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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> C618數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 內(nèi)容提要:總體方案的確定和驗(yàn)證、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)計(jì)算(包括縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算)、主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速原理及改造后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)、機(jī)床調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、電磁離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p> 對(duì)C618臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造,實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)車床的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對(duì)車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行
2、數(shù)字控制,并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.01 /脈沖,橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0.005 /脈沖,主運(yùn)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速,刀架要改造成自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架,要能自動(dòng)的切削螺紋。</p><p> 關(guān)鍵字:傳動(dòng)系統(tǒng);伺服進(jìn)給系統(tǒng);數(shù)控機(jī)床;改造設(shè)計(jì)</p><p><b> 目錄</b></p><p> 前言…………………………………………………
3、…………………………………………1</p><p> 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求…………………………………………………………………………………………2</p><p> 一、改造設(shè)計(jì)分析……………………………………………………………………………………3</p><p> ?、鍞?shù)控車床工作原理及組成……………………………………………………………………………3</p>
4、;<p> ㈡數(shù)控車床是高度自動(dòng)化機(jī)床,數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)………………………………3</p><p> 二、設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………………………………4</p><p> ㈠伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造…………………………………………………………………………4</p><p> ?、鏀?shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)………
5、…………………………………………………………………4</p><p> ?、鐧C(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)Ι…………………………………………………………………………………4</p><p> 1.數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定………………………………………………………………………………………4</p><p> 2.伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造…………………………………………………………
6、……………………………5</p><p> ㈣機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)ΙΙ………………………………………………………………………………5</p><p> 三、車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………6</p><p> ㈠主傳動(dòng)系統(tǒng)作用………………………………………………………………………………………6</p>
7、<p> ?、鎸?duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求…………………………………………………………………………6</p><p> ㈢主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速方式………………………………………………………………………………6</p><p> 四、進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………8</p><p> ?、暹x擇脈沖當(dāng)量………………………
8、………………………………………………………………8</p><p> ?、嬗?jì)算切削力……………………………………………………………………………………………8</p><p> ㈢滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型……………………………………………………………………9</p><p> ?、鑲鲃?dòng)比計(jì)算……………………………………………………………………………………………13
9、</p><p> ?、?.5步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型……………………………………………………………………………14</p><p> 五、同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………18</p><p> 六、分析論證、結(jié)論……………………………………………………………………………………19</p><p>
10、 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………………………20</p><p> 致謝詞……………………………………………………………………………………………………………21</p><p> 結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………………………………………………………21</p><p> 附錄Ι……………………
11、………………………………………………………………………………………22</p><p> 附錄ΙΙ……………………………………………………………………………………………………………24</p><p><b> 前 言</b></p><p><b> 數(shù)控技術(shù)發(fā)展背景:</b></p>&
12、lt;p> 一個(gè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的水平和擁有量是衡量其工業(yè)現(xiàn)代化程度、衡量國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo),而數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)正是數(shù)控系統(tǒng)。雖然我國(guó)在低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化,但在中高檔的數(shù)控系統(tǒng)方面還處于劣勢(shì)地位。兩年前,日本法那克公司和德國(guó)西門子公司在中國(guó)以12000臺(tái)和7000臺(tái)的銷售數(shù)量,基本壟斷了中國(guó)中高檔數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)。</p><p> 目前,這種中高檔數(shù)控機(jī)床“空芯化”現(xiàn)象已經(jīng)
13、有所改變。中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)提供的數(shù)字顯示,過去五年來(lái),我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)科研攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)化等方面取得了一批階段性成果。全行業(yè)平均每年完成科研項(xiàng)目100項(xiàng)以上。目前全行業(yè)擁有的近500項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,一半以上采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)初步建起了產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合、國(guó)內(nèi)外結(jié)合的新型技術(shù)開發(fā)體系,已建立起國(guó)家超精密機(jī)床工程技術(shù)研究中心、國(guó)家精密工具工程技術(shù)研究中心、國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心、國(guó)家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、國(guó)家高檔數(shù)控工程研究中心等尖端科
14、研中心,經(jīng)認(rèn)定的國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心達(dá)15家。</p><p> 近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升,在大中企業(yè)已有較多的使用,在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中,除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外,大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài),并且相當(dāng)部分處于使用效率不高,管理方式落后的狀態(tài)。 2001年,我國(guó)機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名,機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位,達(dá)47.39億美元,僅次于美國(guó)的53.
15、67億美元,消費(fèi)額比上一年增長(zhǎng)25%。但由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求,使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì),2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位,達(dá)24.06億美元,比上年增長(zhǎng)27.3%。 近年來(lái)我國(guó)出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等,普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年
16、上升,在大中企業(yè)已有較多的使用,在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中,除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外,大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài),并且相當(dāng)部分處于使用效率不高,管理方式落后的狀態(tài)。 2001年,</p><p> 國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn): 1)新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破,技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。 2)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng),數(shù)控化率顯著提高。2001年國(guó)內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬(wàn)臺(tái),比
17、上年增長(zhǎng)28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。</p><p><b> 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p> 第一章 改造設(shè)計(jì)分析</p><p> ?、鍞?shù)控車床工作原理及組成 </p><p> 1.數(shù)控
18、車床工作原理:數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí),首先應(yīng)編制零件的加工程序,這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置,再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤(rùn)滑的開、關(guān)等動(dòng)作,使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作,從而加工出符合要求的零件。</p><p> 2.數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控機(jī)
19、床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置(CNC)、伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)、輔助控制裝置、機(jī)床本體等四部分組成。如圖所示:</p><p> 1.2數(shù)控車床是高度自動(dòng)化機(jī)床,數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn):</p><p> 1、機(jī)床有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率,以適應(yīng)高效率加工的需要;</p><p> 2、主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠,一般能自動(dòng)變速;</p>
20、;<p> 3、主軸應(yīng)有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度;</p><p> 4、主軸轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)很廣,如對(duì)鋁合金材料的高速切削,幾乎沒有上限的限制,主軸最高轉(zhuǎn)速取決于主傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)元件的允許極限(如主軸軸承允許的極限轉(zhuǎn)速),而最低轉(zhuǎn)速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工材料的要求來(lái)確定。</p><p><b> 第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><
21、;p> 2.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造</p><p> 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p> 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度,能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差,消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。</p><p> 2.
22、2數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p> 數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成,硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有:? (1)可以全部自己設(shè)計(jì)制作? (2)可以采用單板機(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制? (3)可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動(dòng) 在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中,由于第一種設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)且不經(jīng)濟(jì),同時(shí)質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)
23、。所以不課程設(shè)計(jì)將采取第三鐘方案。</p><p> 2.3 機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)Ι2.3.1數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定</p><p> 數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為:點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置,而對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。由C618車床要加工復(fù)雜輪廓零件,所以本微機(jī)數(shù)
24、控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。</p><p> 2.3.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造</p><p> 數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無(wú)位置檢測(cè)和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。(1)閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度,能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差,消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。</p><
25、;p> ?。?)半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬,過載能力強(qiáng),又采用反饋控制,因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是,采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜,設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn),技術(shù)難度較大。</p><p> ?。?)開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路,因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差,但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于調(diào)整,所以常用于精度要求不高的場(chǎng)合。經(jīng)過上序比較,由于所改造的C618車床的目標(biāo)加工精度要求不高,
26、所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p> 在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中,由于第一種設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)且不經(jīng)濟(jì),同時(shí)質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以不課程設(shè)計(jì)將采取第三鐘方案。</p><p> 2.4機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)ΙΙ</p><p> 2.4.1主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì) 將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī),無(wú)級(jí)調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床
27、的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離,主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。</p><p> 2.4.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除??v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級(jí)齒輪減速后,由滾珠絲杠傳動(dòng)。</p><p> 2.4.3其它部件的改造 刀架部分:拆除原手動(dòng)刀架和小拖板,
28、安裝由微機(jī)控制的四工位電動(dòng)機(jī)刀架,該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長(zhǎng)、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后,確定的C618的車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的總體方案示意圖如圖所顯:C618車床的主軸轉(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。為保持切
29、削螺紋的功能,需安裝主軸脈沖發(fā)生器。</p><p> 第三章 車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)</p><p> 改造后的C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。</p><p> 3.1主傳動(dòng)系統(tǒng)作用</p><p> 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求
30、。 </p><p> 3.2對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求</p><p> ?。?)有較寬的調(diào)速范圍,可增加數(shù)控機(jī)床加工適應(yīng)性,便于選擇合理切削速度使切削過程始終處于最佳狀態(tài)。</p><p> (2)有足夠的功率和扭矩,使數(shù)控加工方便實(shí)現(xiàn)低速時(shí)大扭矩,高速時(shí)恒功率,以保證加工高效率。</p><p> (3)有足夠的傳動(dòng)精度,各零部件應(yīng)
31、具有足夠精度、剛度、抗振性,使主軸運(yùn)動(dòng)高精度,從而保證數(shù)控加工高精度。</p><p> (4)噪聲低,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),使數(shù)控機(jī)床工作環(huán)境良好、宜人。</p><p> 3.3主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速方式</p><p> 3.3.1采用變速齒輪傳動(dòng)</p><p> 采用少數(shù)幾對(duì)齒輪降速,用液壓撥叉自動(dòng)變速,電機(jī)主軸仍為無(wú)級(jí)變速,并實(shí)現(xiàn)主軸的正反
32、啟動(dòng)、停止、制動(dòng)。該方式扭矩大,噪聲大,一般用于較低速加工。</p><p> 3.3.2采用同步齒形帶傳動(dòng)</p><p> 采用直流或交流主軸伺服電機(jī),由同步齒形帶傳動(dòng)至主軸,該方式主軸箱及主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,主軸部件剛性好;傳動(dòng)效率高、平穩(wěn)、噪聲小;不需潤(rùn)滑;但由于輸出扭矩小,低速性能不太好,在中檔機(jī)床中應(yīng)用較多。</p><p> 3.3.3采用主軸電機(jī)直接
33、驅(qū)動(dòng)</p><p> 亦稱一體化主軸、電主軸,由主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),電機(jī)、主軸合二為一,主軸為電機(jī)的轉(zhuǎn)子。該方式處理好散熱、潤(rùn)滑非常關(guān)鍵,一般應(yīng)用于高速機(jī)床。</p><p> 第四章 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p> 4.1 選擇脈沖當(dāng)量</p><p> 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量,&l
34、t;/p><p> 縱向: 0.01mm/步, 橫向:0.005mm/步(半徑)</p><p><b> 4.2計(jì)算切削力</b></p><p><b> 4.2.1縱車外圓</b></p><p> 主切削力FZ(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估算:</p><p>
35、 FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360</p><p> 按切削力各分力比例:</p><p> FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p><p> F X=5360×0.25=1340</p><p> FY=5360×0.4=2144</p><p>&l
36、t;b> 4.2.2橫切端面</b></p><p> 主切削力FˊZ(N)可取縱切的0.5</p><p> FˊZ=0.5FZ=2680</p><p> 此時(shí)走刀抗力為FˊY(N),吃刀抗力為Fˊx(N)。仍按上述比例粗略計(jì)算:</p><p> FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p>
37、<p> FˊY=2680×0.25=670</p><p> FˊX=2680×0.4=1072</p><p> 4.3滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型</p><p> 4.3.1縱向進(jìn)給絲桿</p><p> (1)計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N)</p><p> 縱向進(jìn)給為綜合型
38、導(dǎo)軌</p><p> Fm=KFx+fˊ(Fz+G)</p><p> =1.158×1340+0.16×(5360+800)</p><p><b> =2530</b></p><p> 式中 K—考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù),綜合導(dǎo)軌取K=1.15;</p>&
39、lt;p> fˊ—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.15—0.18;</p><p> G—溜板及刀架重力:G=800N</p><p> (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C</p><p><b> C=3√LfWFM</b></p><p> L=60×n×t/106</p><p&g
40、t; N=1000×Vs/Lo</p><p> 式中 Lo—滾珠絲桿導(dǎo)程,初選L=6mm;</p><p> Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度,可取最高進(jìn)給速度的(1/2—1/3),此處Vs=0.6m/min</p><p> T—使用壽命,按15000h;</p><p> fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.
41、2—1.5;</p><p> L—壽命、以106為一單位。</p><p> n=1000Vs/Lo=1000×0.6×0.5/6=50r/min</p><p> L=60×N×T/106=60×60×15000/106=45</p><p> C=3√LfwFm=3√4
42、5×1.2×2530=10798.7N</p><p> (3)滾珠絲桿螺母副的選型</p><p> 查閱表,可用W1L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副,1列2.5圈,其額定動(dòng)負(fù)載為16400N,精度等級(jí)按表4-15選為3級(jí)(大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級(jí))。</p><p><b> (4)傳動(dòng)效率計(jì)算</b>&l
43、t;/p><p> η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p> 試中γ—螺旋升角,W1L400bγ=2º44ˊ</p><p> φ—摩擦角10ˊ滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003--0.004</p><p> η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p> =tg2º44ˊ/tg(2º44+
44、10ˊ)=0.94</p><p><b> 4.3.1剛度驗(yàn)算</b></p><p> 最大牽引力為2530N。支撐間距L=1500mm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。</p><p> A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1</p><p> 根據(jù)Pm=2530N,D0=40mm,查出ΔL/L
45、=1.2×10-5</p><p><b> 可算出:</b></p><p> δ1=δL/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2</p><p> 由于兩端采用向心推力球軸承,且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉伸,故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量 δ1(mm)為:</p
46、><p> δˊ1=0.25×10-2 </p><p> B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形δq</p><p> W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量δq :</p><p><b> δq=6.4µm</
47、b></p><p> 因進(jìn)行了預(yù)緊, δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2µm</p><p> C.支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形δ3</p><p> 采用8107型推力球軸承,d1=35mm,滾動(dòng)體直徑dq=6.34mm,滾動(dòng)體</p><p> 數(shù)量Z=18,δc=0.0024×3
48、√Fm2/(dq×Z2) </p><p> =0.0024×3√2532/(6.35×182)</p><p> 注意,此公式中Fm單位為kgf</p><p><b> 應(yīng)施加預(yù)緊力,故</b></p><p> δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.00
49、38mm </p><p> 根據(jù)以上計(jì)算:δ= δ1+δ2+δ3</p><p> =0.0045+0.0032+0.0038</p><p> =0.0115mm<定位精度</p><p><b> (5)穩(wěn)定性校核</b></p><p> 滾珠絲
50、桿兩端推力軸承,不會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p> 4.3.2橫向進(jìn)給絲桿</p><p> 1)計(jì)算進(jìn)給牽引力Fˊm</p><p> 橫向?qū)к墳檠辔残?,?jì)算如下:</p><p> Fˊm=1.4×Fˊy+fˊ(Fz+2Fˊx+Gˊ)</p><p> =1.4×
51、670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N </p><p> (2)計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C</p><p> n=1000×V3/L0=1000×0.3×0.5/5=30</p><p> L=60×n×T/106=60×30×150
52、00/106</p><p> C=3√LfwFˊm=3√27×1.2×2030=7283N</p><p> (3)選擇滾珠絲杠螺母副</p><p> 從附錄A表3中查出,W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副,額</p><p> 定動(dòng)載荷為8800N,可滿足要求,選定精度為3級(jí)。</p&g
53、t;<p><b> (4)傳動(dòng)效率計(jì)算</b></p><p> η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4º33ˊ/tg(4º33ˊ+10ˊ)=0.965</p><p><b> (5)剛度驗(yàn)算</b></p><p> 橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖所示,最大牽引力為2425N,支承間距
54、L=450mm,因絲杠長(zhǎng)度較短,不需預(yù)緊,螺母及軸承預(yù)緊。</p><p><b> 計(jì)算如下:</b></p><p> A.絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1(mm)</p><p> 查圖4-6,根據(jù)Fˊm=2032N,D0=20MM,查出δL/L=5×10ˉ5 可算出</p><p&g
55、t; δ1= δL /L×L=4.2×10‐5 ×450=1.89×10‐2mm</p><p> 顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸,以提高剛度</p><p> 故 δˊ=0.25δ1=4.7×10—3</p><p> B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>
56、查資料(《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].1版》,)。 δq=8.5μm</p><p> 因進(jìn)行了預(yù)緊 δ2=0.5δq=0.5×8.5=4.25μm</p&
57、gt;<p> C.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形</p><p> 采用8103型推力球軸承,dq=5</p><p><b> Z=13</b></p><p><b> d=17mm</b></p><p> δc=0.00243√Fm2/(dq×Z2)
58、60;=0.00243√202.3/5×132=1.3×10ˉ3</p><p> 考慮到進(jìn)行了預(yù)緊,故</p><p> δ3=0.5 δc=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4</p><p> 綜合以上幾次變形量之和得:</p><p> δ=δˊ1δ2δ3=4.7
59、5;10¯3+4.25×10¯3/+</p><p> =0.0096<0.015(定位精度 )</p><p><b> (6)穩(wěn)定性校核</b></p><p> 滾珠絲杠兩端推力軸承,不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p><b> 4.4傳動(dòng)比計(jì)算<
60、;/b></p><p> 4.4.1縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p> 已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δp =0.01,滾珠絲杠導(dǎo)程L0=6mm,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75??捎?jì)算出傳動(dòng)比i</p><p> i=360δp / θbL 0 =390×0.01/0.75×6=0.8</p&
61、gt;<p><b> 可選定齒輪齒數(shù)為:</b></p><p><b> I=Z1/Z2</b></p><p> Z1=32,Z2=40 ,或Z1=20,Z2=25</p><p> 4.4.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算</p><p> 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp =0
62、.005,滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75º??捎?jì)算出傳動(dòng)比i </p><p> I=360δp / θbL 0=360×0.005/0.75×5=0.48</p><p> 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因,不使大齒輪直徑太大,以免影響到橫向溜板的有效行程,故此處可采用兩級(jí)齒輪降速:</p><p>
63、 i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25</p><p> Z1=24,Z2=40,Z3=20,Z4=25</p><p> 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大,模數(shù)m取2。</p><p><b> 有關(guān)參數(shù)參照下表:</b></p><p> 4.5步進(jìn)電
64、機(jī)的計(jì)算和選型</p><p> 4.5.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算</p><p> (1)等效傳動(dòng)慣量計(jì)算</p><p> 方法計(jì)算如下,傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量JΣ(kg?cm2)可有下式計(jì)算:</p><p> JΣ=Jm+J1+(Z1/Z2)2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><
65、;p> 式中:Jm—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2)</p><p> J1,J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2)</p><p> Js—滾珠絲杠傳動(dòng)慣量(kg?cm2)</p><p> 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Jm=10(kg?cm2)</p><p> J1=0.78&
66、#215;103×d14·L1=0.78×103×6.42×2=2.6 kg?cm2</p><p> J2=0.78×103×d24·L2=0.78×103×82×2=6.39 kg?cm2</p><p> Js=0.78×103×44
67、5;150=29.952 kg?cm2</p><p><b> G=800N</b></p><p><b> 代入上式:</b></p><p> JΣ=Jm+J1+(Z1/Z2)2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><p> =10+2.62+(32/40)2〔(6.3
68、9+29.592)+800/9.8(0.6/2π)2〕=36.355 kg?cm2</p><p> 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題。</p><p> Jm/JΣ=10/36.355=0.275</p><p> 基本滿足慣量匹配的要求和運(yùn)行矩頻特性。</p><p> 5.1.3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<
69、;/p><p> Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz</p><p> Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p> 從表中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz,再?gòu)挠嘘P(guān)手冊(cè)
70、中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí),f起=2500時(shí),M=100N·cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩(782N·cm)直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象,所以必須采用升降速控制(用軟件實(shí)現(xiàn)),將起動(dòng)頻率降到1000Hz時(shí),起動(dòng)力矩可增加到5884N·cm,然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路,還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。</p><p&
71、gt; 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)行矩頻特性完全可以滿足要求。</p><p><b> (2)電機(jī)力矩計(jì)算</b></p><p> 機(jī)床在不同的工況下,其所需轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計(jì)算:</p><p> A.快速空載啟動(dòng)力矩M起</p><p> 在快速空載起動(dòng)階段,加速力矩
72、占的比例較大,具體計(jì)算公式如下:</p><p> M起=Mamax+Mf+Ma</p><p> Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×102/(60×ta/2π)</p><p> = JΣ×2π·nmax×102/(60×ta)</p><p> nmax
73、=νmax·θb/δp·360</p><p> 將前面數(shù)據(jù)代入,式中各符號(hào)意義同前。</p><p> nmax=νmax·θb/δp·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/min</p><p> 啟動(dòng)加速時(shí)間ta=30ms</p><p>
74、 Mamax=JΣ×2π·nmax×102/(60×ta)</p><p> =36.355×2π×500×102/(60×0.03)</p><p> =634.5N·cm</p><p> 折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf:</p><p>
75、 Mf=FOL0/2πηi=f¹(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)</p><p> =0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.25)=94N·cm</p><p><b> 附加摩擦力距M0</b></p><p> MO=FPOL0(1-
76、η02)/2πηi=1/3×Ft×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1)</p><p> =1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8×1.25)</p><p> =805.3×0.19=15.3N·cm</p><p><b> 上述三
77、項(xiàng)合計(jì):</b></p><p> M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cm</p><p> B.快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快。</p><p> M快=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cm</p><p> C.快速切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M切</p>
78、<p> M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2πηi</p><p> =94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25) =94+15.3+127.96=237.26N·cm</p><p> 從上面計(jì)算可以看出,M起、M快和M切三種工況下,以快速空載起動(dòng)所需力矩最大,以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。&l
79、t;/p><p> 從有關(guān)手冊(cè)[《[機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]》]查出,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí) λ=Mq/Mjmax=0.951</p><p> 最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782N·cm</p><p> 按此最大靜力矩從有關(guān)手冊(cè)中查出,150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩,可作
80、為初選型號(hào),但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特5.2.3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</p><p> Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz</p><p> Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p> 由1
81、10BF003型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其最高空載起動(dòng)頻率為1500Hz,運(yùn)行頻率為7000Hz。根據(jù)110BF003型電機(jī)的起動(dòng)距頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線可以看出,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)F=1500Hz,M=98N·cm,小于機(jī)床所需的起動(dòng)力矩(184.4N·cm),直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象,所以必須采用升降速控制(用軟件實(shí)現(xiàn))。將起動(dòng)頻率將為1000Hz時(shí),既可滿足要求。當(dāng)機(jī)床快速起動(dòng)和切削進(jìn)求。進(jìn)給時(shí),則完全滿足運(yùn)行矩頻
82、要</p><p> 第五章 同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p> 同步齒形帶的選擇和校核:</p><p> 在車床改造時(shí)中,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與四缸傳動(dòng)副之間裝有減速機(jī)構(gòu),通過減速機(jī)構(gòu)可得到所需的脈沖當(dāng)量和增大的驅(qū)動(dòng)力矩。減速機(jī)構(gòu)采用同步齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu),同步齒形帶傳動(dòng)相對(duì)齒輪傳動(dòng)是一種新型的帶傳動(dòng),其利用同步帶的齒型與帶輪的輪齒傳遞運(yùn)動(dòng),無(wú)相對(duì)滑動(dòng),無(wú)噪聲,無(wú)需潤(rùn)滑,
83、傳動(dòng)精度和效率高,同步帶傳動(dòng)的帶速高達(dá)40~80m/s.傳遞功率可達(dá)100KW,傳動(dòng)比可達(dá)10~20,傳動(dòng)效率98%。因此在這次數(shù)控改造中我們采用同步齒形帶來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。</p><p><b> 如表1</b></p><p> (1)模數(shù) 根據(jù)表1.12 m=4</p><p> ?。?)齒數(shù)
84、160; 查表1.3選 z=18 </p><p> ?。?)帶輪節(jié)圓直徑為:d=75</p><p> (4)帶速為:V’=200mm/s</p><p> ?。?)中心距為:則210〈a<600取a=500</p><p> ?。?)帶長(zhǎng)為:L=300</p>
85、<p> ?。?)小帶輪嚙合齒數(shù):a=60</p><p> ?。?)帶寬:c=120</p><p><b> 表1</b></p><p> 第六章 分析論證、結(jié)論</p><p> 根據(jù)《自動(dòng)化制造系統(tǒng)》,可行性論證使用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告,是上級(jí)主管部門審定和
86、批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。同樣,在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法,普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行,即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問題分析,企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo),改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析,改造后車床的實(shí)施計(jì)劃,結(jié)論等。 </p><p> 本改造設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C618進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計(jì)中,采用的
87、是廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T型數(shù)控系統(tǒng),加上兩臺(tái)伺服電機(jī),兩套滾珠絲杠副和相配的傳動(dòng)部分以及齒輪副,一臺(tái)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī),四個(gè)電磁離合器以及主傳動(dòng)部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過15萬(wàn)元。因此,對(duì)普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國(guó)國(guó)情,是國(guó)內(nèi)企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實(shí)用性。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b><
88、;/p><p> [1]李福生.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)[M].北京:北京出版社,1993.</p><p> [2]龔炳錚.機(jī)電一體化技朮應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.</p><p> [3]林其駿.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,1991.</p><p> [4]李恩林?jǐn)?shù)控技術(shù)原理及應(yīng)用,北京國(guó)防工業(yè)出
89、版社,2006.</p><p> [5]顧冠群,萬(wàn)德均.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè).江西科學(xué)技術(shù)出版社.1995</p><p> [6]張新義主編.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.</p><p> [7]張建民,唐水源,馮淑華.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).高等教育出版社,2001.</p><p> [8]張根保.自動(dòng)化
90、制造系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.</p><p> [9]王潤(rùn)孝.先進(jìn)制造系統(tǒng)[M].陜西:西北工業(yè)大學(xué)出版社.2001.</p><p> [10]趙汝家.先進(jìn)制造系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2002.</p><p><b> 致謝</b></p><p> 感謝老師在百忙之中抽時(shí)間
91、評(píng)閱,我對(duì)C618數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)了解還較淺,在寫本論文中使我對(duì)數(shù)控機(jī)床有了更深的認(rèn)識(shí)。文中有許多錯(cuò)誤與不足之處,還望來(lái)師多多指點(diǎn)。</p><p> 本篇論文是在**老師的指導(dǎo)下完成的。在研究分析的過程中,**老師給予了指導(dǎo),并提供了很多與該論文相關(guān)的很多重要信息,培養(yǎng)了我對(duì)事情研究分析的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和創(chuàng)新精神,很大程度上提高了我分析問題,解決問題的能力,這非常有利于我現(xiàn)在和今后的學(xué)習(xí)和工作。在寫作的
92、過程中也遇到很多困難,但是謝老師卻不厭其煩悉心教導(dǎo)與指點(diǎn)。謹(jǐn)向**老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意!</p><p> 同時(shí)也感謝學(xué)校圖書館的管理人員給我們提供了方便,使我們可以在任何合理的時(shí)候借閱相關(guān)的書籍,還有一路陪伴過我的同學(xué)們,再次衷心的向你們說一聲謝謝!</p><p><b> 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p> 緊張的論文設(shè)計(jì),
93、在和老師的指導(dǎo)下共同努力下結(jié)束了,這次實(shí)習(xí)使我們?cè)谠瓉?lái)的理論基礎(chǔ)上增加了實(shí)踐性的知識(shí),同時(shí)我也感受到了要想成為一名數(shù)控改造設(shè)計(jì)師需要付出更多的努力。</p><p> 在本次設(shè)計(jì)中,我們參考書進(jìn)行論文的設(shè)計(jì)。文字和圖片進(jìn)行補(bǔ)充、修改和完善,使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳水平,比較完善了內(nèi)容,而且清晰明了??梢姅?shù)控機(jī)床加工中已從研究階段走向了實(shí)用階段。</p><p> 這次設(shè)計(jì)得到劉順老師的指導(dǎo)和幫助
94、,向他表示衷心的感謝,這次設(shè)計(jì)數(shù)控畢業(yè)論文在實(shí)際生活中的重要性,以后我一定要加倍努力學(xué)習(xí),為將來(lái)打下牢固的基礎(chǔ)。</p><p><b> 附錄Ι</b></p><p> 同步帶模數(shù)的選擇參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材</p><p> 1.22同步帶傳動(dòng)工作情況系數(shù)</p><p> 1.23小帶輪最小齒數(shù)</
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