C618數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目C618數(shù)控車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系（院）機(jī)電工程系專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)2010級(jí)1班學(xué)生姓名xx學(xué)號(hào)xxxxxx指導(dǎo)教師xx職稱(chēng)xx二〇一四年六月二十日獨(dú)創(chuàng)聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名:年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名:年月日濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章概論1.1、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡(jiǎn)史1.1.1、數(shù)控機(jī)床的起源美國(guó)帕森斯公司受美國(guó)空軍的委托，要加工飛機(jī)的螺旋槳葉片，但當(dāng)時(shí)的機(jī)床根本加工不了這樣高精度、復(fù)雜曲面。于是提出了設(shè)想，把普通機(jī)床改造成數(shù)控機(jī)床，于是這個(gè)公司在麻省理工學(xué)院的幫助下，將第一臺(tái)立式銑床改造成數(shù)控機(jī)床，從此數(shù)控機(jī)床的時(shí)代開(kāi)始[]。1.1.2、數(shù)控機(jī)床的興起自從第一臺(tái)數(shù)控銑床問(wèn)世之后，其他發(fā)達(dá)國(guó)家分別改造了自己的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。后來(lái)這些國(guó)家開(kāi)始大量改造并生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，但幾乎都是用電子管、晶體管、和集成電路來(lái)控制的，發(fā)展比較緩慢。70年代后，開(kāi)始出現(xiàn)用集成電路和計(jì)算機(jī)控制機(jī)床了，這時(shí)機(jī)床步入了小型、便宜的時(shí)期。80年代后，數(shù)控機(jī)床更加成熟了，在機(jī)床控制中的監(jiān)控、檢測(cè)和自動(dòng)換刀等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，使得加工精度提高，數(shù)控機(jī)床也得到了發(fā)展。90年代后，數(shù)控機(jī)床變得很普遍了，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始更深入的發(fā)展，出現(xiàn)了柔性自動(dòng)生產(chǎn)，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)入成熟階段了[]。1.1.3、數(shù)控機(jī)床的高潮21世紀(jì)，科技大爆炸的時(shí)代，無(wú)論在軍事方面還是企業(yè)加工方面，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣，也越來(lái)越高端。隨著各方面技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)控機(jī)床的技術(shù)也大幅度得到提升，數(shù)控機(jī)床走向高精尖的領(lǐng)域。而且還出現(xiàn)了更大體積的機(jī)床，智能化的機(jī)床等等[]。1.1.4、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向未來(lái)的數(shù)控機(jī)床集加工工序、檢測(cè)檢驗(yàn)、高加工速度、高效率加工、產(chǎn)品高精度加工、復(fù)合化加工、多軸加工、智能化加工等為一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床空前的加工能力[]。1.2、國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床狀況分析國(guó)內(nèi)數(shù)控改造研究成果已經(jīng)有很多，在知網(wǎng)的期刊中查閱了相關(guān)，其中有CA6140普通車(chē)床數(shù)控化改造，與C618車(chē)床數(shù)控改造具有相似的之處。中國(guó)興起了很多數(shù)控機(jī)床改造的企業(yè)，他們一直在進(jìn)行機(jī)床的創(chuàng)新改造，數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)改造的公司有：華興數(shù)控技術(shù)有限公司主要開(kāi)發(fā)數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電源的開(kāi)發(fā)、廣泰數(shù)控設(shè)備有限公司也是從事數(shù)控系統(tǒng)和電源方面等。他們生產(chǎn)了很多的數(shù)控機(jī)床，為中國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展貢獻(xiàn)了自己的力量，同時(shí)他們的研究對(duì)我研究的課題C618普通車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造有很大的幫助，使自己的設(shè)計(jì)有個(gè)明確的方向。國(guó)內(nèi)外對(duì)舊機(jī)床的改造設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)行業(yè)，而且中國(guó)的機(jī)床市場(chǎng)巨大，技術(shù)含量不高，需要不斷的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[]。1.3、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性1.3.1、微觀(guān)看改造的必要性

從下面幾個(gè)微觀(guān)方面可以看出，數(shù)控改造的必要性：

1、能加工曲線(xiàn)、曲面等復(fù)雜的零件；

2、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，而且是柔性自動(dòng)化，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通車(chē)床。計(jì)算機(jī)具有記憶和存儲(chǔ)能力，輸入編好的程序，就能存放在電腦中，當(dāng)需要這方面加工時(shí)，就可從程序庫(kù)中調(diào)出來(lái)，按程序順序自動(dòng)加工，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。當(dāng)要加工另一種零件，只需更換一個(gè)程序，就能自動(dòng)加工另一種零件，從而實(shí)現(xiàn)單件和小批生產(chǎn)的自動(dòng)化，這就是‘柔性自動(dòng)化’；

3、數(shù)控機(jī)床加工的產(chǎn)品的精度比普通車(chē)床高；

4、數(shù)控機(jī)床能將工序的集中，減少了在機(jī)床間頻繁搬運(yùn)零件；

5、數(shù)控機(jī)床能檢測(cè)報(bào)警、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)?，這樣方便更好的控制加工過(guò)程。

1.3.2、宏觀(guān)看改造的必要性

我國(guó)的數(shù)控機(jī)床數(shù)量巨大，而且現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展需要更多高精度的數(shù)控機(jī)床，所以進(jìn)口的機(jī)床占主要的部分，國(guó)內(nèi)機(jī)床的占有率比較低。中國(guó)的數(shù)控機(jī)床普遍以中低檔為主，而且國(guó)內(nèi)有超大量的普通機(jī)床；另外國(guó)外高精度的數(shù)控機(jī)床的涌進(jìn)，對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展產(chǎn)生很大影響，對(duì)普通機(jī)床的改造創(chuàng)新勢(shì)在必行，而且在這個(gè)時(shí)代，各種復(fù)雜的曲線(xiàn)、曲面加工的出現(xiàn)，普通機(jī)床無(wú)法做到，達(dá)不到高精度的要求。在國(guó)外機(jī)床的數(shù)控改造與創(chuàng)新是一個(gè)新興的行業(yè)，中國(guó)如此多的普通機(jī)床，而且數(shù)量極多，所以這個(gè)行業(yè)也是很有發(fā)展?jié)摿Φ?，既滿(mǎn)足了社會(huì)發(fā)展的需要，又能為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值，因此機(jī)床的改造是很需要的。第二章總體設(shè)計(jì)方案的確定C618車(chē)床數(shù)控改造的總體方案如圖2-1所示：C618機(jī)床改造主要針對(duì)主傳動(dòng)部分，將原來(lái)的電機(jī)改為變頻交流電機(jī)，并且加上電磁離合器實(shí)現(xiàn)主軸的級(jí)數(shù)變化，從而達(dá)到主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；而在進(jìn)給方面，主要是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)縱橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；刀架的自動(dòng)轉(zhuǎn)位也是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自己控制的。圖2-1總體方案設(shè)計(jì)圖圖2-1是C618車(chē)床主傳動(dòng)部分?jǐn)?shù)控改造的總體方案示意圖，圖中顯示，一個(gè)工件毛坯能由加工工件圖紙經(jīng)過(guò)數(shù)控編程，手動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)或者自動(dòng)生成程序，控制計(jì)算機(jī)，發(fā)出指令，經(jīng)功率放大器控制橫向和縱向的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，再經(jīng)過(guò)變速箱的分級(jí)變速驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。主軸部分也是經(jīng)程序指令，調(diào)節(jié)交流無(wú)級(jí)變速電機(jī)轉(zhuǎn)速，再通過(guò)電磁離合器的吸合與分離控制齒輪級(jí)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速變換。第三章主傳動(dòng)部分改造與設(shè)計(jì)3.1、主傳動(dòng)部分改造方案確定異步交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可分為三種：變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差調(diào)速。轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為:，當(dāng)頻率改變時(shí)就可獲得相應(yīng)的速度方法稱(chēng)為變頻調(diào)速；改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速的方法稱(chēng)為變極調(diào)速；改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法稱(chēng)為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。表3.1異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速指標(biāo)的比較項(xiàng)目調(diào)速方法變轉(zhuǎn)差率變頻變極轉(zhuǎn)子串電阻串極調(diào)速調(diào)壓調(diào)速電磁調(diào)速電機(jī)同步轉(zhuǎn)速變變不變不變不變不變靜轉(zhuǎn)差率小小大小開(kāi)環(huán)時(shí)大閉環(huán)時(shí)小開(kāi)環(huán)時(shí)大閉環(huán)時(shí)小調(diào)速范圍較大較小小較小閉環(huán)時(shí)較大閉環(huán)時(shí)較大調(diào)速平滑性好（無(wú)級(jí)調(diào)速）差（有級(jí)調(diào)速）差（有級(jí)調(diào)速）好（無(wú)級(jí)調(diào)速）好（無(wú)級(jí)調(diào)速）好（無(wú)級(jí)調(diào)速）適應(yīng)負(fù)載類(lèi)型恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩通風(fēng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩通風(fēng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩設(shè)備投資多少少較多較少較少電能損耗較小大大較小大大異步電機(jī)變頻器具有較寬的調(diào)速范圍，高平滑度，優(yōu)勢(shì)良好的機(jī)械性能，可以輕松實(shí)現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩?zé)o級(jí)調(diào)速，直流電機(jī)調(diào)速器和弱磁調(diào)制的功能和整體運(yùn)行速度很相似。目前異步電機(jī)變頻器調(diào)速已經(jīng)成為速度控制的主要方法，通過(guò)比較課程設(shè)計(jì)的序列電機(jī)速度控制方法采用變頻調(diào)速的方法。改變主軸電機(jī)，通過(guò)電機(jī)變頻調(diào)速并配上簡(jiǎn)單的齒輪速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，具有磁離合器控制齒輪傳動(dòng)的速度實(shí)現(xiàn)部分替代。無(wú)級(jí)變速可以選擇最合理的切削參數(shù)、操作速度快、操作方便，因此簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)。無(wú)級(jí)變速是采用交流和直流變速電機(jī)調(diào)速，但直流電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍很小，并且換向是有限的，它主要是用來(lái)交流變頻主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與直流電機(jī)變速性能的交流調(diào)速電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速以下的是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，以上的是恒功率區(qū)。一般主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速恒功率速度范圍內(nèi)，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有較大恒功率速度范圍，需要增加裝備，以確保更大范圍。使用車(chē)床主軸交流感應(yīng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器，數(shù)控單元構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)。從交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、級(jí)對(duì)數(shù)、頻率及轉(zhuǎn)差率的關(guān)系可以看出，改變電源的頻率，電機(jī)的速度是可以改變的，其速度正比于頻率?？紤]機(jī)器的設(shè)計(jì)要求，AC逆變器電機(jī)和變速箱搭配，即分段無(wú)級(jí)變速。主軸反轉(zhuǎn)及制動(dòng)使電機(jī)停止是由數(shù)控系統(tǒng)控制的，主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖3-1圖3-1主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖3-2是機(jī)床主軸功率特性和轉(zhuǎn)矩特性要求。這兩個(gè)特性曲線(xiàn)以nj為界，從分界到最大轉(zhuǎn)速區(qū)域Ⅰ恒功率區(qū)，在這個(gè)區(qū)域，可以輸出在該區(qū)域的任何主軸轉(zhuǎn)速額定功率，主軸轉(zhuǎn)速下降時(shí)最大轉(zhuǎn)矩上升。從最低轉(zhuǎn)速到nj為區(qū)域Ⅱ恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。在這個(gè)區(qū)域中，轉(zhuǎn)速的下降不影響最大轉(zhuǎn)矩的增加，在任何轉(zhuǎn)速下提供的轉(zhuǎn)矩不超過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，這是機(jī)床主軸扭矩最大扭矩。在該地區(qū)，主軸能輸出最大功率，然后與主軸轉(zhuǎn)速的衰亡。通常情況下，恒功率區(qū)占整個(gè)主軸轉(zhuǎn)速范圍三分之二至四分之三，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)約占四分之一至三分之一。圖3-3顯示了變速電機(jī)的功率特性。恒功率區(qū)是從額定轉(zhuǎn)速到最大轉(zhuǎn)速nmax的I區(qū)，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)是從最低轉(zhuǎn)速到nd的Ⅱ區(qū)域。直流電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速通常為1000r/min-1500r/min。通過(guò)調(diào)節(jié)磁通從nd至nmax獲得轉(zhuǎn)速，稱(chēng)為調(diào)磁調(diào)速；調(diào)節(jié)電驅(qū)電壓的范圍從nmin至nd獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速，叫調(diào)壓調(diào)速。調(diào)頻交流電機(jī)是通過(guò)調(diào)節(jié)電源頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，通常額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，兩種電機(jī)恒功率調(diào)速范圍為2-4，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍可超過(guò)100。圖3-2主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖3-3變速電動(dòng)機(jī)的功率特性分段無(wú)級(jí)變速是在交流或直流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速并加上齒輪變速的變速，中、高速段的恒功率傳動(dòng)是用分段無(wú)級(jí)變速實(shí)現(xiàn)的，低速段的恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)也是。在這個(gè)系統(tǒng)中，主軸的正反轉(zhuǎn)和制動(dòng)停止是通過(guò)NC直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而主軸的調(diào)速是由電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速與齒輪的有機(jī)變速配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.2、主傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)計(jì)算主傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)主要針對(duì)電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)，分段無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)和電磁離合器的設(shè)計(jì)，下面分別進(jìn)行分析計(jì)算。3.2.1、電動(dòng)機(jī)的選擇設(shè)計(jì)后車(chē)床主軸變速范圍[]；主傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械總效率的系數(shù)；最大切削功率為；最小切削功率為。則電動(dòng)機(jī)初選功率為，據(jù)電動(dòng)機(jī)規(guī)格，可選擇或的電動(dòng)機(jī)。表格3.2電動(dòng)機(jī)的兩種選擇方案交流主軸電機(jī)主軸與變速機(jī)構(gòu)型號(hào)PD（kw）RDPNDsminRDTnjRnPRnTRFi∑YP160M2-41134503.383303.3101/18YP160L-41533354.51141/13.4電動(dòng)機(jī)最小輸出功率計(jì)算1）、計(jì)算在最低轉(zhuǎn)速下主軸的最小功率，即電機(jī)輸出功率(3-2)2）、計(jì)算電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速由式：(3-3)計(jì)算所得結(jié)果功率為11kw的電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速為：（）功率為，電機(jī)最低轉(zhuǎn)速（）式中：nd為電動(dòng)機(jī)的基本轉(zhuǎn)速，單位為r/min；PD為電動(dòng)機(jī)的額定功率，單位為kw。經(jīng)計(jì)算，選擇功率為、型號(hào)為的交流調(diào)頻電動(dòng)機(jī)[]。3.2.2、分段無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)設(shè)計(jì)1、電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的計(jì)算1）、電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為(3-4)2）、電動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)矩為(3-5)其中電機(jī)最大轉(zhuǎn)速3）、恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變速范圍(3-6)4）、恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的主軸轉(zhuǎn)速的變速范圍RnT=RDT=3.3(3-7)5）、恒功率區(qū)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變速范圍(3-8)2、主軸參數(shù)的計(jì)算1）、計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速nj(3-9)2）、恒功率時(shí)主軸變速的范圍(3-10)3）、分級(jí)變速機(jī)構(gòu)的變速范圍(3-11)4）、主傳動(dòng)系統(tǒng)總降速比i∑(3-12)3.2.3、分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)(一)、分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床的分級(jí)變速箱時(shí)，要保證級(jí)變速箱設(shè)計(jì)的原則，另外還要考慮變速箱的公比Φ。在分級(jí)變速箱的設(shè)計(jì)中有公比可以的選擇：第一種、。第二種、假如要簡(jiǎn)化變速箱的結(jié)構(gòu)，獲得較小的變速級(jí)數(shù)，肯定需要較大的公比。第三種、在復(fù)雜曲面的、端面、階梯軸的切削中，可能需要保持一定速度的切削。綜合考慮上述三種情況，應(yīng)選擇第一種情況的公比。(1)、選擇第一種公比。則RnP=ΦZ-1RdP=ΦZ(3-13)變速箱的變速級(jí)數(shù)(3-14)其中：Φ變速箱的公比，轉(zhuǎn)速圖如下圖3-4（a）所示，電機(jī)傳動(dòng)比2:3變換，使變速箱的軸Ⅰ得到在恒功率下的轉(zhuǎn)速為和在恒轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速為。假如在軸之間為兩對(duì)傳動(dòng)比為的齒輪傳動(dòng)，主軸可以獲得恒功率轉(zhuǎn)速的范圍。當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速下降至?xí)r，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)下降至額定轉(zhuǎn)速下的。假如電機(jī)轉(zhuǎn)速再繼續(xù)的降低，這時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)到恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，同時(shí)最大輸出功率將隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而減小。這些變化在圖的功率特性圖上在展示出來(lái)，主軸的恒功率轉(zhuǎn)速在段時(shí)為，電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，最大輸出功率將沿段下降。圖3-4傳動(dòng)系統(tǒng)及功率特性圖當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)南陆抵習(xí)r，主軸恒功率轉(zhuǎn)速是從下降至，還在段。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速下降至?xí)r，變速箱就會(huì)變速，調(diào)節(jié)傳動(dòng)比為改變主軸的轉(zhuǎn)速，這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速變?yōu)樽畲笾?。?dāng)主軸轉(zhuǎn)速?gòu)南陆抵?，在段上。?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降至?xí)r，主軸轉(zhuǎn)速下降至，為主軸的最低速度，此時(shí)電機(jī)最大輸出功率(3-15)即為額定功率的。在上圖3-4（b）中，是一條直線(xiàn)。在圖中可以看出，主軸恒功率變速的范圍分為三段，每段變速范圍等于，因此變速箱的公比。表3.3為主軸轉(zhuǎn)速與有級(jí)級(jí)數(shù)的關(guān)系。表3.3主軸轉(zhuǎn)速與有級(jí)級(jí)數(shù)的關(guān)系n/r?min-1有級(jí)級(jí)數(shù)nY/r?min-130≦n<111Ⅰ[（2/3）×（20/60）×（20/60）]405-1500111≦n<333Ⅱ[（2/3）×（20/60）×（20/60）]1500-4500333≦n<1000Ⅲ[（2/3）×（40/40）×（20/60）]1500-45001000≦n≦3000Ⅳ[（2/3）×(40/40）×(40/40）]1500-4500圖為轉(zhuǎn)矩特性。從至，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而上升，點(diǎn)輸出主軸的最大轉(zhuǎn)矩。至是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，至也分為三段。(二)、傳動(dòng)方案的確定(1)、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算得：，取i1=1i2=1/3I3=1i4=1/3故取：=40=40=20=60=40=40=20=60(2)、齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算大小齒輪都選用號(hào)鋼，小齒輪硬度在之間，大齒輪硬度在之間，精度等級(jí)六級(jí)，模數(shù)，齒寬，螺旋角[]所以：=mz1=2.5×40=100（）(3-16)=2.5×40=100（）=2.5×20=50（）=2.5×60=150（）=2.5×40=100（）=2.5×40=100（）=2.5×20=50（）=2.5×60=150（）經(jīng)檢驗(yàn)，符合要求。3.2.4、電磁離合器的設(shè)計(jì)因?yàn)殡姶烹x合器能直接被自動(dòng)控制，而且市場(chǎng)上有很多適合的產(chǎn)品，所以它成了自動(dòng)控制裝置中不可少的操作元件。在數(shù)控車(chē)床中使用電磁離合器，很大程度的簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，變速簡(jiǎn)單，離合器被安裝在各傳動(dòng)軸上，通過(guò)吸合和分離改變齒輪的傳動(dòng)路線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了主軸的變速。圖3-5電磁離合器變速的主傳動(dòng)系統(tǒng)圖圖3-5是利用電磁離合器實(shí)現(xiàn)變速的傳動(dòng)系統(tǒng)圖，四對(duì)嚙合的齒輪構(gòu)成二級(jí)齒輪變速。在與空套在驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)接電磁離合器連接齒輪，驅(qū)動(dòng)軸空轉(zhuǎn)齒輪和電磁離合器拉，以便驅(qū)動(dòng)。因此，當(dāng)拉力和分離離合器的傳輸線(xiàn)的組合是可以改變的，主軸轉(zhuǎn)速的變化。圖3-5中有4種從離合器的四種組合來(lái)的傳輸方式，但是有兩個(gè)齒輪的齒數(shù)是相同的，所以傳輸線(xiàn)路4種只可以得到三種轉(zhuǎn)速（如下表3.4）表3.4電磁離合器動(dòng)作與傳動(dòng)比電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r?min-1)主軸轉(zhuǎn)速(r?min-1)傳動(dòng)比電磁離合器M1M2M3M41500-45001000≦n≦3000i=（2:3）（Z′1/Z1）×（Z3/Z3）=2:3+-+-1500-4500333≦n<1000i=（2:3）（Z′1/Z1）×（Z4/Z4）=1:3+--+i=（2:3）（Z′2/Z2）×（Z′3/Z3）=1:3-++-1500-4500111≦n<333i=（2:3）（Z′2/Z2）×（Z′4/Z4）=1:9-+-+405-150030≦n<111i=（2:3）（Z′2/Z2）×（Z′4/Z4）=1:9-+-+當(dāng)數(shù)控裝置中輸出主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，比較器就會(huì)根據(jù)的值進(jìn)行比較：當(dāng)時(shí)，電磁離合器與吸合，與分開(kāi)，這時(shí)系統(tǒng)的傳動(dòng)比為，電機(jī)恒功率轉(zhuǎn)動(dòng)，且。當(dāng)時(shí)，電磁離合器與吸合，與分開(kāi)，這時(shí)的系統(tǒng)傳動(dòng)比也為，電機(jī)恒功率轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)時(shí)，電磁離合器與吸合，與分開(kāi)這時(shí)系統(tǒng)的傳動(dòng)比為，電機(jī)恒功率轉(zhuǎn)動(dòng)，且。當(dāng)時(shí)，電磁離合器與吸合，與分開(kāi)，這時(shí)系統(tǒng)的傳動(dòng)比為，電機(jī)恒功率轉(zhuǎn)動(dòng)。第四章伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是C618經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的主要部分，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控車(chē)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，接收數(shù)控系統(tǒng)的指令就能進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制可分為開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。本文采用步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制方式，下面進(jìn)行計(jì)算分析。4.1、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.1、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容C618數(shù)控改造，加上滾珠絲桿，垂直驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和齒輪箱安裝在車(chē)床的尾巴。數(shù)控車(chē)床齒輪通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀左右移動(dòng)。縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇，選擇的減速比確定和變速箱的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)。4.1.2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）已知條件：1）、/脈沖2）、3）、4）、（2）、縱向進(jìn)給切削力Fz的確定根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出，（4-1）式中：是進(jìn)給系統(tǒng)電機(jī)功率是主傳動(dòng)電機(jī)功率已知前面計(jì)算得：取比例系數(shù)為4%則Pdf=Pa×4%=0.44kw（4-2）根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出，F(xiàn)y=（4-3）式中：是進(jìn)給系統(tǒng)的效率，范圍是，取Vf是進(jìn)給速度，從《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出：（4-4）取則，切削深度，走刀量從《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出：=（0.1～0.6）（4-5）=（0.15～0.7）（4-6）=0.5=0.5×4712.4=2356.2（N）=0.6=0.6×4712.4=2827.44（N）（3）、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副有國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)質(zhì)是滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。1）、額定動(dòng)載荷與計(jì)算動(dòng)載荷C（4-7）式中：fh壽命系數(shù)fd載荷性質(zhì)系數(shù)fH動(dòng)載荷硬度系數(shù)fn轉(zhuǎn)速系數(shù)Fd最大工作負(fù)載(N)工作壽命：，則fh==3.107（4-8）載荷性質(zhì)系數(shù)：；動(dòng)載荷硬度系數(shù)：；轉(zhuǎn)速系數(shù)：fn=；（4-9）V=1000mm/min根據(jù)上述選擇的情況下，計(jì)算結(jié)果如表4.1所示：表4.1動(dòng)載荷計(jì)算絲杠導(dǎo)程L0/mm121086n=V/L0(r/min)8303100125166.7fn0.7370.6930.6940.584c/n26883285903081333926導(dǎo)軌絲杠的軸向力（4-10）式中：，取得=3623.6(N)壽命值：（4-11）最大負(fù)載：（4-12）==11395.8(N)根據(jù)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出，選擇型號(hào)的滾珠絲杠副，直徑為，導(dǎo)程為，螺旋角，滾珠例數(shù)系列，其額定動(dòng)載荷為，滿(mǎn)足要求[]。2）、支承方式選用“單推-單推”的支承方式。3）、效率計(jì)算（4-13）式中：螺紋的螺旋升角摩擦角；所以，=則：（4-14）（4）、齒輪設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)比i：（4-15）式中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為，計(jì)算得，所以應(yīng)選一級(jí)傳動(dòng)。齒輪都采用號(hào)鋼，小齒輪硬度為，大齒輪為，六級(jí)精度，模數(shù)，齒寬，螺旋角，齒數(shù)，齒數(shù)，則：（4-16）（4-17）經(jīng)檢驗(yàn)，符合要求。4.1.3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定（1）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇（4-18）（2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算下圖是改造后縱向伺服系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量圖:圖4-1改造后的縱向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)圖電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算如下式：（4-19）式中：工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量==×100=0.146（·）（4-20）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=7.8×（4-21）=7.8××4.5×140=45.741（·）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：=（·）=（·）總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：===7.58（·）=75.8（3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：分為三種情況進(jìn)行計(jì)算折算到電機(jī)上的力矩：（4-22）：（4-23）：（4-24）=（）（4-25）當(dāng)時(shí)，；==834r/min==2.764（N·m）=276.4（·）（4-26）當(dāng)時(shí)，；==12.51（r/min）（4-27）==（N·m）=（·）（4-28）當(dāng)，時(shí)：=7.64（N·CM）當(dāng)時(shí)：=（4-29）==（·）=（·）==（4-30）=（·）=（·）快速空載啟動(dòng)所需力矩為（·）切削時(shí)所需力矩（·）（·）快速啟動(dòng)時(shí)獲得最大力矩：（·）4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjm為=（·）（4-31）5）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算；（HZ）（4-32）綜上計(jì)算分析選用型的直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)[]。4.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2.1、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容C618經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，一般經(jīng)過(guò)滾珠絲杠由步進(jìn)電機(jī)減速的刀架橫向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)。安裝在大型托盤(pán)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)法蘭盤(pán)和機(jī)器大拖板連接，以確保其同軸，提高了傳動(dòng)精度。進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容有：滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇，并確定減速比齒輪箱的設(shè)計(jì)，選擇步進(jìn)電機(jī)。4.2.2、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）、已知條件：1）、/脈沖2）、3）、4）、（2）、確定橫向進(jìn)給切削力從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》知，橫向進(jìn)給量為縱向的三分之一到二分之一，取二分之一，所以橫向切削力約為縱向的二分之一。（）（）（3）、滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副有國(guó)標(biāo)規(guī)定，所以滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是選擇滾珠絲杠副型號(hào)。1）、強(qiáng)度計(jì)算：式中：，，得=(N)壽命值：最大負(fù)載：==(N)查參考文獻(xiàn)《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》可選用型號(hào)的滾珠絲杠副,名義直徑為,絲杠導(dǎo)程為,螺旋角,滾珠例數(shù)為3系列,其額定動(dòng)載荷為,所以其強(qiáng)度夠用[]。2）、支承方式選用“單推-單推”的支承方式。3）、效率計(jì)算式中：螺紋的螺旋升角，摩擦角，=則：符合要求（4）、齒輪設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)比i:式中；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步矩角，選為，計(jì)算出，因此可以選級(jí)傳動(dòng)。齒輪用號(hào)鋼，小齒輪硬度為，大齒輪硬度為，六級(jí)精度，模數(shù)，齒寬b=20mm，螺旋角，齒數(shù)，齒數(shù)，則：經(jīng)校核符合要求。4.2.3、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的確定（1）、電動(dòng)機(jī)步矩角的選擇；（2）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算改造后的橫向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)圖如下：圖4-2改造后的橫向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)圖電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算式如下：式中：滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=×=（·）=（·）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（·）齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（·）（·）總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：==（·）=（3）、所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：可分為三種情況進(jìn)行計(jì)算折算到電機(jī)軸的力矩：1）、快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩：2）、最大切削量時(shí)所需力矩：=N·M式中；當(dāng)時(shí)，；==r/min=（N·m）=（N·cm）當(dāng)時(shí)，；==（r/min）（N·m）（·）當(dāng)，時(shí)：當(dāng)時(shí)：===（·）=（·）===（·）=（·）快速空載啟動(dòng)所需力矩：（·）切削時(shí)所需力矩（·）快速進(jìn)給時(shí)所需力矩（·）快速啟動(dòng)時(shí)所需最大力矩：（·）(N·cm)4）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩(N·cm)5）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率計(jì)算（HZ）綜上計(jì)算分析也采用型的直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。第五章自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)5.1、數(shù)控車(chē)床刀架的基本要求刀架是數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一部分，它的選擇對(duì)產(chǎn)品加工精度有很大的影響，轉(zhuǎn)位的準(zhǔn)確度和夾緊力等方面對(duì)產(chǎn)品加工精度影響很大，所以在選擇時(shí)需考慮它的技術(shù)要求：刀架轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確，能很好的進(jìn)行速度與緩沖，保證可靠；按最短時(shí)間轉(zhuǎn)位；高精度重復(fù)定位；防腐蝕、防屑，有良好的密封性；夾緊力大，能適應(yīng)重負(fù)荷的切削。5.2、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選擇課題選用常州武進(jìn)數(shù)控設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的LD4-I型四工位自動(dòng)刀架，它的指標(biāo)滿(mǎn)足上面提到的技術(shù)要求，下面是它的技術(shù)參數(shù)的參考：<一>LD4-I型自動(dòng)刀架的技術(shù)參數(shù)表5.1LD4--I型自動(dòng)刀架的技術(shù)參數(shù)型號(hào)刀位數(shù)電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)速夾緊力上、下刀體尺寸C6184120w1400r/mm0.5162×162192×192<二>LD4-I型自動(dòng)刀架的技術(shù)指標(biāo)表5.2LD4--I型自動(dòng)刀架的技術(shù)指標(biāo)重復(fù)定位精度工作可靠性換刀時(shí)間（s）90180270≤0.005mm>30000次5.2.1、工作原理在LD4-I型四工位轉(zhuǎn)位刀架轉(zhuǎn)位刀架是螺旋形的，它的工作原理大致如下：計(jì)算機(jī)信號(hào)，到控制箱繼電器，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與工具體升降機(jī)構(gòu)上升到一定位位置，這時(shí)離合器工作。線(xiàn)圈接收信號(hào)，箱繼電器電機(jī)反轉(zhuǎn)，刀體下降，齒板完成精定位，擰緊鎖緊螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)的ATC反定位。當(dāng)它達(dá)到一個(gè)預(yù)先良好的狀態(tài)過(guò)流繼電器鎖了，切斷電源，停止電腦電源信號(hào)電機(jī)進(jìn)入下一個(gè)過(guò)程的開(kāi)始，圖5.1是工作原理圖：電機(jī)電機(jī)加速機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)上刀體上升位粗定位機(jī)構(gòu)信號(hào)符合上刀體下降精定位刀架鎖緊電機(jī)停轉(zhuǎn)換刀答信加工順序執(zhí)行圖5.1四工位轉(zhuǎn)位刀架的工作原理圖5.2.2、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的安裝當(dāng)安裝刀架時(shí)，你必須先拆除小拖板和原刀架，然后放置在電動(dòng)托板上。在這一點(diǎn)上，轉(zhuǎn)臺(tái)高度應(yīng)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)刀過(guò)車(chē)床主軸軸心線(xiàn)，或者添加轉(zhuǎn)臺(tái)下方的襯墊，調(diào)整到適合的高度。然后，拆下風(fēng)扇電機(jī)殼體，電機(jī)逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)，從而使刀片旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于開(kāi)始的450度。打好孔，然后在轉(zhuǎn)臺(tái)滑架與六角螺栓固定，固定時(shí)應(yīng)注意的是平行于進(jìn)給方向和水平的轉(zhuǎn)塔車(chē)床的兩側(cè)。沿著右側(cè)線(xiàn)到后面繼續(xù)前進(jìn)，然后機(jī)床滑軌對(duì)齊到系統(tǒng)底部，連接電氣線(xiàn)路和系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)是：避免雜亂無(wú)章的布線(xiàn)，并防止其他雜物撞擊電動(dòng)刀架的連線(xiàn)?？偨Y(jié)首先從數(shù)控機(jī)床的起源和發(fā)展講起，使人知道數(shù)控機(jī)床是怎么產(chǎn)生和發(fā)展到現(xiàn)在這么先進(jìn)的。然后介紹了機(jī)床改造的必要性，現(xiàn)在產(chǎn)品加工的需要數(shù)控機(jī)床來(lái)完成，普通機(jī)床無(wú)法完成復(fù)雜的曲面等的加工，而且包