CA6140數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄摘要……………21、數(shù)控機(jī)床改造的意義………………32、CA6140車床簡介…………………42.1CA6140車床概述………42.2CA6140車床的加工范圍及特點(diǎn)………62.3CA6140車床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析………73、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的分析………………9設(shè)計(jì)心得……………………23參考文獻(xiàn)……………………24摘要我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。物競天擇，一些不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展在機(jī)床必將被淘汰，所以實(shí)施機(jī)床的數(shù)控化改造是機(jī)械行業(yè)在必然趨勢(shì)。通過搜集資料、實(shí)踐研究等方法對(duì)機(jī)床就行改造即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價(jià)值。而這也將極大的推動(dòng)中國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：機(jī)床的數(shù)控化改造可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵字：機(jī)床、數(shù)控化、改造、意義1、數(shù)控機(jī)床改造的意義（1）、機(jī)床現(xiàn)狀我國是生產(chǎn)和使用機(jī)床最多國家之一,現(xiàn)有金屬切削機(jī)床400萬臺(tái)左右，但現(xiàn)有的機(jī)床大多數(shù)服役年限較長,設(shè)備陳舊落后,功能嚴(yán)重不足,運(yùn)運(yùn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。（2）、技術(shù)分析在過去的幾十年,金屬切削機(jī)床的基本動(dòng)作是原理變化不大。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用到機(jī)床控制系統(tǒng)上,不但能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度,而且能提高加工精度和表面質(zhì)量。近年來,我國已經(jīng)積極開展了對(duì)機(jī)床數(shù)控化再制造技術(shù)的研究,如武漢華中數(shù)控公司先后完成了50多家企業(yè)數(shù)百臺(tái)設(shè)備的數(shù)控化在制造。實(shí)踐證明。改造的機(jī)床滿足了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度,增大了設(shè)備的適應(yīng)能力和型面的加工范圍(曲面、各種螺紋的加工等,利用日臻完善的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及配套部件改造現(xiàn)有的普通機(jī)床的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。（3）、市場分析國內(nèi)資料分析,訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長,往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場對(duì)產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應(yīng)用,機(jī)床的數(shù)控化改造已成為滿足市場需求的主要補(bǔ)充手段,對(duì)中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。（4）、經(jīng)濟(jì)分析由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機(jī)床設(shè)備全部用新型機(jī)床替換。要花費(fèi)大量的資金,而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來造成巨大浪費(fèi),若采用數(shù)控技術(shù)對(duì)舊機(jī)床加以改造和購買機(jī)床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能裝置的1/3到1/5。一般用戶都能承擔(dān)的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開辟了新路,也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。（5）、生產(chǎn)分析在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中,中小批量甚至單件生產(chǎn),個(gè)性化的產(chǎn)品占有相當(dāng)大的比重,尤其是我國加入世貿(mào)組織后,成為世界性的加工基地,產(chǎn)品出口的增長迅速,從低附加值、勞動(dòng)密集型產(chǎn)品逐步過度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數(shù)控機(jī)床起了重要的作用。數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。（6）、重要性分析以數(shù)控機(jī)床為代表的現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械是制造實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設(shè)備，數(shù)控技術(shù)水平的高低和機(jī)床的數(shù)控化率，數(shù)控設(shè)備的擁有量已成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。（7）、綜合分析數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床的改造是建立在微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，具有高可靠性、柔性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化、經(jīng)濟(jì)性可觀等特點(diǎn)。為此，在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的使用性能、降低生產(chǎn)成本、用較少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟(jì)效益。2、CA6140車床簡介CA6140車床是一種機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而電氣系統(tǒng)簡單的機(jī)電設(shè)備，是用來進(jìn)行車削加工的機(jī)床。在加工時(shí)，通過主軸和刀架運(yùn)動(dòng)的相互配合來完成對(duì)工件的車削加工。車床的種類很多，按其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可分為臥式車床、落地車床、立式車床、仿形車床、轉(zhuǎn)塔車床、多刀半自動(dòng)車床、自動(dòng)車床等。2.1CA6140車床概述一、機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù)1、機(jī)床的組成CA6140車床的主要組成部件由圖1所示。圖1CA6140車床外形圖1—主軸箱2—刀架3—尾座4—床身5—右床腿6—溜板箱7—左床腿8—進(jìn)給箱6—溜板箱7—左床腿8—進(jìn)給箱（1）、主軸箱主軸箱1是一部件，由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、軸上傳動(dòng)件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤滑密封件等組成。主軸通過前端的卡盤或者花盤帶動(dòng)工件完成旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，也可以安裝前尖頂通過撥盤帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。（2）、刀架四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來車外圓、鏜內(nèi)孔等。而中滑板相對(duì)于縱滑板作橫向移動(dòng)，用來帶動(dòng)刀具加工端面、切斷、切槽等。小滑板可相對(duì)中滑板改變角度后帶動(dòng)刀具斜進(jìn)給，用來車削內(nèi)外短錐面。（3）、尾座尾座3可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖支撐長工件的后段以加工長圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調(diào)整，用于加工小錐度的外錐面。（4）、進(jìn)給箱進(jìn)給箱8內(nèi)裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)及操作裝置，通過改變進(jìn)給量的大小，可改變所加工螺紋的種類及導(dǎo)程。（5）、床身及床腿床身4是機(jī)床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安裝著機(jī)床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準(zhǔn)確位置。床身上面有縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動(dòng)的導(dǎo)軌。（6）、溜板箱溜板箱6與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱內(nèi)裝有縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)換向機(jī)構(gòu)和快速進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。2、CA6140車床的主要技術(shù)參數(shù)，如表1。表1CA6140車床的主要技術(shù)參數(shù)床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑400mm刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑210mm最大工件長度1000mm主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離205mm最大車削長度650、900、1400mm主軸孔徑48mm主軸轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)（24級(jí)）10～1400r/min反轉(zhuǎn)（12級(jí)）14～1580r/min刀架縱向及橫向進(jìn)給量各64種縱向一般進(jìn)給量0.08～1.59mm小進(jìn)給量0.028～0.054mm加大進(jìn)給量1.71～6.33mm橫向一般進(jìn)給量0.04～0.79mm小進(jìn)給量0.014～0.027mm加大進(jìn)給量0.86～3.16mm刀架縱向快速移動(dòng)速度4m/min車削螺紋范圍米制螺紋（44種）1～192mm英制螺紋（20種）2～24牙/in模數(shù)螺紋（39種）0.25～48mm經(jīng)節(jié)螺紋（37種）1～96牙/in主電動(dòng)機(jī)功率7.5kw轉(zhuǎn)速1450r/min快速電動(dòng)機(jī)功率250kw轉(zhuǎn)速2800r/min2.2CA6140車床的加工范圍及特點(diǎn)一、加工范圍CA6140車床的工藝范圍很廣，它能完成車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車削端面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。其典型表如圖2所示。CA6140車床主運(yùn)動(dòng)由工件隨主軸旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀架的橫向動(dòng)來完成。由于機(jī)械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。車床的工藝范圍又較廣泛，因此CA6140車床使用十分廣泛。圖2車床加工的典型零件二、CA6140車床的加工特點(diǎn)（1）、加工范圍較大。（2）、加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是工件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的縱向和橫向移動(dòng)。（3）、正常情況下，在車削加工過程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。（4）、在車削加工過程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以CA6140在加工過程中一般可以不使用切削液。（5）、在一般情況下，這種機(jī)床多用于粗加工和半精加工。2.3CA6140車床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析CA6140車床的傳動(dòng)西統(tǒng)，由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、車螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)組成，見圖3。圖3CA6140車床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖一、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)1.傳動(dòng)路線表達(dá)式寫傳動(dòng)路線表達(dá)式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過中間傳動(dòng)件將末端件聯(lián)系起來，對(duì)于CA6140型臥式車床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈來說，即從主電動(dòng)機(jī)經(jīng)Φ130mm帶輪帶動(dòng)Φ230mm帶輪，從而帶動(dòng)Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1，M1向左結(jié)合，左邊的z51、z56雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過兩對(duì)傳動(dòng)副「，」傳動(dòng)Ⅱ軸實(shí)現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。M向右結(jié)合，由z50與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，z50通過Ⅶ軸z34傳動(dòng)Ⅱ軸上的z30實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。M1處于中間，則Ⅰ軸空轉(zhuǎn)，即不傳動(dòng)左邊的z51和z56，也不傳動(dòng)右邊的z50，Ⅱ軸的運(yùn)動(dòng)通過Ⅱ——Ⅲ軸之前的三對(duì)傳動(dòng)副「，，」傳動(dòng)Ⅲ軸，Ⅲ軸有兩條路線可傳動(dòng)主軸，即通過Ⅵ軸上的M，M向左滑移至z63與z50嚙合，使得Ⅲ軸通過﹝，﹞直接傳動(dòng)主軸Ⅵ軸，實(shí)現(xiàn)主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，即為450～1400r/min;若M向右結(jié)合，Ⅲ軸通過﹙，﹚傳動(dòng)Ⅳ軸，Ⅳ軸通過﹝，﹞傳動(dòng)Ⅴ軸，Ⅴ軸通過傳動(dòng)Ⅵ軸（主軸）二、車螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)CA6140型臥式車床的螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)可車削米制，模數(shù)制，英制和徑節(jié)制4種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，另外還可以加工大導(dǎo)程螺紋，非標(biāo)準(zhǔn)螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。車制螺紋時(shí)，刀架通過車螺紋傳動(dòng)鏈得到運(yùn)動(dòng)，兩端件——主軸，刀架之間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的導(dǎo)程L。車螺紋傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)平衡式為：=L式中U為主軸至絲杠間全部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比；L絲為機(jī)床絲杠的導(dǎo)程，CA6140型車床的絲杠導(dǎo)程L絲=12mm；L為工件螺紋的導(dǎo)程（mm）。三、縱向、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)車削內(nèi)、外圓柱表面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的縱向進(jìn)給車削端面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的橫向進(jìn)給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動(dòng)鏈的精度，機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈不用絲杠及開合螺母傳動(dòng)。機(jī)動(dòng)進(jìn)給是由光杠XIX經(jīng)溜板箱傳動(dòng)。從主軸VI至進(jìn)給箱軸XVII上滑移齒輪Z28處于左位，使脫開，從而切斷進(jìn)給箱與絲杠的聯(lián)系。運(yùn)動(dòng)由齒輪副及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠XIX，再由光杠通過溜板箱中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別傳至齒輪齒條機(jī)構(gòu)或橫向進(jìn)給絲杠XXVII，使刀架做縱向或橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器及分別用于縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的接通、斷開及控制進(jìn)給方向。CA6140型臥式車床可以通過4種不同的傳動(dòng)路線來實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而獲得縱向和橫向進(jìn)給量各64種。以同樣傳動(dòng)路線傳動(dòng)時(shí)，橫向進(jìn)給量為縱向進(jìn)給量的一半。1.縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(32種2.橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量(64種橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量為縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量的一半。四、刀架的快速移動(dòng)在CA6140車床上加工零件時(shí)，為了縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)縱向、橫向快速移動(dòng)。按下快速移動(dòng)按鈕（點(diǎn)動(dòng)控制），快速電機(jī)（0.25kw，2800rpm）經(jīng)齒輪副13/29使軸XX高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)蝸桿副4/29及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向的快速移動(dòng)，快速移動(dòng)的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器M8及M9控制。3、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)縱向（Z軸）進(jìn)給系統(tǒng)改造縱向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造如圖2所示?？v向步進(jìn)電機(jī)1通過一對(duì)減速齒輪2把動(dòng)力傳遞給縱向滾珠絲杠3，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)4做往復(fù)移動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來，結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附加應(yīng)力。如圖3所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支承座4，通過一對(duì)深溝球軸承1實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對(duì)圓螺母（圖中未畫出）實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電機(jī)通過消隙齒輪2減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6與絲杠3（見圖2）聯(lián)接，固定銷3防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖1.縱向步進(jìn)電機(jī)2.減速齒輪3.縱向滾珠絲杠4.工作臺(tái)5.套筒聯(lián)軸器6.支撐軸圖3縱向步進(jìn)電機(jī)裝配圖1.深溝球軸承2.消隙齒輪3.固定銷4.滑動(dòng)軸承支承座5.圓螺母6.套筒聯(lián)軸器滾珠絲杠3（見圖2）仍安裝在原滑動(dòng)絲杠的空間位置，其螺母副通過支架1（見圖4）安裝在床鞍的底部，如圖4所示。支架做成可移動(dòng)的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。圖4縱向滾珠絲杠裝配圖1．支架2.絲杠托架3.縱向滾珠絲杠4.絲杠防護(hù)罩5.大拖板6.過渡板縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。操作步驟為：拆除原CA6140車床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動(dòng)絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進(jìn)電機(jī)減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動(dòng)）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體剛性優(yōu)于從前，所以采用一級(jí)齒輪減速裝置。已知條件，如表2：表2已知條件最大工件直徑/mm最大工件長度/mm溜板及刀架重量/mm刀架快移速度m/min最大進(jìn)給速度m/min定位精度mm主電動(dòng)機(jī)功率/kw起動(dòng)加速時(shí)間/ms滾珠絲杠導(dǎo)程/mm床身上床鞍上1000縱向橫向縱向橫向縱向橫向縱向橫向4002108006002.41.20.5025±0.0157.53065根據(jù)機(jī)床精度要求選擇脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm/步，橫向?yàn)榭v向的一半，即0.005mm/步。一、切削力的計(jì)算車床的主電動(dòng)機(jī)最大切削功率P=PηK式中P——主電動(dòng)機(jī)功率，CA6140車床P=7.5KWη——主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為0.6～0.7，取η=0.65K——進(jìn)給系統(tǒng)功率總效率取K=0.96∴P=7.5×0.65×0.96=4.68KW又∵切削力P=式中F——主切削力（N）V——最大切削速度（m/min）。按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min在外圓車削中：F=（0.15～0.7）F=2808×0.6=1684.8NF=（0.1～0.6）F=2808×0.5=1404N二、滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)及選型1、滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?將滾珠3引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。圖4滾珠絲杠副1-壓塊2-擋珠器3-滾珠4-螺紋滾道5-回路管道6-螺母7-絲杠（1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點(diǎn)：①、傳動(dòng)效率高：滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動(dòng)效率η=0.92～0.94，是普通滑動(dòng)絲杠的34倍（η=0.20～0.40）。②、摩擦力?。阂蜢o、動(dòng)摩擦因數(shù)小，因而傳動(dòng)靈敏、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動(dòng)精度和定位精度高。③、可預(yù)緊：經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動(dòng)平穩(wěn)。④有可逆性：因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠可螺母既可作為主動(dòng)件，也可作為從動(dòng)件。⑤、使用壽命長：滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達(dá)60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動(dòng)摩擦，故磨損很小、使用壽命長。因?yàn)闈L珠絲杠副具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以進(jìn)給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副（2）、滾珠絲杠副的缺點(diǎn)是：①、制造工藝復(fù)雜，成本高：滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復(fù)雜。②、不能實(shí)現(xiàn)自鎖：由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動(dòng)裝置。2、滾珠絲杠副的循環(huán)方式常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。3、滾珠絲杠的安裝為提高傳動(dòng)剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測(cè)出具體的間隙所在。4、珠絲杠副的選用滾珠絲杠副的選擇主要是工件負(fù)載必小于滾珠絲杠的額定動(dòng)負(fù)載Cm(N即必須滿足C。5、滾珠絲杠的承載能力的計(jì)算選擇縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里Fm又因?yàn)镕m=KFf+f’(Fc+w式中Ff、Fp、Fc——切削分力（N）K——顛覆里矩影響取K=1.15F’——導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取f’=0.16W——移動(dòng)部件的重量（N）代入式中：Fm=kFf+f’(fc+w=1.15×1684.8+0.16×(2808+800=2514.8N（1）、壽命L最大切削里F的進(jìn)給速度Vs可取最高進(jìn)給速度的1/2——1/5（取為1/2），縱向最大進(jìn)給速度為0.6m/min,絲杠導(dǎo)程Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為：n=絲杠使用壽命時(shí)間一般為15000h，則絲杠的計(jì)算壽命L為L=（2）、載荷Cm當(dāng)量動(dòng)載荷Cm選用滾珠絲杠直徑do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)10轉(zhuǎn)后，在它的滾珠上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷Cm式中：——運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)——精度系數(shù)∴==14908.11N根據(jù)C的原則，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)出版社出版，第三章第3卷，（P12-21）選取滾軸絲桿的型號(hào)為：CMD4006-2.5E左，坐標(biāo)直徑為40mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈2.5列。滾珠直徑為39.69mm，導(dǎo)程為6mm，摩擦級(jí)選用5級(jí)，螺紋升角r=arctag（L/d）=arctg（6mm/×40）=arctg0.047=.（3）、傳動(dòng)功率滾軸絲桿副的傳動(dòng)功率為：=tgr/tg（r+）==0.94式中：r——絲杠的螺紋升角——摩擦角。滾動(dòng)絲桿副的滾動(dòng)摩擦因數(shù)f=0.003，摩擦角約等于10′所以=10′（4）、穩(wěn)定性驗(yàn)算臨界壓縮載荷，對(duì)于受壓的細(xì)長的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷Fmax時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。式中E——絲桿材料彈性量，對(duì)綱E=2.06×10N/mL——絲杠兩支承端距離（m），L=1.5m;f——絲杠的支承方式系數(shù)，f=2.00f——許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，f=3I——絲杠截面慣性矩（m）I===0.001md——絲杠螺紋底徑（m），d=d-1.02d=40-1.02×3.969=36.02mm.∴==2256.75N（5）、剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，因此驗(yàn)算滿載時(shí)候的軸向變形量。①、絲杠的拉伸或壓縮變形量在總變形量中占的比重教大式中--滾珠絲杠支撐間的受力長度(mm--滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm--在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量(mm又∵式中--軸向平衡載荷--材料彈性模量鋼=--滾珠絲杠橫截面積A====mm“+”號(hào)用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為②、滾珠與螺紋接觸變形量此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的1/3時(shí)，之值可減少一半，又∵式中——軸向工作載荷（N）——預(yù)緊力——滾珠直徑——滾珠數(shù)量其為圈數(shù)K列數(shù)Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù)外循環(huán)Z=d——滾珠絲杠公稱直徑=據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為:=0.009③、支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形支撐滾珠絲杠的軸承為8107型推力軸承，幾何參數(shù)d=35mm，滾球直徑滾動(dòng)體數(shù)量=18軸承的軸向接觸變形為：mm因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量mm注意單位為k∴總變形量=++=0.0044++0041+0.003758=0.012258又有前面已知條件可得：0.012258mm＜0.015mm的定位精度。符合要求。6、減速齒輪的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的要求，縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量為0.01mm，滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm，及初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角0.75，傳動(dòng)比為因?yàn)镮<5,故可為一級(jí)齒輪傳動(dòng)。I==因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》選取第一系列中的模樹m=2壓力角=20∴d=M×z=2×32=64mm分度圓直徑：=+2=m(+2=2(32+21=68mm=+2=m(+2=2(40+21=84㎜齒頂高系數(shù)，我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：m≥1㎜時(shí)，正常齒制=1齒根圓徑=-=m(-2-2=2(322-20.25=59=-=m(-2-2=2(402-20.25=75.頂隙系數(shù)我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：≥1mm時(shí)，正常齒制=0.25齒寬b=為了減小加工量，也為了裝配和調(diào)整方便，大齒齒寬應(yīng)小于齒輪齒寬，取，則取=1所以所以減速齒輪參數(shù)為：大小齒輪的材料均為40合金鋼，考慮到對(duì)傳動(dòng)要求和制造方便采用直齒傳動(dòng)從動(dòng)齒輪齒輪錯(cuò)齒輪法消除和間隙，熱處理采用調(diào)壓處理，小齒輪硬度，大齒輪：硬度三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇1、計(jì)算負(fù)載慣量的意義慣量匹配條件：慣量匹配是指進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量相匹配。條件是：1〈〈4式中：——伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）可有伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)查出。J——負(fù)載慣量（），即進(jìn)給系統(tǒng)（傳動(dòng)軸、齒輪、工作臺(tái)等）折算到伺服電動(dòng)機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2、負(fù)載慣量的計(jì)算參考同類型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)150BF002，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=10。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（1）、齒數(shù)Z、Z折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（2）、絲杠折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從表查得1m的絲杠的=15.45∴J=15.45×1.5=23.175（3）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=J+=3.21+(=22.5313、負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，（1）、快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩是：將已知數(shù)據(jù)代入，=500r/min考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算的電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=J+J=10+22.531=32.531M×=567.77N折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩=55.15N.cm附加摩擦力矩=3.259N.cm則M=M+M+M=567.77N.cm+55.15N.cm+3.259N.cm=626.179N.cm（2）、快速移動(dòng)時(shí)所需力矩MM=M+M=55.15N.cm+3.259N.cm=58.409N.cm（3）、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩M=M+M+=55.15N.cm+3.259N.cm+134.14N.cm=192.549N.cm從上面計(jì)算看出M、M、M三種情況下，以快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。查資料得，步進(jìn)電機(jī)為五項(xiàng)十帕?xí)r，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩=按次最大靜力矩，150BF002型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為13.72大于所需最大靜力矩，可作為出選型號(hào)。但還得考慮電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行矩頻特性。步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率：150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800，允許的最高空載運(yùn)行頻率為8000。由圖5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性可看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，f起=2500HZ時(shí)，M=100N·㎝，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（633.84N·㎝），直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到1000HZ時(shí)，起動(dòng)扭矩可增高到588N·㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。圖5150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性a起動(dòng)矩頻特性b運(yùn)行矩頻特性當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，由150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性圖18（b）知該電動(dòng)機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計(jì)算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用150BFOO2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。設(shè)計(jì)心得課程設(shè)計(jì)這一個(gè)星期來收獲頗豐，課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)書本上的知識(shí)有了更深的理解，也讓我把書本上學(xué)到的知識(shí)更好的應(yīng)用到實(shí)際上來。這些對(duì)于我以后的工作或?qū)W習(xí)都會(huì)起到很大的促進(jìn)作用！一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探