CA6140数控改装设计

XX学院毕业设计(论文).1.2、公比Φ确定由于设计的车床是普通型，从使用性能方面考虑公比Φ最好选小些，以便减少相对转速损失，但公比Φ太小，级数就多，将使机床的结构复杂，对于一般生产要求较高的普通车床，减少相对转速损失是主要的，根据以上原因及资料[1]选定公比Φ=1.262.1.3、结构式的拟定已知设计的车床类型为普通型，主轴的转速级数确定为12级，选定公比Φ=1.26拟定该车床的结构式有以下几种：a.12=31×23×26b.12=31×26×23c.12=32×21×26d.12=34×21×22e.12=32×26×21f.12=34×22×21为了减少主传动件结构尺寸，根据三个基本原则：传动副数“前多后少”原则；传动线“前密后疏”的原则；降速“前慢后快”的原则；同时也考虑安全可靠，需在第一轴上装一个安全离合器。因此确定结构式为：2=21×22×342.1.4、验算传动组的变速范围检查传动组的变速范围，我们只需检查最后一个扩大组。因为其他传动组的变速范围都比它小，根据公式8-2[1]求得Rmax=ΦXn(p2-1)=6.35<8结果在允许范围之内。2.1.5、确定传动的各级转速此车床采用公比Φ=1.26，主轴最高转速1400转/分钟，查表7—1[1]，求出主轴上各级转速为（r/min）n1=31.5n2=45n3=63n4=90n5=125n6=180n7=250n8=355n9=500n10=710n11=1000n12=14002.1.6、确定转速图1-1所示图1-1转速图2.1.7、计算各轴转速根据普通机床的主计算公式8—2[1]，主轴转速为主轴从最低转速算起第一个1/3转速范围内的最高一级转速。从转速图中可知：n4j=900r/min从而确定n3j=125r/minn2j=355r/minn1j=710r/min2.1.8、齿轮齿数的确定根据传动副之间的传动比以及齿轮的基本要求，由表8—1[1]查出各齿轮为：Z1=26Z2=26Z3=30Z4=22Z5=24Z6=28Z7=22Z8=30Z9=40Z10=64Z11=64Z12=40Z13=21Z14=87第2.2节主传动改造设计CA6140型卧式车床的主传动链可使主轴获得24级正转10～1400r/min和12级反转14－1580r/min，其运动路线是：运动由主电机（7.5KW，1450r/min）经由三角皮带传动到主轴箱的Ⅰ轴，轴上，装有双向磨擦片式离合器M，用于主轴起动和控制正反转，离合器M向左接合时主轴正转，向右接合时，主轴反转左右不接合时，主轴正转，向右接合时，主轴反转，左右不接合时，主轴停止，轴Ⅰ的运动到离合器m和轴Ⅰ-Ⅲ可变速齿轮传至轴Ⅲ然后分两路传给主轴Ⅵ，即两轴Ⅲ上的直齿齿轮副63×3和50×3接合时，直接传给主轴Ⅵ，另当Ⅳ轴上80×2.5或50×2.5与齿轮与Ⅲ轴上20×2.5或50×2.5齿轮啮合时，Ⅲ轴经Ⅳ和Ⅴ轴的扩大螺距机构传到给主轴Ⅵ此传动路表达式如下:—Ⅵ主轴此传动路线可获得24级高速和12级低速，此传动路线太长，传动机构较多，传动效率也随着降低，而此次设计的基本要求为:简化机械传动结构，缩短传动链，提高传动精度缩短传动链，以及参与有关机床改造的资料采用12级或16级传动方案为佳.改造方案(1)12=2×2×3，公比4:1.26(2)16级16==2×2×2×24：1.26因为改造方案有如下优点，结构简单②传动方案成本低，经济效益好，不需要更换电动机.③改造容易，可以将Ⅳ轴两对齿轮副80×2.5，20×2.5拆除。Ⅲ轴和Ⅵ轴采用定比Ⅱ对直齿和一对斜齿轮副的传动，其工作量小，改造容易。第2.3节皮带轮的设计2.3.1、确定根据CA6140普通车床已有的电机，下面求出有关V带的基本的基本参数:1.表8-7[2]查得KA=1.1，故PCA=KA×P=1.1×7.5=8.25千瓦2.选择普通V带型号根据PCA=8.25r/min，nij=1400r/min由图8-7[2]确定带型为C型。3.确定两带轮直径分别为D=114mmD=220mm4.验算带速VV=πDn/60×1000=3.14×220×1400/60×1000=16.12m/s5.V带根数的确定由公式8-22[2]可得：Z=PCA/（Po+AP0）KAKL由表8-9[2]查得KA=0.96，查表8-10[2]得KL=0.88则Z=7.5/(2.96+0.79)×0.96×0.88=2.37故圆整取Z=32.3.2、V带轮结构设计根据前面已知的带的根数，可知带轮槽数为3，还有基准直径220毫米，根据公式15-2[2] P=7.5η=7.5×0.98=7.35kw n=1440×114/220=746.18r/minA0=110查表15-3[2]即求得：d=23.58mm，取整d=24mm根据结构尺寸要求，若带轮基本直径D≤（2.5—3）d（d为轴的直径）时，则采用实心式；若D≤300mm，采用腹板式（当D1-d1）≥100mm时，采用孔板式）；若D>300mm时采用轮副式。这里D=220mm，d=24mm，可采用孔板式带轮结构，其各部分尺寸由表8-12及公式[2]分别求得如下：bp=19mmhf=16mmha=5mme=25mmf=17mmδ=10mmB=(Z-1)e+2f=(3-1)×25+2×17=84mmDw=D+2ha=220+2×5=230mmd1=(1.8-2)d=(1.8-2)×24=44mmD1=D-2(hf+δ)=220-2(16+10)=168mmD0=0.5(D1+d1)=84+22=102mmd0=(0.2-0.3)(D-d1)=(30-22)=26mmL=(1.5-2)d=36-48=42mmC=(1/7-1/4)B=12-21=16mmV带带轮结构如图2-1所示：图2-1V带带轮结构图第2.4节齿轮的设计2.4.1、确定齿轮类型、材料、精度为了保证加工工件的精度，减少机床振动，在主轴上的齿轮应选斜齿轮，以减少轴向力，径向力等因素的影响，其余的齿轮都选用直齿圆柱齿轮。考虑到车床的功率较大，故各对齿轮都选用硬质齿面，由表10—1[2]选用齿轮的材料均为40cr，调质及表面淬火。故初选7级精度。初选小齿轮齿数为Z=21，Z=87，螺旋角β=14°1．按齿面接触强度设计按式10—2[2]，先确定公式内的各计算值：（1）试选Kt=1.6（2）由图10—30[2]选取区域系数ZH=2.433（3）由图10-—26[2]查得εa1=0.87，εa2=0.87则εa=εa1+εa2=1.65（4）计算大齿轮传递的转矩P3=7.5×0.96×0.992=7.057N3j=125r/min故T1=9550000×7.057/125=5.39N·mm（5）许用接触应力[δ]H=([δ]+[δ])/2=1041.5Mp，其他有关参数是参照例题（10—1[2]）。①试算小齿轮分度圆直径，由公式（10—2[2]）求得：d1t≥69.5997≈70mm②计算圆周速度V=πd1tn1/60×1000=0.3297m/s符合要求。③计算齿宽b及模数mntb=φdd1t=0.9×70=63mmmnt=d1tcosβ/Z=70×cos14°/21=3.23mmh=2.25mnt=7.275mmb/h=8.65④计算纵向重合度εβ=0.31φd8Z1tgβ14°=1.713⑤计算载荷系数K已知使有系数KA=1，根据V=0.3505m/s，7级精度，由图10—8[2]查得动载系数Kv=1.11；由表10—4[2]查得KHB=1.14，由图10—13[2]查得KFB=1.37，由表10—3[2]查得KHA＝ＫＦＡ＝1.2，故载荷系数为：K=KAKVKHAKHB=1.88⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式10—10a[2]得：d1=78.53mm⑦计算模数mn=d1cosβ/Z=74.42×cos14°/21=3.43mm故取mn=3mm几何尺寸计算⑴计算中心距a=(Z1+Z2)mnt/2cosβ=167.01mm圆整后为167mm⑵计算大小齿轮的分度圆直径d1=Z1mn/cosβ=64.95mmd2=Z2mn/cosβ=269.07mm⑶计算齿宽b=φdd1=0.9×64.95=58.455mm圆整后取B2=58mm B1=64mm⑷其他结构尺寸根据图10-39[2]求得：符号数值(mm)符号数值(mm)ha3D3144hf3.75D1191.5da275.07D228df261.57r5Do239C14齿轮结构图根据齿轮结构尺寸要求，当齿顶直径160≤da≤500mm时，做成腹板式，如齿轮零件图所示。第2.5节轴的 结构设计此次改造技术采用的结构与原来的CA6140结构大部分相同。I轴上有三个传动副及摩擦离合器与CA6140相同；II轴上有三个固定齿轮和一个二联滑移齿轮与CA6140相同；III轴上左端采用的是二联滑移齿轮，右端采用的是三联滑移齿轮与CA6140的左端是三联滑移齿轮，右端是三个固定齿轮基本相似。故改造时只需把右端轴的结构改为花键轴即可。从前三轴来看，结构，尺寸，基本相同，故前三轴不作大改动，基本结构及轴承保持不变。这样为改造成本减少许多，提高了改造方案的经济性，轴IV是将CA6140的固定齿轮58和内齿式离合器50去掉，将部分改造设计成三对固定齿轮87，64，40，将操作杆拆除掉，安装上主轴控制旋转开关，并在主轴的后端安装脉冲发生器，它们之间用弹性联轴节联接安装，保持与主轴同步。在加工螺纹时，使主轴转速与纵向滚珠丝杆的转速保持一定的数量关系，从而能按数控加工指令加工出指定的螺纹，主轴上的其它部分均保留不变，不作改造设计。根据CA6140的主轴结构及尺寸，将主轴改造为如主轴零件图所示。第2.6节轴承的改造设计CA6140机床原来的主轴支承为前后支承，经改造后改为前中后支承，以前中支承为主支承，后支承为辅助支承，考虑到经济性，其前后支承不进行改造，只将中间支承的轴承E32216拆除，在其位置上用加强筋加以支承，更换轴承D3182120，同时I，II，III，IV轴上各个支承均保留不变其原来的位置及型号。将IV，VII的各个支承轴承拆除。第2.7节主轴脉冲发生器主轴脉冲发生器也叫光电编码器。其作用是当数控机床加工螺纹时，用主轴脉冲发生器作为车床主轴位置信号的反馈元件，它应与车床主轴同步转动，并发出主轴角位置变化信号，输送给计算机。计算机按所需加工的螺距进行处理，控制机床纵向或横向步进电动机运转，实现加工螺纹的目的。其加工螺距为：6，5，3.5，3，2.5，2，1.75，1.5，1.25，1，0.75，0.6，0.5，0.4，0.3，0.25共18种。主轴脉冲发生器的安装，通常采用两种方式：一是同轴安装，二是采用异轴安装。同轴安装的结构简单，联接方便。但缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件，而异轴安装则没有这个缺陷，所以目前经济数控系统改造卧式车床，多采用同轴方式。主轴脉冲发生器从传动联接方面分为刚性联接和柔性联接。所谓刚性联接就是常用的轴套方式联接，这种联接对联接件的制造精度和安装精度要求较高。因为同轴度的差，会引起主轴脉冲发生器的偏扭，造成信号不准，甚至损坏内部光栅盘。另一种联接方式为柔性联接，即车床主轴与主轴脉冲发生器之间用弹性元件联接，常用的元件为波纹管和橡胶管。这是较为适用的授联接方式。须引起注意的是，主轴脉冲发生器属精密光学元件，安装时应格外小心，以免损坏光栅盘。另外，在使用中还应注意最高转速，使用时车床主轴不能超过此转速。最好能做到使用时可将其装上，不使用时将其脱开，以延长其使用寿命。第2.8节主轴电动机的选择电动机是机床的一个核心部件，它的选择直接影响到机床的工作性能及加工精度，为了满足要求，选择合适的主轴电机需从以下几个方面考虑:２.8.1、主轴的基本要求.机床主轴除了作高速回转外，还要承受径向，轴向的切削力，主轴在弯曲、扭转、交变载荷下按照要求进行起动增速，减速和停止等，因此电机一般要求较高.２.8.2、主轴电机的使用要求与一般用途电机一样，主轴电机满足驱动的基本要求即:电机的输出功率，转速，转距等机械负载相匹配.另外不要考虑使用环境，应用场合，工作和使用电源等.因主轴经常起动、加速、切削、制动，停止这样循环，故机床主轴电机对其控制要求是恒速运动时要求，平稳，转速波动小，抗干扰能力强，调速范围宽，并连续可调，电机起动，制动安全可靠.２.8.3、电机工艺性经济性要求为适应市场经济需要，主轴电机制造必须具备下列条件:1)主轴及电机的制造工艺性好.2)主轴电机的装配，调试，维护性能要好.3)主轴电面应具有效率高，寿命长，体积小，重量轻，可控制性好.根据以上要求，我们选择步进电动机.其优点是:一是在工作状态下对各种干扰因素不敏感。电压的波动，电流的数值，波形，温度的变化等干扰因素在其大小未引起步进电机出现“失步”现象前，不影响其工作状态；二是误差不会长期积累。步进电机的步距角是有误差的，当转子转过一定步数以后也出现积累误差，但转过360°以后，积累误差则为“零”。第2.9节其他辅助设备的改造设计２.9.1、减少热源的热量根据有关资料对CA6140机床的试验分析，床头箱的主要热源以主轴轴承的发热为主，其前轴承就更为明显，而轴承的发热源于液体的动力摩擦，它随润滑油的粘度降低而下降，前轴承的AT及主轴前端部提高量DB约与润滑油的动力粘度少0.4—0.5次方的关系。故改用T2高速机油代替原来30#机油，便可使热量减少，使DB下降到47%左右，同时，增大主轴前轴承侧的供油量至1.5—2公升/分，并用油管将油从前中轴承侧面射进前中轴承的滚子部分，以减少前中支承的发热量。２.9.2、各部件间的温差从CA6140机床的试验证明：主轴前部提高DB是由主轴箱的热变型（占60%）及机床床身的热变（占40%）两部分组成，床身的热变形对于主轴中心线相对于床身导轨的不平行性Aa的影响尤为显著，约占84%左右，其中78%是和下部分的变形导致的，6%是导轨部分变形产生的，将润滑油箱另外独立于机床，采用强制性循环润滑，这样不仅消除了次生热源，同时使油和箱也起到了散热作用。２.9.3、主轴箱的密封箱体内拆除的零件所留下来的孔径，用塞子把其塞住，以防灰尘杂质进入主轴箱内产生摩擦热变形及降低加工精度。第3章进给系统设计第3.1节概述进给传动系统的改装，应根据机床自身精度及性能来决定：由于旧车床的改造，一般都是将原来的机床进给传动系统，即由主轴箱通过挂轮架带动进给变速箱，将运动传给光杠或丝杠，再驱动床鞍或中滑板运动的传动过程，改装为由功率步进电动机通过消隙减速传动齿轮，直接带动滚珠丝杠，使刀架分别实现纵向运动和横向运动，进行两个坐标的控制。在机床改造过程中，必须拆除机床上原有的溜板及主轴箱等保留部件进行修理，使精度能达到大修要求。精度符合要求的卧式车床，进行数控化改造，一般对车床部件不做大的运动，只是把床鞍的纵向滑动丝杠副改造为纵向滚珠丝杠副。在纵向滚珠丝杠的右端安装一消隙减速箱和功率步进电动机。同时，也把中滑板的端向滑动丝杠副改为横向滚珠丝杠。在横向滚珠丝杠的外端安装一消隙减速箱和功率步进电动机。从而，使车床的纵向和横向运动既能用微机系统进行控制，又能由操作者进行普通操作。在机床改造中，只要把溜板箱中的开合螺母及中滑板上的滑动螺母拆除，在合适位置上安装好滚珠螺母座即可。在电气控制方面，为了避免数控操作与普通操作相干涉发生操作失误现象，必须由电气连锁开关控制操作转换。对于全新或较新车床来说，在进行简易数控改造时，一般都是全部保留车床的零部件。直接把消隙减速箱和功率步进电机分别安装在纵向滑动丝杠的右端和横向滑动丝杠的外端。从而也可以使车床同时具有普通操作功能和简易数控功能。这时，要注意的问题同样是必须避免数控操作与普通操作相干涉，发生操作失误现象。在普通操作与数控操作的转换中，必须由电气连锁开关控制，若要进行数控操作，必须把连锁开关至“数控位置”，合紧开合螺母方可进行。第3.2节进给系统设计与计算３.２.１、纵向进给系统的设计与计算纵向进给系统的设计经济型数控车床的改装一般是步进电动机经减速后驱动丝杠转动，螺母固定在溜板箱上，带动床鞍运动。步进电动机要安装在丝杠的任意一端，对于车床改造，外观不必像产品设计要求的那么高，而应从操作、改造方便、实用等方面来考虑。纵向传动滚珠丝杠改装，纵向传动滚珠丝杠，应采用三点支承的形式。若结构中保留进给变速箱，可以使滚珠丝杠的左端通过联轴套直接连接在进给变速箱的原丝杠联接轴上。若结构中拆除了进给变速箱，则滚珠丝杠的左端可以一个专用轴承支座３，采用轴套式滑动轴承４作为径向支承，在滑动轴承的两侧分别布置一对推动球轴承２，进行轴向支承，并且使支承短轴５与滚珠丝杠７通过轴套６联接起来。滚珠丝杠的右端通过一个联轴套９和消隙减速的输出轴１２联接起来，并且在三杠托架上布置一个轴套式滑动轴承１０作为径向支承，对消隙减速箱的输出轴１２进行支承，消隙减速箱１３固定在三杠托架上。滚珠丝杠的中间支承为滚珠螺母８与床鞍直接联接。因此。滚珠丝杠对脏物敏感，要加防护罩。纵向进给系统的计算：已知条件：工作台重量：Ｗ＝８０Ｋg=800N(根据图纸估算)时间常数：T=25ms滚珠丝杠导程：Lo=6mm行程：δ=640mm脉冲当量：δp=0.01mm/p步距角：α=0.75°/p快速进给速度：V=5m/min（1）切削力计算由［５］可知，切削功率为ＰＣ＝ＰηＫ式中p-切削功率(KW)；P－电动机功率：查机床说明书，p=4kwη－主传动系统总功率，一般为０.６－０.７，取η＝０.６５；K－进给系统功率系数，取k＝０.９６；则PC=4*0.65*0.96=2.496KW又因为Pc=FzV/6120所以Fz=6120PＣ/V如取切削速度V=100M/MIN，则主切削力得Fz=6120×2.469/100=152.76Kg=1527.6N由[6]可知，主切削力FZ=CFZapxFzfYFZKFZ查有关手册得CFz=188Kg/mm2=1880MPaXFz=1YFz=0.75KFz=1则在不同切削深度及进给量时主切削力计算结果如表所示：ap/mm222333f/mmFz/N112515241891168722872837当切削深度ap=2mm，走刀量f=0.3mm时产生的主切削力与前面所计算出的主切削力Fz=1524N相近，故以此参数做为下面计算的依据。从[1]中可得知，在一般车削外圆时Fx=(0.1-0.6)FzFy=(0.15-0.7)Fz取Fx=0.5FzFy=0.6Fz则Fx=0.5×1527.6=763.8NFy=0.61×527.6=916.5N（2）滚珠丝杠设计计算综合导轨车床丝杠的轴向工作负载采用下面公式[4]计算P=KFx+f＇(FZ+W)式中p-工作负载(N)k-考虑颠覆力矩影响的实验系数，取K=1.15；Fx-进给抗力；-导轨上的磨擦因数，f=0.15-0.18，取f＇=0.16；Fz-主切削力(N)W-移动部件的重量，根据已知条件得知W=800N；则P=1，1×763.8+0.16×(1527.6+800)+1250.8N1）强度计算（滚珠丝杠）寿命值L=60nT/106[2]式中L-寿命（以106r为单位１.５则为１５０×１０4r）；n-滚珠丝杠的转速(r/min)T-机器使用寿命时间(h)丝杠转速n可根据下式求出：n=n主f/Lo=1000vf/πD0L0[2]式中n主-主轴转速(r/min)；f-走刀量(mm/r)；v-切削线速度，取=100m/min；D-工件直径(mm)；L0-滚珠丝杠基本导程(mm)；如取工件直径D=80mm，并查有关手册得T=15000h，则n=1000×100×0.3/3.14×80×6=20r/minL=60×20×15000/106=18×106r根据最大动负载公式得C=L1/3fwfHP[2]查表3-3[4]和３－４［４］得运转系数=1.2，硬度系数fH=1，则C=(18)1/3×1.2×1×1250.8=3933.6N根据最大动负载C的值，可选择滚珠丝杠的型。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠直径为φ32mm，型号为FC1B32*6-5-E2，其额定动载荷是10689N，与上面计算结果相比，强度足够。2）效率计算根据[7]的公式，丝杠螺母副的传动效率η为：η＝tgγ/tg(γ+φ)式中η-传动效率；γ-丝杠螺旋升角；φ-摩擦角，其中摩擦角=10＇螺旋升角=３°２５＇，则η＝tg3°25＇/(3°25＇+10＇)=0.9533）刚度验算滚珠丝杠在工作负载作用下的变形量计算公式[4]，得ΔL1=±PL0/EF其中L0=6mm=0.6cm，对于钢材其弹性模量E=20.6×106N/cm2P=1250.8N(前面结果），滚珠丝杠截面积（按内径计算），滚珠丝杠内径根据初选的丝杠参数可得d=28.031mm=2.8031cm，其面积F=(d/2)2π=(2.803/2)2×3.14cm2则ΔL=±(1250.8×0.6)/20.6×106×(2.803/2)2×3.14＝±5.9×10-6cm滚珠丝杠工作负载p和扭矩M共同作用下，所引起每一导程变化量ΔL为：ΔL=ΔL1+ΔL，因滚珠丝杠受扭矩M引起的导程变化量ΔL2很小，可忽略，即：ΔL=ΔL1.所以丝杠长度为100cm时，导程变形总误差Δ为：Δ=100ΔL/L0=100×5.9×10-6/0.6=9.8um/m查有关手册得知E级精度丝杠允许的螺距误差为15um/m，故刚度足够。4）稳定性验算由于机床原丝杠直径为φ30mm，现选用的滚珠丝杠直径为φ32mm，支承方式不变，所以稳定不存在问题。5）齿轮计算根据传动比及公式得i=360δp/αL0故取Z1=32Z2=40α=20°m=2mmb=20mmd1=mz1=2×32=64mmd2=mz2=2×40=80mmda1=d1+2ha=68mmda2=d2+2ha*=84mma=(da1+da2)/2=(64+84)/2=72mm３.２.２、横向进给系统的设计与计算（1）横向进给系统的设计经济型数控改造的横向进给系统，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。具体结构改造方法是：横向传动珠丝杠改造横向滚珠丝杠也采用三点支承形式，靠近操作者一端应布置一根支承短轴9，通过联轴套8与滚珠丝杠联接起来。可利用车床原横向进给丝杠的滑动轴套11作为径向支承，并对原支承处进行适当改装，布置一对推力球轴承10，以实现轴向支承。在远离操作者的一端，用联轴套5和联接短轴4，把滚珠丝杠6与消隙减速箱2的输出轴联接起来。从而，就可以利用消隙减速箱2上的轴承实现对滚珠丝杠另一端的支承。滚珠螺母7直接固定在中滑板上。（2）横向进给系统的设计计算由于横向进给系统的设计计算同纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果，由已知求得：①切削力计算横向进给量为纵向的1/2—1/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2。Fz=1/2×152.76=76.38Kg=763.8N在切断工件时：Fy=0.5Fz=0.5×76.38=38.19Kg=381.9N2）滚珠丝杠设计计算（1）强度计算对于燕尾型导轨：P=Kfy+f＇(Fz+W)取K=1.4f＇=0.2则P=1.4×38.19+0.2×(76.38+30)=74.74Kg=747.4N寿命值为：L=60nT/106=(60×15×15000)/106=13.5×106r最大动荷负载C=L1/3fWfHP=(13.5)1/3×1.2×1×74.74=213.55Kg=2135.5N根据最大动荷负载C的值，可选择滚珠丝杠的型号，例如：滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本取FC1B系列，滚珠丝杠公称直径φ20mm，型号为FC1B20*4—5—E2左，其额定动负载为5393N，所以，强度足够用。②效率计算螺旋升角γ=3°38＇，摩擦角φ＝１０＇。则传动效率η＝tgγ/tg(γ+φ)＝tg3°38＇/tg(3°38＇+10＇)=0.956③刚度验算滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量ΔL1=±PL０/EF=±(74.74×0.4×4)/(3.14×20.6×106×1.76992)=±5.96×10-6cm滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量ΔL2很小，可忽略，即ΔL=ΔL1，所以，导程变形总误差为：④稳定性验算由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定，一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故应为再验算。（3）齿轮设计及计算传动比i=360δp/αL０=(360×０.005)/0.75×4=0.6故取Z1=18Z２=30α=20°m=2mmb=20mm（齿轮厚度）d1=36md２=60mmda1=40mmda2=64mma=48mm（中心距）1.车床横向进给丝杠螺母结构的改进原车床横向进给丝杠螺母结构图如图3-1所示：图3-1原车床横向进给丝杠螺母结构图1-调整螺母2-调整螺钉3-楔块4-螺钉5-固定螺母6-固定螺钉7-中滑块8-丝杠图3-1原车床横向进给丝杠螺母结构图因在装配过程中，由于螺母的制造工艺性能差，工艺复杂，制造时需要成套加工，在装配调整及维修中存在以下缺点⑴装配使用中调整丝杠与螺母的间隙困难。⑵维修性差，螺母磨损后必须成套更换，维修期长，装配调整不便。针对以上存在的问题，对车床横进给丝杠螺母结构可作以下改进，见图3-2所示：图3-2车床横进给丝杠螺母结构图1-调整螺母2-螺钉3-螺钉4-滑板5-压向丝樾6-主螺母7-螺母体8-安装弹簧9-调整螺母10-键螺母体7为刚件，用螺钉2和3固定在中滑板4上，主螺母6用螺钉固定在螺母体7上，调整螺母9外径与螺母体7孔的配合，选用Ｈ７／h6，主螺母6与调整螺母9材料均用青铜，用键10做导向联接。在主螺母6与调整螺母之间安装弹簧8，弹簧成受压状态。通过螺钉1将螺母紧固在中滑板4上，当机床因使用丝杠与螺母磨损造成配合间隙过大而影响工件的精度时，可做如下调整：先松开螺母9弹簧8力的作用下沿着导向键10向左产生微量移动，压向丝杠5，这样就消除丝杠与螺母之间的间隙，然后将调整螺钉1紧固即可，（在调整时丝杠往返摇两次，保证间隙最合适。）这种改进由以下优点：⑴装配，使用，维修时，调整丝杠与螺母的间隙简单方便。⑵机械加工工艺性好，主螺母6与调整螺母9分别加工，因它们都是圆柱外形，加工工艺简单方便。⑶维修性好，当螺母磨损严重影响工件精度需要更换时，可根据两种螺母的磨损情况，可以换一种或两种都换。采用改进后的螺母结构，不但能消除磨损后产生的间隙所造成误差，提高工件的加工精度，而且可使装配调整及使用维修简单方便，提高了工效。第3.3节进给系统的安装调整安装调整是设备改装的一个重要环节。采用滚珠丝杠对车床改装。进行安装调整时应注意以下问题：安装中必须注意滚珠螺母内的滚珠数量不能随意增减。滚珠数量过多，会影响滚珠丝杠的正常运动；生产滚珠数量少，会使滚珠数量少，会使滚珠丝杠的承载能力下降。当滚珠出于安装不慎丢失时，若重新安放滚珠，要尽量保持原有数。如果数目搞不清楚，必须使滚珠在滚道中放满后，仍留有4—6个滚珠在空隙。安放前，一定在对新装滚珠进行认真推选，保证新用滚珠的直径大致与原装滚珠一致，保持在原装滚珠的最大直径与最小直径之间，表面粗糙度达到原装滚珠的等级要求。在利于用螺母的间隙调整装置调整丝杠螺母副的间隙时，应使调紧后产生的预紧力为丝杠副最大负载量的1/3为宜。在实际调整中，可以把车床处于最大工作负地载，使丝杠螺母副内部仍不产生间隙，或者间障量小于0.01mm，而且动转灵活，以此作为螺母间隙调整装置预紧量的判断标准。传动丝杠轴线上各联轴套上的锥销孔，应按十字分配方式进行配作，这是因为一联轴套上分布的锥销孔，都由同一方向加工时往往会使轴心线度误差增大。从而会使安装在传动丝杠轴线上各零件间的同轴度误差增大，产生传动附加载荷，影响丝杠螺母的传动性能。第4章机床导轨的改造卧式车床上的运动部件，如刀架，工作台都是沿着机床的导轨运动的。导轨的作用就是支承和导向，导轨的导向达式精度过，精度保持性能和低速运动平稳性，直接影响机床的加工期精度，承载能力和使用性能。数控机床上，常使用滑动导轨或滚动导轨。滚动导轨摩擦系数小，动、静磨擦系数数控接近，因而运动灵活轻便，低速运行时不易产生爬行现象，精度高，但价格昂贵，经济型数控机床一般不使用滚动导轨。尤其是数控改造，若使用滚动导轨，将大大增加机床床身的改造工作量和改造成本。因此，数控改造一般仍使用滑动导轨。滑动导轨具有结构简单，刚性好，抗振性强等优点。普通机床的导轨一般是铸铁—铸铁或铸铁—淬火钢导轨。这种导轨的缺点是静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化，低速时产生爬行现象，影响运动平稳和定位精度。为克服滑动导轨的上述缺点。数控改造一般是将原机床导轨进行修整后贴塑导轨。贴塑导轨摩擦系数小，且动、静摩擦系数差很小，能防止低速爬行现象；耐摩性、抗咬伤性能强、加工性和化学性能稳定，具有良好的自润滑性和抗振性；工艺简单，成本低。目前应用较多的是聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带，如美国生产的Turcite-B和我国生产的TSF软带材料。考虑承载变形宜选用厚度小的规格，如果同时考虑到加工余量，选作厚度为1.6mm的为宜。贴塑软带粘结工艺非常简单，可直接粘结在原有滑动导轨面上，不受到形式的限制，各种组合形式的滑动导轨均可粘结。粘结前按导轨的精度要求对金属导轨面的表面，根据需要可进行加工修整。根据尺寸的长、宽放大３—4mm，切下贴塑软带。金属粘结面与软带粘结面应清洗干净，用特殊配制的粘合剂粘结，加压固化，等其完全固化时进行修整加工。作为导轨面的表面，根据需要可进行磨、铣、刮研，开油槽、钻孔等，加以满足装配要求。第5章自动转位刀架改造设计刀架是车床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，其结构直接影响机床的切削性能和效率。卧式车床数控改造应将原机床普通手动转位刀架替换自动转位刀架。自动转位刀架由数控系统制，效率高，工艺性能可靠。自动工刀架的工作原理：当微机发出信号后，刀架控制箱中继电器动作，电动机正转驱蜗轮蜗杆减速机构，螺杆升降机构使上刀体升。当上刀体上升到一定高度时，离合转盘起作用，带动上刀体旋转。刀架上端的发信盘中对每个刀位都安装有一个霍尔元件，当上刀体旋转到某一刀位时，该刀位上霍尔元件向数控系统输出低电平，而其它刀位霍尔元件输出高电平。在上刀体旋转过程中，发信盘不断向数控系统反馈刀位信号。数控系统将反馈刀位信号与指令刀位信号相比较，当两信号同时，说明上刀体已旋转到所选刀位。此时，数控系统立刻控制刀架控制箱继电器使电动机反转，活动销反靠在反靠盘上初定位。在活动销反靠作用下，螺杆带动上刀体下降，直至齿牙盘啮合，完成精定位，并通过蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固。向数控系统发出转位完成信号，切断电源，电动机停转，完成选刀过程。自动转位刀架的安装：在进行卧式车床数控改造安装自动刀架时，拆除小滑板，置刀架于中滑板上。此时，刀架高度应使车床前刀面基本通地车床主轴心线，否则要在刀架下面加垫板，调整其高度，然后，卸掉电动机风扇，逆时针方向转动电动机，使上刀体相对下刀体转动45°左右。打装螺孔，将刀架固定于中滑板上即可。电动刀子架结构图5-1所示：图5-1电动刀子架结构图1-刀体2-活动销3-反靠盘4-定轴5-蜗杆6-上刀体7-螺杆8-离合器盘9-霍尔元件10-磁钢第6章可控电动尾座可控尾座结构如图所示。其工作原理为：电动机接通后，通过齿轮减速器带动丝杠传动。通过装在轴套2上丝杠螺母使轴套前进并压缩蝶形弹簧4，当顶尖顶紧工件时，螺母３及轴套２不能前进，因此迫使丝杠后退压缩蝶形弹簧４，并使大齿轮后退。大齿轮压下顶杆5，顶杆5压下开关6，切断电动机电源，顶紧过程结束。可控电动尾座结构简单，工作可靠，只有在顶尖顶紧工作并达到定力时，顶紧过程才结束，并有手动和计算机控制二种方式。故适合简易改造的CA6140车床。可控电动尾座结构如图6-1所示：图6-1可控电动尾座结构图设计总结毕业设计是培养我综合运用所学理论知识和技能来解决实际问题的能力的一个重要环节。对我来说，这是一种综合能力测试的时候。而且是我受到老师精心培养和自我实践能力（包括实际动手能力、查阅文献与撰写论文能力等）下，一种自我创新的好机会。本设计主要包括CA6140数控改装的机械传动部分（主传动系统的改装、进给系统改装、电动机的选择、自动转位刀架设计、主轴脉冲发生器、电动尾座的改造设计等）。在指导老师的精心指点和同学的热情帮助下，我已完成了对CA6140数控车床改装设计——机械设计部分的基本内容，由于我个人能力不足，水平有限，加上时间，条件等各方面因素的关系，设计过程中存在问题与不足之处在所难免，也好以待今后在实际工作中继续修改和不断完善。通过这次设计我深刻体会到，设计不是一件轻而易举的事情。只利用我们从书本上学到的一些知识还不够，需要查阅一定数量的资料，并且查找资料也要有技巧，如果你不会查，那么我想在规定的时间内要完成任务是相当困难的。对改造方案的选择要进行比较可行性论证，怎样才能达到最经济的效果，学会理论与实际相结合，从而设计出比较合理的方案。“实践出真知”，我才体会到其中真正的内涵。此次以见习生或初级技术人员的身份独立地进行工程设计，在各方面还经验不足，设计应该不是很令人满意。但在以后的实践过程中，我将会不断地去完善自我，以求能做到最好。最后，对指导我的老师和关心帮助我的同学表示衷心感谢！！参考文献[1]戴曙主编金属切削机床.大连：机械工业出版社，1999[2]濮良贵纪名刚主编.机械设计.北京：高等教育出版社，1996[3]余英良.机床数控改造设计与实例.北京：机械工业出版社会性，1998[4]杨万利主编.机械设备改装.北京：机械工业出版社，1998[5]杨黎明王智相主编.机电一体化系统设计手册.北京：国防工业社出版社，1997[6]机床设计手册编写组，机床设计手册（上下册）.北京：机械工业出版社1980[7]艾兴肖诗钢琴.切削用量手册.北京：机械工业出版社1985[8]吴宗泽罗圣国主编.机械设计课和设计手册.北京：高等教育出版社，1994[9]吴祖育秦鹏飞主编.数控机床.上海：上海科技术出版社2000[10]廖效果等编.数字控制机床.武汉：华中理工大学出版社1992[11]张宝林等编数控技术革新北京时间：机械工业出版社，1997[12]毕承恩，丁乃建主编.现代数控机床（上册，下册）.北京：机械工业出版社，1991致谢 经过一个学期的努力，毕业设计到现在已基本完成了。在指导老师的指导下，通过对自己所选课题的资料收集、总结和应用，使我对所学的知识有了更深的了解。虽然设计中难免有许多不完善的地方，但是我认为通过毕业设计进一步提高了自己的自学能力，为以后的学习和工作打下了基础。 在此，首先感谢指导老师XX老师的悉心指导，在整个设计期间不厌其烦地为我们解决各种困难并指出设计中的错误，引导我们圆满地完成毕业设计。同时也感谢其它老师平时对我的教导指点，在设计上给予宝贵的建议，使我对所学知识有了更深的理解。 在整个设计方面，要感谢我的同窗们，他们给了我极大的帮助，提出了许多宝贵的意见和建议。在此一并表示深深的谢意！基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究HYPERLINK"/detail.htm?367