【JG007】C618普通车床数控化改造[3A0]
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共39页)
编号：670736
类型：共享资源
大小：1.42MB
格式：RAR
上传时间：2016-06-20
上传人：棒***
认证信息
个人认证
康**（实名认证）
湖北
IP属地：湖北
50
积分
- 关 键 词：
-
jg007
c618
普通
车床
数控
改造
a0
- 资源描述：
-
【JG007】C618普通车床数控化改造[3A0],jg007,c618,普通,车床,数控,改造,a0
- 内容简介：
-
山东大学 毕业设计（论文） 题 目： 床数控改造 专 业： 学 生： 准考证号： 指导老师： _ _ 毕业设计（论文）时间： 年 月 日 年 月 日 山东大学本科毕业设计（论文） 目 录 第一章 概述 . 错误 !未定义书签。 国数控机床产业现状 . 错误 !未定义书签。 床数控化改造的必要性 . 错误 !未定义书签。 第二章 总体设计方案 . 错误 !未定义书签。 计内容及任务 . 错误 !未定义书签。 控部分的设计改造 . 错误 !未定义书签。 械部分的设计改造 . 错误 !未定义书签。 第三章 伺服进给系统的改造与设计 . 错误 !未定义书签。 服系统的组成和要求 . 错误 !未定义书签。 伺服进给机构的设计内容 . 错误 !未定义书签。 立数学模型 . 错误 !未定义书签。 纵向进给系统的设计计算 . 错误 !未定义书签。 步进电动机的确定 . 错误 !未定义书签。 横向进给系统的设计与计算 . 错误 !未定义书签。 第四章 主传动部分的改造与设计 . 错误 !未定义书签。 案拟定和设计内容 . 错误 !未定义书签。 传动系统的设计要求： . 错误 !未定义书签。 轴调速系统的方法及原理 . 错误 !未定义书签。 传动部分改造设计计算 . 错误 !未定义书签。 电动机的选择 . 错误 !未定义书签。 主传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析 . 错误 !未定义书签。 电磁离合器的设计计算 . 错误 !未定义书签。 山东大学本科毕业设计（论文） 调速电机控制电路设计 . 错误 !未定义书签。 频器的基本构成 . 错误 !未定义书签。 变频器类型的选择 . 错误 !未定义书签。 第五章 自动转位刀架的选择设计 . 错误 !未定义书签。 控车床刀架的基本要求 . 错误 !未定义书签。 动转位刀架的选择 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 山东大学本科毕业设计（论文） 摘 要 了解数控机床的 概念 及发展趋势 ， 那么 所谓 数控 是按照含有机床 (刀具 )运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它的优点很多 ,可以在同一机床上一次装夹可完成多个操作，生产率显著提高等优点，但它的价格昂贵。由于我国现在使用的机床大多数为普通车床，自动化程度低 ,要更新现有机床需要很多资金。为了解决这个问题 ,也为了适应多品种中、 大 批量零件加工我们选择机床数控改造 ，对机床的构造进行剖析与设计 。 机械方面在于数控机床的主传动，由于 车床 为满足不同的加工要求，对机床的极数要求较为严格，对于 较高精度的加工要求，部件的受力变形和热变形对主轴加工精度产生较大的影响，对传动的方式需进行一些调整。数字控制技术方面，利用单片机技术知识，而要完成较多的端口部件的控制。 床的 改造 主轴转速部分采用了变频调速交流异步电机，有级变速部分采用电磁离合器控制机构；车床的纵向和横向进给运动采用步进电机驱动，经步进电机驱动，齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动；刀架改成由微机控制，经电机驱动的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，需安装主轴脉冲发生器。传动系统图的 设计 、机床调速电动机控制电路的设 计、电磁离合器的设计计算。 关键词 :数控、车床 、 改造 、设计 山东大学本科毕业设计（论文） NC to in in is NC in It be on to its is of in an a of is to a of To to to of NC we to of to is as to of of a on in of of to of C of of by in to by a by In to to 1 第一章 概述 当前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过度的关键时期，也是由封闭型数控系统向开放型系统过渡的时期。从生产规模上看，已有像航天数控集团、华中数控系统有限公司、北京机床研究所等可实现批量生产的产业化基地。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上（包括核心技术），已达到国外先进水平，以开发出具有自主知识产权的基于 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在 这些数控机床中，除少量机床以 式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001年，我国机床工业产值已进入世界第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 美元，仅次于美国的 美元，消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势， 2001年进口机床跃升至世界第 2位，美元，比上年增长 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪 板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 并且目前在整个机械行业中，随着市场经济的发展，产品更新周期越来越短，中小批量的生产所占有的比例越来越大，对机械产品的精度和质量要求也在不断地提高与推进。所以普通机床越来越难以满足加工的要求，同时由于技术水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用将越来越普遍，而对原有普通机床的数控化改造也应是越来越广泛。 从微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 1 、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂 2 的曲线或曲面。 2 、可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就 可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了 柔性自动化 。 3、 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要 修配 。 4 、可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运。 5、 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 从宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在 70 年代末、 80 年代初已开始大规模应用数控机床。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产 品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20 年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到1995 年只有 而日本在 1994 年已达 因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。 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所以不难看出： 1国内的市场 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 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 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， 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。 2. 进口设备和生产线的数控化改造市场 我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从 1979 1988 年 10 年间，全国引进技术改造项目就有 18446 项，大约 美 3 元。 这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运 转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。 对旧的机床进行改造而对于一个机床拥有量大，经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率是一个极其有效和使用的途径，有以下的优点： 1、减少 了投资和交货的期限 同购置新的数控机床相比，一般可以节省 60%到 80%的费用，改造的费用大大减低。 2、机械的稳定性可靠 机床的床身，立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而铸件越久自然失效充分，内应力的消除使得比新的铸件更稳定，这些铸件的使用又可以节约社会资源，又减少了铸铁件生产时对环境的污染。 3、熟悉了解设备结构性能，便于操作维修，购买的新设备，事先很难前面了解机床的结构性能，以至很难预算是否完全适合加工要求，而改造则完全可以避免这种情况，并且大大缩短了对数控机床在使用和 维修方面的培训时间，机床一旦改装完成，很快就可以投入使用，见效较快。 4、可以充分利用现有的条件 可以充分利用现有的地基，不必像购新机时重新构筑新基，同时工夹具、样板和外设备也可以在利用。 5、可更好的因地制宜合理筛选功能 购买现成的通用型机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，又可能缺少某一个专用的特殊功能，如向机床制造厂提出特殊定货要求，增加某些特殊的加工要求，往往费用大，交货的日期又长。而采用改造的方案就可以根据生产加工要求，采用组合的方法再 4 某些部件设计改造成专用的数 控机床。 6、可及时采用最新技术，充分利用社会资源 由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的疏忽资源支持机床方面的改造 ，如随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，且交货期短；采用贴塑导轨新技术，可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还可以使得刮研极容易，等等例子说明有一大批社会资源，可根据技术更新的发展速度，及时地采用最新技术来提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机场改造成当今水平的机床。 5 第二章 总体设计 方案 普通车床（ 数控改造设计内容包括：总体方案的确定和验证、机械改造部分的设计计算（包括纵向、横向进给系统的设计与计算）、主运动自动变速原理及改造后的机床传动系统图的设计、机床调速电动机控制电路的设计、电磁离合器的设计计算。 本设计任务是对 式车床进行数控化改造，实现微机对车床的数控化控制。利用微机对车床的纵向、横向进给系统进行数字控制，并要达到纵向最小运动单位为 脉冲，横向最小运动单位 脉冲，主运动要实现自动变速，刀架要改造成自动控制的自动转位刀架，要能自动的切削螺纹。 1、数控系统运动方式的确定 数控系统按其运动轨迹可分为：点位控制系统、连续控制系统。点位控制系统只要求控制刀具从一点移到另外一点的位置，而对于运动轨迹原则上不加控制。连续控制系统能对两个或两个以上坐标方向的位移进行严格的不间断的控制。由于 床要加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用连续控制系统。 2、伺服进给系统的设计改造 数控机床的 伺服进给系统按有无位置检测和反馈可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统。 闭环控制方案的优点是可以达到和好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙、干扰等对加工精度的影响。但他结构复杂、技术难度大、调式和维修困难、造价高。 半闭环控制系统由于调速范围宽，过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进电动机驱动的开环控制系统。但是，采用半闭环控制其调式比开环要复杂，设计上也要有其自身的特点，技术难度较大。 开环控制系统中没有位置控制器及反馈线路，因此开环系统的精度较差，但其结构简单，易 于调整，所以常用于精度要求不高的场合。 经过上序比较，由于所改造的 以决定采用开环控 6 制系统。 械部分的设计改造 1、主传动部分的改造设计 将原机床的主轴电动机换成变频调速电动机，无级调速部分由变频器控制。将原机床的主轴手动变速换成有电磁离合器控制的主轴变速机构。改造后使其主运动和进给运动分离，主轴电动机的作用只是带动主轴旋转。 2、进给机构的改造 将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件 经一级齿轮减速后，由滚珠丝杠传动。 3、其它部件的改造 刀架部分：拆除原手动刀架和小拖板，安装由微机控制的四工位电动机刀架，该刀架具有重复定位精度高、刚性好、使用寿命长、工艺性好等优点。 7 第三章 伺服进给系统的改造与设计 机床进给伺服系统主要由伺服驱动控制系统与机床进给机械传动机构两大部分组成。机床进给机械传动系统通常由减速齿轮、滚珠丝杠、机床导轨和工作台拖板等组成。对于伺服驱动控制系统，按其反馈信号的有无，分为开环和闭环两种控制方式。对于开环伺服 系统只能由步进电机驱动，它由步进电机驱动电源和电动机组成。闭环伺服系统则分为直流电动机和交流电动机两种驱动方式，并且是双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器以及功率驱动放大器等部分组成。位置环是由 置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。根据其位置检测信号所取部位不同，它又分为半闭环和全闭环两种。半闭环采用转角位置检测装置，安装于滚珠丝杠端部，或直接与伺服电动 机转子的后端相连（与伺服电动机成一体）；对于全闭环系统需要采用直线位置检测装置，安装于机床导轨与工作台拖板之间。 伺服系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构。为确保机床的加工质量和效率，机床对其伺服系统有“稳、准、快、宽、足”五个要求，它反映了伺服驱动系统的五项性能指标 ,具体的内容如下 : 稳 即稳定性，也就是要求系统有较好的抗干扰性。 准 及准确性，为确保加工质量，除要求系统稳定外，还必须有较高的准确定位精度。 快 即快速响应性。 宽 即有较宽的调速范围。 足 即有足够的输出扭矩或驱动功率。 对进给伺服系统除了上述五项主要性能指标外，也要求温升低、噪声小、效率高、体积小、价格低、控制方便、线性度好（如输出速度与输入电压成线性）、可靠性高，维修保养方便，对温度、湿度等环境要求宽等等。 伺服进给机构的设计内容 数控机床的伺服进给系统的控制方式有多种，如：开环控制闭环控制以及半闭环控制。 正如总体设计方案论证中所说，本设计任务的精度要求不高，结合经济型改造的特点， 8 设计者采用以步进电机为驱动的开环控制方式来设计其伺服进给系统。 开环系统的控制形式及特点加以简要分析： 1、工作原理及控 制特点 开环控制系统利用脉冲马达的伺服性能，即对应一定的脉冲，必定有一定的转角，从而通过丝杠螺母机构使工作台移动一定的距离。 2、定位精度 虽然开环控制系统很难保证较高的位置控制精度，对于影响定位精度的机械传动装置的刚度、摩擦、惯量、间隙等的要求较高，一般在 间；但对于经济型数控车床来说，定位精度要求并不高。 3、稳定性 结构简单，调试方便，工作可靠，稳定性好。 立数学 模型 在位置环的调节上有模拟式和数字式，或者说有连续控制方式和离散控制方式。机床的数字调节系统是由计算机作为调节器，按采样方式工作的，因而属于离散控制方式。这类系统精度高，动态性能好，可充分利用计算机的快速运算功能和存储功能，使进给伺服系统始终处于最佳工作状态。另外，由于计算机作为调节器，因而调节系统具有很大柔性。 进给系统的设计内容： 经济型数控车床的改造一般是将丝杠、光杠及安装座拆去，配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电动机及减速箱安装在车床的车尾。书控车床通过步进电动机经减速驱动滚珠丝杠，带 动刀架左右移动。 纵向进给系统设计的主要内容有：滚珠丝杠副的设计计算及选择、减速比的确定及减速箱的设计、步进电动机的选择等。 纵向进给系统的设计计算 （ 1）已知条件： 1）、纵向脉冲当量 p=冲； 2）、纵向最高进给速度 m/ 3）、 w=100000N（根据图形尺寸粗略计算）。 4）、时间常数 T=259 （ 2）、纵向进给切削力 确定 根据机床设计手册查出， 5% （ 3 1） 式中： 由前面的设计计算可知： 1比例系数为 4% 则 4%= （ 3 2） 根据机床设计手册查出， Fy=6120 （ 3 3） 式中： 范围为 取 f =m/查实用机床设计手册可知： 1/2 1/3） （ 3 4） 取 1/2） m/ 则 N) 当 削深度 刀量 f= 以此参数作为下面计算的依据，从实用机床设计手册中可知，在一般圆切削时： （ 3 5） （ 3 6） .5 N ） .6 N ） （ 3）、滚珠丝杠的设计计 算 滚珠丝杠在工作中承受轴向负载，使得滚珠和滚道型面间产生接触应力；对滚道型面上 10 某一点，是交变接触应力。在这种交变应力的作用下，经过一定的应力循环次数后滚珠和滚道型面产生疲劳损伤，从而使得滚珠丝杠丧失工作性能，这是滚珠丝杠破坏的主要形式。在设计滚珠丝杠副的时候，须保证能够它在一定的轴向负载的作用下，在回转 106转后，滚道上虽然受滚珠压力，但不应有点蚀现象发生，此时所能承受的轴向负载成为这种滚珠丝杠能承受的最大动负载 Q。 滚珠丝杠副已经标准化，因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 1）、额定动载荷 与计算动载荷 C 从实用机床设计手册中查得： （ 3 7） 式中 : 寿命系数 载荷性质系数 动载荷硬度系数 转速系数 最大工作负载 (N) 根据实用机床设计手册可知： 选工作寿 命 : 15000h, 则 3/1)500 （ 3 选载荷性质系数 : 选动载荷硬度系数 :转速系数 : 3/1)n; （ 3 9） V =1000mm/11 根据上述选择的情况下 ,计算结果如表 表 载荷计算 丝杠导程 L0/2 10 8 6 n =V/r/8303 100 125 166.7 c/n 26883 28590 30813 33926 综合导轨车床丝杠的轴向力 : W)(FfX （ 3 10） 式中 :K=f = 1000)( 47 1 2 . 40 . 1 62 3 5 6 . =(N) 寿命值 ; 1810 1 5 0 0 0206010 6 （ 3 11） 最大负载 ; i （ 3 12） = =N) 查参考文献实用机床设计手册可选用 号的滚珠丝杠副 ,名义直径为 45杠导程为 10 螺旋角 34o ,滚珠例数为 3 系列 ,其额定动载荷为 33300N,所以其强度够用。 2）、支承方式 选用“单推 单推”的支承方式。 3）、效率计算； )( tg 3 13） 式中： 纹的螺旋升角 34o 12 擦角 所以， = 4513 则： %97)451334(34 （ 3 14） 经验表明：在数控化改造设计中，有普通丝杠换成滚珠丝杠，只要名义直径相同，支承方式相同或有改善，其丝杠的强度，刚度和稳定性计算可以不计算，因为采用类比法，改善后肯定合格。 （ 4）、齿轮设计 齿轮传动比 i: （ 3 15） 式中； 进电动机的步矩角，选为 计算出 i 5，因此可以选一级传动。 大小齿轮都采用 45 号钢 调质，选小齿轮硬度为 260290齿轮硬度为 22050度选用六级，模数 m=2 齿宽 b=20 螺旋角 = 020 ， 齿数 8，齿数 5，则： 3618211 （ 3 16） 15075222 93)(21 21 3 17） 还应该校核齿轮表面接触疲劳强度，弯曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过程略。 步进电动机的确定 （ 1）、步进电动机步矩角的选择； L （ 3 18） （ 2）、等效转动惯量的计算 惯量对运动特性有很大影响，对加速能力，加速时驱动力矩及动态的快速反应有直接关系，因此核算转动惯量很有必要。 13 纵向伺服系统改进 后等效转动惯量的简图如下 : 图 3改造后的纵向伺服系统等效转动惯量简图 等效步进电动机轴的转动惯量计算，采用下式； 1121 （ 3 19） 式中： 1J 1的转动惯量 2的转动惯量 1J = （ 3 20） = 100= 2 滚珠丝杠转动惯量： 410 4D 1L （ 3 21） =410 140= 齿轮的转动惯量： 1410 2= 2410 415 2= 电动机转动惯量很小可忽略，因此总的转动惯量： J = 1121 14 = = =( 2 （ 3）、所需转动力矩计算： 折算到步进电动机轴的力矩可分为三种情况进行计算。 1）、快速空载启动时所需力矩： M=f+ （ 3 22） 2）、 最大切削负载时所需力矩： M=f+t （ 3 23） 3）、快速进 给所需力矩 M=0 （ 3 24） 式中： 算到电机轴上的摩擦力矩； N m） （ 3 25） 式中； = n=a； 0 00m a x L 34r/ （ 3 26） =N m） =N 当 n=a； 0（ 3 27） =10 15 = r/ = N m） =N 2 0 （ 3 28） 当 = f=； 10 N 当0= 0M= 200 16 （ 3 29） = 2 = =N tM=2 0（ 3 30） = = =135（ N 从而求得，快速空载启动所需力矩 M=f+ N 切削时所需力矩 M=f+t =35 =155 （ N 快速进给时所需力矩 16 M=0 = N 由以上分析计算可知，所需最大力矩 ： N 4）、步进电动机的最大静转矩 。 8 6 6.0 m a 3 31） = N 5）、步进电动机的最高频率计算； 60 m a xm a x （ 3 32） 电动机采用三相六拍的工作方式，经综合考虑，选用 110 横向进给系统的设计与计算 1、进给系统的设计内容 经济型数控车床改造的横向进给系统的设计比较简单，一般是步进电动机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电动机安装在大拖板上，用发兰盘将步进电动机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。 横向进给系统设计的主要内容有：滚珠丝杠副的设计计算及选择、减速比的确定及减速箱的设计、步进电动机的选择等。 2、横向进给系统的设计计算 （ 1）、已知条件： 1）、纵向脉冲当量 y=冲； 2）、纵向最高进 给速度 m/ 3）、 w=40000N（根据图形尺寸粗略计算）。 4）、时间常数 T=2517 （ 2）、横向进给切削力 根据机床设计手册可知； 横向进给量为纵向的 1/2 ，取 1/2，则切削力约为纵向的 1/2。 N ） .5 N ） （ 3）、滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠在工作中承受轴向负载，使得滚珠和滚道型面间产生接触应力；对滚道型面上某一点，是交变接触应力。在这种交变应力的作用下，经过一定的应力循环次数后滚珠和滚道型面产生疲劳损伤，从而使得滚珠丝杠丧失工作性能，这是滚珠丝杠破坏的主要形式。在设计滚珠丝杠副的时候，须保证能够它在一定的轴向负载的作用下，在回转 106转后，滚道上虽然受滚珠压力，但不应有点蚀现象发生，此时所能承受的轴向 负载成为这种滚珠丝杠能承受的最大动负载 Q。 滚珠丝杠副已经标准化，因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 1）、强度计算； W)(FfX 式中 :K=f = ; 4 0 0 )( 2 3 5 6 . 20 . 21 1 7 8 . =(N) 寿命值 ; 1 3 . 510 15000156010 6 最大负载 ; i = =N) 查参考文献实用机床设计手册可选用 号的滚珠丝杠副 ,名义直径为 20杠导程为 4 螺旋角 393o ,滚珠例数为 3 系列 ,其额定动载荷为 7600N,所以其强度够用。 18 2）、支承方式 选用“单推 单推”的支承方式。 3）、效率计算： )( tg 纹的螺旋升角 393o 擦角 = 10 则： 0393(393 经验表明：在数控化改造设计中，有普通丝杠换成滚珠丝杠，只要名义直径相同，支承方式相同或有改善，其丝杠的强度，刚度和稳定性计算可以不计算，因为 采用类比法，改善后肯定合格。 （ 4）、齿轮设计 齿轮传动比 i: 式中； 进电动机的步矩角，选为 计算出 i 5，因此可以选一级传动。 大小齿轮都采用 45 号钢调质，选小齿轮硬度为 260290齿轮硬度为 22050度选用六级，模数 m=2 齿宽 b=20 螺旋角 = 020 ， 齿数 0，齿数 6，则： 4020211 13266222 86)(21 21 曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过程略。 19 第四章 主传动部分的改造与设计 4 1 1 主传动系统的设计要求： 数控机床的主传动系统除应满足普通机床的主传动要求外 ,还提出如下要求 : 调速范围 ,并实现无级调速。 数控机床就要为了保证加工时能选用合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有更高的转速和更大的调速范围。对于自动换刀的数控机床，工序集中工件一次装夹，可完成许多工序，所以，为了适应各种工序和各种加工材质的要求，主运动的调速范围还应进一步扩大。 动平稳，噪声低。 数控机床加工精度的提高与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的精度与刚度，采用高精度轴承及合理的支撑跨距等，以提高主轴组件的刚性。 数控机床一般即要进行粗加工，又要精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平稳以及切削过程中的自振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此主传动系统中的各主要零部件不但要具有一定的刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力抗震性。抗震性用动刚度或动柔度来衡量。例如主轴组件的动刚度取决于主轴的当量静刚度，阻尼比及固有频率等参数。 机床在切削加工中主传动系统的发热 使其中所有零部件产生变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件有较高的热稳定性，通过保持合适的配合精度，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。 轴调速系统的方法及原理 异步电动机的调速方法有变频调速、变极调速、辩转差调速三种。异步电动机的转速公式为 ni=0 从该公式中可以看出，若均匀地改变电源的频率 可以连续地改变电动机的同步转速。这种调速方法称为变频调速，它完全不同于其它的调速方法。改变异步电动机的磁极对数调速的方法称为变极调速。改变电动机转差率的调速方法称为变转差率调速。 异步电动机变频调速有调速范围广、平滑性较高、机械特性较好的优点，可以方便地实现恒功率或恒转矩变速，整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似，并可与直流调速相媲美。目前变频调速已成为异步电动机最主要的调速方法。通过上序的比较本课程设计中电动机的调速方法采用变频调速的方法。 改换主轴电动机，换成调速电动机 频调速控制再加以简单的齿轮调速来实现自动变速，齿轮调速部分用磁离合器控制齿轮啮合。 数控机床主轴变速方式主要有无级调速、分段无级调速和内置电机变速等。在本设计中采用分段无级调速。无级变速能够选用最合理的切削用量，可在运转中变速，操作方便，简化机械结构。无级变速主要是利用直流和交流调速电动机。但直流调速电动机恒功率调速范围很小，一般只有 1 2，很少到 3 4，且换向有限制，现大多采用交流变频主轴驱动系统。交流变频调速电动机的性能与直流调速电动机类似，在额定转速以下为恒转矩区，在额定转速以上为恒功率区域。一般主 轴调速电动机的恒功率调速范围为 3 4，对于恒功率变速范围大的主轴传动系统，需要增加变速齿轮，以保证主轴上较大的恒功率范围。考虑本设计机床要求采取交流变频电动机和有级变速箱配合的方案即分段无级变速，主轴的正反转和制动停止，由数控指令直接控制电动机来实现。利用车床的主轴交流异步电动机、变频器、数控单元 流电动机的转速 n 与频率 f ，电动机的级对数 p 及转差率 s 之间的关系为 n = )1(60 ,由此可知，改变电源的频率 f ，即可改变电动机转速，且转速 n 与频率f 成正比。考虑本设计机床的要求，采取交流变频电动机和有级变速箱配合的方案，即分段无级变速。主轴的正、反转和制动停止由数控指令直接 控制电动机实现。其主轴变频调速系统原理图如图 4 21 图 4 如图 4示是机床主轴要求的功率特性和转矩特性。这两条特性曲线是以计算转速 恒功率区，在该区域内，任意转速下主轴都可输出额定的功率，在该区域内，最大转矩则随主轴转速下降而上升。从最低转速 恒转矩区。在该区域内，最大转矩不再随转速下降而上升，任何转速下可能提供的转矩都不能超过计算转速下的转矩，这个转矩就是机床主轴的最大转矩 区域内，主轴 可能输出的最大功率 随主轴转速的下降而下降。通常，恒功率区约占整个主轴变速范围的2/3 3/4；恒转矩区约占 1/4 1/3。 如图 4额定转速 域为恒功率区；从最低转速 至 恒转矩区。直流电动机的额定转速常为 1000 r/1500 r/ 为调磁调速；从 为调压调速。交流调频电动机用调节电源频率来达到调速的目的。额定转速常为1500 r/两种电动机的恒功率转速范围为 2 4；恒转矩变速范围则可达 100以上。 22 图 4轴的功率转矩特性 图 4速电动机的功率特性 所谓分段无级变速就是在交流或直流电机无级调速的基础上配以齿轮变速。它能够实现中、高速段的恒功率传动，低速段的恒转矩传动。在该系统中，主轴的正、反转和制动停止，通过数控指令直接控制电机来实现。主轴的变速则有电动机的无级变速与齿轮的有机变速相配合来实现。 传动部分改造设计计算 主传动部分改造设计 计算包括电动机的设计于选择 , 主传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析演算 , 数控机床分级变速箱的设计 ,电磁离合器的设计计算 ,机床调速电机控制电路图的设计 . 电动机的选择 根据原机床参数及要求初选改造后车床主轴变速范围 00， 000r/0r/传动机械总效率系数 =大切削功率为 10小切削功率为 3电机初选功率应为 0据电机规格，可选用 115 表格 交 流 主 轴 电 机 主 轴 与 变 速 机 构 型 号 DT F i 23 1 3 450 3 30 0 1/18 5 3 335 12 、电机最小输出功率 1）、计算主轴在最底转速达到最小功率是电机应输出的功率 n m (4 2）、算电机实用的最底转速 r/ 由式 dd s m (4 计算结果 : 1150r/ （ 500r/ 1533r/ （ 500r/ 式中： r/ 由此，设计者选用功率为 11号为 主传动系统分段无级变速传动方案的确定与分析 1、电机额定转速的计算电机的选择 1）、电机额定转矩 N/m）为 500955011 =70N M (42）、电机最小转矩 N M） M (4 其中电机最大转速 500r/）、电机实用恒转矩区变速范围 24 (4 4）、主轴恒转矩区变速范围 (45）、电 机恒功率区变速范围 (4 2、主轴参数计算 1）、主轴计算转速 nj nn(n (4 = 03000(30 =120r/ 2）、主轴恒功率变速范围 nP=203000=25r/ (4 3）、分级变速机构的变速范围 F= =325 = (4 其中： 4）、主传动系统总降速比 i i =1500120 =1/ 刚度 主传动轴部件的刚度是指其在外载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性便形时，在位移方向上所施加的作用力来定义的。主传动轴部件的刚度是综合刚度，它是主传动 轴、轴承等刚度的综合反映。因此，主传动轴的尺寸和形状、滚动轴承 25 的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主传动轴部件的制造和装配质量等都影响主传动轴部件的刚度。 轴的变形条件和允许值 轴上装齿轮和轴承处的挠度和倾角（ 小于弯曲刚度的许用值 Y和 ，即 y Y， 。 表 4 轴的弯曲变形的允许值 轴的类型 Y（ 变形部位 （ 一般传动轴 （ L 装向心轴承处 度要求较高 （ L 装 齿轮处 装齿轮轴 （ m 装单列圆锥滚子轴承 装蜗轮轴 （ m 装滑动轴承处 单列圆柱滚子轴承处 ：轴的跨度 ； m：模数 轴的变形计算公式： 计算轴本身弯曲的挠度 y 及倾角时，一般常将一轴简化为集中载荷下的简支架，按材料力学的有关公式计算，当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时，可把轴看做等直径，采用平
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号