無(wú)級(jí)變速裝置是利用油液為介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力，通過(guò)連續(xù)改變輸入液動(dòng)機(jī)（或油缸）的油液流量來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。它的傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。因此，常用于執(zhí)行件要求直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)中。如刨床、拉床的主運(yùn)動(dòng)以及組合機(jī)床的動(dòng)力滑臺(tái)等。 （3）電氣無(wú)級(jí)變速裝置 電

22、氣無(wú)級(jí)變速裝置是以直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交流變頻電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等為動(dòng)力源，通過(guò)連續(xù)地變換這些電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行件在工作過(guò)程中,要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為功率、轉(zhuǎn)矩特性不同，而電動(dòng)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(lì)電動(dòng)機(jī)、交流變頻電動(dòng)機(jī)或是交、直流伺服電動(dòng)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(gè)變速范圍內(nèi)為恒功率調(diào)速，上述的無(wú)級(jí)調(diào)速器均不能適應(yīng)，則須串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速裝置來(lái)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(dòng)。而對(duì)于數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則要求在整個(gè)變速范圍內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩，此時(shí)可通過(guò)簡(jiǎn)單的固定傳動(dòng)鏈與執(zhí)行件相連來(lái)滿足要求。 （二） 有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng) 由滑移齒輪、交換齒輪、交換皮帶輪等變速傳動(dòng)副組成的傳動(dòng)系統(tǒng)可使執(zhí)行件得到若干個(gè)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(jí)變速。它傳遞的功率大，變速范圍寬，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，但有轉(zhuǎn)速損失。有級(jí)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(dòng)比的傳動(dòng)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(dòng)力源與執(zhí)行件的傳動(dòng)系統(tǒng)屬于固定傳動(dòng)比的傳動(dòng)系統(tǒng)，既該系統(tǒng)是由若干

24、個(gè)固定傳動(dòng)比串聯(lián)組成。 經(jīng)過(guò)調(diào)研、查閱資料可知，大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用分級(jí)變速機(jī)構(gòu)，并采用電磁離合器進(jìn)行自動(dòng)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(jiǎn)單的數(shù)控系統(tǒng)變速進(jìn)給機(jī)構(gòu)，自動(dòng)刀架，具有經(jīng)濟(jì)的突出特點(diǎn)，現(xiàn)在這種機(jī)床在小型、私營(yíng)企業(yè)正被大量使用，但也存在一些如在加工過(guò)程中不能自動(dòng)變速等缺點(diǎn)，為了使能設(shè)計(jì)的機(jī)床在時(shí)常上更具競(jìng)爭(zhēng)力，因此采用無(wú)級(jí)變速 傳動(dòng)系統(tǒng)中的機(jī)械無(wú)級(jí)變速器。但是光靠機(jī)械無(wú)級(jí)變速器變速范圍較窄，不能滿足100～4000r/min的設(shè)計(jì)要求，為了擴(kuò)大機(jī)床的變速范圍，常在無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)后面串聯(lián)分級(jí)變速機(jī)構(gòu)。 在本設(shè)計(jì)中，我采用的是無(wú)級(jí)變速與分級(jí)變速綜合的

25、分級(jí)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(guò)幾對(duì)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(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需的扭矩。 第五章 機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 車床的進(jìn)給系統(tǒng)由橫向和縱向運(yùn)動(dòng)組成，橫向進(jìn)給系統(tǒng)如圖所示: 圖5.1 設(shè)計(jì)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(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減小運(yùn)動(dòng)件的慣性。摩擦阻力主要來(lái)自絲杠和導(dǎo)軌，因此，絲杠的導(dǎo)軌的滾動(dòng)化是減小摩擦的重要措施之一。 5.1 傳動(dòng)方式的選擇 絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)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(dòng)扭矩要求。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)，螺母間隙過(guò)大則更換螺母。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低，但難以滿足精度較高的零件加工。因此，滑動(dòng)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(dòng)效率可在90%以上；精度高，壽命長(zhǎng)；啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近，可以降低電機(jī)啟動(dòng)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(lái)的滑動(dòng)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(dòng)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(jì)的機(jī)床在工藝條件允許時(shí)常常把螺母座或支承座與機(jī)床本體做成整體來(lái)增大剛度。 為了提高支承的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承也是十分重要的。國(guó)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(jiǎn)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(jì)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(lái)的傳動(dòng)誤差，我們多將電機(jī)與絲杠副通過(guò)聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實(shí)際情況來(lái)定。一般對(duì)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(lái)傳動(dòng)；對(duì)于大型車床如CA6140，由于絲杠較長(zhǎng)，直徑較大，除了要考慮傳動(dòng)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(guò)幾級(jí)減速來(lái)傳動(dòng)。無(wú)論是采用齒輪還是同步帶論來(lái)傳動(dòng)，其傳動(dòng)間隙的消除是比較關(guān)鍵的。齒輪傳動(dòng)中常用的方法有錯(cuò)齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動(dòng)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(dòng)過(guò)程的工作原理如下：

29、 步進(jìn)電機(jī)發(fā)生一個(gè)脈沖 → 轉(zhuǎn)過(guò)α角度為1.5°→（如果通過(guò)聯(lián)軸器則為1：1） → 絲杠轉(zhuǎn)過(guò)1.5°→ 橫托板脈沖當(dāng)量0.005mm， 即絲杠轉(zhuǎn)過(guò)β角，拖板移動(dòng)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(dòng)不能同步，必須通過(guò)一對(duì)齒輪傳動(dòng)，使兩者都轉(zhuǎn)角一致，其傳動(dòng)比為 i=1.5/0.45=3.3333 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)1.5°，則通過(guò)一對(duì)齒輪傳動(dòng)使絲杠轉(zhuǎn)過(guò)0.45°，拖板前進(jìn)0.005mm，因而這對(duì)齒輪是降速運(yùn)動(dòng)。選擇Z1=21,Z2=70,m=1.5 選擇一級(jí)傳動(dòng)。

30、 5.4 齒輪傳動(dòng)的消除間隙 采用齒輪傳動(dòng)時(shí)，齒側(cè)間隙會(huì)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(duì)于直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，常用的方法有雙片齒輪錯(cuò)齒法，a．兩個(gè)完全相同的薄片齒輪套裝在一起與另一個(gè)寬齒輪嚙合。當(dāng)兩個(gè)薄片齒輪的齒完全對(duì)齊時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)齒輪在工作。正轉(zhuǎn)時(shí)，它們貼向?qū)掿X輪輪齒的一側(cè)；一旦反向，它們會(huì)一起走過(guò)一段側(cè)隙后貼向輪齒的另一側(cè)。設(shè)想：若將兩個(gè)薄片齒輪的輪齒錯(cuò)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(shí)一個(gè)齒輪起作用，反向時(shí)另一個(gè)齒輪起作用。則當(dāng)運(yùn)動(dòng)反向時(shí)，馬上會(huì)帶動(dòng)從動(dòng)輪工作

31、，每一個(gè)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(duì)傳動(dòng)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(cuò)齒法比較簡(jiǎn)單，但應(yīng)保證彈簧力產(chǎn)生的預(yù)緊扭矩M不應(yīng)過(guò)大或過(guò)小。如果M過(guò)小起不到消隙的作用，M過(guò)大會(huì)加大齒面的摩擦力而加劇磨損。 5.5 進(jìn)給系統(tǒng)的潤(rùn)滑 機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中，各運(yùn)動(dòng)件之間存在摩擦，必須采用一定的潤(rùn)滑及防護(hù)措施來(lái)減小其相對(duì)摩擦，從而提高機(jī)床的使用壽命。使用潤(rùn)滑劑可提高耐磨性及傳動(dòng)效率。潤(rùn)滑劑可分為潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂兩大類。潤(rùn)滑脂的特點(diǎn)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(jiǎn)單。但其摩擦阻力大，機(jī)械效率低；流動(dòng)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(rùn)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(rùn)滑，在齒輪和軸承處采用潤(rùn)滑脂來(lái)潤(rùn)滑。在滾珠絲杠副中，也只能采用潤(rùn)滑脂。 第六章 機(jī)床進(jìn)給部件的設(shè)計(jì)與選擇 6.1驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇. (一)縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算： 式中 ：指步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 、：指齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ：指滾珠絲

33、杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ：指工件及工作臺(tái)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(dòng)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(jì)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(gè)階段計(jì)算： （1）快速空載起動(dòng)力矩 在快速空載起動(dòng)階段，加速度所占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 以上式中 ：指空載起動(dòng)時(shí)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(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（）； ：指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)部件從停止起動(dòng)到最大快進(jìn)速度所需時(shí)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(tái)重量（N）； ：指導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，； ：指運(yùn)動(dòng)部件的總重量（N）； ：指齒輪降速比；按計(jì)算； ：指?jìng)鲃?dòng)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(shí)的傳動(dòng)效率，一般取。 將以前計(jì)算所得數(shù)據(jù)代入： （） （） （） 則 （） （2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 （） （3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 （） 從上面計(jì)算可以看出，、和三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需

36、力矩最大，以此項(xiàng)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(shí)，，則（N）。 表6—步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)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(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)動(dòng)矩頻特性。 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)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(dòng)頻率為2800運(yùn)行頻率為8000，再?gòu)膱D5查出150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)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(dòng)時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（800.77），直接使用則會(huì)出現(xiàn)失步，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），半起動(dòng)頻率降到1000，起動(dòng)力矩可提高到588.4，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，還可以將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，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(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算和選型與縱向進(jìn)給

38、步進(jìn)電機(jī)計(jì)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(dòng)導(dǎo)軌 (1)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 滾動(dòng)導(dǎo)軌作為滾動(dòng)摩擦副的一類，具有以下特點(diǎn)：①摩擦因數(shù)小(0.003~0.005)，運(yùn)動(dòng)靈活；②動(dòng)、靜摩擦因數(shù)基本相同，因而起動(dòng)阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；③可以預(yù)緊，剛度高；④壽命長(zhǎng)；⑤精度高；⑥潤(rùn)滑方便，可以采用脂潤(rùn)滑，一次填裝，長(zhǎng)期使用；⑦由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購(gòu)選用。因此滾動(dòng)導(dǎo)軌副被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測(cè)量機(jī)和測(cè)量?jī)x器上。滾動(dòng)導(dǎo)軌副的主要缺點(diǎn)是抗沖擊載荷的能力較差，且滾動(dòng)導(dǎo)軌副對(duì)灰塵屑末等較敏感，應(yīng)有良

39、好的防護(hù)罩。 滾動(dòng)導(dǎo)軌有多種形式，目前數(shù)控機(jī)床常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌的外形和結(jié)構(gòu) 直線滾動(dòng)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(duì)移動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體在導(dǎo)軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過(guò)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(dòng)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(dòng)變成滾動(dòng)體的滾動(dòng)。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(rùn)滑油杯。最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動(dòng)潤(rùn)滑的滾動(dòng)導(dǎo)軌，使用時(shí)無(wú)須再配潤(rùn)滑裝置。 (2)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的安裝 直線滾動(dòng)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(zhǎng)，以適應(yīng)各種行程和用途的需要。采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，可以簡(jiǎn)化機(jī)床導(dǎo)軌部分的設(shè)計(jì)、制造和裝配工作。滾動(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌對(duì)誤差有均化作用，安裝基面的誤差不會(huì)完全反映到滑座的運(yùn)動(dòng)上來(lái)；通?；倪\(yùn)動(dòng)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(tái)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(duì)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(jì)

41、手冊(cè)》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(tái)置于滑塊座的平面上，并對(duì)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(tái)的側(cè)基面。 3)按對(duì)角線順序擰緊基準(zhǔn)側(cè)和非基準(zhǔn)側(cè)滑塊座上各個(gè)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(wú)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(tái)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(jì)計(jì)算 （一）計(jì)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(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15； ：指滑動(dòng)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(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q 考慮滾珠絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中沖擊擾動(dòng)對(duì)壽命的影響，則最大動(dòng)負(fù)載Q的計(jì)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(shí)間（h）,對(duì)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(dòng)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(wú)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(cè)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(dòng)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(shí)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(dòng)負(fù)載為23400N，符合Q

44、 C的條件。精度等級(jí)按表 2，選為1級(jí)。 Vmm 表 6—滾珠絲杠行程公差 項(xiàng)目 符號(hào) 有效行程（mm） 精度等級(jí) 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(dòng)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(dòng)量 V 6 8 12 16 23 2弧度內(nèi)行程變動(dòng)量 V 4 5 6 7 8 （四）、傳動(dòng)效率計(jì)算 式中 ：指螺旋升角，=255 ：指摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)其摩擦角，約等于。 則 （五）、剛度驗(yàn)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(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)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(duì)鋼來(lái)說(shuō)是等于這個(gè)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(zhǎng)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(shí)的推力球軸承則 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中表6-2-82，采用51109型推力球軸承，其d=45mm, 滾動(dòng)體直徑D=3.969 mm, 滾動(dòng)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(huì)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(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)形式來(lái)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(dòng)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(wú)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(jì)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(dòng)刀架 因?yàn)樵O(shè)計(jì)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(jì)高度大大超過(guò)60mm，故選用LD4-6132刀架型號(hào)，因刀架為外購(gòu)件，其尺寸已成定值，故選用四方刀架。即LD4-6132。該刀架可以?shī)A持4把刀，采用鼠牙盤為分度定位，利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)位。 第七章 普車數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估 7.1 改造所

50、需的費(fèi)用 因?yàn)楸敬胃脑焓遣捎?，自己?gòu)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(xiàng)所需費(fèi)用， 詳見表8-1 編碼 配件名稱 實(shí)物圖片 價(jià)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(dòng)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(tái)CA6150只需要不到3萬(wàn)元的費(fèi)用，而購(gòu)買一臺(tái)新的CA6150則需要11萬(wàn)多，由此比較，我們可以知道改造一臺(tái)比新買一臺(tái)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(diǎn)。 (1) 減少投資額、交貨期短 同購(gòu)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(gòu)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(dòng)交換裝置的制作與安裝過(guò)于費(fèi)工、費(fèi)錢，往往改造成本提高2～3倍，與購(gòu)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(jiān)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(lái)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(gòu)買新設(shè)備時(shí)，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(jì)算出機(jī)床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短，見效快。改造的機(jī)床一安裝好，就可以實(shí)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(gòu)入新設(shè)備時(shí)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(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)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(tái)舊的車床要比新買一臺(tái)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(gè)經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估，如果改造所需費(fèi)用高于新購(gòu)買一臺(tái)，那么我么則無(wú)需花大量時(shí)間精力去改造，可以直接從廠家購(gòu)買，這樣會(huì)更加省事。當(dāng)然有些情況則是改造要有優(yōu)勢(shì)，比如廠家有若干臺(tái)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。總之，普通車床數(shù)控化改造有很多優(yōu)勢(shì)，但也要根據(jù)情況而定！ 總 結(jié) 本次設(shè)計(jì)于2010年12月24日開始，經(jīng)過(guò)3個(gè)

54、月的努力，于2011年3月10日完成，經(jīng)過(guò)20天的時(shí)間完成了CA6150車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)。本課題的主要任務(wù)是完成對(duì)普通車床的數(shù)控化改造，當(dāng)然，數(shù)控化改造并不是簡(jiǎn)單的裝上數(shù)控裝置就行了，它是一項(xiàng)繁瑣的工作。我們的設(shè)計(jì)和改造任務(wù)主要包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的改造設(shè)計(jì)，通過(guò)改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。 應(yīng)該來(lái)說(shuō)，對(duì)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(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3％。用普通機(jī)床加工出來(lái)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(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、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(jì)過(guò)程中，我們也學(xué)到了很多東西，我們通過(guò)查閱大量的資料，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，這樣既溫故了我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，又培養(yǎng)了我們一種獨(dú)立思考問題、解決問題的能力，對(duì)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(cè)[M] .上海：上海科學(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(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1992.7. [4] 王

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