畢業(yè)設計--ca6140車床進給系統(tǒng)的數控改造

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

2、;p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　2013年 05月03日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　內容摘要

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

4、183;··················1</p><p>　　關鍵詞·············

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車床進給運動數控改造的總體方案····················

12、3;···3</p><p>　　2.1 設計任務····························

13、;·····················3</p><p>　　2.2 CA6140進給箱以及數控車床進給箱結構分析·······

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

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

16、··························4</p><p>　　4. CA6140數控改造的傳動裝置設計計算···

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)設計計算······························&#

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

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 設計小結················

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>　　本文介紹了普通數控機床中CA6140車床進給系統(tǒng)的設計改造過程，主要為機械元件的設計，包括滾珠絲杠、軸承、步進電機、和齒輪傳動比的

32、計算、選擇與應用。針對現有常規(guī)CA6140普通車床的缺點提出數控改裝方案，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產率。改造后的機車，主運動實現自動變速，縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數控控制，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位刀架，要能自動切削螺紋。</p><p>　　關鍵詞：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>　　數控機床作為機電一體化的典型產品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現代機械制造中結構復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產品的加工質量，大幅度地提高生產效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數控機床價格較貴，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，常希望對原有舊機床進行改造，實現數控化、自動化。目前機床數控化改造就是結合生產實際和我國國情，在滿足實際加工需求的前提下，盡可能降低成本。經過大量實踐證明普通機床數控化改造具有一定經濟性、實用性和穩(wěn)定性。因此特別適合在生產設備中普通機床占有較大比重的企業(yè)，適合在生產第一線大面積推廣。</p><p>　　數控機床由機床主體、

38、主軸傳動、伺服進給、數控裝置、輔助裝置等組成。所以機床數控化改造的主要內容有主軸傳動改造、進給系統(tǒng)改造、加裝數控裝置等。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)改造是機床數控化改造成功的關鍵所在。</p><p>　　本設計題目主要圍繞機床進給系統(tǒng)的數控化改造而展開，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控車床，已經得到了良好的經濟效果。C6140車床進給系統(tǒng)的數控化改造主要內容如下：</p><p>　　普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅動，走刀運動是經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>　　具體體現為：</b></p><p>　　Z軸：縱向電機→減速箱（或聯軸器）→縱向滾珠絲杠→溜板箱，縱向按數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（或聯軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數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構形式、機床導軌的精度情況等有很大的關系。</p><p>　　2.1 設計任務 ：A6140車床進給運動數控改造的總體方案</p><p>　　2.1.1 主要設計內容</p><p>　　對CA6140車床進給運動進行數控改造。研究內容包括CA6140進給箱結構分析、數控車床進給箱結構分析、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、軸承的設計計算</p><p>　　2.1.2 技術指標</p><p>　?。?）主軸調速范圍：0~2000r/min；</p><p>　?。?）步進電動機開環(huán)控制。</p><p>　　2.2 CA6140進給箱以及數控車床進給箱結構分析</p><p>

43、;　　CA6140的進給箱主要有以下幾部分組成：變換螺紋導程和進給量的變速機構，變換螺紋種類的移換機構，絲杠和光杠的轉換機構以及操縱機構。由面板上的扳手手動控制絲杠和光杠調整橫向縱向進給量，這種方式效率低，傳動精度也不高。而數控車床的進給運動采用無極調速的伺服驅動方式，伺服電機的動力和運動只需經過傳動系統(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。數控車床的進給運動是

44、數字控制的直接對象，所以傳動結構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總體設計方案確定</p><p>　　本設計對CA6140進行進給系統(tǒng)的數控改造，因為開環(huán)控制具有結構簡單、設計制造容易、控制精度較好、容易調試、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機械部分改造與設計

46、</p><p>　　3.1縱向進給系統(tǒng)的設計與計算</p><p>　　3.1.1、縱向進給系統(tǒng)的設計</p><p>　　車床的縱向進給改造設計一般是步進電機經減速后驅動滾珠絲杠，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，外觀不必象產品設計要求那么高，而從改造方便、實用方面來考慮，現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)的設計計算 </p><p><b>　　已知條件： </b></p><p>　　工作臺重量： W=85kgf=850N (根據圖紙粗略計算)</p><p>　　時間常數： T=25ms</p><p&

48、gt;　　滾珠絲杠基本導程： L0=6mm</p><p>　　行程： S=1130mm</p><p>　　脈沖當量： 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，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計算結果</p><p>　　當FZ=1520N 時，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參

53、數做為下面計算的依據。</p><p>　　從〈〈實用機床設計手冊〉〉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>　　取： 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滾珠絲杠設計計算</p><p>　　滾珠絲杠副已經標準化，因此滾珠絲杠副的設計歸結為滾珠絲杠副型號的選擇。</p><p>　　綜合車床導軌絲杠的軸向力： </p><p>　　Fm=KFX+f′(FZ+W)</p>

55、<p>　　式中 由于使用的是矩形導軌，根據《機床設計手冊》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>　　運轉系數值表</b></p><p>　　查表?。?運轉系數 fw=1.2 硬度系數 fH=1</p><p>　　則： Q=&#

58、215;1829.4×1.2×1=6585.84N</p><p>　　根據最大動負載Q的值和原機床參數，可選擇滾珠絲杠的型號。</p><p><b>　　(2)效率計算</b></p><p>　　根據〈〈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程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。</p><p>　　所以： 導程變形總誤差△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計與校核</p><p><b>

63、;　　(1)齒輪的設計</b></p><p><b>　　<1>傳動比的選定</b></p><p>　　對于步進電機,當脈沖當量δp確定,并且滾珠絲杠導程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>齒輪的設計</b></p>

64、<p>　　大、小齒輪均采用45鋼并進行調質處理,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>　　小齒輪的轉速 </b></p><p>　　小齒輪的圓周速度 </p><p><b>　　動載荷系數 </b></p><p>　　式中 KA——使用系數取1</p><p>　　Kv——動載荷系數取1.15</p

68、><p>　　KB——齒向載荷系數取1.15</p><p>　　Ka——齒向載荷分配系數</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 </p><p>　　YX——尺寸系數取1</p><p>　　SF——安全系數取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 =2.4 =2.25</p><p>　　——應力修正系數 =1.653 =1.75</p><p>　　——重合度系數

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轉動慣量計算</p><p>　　工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量：</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>　　電機轉動慣量很小可以忽略，因此總

75、的轉動慣量：</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，T=25×10-3S</p

78、><p>　　當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η0=0.8 f′=0.16時</p><p>　　Mf ==1.376㎏f·㎝</p><p>

80、　　M0 =(1-η02)</p><p>　　當η0=0.9時，預加載荷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)的設計和計算</p><p>　　3.2橫向進給系統(tǒng)的設計&

84、lt;/p><p>　　車床的橫向進給改造設計比較簡單,一般是步進電機經聯軸器直接驅動滾珠絲杠,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)的設計和計算</p><p>　　由于橫向進給系統(tǒng)的設計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結果。</

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

86、;p>　　行程 S=330mm</p><p>　　脈沖當量 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滾珠絲杠設計計算</p><p><b>　　(1)強度計算</b></p><p>　　對于燕尾型導軌： 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程變化量△L2很小，可忽略，即：△L=△L1，所以導程變形總誤差為：</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轉矩有關計算</p>

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

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

96、058=0.682㎏·㎝2</p><p>　　(2)所需轉動力矩計算</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η0=0.8 f′=0.2時：</p><p>　　Mf===0.637㎏f·㎝=6.37 N·m</p><p><b>　　當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計與校核</p><p><b>　　(1)齒輪的設計</b></p><p><b>　　<1>傳動比的選定</b></p><p>　　對于步進電機,當脈沖當量δp確定,并且滾珠絲杠導程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、調質處理,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>　　小齒輪的轉速 </b></p><p>　　小齒輪的圓周速度 </p><p><b>　　動載荷系

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

110、><p>　　YX——尺寸系數取1</p><p>　　SF——安全系數取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

111、 =2.45 =2.24</p><p>　　——應力修正系數 =1.65 =1.75</p><p>　　——重合度系數 </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 </b></p>

113、<p>　　式中 KA——使用系數取1</p><p>　　Kv——動載荷系數取1.15</p><p>　　KB——齒向載荷系數取1.15</p><p>　　Ka——齒向載荷分配系數</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 </p><p>　　YX——尺寸系

115、數取1</p><p>　　SF——安全系數取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 =2.4 =2.33</p&g

116、t;<p>　　——應力修正系數 =1.653 =1.7</p><p>　　——重合度系數 </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雜的問題，需要根據電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經過分析后才能正確選擇?，F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)對步進電機所驅動部件的最小轉角。</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。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值。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)對步進電機驅動部件允許的角度誤差。</p><p><b>　　4.1.3轉矩 </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速的要求，必須考慮：</p><p>　?。?）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>　　根據步進電機的相數和拍

121、數，啟動力矩選取如表（2）所示。Mjm為步進電機的最大靜轉矩，是步進電機技術數據中給出的。</p><p>　　表(2) 步進電機相數、拍數、啟動力矩表</p><p>　　（2）在要求的運行頻率范圍內，電動機運行力矩應大于電動機的靜載力力矩與電動機轉動慣量（包括負載的轉動慣量）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動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足：</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軌面運動的。導軌就是支承和導向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準確的沿著一定的方向運動。導軌的導向精度、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>　　數控機床上，常使用滑動導軌和滾動導軌。滾動導軌摩擦系數小，動靜摩擦系數接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產生爬行現象。精度高，但價格貴。經濟型數控一般不使用滾動導軌，尤其是數控改造，若使用滾動導軌，將太大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數控改造一般仍使用滑動導軌。</p><p>　　滑動導軌具有結構簡單，剛性

128、好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導軌一般是鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導軌。這種導軌的缺點是靜摩擦系數大，且動摩擦系數隨速度的變化而變化，低速時易產生爬行現象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導軌的上述缺點，數控改造一般是將原機床導軌進行修整后貼塑，使其成為貼塑導軌。</p><p>　　貼塑導軌摩擦系數小，且動靜摩擦系數差很小，能防止低速爬行現象；耐磨性、抗咬傷能力強、加工性和化學性能穩(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>　　目前應用較多的聚四氟乙稀（PTEE）貼塑軟帶，如美國生產的Twrcite—B和我國生產的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?？紤]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，可直接粘結在原有的滑動導軌面上，不受導軌形式的限制，各種組合形式的

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

131、面的關鍵，而由數控系統(tǒng)控制的自動轉位刀架，具有重復定位精度高，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>　　經濟型數控車床的自動刀架，在生產中最常用的是常州武進機床數控設備廠生產的系列刀架，具有重復定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點達到國內先進水平，在生產中大量使用?，F選用常州武進機床數控設備廠生產的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>　　刀架技術參數：</b></p><p><b>　　刀位數：4</b></p><p><b>　　電動功率：60W</b></p><p>　　電機轉速：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>　　刀架技術指標：</b></p><p>　　重復定位精度：≤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</b></p><p>　　三年的大學學習，讓我們對機械設計與制造方面的知識有了一個系統(tǒng)而又全新的的認識。畢業(yè)設計是我們

135、學習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計任務，它為我們以后從事技術工作打下了一個良好的基礎，對我們掌握所學知識情況進行了全面而又直觀的檢測。</p><p>　　經過幾個多月的忙碌后，終于初步完成了本設計課題的任務，經過這次畢業(yè)設計，增強了我的自學能力和收集使用資料的能力，同時全面系統(tǒng)地鞏固和總結大學三年來所學的專業(yè)知識。綜合作業(yè)是機電一體化工程專業(yè)專科段學習的最后一個環(huán)節(jié)，是對過去所學全部課程的全

136、面復習和綜合利用，也是理論聯系實際的重要環(huán)節(jié)。通過對CA6140車床縱向進給系統(tǒng)數控化改造這個課題，使我對過去所學的課程有了一個更加全面的、系統(tǒng)的認識，讓我深刻的認識到了機械、電子和微機控制的密切聯系和緊密結合。在設計過程中，我也學到了許多新知識，新方法，新思路，提高了我發(fā)現問題，解決問題的能力。在這次設計過程中也遇到了許多的問題，通過虛心請教指導老師和同學們，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)設計，我更好的把所學的專業(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上更為深層的知識。當然，也使我體會到設計工作是一項艱苦任務，必須具備吃苦耐勞的精神?？傊@次畢業(yè)設計使我受益匪淺，為我將來工作打好了良好的基礎。</p><p>　　感謝指導老師對畢業(yè)設計的給予的指導和同學們提供的幫助！</p><p><b>

138、　　8.參考文獻</b></p><p>　　[1]楊后川：《數控技術及應用》，北京大學出版社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：《機械設計課程設計指導》，化學工業(yè)出版社2008年版</p><p>　　[4]《機械設計手冊》20