普通车床的数控改造毕业设计.doc

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1、 摘 要机械制造业是国民经济中具有十分重要的地位和作用的一个重要行业。机械制造业提供的装备水平对国民经济各部门的技术进步有着很大的和直接的影响。机械制造业的规模的水平是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各地都把发展机械制造业作为振兴和发展本国经济的战略重点。在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有

2、机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：机床的数控化改造可以为企业带来可观的经济效益。根据我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情,采用经济型数控系统对普通机床进行数控化改造,对提高我国机械加工的数控化率,提升拥有大量普通机床的国有企业的加工能力,具有重要的意义。下面便以CA6140 型车床为例，利用经济型数控系统对其进行数控化改造。关键词： CA6140车床 ,数控化改造, 意义目录第一章 CA6140车床的简介11.1机床的特点与用途11.2机床的主要结构和加工范围及特点11.3机床的传动系统的介绍4第二章 设计进给系统82.1设计纵向进给系统82.2设计横向进

3、给系统23第三章 主轴交流伺服电动机393.1 主轴的变速范围393.2 初选主轴电机型号393.3 主轴电动机恒功率调速范围403.4 主轴交流电动机的性能40第四章 刀架的选型414.1 改造刀架的目的414.2 刀架的工作过程414.3 刀架的工作原理41第五章 安装调整中需要注意的问题435.1 滚珠丝杠螺母副的选择 435.2 滚珠丝杠螺母副的调整435.3 联轴器的安装435.4 主轴脉冲发生器的安装43第六章 数控车床工件加工实例45第七章 数控机床的日常维护与养护 507.1 保持设备的清洁507.2 定期对各部位检查507.3 主轴脉冲发生器的安装50第八章 结论52参考文献

4、53致 谢54iv第一章 CA6140车床的简介1.1机床的特点与用途CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。加工范围较广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成形面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花和压光等工作。1.2机床的主要结构和加工范围及特点CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。图1-1 CA6140外形结构图1、11床腿 2.进给箱 3.主轴箱 4

5、.床鞍 5.中滑板 6.刀架7回转盘 8.小滑板 9.尾座 10.床身 12.光杠 13.丝杠 14.溜板箱主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。溜板箱：是车床进给运动

6、的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。1.2.1加工范围CA6140车床的工艺范围很广，它能完成车削内外圆柱面、圆锥面、车削端面、各种螺纹、成形回转面和环形槽等多种多样的加工工序。也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。其典型如图1-2所示。CA6140车床主运动由工件随主轴旋转来实现，而进给运动由刀架的横向动来完成。由于机械产品中回转表面的零件很多。车床的工艺范围又较广泛，因此CA6140车床使用十分广泛。图1-2车床加工的典型零件1.2.2 CA

7、6140车床的加工特点1 加工范围较大。 2 加工时，主运动是工件和旋转运动，进给运动是刀具的纵向和横向移动。3 正常情况下，在车削加工过程中，切削力比较稳定，加工比较平稳。4 在车削加工过程中切屑和刀具之间的剧烈挤压和摩擦，以及刀具与工件之间的摩擦，产生了大量的切削热，但大部分热量被切屑带走，所以CA6140在加工过程中一般可以不使用切削液。5 在一般情况下，这种机床多用于粗加工和半精加工1.3机床的传动系统的介绍CA6140车床的传动系统，由主运动传动系统、车螺纹进给传动系统组成，见图1-3。图1-3 CA6140车床主运动传动系统图1.3.1主运动传动系统1.传动路线表达式 写传动路线表

8、达式的方法是“抓两头带中间”，即将首件通过中间传动件将末端件联系起来，对于CA6140型卧式车床主运动传动链来说，即从主电动机经130mm带轮带动230mm带轮，从而带动轴，轴上有双摩擦离合器M1，M1向左结合，左边的z51、z56双联齿轮与轴一起转动，通过两对传动副，传动轴实现主轴正转。M向右结合，由z50与轴一起转动，z50通过轴z34传动轴上的z30实现主轴反转。M1处于中间，则轴空转，即不传动左边的z51和z56，也不传动右边的z50，轴的运动通过轴之前的三对传动副，传动轴，轴有两条路线可传动主轴，即通过 轴上的M，M向左滑移至z63与z50啮合，使得轴通过， 直接传动主轴轴，实现主轴

9、高速转动，即为4501400r/min;若M向右结合，轴通过，传动轴，轴通过，传动轴，轴通过 传动轴（主轴），其传动路线表达式为1.3.2车螺纹进给传动系统CA6140型卧式车床的螺纹进给传动系统可车削米制，模数制，英制和径节制4种标准螺纹，另外还可以加工大导程螺纹，非标准螺纹及较精密螺纹以及右旋，左旋螺纹。车制螺纹时，刀架通过车螺纹传动链得到运动，两端件主轴，刀架之间必须保持严格的运动关系，即主轴每转一周，刀具移动一个被加工螺纹的导程L。车螺纹传动链运动平衡式为：=L （1-1） 式中U为主轴至丝杠间全部传动机构的总传动比；L丝为机床丝杠的导程，CA6140型车床的丝杠导程L丝=12mm；L

10、为工件螺纹的导程（mm）。1.3.3纵向、横向进给机构车削内、外圆柱表面时，可使用机动的纵向进给车削端面时，可使用机动的横向进给。为了减少丝杠的摩孙和便于操作，保证螺纹传动链的精度，机动进给传动链不用丝杠及开合螺母传动。机动进给是由光杠XIX经溜板箱传动。从主轴VI至进给箱轴XVII上滑移齿轮Z28处于左位，使 脱开，从而切断进给箱与丝杠的联系。运动由齿轮副及联轴节传至光杠XIX，再由光杠通过溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮齿条机构或横向进给丝杠XXVII，使刀架做纵向或横向机动进给。溜板箱内的双向齿式离合器及分别用于纵、横向机动进给运动的接通、断开及控制进给方向。CA6140型卧式车床可以通

11、过4种不同的传动路线来实现机动进给运动，从而获得纵向和横向进给量各64种。以同样传动路线传动时，横向进给量为纵向进给量的一半。1.纵、横向机动进给的传动路线表达式为2.纵向机动进给量(32种)3.横向机动进给量(64种) 横向机动进给量为纵向机动进给量的一半。1.3.4刀架的快速移动在CA6140车床上加工零件时，为了缩短辅助时间，提高生产效率：刀架可实现机动纵向、横向快速移动。按下快速移动按钮（点动控制），快速电机（0.25kw，2800rpm）经齿轮副13/29使轴XX高速转动，再经蜗杆副4/29及溜板箱内的转换机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动，快速移动的方向由溜板箱内的双向离合器M8

12、及M9控制。7第二章 设计进给系统2.1设计纵向进给系统纵向进给系统主要分为切削力的计算、滚珠丝杠副的选择、减速齿轮的设计、步进电机的确定等。操作步骤为：拆除原CA6140车床的传动机构（进给箱、溜板箱、传动丝杠、光杠、操作丝杠），利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔，安装步进电机减速箱体，滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮动）。由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，所以纵向进给机构整体刚性优于从前，所以采用一级齿轮减速装置。已知条件，如表2-1：最大工件直径/mm最大工件长度/mm溜板及刀架重量/mm刀架快移速度m/min最大进给速度m/min定位精度mm主电动机功

13、率/kw起动加速时间/ms滚珠丝杠导程/mm床身上床鞍上750/1000纵向横向纵向横向纵向横向纵向横向4002108006002.41.20.60.30.0157.53065表2-1 CA6140车床参数选择脉冲当量 根据机床精度要求选择脉冲当量，纵向：0.01mm/步，横向为纵向的一半，即0.005mm/步2.1.1切削力的计算 车床的主电动机最大切削功率P=PK （2-1）式中 P主电动机功率，CA6140车床P=7.5KW主传动系统效率，一般为0.60.7，取=0.65 K进给系统功率总效率 取K=0.96P=7.50.650.96=4.68KW又切削力P= （2-2） 式中 F主切削

14、力（N） V最大切削速度（m/min）。按用硬质合金刀具半精车刚件的速度V=100m/min在外圆车削中：F=（0.150.7）F=28080.6=1684.8N F=（0.10.6）F=28080.5=1404N2.1.2滚珠丝杠副的设计及选型1、滚珠丝杠副的工作原理及特点 在数控机床进给系统中一般采用滚珠丝杠副来改善摩擦特性。滚珠丝杠副是一种在丝杠与螺母间装有滚珠作为中间元件的丝杠副，其结构原理如图2-1所示。为防止滚珠在工作过程中从螺母两端掉出，在螺母的螺纹滚道4上装有挡滚珠器2（又叫回珠器或反向器）。回路管道5将滚珠3引回，构成滚珠连续工作的循环通道。图2-1 滚珠丝杠副1-压块 2-

15、挡珠器 3-滚珠 4-螺纹滚道 5-回路管道 6-螺母 7-丝杠（1）、滚珠丝杠副具有如下优点：传动效率高 滚珠摩擦的摩擦损失小，传动效率=0.920.94，是普通滑动丝杠的34倍（=0.200.40）。摩擦力小 因静、动摩擦因数小，因而传动灵敏、运动平稳、低速不易爬行、随动精度和定位精度高。可预紧 经预紧后可消除轴向间隙。有助于定位精度和刚度提高，既使反向也没有空行程，反向定位精度高，且传动平稳。有可逆性 因摩擦因数小，所以不仅可将旋转成直线运动，也可将直线运动转换为旋转运动，丝杠可螺母既可作为主动件，也可作为从动件。使用寿命长 滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，去滚道表面淬火硬度达60-60H

16、RC，表面粗糙度值小，而且是滚动摩擦，故磨损很小、使用寿命长。因为滚珠丝杠副具有这些优点，所以进给系统我选择滚珠丝杠副（2）、 滚珠丝杠副的缺点是：制造工艺复杂，成本高 滚珠丝杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如丝杠螺母上的螺旋槽滚道一般都要求削成形表面，工艺复杂。不能实现自锁 由于起摩擦因数小而不能自锁，特别是垂直（立式）丝杠，由于自重和惯性或因突然停断电而容易造成主轴箱等下滑，所以需要添加制动装置。2、滚珠丝杠副的循环方式 常用的循环方式有外循环和内循环两大类，滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环：始终与丝杠保持接触的称为内循环。3、滚珠丝杠的安装

17、为提高传动刚度，选择合理的支承结构并正确安装很重要。滚珠丝杠主要承受向载荷，径向载荷主要是卧式丝杠的自重，因此滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。在安装时，应注意调整丝杠间隙，可用百分表测出具体的间隙所在。珠丝杠副的选用 滚珠丝杠副的选择主要是工件负载必小于滚珠丝杠的额定动负载Cm(N)即必须满足CCm。4、滚珠丝杠的承载能力的计算选择纵向进给为综合导轨，计算丝杠的最大轴向进给切削里Fm又因为Fm=KFf+f(Fc+w) （2-3）式中Ff、Fp、Fc切削分力（N）K颠覆里矩影响取K=1.15F导轨上的摩擦因数取f=0.16W移动部件的重量（N）代入式中：Fm=kFf+f(fc+w)=1.151

18、684.8+0.16(2808+800)=2514.8N（1）、寿命L 最大切削里F的进给速度Vs可取最高进给速度的1/21/5（取为1/2），纵向最大进给速度为0.6m/min,丝杠导程Lo=6mm，则丝杠转速为：n=丝杠使用寿命时间一般为15000h，则丝杠的计算寿命L为L=（2）、载荷Cm 当量动载荷Cm选用滚珠丝杠直径do时，必须保证丝杠工作时，在一定的轴向载荷作用下，丝杠在运转10转后，在它的滚珠上下产生疲劳点浊现象。这个轴向负载的最大值Cm，即为滚珠丝杠杆副所能承受的最大当量动载荷Cm （2-4）式中：运转系数精度系数 =14908.11N根据CCm的原则，查 机械设计手册化学出版

19、社出版，第三章第3卷，（P12-21） 4 选取滚轴丝杆的型号为：CMD4006-2.5E左，坐标直径为40mm，即外循环，齿差调隙式，一圈2.5列。滚珠直径为39.69mm，导程为6mm，摩擦级选用5级，螺纹升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/40）=arctg0.047=.（3）、传动功率 滚轴丝杆副的传动功率为：=tgr/tg（r+） （2-5）=tgr/tg（r+）=0.94式中：r丝杠的螺纹升角摩擦角。滚动丝杆副的滚动摩擦因数f=0.003，摩擦角约等于10所以=10（4）、稳定性验算临界压缩载荷，对于受压的细长的滚轴丝杆，应验算其承受最大轴向压缩载荷Fmax时是否会

20、产生纵向弯曲。 （2-6）式中 E丝杆材料弹性量，对纲E=2.0610N/mL丝杠两支承端距离（m），L=1.5m;f丝杠的支承方式系数，f=2.00f许用稳定性安全系数，f=3I丝杠截面惯性矩（m） I= = =0.001md丝杠螺纹底径（m），d=d-1.02d=40-1.023.969=36.02mm.=2256.75N（5）、刚度验算滚珠丝杠副的轴向变形会影响进给系统的定位精度及运动平稳性，因此验算满载时候的轴向变形量。 丝杠的拉伸或压缩变形量。在总变形量中占的比重教大 （2-7）式中-滚珠丝杠支撑间的受力长度(mm)-滚珠丝杠的导程(mm)-在工作载荷作用引起的导程变化量(mm) 又

21、 （2-8）式中-轴向平衡载荷-材料弹性模量 钢=-珠丝杠横截面积 A=“+”号用于拉伸。由于两端均采用角接触球轴承且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度端固定的丝杠提高四倍。其实际变形为。 滚珠与螺纹接触变形量，此项变形占总变形量的比重也教大，当对丝杠加有预紧力且预紧力为轴向最大载荷的1/3时，之值可减少一半，又 （2-9）式中 轴向工作载荷（N）预紧力滚珠直径滚珠数量其为圈数K列数Z每圈螺纹滚道内的滚珠数外循环Z=d滚珠丝杠公称直径 =据上所诉，实际变形量为: =0.009 支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支撑滚珠丝杠的轴承为8107型推力轴承，几何参数d =35mm，滚球直径 滚动体数量=18

22、 轴承的轴向接触变形为： （2-10）mm因施加预紧力，故实际变形量mm注意单位为k总变形量=+=0.0044+0041+0.003758=0.012258mm又有前面已知条件可得：0.012258mm0.015mm的定位精度。符合要求。5、减速齿轮的设计i根据机床设计的要求，纵向进给脉冲当量为0.01mm，滚珠丝杠导程L=6mm，及初选的步进电动机的步距角0.75，传动比为因为I5,故可为一级齿轮传动。I=因进给运动齿轮受力不大。根据机械设计基础选取第一系列中的模树m=2压力角=20d=Mz=232=64mm 分度圆直径 =+2=m(+2)=2(32+21)=68 mm=+2=m(+2)=2

23、(40+21)=84齿顶高系数，我国标准规定：m1时，正常齿制=1齿根圆径 = -=m(-2-2)=2(322-20.25)=59 =-=m(-2-2)=2(402-20.25)=75.顶隙系数 我国标准规定：1 mm时，正常齿制=0.25 齿宽b=为了减小加工量，也为了装配和调整方便，大齿齿宽应小于齿轮齿宽，取，则 取=1 所以 所以减速齿轮参数为：大小齿轮的材料均为40合金钢，考虑到对传动要求和制造方便采用直齿传动从动齿轮齿轮错齿轮法消除和间隙，热处理采用调压处理，小齿轮硬度，大齿轮：硬度2.1.3步进电动机的选择1、计算负载惯量的意义惯量匹配条件 惯量匹配是指进给系统负载惯量与伺服电动机

24、转子惯量相匹配。 条件是：14式中：伺服电动机转子的转动惯量（）可有伺服电动机技术手册查出。J负载惯量（），即进给系统（传动轴、齿轮、工作台等）折算到伺服电动机上全部负载转动惯量。2、负载惯量的计算参考同类型机床，初步选用反应式步进电动机150BF002，其电动机转动惯量=10。 5 传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量为：（1）、齿数Z、Z折算到步进电动机轴上的转动惯量为：（2）、丝杠折算到步进电动机轴上的转动惯量 从表查得1m的丝杠的=15.45 J=15.451.5=23.175（3）、等效转动惯量为：J=J+ （2-11）J=J+ =3.21+ (=22.531负载转矩计算及最大

25、静转矩的选择 机床在不同的共况下，其所需转矩不同，（1）快速空载起动时所需转矩是：将已知数据代入，=500r/min考虑了电动机转子的转动惯量以后，传动系统折算的电动机轴上的总转动惯量 J=J+J=10+22.531=32.531M=567.77N 折算到电动机轴上的摩擦力矩 （2-12）=55.15 N.cm附加摩擦力矩 （2-13）=3.259N.cm则M=M+M+M=567.77N.cm+55.15N.cm+3.259N.cm=626.179N.cm（2）快速移动时所需力矩MM=M+M=55.15N.cm+3.259N.cm=58.409N.cm（3）最大切削负载时所需力矩M=M+M+=

26、55.15N.cm+3.259 N.cm+134.14N.cm=192.549N.cm从上面计算看出M、M、M三种情况下，以快速空载起动时所需转矩最大，以此项作为初选步进电动机的依据。查资料得，步进电机为五项十帕时， 步进电动机最大静转矩=按次最大静力矩，150BF002型步进电机最大静转距为13.72大于所需最大静力矩，可作为出选型号。但还得考虑电机起动频率特性和运行矩频特性。步进电机的空载起动频率：150BF002型反应式步进电动机允许的最高空载启动频率为2800，允许的最高空载运行频率为8000。a) 起动矩频特性 b)运行矩频特性图2-2 150BF002步进电机起动矩频特性由图2-2

27、（a）步进电动机起动矩频特性可看出，当步进电动机起动时，f起=2500HZ时，M=100N，远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩（633.84N），直接使用会产生失步现象，所以必须采取升降速控制（可用软件实现），将起动频率降到1000HZ时，起动扭矩可增高到588N，然后在电路上再采用高低压驱动电路，可将步进电动机输出转矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，由150BF002步进电机起动矩频特性图2-2（b）知该电动机能满足要求，根据上述计算综合分析，纵向进给系统采用150BFOO2步进电动机能满足要求。2.2设计横向进给系统横向进给系统主要分为切削力的计算、滚珠丝杠副的选择、减速齿轮的设

28、计、步进电机的确定等。改造步骤：保留原手动机构，用于微机进给和机床刀具对空操作；保留原有的支承机构；步进电机、齿轮箱体安装在机床后侧，为了便于安装滚珠丝杠。副丝杠轴采用分移式，然后用套筒刚联接。采用双片齿轮错齿法消除齿轮副间隙，并在溜板箱上安装了纵横向进给按钮和急停按钮，以适应机床调整时的操作和意外事故的紧急处理。2.2.1切削力的计算F=（0.10.6）F =28080.5=1404N2.2.2滚珠丝杠副的设计及选型1、选择纵向进给为燕尾性导轨，计算丝杠的最大轴向进给切削里Fm又因为Fm=KFf+f(Fc+2F+W) （2-14）式中Ff、Fp、Fc切削分力（N） K颠覆里矩影响取K=1.4

29、 F导轨上的摩擦因数取f=0.2 W移动部件的重量（N）代入式中：Fm= KFf+f(Fc+2F+W)=1.41684.8+0.2(2808+21404+600)=3353.28N2、寿命L 最大切削里F的进给速度Vs可取最高进给速度的1/21/5（取为1/3），纵向最大进给速度为0.6m/min,丝杠导程Lo=6mm，则丝杠转速为： r/min丝杠使用寿命时间一般为15000h，则丝杠的寿命L为L=183、载荷Cm 当量动载荷Cm选用滚珠丝杠直径do时，必须保证丝杠工作时，在一定的轴向载荷作用下，丝杠在运转10转后，在它的滚道上下产生疲劳点浊现象。这个轴向负载的最大值Cm，即为滚珠丝杠杆副所

30、能承受的最大当量动载荷Cm式中：运转系数精度系数 =14646.56N根据CCm的原则，查 机械设计手册化学出版社出版 4 ，第三章第3卷，选取滚轴丝杆的型号为：CMD2505-2.5E左，坐标直径为25mm，即外循环，齿差调隙式，一圈2.5列。滚珠直径为39.69mm，导程为6mm，摩擦级选用5级，螺纹升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/40）=arctg0.047=。4、传动功率 滚轴丝杆副的传动功率为：=tgr/tg（r+）=0.965式中：r丝杠的螺纹升角摩擦角。滚动丝杆副的滚动摩擦因数f=0.003，摩擦角约等于10所以=10 5、稳定性验算（1）临界压缩载荷，对于受

31、压的细长的滚轴丝杆，应验算其承受最大轴向压缩载荷Fmax时是否会产生纵向弯曲。式中 E丝杆材料弹性量，对纲E=2.0610N/mL丝杠两支承端距离（m），L=0.45m;f丝杠的支承方式系数，f=2.00f许用稳定性安全系数，f=3I丝杠截面惯性矩（m） I= = =md丝杠螺纹底径（m），d=d-1.02d=20-1.023.175=16.7615mm.=4680.6N6、刚度验算（1）、丝杠的拉伸或压缩变形量。在总变形量中占的比重教大.式中滚珠丝杠支撑间的受力长度(mm) 滚珠丝杠的导程(mm) 在工作载荷作用引起的导程变化量(mm)又式中- 轴向平衡载荷 - 材料弹性模量 钢= -滚珠丝

32、杠横截面积 A= = = mm“+”号用于拉伸。由于两端均采用角接触球轴承且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度端固定的丝杠提高四倍。其实际变形为。（2）、滚珠与螺纹接触变形量，此项变形占总变形量的比重也教大，当对丝杠加有预紧力且预紧力为轴向最大载荷的1/3时，之直可减少一半，又式中 轴向工作载荷（N） 预紧力滚珠直径滚珠数量其为圈数K列数Z每圈螺纹滚道内的滚珠数外循环Z=d滚珠丝杠公称直径= 据上所诉，实际变形量为: =0.009(3)、支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支撑滚珠丝杠的轴承为8107型推力轴承，几何参数d =15mm，滚球直径 滚动体数量=12 轴承的轴向接触变形为：mm因施加预紧力

33、，故实际变形量mm注意单位为k总变形量=+=0.0083+0.009+0.0336=0.0509mm又有前面已知条件可得：0.0509mm0.015mm的定位精度。显然，此变形量已大于定位的要求，不符合要求;要进行修改。因横向留板空间限制，不宜再加大滚珠丝杠直径，故采取贴速导轨减小摩擦力，从而取减小最大牵引力。计算丝杠的最大轴向进给切削里Fm又因为Fm=KFf+f(Fc+2F+W)式中Ff、Fp、Fc切削分力（N）K颠覆里矩影响取K=1.4F导轨上的摩擦因数取f=0.03W移动部件的重量（N）代入式中：Fm= KFf+f(Fc+2P+W)=1.41684.8+0.03(2808+21404+6

34、00)=2545.2N、丝杠的拉伸或压缩变形量。在总变形量中占的比重教大.式中滚珠丝杠支撑间的受力长度(mm) 滚珠丝杠的导程(mm) 在工作载荷作用引起的导程变化量(mm)又式中轴向平衡载荷 材料弹性模量 钢= 滚珠丝杠横截面积 A= = =mm“+”号用于拉伸。由于两端均采用角接触球轴承且丝杠又进行了预紧，故其拉压刚度端固定的丝杠提高四倍。其实际变形为。、滚珠与螺纹接触变形量，此项变形占总变形量的比重也教大，当对丝杠加有预紧力且预紧力为轴向最大载荷的1/3时，之直可减少一半，又式中 轴向工作载荷（N）预紧力滚珠直径滚珠数量其为圈数K列数Z每圈螺纹滚道内的滚珠数外循环Z=d滚珠丝杠公称直径=

35、 据上所诉，实际变形量为: =0.007、支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形支撑滚珠丝杠的轴承为8102型推力轴承，几何参数d =15mm，滚球直径 滚动体数量=12 轴承的轴向接触变形为：mm因施加预紧力，故实际变形量mm注意单位为k总变形量=+=0.0063+0.007+0.0253=0.0383又有前面已知条件可得：0.0383mm0.015mm的定位精度。此变形量仍不能满足要求，如果将滚珠丝杠再经过预拉伸，刚度还可以提高四倍，则总变形量=0.015。 此变形量满足设计要求 3 2.2.3减速齿轮的设计根据机床设计的要求，纵向进给脉冲当量为0.005mm，滚珠丝杠导程L=5mm，及初选的步

36、进电动机的步距角0.75，传动比为因为I5,故可为一级齿轮传动。I=因进给运动齿轮受力不大。根据机械设计基础 6 选取第一系列中的模树m=2压力角=20d=M=215=30mm 分度圆直径 = +2=m(+2)=2(15+21) =34 mm=+2 =m(+2)=2(30+21)=64齿顶高系数，我国标准规定：m1时，正常齿制=1齿根圆径 = -=m(-2-2)=2(152-20.25)=50 = -=m(-2-2)=2(301-20.25)=50顶隙系数 我国标准规定：1 mm时，正常齿制=0.25 齿宽b=为了减小加工量，也为了装配和调整方便，大齿齿宽应小于齿轮齿宽，取，则 取=1 所以

37、所以减速齿轮参数为：大小齿轮的材料均为40 合金钢，考虑到对传动要求和制造方便采用直齿传动从动齿轮齿轮错齿轮法消除和间隙，热处理采用调压处理，小齿轮硬度，大齿轮：硬度2.2.4步进电动机的选择1、计算负载惯量的意义参考同类型机床，初步选用反应式步进电动机130BF001，其电动机转动惯量=10。传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量为 5 ：(1)、齿数Z、Z折算到步进电动机轴上的转动惯量为：(2)、丝杠折算到步进电动机轴上的转动惯量 从表查得1m的丝杠的=0.84 J=0.841.5=1.26(3)、等效转动惯量为：J=J+ =0.278+ (=2.42、负载转矩计算及最大静转矩的选择

38、机床在不同的共况下，其所需转矩不同，(1) 快速空载起动时所需转矩是：将已知数据代入，=500r/min考虑了电动机转子的转动惯量以后，传动系统折算的电动机轴上的总转动惯量 J=J+J=10+2.4=12.4M 折算到电动机轴上的摩擦力矩=25.10N.cm附加摩擦力矩=7.56N.cm则M=M+M+M=12.4N.cm+25.10N.cm+7.56N.cm=45.06N.cm（2）快速移动时所需力矩MM=M+M=25.10 N.cm +7.56 N.cm =32.66N.cm（3）最大切削负载时所需力矩M=M+M+=25.10N.cm+7.56 N.cm+69.88N.cm=102.54N.

39、cm从上面计算看出M、M、M三种情况下，以最大切削负载时所需转矩最大，以此项作为初选步进电动机的依据。查资料得，步进电机为五项十帕时， 步进电动机最大静转矩=其次最大静力矩，130BF001型步进电机最大静转距为9.31大于所需最大静力矩，可作为出选型号。但还得考虑电机起动频率特性和运行矩频特性。步进电机的空载起动频率：电动机允许的最高空载启动频率为3000，最高空载运行频率为16000。由图2-3（a）步进电动机起动矩频特性可看出，当步进电动机起动时，f起=2500HZ时，M=100N.满足此机床所要求的空载起动力矩，所以必须采取升降速控制（可用软件实现）。a) 起动矩频特性 b)运行矩频特

40、性图2-3 130BF001步进电机起动矩频特性当快速运动和切削进给时，由130BF001步进电机起动矩频特性图2-3（b）知该电动机能满足要求，根据上述计算综合分析，纵向进给系统采用130BFOO1步进电动机能满足要求。54第三章 主轴交流伺服电动机3.1 主轴的变速范围主轴能实现的最高转速与最底转速之比称为变速范围Rn:Rn=Nmax/Nmin,数控机床的工艺范围，切削速度与刀具，工件直径变化很大所以主轴变速范围很宽： 由于： 这里为电动机的额定转速。 该机床主轴要求的恒功率调速范围为Rn为： 主轴电动机的功率是7.5KW。3.2 初选主轴电机型号选主轴电机的型号为：SIMODRIVE系列

41、交流主轴驱动系统型号为1HP61674CB4，连续负载PH/KW=14.5，间隙负载（60%）/KW=17.5KW。短时负载（20min）/kw=19.25kw,额定负载n/r min=5000,最大转速，Nmax/R/min=8000,额定转距277N.M，惯性距0.26kg.晶体管PWM变频器型号为6SC60584AA02。3.3 主轴电动机恒功率调速范围所以选用的电动机型号的调速范围满足主轴所要求的调速范围。3.4 主轴交流电动机的性能图3-1所示为交流主轴电动机的功率速度曲线。从曲线可看出，交流电动机在基本速度以下为恒转距区域，而在基本速度以上为横功率区域。但有些电动机，当电动机转速超

42、过某一定植以后，其功率转速曲线向下倾斜，不能保持恒定功率。对于一般主轴电动机，这个恒功率的转速范围只有3：1的比例。交流主轴电动机也有一定的过载能力，一般额定植的1.21.5倍，过载时间从几分钟到半个小时不等。图3-1 交流主轴电动机的特性 第四章 刀架的选型4.1 改造刀架的目的CA6140普通车床的上带有手动刀架。根据加工要求和生产情况，对刀架进行改造，提高生产率、降低工人劳动强度、为实现自动化加工提供前提条件。4.2 刀架的工作过程刀架的动作顺序：电动机（三相异步微型电动机）减速机构（蜗轮蜗杆）上升机构（螺旋机构）实现刀架抬起刀架旋转电器信号确定（霍尔元件）电机反转粗定位（反靠拢）刀架下降精定位刀架压紧换刀终了信号执行加工程序4.3 刀架的工作原理在加工过程中，选刀时在程序中输入被选刀具的的TXX（刀具号）和DXX（刀沿号）。PCU单元通过PLC的输出端口通过X111的Q0.4接通电动刀架的正转继电器使刀架正转，当所选刀具到达加工位置时，刀架上的集成霍尔单元则发出信号，通过PLC输入端口将X111的I0.0I0.3信息传递给PUC单元结束选刀。其原理如图4-1所示