畢業(yè)設(shè)計--ca6140車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造

1、<p><b>　　2013屆畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目：CA6140車床進給系統(tǒng)的數(shù)控改造</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 院： 機電學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計及其自動化</p><

2、;p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　2013年 05月03日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　內(nèi)容摘要

3、3;····································&#

4、183;··················1</p><p>　　關(guān)鍵詞·············

5、83;····································&

6、#183;·······1</p><p>　　Abstract·······················

7、83;································1</p><p>　　K

8、eywords···································

9、83;····················1</p><p>　　緒論············

10、;····································

11、83;········2</p><p>　　CA6140車床進給運動數(shù)控改造的總體方案····················

12、3;···3</p><p>　　2.1 設(shè)計任務(wù)····························

13、;·····················3</p><p>　　2.2 CA6140進給箱以及數(shù)控車床進給箱結(jié)構(gòu)分析·······

14、··········3</p><p>　　2.3 總體方案確定·····················

15、;························3</p><p>　　3. CA6140車床數(shù)控改造中機械改造·····

16、··························4</p><p>　　4. CA6140數(shù)控改造的傳動裝置設(shè)計計算···

17、;························5</p><p>　　4.1 滾珠絲杠螺母副······

18、83;····································5

19、</p><p>　　4.2 縱向進給系統(tǒng)設(shè)計計算······························&#

20、183;······6</p><p>　　4.3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計計算·······················&

21、#183;·········7</p><p>　　5. 步進電動機的選擇·····················

22、;·······················12</p><p>　　5.1 步進電動機型號選擇·······

23、·······························12</p><p>　　5.2 滾珠絲杠

24、與電動機的連接··································12</p&

25、gt;<p>　　6. 軸承的選擇································

26、83;·················1 設(shè)計小結(jié)················

27、3;····································&#

28、183;·13</p><p>　　致謝······························

29、83;····························13</p><p>　　參考文獻 ···&

30、#183;····································

31、;··············14</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　本文介紹了普通數(shù)控機床中CA6140車床進給系統(tǒng)的設(shè)計改造過程，主要為機械元件的設(shè)計，包括滾珠絲杠、軸承、步進電機、和齒輪傳動比的

32、計算、選擇與應(yīng)用。針對現(xiàn)有常規(guī)CA6140普通車床的缺點提出數(shù)控改裝方案，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。改造后的機車，主運動實現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)控控制，并要求達到縱向最小運動單位為0.01mm每脈沖，橫向最小運動單位0.005mm每脈沖，刀架要是自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動切削螺紋。</p><p>　　關(guān)鍵詞：齒輪；進給絲杠；步進電機；改造</p><p

33、><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article concise language had the stress in the introduction ordinary numerical control engine bed the economy numerical control tool machine entered for the de

34、sign process, mainly for mechanical part design, including ball bearing guide screw, bearing, stepper motor , and synchronized tooth profile belt computation, choice and application. To remedy the defects of ordinary lat

35、her CA6140, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to ra</p><p>　　Key word: numerical control; ball bearing guide screw; stepper motor; reform desi

36、gn</p><p>　　1.緒論 </p><p>　　數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機床價格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國作為機床大國，對普通機床數(shù)控化改造不

37、失為一種較好的良策。</p><p>　　中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。目前機床數(shù)控化改造就是結(jié)合生產(chǎn)實際和我國國情，在滿足實際加工需求的前提下，盡可能降低成本。經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。因此特別適合在生產(chǎn)設(shè)備中普通機床占有較大比重的企業(yè)，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。</p><p>　　數(shù)控機床由機床主體、

38、主軸傳動、伺服進給、數(shù)控裝置、輔助裝置等組成。所以機床數(shù)控化改造的主要內(nèi)容有主軸傳動改造、進給系統(tǒng)改造、加裝數(shù)控裝置等。其中進給系統(tǒng)改造對機床的改動最多，是機床數(shù)控化改造中最重要的環(huán)節(jié)，它直接影響到改造后的機床的加工精度?？梢娺M給系統(tǒng)改造是機床數(shù)控化改造成功的關(guān)鍵所在。</p><p>　　本設(shè)計題目主要圍繞機床進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造而展開，其改造的機床是針對普通車床。CA6140型車床是一種加工效率高，操作性能好

39、，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把此類車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)得到了良好的經(jīng)濟效果。C6140車床進給系統(tǒng)的數(shù)控化改造主要內(nèi)容如下：</p><p>　　普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅(qū)動，走刀運動是經(jīng)進給箱傳動絲杠到溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運動；走刀運動是經(jīng)進給箱傳動光桿到溜板箱，獲得不同的進刀量即Z軸運動和X軸運動。車床進給系統(tǒng)數(shù)控化改造要拆除進給箱總成、溜板箱總成，改用進給伺服（或步進）傳動鏈

40、分別代替。</p><p><b>　　具體體現(xiàn)為：</b></p><p>　　Z軸：縱向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→溜板箱，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。</p><p>　　X軸：橫向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。</p><p>　　改造后整個

41、傳動鏈的傳動精度在保證機床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結(jié)構(gòu)形式、機床導(dǎo)軌的精度情況等有很大的關(guān)系。</p><p>　　2.1 設(shè)計任務(wù) ：A6140車床進給運動數(shù)控改造的總體方案</p><p>　　2.1.1 主要設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　對CA6140車床進給運動進行數(shù)控改造。研究內(nèi)容包括CA6140進給箱結(jié)構(gòu)分析、數(shù)控車床進給箱結(jié)構(gòu)分析、步進

42、電機選擇、滾珠絲杠螺母副的選型、縱向絲杠組裝裝配圖的繪制、軸承的設(shè)計計算</p><p>　　2.1.2 技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　（1）主軸調(diào)速范圍：0~2000r/min；</p><p>　　（2）步進電動機開環(huán)控制。</p><p>　　2.2 CA6140進給箱以及數(shù)控車床進給箱結(jié)構(gòu)分析</p><p>

43、;　　CA6140的進給箱主要有以下幾部分組成：變換螺紋導(dǎo)程和進給量的變速機構(gòu)，變換螺紋種類的移換機構(gòu)，絲杠和光杠的轉(zhuǎn)換機構(gòu)以及操縱機構(gòu)。由面板上的扳手手動控制絲杠和光杠調(diào)整橫向縱向進給量，這種方式效率低，傳動精度也不高。而數(shù)控車床的進給運動采用無極調(diào)速的伺服驅(qū)動方式，伺服電機的動力和運動只需經(jīng)過傳動系統(tǒng)傳給工作臺等運動執(zhí)行部件，部分機床的傳動系統(tǒng)去掉了降速齒輪副，直接將伺服電機與滾珠絲杠相連接，將光杠改為滾珠絲杠。數(shù)控車床的進給運動是

44、數(shù)字控制的直接對象，所以傳動結(jié)構(gòu)與傳動零件之間摩擦力更小，傳動精度與剛度更高。</p><p>　　2.3總體設(shè)計方案確定</p><p>　　本設(shè)計對CA6140進行進給系統(tǒng)的數(shù)控改造，因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點，所以系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)。同時為了提高機床的精度和效率，用滾珠絲杠代替原機床的光杠，并采用單獨的電機來控制。由

45、于時間原因，本文僅涉及縱向進給系統(tǒng)的改造。</p><p>　　考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動環(huán)節(jié)。本車床的縱向、橫向兩軸進給系統(tǒng)去掉了原來的進給系統(tǒng)的中間傳動環(huán)節(jié)，直接采用了步進電機＋減速箱（或聯(lián)軸器）＋滾珠絲桿的傳動方案。拆除原來的進給箱、絲桿等，增加少量的機械附件，就可安裝步進電機及滾珠絲桿螺母副。</p><p>　　3機械部分改造與設(shè)計

46、</p><p>　　3.1縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算</p><p>　　3.1.1、縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　車床的縱向進給改造設(shè)計一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架臺左右移動。步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端。對車床改造來說，外觀不必象產(chǎn)品設(shè)計要求那么高，而從改造方便、實用方面來考慮，現(xiàn)把步進電機放在縱向絲杠的左端

47、，即進給箱部位。</p><p>　　3.1.2縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 </p><p><b>　　已知條件： </b></p><p>　　工作臺重量： W=85kgf=850N (根據(jù)圖紙粗略計算)</p><p>　　時間常數(shù)： T=25ms</p><p&

48、gt;　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程： L0=6mm</p><p>　　行程： S=1130mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量： δp=0.01mm/step</p><p>　　步距角： α=0.75°/step</p><p>　　快速進給速度： Vmax=2m/min

49、</p><p>　　3.1.3切削力計算 </p><p>　　由〈〈實用機床設(shè)計手冊〉〉可知：</p><p>　　切削功率： Pc=PηK </p><p>　　式中 P—電機功率，查機床說明書，P=7.5KW </p><p>　　η—主傳動系

50、統(tǒng)總效率，一般為0.75～0.85 取η=0.8</p><p>　　K—進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K=0.96。</p><p>　　則： Pc=7.5×0.8×0.96=5.76KW</p><p>　　又因為： PC= </p><p>　　則：

51、 FZ= </p><p>　　式中 v—切削線速度，取v=150m/min </p><p>　　所以： FZ =230.4(kgf)=2304(N)</p><p>　　由〈〈金屬切削原理〉〉可知：</p><p>　　主切削力 FZ=CFz apx Fz fY

52、Fz KFz</p><p>　　查表得： CFz=188kgf/mm2 XFz=1 YFz=0.75 KFz=1</p><p>　　則可計算FZ 如表（1）所示： </p><p>　　表（1） FZ計算結(jié)果</p><p>　　當(dāng)FZ=1520N 時，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參

53、數(shù)做為下面計算的依據(jù)。</p><p>　　從〈〈實用機床設(shè)計手冊〉〉中可知，在一般外圓車削時：</p><p>　　FX =（0.1～0.6）FZ </p><p>　　FZ=(0.15～0.7) FZ</p><p>　　?。?FX=0.5 FZ=0.5×2304=1152N</p><

54、;p>　　FY=0.6 FZ=0.6×2304=1382.4N</p><p>　　3.1.4滾珠絲杠設(shè)計計算</p><p>　　滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此滾珠絲杠副的設(shè)計歸結(jié)為滾珠絲杠副型號的選擇。</p><p>　　綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力： </p><p>　　Fm=KFX+f′(FZ+W)</p>

55、<p>　　式中 由于使用的是矩形導(dǎo)軌，根據(jù)《機床設(shè)計手冊》查出</p><p>　　K=1.15，f′=0.15～0.18，取為0.16。</p><p>　　則： P=1.15×1152+0.16×(2304+850)=1829.4N</p><p><b>　　(1)強度計算</b></p>

56、<p>　　壽命值： L1=</p><p>　　所以： n1==</p><p>　　取工件直徑： D=80 mm,</p><p>　　查表得： T I=15000h（自動控制機床及機床通常的取值）</p><p>　　所以： n1=\=30r/min<

57、;/p><p><b>　　L1==27</b></p><p>　　最大動負載： Q=</p><p><b>　　運轉(zhuǎn)系數(shù)值表</b></p><p>　　查表?。?運轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1</p><p>　　則： Q=&#

58、215;1829.4×1.2×1=6585.84N</p><p>　　根據(jù)最大動負載Q的值和原機床參數(shù)，可選擇滾珠絲杠的型號。</p><p><b>　　(2)效率計算</b></p><p>　　根據(jù)〈〈機械原理〉〉的公式，絲杠螺母副的傳動效率η為：</p><p><b>　　η=&

59、lt;/b></p><p>　　式中： 摩擦角ψ=10′　　 螺旋升角γ=3°25′</p><p>　　tg＝＝＝0.0597</p><p>　　則： η==0.96</p><p><b>　　(3)剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠受到工

60、作負載P引起的導(dǎo)程的變化量 </p><p>　　△L1=±FmPn/EF</p><p>　　式中： L0=6mm=0.6cm E=20.6×166N/ cm2。</p><p>　　滾珠絲杠截面積： F=()2π=（）2×3

61、.14</p><p><b>　　則： </b></p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。</p><p>　　所以： 導(dǎo)程變形總誤差△為</p><p>　　==×㎝=14.33μm/m</p><p>　　查表知B級精度絲杠允許

62、的螺距誤差（1m長）為25μm/m，故剛度足夠。</p><p><b>　　(4)穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　由于機床原絲杠直徑為φ32mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為φ32 mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題。</p><p>　　3.1.4縱向進給減速齒輪的設(shè)計與校核</p><p><b>

63、;　　(1)齒輪的設(shè)計</b></p><p><b>　　<1>傳動比的選定</b></p><p>　　對于步進電機,當(dāng)脈沖當(dāng)量δp確定,并且滾珠絲杠導(dǎo)程L0和電機步距角θb選定后,則該軸伺服傳動系統(tǒng)的傳動比</p><p><b>　　<2>齒輪的設(shè)計</b></p>

64、<p>　　大、小齒輪均采用45鋼并進行調(diào)質(zhì)處理,選小齒輪硬度HBS260～290,大齒輪硬度HBS220～250,精度選6級。m=2mm,a=20°,z1=42,z2=70,齒寬b=17mm,ha*=1,c*=0.25,齒輪傳動效率η=0.98</p><p>　　<3>齒輪幾何尺寸計算:</p><p>　　d1=z1m=84mm,</p>

65、<p>　　d2=z2m=140mm,</p><p>　　da1=(z1+2)m=88mm,</p><p>　　da2=(z2+2)m=144mm,</p><p>　　df1=(z1-2.5)m=79mm,</p><p>　　df2=(z2-2.5)m=135mm,</p><p>　　a=(z1

66、+z2)m/2=112mm</p><p><b>　　<3>齒輪校核:</b></p><p>　　小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=T*K1</p><p>　　式中 T——電動機的輸出功率</p><p>　　K1——J電動機效率 取0.96</p><p>　　則T1=9600Nm

67、m</p><p><b>　　小齒輪的轉(zhuǎn)速 </b></p><p>　　小齒輪的圓周速度 </p><p><b>　　動載荷系數(shù) </b></p><p>　　式中 KA——使用系數(shù)取1</p><p>　　Kv——動載荷系數(shù)取1.15</p

68、><p>　　KB——齒向載荷系數(shù)取1.15</p><p>　　Ka——齒向載荷分配系數(shù)</p><p><b>　　由</b></p><p>　　查表并插值得Kα=1.179</p><p>　　則K=11.151.151.179=1.56</p><p><b&g

69、t;　　許用彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　式中：——彎曲疲勞極限；1=460N/mm2 2=390N/mm2</p><p>　　——彎曲壽命系數(shù) </p><p>　　YX——尺寸系數(shù)取1</p><p>　　SF——安全系數(shù)取1.3</p><p><b>　　則<

70、/b></p><p>　　齒要彎曲疲勞強度校核計算</p><p><b>　　由式</b></p><p>　　式中 ——齒形系數(shù) =2.4 =2.25</p><p>　　——應(yīng)力修正系數(shù) =1.653 =1.75</p><p>　　——重合度系數(shù)

71、 </p><p><b>　　則== </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。</p><p>　　3.1.5轉(zhuǎn)動慣量計算</p><p>　　工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：</p>&l

72、t;p>　　J1=()2W=()2×90=0.526㎏·㎝2=5.26N·㎝2</p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p>　　JS=7.8×10-4×D4L1</p><p>　　式中： D—絲杠的名義直徑，D=3.2cm</p><p>

73、;　　L1—絲杠兩固定端的間距，L1=150cm</p><p>　　則： JS=7.8×10-4×3.24×150=12.268㎏·㎝2=122.68N·㎝2</p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：</b></p><p>　　JS=7.8×10-4×(mz)4&

74、#215;2</p><p>　　則： JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝2=26.17 N·㎝2</p><p>　　JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝2=63.9 N·㎝2</p><p>　　電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略，因此總

75、的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1</p><p>　　=(12.268+6.39)+2.617+0.526</p><p>　　=15.084㎏·㎝2=150.84N·㎝2</p><p>　　3.1.6所需轉(zhuǎn)動力矩計算</p><p>　　快速空載啟動時所需

76、力矩： M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　最大切削負載時所需力矩： M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p><p>　　快速進給時所需力矩： M= Mf＋M0</p><p>　　式中： Mamax —空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；</p><p>　　Mf —折算到電機軸上的摩擦力矩；</p><p

77、>　　M0 —由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩；</p><p>　　Mat —切削時折算到電機軸上的加速度力矩；</p><p>　　Mt —折算到電機軸上的切削負載力矩。</p><p>　　Ma=×10-4N·m</p><p>　　式中：T為時間常數(shù)，T=25×10-3S</p

78、><p>　　當(dāng)n=nmax時，Mamax =Ma</p><p>　　nmax===416.7r/min</p><p>　　Mamax=×10-4=2.619N·m=26.19㎏f·㎝</p><p>　　當(dāng)n=nt時 Ma=Mat</p><p>　　nt====37.32r/min&

79、lt;/p><p>　　Mat=×10-4=0.0.2345N·m=2.345㎏f·㎝</p><p><b>　　Mf ==</b></p><p>　　當(dāng)η0=0.8 f′=0.16時</p><p>　　Mf ==1.376㎏f·㎝</p><p>

80、　　M0 =(1-η02)</p><p>　　當(dāng)η0=0.9時，預(yù)加載荷P0=Fx</p><p>　　M0===0.697㎏f·㎝=6.97N·㎝</p><p>　　Mt===11.006㎏f·㎝=110.06N·㎝</p><p>　　所以, 快速空載啟動時所需力矩：</p>&

81、lt;p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　=26.19＋1.376＋0.697=28.263㎏f·㎝</p><p>　　=2282.63N·㎝</p><p><b>　　切削時所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p>&l

82、t;p>　　=2.345＋1.376＋1.066＋0.697=15.424㎏f·㎝</p><p>　　= 154.24N·㎝</p><p>　　快速進給時所需力矩：</p><p><b>　　M= Mf＋M0</b></p><p>　　=1.376＋0.697=2.073㎏f·

83、㎝</p><p>　　= 20.73N·㎝</p><p>　　由以上分析計算可知，所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時：</p><p>　　Mmax=28.263㎏f·㎝=282.63N·㎝</p><p>　　橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算</p><p>　　3.2橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計&

84、lt;/p><p>　　車床的橫向進給改造設(shè)計比較簡單,一般是步進電機經(jīng)聯(lián)軸器直接驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。</p><p>　　3.2.1橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算</p><p>　　由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結(jié)果。</

85、p><p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=50㎏f=500N</p><p>　　時間常數(shù) T=25ms</p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=4mm 左旋</p><

86、;p>　　行程 S=330mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量 δp=0.005mm/step</p><p>　　步距角 α=0.75°/ step</p><p>　　快速進給速度

87、 vmax=1m/min</p><p>　　3.2.2切削力計算 </p><p>　　橫向進給量為縱向的1/2～1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2：</p><p>　　FZ=0.5×230.4=115.2㎏f=1152N</p><p><b>　　在切斷工件時：</b></p>

88、<p>　　Fy=0.5 FZ=0.5×115.2=57.6㎏f=576N</p><p>　　3.2.3滾珠絲杠設(shè)計計算</p><p><b>　　(1)強度計算</b></p><p>　　對于燕尾型導(dǎo)軌： P=KFy＋f′(Fz＋W)</p><p>　　?。?K=1.4 f′=

89、0.2</p><p>　　則： P=1.4×57.6＋0.2(115.2＋50)</p><p>　　=113.68㎏f=1136.8N</p><p>　　取工件直徑： D=80 mm 走刀量：f=0.3mm</p><p>　　則： n1====45r/min</p><p>　　壽命值：

90、L1===40.5</p><p><b>　　最大動負載：Q=</b></p><p>　　==468.45㎏f=54684.5N</p><p>　　根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為φ20㎜，型號為FC1B20×4—5—E2左，其額定動負載為83

91、93N，所以強度足夠用。</p><p><b>　　(2)效率計算</b></p><p>　　螺旋升角：γ=3°38′ 摩擦角：ψ=10′　　</p><p>　　則傳動效率： η===0.956</p><p><b>　　(3)剛度驗算</b></p><

92、;p>　　滾珠絲杠截面積：F=()2π=（）2×3.14=2.017cm2</p><p>　　滾珠絲杠受工作負載P引起的導(dǎo)程的變化量：</p><p>　　△L1=±=±=1.094×10-6㎝</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小，可忽略，即：△L=△L1，所以導(dǎo)程變形總誤差為：</p&

93、gt;<p>　　△===2.74um</p><p>　　查表知E級精度絲杠允許的螺旋誤差（1m長）為15μm/m，故剛度足夠。穩(wěn)定性驗算</p><p>　　由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，一端固定，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。</p><p>　　3.2.4轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算</p>

94、;<p><b>　　(1)傳動慣量計算</b></p><p>　　由于聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，此不進行計算。</p><p>　　工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p><b>　　J1=㎏·㎝2</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)

95、動慣量：</b></p><p>　　JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝2</p><p>　　由于電機轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，此不進行計算。</p><p>　　因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：</p><p>　　J=0.624+0.

96、058=0.682㎏·㎝2</p><p>　　(2)所需轉(zhuǎn)動力矩計算</p><p>　　nmax===375r/min</p><p>　　Mamax===0.107N·m=1.07㎏f·㎝</p><p>　　nt====43.5r/min</p><p>　　Mat==0.0114

97、 N·m=0.114㎏f·㎝</p><p>　　當(dāng)η0=0.8 f′=0.2時：</p><p>　　Mf===0.637㎏f·㎝=6.37 N·m</p><p><b>　　當(dāng)η0=0.9時：</b></p><p>　　M0===0.29㎏f·㎝=2.9 N

98、·m</p><p>　　Mt===4.58㎏f·㎝=45.8 N·m</p><p>　　所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　=1.07＋0.637＋0.29=1.997㎏f·㎝=19.97N·㎝</p><

99、p><b>　　切削時所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p><p>　　=0.114＋0.637＋0.29＋4.58</p><p>　　=5.621㎏f·㎝=56.21N·㎝</p><p>　　快速進給時所需力矩：</p><p&g

100、t;<b>　　M= Mf＋M0</b></p><p>　　=0.637＋0.29=0.927㎏f·㎝=9.27 N·㎝</p><p>　　從以上計算可知，最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生切削時：</p><p>　　Mmax=5.621㎏f·㎝=56.21N·㎝</p><p>　　3.2.6橫

101、向進給減速齒輪的設(shè)計與校核</p><p><b>　　(1)齒輪的設(shè)計</b></p><p><b>　　<1>傳動比的選定</b></p><p>　　對于步進電機,當(dāng)脈沖當(dāng)量δp確定,并且滾珠絲杠導(dǎo)程L0和電機步距角θb選定后,則該軸伺服傳動系統(tǒng)的傳動比</p><p>　　i=

102、θb?L0/(360δp)=0.75*6/(360*0.005)=2.5</p><p><b>　　<2>齒輪的設(shè)計</b></p><p>　　采用二級齒輪傳動,i1=2;i2=1.25</p><p>　　取Z1=36；Z2=72；Z3=40；Z4=50</p><p>　　大、小齒輪均采用45鋼并進行

103、調(diào)質(zhì)處理,選小齒輪硬度HBS260～290,大齒輪硬度HBS220～250,精度選6級。m=2mm,a=20°,齒寬b=20mm,ha*=1,c*=0.25,齒輪傳動效率η=0.98</p><p>　　<3>齒輪幾何尺寸計算:</p><p>　　d1=z1m=72mm, </p><p>

104、　　d2=z2m=144mm,</p><p>　　da1=(z1+2)m=76mm,</p><p>　　da2=(z2+2)m=148mm,</p><p>　　df1=(z1-2.5)m=67mm,</p><p>　　df2=(z2-2.5)m=139mm,</p><p><b>　　a1==108

105、mm</b></p><p>　　d3=z3m=80mm,</p><p>　　d4=z4m=100mm,</p><p>　　da3=(z3+2)m=84mm,</p><p>　　da4=(z4+2)m=104mm,</p><p>　　df3=(z3-2.5)m=75mm,</p>&l

106、t;p>　　df4=(z4-2.5)m=95mm,</p><p><b>　　a3==90mm</b></p><p><b>　　<3>齒輪校核:</b></p><p>　　一級齒輪副強度校核：</p><p>　　小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=T*K1</p>&l

107、t;p>　　式中 T——電動機的輸出功率</p><p>　　K1——J電動機效率 取0.96</p><p>　　則T1=9600Nmm</p><p><b>　　小齒輪的轉(zhuǎn)速 </b></p><p>　　小齒輪的圓周速度 </p><p><b>　　動載荷系

108、數(shù) </b></p><p>　　式中 KA——使用系數(shù)取1</p><p>　　Kv——動載荷系數(shù)取1.15</p><p>　　KB——齒向載荷系數(shù)取1.15</p><p>　　Ka——齒向載荷分配系數(shù)</p><p><b>　　由</b></p>

109、<p>　　查表并插值得Kα=1.174</p><p>　　則K=11.151.151.174=1.553</p><p><b>　　許用彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　式中：——彎曲疲勞極限；1=460N/mm2 2=390N/mm2</p><p>　　——彎曲壽命系數(shù) </p

110、><p>　　YX——尺寸系數(shù)取1</p><p>　　SF——安全系數(shù)取1.3</p><p><b>　　則</b></p><p>　　齒要彎曲疲勞強度校核計算</p><p><b>　　由式</b></p><p>　　式中 ——齒形系數(shù)

111、 =2.45 =2.24</p><p>　　——應(yīng)力修正系數(shù) =1.65 =1.75</p><p>　　——重合度系數(shù) </p><p><b>　　則</b></p><p>　　故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。</p><p>　　二級齒輪副強度校核：</p

112、><p>　　小齒輪轉(zhuǎn)矩 T2=9550P2/n2</p><p>　　式中 P2= P1η=615.7</p><p>　　T2=9550P2/n2=18816N/mm2</p><p>　　小齒輪的圓周速度 </p><p><b>　　動載荷系數(shù) </b></p>

113、<p>　　式中 KA——使用系數(shù)取1</p><p>　　Kv——動載荷系數(shù)取1.15</p><p>　　KB——齒向載荷系數(shù)取1.15</p><p>　　Ka——齒向載荷分配系數(shù)</p><p><b>　　由</b></p><p>　　查表并插值得Kα=1.16

114、8</p><p>　　則K=11.151.151.168=1.273</p><p><b>　　許用彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　式中：——彎曲疲勞極限；1=460N/mm2 2=390N/mm2</p><p>　　——彎曲壽命系數(shù) </p><p>　　YX——尺寸系

115、數(shù)取1</p><p>　　SF——安全系數(shù)取1.3</p><p><b>　　則</b></p><p>　　齒要彎曲疲勞強度校核計算</p><p><b>　　由式</b></p><p>　　式中 ——齒形系數(shù) =2.4 =2.33</p&g

116、t;<p>　　——應(yīng)力修正系數(shù) =1.653 =1.7</p><p>　　——重合度系數(shù) </p><p><b>　　則=</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　故齒根彎曲強度足夠，滿足要求。</p><p

117、><b>　　4.步進電機的選擇</b></p><p>　　4.1步進電機的選擇的基本原則</p><p>　　合理選用步進電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：4.1.1步距角α　步距角應(yīng)滿足：α≤</p><p>　　式中 i——傳動比&

118、lt;/p><p>　　αmin——系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。</p><p><b>　　4.1.2精度</b></p><p>　　步進電機的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值。用積累誤差衡量精度比較實用。所以選用步進電機應(yīng)滿足</p>&l

119、t;p><b>　　△Q≤i[△θs]</b></p><p>　　式中 △Q——步進電機的積累誤差；</p><p>　　[△θs]——系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部件允許的角度誤差。</p><p><b>　　4.1.3轉(zhuǎn)矩 </b></p><p>　　為了使步進電機正常運行（不失步、不越步

120、），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：</p><p>　　（1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為：</p><p><b>　　Mq≥</b></p><p>　　式中 Mq——電動機啟動力矩；</p><p>　　ML0——電動機靜負載力矩。</p><p>　　根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍

121、數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。Mjm為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。</p><p>　　表(2) 步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表</p><p>　　（2）在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。</p><p><b>　　<1啟動頻率 &l

122、t;/b></p><p>　　由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：</p><p><b>　　ft≥[fcp]m</b></p><p>　　式中 ft——極限啟動頻率；</p><p>　　[fcp]m——要求步進電機最高啟動頻率。<

123、;/p><p>　　4.2步進電機的選擇</p><p>　　4.2.1縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定</p><p>　　Mq = == 706.575N·㎝</p><p>　　為滿足最小步矩要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：</p><p>　　M

124、jm===815.91N·㎝</p><p>　　步進電機最高工作頻率</p><p><b>　　fmax=Hz</b></p><p>　　綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。</p><p>　　4.2.2橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定</p><p>　

125、　Mq ===140.525N·㎝</p><p>　　電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：</p><p>　　Mjm===162.27N·㎝</p><p>　　步進電機最高工作頻率</p><p>　　fmax===3333.3 Hz</p>

126、<p>　　為了便于設(shè)計和采購，仍選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。</p><p><b>　　5.機床導(dǎo)軌改造</b></p><p>　　臥式車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床導(dǎo)軌面運動的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運動。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，

127、直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性能。</p><p>　　數(shù)控機床上，常使用滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟型數(shù)控一般不使用滾動導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導(dǎo)軌，將太大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動導(dǎo)軌。</p><p>　　滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性

128、好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導(dǎo)軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機床導(dǎo)軌進行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。</p><p>　　貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強、加工性和化學(xué)性能穩(wěn)定，且 有良好的自潤滑性和抗振性

129、，加工簡單，成本低。</p><p>　　目前應(yīng)用較多的聚四氟乙?。≒TEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的Twrcite—B和我國生產(chǎn)的TSF軟帶材料，次、此種軟帶厚度為0.8㎜、1.6㎜、3.2㎜等幾種規(guī)格。考慮承載變形，宜厚度小的規(guī)格，如果考慮到加工余量，選用厚度為1.6㎜為宜。</p><p>　　貼塑軟帶粘貼工藝非常簡單，可直接粘結(jié)在原有的滑動導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的

130、滑動導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對金屬導(dǎo)軌面進行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長度放大3～4㎜，切下貼塑軟帶。金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)，加壓固化，待其完全固化后進行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。</p><p>　　6.自動轉(zhuǎn)位刀架的選用</p><p>　　自動轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機床數(shù)控改造機械方

131、面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，具有重復(fù)定位精度高，工件剛性好，性能可靠，使用壽命長以及工藝性能好等優(yōu)點。</p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的系列刀架，具有重復(fù)定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點達到國內(nèi)先進水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4—工型系列四工位自動刀架，來作為CA6140的適配刀架。&l

132、t;/p><p><b>　　刀架技術(shù)參數(shù)：</b></p><p><b>　　刀位數(shù)：4</b></p><p><b>　　電動功率：60W</b></p><p>　　電機轉(zhuǎn)速：1400r/min</p><p><b>　　夾緊力：1t&

133、lt;/b></p><p>　　上刀體尺寸：152×152</p><p>　　下刀體尺寸：161×171</p><p><b>　　刀架技術(shù)指標(biāo)：</b></p><p>　　重復(fù)定位精度：≤0.005㎜</p><p>　　工作可靠性：＞30000次</p&

134、gt;<p>　　換刀時間：90° 180° 270°</p><p>　　2.9s 3.4s 3.9s</p><p><b>　　7.小結(jié)</b></p><p>　　三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對機械設(shè)計與制造方面的知識有了一個系統(tǒng)而又全新的的認(rèn)識。畢業(yè)設(shè)計是我們

135、學(xué)習(xí)中最后一個重要的實踐性環(huán)節(jié)，是一個綜合性較強的設(shè)計任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個良好的基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知識情況進行了全面而又直觀的檢測。</p><p>　　經(jīng)過幾個多月的忙碌后，終于初步完成了本設(shè)計課題的任務(wù)，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，增強了我的自學(xué)能力和收集使用資料的能力，同時全面系統(tǒng)地鞏固和總結(jié)大學(xué)三年來所學(xué)的專業(yè)知識。綜合作業(yè)是機電一體化工程專業(yè)專科段學(xué)習(xí)的最后一個環(huán)節(jié)，是對過去所學(xué)全部課程的全

136、面復(fù)習(xí)和綜合利用，也是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)。通過對CA6140車床縱向進給系統(tǒng)數(shù)控化改造這個課題，使我對過去所學(xué)的課程有了一個更加全面的、系統(tǒng)的認(rèn)識，讓我深刻的認(rèn)識到了機械、電子和微機控制的密切聯(lián)系和緊密結(jié)合。在設(shè)計過程中，我也學(xué)到了許多新知識，新方法，新思路，提高了我發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。在這次設(shè)計過程中也遇到了許多的問題，通過虛心請教指導(dǎo)老師和同學(xué)們，查各種資料文獻和參考書，所遇到的問題基本都已得到解決。</p>

137、<p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計，我更好的把所學(xué)的專業(yè)知識進行了綜合、鞏固，加深了對知識的理解，同時還接觸了一些在原來知識基礎(chǔ)上更為深層的知識。當(dāng)然，也使我體會到設(shè)計工作是一項艱苦任務(wù)，必須具備吃苦耐勞的精神?？傊@次畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺，為我將來工作打好了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　感謝指導(dǎo)老師對畢業(yè)設(shè)計的給予的指導(dǎo)和同學(xué)們提供的幫助！</p><p><b>

138、　　8.參考文獻</b></p><p>　　[1]楊后川：《數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》，北京大學(xué)出版社2007年版</p><p>　　[2]賈亞洲：《金屬切削機床概論》，機械工業(yè)出版社1996年版</p><p>　　[3]劉建華、杜鑫：《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)》，化學(xué)工業(yè)出版社2008年版</p><p>　　[4]《機械設(shè)計手冊》20