機(jī)電系普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)論文

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1、 畢業(yè)論文 ? ? 題 目：數(shù)控機(jī)床改進(jìn) 學(xué) 科： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：普通車床數(shù)控化改造 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)內(nèi)容： 1.對(duì)CA6140數(shù)控車床的一些主要機(jī)構(gòu)主軸箱及典型機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、機(jī)床尾座進(jìn)行分析，了解其的大致結(jié)構(gòu)組成。 2.重點(diǎn)對(duì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)改造設(shè)計(jì)和計(jì)算和同步帶傳

2、動(dòng)改造設(shè)計(jì)。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式；為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。 3. 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。 4. 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造。采用油氣潤(rùn)滑方式，這種潤(rùn)滑方式不同于油霧潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值。壓縮空氣有散熱作用，潤(rùn)滑油可回收，不污染周圍空氣。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 一.選題的背景與意義： 本課題針是一種加工效率高，操作性能好，社會(huì)擁有量大的普通車床-C614

3、0型車床，對(duì)機(jī)械部分重新設(shè)計(jì)、裝配，對(duì)電氣部分在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新，較大幅度地提高水平和檔次。目的為重新恢復(fù)其使用，提高其精度、效率和自動(dòng)化程度，提高性能或檔次，更好的適應(yīng)新工藝、新技術(shù)使用。 中國(guó)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(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，中國(guó)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%。中國(guó)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%, FMC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上)?？梢姶蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企

4、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。用這種裝各加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)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。 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，本質(zhì)是采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC, FMS外，還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD, CAE, CAM,虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))、CIMS等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智

5、能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造〔稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上竟?fàn)幜Υ鬄樵鰪?qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年，每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口，為推動(dòng)我國(guó)機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展，作為機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的一名大學(xué)生，有責(zé)任做出自己的努力。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選

6、擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：?? 1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。?? 2. 加工精度高；?? 3. 生產(chǎn)效率高；?? 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；?? 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益；?? 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。?? ? 二.研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要內(nèi)容： 對(duì)CA6140

7、車床主進(jìn)行數(shù)控改造。1.對(duì)CA6140數(shù)控車床的一些主要機(jī)構(gòu)主軸箱及典型機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、機(jī)床尾座進(jìn)行分析，了解其的大致結(jié)構(gòu)組成。2.重點(diǎn)對(duì)機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)改造設(shè)計(jì)和計(jì)算和同步帶傳動(dòng)改造設(shè)計(jì)。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式；為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。3. 對(duì)數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。4. 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造。采用油氣潤(rùn)滑方式，這種潤(rùn)滑方式不同于油霧潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值。壓縮空氣有散熱作用，潤(rùn)

8、滑油可回收，不污染周圍空氣。 三. 研究的方法與技術(shù)路線： 通過觀察普通CA6140車床和普通CA6140數(shù)控車床，確定其改造方向，并對(duì)其進(jìn)行改造，并查閱有關(guān)資料，對(duì)進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分和軸組件部分重新進(jìn)行計(jì)算，使其提高性能。對(duì)進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分和軸組件部分重新進(jìn)行計(jì)算是這次設(shè)計(jì)中的一大難點(diǎn)，通過查閱有關(guān)以往普通CA6140數(shù)控車床資料，經(jīng)過反復(fù)修改計(jì)算，將其性能提高?？v向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方法，為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。.橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方法，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。減速機(jī)構(gòu)改造方法，采用同步齒形

9、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。軸組件改造方法，主軸采用空心形狀大大減小了應(yīng)力的集中，使軸的剛度有很大提高。計(jì)算并驗(yàn)證分析解決上述改造相關(guān)問題所擬定的設(shè)計(jì)參數(shù)。數(shù)控控制板改造方法，為提靠性和處理速度，采用硬件環(huán)形分配器產(chǎn)生脈沖控機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，輸入輸出信號(hào)要經(jīng)電隔離。驅(qū)動(dòng)電路改造方法，采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。隔離電路和功率放大電路改造方法，隔離電路采用的光電隔離電路；功率放大電路采用雙電源型。潤(rùn)滑方式的改造方法，采用油氣潤(rùn)滑方式替代傳統(tǒng)的油霧潤(rùn)滑方式。 四. 研究的總體安排與進(jìn)度： 12月12號(hào)聽指導(dǎo)老師講授如何寫作畢業(yè)論文，選題目。 12月13號(hào)到12月28號(hào)，根據(jù)指導(dǎo)老師

10、的指導(dǎo)看有關(guān)論文的書籍。 畢業(yè)論文第一稿在指導(dǎo)老師全面修改后完成。 10年1月1號(hào)開始寫第二稿，寫完成后，交給指導(dǎo)老師修改，2月25號(hào)打印出第二稿。 2月26號(hào)開始寫第三稿，在指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下于3月10號(hào)完成。 3月20號(hào)把論文一、二、三稿、電子稿都上交給班主任 指導(dǎo)教師審核意見： 目?? 錄 摘要…………………………………………………………?? …………………………..(1) 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………………………………………?(1) 一? 車床主傳動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)分析…………………………………………………….… ?(1) 二? 數(shù)控車床頭箱

11、結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………….(2) 2.1? 主傳動(dòng)系統(tǒng)?……………………………………………………………….……….（4） 2.2? 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)……………………………………………………………………….（4） 2.3? 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架……………………………………………………………………….（4） 2.4? 機(jī)床尾座…………………………………………………………………………….（4） 三??伺服系統(tǒng)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算………………………………………………（4） 3.1伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案………………………………………………………….(4) 3.2

12、進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………….(5) 四 ?同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………….(5) 4.1? 同步齒形帶的選擇和校核…………………………………………………………..(5) 4.2? 主軸組件的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………..(8) 五?? 數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)……………………………………………………….?..(10) 5.1硬件電路的基本組成………………………………………………………………….(10) 5.2 控制系統(tǒng)的功能……………………………………………………………………

13、…(12) 六? 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造………………………………………………………………………(14) 體會(huì)…………………………………………………………?…………………………. .(14) 致謝………………………………………………………………………………………..(14) 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….………………….(15) 普通車床數(shù)控化改造 摘要:中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械制造大國(guó)，但其裝備水平落后，特別是一些老的機(jī)械制造廠大多還是比較舊的機(jī)床，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足加工的要求。針對(duì)目前制造業(yè)的技術(shù)裝備現(xiàn)狀，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)裝備進(jìn)行改造，解決機(jī)械制造業(yè)中的一些技術(shù)

14、問題，用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)對(duì)舊的設(shè)備進(jìn)行改造和提升，是我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對(duì)CA6140普通廢舊車床進(jìn)行數(shù)控化改造，其現(xiàn)實(shí)意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價(jià)值的設(shè)備改造方法，對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的技術(shù)裝備進(jìn)行技術(shù)提升，以解決目前設(shè)備老化所帶來的問題。本課題研究過程中，首先對(duì)目前工廠所使用的常規(guī)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了全面的調(diào)查和分析。在結(jié)合原C6140車床本身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)其主傳動(dòng)部分進(jìn)行重新計(jì)算設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合改造要求的主傳動(dòng)系統(tǒng)，在滿足正常加工的條件下，選擇合適的動(dòng)力與控制系統(tǒng)，使整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)能在控制系統(tǒng)下完成設(shè)計(jì)所要求動(dòng)力運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的無級(jí)調(diào)速的性能。? 關(guān)鍵字：普通車床　

15、數(shù)控車床　改造設(shè)計(jì) 前? 言 ???? 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代機(jī)械制造要求產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，對(duì)零件的加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化要求的增強(qiáng)，產(chǎn)品品種增多,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速。數(shù)控機(jī)床代替普通機(jī)床被廣泛應(yīng)用是一個(gè)必然的趨勢(shì)。同時(shí)，數(shù)控機(jī)床將向著更高的速度、精度、可靠性及完善性的功能發(fā)展。 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，

16、數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。?? ??? 數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。?? 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：??

17、1. 適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。?? 2. 加工精度高；?? 3. 生產(chǎn)效率高；?? 4. 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；?? 5. 良好的經(jīng)濟(jì)效益；?? 6. 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。?? 數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國(guó)家建設(shè)的需要。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素

18、質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。 一、CA6140數(shù)控車床主軸箱結(jié)構(gòu)分析 ????機(jī)床主軸箱是一個(gè)比較復(fù)雜的傳動(dòng)件.表達(dá)主軸箱各傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系時(shí)常用展開圖.展開圖基本上是按各傳動(dòng)鏈傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序,沿軸心線剖開,并展開在一個(gè)平面上的裝配圖(如圖1) ： ?1——花鍵套；2——帶輪；3——法蘭；4——箱體；5——鋼球；6——齒輪；7——銷；8、9——螺母； ??10——齒輪；11——滑套；12——元寶銷；13——制動(dòng)盤；14——制動(dòng)帶；15——齒條；16——拉桿； ??17——撥叉；18——齒扇；19——圓

19、鍵 1.CA6140型車床主軸箱展開圖如上圖所示 ???該圖是沿軸IV一I一II一III(V)一VI一XI一X的軸線剖切面展開的。展開圖把立體展開在一個(gè)平面上，因而其中有些軸之間的距離拉開了。如軸IV畫得III與軸V較遠(yuǎn)，因而使原來相互嚙合的齒輪副分開了。讀展開圖時(shí)，首先弄清楚傳動(dòng)關(guān)系。 ???1卸荷帶輪電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶將運(yùn)動(dòng)傳至軸I 左端的帶輪2（見圖1的左上部分）。帶輪2與花鍵套1用螺釘連接成一體，支承在法蘭3內(nèi)的兩個(gè)深溝球軸承上。法蘭3固定在主軸箱體4上，這樣帶輪2可通過花鍵1帶動(dòng)軸I旋轉(zhuǎn)，皮帶的拉力則經(jīng)軸承和法蘭3傳至箱體4。軸I 的花鍵部分只傳遞轉(zhuǎn)距，從而可避免因皮帶拉力而使軸

20、I產(chǎn)生彎曲變形。這種帶輪是卸荷的（既把徑向載荷卸給體）。 二、CA6140數(shù)控車床頭箱結(jié)構(gòu)分析 1.主傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車床主運(yùn)動(dòng)要求速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，有足夠的驅(qū)動(dòng)功率，主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準(zhǔn)確穩(wěn)定，并有足夠的剛性與抗振性。 如下圖所示為濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)的MJ-50型數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 ??? 2. 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是用數(shù)字控制X、Z坐標(biāo)軸的直接對(duì)象，工件最后的尺寸精度和輪廓精度都直接受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)充分注意減少摩擦力，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣量等。 為使全功能型數(shù)控

21、車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求高精度、快速響應(yīng)、低速大轉(zhuǎn)矩，采用交、直流伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，通過滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)刀架移動(dòng)。刀架的快速移動(dòng)和進(jìn)給移動(dòng)為同一條傳動(dòng)路線。 3．自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率。回轉(zhuǎn)式刀架上回轉(zhuǎn)頭各刀座用于安裝或支持各種不同用途的刀具，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)﹑分度和定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀。回轉(zhuǎn)刀架分度準(zhǔn)確，定位可靠，重復(fù)定位精度高，轉(zhuǎn)位速度快，夾緊性好，可以保證數(shù)控車床的高精度和高效率。 4．機(jī)床尾座 如下圖所示為MJ-50數(shù)控車床出廠時(shí)配置的標(biāo)準(zhǔn)尾座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 ?從它上面我們可以看出，對(duì)CA6140車床的改造的

22、方向。 三、機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 （一）、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)方案 1.縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案 拆除原機(jī)床的進(jìn)給像、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對(duì)加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片調(diào)隙方式。 利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安置在原來的位置，兩端仍采用原固定方式。這樣可減少改裝工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。 ?? ?縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速。雙片齒輪間沒有加

23、彈簧自動(dòng)消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時(shí)，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之目的；當(dāng)負(fù)載小時(shí)，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的辦法消除間隙。 ?縱向齒輪箱和溜板箱均加外罩，以保持機(jī)床原外觀，起到美化機(jī)床的效果，在溜板箱上安裝了縱向快速進(jìn)給和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的急停處理需要。 2.橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造方案 拆除原中拖板絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時(shí)消除傳動(dòng)過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用二級(jí)傳動(dòng)，從動(dòng)輪

24、采用雙薄片錯(cuò)位消除間隙。 (二) 、進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 1.??? 選擇脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量， 縱向： 0.01mm/步，? 橫向：0.005mm/步（半徑） 2.計(jì)算切削力 2.1縱車外圓 主切削力FZ（N）按經(jīng)驗(yàn)公式估算： FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360 ???? ?按切削力各分力比例： ???????????????? FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 ????????????????? F X=5360×0.25=1340 ????????????????? FY=5360×0.4=2144

25、2.2橫切端面 主切削力FˊZ（N）可取縱切的0.5 ?????????? FˊZ=0.5FZ=2680 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： ????????????????? FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 ????????????????? FˊY=2680×0.25=670 ????????????????? FˊX=2680×0.4=1072 3.滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型 3.1縱向進(jìn)給絲桿 3.1.1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm（N） 縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 ????????? Fm=KFx+fˊ（Fz+G） ??????

26、???? =1.158×1340+0.16×（5360+800） ?????????? =2530 ? 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； ???? ???fˊ—滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15—0.18； ??????? G—溜板及刀架重力：G=800N 3.1.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C ???????? C=3√LfWFM ???????? L=60×n×t/106 ??????? N=1000×Vs/Lo ? 式中? Lo—滾珠絲桿導(dǎo)程，初選L=6mm； ??????? 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

27、.6m/min ??????? T—使用壽命，按15000h； ??????? fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.2—1.5； ??????? L—壽命、以106為一單位。 n=1000Vs/Lo=1000×0.6×0.5/6=50r/min L=60×N×T/106=60×60×15000/106=45 C=3√LfwFm=3√45×1.2×2530=10798.7N 3.1.3滾珠絲桿螺母副的選型 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)）。 3.1.4傳動(dòng)

28、效率計(jì)算 η=tgγ/tg(γ+φ) 試中γ—螺旋升角，W1L400bγ=2o44ˊ φ—摩擦角10ˊ滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.003--0.004 η=tgγ/tg(γ+φ) ? =tg2o44ˊ/tg(2o44+10ˊ)=0.94 ???? 3.1.5剛度驗(yàn)算 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。 A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1 根據(jù)Pm=2530N，D0=40mm，查出ΔL/L=1.2×10-5 可算出： δ1=δL/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2 由于兩端采用向心推力球軸承，且絲

29、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： ?δˊ1=0.25×10-2??????? B．滾珠與螺紋滾道間接觸變形δq W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量δq? ： δq=6.4μm 因進(jìn)行了預(yù)緊， δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2μm C．支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形δ3 采用8107型推力球軸承，d1=35mm，滾動(dòng)體直徑dq=6.34mm，滾動(dòng)體 數(shù)量Z=18，δc=0.0024×3√Fm2/(dq×Z2)? ??? ?????????=0.0024×3√2532/(6.35×182) 注意，此公式中Fm單位為k

30、gf 應(yīng)施加預(yù)緊力，故 δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.0038mm??? 根據(jù)以上計(jì)算：δ= δ1+δ2+δ3 ??????????????? =0.0045+0.0032+0.0038 ??????????????? =0.0115mm＜定位精度 3.1.6穩(wěn)定性校核。 滾珠絲桿兩端推力軸承，不會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。 3.2橫向進(jìn)給絲桿 3.2.1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fˊm 橫向?qū)к墳檠辔残危?jì)算如下： Fˊm=1.4×Fˊy+fˊ(Fz+2Fˊx+Gˊ) ?? =1.4×670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N?? 3.2

31、.2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)荷C ??????? n=1000×V3/L0=1000×0.3×0.5/5=30 ??????? L=60×n×T/106=60×30×15000/106 ??????? C=3√LfwFˊm=3√27×1.2×2030=7283N 3.2.3選擇滾珠絲杠螺母副 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 定動(dòng)載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級(jí)。 3.2.4傳動(dòng)效率計(jì)算 η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4o33ˊ/tg(4o33ˊ+10ˊ)=0.965 ? 3.2.5剛度驗(yàn)算 橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖所示，最大牽

32、引力為2425N，支承間距L=450mm，因絲杠長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。 計(jì)算如下： A.絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1(mm) 查圖4-6，根據(jù)Fˊm=2032N，D0=20MM，查出δL/L=5×10ˉ5?? 可算出 δ1= δL /L×L=4.2×10‐5? ×450=1.89×10‐2mm 顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸，以提高剛度 ????? 故? δˊ=0.25δ1=4.7×10—3 B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形 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 因進(jìn)行了預(yù)緊???? δ2=0.5δq=0.5×8

33、.5=4.25μm C.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 采用8103型推力球軸承，dq=5 Z=13 d=17mm δc=0.00243√Fm2/(dq×Z2)? ? =0.00243√202.3/5×132=1.3×10ˉ3 考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故 ????????? δ3=0.5 δc=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4 綜合以上幾次變形量之和得： δ=δˊ1δ2δ3=4.7×10ˉ3+4.25×10ˉ3/+ ???? =0.0096＜0.015（定位精度 ） 3.2.6穩(wěn)定性校核 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。 4.傳動(dòng)比計(jì)算

34、 4.1縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 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 ??? i=360δp /? θbL 0?? =390×0.01/0.75×6=0.8 可選定齒輪齒數(shù)為： ?????????? I??? =Z1/Z2 ???? Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=25 4.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp =0.005，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 ????????? I=360δp /? θbL 0=360×0.005

35、/0.75×5=0.48 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： i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25 Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25 因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照下表： ? 齒數(shù) 　 32 40 24 40 20 25 分度圓 d=mz 64 80 48 80 40 50 齒頂數(shù) da=d+2m 68 84 52 84 44 54 齒根數(shù) df=d-21.25m 59 75 43 75 35 45

36、齒寬 (6--8)m 20 20 20 20 20 20 中心距 A=(d1+d2)/2 72 64 45 ? 5.步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 5.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算 5.1.1等效傳動(dòng)慣量計(jì)算 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： JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕 式中：Jm—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2) J1，J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg?cm2) Js—滾珠絲杠傳動(dòng)慣量(kg?cm2) 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)

37、慣量Jm=10(kg?cm2) J1=0.78×103×d14·L1=0.78×103×6.42×2=2.6 kg?cm2 J2=0.78×103×d24·L2=0.78×103×82×2=6.39 kg?cm2 Js=0.78×103×44×150=29.952 kg?cm2 G=800N ? 代入上式： ?JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕 ?? =10+2.62+(32/40)2〔(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2π)2〕 =36.355 kg?cm2 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問題。 Jm

38、/JΣ=10/36.355=0.275 基本滿足慣量匹配的要求。 性和運(yùn)行矩頻特性。 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 Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz 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)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）

39、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。 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。 5.1.2電機(jī)力矩計(jì)算 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： A.快速空載啟動(dòng)力矩M起 在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： ????????? M起=Mamax+Mf+Ma ????????? Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×102/(60×ta/

40、2π) ???????????? = JΣ×2π·nmax×102/(60×ta) nmax=νmax·θb/δp·360 將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號(hào)意義同前。 ?nmax=νmax·θb/δp·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/min ?? 啟動(dòng)加速時(shí)間ta=30ms ???????? Mamax=JΣ×2π·nmax×102/(60×ta) =36.355×2π×500×102/(60×0.03) =634.5N·cm ?? 折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf： ???????? Mf=FOL0/2πηi=f1(Pz+G)×L0/(2πηZ2/

41、Z1) ?????? ???=0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.25)=94N·cm ?? 附加摩擦力距M0 ?MO=FPOL0(1-η02)/2πηi=1/3×Ft×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1) ? =1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8×1.25) ? =805.3×0.19=15.3N·cm 上述三項(xiàng)合計(jì)： ?M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cm B．快速移動(dòng)時(shí)所需力矩M快。 M快=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cm C．快速切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M切 M

42、切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2πηi ?=94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25) ?=94+15.3+127.96 =237.26N·cm ?? 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)。 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 最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782N·cm 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，可作為初選型號(hào)，

43、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 Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz 由110BF003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

44、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)行矩頻要 四、同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1．同步齒形帶的選擇和校核 ?? 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)，無相對(duì)滑動(dòng)，無噪聲，無需潤(rùn)滑，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傳遞運(yùn)動(dòng)。 （1）模數(shù) 根據(jù)表1.

45、12 ??? m=4 （2）齒數(shù) ???? 查表1.3選 ??? （3）帶輪節(jié)圓直徑為： ? （4）帶速為： ??????????? ?（5）中心距為： ?????????? 則210〈a<600取a=500 ? （6）帶長(zhǎng)為： ??????????? ?? （7）小帶輪嚙合齒數(shù)： ??????????? ???則 （8）帶寬 ??????? ? ? ???????????? ??1.21同步帶模數(shù)的選擇參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材 ????????????????? ?1.22同步帶傳動(dòng)工作情況系數(shù) 載荷性質(zhì) 一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間/h <10 ? 10～16 >

46、16 載荷平穩(wěn) 1 1.1 1.2 載荷變動(dòng)小 1.2 1.4 1.6 載荷變動(dòng)大 1.4 1.7 2 ????????????? 1.23小帶輪最小齒數(shù) 小帶輪轉(zhuǎn)速n1(r/min) 模數(shù)m/mm ? ? ? ? ? ? ? 1.5 2 2.5,3 4 5 7 10 <1000 12 14 16 18 20 22 24 1000～3000 14 16 18 20 22 24 26 >3000 16 18 20 22 24 ? ? ? ?????????????? 1.24傳動(dòng)比系數(shù)

47、k1 n1/n2 ≥1/1.25 <1/1.25～1/1.7 <1/1.7～1/2.5 <1/2.5～1/3.5 <1/3.5 k1 1 0.95 0.9 0.85 0.8 ? ??????????????? 1.25聚氨酯同步帶（強(qiáng)力層為鋼絲繩）的質(zhì)量和許用拉力 模數(shù)m/mm 1.5 2 2.5 3 4 5 單位寬度每米長(zhǎng)度的質(zhì)量 18 24 30 35 48 60 單位寬度的許用拉力 4 6 8 10 15 25 ? ???????????????? 1.26同步帶的齒數(shù)、長(zhǎng)度和寬度 ? 齒數(shù)????????? z

48、 模數(shù)m ? ? ? ? ? ? 1.5 2 2.5 3 4 5 ? 名義長(zhǎng)度L ? ? ? ? ? 35 164.9 219.2 274.9 329.9 ? ? 40 188.5 251.3 314.2 377 502.7 628.3 50 235.6 314.2 392.7 471.2 628.3 785.4 60 282.7 377 471.2 565.5 754 942.5 70 329.9 439.8 549.8 659.7 879.7 1099.6 80 377 50

49、2.7 628.3 754 1005.3 1256.6 90 424.1 565.5 706.9 848.2 1131 1413.7 100 471.2 628.3 784.4 942.5 1256.6 1570.8 寬度b 8～32 10～15 12～60 12～60 16～80 20～80 ? 寬度系列 8、10、12、16、20、25、32、40、50、60、80 五、軸組件的設(shè)計(jì) 主軸在改造過程中還可以選用原來的主軸，因?yàn)橹鬏S在精度、力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性上都能滿足改造后的要求。軸的支撐軸頸、配合軸頸是軸類零件

50、的主要表面，它影響軸的旋轉(zhuǎn)精度與工作狀態(tài)。CA6140車床主軸支撐軸頸和配合軸頸的尺寸精度通常為IT6~9級(jí)公差，特別精密的軸頸為IT5級(jí)，甚至更高。在力學(xué)性能上由于主軸在工作時(shí)，應(yīng)力集中在主軸心部，而CA6140數(shù)控車床主軸采用空心形狀大大減小了應(yīng)力的集中，使軸的剛度有很大提高。 主軸支撐是主軸組件的重要組成部分，主軸支撐是指主軸軸承、支撐座及其相關(guān)零件的組合體，其中核心元件是軸承。滾動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)的范圍大；能在零間隙或負(fù)間隙條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具有教高的旋轉(zhuǎn)精度和剛度；軸承潤(rùn)滑容易，維修、供應(yīng)方便，摩擦因數(shù)小等。 主軸懸伸量的確定。主軸懸伸量a是指主軸前支撐徑向支反力

51、的作用點(diǎn)到主軸前端面之間的距離，它對(duì)主軸組件剛度影響較大。根據(jù)分析和試驗(yàn)，縮短伸量可以顯著提高主軸組件的剛度和抗振性。因此，設(shè)計(jì)時(shí)在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡量縮短懸伸量a。 前軸徑D1＝115mm?? 后軸徑D2＝80mm 根據(jù)結(jié)構(gòu)定懸伸長(zhǎng)a=115mm (1) 求軸承剛度 ?主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩 Mn=9550 =1260.6N m 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑60％即：240mm 故半徑為0.12m FZ= =10505N Fy=0.5 FZ=5252.5N 故總切削力為F＝ ＝11745N 先暫取初值為：=2.5即暫取L0的初值為2.5×115＝287mm 前后

52、支撐支反力PA和PB分別為： PA＝F=11745 N Pb=F =11754 N 取前后支撐剛度為KA＝1530N／ m ????????????????? KB=1030 N／ m (2) 求懸體跨距 ==1.495 初算時(shí)可假設(shè)主軸當(dāng)量外徑D為前后軸頸的平均值，即： ???? D ＝ （115+80）／2＝ 98mm 故慣性矩為： I ＝ 0.005（0.0984-0.0484）＝581 10-8? m4 則? 查圖得 ??????? /a值與原假設(shè)值相近，符合要求。 六、數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì) 1.電路的基本組成 ?????????? 任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都

53、由硬件和軟件兩部分組成。硬件組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的好壞，直接影響到系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行，是可工作的控制系統(tǒng)。 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成。 （1）中央處理器CPU。 （2）總線，包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）。 （3）存儲(chǔ)器，包括只讀可編存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器。 （4）I/O輸入、輸出接口電路。 其中CPU是數(shù)控系統(tǒng)的核心，是控制其它各部分協(xié)調(diào)工作的“大腦”，其作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和控制各部分電路協(xié)調(diào)工作。存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)軟件、應(yīng)用程序（監(jiān)控程序）和運(yùn)行中所需的各種數(shù)據(jù)。I/O接口是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的

54、橋梁。三總線則是CPU與存儲(chǔ)器、接口以及其它轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接的紐帶，是CPU與外界進(jìn)行信息交換和通訊的必由之路。數(shù)控系統(tǒng)硬件框圖如下所示。 根據(jù)總體方案及機(jī)械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路基本組成如下圖 所示： ? ? ? RAM ROM CPU I/O 接口 光電隔離 功率放大器 步進(jìn)電機(jī) 外設(shè)????? 鍵盤、顯示器 及其它 ? ?????????????????????????? 　　1、系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 　　該系統(tǒng)是由PC機(jī)和自行開發(fā)的數(shù)控控制板兩級(jí)控制組成，其組成如圖2所示。主要功能部件有： ? 　

55、?。?）PC機(jī)。選用市面上任何一種機(jī)型，在PC平臺(tái)上可以開發(fā)出具有良好開放數(shù)控系統(tǒng)，從而增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的整體效果。 　?。?）數(shù)控控制板?？紤]到經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的特點(diǎn)，數(shù)控板采用一塊以8031單片機(jī)為核心的數(shù)控控制板。它主要成實(shí)EI性任務(wù)，如機(jī)床狀態(tài)檢測(cè)、緊急情況處理、細(xì)插補(bǔ)運(yùn)算、脈沖分配等。PC機(jī)利用標(biāo)準(zhǔn)并行打印口與8031進(jìn)行通信，將預(yù)處理后的數(shù)控加工信息通過數(shù)控控制板完成對(duì)機(jī)床的控這種結(jié)構(gòu)省去了打開機(jī)箱的麻煩，方便安裝和維護(hù)。為提靠性和處理速度，采用硬件環(huán)形分配器產(chǎn)生脈沖控機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，輸入輸出信號(hào)要經(jīng)電隔離。 　?。?）機(jī)床本體。為滿足數(shù)控加工的要求，

56、對(duì)原機(jī)床機(jī)械的改造主要有：①進(jìn)給系統(tǒng)。拆除原機(jī)床進(jìn)給箱、溜板箱內(nèi)的零部件及光杠、滑動(dòng)絲杠、掛輪?？v、橫向以步進(jìn)電機(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)。原橫向手動(dòng)機(jī)構(gòu)仍保留，以方便機(jī)床的手動(dòng)調(diào)整。②主變速系統(tǒng)。保持原機(jī)床的主舳手動(dòng)變速，數(shù)控系統(tǒng)僅控制主軸電機(jī)的起、停和正、反轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)螺紋加工功能，往機(jī)床主軸末端安裝脈沖發(fā)生器作為主軸位信號(hào)的反鎖元件。③刀架部分，原機(jī)床手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架保留不變。 （4）驅(qū)動(dòng)電路。采用離低壓驅(qū)動(dòng)方式。 2、接口硬件設(shè)計(jì) PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)并行打印口是一個(gè)具有25個(gè)引腳，3個(gè)端址的控制接口。本系統(tǒng)只需把PC機(jī)插補(bǔ)后的數(shù)據(jù)快速的下傳，而上傳的只是機(jī)床的少量

57、狀態(tài)信息，機(jī)床的動(dòng)作主要由8031來控制完成。這種情況很適合打印機(jī)接口的通信特點(diǎn)。利用打印機(jī)接口在和數(shù)控控制板之間通信，不需增加額外硬件，只要把并行打的3個(gè)端口根據(jù)數(shù)控加工的需要重新定義即可利用，尤其適于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。 ? 二、控制系統(tǒng)的功能 ?( 一 )CPU和存儲(chǔ)器 1、CPU采用8031芯片 ?? ?8031芯片內(nèi)部具有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，地址為佳00H—7FH，用作工作寄存器。堆棧，軟件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖器，CPU對(duì)內(nèi)部RAM有較為有效的操作指令。另加有128字節(jié)的特殊功能寄存器，地址為80H---7FH。是用于對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理，控制，監(jiān)視等。8031芯片內(nèi)部雖

58、然沒有程序存儲(chǔ)器，只有128字節(jié)ROM，在組成該系統(tǒng)時(shí)RAM不夠用?，F(xiàn)外接一片6264芯片來擴(kuò)展8031的RAM存儲(chǔ)器。8031是一個(gè)無ROM的CPU。單片機(jī)的8031不能滿足設(shè)計(jì)要求，不能夠成完整的計(jì)算機(jī)。外接兩片2764，一片作為系統(tǒng)存儲(chǔ)器，一片作為加工程序存儲(chǔ)器。8031的輸入、輸出（I/O）口線不多，不能滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)外接兩片8155芯片以擴(kuò)展I/O口。 8031芯片的P0和P2接口用來傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù)。P0口傳送高8位地址，P2口傳送低8位地址和數(shù)據(jù)，故要采用74LS373地址鎖存器，鎖存底8位。ALE作為選通信號(hào)，當(dāng)ALE為高電平，鎖存器的輸入和輸出`透明，既輸入的低

59、8位存儲(chǔ)器地址在輸出端出現(xiàn)。此時(shí)不需鎖存。當(dāng)ALE從高電平變?yōu)榈碗娖?，出現(xiàn)下降沿時(shí)，低8位地址存入地址鎖存器重中，74LS373的輸出不再隨輸入變化，即地質(zhì)被鎖存。這樣P0口就可以傳送讀寫的樹據(jù)。 8031芯片的P2口和74LS373送出的P2口共同組成它的地址，2764和6264芯片都是8kb，需要13根地址線。A0—A7低8接74LS373芯片的輸出，A8—A12接8031芯片的P2.0—P2.4,系統(tǒng)采用全地譯碼，兩片2764芯片片選信號(hào)CE分別接74LS138譯碼器的Y0和Y1，系統(tǒng)復(fù)位以后從0000H開始執(zhí)行。6264芯片的片選信號(hào)CE接74LS132的Y2。單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序

60、存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址（即地址重疊）。在本次設(shè)計(jì)并沒有地址重疊。8051芯片的控制信號(hào)PSEN接2764的OE引腳，作為外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。讀寫控制信號(hào)WR和RD分部接6264芯片的WE和OE。以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫。由于8031芯片內(nèi)部無ROM，故要選外部程序存儲(chǔ)器，且其EA必須接地。 2、采用I/O接口電路 ?(二)隔離電路和功率放大電路 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大電路后控制步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大（幾安到幾十安），如果將輸出信號(hào)與功率放大器直接相聯(lián)，將會(huì)起強(qiáng)電干擾。輕則影響計(jì)算機(jī)程序的正常工作，重則導(dǎo)至計(jì)算機(jī)和接口電路

61、損壞。所以一般在接口電路與功率放大電路之間接上隔離電路，采用的光電隔離電路。 功率放大電路分為單電源和雙電源型。單電源型線路簡(jiǎn)單，效率不高，所以選雙電源型。雙電源型采用高低壓供電電路。 在功率放大器導(dǎo)通初始，T1、T3、T4均導(dǎo)通，并使脈沖變壓器B的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使T2導(dǎo)通。高壓電源EH通告T2、T1為步進(jìn)電機(jī)某一相繞組供電，使其電流上升沿變逗。經(jīng)過T0時(shí)間后脈沖電流消失，使T2截止，高電壓電源與繞組之間被切斷，EN通過D2、T1為繞組WA供電，提供所需的額定電流。通過調(diào)節(jié)脈沖變壓器的磁芯和R4可改變高壓供電的時(shí)間寬度Tb。 ??? 七、 潤(rùn)滑系統(tǒng)的改造 對(duì)其改造重點(diǎn)是

62、對(duì)其潤(rùn)滑方式的改造，這次改造采用油氣潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑方式不同于油霧潤(rùn)滑方式，油氣潤(rùn)滑是用壓縮空氣把小油滴送進(jìn)軸承空隙中，油量大小可達(dá)最佳值。壓縮空氣有散熱作用，潤(rùn)滑油可回收，不污染周圍空氣。根據(jù)軸承供油量的要求，定時(shí)器的循環(huán)時(shí)間可從1~99min定時(shí),兩位兩通氣閥每定時(shí)開通一次,壓縮空氣進(jìn)入注油器,把少量油帶入混合市,經(jīng)節(jié)流閥的壓縮空氣,經(jīng)混合室把油帶入塑料管道內(nèi),油液沿管道壁被風(fēng)吹入軸承內(nèi),此時(shí)形成小油滴狀，易于軸承充分潤(rùn)滑。 課程設(shè)計(jì)體會(huì) 本課題以C6140車床的數(shù)控改造為例。通過對(duì)此型號(hào)車床的研究開發(fā)，隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類生活水平的提高，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品品種越來

63、越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來越少，而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加，作為實(shí)現(xiàn)單件小批量加工自動(dòng)化的數(shù)控機(jī)床，由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用： (1)可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。這是由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，這就可以加工復(fù)雜的曲線和曲面。 (2)可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3到7倍。計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力，可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來，然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。傳統(tǒng)機(jī)床可以靠凸輪或擋塊等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但凸輪制造及調(diào)整很費(fèi)時(shí)，只有進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)，才經(jīng)濟(jì)合理，稱之為剛性自動(dòng)化

64、。而數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化，從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化，這是過去所不敢做到的重大突破，稱之為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”。 (3)加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要”修配”。這是由于加工過程自動(dòng)化，不受人的情緒和疲勞影響的結(jié)果。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)進(jìn)行刀具壽命管理，不會(huì)因刀具磨損而影響工件精度和其一致性。最近，數(shù)控系統(tǒng)中增加了機(jī)床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ?，使加工精度得到進(jìn)一步提高。 (4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。這是自動(dòng)化帶來的效果(可以自動(dòng)更換刀具)，如加工中心，在工件裝夾好后，可實(shí)現(xiàn)鉆、銑、攻絲、擴(kuò)孔等多工序的加工。這些

65、多工序是在同一基面、同一次裝夾下實(shí)現(xiàn)的，提高了相關(guān)的加工精度?，F(xiàn)已出現(xiàn)其他工序集中的機(jī)床，如車削中心、車銑中心、磨削中心等。 (5)擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無人看管加工。這是在配備多種傳感器條件下，計(jì)算機(jī)威力的體現(xiàn)。可以實(shí)現(xiàn)白班有人看管并做好充分準(zhǔn)備工作，使得二班、三班在無人條件下自動(dòng)加工。由此帶來的勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和生產(chǎn)周期的縮短等是非常明顯的。 (6)數(shù)控加工降低了工人的勞動(dòng)程度，節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，并可對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)。以上這些優(yōu)越性，是前人做不到的，是一個(gè)極為重大的突破。此

66、外，機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及C1MS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。 通過課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)這門課程進(jìn)一步加深了理解。對(duì)于各方面知識(shí)之間的相互聯(lián)系有了實(shí)際的體會(huì)。同時(shí)也深深感到自己初步掌握的知識(shí)與實(shí)際需要還有相當(dāng)距離，還需在今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐。 致謝： 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)三年后的一次作業(yè)，同時(shí)也是對(duì)我們?nèi)陙韺W(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)。通過過此次設(shè)計(jì)我們能鞏固我們所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，也能鍛煉我們的創(chuàng)新能力，對(duì)于快走上工作崗位的我們，是一筆不容忽視的財(cái)富。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行得到我的老師、同學(xué)和朋友們給予我的幫助，至此我表示真誠(chéng)的感謝。 首先我要感謝我的指導(dǎo)老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，一直抱著一種對(duì)我們高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，于百忙當(dāng)中抽出時(shí)間，多次來到教室對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)當(dāng)中的問題，魚花老師更是對(duì)我們悉心分析，給我們提了很多寶貴的建議。這充分體現(xiàn)了他作為教師對(duì)于工作的一種認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，對(duì)于以后踏進(jìn)社會(huì)，走入工作崗位的我們提供了借鑒。。在此，我深深地道一聲，老師您辛苦了！我由衷地感謝您。 另外，我