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浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 課題名稱 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級(jí) 機(jī)電 0603 姓 名 郭志偉 學(xué) 號(hào) 06121331 指導(dǎo)教師 王文琛 2009 年 4 月 30 日 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 2 摘要 普通車床 CA6140 的數(shù)控化改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下 然后再對(duì)普通車床進(jìn) 行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械改造 改造的內(nèi)容主要包括 1 機(jī)床導(dǎo)軌部分的改進(jìn) 對(duì)數(shù)控車床來(lái)說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通 車床導(dǎo)向精度和工藝 性外 還要有良好的耐摩擦 磨損 特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時(shí)要有足夠的剛度 以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑 又因 為貼塑比較實(shí)惠 效果 優(yōu) 良 為此 本設(shè)計(jì)采用貼塑 2 機(jī)床進(jìn)給部分的改造 機(jī)床的進(jìn)給部分在加工精度方面起到?jīng)Q定性的作用 原來(lái)的 進(jìn)給主要是由滾動(dòng)絲杠帶動(dòng)的 但因其功率損失過大 靈敏性不好 所以在數(shù)控化改造過程中必須改成滾珠絲杠 因?yàn)闈L珠絲杠 能大部分彌補(bǔ)滾動(dòng)絲杠所帶來(lái)的不足 3 在電機(jī)與絲杠傳動(dòng)增加齒輪減速箱 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值 為了實(shí)現(xiàn) 多脈沖當(dāng)量的任意選擇 我 們可 在電機(jī)與滾珠絲杠間加一個(gè)減速機(jī)構(gòu) 為了保證傳動(dòng)精度 數(shù)控機(jī)床上需要使用的精度等級(jí)較 高的齒輪 在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無(wú)間隙傳動(dòng) 因而改造時(shí) 機(jī)床主要 齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求 以保證機(jī)床加工精度 關(guān)鍵字 普通車床 數(shù)控改造 導(dǎo)軌 進(jìn)給 絲杠 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 目錄 摘要 2 緒論 4 數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇 6 2 1 數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇 6 機(jī)械部分改造 7 3 1 主軸箱 7 3 2 機(jī)床導(dǎo)軌 7 3 3 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 7 滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)與選擇 9 4 1 縱向滾珠絲桿副的選擇與校核 9 齒輪減速箱的設(shè)計(jì) 14 5 1 齒輪減速箱箱體設(shè)計(jì) 14 5 2 軸承的選擇 19 5 3 絲杠軸承的選擇與校核 20 結(jié)束語(yǔ) 24 參考文獻(xiàn) 25 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 4 1 緒論 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比 增加了功能 提高了性能 簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) 較好地解決形狀 復(fù)雜 精密 小批量及形狀多變零件的加工問題 能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn) 率 其應(yīng)用越來(lái)越廣泛 但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制 1 數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂 貴 一次性投資巨大 中小企業(yè)常是心有力而力不足 2 目前 各企業(yè)都有大量的 普通機(jī)床 完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能 而且替代下的機(jī)床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪 費(fèi) 3 在國(guó)內(nèi) 訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng) 往往不能滿足生產(chǎn)急需 要較好的解決上述問題 應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路 普通機(jī)床的改造就是在普通 機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置 使其具有一定的自動(dòng)化能力 以實(shí)現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo) 這一工作早在 20 世紀(jì) 60 年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展 并有專門企業(yè)經(jīng)營(yíng)這門業(yè)務(wù) 目 前 國(guó)外已發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)部門 從美國(guó) 日本等工業(yè)化國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)看 機(jī)床 的數(shù)控化改造也必不可少 如日本的大企業(yè)中有 26 的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控化改造 中小企業(yè) 則達(dá) 74 在美國(guó)有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù) 中國(guó)是擁有 300 多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家 其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床 自動(dòng)化程度低 要想 在近幾年用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床 不論是資金還是中國(guó)機(jī)床制造廠的能力都 是辦不到的 因此 普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為 它適合中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平 生產(chǎn) 水平和教育水平 已成為中國(guó)設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一 機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 1 改造閑置設(shè)備 能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新 增功能 提高了機(jī)床的使用價(jià)值 可以提高固定資產(chǎn)的使用效率 2 適應(yīng)多品種 小批量零件生產(chǎn) 3 自動(dòng)化程度提高 專業(yè)性強(qiáng) 加工精度高 生產(chǎn)效率高 4 降低對(duì)工人的操作水平的要求 5 數(shù)控改造費(fèi)用低 經(jīng)濟(jì)性好 6 數(shù)控改 造的周期短 可滿足生產(chǎn)急需 因此 我們必須走數(shù)控改造之路 普通車床 如 C616 C618 CA6140 等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床 普通 機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái) 通過進(jìn)給箱變速 后 由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱 縱溜箱 橫溜板移動(dòng) 進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好 改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作 刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng) 切削次 序也由人工控制 對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造 主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的 能獨(dú) 立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架 這樣 利用數(shù)控裝置 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工 由于加工過程中的切削參數(shù) 切削 次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換 再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能 數(shù)控改 裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件 并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削 從而 提高了生產(chǎn)效率和加工精度 也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 6 2 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式的選取 2 1 數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式的的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型 改造時(shí) 應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇 1 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng) 系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī) 功率步進(jìn)電機(jī) 電液脈沖馬達(dá)等 由數(shù)控 系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖 經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后 使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 通過齒 輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件 只要控制指令脈沖的數(shù)量 頻率以及通電順序 便 可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量 速度和運(yùn)動(dòng)方向 這種系統(tǒng)不需要將所測(cè)得的實(shí)際位 置和速度反饋到輸入端 故稱該之為開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電 機(jī)的角位移精度 齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度 所以系統(tǒng)的位移精度較低 該系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 調(diào)試維修方便 工作可靠 成本低 易改裝成功 2 異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng) 光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是 由光柵 感應(yīng)同步器等位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位 置反饋信號(hào) 隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較 將兩者的差值放大和變換 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 以 給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng) 直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零 為止 閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜 成本也高 對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán) 設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難 但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度 更快的速度 驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo) 可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求 決定是否采用這種系統(tǒng) 3 交 直流伺服電機(jī)拖動(dòng) 編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測(cè)元件安裝在中間傳動(dòng)件上 間接測(cè)量執(zhí)行部件的位置 它只能補(bǔ) 償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差 因此 它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低 但是它的結(jié) 構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單 在將角位移檢測(cè)元件與速度檢測(cè)元件和伺服電機(jī)作成一 個(gè)整體時(shí)則無(wú)需考慮位置檢測(cè)裝置的安裝問題 當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多 國(guó)外著名公司的如德國(guó) SIEMENS 公司 日本 FANUC 公司 國(guó)內(nèi)公司如中國(guó)珠峰公司 北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司選擇數(shù) 控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要 求 本設(shè)計(jì)選用上海通用數(shù)控公司 KT400 T 經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng) 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 3 機(jī)械部分的改造 為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能 保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度 微機(jī)進(jìn)給無(wú)爬行 使用壽命長(zhǎng) 外型美觀 機(jī)械部分作了如下改動(dòng) 3 1 主軸箱 對(duì)于數(shù)控化改造來(lái)說 經(jīng)濟(jì)性很重要 因此能不動(dòng)的地方盡量避免 為此主軸箱不 予改動(dòng) 3 2 機(jī)床導(dǎo)軌 對(duì)數(shù)控車床來(lái)說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外 還要有良好的耐 摩擦 磨損特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時(shí)要有足夠的剛度 以減少導(dǎo)軌變 形對(duì)加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤(rùn)滑 增加耐磨性的方法有 1 增加導(dǎo)軌 的表面強(qiáng)度如 淬火 2 貼塑以降低摩擦系數(shù) 因?yàn)橘N塑操作方便 不需要很復(fù)雜的操作 也不需要將導(dǎo)軌拿下 而且價(jià)格便宜 也能達(dá)到我們預(yù)先設(shè)想的效果 所以使用貼塑的方法對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌改裝 貼塑的方法 準(zhǔn)備 粘貼場(chǎng)地需要 清潔無(wú)塵 環(huán)境溫度 10 度以上 40 度以下為宜 相對(duì)濕度 75 軟帶采用單面萘鈉處理 深褐色一面為粘貼面 藍(lán)綠色為工作面 裁剪 軟帶裁剪尺寸可案金屬導(dǎo)軌粘貼面的實(shí)際尺寸適當(dāng)放寬一些余量 配膠 專用膠必須隨配隨用 粘貼 軟帶剛粘在金屬導(dǎo)軌時(shí)需要前后挪動(dòng)下 使其全面接觸 固化 固化在室溫下進(jìn)行 固化時(shí)間為 24 小時(shí) 固化壓力為 0 1mpa 左右 加壓 必須均勻 加工 固化后先將工作臺(tái)沿導(dǎo)軌方向推行 然后翻轉(zhuǎn) 清除余膠切去軟帶的工藝 余量并倒角 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 8 3 3 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 數(shù)控車床是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀架進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 相比傳統(tǒng)的 普通車床有進(jìn)給箱和交換齒輪 結(jié)構(gòu)上大大的簡(jiǎn)化了 傳動(dòng)總體方案的確定 縱向 橫向 微機(jī) 光電隔 離 光電隔離 電機(jī) 電機(jī) 橫向進(jìn)給 縱向進(jìn)給 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 4 滾珠絲桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算及選擇 4 1 滾珠絲杠副的計(jì)算及選擇 滾珠絲杠副的特點(diǎn) 滾珠絲杠副具有與滾動(dòng)軸承相似的特征 與滑動(dòng)絲杠副或液壓缸傳動(dòng)相比 有以 下主要特點(diǎn) 1 傳動(dòng)效率高 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好 可預(yù)緊 2 傳動(dòng)可逆性 與滑動(dòng)絲杠副相比 滾動(dòng)絲杠副突出的特點(diǎn)是具有運(yùn)動(dòng)的可逆性 正逆?zhèn)鲃?dòng)的效率幾乎可高達(dá) 98 滾珠絲杠副具有運(yùn)動(dòng)的可逆性 但是沒有象 滑動(dòng)絲杠副那樣運(yùn)動(dòng)具有自鎖性 因此 在某些機(jī)構(gòu)中 特別是垂直升降機(jī)構(gòu) 中使用滾珠絲杠副時(shí) 必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置 3 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動(dòng)效率高 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 可 預(yù)緊等特點(diǎn) 所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小 無(wú)爬行 并可消除軸向 間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹 能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位 精度 4 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)驅(qū)動(dòng)相同的部件和裝置時(shí) 由于反應(yīng) 靈敏 無(wú)阻滯 無(wú)滑移 其啟動(dòng)的同時(shí)性 運(yùn)行中的速度和位移等 都具有準(zhǔn) 確的一致性 這就是所謂同步性好 縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核 1 最大工作載荷計(jì)算 滾珠絲杠上的工作載荷 Fm N 是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)滾珠絲杠所承受 的軸向力 也叫做進(jìn)給牽引力 它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動(dòng)體重力和作用在 導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力 由于原普通 CA6140 車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌 則用公式 3 2 計(jì)算工作載荷的 大小 3 2 GFvfKlm CA6140 普通車床數(shù)控化改造 10 1 車削抗力分析 車削外圓時(shí)的切削抗力有 Fx Fy Fz 主切削力 Fz 與切削速度方向一致 垂直向 下 是計(jì)算車床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù) 且深抗力 Fy 與縱向進(jìn)給方向垂直 影 響加工精度或已加工表面質(zhì)量 進(jìn)給抗力 Fx 與進(jìn)給方向平行且相反指向 設(shè)計(jì)或校核 進(jìn)給系統(tǒng)是要用它 縱切外圓時(shí) 車床的主切削力 Fz 可以用下式計(jì)算 3 3 FzFzXynzpCf 5360 N 由 知 Fz Fx Fy 1 0 25 0 4 3 4 得 Fx 1340 N Fy 2144 N 因?yàn)檐嚨堆b夾在拖板上的刀架內(nèi) 車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌 上 車削作業(yè)時(shí)作用在進(jìn)給拖板上的載荷 Fl Fv 和 Fc 與車刀所受到的車削抗力有對(duì) 應(yīng)關(guān)系 因此 作用在進(jìn)給拖板上的載荷可以按下式求出 拖板上的進(jìn)給方向載荷 Fl Fx 1340 N 拖板上的垂直方向載荷 Fv Fz 5360 N 拖板上的橫向載荷 Fc Fy 2144 N 因此 最大工作載荷 GFvfKlm 1 15 1340 0 04 5360 90 9 8 1790 68 N 對(duì)于三角形導(dǎo)軌 K 1 15 f 0 03 0 05 選 f 0 04 因?yàn)槭琴N塑導(dǎo)軌 G 是縱向 橫向溜板箱和刀架的重量 選縱向 橫向溜板箱的重量為 75kg 刀架重量為 15kg 2 最大動(dòng)載荷 C 的計(jì)算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動(dòng)載荷 Ca 選用 可用式 3 5 計(jì)算 C 3 5 fmFL3 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 L 為工作壽命 單位為 10 r L 60nt 10 n 為絲杠轉(zhuǎn)速 r min n v 為66 Lv10 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 L0 為絲杠的基 本導(dǎo)程 查資料得 L 12mm fm 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 因?yàn)榇藭r(shí)是有沖擊振動(dòng) 所以取 fm 1 5 V 縱向 1 59mm r 1400r min 2226mm min n 縱向 v 縱向 1 2 L 2226 1 2 12 92 75r min L 60nt 10 60 92 75 15000 10 83 5 6 6 則 C 1 5 1790 68 11740 N fmFL335 8 初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格 相應(yīng)的額定動(dòng)載荷 Ca 不得小于最大動(dòng)載荷 C 因此有 Ca C 11740N 另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載 那么還需考慮其另 一種失效形式 滾珠接觸面上的塑性變形 即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 Coa 是否充 分地超過了滾珠絲杠的工作載荷 Fm 一般使 Coa Fm 2 3 初選滾珠絲杠為 外循環(huán) 因?yàn)閮?nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴 并且較難安裝 考慮到 簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)改裝 所以采用外循環(huán) 因此初選滾珠絲杠的型號(hào)為 CD63 8 3 5 E 型 主要參數(shù)為 Dw 4 763mm L 8mm dm 63mm 2 19 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 3 縱向滾珠絲杠的校核 1 傳動(dòng)效率計(jì)算 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 tg tg tg 2 19 tg 2 19 10 92 3 6 2 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化 從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形 絲杠與螺母之間滾道的接觸變形 絲杠 的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 1 絲杠的拉壓變形量 1 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 12 1 FmL EA 3 7 1790 68 2280 20 6 10 31 5 0 0064mm 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 采用有預(yù)緊的方式 因此用公式 2 0 0013 3 8 32 DwFyjZm 3 26 1458 7906 401 0 0028mm 在這里 1 3Fm 1 3 1790 68 597NyjF Z dm Dw 3 14 63 4 763 41 53 Z 41 53 3 5 1 145 36 絲杠的總變形量 1 2 0 0064 0 0028 0 0092mm 4 所以絲杠很穩(wěn)定 因橫向滾珠絲桿副的選擇與縱向滾珠絲桿副的選擇相同 所以本設(shè)計(jì)不做重復(fù)演算 選出縱向滾珠絲桿副的型號(hào)為 CD50 6 3 5 E 其基本參數(shù)為 Dw 3 969mm 2 11 L 6mm dm 50mm 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 選橫向滾珠絲杠型號(hào)為 CD50 6 3 5 E 其基本參數(shù)為 Dw 3 969mm 2 11 L 6mm dm 50mm 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 14 5 齒輪減速箱的設(shè)計(jì) 5 1 減速器箱體的設(shè)計(jì) 一般機(jī)床數(shù)控改造后 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值 為了實(shí)現(xiàn) 多脈沖當(dāng)量的任意選擇 我們可在電機(jī)與滾珠絲杠間加一個(gè)減速機(jī)構(gòu) 下面即是對(duì)減 速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程 由資料中可知縱向和橫向的脈沖當(dāng)量分別為 縱向 0 01 0 008 0 005 橫向 0 005 0 004 0 0025 為減少減速機(jī)構(gòu)的體積設(shè)定中心距 A z1 z2 m 2 67 5 其中 m 1 5 z1 z2 90 齒 則以橫向脈沖計(jì)算為例 i z1 z2 45 45 時(shí) 則脈沖當(dāng)量為 0 005mm i z1 z2 40 50 時(shí) 則脈沖當(dāng)量為 0 004mm i z1 z2 30 60 時(shí) 則脈沖當(dāng)量為 0 0025mm 因此縱向與橫向的減速機(jī)構(gòu)可以相同 為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣 演算過程是取縱向輸入軸 5 1 1 軸的計(jì)算 縱向輸入軸 由公式 d A 3 10 3 5 T3np 可初選軸的直徑 由于 T 5N m 由于采用的是 45 號(hào)鋼 正火硬度 為 170 217HBS 扭曲疲勞極限 1 124 軸材料的許用切應(yīng)力為 45MPa 則對(duì)于縱向輸入軸 d 輸入 3 3 5 T 11 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 3450 8 2mm 在這里 d 為軸的直徑 mm T 為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 N mm 為軸材料的許用切 應(yīng)力 MPa 則縱向輸入軸軸徑取 18mm 輸出軸軸徑取 25mm 綜上可知 縱向與橫向可用一種減速機(jī)構(gòu) 軸材料為 45 號(hào)鋼 精度 5 級(jí) 5 1 2 減速器箱體尺寸 a 67 5mm 下箱體壁厚 0 025a 3 8 則 8 上箱蓋壁厚 0 03a 3 8 則 81 1 地角螺釘數(shù)目 n 由于 a 250mm n 4 地角螺釘直徑 df 0 036a 12 取 df M8 齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離 2 8mm 5 1 3 減速齒輪 第一對(duì)齒 n45 與 n45 嚙合 計(jì)算公式為 1 6d1D 0 5 D2 D1 0 L 1 2 1 5 d 一般取 l b C 0 2b 但是不小于 10 R 0 5l N 0 5mn mn 為模數(shù) 2 5 4 mn 但是不小于 8mm CA6140 普通車床數(shù)控化改造 16 圖 3 1 齒輪結(jié)構(gòu)圖 因此輸入軸齒輪 d 18mm 1 6d 28 8mm1D 67 5 3 7 5 57mm2 0 5 57 28 8 42 9mm0 3 75mm da 67 5mm d 0 25 57 28 8 7 05mm 1 2d 21 6mml c 0 2 21 6 4 32mm r 0 5 2 16mml n 0 5 1 5 0 75 為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因 D1 28 8 d 18 的原因會(huì)導(dǎo)致齒輪的剛度 下降 采用圖 3 2 形狀 以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖 B 結(jié)構(gòu) 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 3 2 齒輪結(jié)構(gòu)圖 則由上列數(shù)據(jù)可知 21 6mml da 67 5mm d 18mm ha mn 1 5mm hf 1 2mn 1 8mm 輸出軸用圖 3 2 結(jié)構(gòu) 則由公式得 d 25mm 1 6d 40mm1D 0 5 57 40 48 5mm0 2 5 1 5 3 75mm da 67 5mm d 0 25 57 40 4 25mm 1 2 25 30mml c 0 2b 30 10mm r 0 5c 5mm n 0 5 1 5 0 75mm 第二對(duì)齒 n 40 與 n 50 嚙合 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 18 則輸出齒輪 d 25mm 1 5d 40mm1D da 2mn 2 75 2 1 5 2 3 75 64 52 m 0 5 D2 D1 0 5 64 5 40 52 250 2 5 4 2 5 1 5 3 75 mn da Z 1 5 50 75 1 2 d 1 2 25 30l r 0 5c 5 c 0 2b 10 不小于 10 l n 0 5 1 5 0 75 輸入齒輪 d 18m ha 1 5 hf 1 8 1 2d 21 6l da 2 1 5 40 60mn 第三對(duì)齒 n 30 與 n 60 嚙合時(shí) 輸出齒輪 d 25 D1 1 6d 40 Da Z 60 1 5 90n D2 Da 1 5 2 2 90 3 7 5 79 5 m 2 5 1 5 3 75 D 0 5 D2 D1 0 5 40 79 5 59 75 d 0 25 D2 D1 79 5 40 0 25 9 875 1 2d 1 2 25 30l 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 c 0 2b 0 2 30 10 不小于 10 r 0 5c 5 n 0 5mn 0 5 1 5 0 75 輸入齒輪 d 18m ha 1 5 hf 1 8 1 2d 21 6l da Z 1 5 30 45mn m 齒輪精度按 GB10095 88 6 級(jí)精度 其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效 率和低噪音 傳動(dòng)效率為 99 減速器簡(jiǎn)圖 圖 3 3 減速器簡(jiǎn)圖 5 2 軸承的選擇 5 2 1 選型 深溝球軸承 GB276 82 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 20 圖 3 4 深溝球軸承 1 減速器輸入端的軸承選擇 d 18mm 則其型號(hào)為 深溝球軸 承型號(hào) d D B 額定動(dòng) 負(fù)荷 C 額定靜 負(fù)荷 C 極限轉(zhuǎn)速 脂潤(rùn)滑 1000803 18 26 5 1700N 1050N 19000r min 2 減速器輸出端的軸承選擇 d 25mm 則其型號(hào)為 深溝球軸 承型號(hào) d D B 額定動(dòng) 負(fù)荷 C 額定靜 負(fù)荷 C 極限轉(zhuǎn)速 脂潤(rùn)滑 1000805 25 37 7 2900N 2000N 15000r min 5 2 2 校核 由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過 60 度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷 Fa 很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小 軸承合乎要求 5 3 絲軸承的選型與校核 5 3 1 滾珠絲杠用軸承的選型 選用型號(hào) 7602025TVP 的 60 推力角接觸軸承 軸徑 d 25mm 外徑 d 52mm 寬度 B 15mm 球徑 Dw 6 35mm 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 球數(shù) Z 16 動(dòng)載荷 Ca 22000N 靜載荷 Coa 44000N 預(yù)加載荷 500N 極限轉(zhuǎn)速 2600r min 5 3 2 校核 大部分滾動(dòng)軸承是由于疲勞點(diǎn)蝕而失效的 軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴(kuò)展 跡象前院運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命 指的是兩個(gè)套圈間 的相對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)或相對(duì)轉(zhuǎn)速 當(dāng)量載荷對(duì)軸承壽命影響頗大 1 當(dāng)量載荷 滾動(dòng)軸承若同時(shí)承受徑向和軸向聯(lián)合載荷 為了計(jì)算軸承壽命時(shí)在相同條件下比 較 需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載荷 在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下 軸承壽命與實(shí)際聯(lián) 合載荷下軸承的壽命相同 當(dāng)量動(dòng)載荷 P 的計(jì)算公式是 P 3 14 raFyf 表 3 2 軸承滾動(dòng)當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算的 X Y 值 單向軸承 雙列軸承 Fa Fr e Fa Fr e Fa Fr e Fa Fr e 軸承類型 Fa Cor e X Y X Y X Y X Y 0 015 0 38 1 47 1 65 2 39 0 029 0 4 1 40 1 57 2 28 0 058 0 43 1 30 1 46 2 11 0 087 0 46 1 23 1 38 2 0 12 0 47 1 19 1 34 1 93 0 17 0 50 1 12 1 26 1 82 0 29 0 55 1 02 1 14 1 66 0 44 0 56 1 00 1 12 1 63 角 接 觸 球 軸 承 15 0 58 0 56 1 0 0 44 1 00 1 1 12 0 7 2 1 63 當(dāng)量動(dòng)載荷式中 Fr 為徑向載荷 N Fa 為軸向載荷 N X Y 分別為徑向動(dòng)載荷 系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù) 可由上表查出 上表中 e 是一個(gè)判斷系數(shù) 它是適用于各種 X Y 系數(shù)值的 Fa Fr 極限值 試驗(yàn)證 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 22 明 軸承 Fa Fr e 或 Fa Fr e 時(shí)其 X Y 值是不同的 單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng) Fa Fr e 時(shí) Y 0 P Fr 即軸向載荷對(duì)當(dāng)量動(dòng)載荷的影響可以不計(jì) 深溝球軸承和角接 觸球軸承的 e 值隨 Fa Cor 的增大而增大 Fa Cor 反映軸向載荷的相對(duì)大小 它通過接 觸角的變化而影響 e 值 0 的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力 當(dāng)量動(dòng)載荷 Pr Fr 而 90 的 推力軸承只能承受軸向力 其當(dāng)量動(dòng)載荷 Pa Fa 由于機(jī)械工作時(shí)常具有振動(dòng)和沖擊 為此 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算 P fd XFr Yfa 沖擊載荷系數(shù) fd 由表 3 3 選取 表 3 3 載荷性質(zhì) 機(jī)器舉例 fd 平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖 擊 電機(jī) 水泵 通風(fēng)機(jī) 汽輪機(jī) 1 0 1 2 中等沖擊 車輛 機(jī)床 起重機(jī) 冶金設(shè)備 內(nèi)燃 機(jī) 1 2 1 8 強(qiáng)大沖擊 破碎機(jī) 軋鋼機(jī) 振動(dòng)篩 工程機(jī)械 石油鉆機(jī) 1 8 3 0 由于軸承載荷與縱向載荷之比 0 25C 此軸承合乎要求 另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承 且載荷小于縱向 因此同理可驗(yàn)證其是 合理的 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 24 結(jié)束語(yǔ) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)總計(jì)費(fèi)時(shí)一個(gè)多月 剛開始時(shí)不知從何下手 在老師的指導(dǎo)下到圖 書館查閱相關(guān)資料 有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次 有參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料 終于知道 了該怎么做 接下來(lái)選出一系列有價(jià)值的資料 向老師請(qǐng)教 終于完成了設(shè)計(jì) 在做設(shè)計(jì)的過程中 不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識(shí)點(diǎn) 還學(xué)到了新的知識(shí) 同時(shí)將所 學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來(lái) 做到了學(xué)以致用 還學(xué)會(huì)了查資料 當(dāng)然 在此過程中也有許多不足之處 例如 知識(shí)的不全面 所學(xué)的還沒有全部 掌握 思維的狹隘等 讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課 同時(shí)十分感謝王文深老師 是他多次犧牲假期時(shí)間為我們做畢業(yè)論文指導(dǎo) 使得 我的論文可以答辯 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 參考文獻(xiàn) 1 吳振彪主編 機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) 中國(guó)人民大學(xué)社 2000 2 余英良主編 機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 3 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫組編 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第一 三 四冊(cè) 械工業(yè)出版社 1998 4 明興祖主編 數(shù)控加工技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2001 5 胡占齊 楊莉主編 機(jī)床數(shù)控技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 6 王先逵主編 機(jī)械制造工藝學(xué) 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 7 邱宣懷主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2002 8 黃調(diào) 趙松年主編 機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 1999