3265 普通CA6140車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造

3265 普通CA6140車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造,普通,ca6140,車床,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控,改造 1徐 州 工 程 學(xué) 院?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)姓 名: 學(xué) 號(hào):2004系 部: 機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè): 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用及維護(hù)設(shè)計(jì)題目: 普通 CA6140 車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造指導(dǎo)老師：韓翔 職 稱：講師2007 年 6 月2徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書系部: 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí): 04 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用及維護(hù)學(xué)生姓名: 任務(wù)下達(dá)日期:2007 年 4 月 13 日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期: 2007 年 4 月 13 日至 2007 年 6 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目:普通車床的數(shù)控改造畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求:(1)要求: 1) 設(shè)計(jì)說明書一份，20000 字，打印成冊(cè)。2) 利用畫圖，要求視圖完整。繪圖數(shù)量折合成零號(hào)圖紙不少于三張。(2)內(nèi)容:1） 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床有關(guān)文獻(xiàn)的研讀與綜述。2） 伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。3） 主軸交流伺服電機(jī)的選型與校核。4） 減速箱體的設(shè)計(jì)。5） 滾珠絲杠軸承的選型與校核。6） 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。7） 車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。8） 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題系主任簽字： 指導(dǎo)教師簽字：3徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師評(píng)閱書指導(dǎo)老師評(píng)語 ( ①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握; ②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力;③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法; ④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn); ⑤工作的態(tài)度及工作量; ⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績; ⑦存在問題; ⑧是否同意答辯等 ):成績: 指導(dǎo)老師簽字:年 月 日4徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱老師評(píng)語 ( ①選題的意義 ; ②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握; ③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力; ④工作量的大小; ⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn);⑥寫作的規(guī)范程度; ⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績 ; ⑧存在問題; ⑨是否同意答辯等):成績: 評(píng)閱老師簽字:年 月 日5徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱老師評(píng)語 ( ①選題的意義 ; ②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握; ③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力; ④工作量的大小; ⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn);⑥寫作的規(guī)范程度; ⑦總體評(píng)價(jià)及建議成績 ; ⑧存在問題; ⑨是否同意答辯等):成績: 評(píng)閱老師簽字:年 月 日6答 辯 情 況回 答 問 題提 出 問 題 正確 基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評(píng)語及建議成績:答辯委員會(huì)主任簽字:年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績:學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人:年 月 日7摘要普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控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) 床身的改造，為使改造后的機(jī)床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌。為此，本例中采用舊床身淬火并貼膜。(2) 拖板的改造，拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，所以對(duì)其改造尤顯重要。這中間最突出一點(diǎn)就是選用滾珠絲杠代替滾動(dòng)絲杠，提高了傳動(dòng)的靈敏性和降低功率步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。(3) 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對(duì)輸入和輸出軸以及減速齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而再對(duì)箱體進(jìn)行改造。(4) 刀架的改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復(fù)定位精度高，安全可靠。通過對(duì)機(jī)床的改造并根據(jù)要求選用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，這樣改造后的機(jī)床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。關(guān)鍵字：普通車床 數(shù)控改造 步進(jìn)電機(jī) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控刀架徐州目錄1.緒論…………………………………………………………………………‥ 12.設(shè)計(jì)要求‥………………………………………………………………… 32.1 總體方案設(shè)計(jì)要求……………………………………………………… 32.2 設(shè)計(jì)參數(shù)………………………………………………………………… 42.3.其它要求………………………………………………………………… 73.進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………… 83.1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)…………………………………………… 83.2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型………………………………… 83.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量………………………………………………………… 93.2.2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇雨校核步驟……………………… 93.2.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟………………………… 12 3.2.4 齒輪有關(guān)計(jì)算…………………………………………………………………… 133.2.4（1）縱向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算……………………………………………143.2.4 (2)橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算……………………………………… 154. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型……………………………………………… 204.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則………………………… ………………… 204.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折……………………………… ……………………… 215.主軸交流伺服電機(jī)…………………………… …………… ………………225.1 主軸的變速變速范圍…………………………………………………… 225.2 初選主軸電機(jī)的型號(hào)…………………………………………………… 225.3 主軸電機(jī)的校核………………………………………………………… 22 6.微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………… 236.1 控制系統(tǒng)的功能要求…………………………………………………… 236.2 硬件電路的組成……………………… ……… …………236.3 設(shè)計(jì)說明…………………………………………………… 237.車床改造的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)…………………………… ………………………27徐州7.1.滾珠絲桿…………………………………… ……………………………277.2 導(dǎo)軌副…………………………………………………………………… 277.3 安裝電動(dòng)卡盤…………………………………………………………… 277.4 脈沖發(fā)生器…………………………………………………………… … 27 8．安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問題……………………………………………… 288.1 滾珠絲杠螺母副的選擇………………………………………………… 288.2 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整………………………………………………… 288.3 聯(lián)軸器的安裝…………………………………………………………… 288.4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝……………………………………………… 28結(jié)論…………………………………………………………………………… 29參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………… 30第 1 頁 共 59 頁1普通 CA6140 車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造1 緒論1.1 課題背景1946 年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6 年后，即在 1952 年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬臺(tái)，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(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(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)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton 機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US 設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。1.2 機(jī)床改造的內(nèi)容及意義1.2.1 研究意義企業(yè)要在當(dāng)前市場(chǎng)需求多變，競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場(chǎng)需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好第 2 頁 共 59 頁2地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動(dòng)零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達(dá)到大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，而且費(fèi)用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01 至 0.02mm，已能滿足 CW6140 車床改造后加工零件的精度要求。1.2.2 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線(1)縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核。(2)縱向和橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇。(3)主軸交流伺服電機(jī)的選擇與校核。(4)其他元件的選擇。1.3 機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造主要解決的問題(1) 恢復(fù)原功能，對(duì)機(jī)床、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù)。(2) NC 化，在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成 NC 機(jī)床、CNC 機(jī)床。(3) 翻新，為提高精度、效率和自動(dòng)化程度，對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新，對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的 CNC 系統(tǒng)以最新 CNC 進(jìn)行更新。(4) 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。第 3 頁 共 59 頁32 數(shù)控系統(tǒng)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。2.1 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。2.2 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)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。2.3 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，國外著名公司的如德國 SIEMENS 公司、日本FANUC 公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。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,所以依據(jù)改造的具體要求選用上海通用數(shù)控公司 KT400-T 經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)和 KT300 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置.第 4 頁 共 59 頁43 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)給無爬行，使用壽命長、外型美觀，機(jī)械部分作了如下改動(dòng)。(1) 床身為了使改造后的機(jī)床有較高的開動(dòng)率和精度保持性，除盡可能地減少電器和機(jī)械故障的同時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床零件、部件的耐磨性，尤其是機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。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，降低摩擦系數(shù) μ 等。當(dāng)前國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的床身等大件多采用普通鑄鐵。而導(dǎo)軌則采用淬硬的合金鋼材料，其耐磨性比普通鑄鐵導(dǎo)軌高 5 至 10 倍。據(jù)此，在改造中利用舊床身，采用淬火制成導(dǎo)軌，貼塑用螺釘和粘劑固定在鑄鐵床身上。粘接前的導(dǎo)軌工作表面采用磨削加工，表面粗糙度 Ra0.8mm，以提高粘接強(qiáng)度。(2) 主軸變速箱選用數(shù)控系統(tǒng),主運(yùn)動(dòng)方式和傳統(tǒng)機(jī)床一樣都要求有十分寬廣的變速范圍（1～16）來保證加工時(shí)選擇合理的切速，從而獲得較高的生產(chǎn)率和表面質(zhì)量,所以要根據(jù)具體情況對(duì)主軸邊速箱進(jìn)行改造。(3) 拖板拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象，不論是點(diǎn)位控制還是連續(xù)控制，對(duì)被加工零件的最后坐標(biāo)精度將受拖板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。對(duì)于應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)作拖動(dòng)元件的開環(huán)系統(tǒng)尤其是這樣。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令僅使拖板運(yùn)動(dòng)而沒有位置檢測(cè)和信號(hào)反饋，故實(shí)際移動(dòng)值和系統(tǒng)指令值如果有差別就會(huì)造成加工誤差。因此，除了拖板及其配件精度要求較高外，還應(yīng)采取以下措施來滿足傳動(dòng)精度和靈敏度要求。①在傳動(dòng)裝置的布局上采用減速齒輪箱來提高傳動(dòng)扭矩和傳動(dòng)精度(分辨率為 0.01mm)。傳動(dòng)比計(jì)算公式為：（3-1）式中：α 為步進(jìn)電機(jī)的步距角(度)；p 為絲杠螺距，mm；δ 為脈沖當(dāng)量，即要求的分辨率，mm。②在齒輪傳動(dòng)中，為提高正、反傳動(dòng)精度必須盡可能的消除配對(duì)齒輪之間的傳動(dòng)間隙，其方法有兩種，柔性調(diào)整法和剛性調(diào)整法。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后的齒輪側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?，在齒輪的齒厚和齒距有差異的情況下，仍可始終保持無側(cè)隙嚙合。但將影響其傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低。剛性第 5 頁 共 59 頁5調(diào)整法是指調(diào)整之后齒輪側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整方法，它要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距誤差，否則傳動(dòng)的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動(dòng)有較好的傳動(dòng)剛度，而且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。在設(shè)備改造中應(yīng)用的配對(duì)齒輪側(cè)隙方法是剛性調(diào)整法。③采用滾珠絲杠代替原滑動(dòng)絲杠，提高傳動(dòng)靈敏性和降低功率、步進(jìn)電機(jī)力矩?fù)p失。 (4) 自動(dòng)換刀裝置為了滿足在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾完成多工序加工，可采用自動(dòng)刀架。自動(dòng)刀架不但可代替普通車床手動(dòng)刀架，還可用作數(shù)控機(jī)床微機(jī)控制元件。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。(5) 拖板箱采用數(shù)控系統(tǒng)控制。拆除原拖板箱，利用此位置安裝新拖板箱，新拖板箱除固定在滾珠絲杠的螺母上。掛輪箱、走刀箱拆除，在此兩個(gè)位置分別裝控制螺紋加工的主軸脈沖編碼器和拖板軸向伺服元件功率步進(jìn)電機(jī)及減速箱。使改造后的機(jī)床外型美觀、合理。改造后機(jī)床的啟動(dòng)、停機(jī)均由數(shù)控系統(tǒng)完成，故拆除原機(jī)床操縱桿，變向杠、立軸等杠桿零件。3.1 滾珠絲杠的選擇3.1.1 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 滾珠絲杠的傳動(dòng)效率可達(dá) 85%~98%，為滑動(dòng)絲杠副的 2~4 倍，由于滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高，對(duì)機(jī)械小型化，減少啟動(dòng)后的顫動(dòng)和滯后時(shí)間以及節(jié)約能源等方面，都具有重要意義。（2） 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠副在工作過程中摩擦阻力小，靈敏度高，而且摩擦系數(shù)幾乎與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，啟動(dòng)摩擦力矩與運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力矩的差別很小。所以滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)，低速時(shí)無爬行。（3） 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。（4） 可以預(yù)緊 通過對(duì)螺母施加預(yù)緊力能消除滾珠絲杠副的間隙，提高軸向接觸剛度，但摩擦力矩卻增加不大。（5） 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)，可以預(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。（6） 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，無阻滯，無滑移，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。第 6 頁 共 59 頁6（7） 使用壽命長 滾珠絲杠和螺母的材料均為合金鋼，螺紋滾道經(jīng)過熱處理，并jmaxM淬硬至 HRC58-62,經(jīng)磨削達(dá)到所需的精度和表面粗糙度。實(shí)踐證明，滾珠絲杠副的使用壽命比普通滑動(dòng)絲杠副高 5~6 倍。（8） 使用可靠，潤滑簡(jiǎn)單，維修方便 與液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠副在正常使用條件下故障率低，維修保養(yǎng)也極為方便；通常只需進(jìn)行一般的潤滑與防塵。在特殊使用場(chǎng)合，如核反應(yīng)堆中的滾珠絲杠副，可在無潤滑狀態(tài)下正常工作。3.1.2. 縱向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟(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-)('GFvfKlm??2）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-FzFzXynzpCf????3）=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)第 7 頁 共 59 頁7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)fmFL3L 為工作壽命，單位為 10 r,L=60nt/10 ;n 為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n= ;v 為最66 。Lv10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/minL=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,λ=2o19′，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 ?= tgλ/tg(λ+φ)= tg 2o19′/tg(2o19′+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，第 8 頁 共 59 頁8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 δ1δ1= FmL / EA (3-7)?= 1790.68 2280 / 20.6 10 π (31.5)2 ??= 0.0064mm2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 δ2采用有預(yù)緊的方式，因此用公式 δ2= 0.0013 (3-8)?32?DwFyjZm= 3 236.1458.7906.401.=0.0028mm在這里 =1/3Fm=1/3 1790.68=597NyjF?Z=π dm/Dw=3.14 63/4.763=41.53ZΣ=41.53 3.5 1=145.36絲杠的總變形量 δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm>4所以絲杠很穩(wěn)定。3.1.3．橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟(1)型號(hào)選擇1) 最大工作載荷計(jì)算由于導(dǎo)向?yàn)橘N塑導(dǎo)軌，則：k=1.4 f ′=0.05 ，F(xiàn)l 為工作臺(tái)進(jìn)給方向載荷，F(xiàn)l=2144N ， Fv=5360N ， Fc=1340N ，G=60kg ， t=15000h，最大工作載荷：F m=kFl+ f ′(Fv+2Fc+G)=1.4 2144+0.05(5360+2 1340+9.8 75)??=3452.6N2)最大動(dòng)負(fù)載的計(jì)算v 橫=1400r/min 0.79mm/r = 1106 mm/min?n 橫絲= v 橫 1/2 / L?？v=1106 1/2 / 5 =110.6r/min?L=60nt/10 =1106 110.6 15000 /10 =99.546 6C = fm Fm=99.54 1.5 3352.6=23283.8N3L?初選滾珠絲杠型號(hào)為:CD50×6-3.5-E?其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù) 列數(shù) 3.5 1?(2)橫向滾珠絲杠的校核1)傳動(dòng)效率 計(jì)算?η= tg λ/tg (λ+φ)=tg2°11′/tg(2°11′+10′)=93%2)剛度驗(yàn)算第 10 頁 共 59 頁101 絲杠的拉壓變形量δ1=±Fm L/EA = ±3352.6 320/20.6 10 π 252 =± 0.0026mm??4?2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2=0.0013 32?DwFyjZm=0.0013?3 248.136.59.?= 0.0099mm在這里 Fyj= = =1118N3Fm.2Z=dm/Dw=3.14 50/3.969=39.56?ZΣ=39.56 3.5 1=138.48絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0026+0.0099=0.0125mm100mm 時(shí) n=6m 由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取 3,d3 為螺釘直徑.（1）D=26 時(shí)的尺寸=n-d3-1 則 d3=2.5 取 M4 的螺釘3d=26+2.5 2.5=32.250D?=32.25+3 2.5=39.25 =0.9D=0.9 26=23.42 4D?m=3m（2）D=37d3=2.5mm 取 M4 的螺釘=37+6.25=43.25mm0D=43.25+7.5=50.75mm2=0.9 37=33.3mm4?m=3mm3.4.2 通蓋第 18 頁 共 59 頁18圖 3-6 通蓋=D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán))0D=D。+(2.5~3)d3 =(0.85~0.9)D2 4Dd。=d3+（1~2） D≤100mm 時(shí) n=4D>100mm 時(shí) n=6m 由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取 3mm,d3 為螺釘直徑.（1）D=6 通蓋尺寸，內(nèi)加密封圈d3 取 M4 螺釘=32.5 =39.750D2m=23.4 d=184m=3（2）D=37 通蓋尺寸 d3 取 M4 螺釘=43.25 =50.750D2m=33.3 d=254m=3m3.5 絲軸承的選型與校核3.5.1 滾珠絲杠用軸承的選型第 19 頁 共 59 頁19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/min3.5..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） 。同樣的一批軸承載相同工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，各軸承的實(shí)際壽命大不相同，最高和最低的可能相差數(shù)十倍。對(duì)一個(gè)具體軸承很難預(yù)知其確切壽命，但是一批軸承則服從一定的概率分布規(guī)律，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法處理數(shù)據(jù)可分析計(jì)算一定可靠度 R 或失效概率 n 下的軸承壽命。實(shí)際選擇軸承時(shí)常以基本額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。軸承的基本額定壽命是指 90%可靠度，常用材料和加工質(zhì)量，常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號(hào) L10(r)或 L10h(h)表示。不同可靠度，特殊軸承性能和運(yùn)轉(zhuǎn)條件時(shí)其壽命可對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正，稱為修正額定壽命。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將基本額定壽命一百萬轉(zhuǎn)（10 r）時(shí)軸承所能承受的恒定載荷取為基本6額定動(dòng)載荷 C。也就是說，在基本額定動(dòng)載荷作用下，軸承可以工作 10 r 而不發(fā)生點(diǎn)蝕6失效，其可靠度為 90%?；绢~定動(dòng)載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強(qiáng)。徑向基本額定動(dòng)載荷 Cr 對(duì)向心軸承（角接觸軸承除外）是指徑向載荷，對(duì)角接觸軸承則是指引起軸承套圈間產(chǎn)生相對(duì)徑向位移時(shí)的載荷徑向分量。對(duì)推力軸承，軸向基本額定動(dòng)載荷 Ca是指中心軸向載荷。(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 值第 20 頁 共 59 頁20單向軸承 雙列軸承Fa/Fr≤eFa/Fr>e Fa/Fr≤e Fa/Fr>e軸承類型 Fa/Cor eX Y X Y X Y X Y 0.015 0.38 1.47 1.65 2.390.029 0.4 1.40 1.57 2.280.058 0.43 1.30 1.46 2.110.087 0.46 1.23 1.38 20.12 0.47 1.19 1.34 1.930.17 0.50 1.12 1.26 1.820.29 0.55 1.02 1.14 1.660.44 0.56 1.00 1.12 1.63角接觸球軸承α=15°0.58 0.561 0 0.441.0011.120.721.63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， 1.8~3.第 21 頁 共 59 頁21石油鉆機(jī) 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。第 23 頁 共 59 頁234 步進(jìn)電機(jī)的選擇4.1 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇4.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量，它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本技術(shù)參數(shù)。因此，脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定，CA6140 的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當(dāng)量為 0.01mm/脈沖 ~ 0.005mm/脈沖。4.1.2 步距角的選擇根據(jù)步距角初步選步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，并從步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)表中查到步距角 θb ，三種不同脈沖分配方式對(duì)應(yīng)有兩種步距角。步距角 θb 及減速比 i 與脈沖當(dāng)量 δp 和絲杠導(dǎo)程 L0 有關(guān)。初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)合理選擇 θb 及 i, 并滿足： θb ≤(δp i 360)/L0 （4-1）?由上式可知：θb ≤δp i 360/L0=360 0.01 1/10?=0.36°初選電機(jī)型號(hào)為:90BYG5502 具體參數(shù)如表 4.1 所示表 4.1： 縱向電機(jī) 步距角 相數(shù) 驅(qū)動(dòng)電壓 電流90BYG5502 0.36 5 50V 3A靜轉(zhuǎn)矩 空載起動(dòng)頻率 空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 重量5N.m 2200 ≥30000 40 kg.cm 24.5kg圖 4-1 電機(jī)簡(jiǎn)圖第 24 頁 共 59 頁244.1.3 矩頻特性：=JkaM??=J 10 (N.cm) tn60mx2??2?由于：nmax= (r/min)3apbv??則： Mka=J (N.cm)??21060x2t??式中：J 為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm ）;?2ε 為電機(jī)最大角加速度（rad/s ）;nmax 為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)2速（r/min）;t 為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s）;vmax 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min）; δp 為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖） ；θb 為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角[（o）步]，對(duì)于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式為 J=(kg.cm ),對(duì)于鋼材，材料密度為 7.8 10 (kg.cm ),則上式轉(zhuǎn)化為82McD2 ?3?3J=0.78D L 10 (kg.cm ),式中：Mc 為圓柱體質(zhì)量（kg）;D 為圓柱體直徑（cm） ，JD 為4?3?2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可由資料查出。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js Js=Js/i ，i 為絲杠與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比2由于 i=1則: Js=0.78D L 104?3?=0.78(6.3) 170 10=208.9( kg.cm )2(2)工作臺(tái)質(zhì)量折算工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量慣量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)量JG:JG=（ ） M( kg.cm ),式中：L。為絲杠導(dǎo)程（cm）;M 為工作臺(tái)質(zhì)量（kg）.由于?2。L2L。=1cm,M=90kg則 ： JG=（ ） M。 2= 90)14.3(?第 25 頁 共 59 頁25=2.28( kg.cm )21）一對(duì)齒輪傳動(dòng)小齒輪裝置在電機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不用折算，為 J1.大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2 折算到電機(jī)軸上為 =J2( )2iJz22）兩對(duì)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)總速比 i=i1 i2,二級(jí)分速比為 i1=z2/z1 和 i2=z4/z3.于是，齒輪 1 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?為 J1,齒輪 2 和 3 裝在中間軸上，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要分別折算到電機(jī)軸上，分別為 J2( )2z和 J3( ) .齒輪 4 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要進(jìn)行二次折算或以總速比折算為：21z=J4( ) ( ) （4-2）2iJ1z2432因此，可以得到這樣的結(jié)論：在電機(jī)軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不必折算，在其他軸上的傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算時(shí)除以該軸與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比平方。由于減速機(jī)構(gòu)為一對(duì)齒輪傳動(dòng)，且第一級(jí) i=1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：n=45,m=1.5 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J45,其分度圓直徑 d=45 1.5=67.5mm?S=27mm 則:J45=0.78 6.75 10 =4.371 kg.cm?43?2n=40,m=1.5 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J40,其分度圓直徑 d=40 1.5=60mmS=27mm 則:J40=0.78 6 10 =2.73kg.cm432n=30,m=1.5 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J30,其分度圓直徑 d=30 1.5=45mm?S=27mm 則:J30=0.78 4.5 10 =0.964 kg.cm?43?2n=45,m=1.5 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J45,其分度圓直徑 d=45 1.5=67.5mmS=30mm 則:J45=0.78 6.75 10 =4.9538 kg.cm432n=50,m=1.5 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J50,其分度圓直徑 d=50 1.5=75mm?S=30mm 則:J50=0.78 7.5 10 =7.548 kg.cm?43?2n=60,m=1.5 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J60,其分度圓直徑 d=60 1.5=90mmS=30mm 則:J60=0.78 9 10 =15.66 kg.cm432兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:J 輸入=0.78 1.8 13 10 =0.106 kg.cm ; L=130mm?43?2J 輸出=0.78 2.5 13 10 =0.396 kg.cm ; L=130mm查表得：JD=4 kg.cm 2綜上可知：J =JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45 （4-3）?第 26 頁 共 59 頁26=252.302 kg.cm 2又由于 V =1.46 1600?=2236mm/min則：Mka=252.302 10 =41.1N.cm01.563036214.?2?(3)力矩的折算：1）Mkf 空載摩擦力矩Mkf= （4-4）i2'??。LfG式中：G 為運(yùn)動(dòng)部件的總重力（N） ； f′為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；i 為齒輪傳動(dòng)降速比；η為傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般取 η=0.7~0.85；L。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm） 。由于 G=90 10=900N, f=0.05, i=1, η=0.85?則 Mkf = 185.04329=8.4N.cm2）M。附加摩擦力矩M。= (1-η。 ) （4-5）i??。FyjL2式中：Fyj 為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，即預(yù)緊力，一般取 1/3Fm;Fm 為進(jìn)給牽引力（N）, η。為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 η?！?.9得 Fyj=1/3Fm=1/3 1728.8=576.3N?又 L。=10mm ， η=0.95則 M。= 195.043276=96.6 N.cm 則 = + +M。=41.1+8.4+96.6=140 N.cmkqakf由于 ≤ =λmjax則所選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍的經(jīng)表查得 ：λ=0.951則 =1.67N.m>.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2003.13 普通 CA6140 車床的說明書.14 The Numerial Control Engine Bed Trasforms.15 邱宣懷主編.>.高等教育出版社.2002.16 薛嚴(yán)成>.上海科學(xué)技術(shù)出版社.1999.第 37 頁 共 59 頁37附表附表 1 說明書中各符號(hào)一覽表名稱 符號(hào) 單位步進(jìn)電機(jī)的步距角 b?(°)/脈沖脈沖當(dāng)量 p?mm滾珠絲杠導(dǎo)程 L。 mm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 千克/米平方車床的切削功率 Pm kW機(jī)床電機(jī)功率 Pe KW進(jìn)給方向載荷 Fl,Fx N拖板上垂直方向載荷 Fv,Fz N拖板上橫向方向載荷 Fc,Fy N扭矩 M N.m傳動(dòng)效率 ?變形量 ?mm臨界載荷 Fk N穩(wěn)定系數(shù) nk最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax N.cm名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mnq N.cm空載啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Mkq N.cm最大動(dòng)負(fù)載 C N額定靜載荷 Coa N額定動(dòng)載荷 Ca N最大工作載荷 Fm N主軸恒功率調(diào)速范圍 Rnp電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍 Rp第 38 頁 共 59 頁38The Numerical Control Engine Bed TransformsHarvey B.M ackeyFirst numerical control system development summary brief history and tendency In 1946 the first electronic accounting machine was born in the world, this indicated the humanity created has been possible to strengthen and partially to replace the mental labor the tool. It with the humanity these which in the agriculture, the industry society created only is strengthens the physical labor the tool to compare, got up the quantitive leap, entered the information society for the humanity to lay the foundation. After 6 years, in 1952, computer technology applied to the engine bed , the first numerical control engine bed were born in US. From this time on, the traditional engine bed has had the archery target change. Since nearly half century, the numerical control system has experienced two stages and six generation of development. 1.1 Numerical control (NC) stage (1952 ~ 1970) The early computer operating speed is low, was not big to then science computation and the data processing influence, but could not adapt the engine bed real-time control request. The people can not but use numeral logic circuit "to build" to become an engine bed special purpose computer to take 第 39 頁 共 59 頁39the numerical control system, is called the hardware connection numerical control (HARD-WIRED NC), Jian Chengwei numerical control (NC). Along with the primary device development, this stage has had been through repeatedly three generations, namely 1952 first generation of -- electron tube; 1959 second generation of -- transistor; 1965 third generation -- small scale integration electric circuit. 1.2 Computer numerical control (CNC) stage (in 1970 ~ present) In 1970, the general minicomputer already appeared and the mass production. Thereupon transplants it takes the numerical control system the core part, from this time on entered the computer numerical control (CNC) the stage ("which should have computer in front of the general" two characters to abbreviate). In 1971, American INTEL Corporation in the world first time the computer two most cores part -- logic units and the controller, used the large scale integrated circuit technology integration on together the chip, called it the microprocessor (MICROPROCESSOR), also might be called the central processing element (to be called CPU). The microprocessor is applied to 1974 in the numerical control system. This is because minicomputer function too strong, controlled an engine bed ability to have wealthily (therefore once uses in controlling the multi- Taiwan engine bed at that time, called it group control), was inferior to used the microprocessor economy to be reasonable. Moreover then small machine reliability was not ideal. The early microprocessor speed and the function although insufficiently are also high, but may solve through the multi-processor structure. Because the microprocessor is the general-purpose calculator core part, therefore still was called the computer numerical control. In 1990, PC machine (personal computer, domestic custom had called microcomputer) the performance has developed to the very high stage, may satisfiedly take the numerical control system core part the request. The numerical control system henceforth entered based on the PC stage. 第 40 頁 共 59 頁40In brief, the computer numerical control stage has also experienced three generations. Namely 1970 fourth generation of -- minicomputer; 1974 five dynasties -- microprocessor and 1990 sixth generation -- (overseas was called PC-BASED) based on PC. Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC).Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC), but our country still the custom called the numerical control (NC). Therefore we daily say "numerical control", the materially already was refers to "computer numerical control". 1.3 the numerical control future will develop tendency 1.3.1 open style continues to, to develop based on the PC sixth generation of direction The software and hardware resources has which based on PC are rich and so on the characteristic, the more numerical controls serial production factory can step onto this path. Uses PC machine to take at least its front end machine, processes the man-machine contact surface, the programming, the associationQuestion and so on net correspondence, undertakes the numerical control duty by the original system. PC machine has the friendly man-machine contact surface, will popularize to all numerical controls system. The long-distance communication, the long-distance diagnosis and the service will be more common. 1.3.2 approaches and the high accuracy development This is adapts the engine bed to be high speed and the high accuracy direction need to develop. 1.3.3 develops to the intellectualized direction Along with the artificial intelligence in the computer domain unceasing seepage and the development, the numerical control system intellectualized degree unceasingly will enhance. 第 41 頁 共 59 頁41(1) applies the adaptive control technology The numerical control system can examine in the process some important information, and the automatic control system related parameter, achieves the improvement system running status the goal. (2) introduces the expert system instruction processing The skilled worker and expert's experience, the processing general rule and the special rule store in the system, take the craft parameter database as the strut, the establishment has the artificial intelligence the expert system. (3) introduces the breakdown to diagnose the expert system (4) intellectualized numeral servo drive May through the automatic diagnosis load, but the automatic control parameter, causes the actuation system to obtain the best movement.Second, engine bed numerical control transformation necessity 2.1 microscopic looks at the transformation the necessity From on microscopic looked below that, the numerical control engine bed has the prominent superiority compared to the traditional engine bed, moreover these superiority come from the computer might which the numerical control system contains. 2.1.1 may process the traditional engine bed cannot process t