畢業(yè)論文--c618數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　C618數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　內(nèi)容提要：總體方案的確定和驗證、機(jī)械改造部分的設(shè)計計算（包括縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算）、主運(yùn)動自動變速原理及改造后的機(jī)床傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計、機(jī)床調(diào)速電動機(jī)控制電路的設(shè)計、電磁離合器的設(shè)計計算。</p><p>　　對C618臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，實(shí)現(xiàn)微機(jī)對車床的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行

2、數(shù)字控制，并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動單位為0.01 /脈沖，橫向最小運(yùn)動單位0.005 /脈沖，主運(yùn)動要實(shí)現(xiàn)自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，要能自動的切削螺紋。</p><p>　　關(guān)鍵字:傳動系統(tǒng)；伺服進(jìn)給系統(tǒng)；數(shù)控機(jī)床；改造設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言…………………………………………………

3、…………………………………………1</p><p>　　設(shè)計任務(wù)及要求…………………………………………………………………………………………2</p><p>　　一、改造設(shè)計分析……………………………………………………………………………………3</p><p>　?、鍞?shù)控車床工作原理及組成……………………………………………………………………………3</p>

4、;<p>　?、鏀?shù)控車床是高度自動化機(jī)床，數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)………………………………3</p><p>　　二、設(shè)計任務(wù)…………………………………………………………………………………………4</p><p>　?、逅欧M(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計改造…………………………………………………………………………4</p><p>　　㈡數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計………

5、…………………………………………………………………4</p><p>　　㈢機(jī)械改造部分的設(shè)計Ι…………………………………………………………………………………4</p><p>　　1.數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定………………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計改造…………………………………………………………

6、……………………………5</p><p>　　㈣機(jī)械改造部分的設(shè)計ΙΙ………………………………………………………………………………5</p><p>　　三、車床的數(shù)控改造設(shè)計………………………………………………………………………………6</p><p>　?、逯鱾鲃酉到y(tǒng)作用………………………………………………………………………………………6</p>

7、<p>　?、鎸χ鱾鲃酉到y(tǒng)的基本要求…………………………………………………………………………6</p><p>　　㈢主傳動系統(tǒng)的變速方式………………………………………………………………………………6</p><p>　　四、進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計計算……………………………………………………………8</p><p>　?、暹x擇脈沖當(dāng)量………………………

8、………………………………………………………………8</p><p>　?、嬗嬎闱邢髁Α?</p><p>　　㈢滾珠絲桿螺母副的計算和選型……………………………………………………………………9</p><p>　?、鑲鲃颖扔嬎恪?3

9、</p><p>　?、?.5步進(jìn)電機(jī)的計算和選型……………………………………………………………………………14</p><p>　　五、同步帶傳動設(shè)計…………………………………………………………………………………18</p><p>　　六、分析論證、結(jié)論……………………………………………………………………………………19</p><p>

10、　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………………………20</p><p>　　致謝詞……………………………………………………………………………………………………………21</p><p>　　結(jié)束語……………………………………………………………………………………………………………21</p><p>　　附錄Ι……………………

11、………………………………………………………………………………………22</p><p>　　附錄ΙΙ……………………………………………………………………………………………………………24</p><p><b>　　前  言</b></p><p><b>　　數(shù)控技術(shù)發(fā)展背景：</b></p>&

12、lt;p>　　一個國家數(shù)控機(jī)床的水平和擁有量是衡量其工業(yè)現(xiàn)代化程度、衡量國家綜合競爭力的重要指標(biāo)，而數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)正是數(shù)控系統(tǒng)。雖然我國在低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，但在中高檔的數(shù)控系統(tǒng)方面還處于劣勢地位。兩年前，日本法那克公司和德國西門子公司在中國以12000臺和7000臺的銷售數(shù)量，基本壟斷了中國中高檔數(shù)控系統(tǒng)市場。</p><p>　　目前，這種中高檔數(shù)控機(jī)床“空芯化”現(xiàn)象已經(jīng)

13、有所改變。中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)字顯示，過去五年來，我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)科研攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)化等方面取得了一批階段性成果。全行業(yè)平均每年完成科研項目１００項以上。目前全行業(yè)擁有的近５００項國家標(biāo)準(zhǔn)中，一半以上采用國際標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)初步建起了產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合、國內(nèi)外結(jié)合的新型技術(shù)開發(fā)體系，已建立起國家超精密機(jī)床工程技術(shù)研究中心、國家精密工具工程技術(shù)研究中心、國家高效磨削工程技術(shù)研究中心、國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、國家高檔數(shù)控工程研究中心等尖端科

14、研中心，經(jīng)認(rèn)定的國家級企業(yè)技術(shù)中心達(dá)１５家。</p><p>　　近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位，達(dá)47.39億美元，僅次于美國的53.

15、67億美元，消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24.06億美元，比上年增長27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年

16、上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中，除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。 2001年，</p><p>　　國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)： 1）新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位。 2）數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺，比

17、上年增長28.5%。金切機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 3）數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p>　　第一章 改造設(shè)計分析</p><p>　?、鍞?shù)控車床工作原理及組成 </p><p>　　1.數(shù)控

18、車床工作原理：數(shù)控機(jī)床加工零件時，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。</p><p>　　2.數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控機(jī)

19、床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置（CNC）、伺服驅(qū)動及位置檢測、輔助控制裝置、機(jī)床本體等四部分組成。如圖所示：</p><p>　　1.2數(shù)控車床是高度自動化機(jī)床，數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)：</p><p>　　1、機(jī)床有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率，以適應(yīng)高效率加工的需要；</p><p>　　2、主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠，一般能自動變速；</p>

20、;<p>　　3、主軸應(yīng)有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度；</p><p>　　4、主軸轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)很廣，如對鋁合金材料的高速切削，幾乎沒有上限的限制，主軸最高轉(zhuǎn)速取決于主傳動系統(tǒng)中傳動元件的允許極限(如主軸軸承允許的極限轉(zhuǎn)速)，而最低轉(zhuǎn)速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工材料的要求來確定。</p><p><b>　　第二章 設(shè)計任務(wù)</b></p><

21、;p>　　2.1伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計改造</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。</p><p>　　閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價高。</p><p>　　2.

22、2數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。數(shù)控裝置的設(shè)計方案通常有：? （1）可以全部自己設(shè)計制作? （2）可以采用單板機(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制? （3）可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動 在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計周期較長且不經(jīng)濟(jì)，同時質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)

23、。所以不課程設(shè)計將采取第三鐘方案。</p><p>　　2.3 機(jī)械改造部分的設(shè)計Ι2.3.1數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置，而對于運(yùn)動軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個或兩個以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。由C618車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)

24、控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3.2伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計改造</p><p>　　數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。（1）閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價高。</p><

25、;p>　?。?）半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計上也要有其自身的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。</p><p>　?。?)開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路，因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)整，所以常用于精度要求不高的場合。經(jīng)過上序比較，由于所改造的C618車床的目標(biāo)加工精度要求不高，

26、所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計周期較長且不經(jīng)濟(jì)，同時質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以不課程設(shè)計將采取第三鐘方案。</p><p>　　2.4機(jī)械改造部分的設(shè)計ΙΙ</p><p>　　2.4.1主傳動部分的改造設(shè)計 將原機(jī)床的主軸電動機(jī)換成變頻調(diào)速電動機(jī)，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床

27、的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動分離，主軸電動機(jī)的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.4.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。</p><p>　　2.4.3其它部件的改造 刀架部分：拆除原手動刀架和小拖板，

28、安裝由微機(jī)控制的四工位電動機(jī)刀架，該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定的C618的車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的總體方案示意圖如圖所顯：C618車床的主軸轉(zhuǎn)速部分采用了變頻調(diào)速交流異步電機(jī)，有級變速部分采用電磁離合器控制機(jī)構(gòu)；車床的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動；刀架改成由微機(jī)控制，經(jīng)電機(jī)驅(qū)動的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切

29、削螺紋的功能，需安裝主軸脈沖發(fā)生器。</p><p>　　第三章 車床的數(shù)控改造設(shè)計</p><p>　　改造后的C618數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。</p><p>　　3.1主傳動系統(tǒng)作用</p><p>　　數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求

30、。 </p><p>　　3.2對主傳動系統(tǒng)的基本要求</p><p>　?。?）有較寬的調(diào)速范圍，可增加數(shù)控機(jī)床加工適應(yīng)性，便于選擇合理切削速度使切削過程始終處于最佳狀態(tài)。</p><p>　　(2）有足夠的功率和扭矩，使數(shù)控加工方便實(shí)現(xiàn)低速時大扭矩，高速時恒功率，以保證加工高效率。</p><p>　　(3）有足夠的傳動精度，各零部件應(yīng)

31、具有足夠精度、剛度、抗振性，使主軸運(yùn)動高精度，從而保證數(shù)控加工高精度。</p><p>　　(4）噪聲低，運(yùn)動平穩(wěn)，使數(shù)控機(jī)床工作環(huán)境良好、宜人。</p><p>　　3.3主傳動系統(tǒng)的變速方式</p><p>　　3.3.1采用變速齒輪傳動</p><p>　　采用少數(shù)幾對齒輪降速，用液壓撥叉自動變速，電機(jī)主軸仍為無級變速，并實(shí)現(xiàn)主軸的正反

32、啟動、停止、制動。該方式扭矩大，噪聲大，一般用于較低速加工。</p><p>　　3.3.2采用同步齒形帶傳動</p><p>　　采用直流或交流主軸伺服電機(jī)，由同步齒形帶傳動至主軸，該方式主軸箱及主軸結(jié)構(gòu)簡單，主軸部件剛性好；傳動效率高、平穩(wěn)、噪聲小；不需潤滑；但由于輸出扭矩小，低速性能不太好，在中檔機(jī)床中應(yīng)用較多。</p><p>　　3.3.3采用主軸電機(jī)直接

33、驅(qū)動</p><p>　　亦稱一體化主軸、電主軸，由主軸電機(jī)直接驅(qū)動，電機(jī)、主軸合二為一，主軸為電機(jī)的轉(zhuǎn)子。該方式處理好散熱、潤滑非常關(guān)鍵，一般應(yīng)用于高速機(jī)床。</p><p>　　第四章 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計計算</p><p>　　4.1   選擇脈沖當(dāng)量</p><p>　　根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，&l

34、t;/p><p>　　縱向： 0.01mm/步，  橫向：0.005mm/步（半徑）</p><p><b>　　4.2計算切削力</b></p><p><b>　　4.2.1縱車外圓</b></p><p>　　主切削力FZ（N）按經(jīng)驗公式估算：</p><p>　

35、　FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360</p><p>　　按切削力各分力比例：</p><p>　　FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p><p>　　F X=5360×0.25=1340</p><p>　　FY=5360×0.4=2144</p><p>&l

36、t;b>　　4.2.2橫切端面</b></p><p>　　主切削力FˊZ（N）可取縱切的0.5</p><p>　　FˊZ=0.5FZ=2680</p><p>　　此時走刀抗力為FˊY（N），吃刀抗力為Fˊx（N）。仍按上述比例粗略計算：</p><p>　　FZ/FX/FY=1/0.25/0.4</p>

37、<p>　　FˊY=2680×0.25=670</p><p>　　FˊX=2680×0.4=1072</p><p>　　4.3滾珠絲桿螺母副的計算和選型</p><p>　　4.3.1縱向進(jìn)給絲桿</p><p>　　(1）計算進(jìn)給牽引力Fm（N）</p><p>　　縱向進(jìn)給為綜合型

38、導(dǎo)軌</p><p>　　Fm=KFx+fˊ（Fz+G）</p><p>　　=1.158×1340+0.16×（5360+800）</p><p><b>　　=2530</b></p><p>　　式中  K—考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15；</p>&

39、lt;p>　　fˊ—滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：0.15—0.18；</p><p>　　G—溜板及刀架重力：G=800N</p><p>　　(2）計算最大動負(fù)荷C</p><p><b>　　C=3√LfWFM</b></p><p>　　L=60×n×t/106</p><p&g

40、t;　　N=1000×Vs/Lo</p><p>　　式中  Lo—滾珠絲桿導(dǎo)程，初選L=6mm；</p><p>　　Vs—最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的（1/2—1/3），此處Vs=0.6m/min</p><p>　　T—使用壽命，按15000h；</p><p>　　fw—運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.

41、2—1.5；</p><p>　　L—壽命、以106為一單位。</p><p>　　n=1000Vs/Lo=1000×0.6×0.5/6=50r/min</p><p>　　L=60×N×T/106=60×60×15000/106=45</p><p>　　C=3√LfwFm=3√4

42、5×1.2×2530=10798.7N</p><p>　　(3）滾珠絲桿螺母副的選型</p><p>　　查閱表，可用W1L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副，1列2.5圈，其額定動負(fù)載為16400N，精度等級按表4-15選為3級（大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級）。</p><p><b>　　(4)傳動效率計算</b>&l

43、t;/p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p>　　試中γ—螺旋升角，W1L400bγ=2º44ˊ</p><p>　　φ—摩擦角10ˊ滾動摩擦系數(shù)0.003--0.004</p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)</p><p>　　=tg2º44ˊ/tg(2º44+

44、10ˊ)=0.94</p><p><b>　　4.3.1剛度驗算</b></p><p>　　最大牽引力為2530N。支撐間距L=1500mm螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。</p><p>　　A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1</p><p>　　根據(jù)Pm=2530N，D0=40mm，查出ΔL/L

45、=1.2×10-5</p><p><b>　　可算出：</b></p><p>　　δ1=δL/L×1500=1.2×10-5×1500=1.8×10-2</p><p>　　由于兩端采用向心推力球軸承，且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量 δ1(mm)為：</p

46、><p>　　δˊ1=0.25×10-2       </p><p>　　B．滾珠與螺紋滾道間接觸變形δq</p><p>　　W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量δq  ：</p><p><b>　　δq=6.4µm</

47、b></p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊， δ2 =0.5δq =0.5×6.4=3.2µm</p><p>　　C．支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形δ3</p><p>　　采用8107型推力球軸承，d1=35mm，滾動體直徑dq=6.34mm，滾動體</p><p>　　數(shù)量Z=18，δc=0.0024×3

48、√Fm2/(dq×Z2) </p><p>　　=0.0024×3√2532/(6.35×182)</p><p>　　注意，此公式中Fm單位為kgf</p><p><b>　　應(yīng)施加預(yù)緊力，故</b></p><p>　　δ3=0.5δ=0.5×0.0075=0.00

49、38mm   </p><p>　　根據(jù)以上計算：δ= δ1+δ2+δ3</p><p>　　=0.0045+0.0032+0.0038</p><p>　　=0.0115mm＜定位精度</p><p><b>　　(5）穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　滾珠絲

50、桿兩端推力軸承，不會產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p>　　4.3.2橫向進(jìn)給絲桿</p><p>　　1）計算進(jìn)給牽引力Fˊm</p><p>　　橫向?qū)к墳檠辔残?，計算如下?lt;/p><p>　　Fˊm=1.4×Fˊy+fˊ(Fz+2Fˊx+Gˊ)</p><p>　　=1.4×

51、670+0.2×(2680+2×1072+600)≈2023N  </p><p>　　(2）計算最大動負(fù)荷C</p><p>　　n=1000×V3/L0=1000×0.3×0.5/5=30</p><p>　　L=60×n×T/106=60×30×150

52、00/106</p><p>　　C=3√LfwFˊm=3√27×1.2×2030=7283N</p><p>　　(3）選擇滾珠絲杠螺母副</p><p>　　從附錄A表3中查出，W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，額</p><p>　　定動載荷為8800N，可滿足要求，選定精度為3級。</p&g

53、t;<p><b>　　(4）傳動效率計算</b></p><p>　　η=tgγ/tg(γ+φ)=tg4º33ˊ/tg(4º33ˊ+10ˊ)=0.965</p><p><b>　　(5）剛度驗算</b></p><p>　　橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖所示，最大牽引力為2425N，支承間距

54、L=450mm，因絲杠長度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。</p><p><b>　　計算如下：</b></p><p>　　A.絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1(mm)</p><p>　　查圖4-6，根據(jù)Fˊm=2032N，D0=20MM，查出δL/L=5×10ˉ5   可算出</p><p&g

55、t;　　δ1= δL /L×L=4.2×10‐5  ×450=1.89×10‐2mm</p><p>　　顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸，以提高剛度</p><p>　　故  δˊ=0.25δ1=4.7×10—3</p><p>　　B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形</p><p>　　

56、查資料（《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計與實(shí)例[M]．1版》，）。                 δq=8.5μm</p><p>　　因進(jìn)行了預(yù)緊     δ2=0.5δq=0.5×8.5=4.25μm</p&

57、gt;<p>　　C.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形</p><p>　　采用8103型推力球軸承，dq=5</p><p><b>　　Z=13</b></p><p><b>　　d=17mm</b></p><p>　　δc=0.00243√Fm2/(dq×Z2)

58、60;=0.00243√202.3/5×132=1.3×10ˉ3</p><p>　　考慮到進(jìn)行了預(yù)緊，故</p><p>　　δ3=0.5 δc=0.5×1.3×10ˉ3=6.5×10–4</p><p>　　綜合以上幾次變形量之和得：</p><p>　　δ=δˊ1δ2δ3=4.7

59、5;10¯3+4.25×10¯3/+</p><p>　　=0.0096＜0.015（定位精度 ）</p><p><b>　　(6）穩(wěn)定性校核</b></p><p>　　滾珠絲杠兩端推力軸承，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。</p><p><b>　　4.4傳動比計算<

60、;/b></p><p>　　4.4.1縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算</p><p>　　已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δp =0.01，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=6mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75?？捎嬎愠鰝鲃颖萯</p><p>　　i=360δp /  θbL 0   =390×0.01/0.75×6=0.8</p&

61、gt;<p><b>　　可選定齒輪齒數(shù)為：</b></p><p><b>　　I=Z1/Z2</b></p><p>　　Z1=32，Z2=40 ，或Z1=20，Z2=25</p><p>　　4.4.2橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計算</p><p>　　已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量δp =0

62、.005，滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm，初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75º?？捎嬎愠鰝鲃颖萯 </p><p>　　I=360δp /  θbL 0=360×0.005/0.75×5=0.48</p><p>　　考慮到結(jié)構(gòu)上的原因，不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處可采用兩級齒輪降速：</p><p>

63、　　i=Z1Z2/Z3Z4=3×4/5×5=24×20/40×25</p><p>　　Z1=24，Z2=40，Z3=20，Z4=25</p><p>　　因進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，模數(shù)m取2。</p><p><b>　　有關(guān)參數(shù)參照下表：</b></p><p>　　4.5步進(jìn)電

64、機(jī)的計算和選型</p><p>　　4.5.1縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計算</p><p>　　(1）等效傳動慣量計算</p><p>　　方法計算如下，傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動慣量JΣ(kg?cm2)可有下式計算：</p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><

65、;p>　　式中：Jm—步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量(kg?cm2)</p><p>　　J1，J2—齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動慣量(kg?cm2)</p><p>　　Js—滾珠絲杠傳動慣量(kg?cm2)</p><p>　　參考同類型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Jm=10(kg?cm2)</p><p>　　J1=0.78&

66、#215;103×d14·L1=0.78×103×6.42×2=2.6 kg?cm2</p><p>　　J2=0.78×103×d24·L2=0.78×103×82×2=6.39 kg?cm2</p><p>　　Js=0.78×103×44

67、5;150=29.952 kg?cm2</p><p><b>　　G=800N</b></p><p><b>　　代入上式：</b></p><p>　　JΣ=Jm+J1+（Z1/Z2）2〔(J2+Js)+G/g(L0/2π)2〕</p><p>　　=10+2.62+(32/40)2〔(6.3

68、9+29.592)+800/9.8(0.6/2π)2〕=36.355 kg?cm2</p><p>　　考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。</p><p>　　Jm/JΣ=10/36.355=0.275</p><p>　　基本滿足慣量匹配的要求和運(yùn)行矩頻特性。</p><p>　　5.1.3計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率<

69、;/p><p>　　Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz</p><p>　　Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p>　　從表中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz,再從有關(guān)手冊

70、中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時，f起=2500時，M=100N·cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩（782N·cm）直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動頻率降到1000Hz時，起動力矩可增加到5884N·cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩擴(kuò)大一倍左右。</p><p&

71、gt;　　當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時，150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。</p><p><b>　　(2）電機(jī)力矩計算</b></p><p>　　機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面分別按各階段計算：</p><p>　　A.快速空載啟動力矩M起</p><p>　　在快速空載起動階段，加速力矩

72、占的比例較大，具體計算公式如下：</p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma</p><p>　　Mamax=JΣ·ε= JΣnnax×102/(60×ta/2π)</p><p>　　= JΣ×2π·nmax×102/(60×ta)</p><p>　　nmax

73、=νmax·θb/δp·360</p><p>　　將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。</p><p>　　nmax=νmax·θb/δp·360=2400×0.75÷(0.01×360)=500r/min</p><p>　　啟動加速時間ta=30ms</p><p>

74、　　Mamax=JΣ×2π·nmax×102/(60×ta)</p><p>　　=36.355×2π×500×102/(60×0.03)</p><p>　　=634.5N·cm</p><p>　　折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf：</p><p>

75、　　Mf=FOL0/2πηi=f¹(Pz+G)×L0/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=0.16×(5360+800)×0.6/(2π×0.8×1.25)=94N·cm</p><p><b>　　附加摩擦力距M0</b></p><p>　　MO=FPOL0(1-

76、η02)/2πηi=1/3×Ft×L0(1-η02)/(2πηZ2/Z1)</p><p>　　=1/3×2530×0.6×(1-0.92)/( 2π×0.8×1.25)</p><p>　　=805.3×0.19=15.3N·cm</p><p><b>　　上述三

77、項合計：</b></p><p>　　M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8N·cm</p><p>　　B．快速移動時所需力矩M快。</p><p>　　M快=Mf+M0=94+15.3=109.3N·cm</p><p>　　C．快速切削負(fù)載時所需力矩 M切</p>

78、<p>　　M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2πηi</p><p>　　=94+15.3+1340×0.6/(2π×0.8×1.25) =94+15.3+127.96=237.26N·cm</p><p>　　從上面計算可以看出，M起、M快和M切三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。&l

79、t;/p><p>　　從有關(guān)手冊[《[機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計與實(shí)例[M]》]查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時  λ=Mq/Mjmax=0.951</p><p>　　最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782N·cm</p><p>　　按此最大靜力矩從有關(guān)手冊中查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72N·m。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作

80、為初選型號，但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特5.2.3計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率</p><p>　　Fk=1000Vmax/60δp =1000×2.4/60×0.01=4000Hz</p><p>　　Fe=1000Vs/60δp =1000×0.6/60×0.01=1000Hz</p><p>　　由1

81、10BF003型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其最高空載起動頻率為1500Hz，運(yùn)行頻率為7000Hz。根據(jù)110BF003型電機(jī)的起動距頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線可以看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時F=1500Hz，M=98N·cm，小于機(jī)床所需的起動力矩（184.4N·cm），直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)）。將起動頻率將為1000Hz時，既可滿足要求。當(dāng)機(jī)床快速起動和切削進(jìn)求。進(jìn)給時，則完全滿足運(yùn)行矩頻

82、要</p><p>　　第五章 同步帶傳動設(shè)計</p><p>　　同步齒形帶的選擇和校核:</p><p>　　在車床改造時中，步進(jìn)電動機(jī)與四缸傳動副之間裝有減速機(jī)構(gòu)，通過減速機(jī)構(gòu)可得到所需的脈沖當(dāng)量和增大的驅(qū)動力矩。減速機(jī)構(gòu)采用同步齒形帶傳動機(jī)構(gòu)，同步齒形帶傳動相對齒輪傳動是一種新型的帶傳動，其利用同步帶的齒型與帶輪的輪齒傳遞運(yùn)動，無相對滑動，無噪聲，無需潤滑，

83、傳動精度和效率高，同步帶傳動的帶速高達(dá)40~80m/s.傳遞功率可達(dá)100KW，傳動比可達(dá)10~20，傳動效率98%。因此在這次數(shù)控改造中我們采用同步齒形帶來傳遞運(yùn)動。</p><p><b>　　如表1</b></p><p>　　（1）模數(shù) 根據(jù)表1.12     m=4</p><p>　?。?）齒數(shù) &#

84、160;  查表1.3選   z=18 </p><p>　　（3）帶輪節(jié)圓直徑為：d=75</p><p>　?。?）帶速為：V’=200mm/s</p><p>　?。?）中心距為：則210〈a<600取a=500</p><p>　?。?）帶長為：L=300</p>

85、<p>　?。?）小帶輪嚙合齒數(shù)：a=60</p><p>　　（8）帶寬:c=120</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　第六章 分析論證、結(jié)論</p><p>　　根據(jù)《自動化制造系統(tǒng)》，可行性論證使用戶建造自動化制造系統(tǒng)項目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報告，是上級主管部門審定和

86、批準(zhǔn)立項的基本依據(jù)。同樣，在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個方面進(jìn)行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實(shí)施計劃，結(jié)論等。 </p><p>　　本改造設(shè)計是對普通車床C618進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計中，采用的

87、是廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T型數(shù)控系統(tǒng)，加上兩臺伺服電機(jī)，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動部分以及齒輪副，一臺變頻調(diào)速電動機(jī)，四個電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計不會超過15萬元。因此，對普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實(shí)用性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

88、;/p><p>　　[1]李福生.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊[M].北京：北京出版社，1993.</p><p>　　[2]龔炳錚.機(jī)電一體化技朮應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.</p><p>　　[3]林其駿.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1991.</p><p>　　[4]李恩林?jǐn)?shù)控技術(shù)原理及應(yīng)用，北京國防工業(yè)出

89、版社，2006.</p><p>　　[5]顧冠群，萬德均.機(jī)電一體化設(shè)計手冊.江西科學(xué)技術(shù)出版社.1995</p><p>　　[6]張新義主編.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993.</p><p>　　[7]張建民，唐水源，馮淑華.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.高等教育出版社，2001.</p><p>　　[8]張根保.自動化

90、制造系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.</p><p>　　[9]王潤孝.先進(jìn)制造系統(tǒng)[M].陜西:西北工業(yè)大學(xué)出版社.2001.</p><p>　　[10]趙汝家.先進(jìn)制造系統(tǒng)導(dǎo)論[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2002.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝老師在百忙之中抽時間

91、評閱，我對C618數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)設(shè)計知識了解還較淺，在寫本論文中使我對數(shù)控機(jī)床有了更深的認(rèn)識。文中有許多錯誤與不足之處，還望來師多多指點(diǎn)。</p><p>　　本篇論文是在**老師的指導(dǎo)下完成的。在研究分析的過程中，**老師給予了指導(dǎo)，并提供了很多與該論文相關(guān)的很多重要信息，培養(yǎng)了我對事情研究分析的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和創(chuàng)新精神，很大程度上提高了我分析問題，解決問題的能力，這非常有利于我現(xiàn)在和今后的學(xué)習(xí)和工作。在寫作的

92、過程中也遇到很多困難，但是謝老師卻不厭其煩悉心教導(dǎo)與指點(diǎn)。謹(jǐn)向**老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！</p><p>　　同時也感謝學(xué)校圖書館的管理人員給我們提供了方便，使我們可以在任何合理的時候借閱相關(guān)的書籍，還有一路陪伴過我的同學(xué)們，再次衷心的向你們說一聲謝謝！</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　緊張的論文設(shè)計,

93、在和老師的指導(dǎo)下共同努力下結(jié)束了,這次實(shí)習(xí)使我們在原來的理論基礎(chǔ)上增加了實(shí)踐性的知識,同時我也感受到了要想成為一名數(shù)控改造設(shè)計師需要付出更多的努力。</p><p>　　在本次設(shè)計中,我們參考書進(jìn)行論文的設(shè)計。文字和圖片進(jìn)行補(bǔ)充、修改和完善,使設(shè)計達(dá)到最佳水平，比較完善了內(nèi)容,而且清晰明了?？梢姅?shù)控機(jī)床加工中已從研究階段走向了實(shí)用階段。</p><p>　　這次設(shè)計得到劉順老師的指導(dǎo)和幫助

94、,向他表示衷心的感謝,這次設(shè)計數(shù)控畢業(yè)論文在實(shí)際生活中的重要性,以后我一定要加倍努力學(xué)習(xí),為將來打下牢固的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　附錄Ι</b></p><p>　　同步帶模數(shù)的選擇參考《機(jī)械設(shè)計》教材</p><p>　　1.22同步帶傳動工作情況系數(shù)</p><p>　　1.23小帶輪最小齒數(shù)</