机械机床毕业设计13CA6140卧式车床的数控改造.doc
机械机床毕业设计13CA6140卧式车床的数控改造
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机械机床毕业设计13CA6140卧式车床的数控改造,机械毕业设计论文
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目录 1 目 录 摘 要 . Abstract . II 第一章 前言 . 1 1.1研究目的和意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 第 2 章 数控系统总体方案的确定 . 3 2.1数控系统总体方案设计 . 3 2.2 具体设计方案 . 3 2.3 纵向伺服进给部分的计算与校核 . 4 2.4横向伺服进给部分的计算与校核 . 9 2.5 自动转位刀架的设计 . 14 第 3 章 数控系统电路设计 . 17 3.1 数控系统基本硬件组成 . 17 3.2主电路控制设计 . 17 3.3 执行电路控制设计 . 18 3.4 辅助电路控制设计 . 18 Metal Cutting . 20 结 论 . 29 致 谢 . 30 参考文献 . 31 nts 摘要 2 摘 要 我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外机床产品充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上等的原因外，一个最主要的原因 就是新产品（包括基型、变型和专用机床）的开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品。 普通机床的数控化改造事业方兴未艾，在我国目前形式下将大批故障机床尤其是一大批闲置的普通机床进行改造、升级，以较小的投入尽快使这批设备在经济发展中发挥效能、创造效益，的确是许多企业的一项不可忽视的课题。 关键词 : 脉冲发生器 ， 滚珠丝杠 ， 滚珠丝杠螺母副 ， 自动刀架 ， 塑料导轨软带 nts Abstract II Abstract My national yes machine output mos statet state in the world,the product competitive power at international market suffer still get off to inferiority level , of the therefor numerically-controlled machine , granted that at home market too be faced with austere posture:on the one hand domestic market versus all manner of tool product especially numerically-controlled machine be covered with demand,whereas on the other hand refuse have got not a little made in ones country tool dull sale overstock,abroad tool product overflow market,had a strong impact on me national numerically-controlled machine independence extend momenta into.show such phenomenal face,except to have got manage upper, product quality upper sum sales promotion instrument good cause besides,the development cycle length of the both one upmost cause namely novelty（ include fundamental mode, derivative and special machine） ,be be incapable of in season aim at users demand supply satisfied product. General machine tool numerical control melt reclaim undertaking be in the ascendant from, upratein our country for the moment form down move in bulk malfunction tool above all crowd idle general machine tool proceed rebuild, up upgrade,withal lesser project into as soon as possible gotten these batch EQUIPment at economic development exert EFFiciency, create benefit,the one term nonnegligible problem of the forsooth yes heap enterprise. Keywords: Impulse generator， Ball screw， Ball screw nut deputy， Automatism knife rest Plastic rack soft strap nts 第一章 前言 1 第一章 前言 1.1 研究目的和意义 1.1.1 车床数控改造的目的 机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。 数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成。传统 机床存在着一些弱点，如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术，特别是加工中心，无论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化，已经形成了数控机床的独特机械结构。因此，我们在对普通机床进行数控改造的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。 1.1.2 车床数 控改造的意义 1、 节省资 金。 机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省 60%左右的费用， 大型及 特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有地基。 2、 性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响 精度。 3、 提高生产效率。 机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。 对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩 短生产准备周期。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个 永恒 的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（ Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有： Bertsche工程公司、 ayton机床公司、 Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、 US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（ Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 1.2.2 我国的研究现状 nts 第一章 前言 2 我国目前机床总量 380余万台，而其中数控机床总数只有 11.34万台，即我国机床数控化率不到 3。近 10年来，我国数控机床年产量约为 0.6 0.8万台，年产值约为 18亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10年以上的 占 60以上； 10年以下的机床中，自动 /半自动机床不到 20， FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 3 第 2 章 数控系统总体方案的确定 2.1 数控系统总体方案设计 数控系统总体方案设计内容包括：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定等内容。应根据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行分析，比较和论证，最后确定总体方案。 2.1.1运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。例如，数控铣床在工作台移动过程中铣床并不进行钻孔加工，因此数控装置可选用点位控制方式。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。如果工作台或刀具沿个坐标轴的运动有精确 的运动关系，应选用连续控制方式。连续控制方式系统应具有一个插补器进行各坐标轴进给脉冲的分配，要求伺服元件有较强的轨迹跟随能力。数控铣床，车床等要求加工复杂轮廓零件的机床，应采用连续控制系统。 2.1.2伺服系统的确定 开环伺服系统在负荷太大时采用功率步进电动机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差，但开环系统结构简单，调整维修容易。在速度和精度要求不太高的场合得到广泛的应用。 闭环伺服系统具有装在机床部件上的检测元件来检测实际位移量，能插补系统的传动误差，因而伺服 传动精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。闭环系统造价高，结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。 2.1.3 执行机构专动方式的确定 为确保数控系统的传动精度和工作平衡性，在设计机械传动装配时通常提出低摩擦，低惯量，高刚度，无间隙，高谐振以及有适宜阻尼比的要求。 在设计中应考虑一下几点： 1、尽量考虑低摩擦的传动和导向元件，如采用滚珠丝杠螺母传动副贴塑导轨，滚动导轨。 2、尽量消除传动间隙。 2.2 具体设计方案 2.2.1 设计任务本设计的任务是： 数控车床能加工工件的最大回 转直径： 500mm 数控车床能加工工件的最大长度： 1200mm 刀架溜板重量； G 纵 =800N； G 横 =500N nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 4 进给速度； V 纵 MAX=0.2m/min;V 横 MAX=0.15m/min 刀架快速速度； V 纵 MAX=2m/min;V 横 MAX=1.5m/min 脉冲当量； 纵 =0.01mm; 横 =0.005mm 2.2.2 系统的运动方式与伺服系统 由于数控车床可对复杂回转类零件进行加工，所以采用连续控制系统，考虑到机床加工精度要求不高，为了简化机构，降低成本，采用开环伺服系统驱 动。由于自动转动刀架只有几个刀位，故采用普通交流电机控制。 2.2.3 执行机构传动方式的确定 为了保证一定的传动精度与平稳性，又要求结构紧凑，选用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的机构。 考虑经济性和提高承载能力，导轨运动面间采用贴塑可减小振动。考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取。 为达到要求的脉冲当量，采用齿轮降速传动，同时为了保证正反馈时的精度，齿轮采用消除间隙结构。 滚珠丝杠在机床上的支撑方式与安装，正确的安装与支撑方式可以使进给系统获得较高的传动刚度。因此，螺母座的 孔与螺母之间必须保持良好的配合，以提高螺母座局部刚度与接触刚度。支撑如下图所示。 图 1 该支持方式两端都装有推力球轴承和向心轴承。为了使丝杠具有较大的刚度，在它的一端装有蝶形弹簧和调整螺母，这样既对滚珠丝杠施加预紧力，又能在补偿丝杠的热变形后保持近乎不变的预紧力。 2.3 纵向伺服进给部分的计算与校核 2.3.1 负载计算 1、车削力计算 车床纵向切消时，车削力 YXZ PPP , 可由公式得到 nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 5 )(67.0 max1 .5 NDPZ Dmax为车床最大的加工 直径。 Dmax=500mm 则 max67.0 5.1DPZ =0.67*5001.5 =7360（ N） 又车床纵向车削时， YXZ PPP 存在 4.0:25.0:1: yxz PPP Px=1/4Pz=1840N Py=2/5Pz=2944N 2.3.2 进给牵引力的计算 在水平面内运动的需要的牵引力，可由指导书表 3-3中公式计算。 经实 地观测， C6140车床导轨多采用三角形与矩形导轨相结合的形式，所以查表 3-3可得： )( GPfKPP zx 牵 其中 K取值为 1.15 贴塑导轨 04.0f 又纵向进给 ,则 G=800N(P10,表 3-4) )( GPfKPP zx 牵 =1.15*1840+0.04(7360+800) =2116+326.4 =2442.6N 2.3.3 滚珠丝杠副选型计算 在设计选用滚珠丝杠副时，首先进行强度计算，根据结果确定丝杠副的公 称直径 d0，钢球直径 Dw，导程 Ph，选择滚珠丝杠螺母的类型及型号，再进行校核计算。 1、强度计算 （ 1）原则 滚珠丝杠强算原则与滚动轴承相似，以防止疲劳点蚀为主。 （ 2）计算 一般情况下，滚珠丝杠副的强度条件下是当量动载荷 Cm，在工作中，应小于所选用的 滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca，即 Ca Cm。 则滚珠丝杠副当量动载荷 Cm为 aHwmmfffLFC 3（ W） 式中 L：寿命 61060nTL （百万转） 其中 t vn s1000 vs：最大切削力下的进给速度（ m/min） ,(见表 3-6) t：丝杠螺距 t取 6 nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 6 T：寿命时间，取值在 10000-15000小时，这里 T 12000小时 mF ：轴向平均截荷（ N） 牵PFm fa：精度系数： 1、 2、 3级滚珠丝杠， fa=1； 4、 5、 6级滚珠丝杠 fa=0.9 fw：运转系数 fw=1.0-1.5 一般 fw=1.2 fH：硬 度系数 （取值见表 3-7 取 60HRC 所以 fH 1） 上式中 vs由表 3-6查取 min/127.0 mvs 计算 n与 L如下： m in/17.216 127.010001000 rt vn s 610600 nTL ）百万转(24.15101200017.216006又数控车床导轨精度高 取 2级精度 fa=1 fH=1 2.1wf 又 牵PFm aHwmm f ffLFC 31 12.124.154.1 7 8 73 =5318.07N 则选择丝杠 ,CDM4006-2.5-3为外循环插管式，双螺母垫片预紧，导珠管埋入式的滚珠丝杠副，尺寸如下： 公称直径 d0=40mm 外径 d=39.5mm 导程 Ph=6mm 螺旋角 442 )14.3 6(sin 0dr 钢球直径 mmD w 969.3 动载荷 NCa 15851 静载荷 NCoa 47885 注释 :滚珠丝杠的结构形式 其结构形式根据滚珠的循环方式 ,可分为两大类 : 1)内循环 ,即滚珠回路中始终于丝杠接触 .这种结构由于一个循环只有一圈滚珠 ,因而回路短 ,工作滚珠数目少 ,流畅性好 ,摩擦损失少 ,效率较高 ,径向尺寸紧凑 ,承载能力较大 ,刚度也好 .缺点是反向器的加工较难 ,加工成本提高 . 2)外 循环，即滚珠在循环回路中与丝杠脱离接触的。可分为：盖板式，螺旋槽式，插管式，三种常用结构。由于回程道的制造简单转析比较平缓，便于滚珠返回，因此应用较为广泛，缺点nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 7 是螺旋本身蚰通孔连接不易准确，挡珠器刚性差，本设计是用外循环滚珠丝杠。 2、传动效率计算 )01(/ rtgtgr 为螺旋角 442 452/442 tgtg =0.97 3、刚度验算 滚珠丝杠在轴向载荷的作用下引起单个螺距 t的变化量为 t ： EAtFmt A为滚珠丝杆截面积 EAtFmt 44014.3101.2625 牵P=4.06 10-5mm 通常用 300mm长丝杆螺距的变化量小于允许的螺距误差 ，作为验算依据。 tt 300 63001006.4 5 =2.03 m 8 m 丝杆刚度合格 . 4.滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除 该间隙通常是指丝杠和螺母相对运动时，丝杠和螺母间的最大轴向窜动。常用双螺母结构消除间隙，调整是只要拧动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一个距离。在消除间隙后将其锁紧。该方法具有结构简单，调整方便的优点，但调整精度较差。 5.滚珠丝杠的润滑： 滚珠丝杠的润滑采用脂润滑，充填在螺母的内部及涂在丝杠螺纹的滚道上。导轨及齿轮仍采用油润 滑。 6.滚珠丝杠的保护 滚珠丝杠对赃物的磨损特别敏感。通常采用毛垫圈对螺母进行密封，与丝杠直接接触，因此，预防效果较好。对于暴露在外面的丝杠采用折垒式人造革的防护罩，以防止尘埃和磨粒黏附到丝杠表面。一端连接到滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支撑座上。 7.滚珠丝杠的支撑及轴承选型 由于支持方式两端都装有推力球轴承和向心球轴承。前支撑预选择向心球轴承为两个 6006型号轴承， d 30mm， D=55mm， B=13mm， d1 38.4mm,D1=47.7mm， da 36mm， Da 49mm， cr 10.2KN，nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 8 c0r 6.88KN。经校验计算，合格。预选择推力球轴承为两个 51206型号轴承， d 30mm， D 52mm，T 16mm， d1 32mm， D1=52mm， ca 21.5KN， c0a 43.2KN。经验算合格。 后支撑预选择向心球轴承两个 6006型号轴承， d 30mm， D=55mm， B=13mm， d138.4mm,D1=47.7mm， da 36mm， Da 49mm， cr 10.2KN， c0r 6.88KN。经校验计算，合格。预选择推力球轴承一个 51206型号轴承， d 30mm， D 52mm， T 16mm， d1 32mm， D1=52mm， ca21.5KN， c0a 43.2KN。经验算合格。 2.3.4步进电机选型计算 1、负载转矩 210360 3 牵PT m （ N.m） 式中 为脉冲当量 rmm /01.0 为步矩角 5.1 为电机至丝杠传 动效率 8 8 5.094.099.098.0 4 cmNT m .17.77885.05.114.32 4.1 7 8 71001.03603 2、启动力矩 cmNTmTmT q .93.1924.0 17.774.05.03.0 3、最大静转矩 aj TTqT maxTa 取五相十拍 951.0aT cmNTT qj .87.202951.0m a x 4、步进电机最高工作频 率 )(601 0 0 0max HZvf 快 V快见表 3-6 快 2m/min 33.333301.060 21000m a x f （ N） 由附录 2选择 90BF004步进电机 外径 90mm，长度 116mm，轴径 9mm，重量 30N。 5 确定齿轮传动比、模数、有关尺寸、 1、确定齿轮传动比 ,模数 因 =1.5 齿轮副传达室动比与步距角、导程之间的关系为 nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 9 21 /4.065.1 01.0360360 zzPi h 取 m=2.5 齿宽系数 8d 取 201 Z 502 Z mmmb d 20 齿轮各个参数如下 : 齿轮分度圆 d1=mz1=50mm d2=mz2=125mm 齿顶圆直径 : da1=d1+2ha*m=55mm da2=d2+2ha*m=130mm 齿根圆直径 : df1=d1-(2ha*+2c*)m=43.75mm df2=d2-(2ha*+2c*)m=118.75mm 中心距 : a=m(z1+z2)/2=87.5mm 2.3.5开环传动的中间间隙消除措施及丝杠稳定校核 1开环传动的中间间隙消除措施 由于传动副存在间隙，会造成进给运动的滞后；后向时，会造成反向冲击，直接影响到加工精度。因此，要采取较小的间隙措施。 齿轮传动间隙流水作业除的措施 本设计采用双片薄齿轮的间隙消除的方法。在一对相对吻合的圆柱齿轮中 ,一个做成宽齿轮 ,另一个由两个薄片齿轮组成 .通过一个弹簧装置，使一个薄片齿轮的齿和另一个薄 片齿轮错齿一定的角度，再与宽齿轮相啮合，使其与宽齿轮的齿槽左右两侧相接触，这样可以消除啮合间隙。 2、丝杠稳定校核 由于采用两端固定的安装方式，此时丝杠的动态与静态稳定性最好，轴向刚度最大，因此，无需进行丝杠稳定性校核，但为日后考虑，故对一端固定，一端简支的情况校核。 2.4 横向伺服进给部分的计算与校核 2.4.1 负载计算 1、车削力计算 车床纵向切消时，车削力 YXZ PPP 可由公式得到 )(67.0 max1 .5 NDPZ Dmax为车床最大的加工直 径。 Dmax=400mm 则 max67.0 5.1DPZ =0.67*5001.5 =7360（ N） 又车床在横向车削时，切削力取 1/2的纵向切削力，即 Zz Pp 2/11 =3680N nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 10 4.0:25.0:1: 111 yxz PPP Px1=3680/4=920N Py1=2/5*3680=1472N 2.4.2 进给牵引力的计算 在水平面内运动的需要的牵引力，可由指导书表 3-3中公式计算。 经实地观测， C6140车床导轨多采用三角形与矩形导轨相结合的形式，所以查表 3-3可得： )( GPfKPP xx 牵 其中 K取值为 1.15 贴塑导轨 04.0f 又横向进给 ,则 G=450N )( GPfKPP xx 牵 =1.15*920+0.04*(3680+500) =1058+167.2 =1225.2N 2.4.3 滚珠丝杠副选型计算 在设计选用滚珠丝杠副时，首先进行强度计算，根据结果确定丝杠副的公称直径 d0，钢球直径 Dw，导程 Ph，选择滚珠丝杠螺母的类型及型号，再进行校核计算。 1、强度计算 （ 1）原则 滚珠丝杠强算原则与滚动轴承相似，以防止疲劳点蚀为主。 （ 2）计算 一般情况下，滚珠丝杠副的强度条件下是当量动载荷 Cm，在工作中，应小于所选用的 滚珠丝杠副的额定动载荷 Ca，即 Ca Cm。 则滚珠丝杠副当量动载荷 Cm为 aHwmmfffLFC 3（ W） 式中 L：寿命 61060nTL （百万转） 其中 t vn s1000 vs：最大切削力下的进给速度（ m/min） ,(见表 3-6) t：丝杠螺距 t取 6 T：寿命时间，取值在 10000-15000小时，这里 T 12000小时 mF ：轴向平均截荷（ N） 牵PFm fa：精度系数： 1、 2、 3级滚珠丝杠， fa=1； 4、 5、 6级滚珠丝杠 fa=0.9 fw：运转 系数 fw=1.0-1.5 一般 fw=1.2 fH：硬度系数 （取值见表 3-7 取 60HRC 所以 fH 1） 上式中 vs由表 3-6查取 min/06.0 mv s 计算 n与 L如下： nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 11 m in/106 06.01 0 0 01 0 0 0 rt vn s 610600 nTL ）百万转(2.71012000106006又数控车床导轨精度高 取 2级精度 fa=1 fH=1 2.1wf 又 牵PFm a HwmmfffLFC 31 12.12.77.8953 =2074.4N 则选择丝杠 ,CDM2005-5为外循环插管式 ， 双螺母垫片预紧，导珠管埋入式的 滚珠丝杠副 ，尺寸如下： 公称直径 d0=20mm 外径 d=19.5mm 导程 Ph=5mm 螺旋角 =4.59 )14.3 5(sin 0dr 钢球直径 mmD w 175.3 动载荷 NCa 15338 静载荷 NCoa 36704 注释 :滚珠丝杠的结构形式 其结构形式根据滚珠的循环方式 ,可分为两大类 : 1)内循环 ,即滚珠回路中始终于丝杠接触 .这种结构由于一个循环只有一圈滚珠 ,因而回路短 ,工作滚珠数目少 ,流畅性好 ,摩擦损失少 ,效率较高 ,径向尺寸紧凑 ,承载能力较大 ,刚度也好 .缺点是反向器的加工较难 ,加工成本提高 . 2)外循环，即滚珠 在循环回路中与丝杠脱离接触的。可分为：盖板式，螺旋槽式，插管式，三种常用结构。由于回程道的制造简单转析比较平缓，便于滚珠返回，因此应用较为广泛，缺点是螺旋本身蚰通孔连接不易准确，挡珠器刚性差，本设计是用外循环滚珠丝杠。 2、传动效率计算 )01(/ rtgtgr 为螺旋角 59.4 )17.059.4(/442 tgtg =0.96 3、刚度验算 滚珠丝杠在轴向载荷的作用下引起单个螺距 t的变化量为 t ： nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 12 EAtFmt A为滚珠丝杆截面积 EAtFmt 42014.3101.257.89525 =6.79 10-5mm 通常用 300mm长丝杆螺距的变化量小于允许的螺距误差 ，作为验算依据。 tt 300 =6.79 10-5 300/5 =4.07 m 8 m 丝杆刚度合格 . 4.滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除 该间隙通常是指丝杠和螺母相对运动时，丝杠和螺母间的最大轴向窜动。常用双螺母结构消除间隙，调整是只要拧动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一个距离。在消除间隙后将其锁紧。该方法具有结构简单，调整方便的优点，但调整精度较差。 5.滚珠丝杠的润滑： 滚珠丝杠的润滑采用脂润滑，充填在螺母的内部及涂在丝杠螺纹的滚道上。导轨及齿轮仍采用油润滑。 6.滚珠丝杠的保 护 滚珠丝杠对赃物的磨损特别敏感。通常采用毛垫圈对螺母进行密封，与丝杠直接接触，因此，预防效果较好。对于暴露在外面的丝杠采用折垒式人造革的防护罩，以防止尘埃和磨粒黏附到丝杠表面。一端连接到滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支撑座上。 7.滚珠丝杠的支撑及轴承选型 由于支持方式两端都装有推力球轴承和向心球轴承。前支撑预选择向心球轴承为两个 6202型号轴承， d 15mm， D=35mm， B=11mm， d1 21.6mm,D1=29.4mm， da 20mm， Da 30mm， cr 5.88KN，c0r 3.48KN。经校验计算合格。预选择单向推力球轴承为两个 51102型号轴承， d 15mm， D 30mm，T 10mm， d1 17mm， D1=30mm， ca 11KN， c0a 19.8KN。经验算合格。 后支撑预选择向心球轴承两个 6202型号轴承， d 15mm， D=35mm， B=11mm， d121.6mm,D1=29.4mm， da 20mm， Da 30mm， cr 5.88KN， c0r 3.48KN。经校验计算合格。预选择推力球轴承一个 51102型号轴承， d 15mm， D 30mm， T 10mm， d1 17mm， D1=30mm， ca 11KN，c0a 19.8KN。经验算合格。 2.4.4步进电机选型计算 1、负载转矩 nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 13 210360 3 牵PT m （ N.m） 式中 为脉冲当量 rmm /01.0 为步矩角 5.1 为电机至丝杠传动效率 8 8 5.094.099.098.0 4 33 6 0 0 . 0 0 5 1 0 8 9 5 . 7 3 8 . 6 7 6 .2 3 . 1 4 1 . 5 0 . 8 8 5mT N c m 2、启动力矩 3 8 . 6 7 6 7 7 . 3 5 2 .0 . 3 0 . 5 0 . 5 0 . 5q T m T mT N c m 3、最大静转矩 aj TTqT maxTa 取五相十拍 951.0aT m a x 8 1 . 3 4 .0 . 9 5 1qj TT N c m 4、步进电机最高工作频率 )(601 0 0 0max HZvf 快 V快见表 3-6 快 1.5m/min m a x 1 0 0 0 1 . 5 50006 0 0 . 0 0 5fN 由附录 2选择 90BF002步进电机 参数如下：外径 90mm，长度 148mm，轴径 9mm,重量 45N. 5 确定齿轮传动比、模数、有关尺寸、 1、确定齿轮传动比 ,模数 因 =1.5 齿轮副传达室动比与步距角、导程之间的关系为 123 6 0 3 6 0 0 . 0 0 5 0 . 2 41 . 5 5h zi Pz 取 m=2 齿宽系数 8d 取 181 Z 752 Z mmmb d 16 齿轮各个参数如下 : 齿轮分度圆 d1=mz1=36mm nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 14 d2=mz2=150mm 齿顶圆直径 : da1=d1+2ha*m=40mm da2=d2+2ha*m=154mm 齿根圆直径 : df1=d1-(2ha*+2c*)m=31.5mm df2=d2-(2ha*+2c*)m=145.5mm 中心距 : a=m(z1+z2)/2=93mm 2.4.5开环传动的中间间隙消除措施及丝杠稳定校核 1开环传动的中间间隙消除措施 由于传动副存在间隙，会造成进给运动的滞后；后向时，会造成反向冲击，直接影响到加工精度。因此，要采取较小的间隙措施。 齿轮传动间隙流水作业除的措施 本设计采用双片薄齿轮的间隙消除的方法。在一对相对吻合的圆柱齿轮中 ,一个做成宽齿轮 ,另一个由两个薄片齿轮组成 .通过一个弹簧装置，使一个薄片齿轮的齿和另一个薄片齿轮错齿一定的角度，再与宽齿轮相啮 合，使其与宽齿轮的齿槽左右两侧相接触，这样可以消除啮合间隙。 2、丝杠稳定校核 由于采用两端固定的安装方式，此时丝杠的动态与静态稳定性最好，轴向刚度最大，因此，无需进行丝杠稳定性校核，但为日后考虑，故对一端固定，一端简支的情况校核。 2.5 自动转位刀架的设计 在零件的加工过程中，大量的时间用于更换刀具等非切削工作。设计自动转位刀架的目的在于提高效率。回转刀架在结构上必须具有良好的强度。由于数控机床在加工中刀具位置不进行人工调整，因此需要保证回转刀架在每次转位之后尽可能高的重复定位精度。 1.刀架的工作原 理 1)转位刀架的组成 压紧发讯开关编码开关粗定位发讯开关控制系统大螺母拔块方刀架刀架体组件下齿轮盘蜗轮副底盘刀架底盘组件32)1(表 4 2)刀架的提升定位 刀架的抬升高度是由端齿盘来决定的 ,为保证刀架抬升后可以旋转，抬升高度为压紧时上齿盘顶高与下齿顶高之间的距离，本刀架此距离为 5mm，加之螺纹导程为 10mm。 nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 15 则有 105360x x=180度 旋转 180度，刀架上升 5mm，便可脱离。 3）转位刀架工作与原理 计算机发出换刀信号，刀架控制箱继电器动作，电机正转，通过升降机将上升至一定位置时离合转盘作用，带动上刀体至所选 刀位。发迅盘转，初定位，上刀体下降，端齿啮合，完成精定位，并通过蜗轮、蜗杆、锁紧螺母、固定刀架并施加一定预紧力。 2.降速机构传动比及其分配 初选 CA6140车床刀架转速为 28r/min 电机转速为 1400r/min 2 8 11 4 0 0 5 0nin 刀电 传动比较大，所以选蜗轮蜗杆传动，预选单线蜗杆，蜗轮齿数为 50齿，齿形角为 20度。 3.由刀架的夹紧力确定提升丝杠的蜗轮传动力矩 T 由公式 /2T ps 计算。 P=12KN S=10mm f=0.1 =15 0s 1 0= a r c t a n a r c t a nd =2.73 f 0 . 1= a r c t a n a r c t a nc o s c o s 1 5 =5.91 31.0)( tg tg/26 1 .6 .T psK N m m 4.由传动力矩 T确定蜗轮辐 m， q值。 根据机械设计手册第三卷（化工出版社） 由公式 3232500 KTzqm H 取蜗轮材料为锡青铜 2z =50 H =200Mpa m=2mm k=1 由上式确定 q为 17.5，可远远满足要求。 蜗杆分度圆直径 d1=m q=35.5mm 齿顶圆直径 da1=d1+2ha*m=39.5mm 齿根圆直径 df1=d1-z(ha*m+c*)=31mm 蜗轮分度圆直径 d2=mz=100mm 喉圆 da2=104mm nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 第 2章 数控系统总体方案 的确定 16 齿根圆直径 df2=95.2mm 中心距 a= 1 1 0 0 3 5 .52 =67.7mm 5.计算电机功率 蜗轮夹紧所需要的功率： 由 9550TnN 蜗轮电 蜗 轮 计算。 电 蜗 轮 = 齿 轴承 蜗轮副 =0.98 0.99 0.7=0.68 6 1 . 6 2 8 2 6 5 . 69 5 5 0 9 5 5 0 0 . 6 8TnN K W 蜗轮电 蜗 轮 由于电机停转采用过载电流继电器，过载系数为 1.8-2.2之间，则选用电机功率 N电机 =N/2 =133 （ KW） 试选择三相异步交流电机 YSH6314 则功率为 180W nts大连水产学院本科毕业论文（设计） 外文翻译 17 第 3 章 数控系统电路设计 3.1 数控系统基本硬件组成 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，其性能的好坏，直接影响整个系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行 机床数控系统的硬件电路概括起来由以下四部分组成。 (1)中央处理单元 CPU (2)总线。包括数据总线（ DB）、地址总线（ AB）和控制总线（ CB）。 (3)存贮器。包括只读可编程存贮器和随机读写存贮器。 (4)I/O 输入 /输出接口电路。 其中 CPU 是数控系统的核心，作用是进行数据运算处理和控制各部分电路直协调工作。存贮器用于存放系统软件，应用程序和运行中所需要的各种数据。 I/O 接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。总线则是 CPU 与存贮器、 接口以及其它转换电路联接
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