CA6140普通車床改為經濟型數控車床縱向進給系統設計及進給系統的潤滑設計

CA6140普通車床改為經濟型數控車床縱向進給系統設計及進給系統的潤滑設計,ca6140,普通,車床,改為,改成,經濟型,數控車床,縱向,進給,系統,設計,潤滑 摘 要隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設備的車床中普通車床占了很大比例。這已經越來越制約著當今工業(yè)的發(fā)展。而數控機床由于價格昂貴，且需要較高技術的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床C6140的基礎上對其進行自動化改造。作者在搜索、查閱研究大量有關資料的基礎上，對機床自動化改造技術進行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統的設計。整個改造過程主要對車床縱、橫向進給系統進行改造，選用自動轉位刀架，由脈沖發(fā)生器來加工所需要的螺紋。整個控制系統以單片機為中心，通過編程對機床的驅動設備進行控制以達到所需要的加工程度。關鍵詞：機床改造； 自動化機床； 控制系統ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system目 錄第1章 緒論1第2章 國內外發(fā)展概況及現狀介紹5第3章 總體方案論證63.1確定何種傳動系統63.2選擇傳動裝置63.3選擇潤滑方式7第4章 具體設計說明84.1伺服電機型號選擇94.1.1進給電機功率的確定94.1.2伺服電機型號94.2縱向進給滾珠絲杠副的設計選擇104.2.1確定滾珠絲杠的支承方式114.2.2滾珠絲杠副參數的確定124.2.3對選定的滾珠絲杠副參數進行核算13第5章 結論22參考文獻23附件清單241緒論經濟型數控車床縱向進給系統設計及進給系統的潤滑設計?！爸鱾鲃酉到y”“縱向進給系統”和“橫向進給系統”可稱為車床的三大核心系統，其重要地位更是不言而喻的。三大系統的精確性、準確性、必將影響加工產品的性能。為什么我國的機械制造業(yè)與西歐等國家的制造業(yè)有著很大的差距，這就是因為我們沒有精良的加工工具或者是自動化系數遠遠的不及他們。制造業(yè)是關系到國際民生的大事，是富民強國的必要因素，必須在較短的時間內形成我們獨立自主的現代化制造體系。隨著時代的發(fā)展，科技的日新月異，數控技術的應用范圍日益擴大，數控機床及其系統己成為現代化機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。鑒于我國機床擁有量大、工業(yè)生產規(guī)模小的特點，突出的任務是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證加工質量，減輕勞動強度，提高經濟效益。而實現這一任務的有效的、基本的途徑就是普及應用經濟型數控，并對原有的機床進行數控改造。這就是本課題的來由。前提條件：l 床身上最大回轉直徑為400mml 加工最大工作長度1000mml 快進速度 z軸8 m/min.l 定位精度 z軸0.04 mm.l 重復定位精度 z軸0.01 mm.設計要求：縱向進給運動設計時，電機與絲杠采用柔性連接，電機選用伺服電機對電機的大小選擇進行驗證，對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進行強度較核。潤滑系統設計要做到潤滑充分且達到各個潤滑點。本課題所設計的進給系統是針對經濟型中檔數控車床的，該系統設計成功一旦應用到生產實踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產力水平，減輕勞動強度，提高經濟效益。根據自己幾個月來的設計過程，編寫了這本設計說明書，由于自己的經驗不足，所學的知識有限，書中肯定存在著相當的一些問題，期望領導、老師給予批評、指正。 2 國內外發(fā)展概況及現狀介紹1自從第一臺商品數控機床問世以來 ，到1965年，世界主要工業(yè)國家的數控機床己進入了大批量生產階段。數控機床的產量，擁有量，數控化率都在急速上升。1970年前美國處于領先地位。1971年蘇聯生產數控機床2538臺，一舉超過美國，名列世界第一。1977年以前，蘇聯一直保持產量優(yōu)勢，以后日本的半導體技術及計算機技術迅猛發(fā)展，促進了數機床的生產。1976年日本數控機床產量是3300臺，1978年時為7300臺，1980年為22000臺，到1981年僅用4年時間便超過了其他各國而成為世界上最大的數控機床生產國，產量達到26000臺，基本上兩年翻一番。1981年，日本、美國、聯邦德國、法國、英國五國的數控機床總產量為39000臺，其中日本占66.2%，美國占19.8%，聯邦德國占8.3%,法國占2.9%，英國占2.8%。到期988年，日本年產數控機床約為50000臺，數控化率達70%.我國從1958開始研究數控機械加工技術，60年代針對壁錐，非圓齒輪等復雜形狀的工件研制出了數控壁錐銑床，數控非圓齒輪插齒機等設備，保證了加工質量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對航空工業(yè)等加工復雜形狀零件的急需，從1973年以來組織了數控機床攻關會戰(zhàn)，經過三年努力，到1975年己研制出了40多個品種300多臺數控機床。經過30年的努力，我國數控機床和數控系統的研制也歷經了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數控及第三代集成電路數控。從1975年到1979年，7年內累計生產數控機床4108臺（其中約3/4以上的數控線切割機床）。進入80年代，我國重新重視發(fā)展數控技術，采取了暫從國外引進控制機和伺服驅動系統，為國內主機配套的方針。1981年，我國從日本FANUC公司引進了FANUC3系列、5系列、7系列的數控系統和在直流伺服電機，直流主軸電機 技術，并在北京機床研究所建立了數控設備廠。于1981年底開始驗收投產，1982年生產約40套系統，1982年生產約100套系統，1985年生產約400套系統，伺服電機與主軸電機也配套生產。這些系統是外國70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機床行業(yè)發(fā)展數控機床有了可靠的基礎，使我國的主機品種與技術水平都有成套的發(fā)展與提高。我國己有少數產品開始進入國際市場，還有幾種合作生產的數機床返銷國外。目前，我國除了能獨立地設計與生產常規(guī)的數控機床外，還能生產五坐標數控銑床，加工中心以及柔性制造系統，如北京機床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，昆明機床床廠THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數控技術進入新的發(fā)展時期，預計在不遠的將來會趕上或超過世界先進國家水平。3 總體方案論證31確定何種傳動系統經濟型的數控機床動力系統可分為三類 步進電機式:采用步進電機驅動與定位，是開環(huán)系統，同時限于造價，不再采用其它措施補償位置誤差。由于目前功率步進電機力矩還不太大，所以機床的空選擋速度較低，一般用于半精加工。這種系統具有2-3種插補功能，通過軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡單外形的曲面等十分靈活。由于性價比較恰當，一般中小型企業(yè)在技術力量和財力上都比較容易實現，因此在全國較容易推廣和普及。交流點位式:采用交流電機變頻驅動，用光柵數字點位控制，與步進電機相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達0.001mm，重復定位精度為0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機驅動，功率大，可進行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點位式系統只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋，功能上有限，而且成本高，使性能價格比相對下降，一般用于大企業(yè)或專業(yè)化工廠使用，國內用的很少。半閉環(huán)連續(xù)控制式采用直流伺服電機驅動，以脈沖編碼器檢測位置，實現半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機驅動，扭矩大，速度高，過載能力強，可進行強力切削。當絲杠螺母在6mm左右時，快速可達89m/min，且不丟步，效率高。該系統功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強操作大大簡化。以上三種驅動方式而言，各有利弊。經過比較選擇直流伺服電機驅動因為速度高，過載能力強，且擁有可編程序控制器，易學易用，在機床伺服控制系統中，步進電機開環(huán)執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價格低，且適合于開環(huán)控制等特點，因此在簡易數控機床中得到廣泛的應用。但由于步進電機步距角、功率較小，存在振蕩等弱點的限制，在高精度大功率應用場合并不很合適，故考慮采用伺服電機控制。3.2 選擇傳動裝置數控機床的傳動裝置是將電動機的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈及其附屬結構。包括齒輪減速機，絲杠螺母副，導軌、工作臺等。在數控機床數字調節(jié)技術當中，傳動裝置是伺服系統中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，數控機床的傳動裝置與普通機床中傳動裝置上有重要差別，故它的設計與普通機床傳動裝置的設計不同。數控機床傳動裝置的設計要求除了有較高的定位精度外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，即系統跟蹤指令信號的響應要快，穩(wěn)定性要好，為確保數控機床進給系統的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設計機械傳動裝置時，通常提出了無間隙，低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率有適應阻尼比的要求。設計任務要完成的設計是縱向進給系統的設計，一般來說此種系統的傳動裝置采用螺旋傳動。螺旋傳動主要用來把旋轉傳動變?yōu)橹本€運動，或把直線傳動變?yōu)樾D運動。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋；有以傳遞運動為主，并要求有較高的傳動精度的傳動螺旋；還有調節(jié)零件相互位置的調整螺旋。螺旋傳動機構又有滑動絲杠螺母、滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機構。在經濟型數控機床的進給系統中，螺旋傳動主要來實現精密的進給運動，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動機構。選用滾珠絲杠副傳動機構，因為此種機構有如下特點：a. 傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率為：0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了34倍（滑動絲杠效率為0.2 0.4）,因此，功率消耗只當于常規(guī)絲杠副的1/4 1/3。b. 給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。c. 有可逆性，可以從旋轉運動轉化為直線傳動，也可以從直線傳動轉換為旋轉運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。d. 磨損小，使用壽命長，精度保持性好。33 選擇潤滑方式潤滑方式總體來說分為手動潤滑和自動潤滑，前者在現代化的加工制造業(yè)中使用己變得越來越少。本課題的潤滑系統有六個潤滑點：床鞍的兩個導軌（2點）拖板上的兩個導軌（2點）縱向進給絲杠螺母副的潤滑（1點）橫向滾珠絲杠副的潤滑（1點）VERSA電子程控潤滑器C型。由一套電子裝置控制電子齒輪泵，以時間或計數的周期方式工作，適用于單阻尼的潤滑系統。廣泛用于機械制造、紡織、沖壓、包裝機械、印刷機械等領域，是一種多用途，高性能的程控潤滑設備。因此選擇VERSA電子程控潤滑器能滿足潤滑系統的要求。4 具體設計說明伺服控制系統一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統： 圖3-1 伺服控制系統框圖圖3-1中給出了典型的伺服控制系統的框圖。這是一個三環(huán)控制系統，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統主要性質的基本控制環(huán)，它決定著系統的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實現速度的調節(jié)和速度大小控制精度；電壓控制環(huán)可實現對伺服放大器的電壓控制。半閉環(huán)控制： 圖3-2半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制系統不但有前向的指令控制通道，而且有檢測元件輸出的反饋控制通道，而檢測元件是安裝在絲杠軸或電機軸上的，檢測同角位移后，推算出工作臺的實際位移。以偏差值實現位置控制。此系統由于檢測元件檢測的反饋信號不包含從旋轉軸到工作臺之間的傳動鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動補償。因此這種由等效反饋信號組成的控制系統為半閉環(huán)控制系統。閉環(huán)控制： 圖3-3閉環(huán)控制閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統中，要求以工作臺（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號，即要求測量元件安裝在工作臺上，而不是安裝在絲杠或電機軸上。但因直接測量工作臺的實際位移，需配備如光柵、磁柵或感應同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測元件，這使整個系統的價格提高。由于閉環(huán)控制能對整個系統誤差進行自動補償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測元件的測量精度。總之，這種控制方式的優(yōu)點是精度高、速度快，但調試和維修比較復雜，適宜于大型和精密的數控機床。41 伺服電機型號選擇41.1進給電機功率的確定2在進給運動的速度較低的情況下，空載功率很小，計算時可以略去，進給電機的功率可根據進給的有效功率和傳動件的機械效率來計算：即： (3-1)式中： Ns-進給電動機功率（KW）Q-進給抗力（公斤力）Vs-進給速度（米/分）Ys-進給傳動的總機械效率（一般可取0.150.20）根據資料顯示,CDJK6140系列車床的最大切削主力F=2750N 即Pz=2750N故進給力 ： Px=0.5Pz =1375N Ys取0.2 Vs=8m/min 代入(3-1) 式 41.2伺服電機型號考慮到進給系統的過載現象,選擇型號為110SNMA9的永磁無刷伺服電機。參數如下表：表4.1 參數表額定功率額定轉矩額定轉速額定電流轉子慣量電機時間常數機械時間常數1.884kw9N.m3000r.Pm7.0A0.718103kg.m26.1ms0.85ms42縱向進給滾珠絲杠副的設計選擇 在一般情況下，設計滾珠絲杠時，必須知道下列條件：最大工作負載 Fmax（或平均工作負載Fm）作用下的使用壽命T，絲杠的工作長度L（或螺母的有效行程），絲杠的轉速n（平均轉速n），滾道的硬度HRC及絲杠的運轉情況，然后按下列步驟進行設計。a、 計算作用在滾珠絲杠上的最大動負載Ca的數值。b、 從滾珠絲杠設計標準中，找出相應尺寸系列對應的最大動載荷Ca的相近值，并初選型號。c、 根據具體工作要求，對于結果尺寸、循環(huán)方式、調隙方法及傳動效率等方面的要求，從初選的幾個型號中再挑選出比較合適的公稱直徑d0、導程L0、滾珠列數k、滾珠圈數j等確定某一型號。d、 根據所選出的型號，列出（或算出）其主要參數的數值；驗算其剛度及穩(wěn)定性系數是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號，再做上述的計算和驗算直至滿足要求為止。421確定滾珠絲杠的支承方式： 螺母座，絲杠的軸承及其支架等剛度不足將嚴重影響滾珠絲杠副的傳動剛度。因此螺母座應有加強筋，以減少受力后的變形，螺母與床身的接觸面積宜大些，其聯接螺釘的剛度也應與高位銷要緊密配合，不能松動。滾珠絲杠常用推力軸承支承，以提高軸向剛度，當滾珠絲杠的軸向負荷很小時，也可用角接觸球軸承支承，滾珠絲杠在機床上的安裝支承方式有以下幾種：一端固定：圖4-1 滾珠絲杠一端固定圖這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低。只適用于短絲杠，一般用于數控機床的調節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數控銑床的立向坐標中。兩端支持：圖4-2 滾珠絲杠兩端支持此種方式可用于絲杠較長的情況。應將止推軸承離液壓馬達及絲杠的常用段，以減少絲杠熱變形的影響。一端固定，一端支持： 圖4-3 滾珠絲杠一端固定一端支持把角接觸球軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并旋加預緊拉力，這樣有助于提高剛度，但這種安裝時絲杠的熱變形較為敏感，軸承壽命較兩端裝推力軸承及向心球軸承方式低。兩端固定： 圖4-4 滾珠絲杠兩端固定兩端裝推力軸承，為使絲杠具有最大的剛度的兩端可用雙重支承，并加預緊力。這種結構方式不能精確地預先測定預緊力，預緊力大小是由絲杠的溫度轉化而產生的設計時要求提高推力軸承的承載能力和支架強度。根據設計所要的絲杠副的高精度，中等轉速，選擇G-J形式安裝。4 .2. 2 滾珠絲杠副參數的確定：2額定動載荷Ca： 滾珠絲杠在工作過程中承受軸向負載，使得滾珠和滾道型面產生接觸應力，對滾道型面上某一點，是交變接觸應力。在這種交變應力的作用下，經過一定的應力循環(huán)次數后，滾珠或滾道型面產生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾珠絲杠副破壞的主要形式。在設計滾珠絲杠副時，必須保證它在一定的軸向負載的作用下，在回轉10轉后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應有點蝕現象發(fā)生，此時所能隨的軸向負載稱為這種滾珠絲杠能承受的最大動負荷Ca。 工作負荷P是指數按機床工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向 壓力，它的數值可用下列進給牽引力的實驗公式計算：對于燕尾形導軌的機床 式中： F1、F1、F2-X、Y、Z 方向上的切削分力（N）G - 移動部件的質量（N）；-導軌上的磨擦系數；K-考慮顛覆力矩影響的實驗系數；在正常情況下，K、可以下列數值：對于燕尾形導軌K=1.4 =0.2在設計滾珠絲杠副時，首先從工作負荷Fa推算出最大動負荷Ca，設計時可采用計算滾珠軸承的方法，由疲勞強度公式知：即：式中 Ca-最大動負荷；Fa-工作負荷；L-壽命（以106轉為單位1） 式中 n-滾珠絲杠的轉速 (r/min) T-使用壽命時間（普通機床10000h） L=20轉如果工作負荷在 Fmin和Fmax之間單調變化勤周期性單調連續(xù)變化，則其平均負荷Fm，可按下式近似計算 式中 Fmax- 最大工作負荷(N)； Fmin- 最小工作負荷(N)。 則：Ca= Fmax=0.5Pz Pz為主切削分力 Fmax=1375N Fmin=35%Fmax=481.25N 所以： 故： Ca=2.71Fm=2912N額定靜載荷Cao 如果滾珠絲杠副是在低速（n=Fmax）的要求，從系列列表中選定所設計絲杠副的公稱直徑的d0，并查處相應的其它尺寸。計算靜負荷Cmo：Cmo=KrKhFmax 即 CmoCmo=1.521375=4125N根據Ca2919N；Cao4125N 來選擇絲杠，選擇FYND4005-4型滾珠絲杠副，其參數如下： 表4.2 滾珠絲杠參數表主要尺寸：計算公式公稱直徑 do40mm基本導程 Lo5mm 滾珠直徑 db3.175mm 接觸角 滾道圓弧半徑R=1.762125mm 螺旋升角 滾道圓弧偏心距e=0.12345mm 絲杠大徑dmm 絲杠小徑d1mm螺母大徑Dmm 螺母小徑D1mm4.2.3 對選定的滾珠絲杠副參數進行核算：1 滾珠絲杠副的預加負荷：在滾珠絲杠副上施加預緊力后，可提高軸向剛度和傳動精度。但預緊力不可過大，過大則影響絲杠副的使用壽命。因此，要在滿足所需壽命和精度要求的條件下，合理決定預緊力的大小。滾珠和螺紋滾道間由于受軸向力的作用而產生軸向變形，在彈性變形范圍內，變形量的大小可按赫茲公式計算： 式中 k與滾道的曲率半徑、材料的彈性模具有關的系數。對與一確定的絲杠副來說，K是常數。因此，只是P的函數，將隨P的變化關系做出曲線，如圖所示，在曲線起始段，隨P的變化較快，當P增加到P0后，變化較慢，接近于某斜率直線。在實際應用時，總希望受載后絲杠變形盡可能小些，即剛度性能好。據此，可施加一定的預緊力P預=P 0,對應于絲杠變形為0，這樣在受到軸向工作載荷PP0時，變形就進入曲線后半部的直線段了，載荷的變化對變形的影響就非常小了。 圖4-5 預緊力確定關系圖在上圖中，設對螺母A、B施加了預緊力P0，相應的變形0。當外加軸向工作載荷P時，螺母B在接觸點處產生了的彈性變形，而螺母A由于彈性恢復（P與P0反向之故），其接觸點上的變形量反而減少了，其結果螺母A、B在P0的共同作用下，總變形量為： =- =-此時，若繼續(xù)增大P，則螺母A中的滾珠負荷減少，變形A亦隨之減少，當P增加到一定數值時，與0相等，A00，這時螺母A中滾珠和滾道剛好接觸，如果再繼續(xù)增大P，就會出現間歇。因此，要保證絲杠在最大軸向載荷Pmax作用下沒有間歇，P0就必須滿足一定的關系。下面求出這種關系： 當A00時，0，此時螺母的變形為： =+=2又因為 = 0=K 所以得到： =2 K即： P0=P預=Pmax 由此得到結論：在雙螺母預緊力的滾珠絲杠副中，為使螺母和絲杠之間不出現間歇，應使預緊力近似等于最大軸向載荷的1/3。P0過小，不能保證無間歇傳動；P0過大，會降低傳動效率和承載能力。 Fp=Fmax =458N最大軸向壓縮載荷：機床的進給絲杠通常是受軸向力的壓桿，若軸向力過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產生翹曲。滾珠絲杠受壓力作用后在彈性范圍的臨界穩(wěn)定載荷Fc: Fc=采用G-J支撐形式時： m=2010（） 為公稱直徑（mm） d為滾珠直徑（mm） L為絲杠軸的支撐距離（mm）則： 當水平位置時許用穩(wěn)定安全系數=4 即：F為絲杠最大軸向壓縮載荷滾珠絲杠的極限轉速:極限轉速的計算為使絲杠副在高速運轉時不發(fā)生共振現象，應對其極限轉速進行核算。當絲杠發(fā)生共振時轉速稱為臨界轉速，以 Nc表示： 式中 ：為公稱直徑（mm）d為滾珠直徑（mm） Ko為絲杠軸的支撐結構系數，采用G-J 形式K=2.5 極限轉速n滿足： Nc=121 N0.8Nc=2.36滾珠絲杠副的剛度: 滾珠絲杠副的剛度K： 式中： K為滾珠絲杠副的剛度； K j為滾珠的軸向接觸剛度； K1為螺母的安裝剛度； Kg 為絲杠軸的安裝剛度 當有預加負荷Fp且為額定動載荷的1/10時，Kj可近似的以下式表示： 式中：F為軸向工作載荷（N）db為滾珠直徑，（mm）ZZ圈數列數Z為一圈滾珠數內循環(huán) Z=d0/db-(35)粒d0為公稱直徑Kj0.541.4103 N/m螺母支撐剛度K1：K1其中：A為螺母橫截面積E2.1105Ln為螺母支承面至有效滾延間的長度A1.6103 mm2故，K1（1.61032.1105）/（1000103）3.4103（N/m）絲杠軸的支承剛性Kg 圖4-6 滾珠絲杠一端固定一端支持當采用圖示的支承方式：Kg=()/（1546108）1.0103（N/m）滾珠絲杠副的剛度K：因為： 所以K=1/( )=0.5103 （N/m）驅動力矩及驅動功率：使絲杠旋轉運動所需驅動力矩：Ma（FPh）/（2000 ） (N.m)公稱導程Ph5mm 0.9 所以Ma1.22N.m由預緊力所產生的摩擦力矩MfK （N.m）Mf=0.5103N.m總驅動力矩：MMaMf M=Ma+Mf=1.24N.m所需功率W （Kw）W=式中：F為軸向載荷 Ph為公稱直徑 為效率選擇絲杠軸承 3：絲杠采取一端軸向固定，一端簡支的方式，固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。型號為7205C。內徑外徑寬為25mm52mm15mm。額定動載荷為C15.8kN。預加載荷 Fo=458N,平均載荷Fm=1077N 所選絲杠的基本導程Lo=5mm，要求快進速度 8m/min.因此絲杠的最大轉速 Vmax=r/min設絲杠的最小轉速 Vmin=1r/min故平均速度r/min軸承壽命： L 能滿足要求。簡支端軸承只承受絲杠的部分重量，不需計算。滾珠絲杠與伺服電機的連接: 圖4-6 連軸器關系圖滾珠絲杠可通過聯軸器與伺服電機直接聯結，為了消除絲杠與電機軸之間的同軸度和垂直度誤差，可用彈性聯軸器。如上圖所示，彈性片分別用螺釘和兩邊的聯軸器通過柔性片傳遞力矩。在實際生產過程中，為了滿足絲杠既能電動控制又能手動調整的特點，在絲杠與電機之間設計了連接軸，三者的連接方式如下圖。 圖4-7 連接軸關系圖結 論至今為止，基本上完成了本課程的設計要求，課題的主要設計內容包括：伺服電機的選擇，絲杠結構設計，伺服電機與絲杠的連接形式設計、絲杠與床鞍的連接設計、絲杠的支承方式設計、進給系統的潤滑設計。進給系統運轉精度、直接將導致整個機床的加工精度。因此，絲杠精度的選擇，絲杠的支承如何保證軸向定位精度等關鍵性問題是急需解決的。由于自身的經驗有限，面對這些關鍵性問題只能從理論上去尋求解決的方法。因此，自己所設計的結構和運用到生產實踐中仍相距甚遠。參考文獻1張新義.經濟型數控機床系統設計.北京：機械工業(yè)出版社，1994.72范云漲,陳兆年. 金屬切削機床設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994.73戴曙.金屬切削機床手冊.北京：機械工業(yè)出版社 1995.104李 洪.實用機床設計手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社,1999.15王啟義,蔡群禮,胡寶珍.金屬切削機床設計.東北工學院出版社, 1989.106成大先.機械設計手冊-單行本潤滑與密封.北京:化工出版社 ,2004. 17黃祖德.機械設計.北京:理工大學出版社 ,1992.68吳宗澤.機械設計禁忌500例.北京:機械出版社, 19969黃鶴訂.國家機械工業(yè)局-中國機電產品目錄10冊.北京:機械出版社 ,2000.710滾珠絲杠.上海:川浦機械實業(yè)公司樣本11電動潤滑泵.南京:貝奇爾機械產品有限公司樣本12鋼帶保護套.滄州:長城機械制品有限公司樣本 附件清單縱向進給系統裝配圖 CJK30000 A0 1張連接軸 CJK30101 A3 1張隔套1 CJK30102 A4 1張隔套2 CJK30103 A4 1張隔套3 CJK30104 A4 1張隔套4 CJK30105 A4 1張軸承端蓋 CJK30106 A4 1張法蘭支架 CJK30107 A3 1張螺母座側護殼 CJK30108 A4 2張法蘭A CJK30109 A3 1張 法蘭B CJK30110 A3 1張螺母座 CJK30111 A1 1張法蘭C CJK30112 A3 1張縱向滾珠絲杠副 CJK30113 A2 1張法蘭D CJK30114 A4 1張絲杠支架封蓋 CJK30115 A4 1張絲杠支架 CJK30116 A3 1張連軸器護殼 CJK30117 A3 1張電機支座 CJK30118 A1 1張8圓錐銷 CJK30119 A4 1張前擋板 CJK30120 A4 1張絲杠防護罩 CJK30121 A3 1張油管 CJK30122 A4 1張床鞍 CDJK40101 A0 1張潤滑系統裝配圖 CJK41000 A2 1張25摘 要隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。而在中國的機械加工設備的車床中普通車床占了很大比例。這已經越來越制約著當今工業(yè)的發(fā)展。而數控機床由于價格昂貴，且需要較高技術的加工工人。所以對機床進行自動化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床C6140的基礎上對其進行自動化改造。作者在搜索、查閱研究大量有關資料的基礎上，對機床自動化改造技術進行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統的設計。整個改造過程主要對車床縱、橫向進給系統進行改造，選用自動轉位刀架，由脈沖發(fā)生器來加工所需要的螺紋。整個控制系統以單片機為中心，通過編程對機床的驅動設備進行控制以達到所需要的加工程度。關鍵詞：機床改造； 自動化機床； 控制系統ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system目 錄第1章 緒論1第2章 國內外發(fā)展概況及現狀介紹5第3章 總體方案論證63.1確定何種傳動系統63.2選擇傳動裝置63.3選擇潤滑方式7第4章 具體設計說明84.1伺服電機型號選擇94.1.1進給電機功率的確定94.1.2伺服電機型號94.2縱向進給滾珠絲杠副的設計選擇104.2.1確定滾珠絲杠的支承方式114.2.2滾珠絲杠副參數的確定124.2.3對選定的滾珠絲杠副參數進行核算13第5章 結論22參考文獻23附件清單241緒論經濟型數控車床縱向進給系統設計及進給系統的潤滑設計?！爸鱾鲃酉到y”“縱向進給系統”和“橫向進給系統”可稱為車床的三大核心系統，其重要地位更是不言而喻的。三大系統的精確性、準確性、必將影響加工產品的性能。為什么我國的機械制造業(yè)與西歐等國家的制造業(yè)有著很大的差距，這就是因為我們沒有精良的加工工具或者是自動化系數遠遠的不及他們。制造業(yè)是關系到國際民生的大事，是富民強國的必要因素，必須在較短的時間內形成我們獨立自主的現代化制造體系。隨著時代的發(fā)展，科技的日新月異，數控技術的應用范圍日益擴大，數控機床及其系統己成為現代化機器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。鑒于我國機床擁有量大、工業(yè)生產規(guī)模小的特點，突出的任務是用較少的資金迅速改變機械工業(yè)落后的生產面貌，使之盡可能地提高自動化程度，保證加工質量，減輕勞動強度，提高經濟效益。而實現這一任務的有效的、基本的途徑就是普及應用經濟型數控，并對原有的機床進行數控改造。這就是本課題的來由。前提條件：l 床身上最大回轉直徑為400mml 加工最大工作長度1000mml 快進速度 z軸8 m/min.l 定位精度 z軸0.04 mm.l 重復定位精度 z軸0.01 mm.設計要求：縱向進給運動設計時，電機與絲杠采用柔性連接，電機選用伺服電機對電機的大小選擇進行驗證，對滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進行強度較核。潤滑系統設計要做到潤滑充分且達到各個潤滑點。本課題所設計的進給系統是針對經濟型中檔數控車床的，該系統設計成功一旦應用到生產實踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產力水平，減輕勞動強度，提高經濟效益。根據自己幾個月來的設計過程，編寫了這本設計說明書，由于自己的經驗不足，所學的知識有限，書中肯定存在著相當的一些問題，期望領導、老師給予批評、指正。 2 國內外發(fā)展概況及現狀介紹1自從第一臺商品數控機床問世以來 ，到1965年，世界主要工業(yè)國家的數控機床己進入了大批量生產階段。數控機床的產量，擁有量，數控化率都在急速上升。1970年前美國處于領先地位。1971年蘇聯生產數控機床2538臺，一舉超過美國，名列世界第一。1977年以前，蘇聯一直保持產量優(yōu)勢，以后日本的半導體技術及計算機技術迅猛發(fā)展，促進了數機床的生產。1976年日本數控機床產量是3300臺，1978年時為7300臺，1980年為22000臺，到1981年僅用4年時間便超過了其他各國而成為世界上最大的數控機床生產國，產量達到26000臺，基本上兩年翻一番。1981年，日本、美國、聯邦德國、法國、英國五國的數控機床總產量為39000臺，其中日本占66.2%，美國占19.8%，聯邦德國占8.3%,法國占2.9%，英國占2.8%。到期988年，日本年產數控機床約為50000臺，數控化率達70%.我國從1958開始研究數控機械加工技術，60年代針對壁錐，非圓齒輪等復雜形狀的工件研制出了數控壁錐銑床，數控非圓齒輪插齒機等設備，保證了加工質量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對航空工業(yè)等加工復雜形狀零件的急需，從1973年以來組織了數控機床攻關會戰(zhàn)，經過三年努力，到1975年己研制出了40多個品種300多臺數控機床。經過30年的努力，我國數控機床和數控系統的研制也歷經了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數控及第三代集成電路數控。從1975年到1979年，7年內累計生產數控機床4108臺（其中約3/4以上的數控線切割機床）。進入80年代，我國重新重視發(fā)展數控技術，采取了暫從國外引進控制機和伺服驅動系統，為國內主機配套的方針。1981年，我國從日本FANUC公司引進了FANUC3系列、5系列、7系列的數控系統和在直流伺服電機，直流主軸電機 技術，并在北京機床研究所建立了數控設備廠。于1981年底開始驗收投產，1982年生產約40套系統，1982年生產約100套系統，1985年生產約400套系統，伺服電機與主軸電機也配套生產。這些系統是外國70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機床行業(yè)發(fā)展數控機床有了可靠的基礎，使我國的主機品種與技術水平都有成套的發(fā)展與提高。我國己有少數產品開始進入國際市場，還有幾種合作生產的數機床返銷國外。目前，我國除了能獨立地設計與生產常規(guī)的數控機床外，還能生產五坐標數控銑床，加工中心以及柔性制造系統，如北京機床研究所開發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，昆明機床床廠THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說明，我國的機床數控技術進入新的發(fā)展時期，預計在不遠的將來會趕上或超過世界先進國家水平。3 總體方案論證31確定何種傳動系統經濟型的數控機床動力系統可分為三類 步進電機式:采用步進電機驅動與定位，是開環(huán)系統，同時限于造價，不再采用其它措施補償位置誤差。由于目前功率步進電機力矩還不太大，所以機床的空選擋速度較低，一般用于半精加工。這種系統具有2-3種插補功能，通過軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡單外形的曲面等十分靈活。由于性價比較恰當，一般中小型企業(yè)在技術力量和財力上都比較容易實現，因此在全國較容易推廣和普及。交流點位式:采用交流電機變頻驅動，用光柵數字點位控制，與步進電機相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達0.001mm，重復定位精度為0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機驅動，功率大，可進行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點位式系統只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋，功能上有限，而且成本高，使性能價格比相對下降，一般用于大企業(yè)或專業(yè)化工廠使用，國內用的很少。半閉環(huán)連續(xù)控制式采用直流伺服電機驅動，以脈沖編碼器檢測位置，實現半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機驅動，扭矩大，速度高，過載能力強，可進行強力切削。當絲杠螺母在6mm左右時，快速可達89m/min，且不丟步，效率高。該系統功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強操作大大簡化。以上三種驅動方式而言，各有利弊。經過比較選擇直流伺服電機驅動因為速度高，過載能力強，且擁有可編程序控制器，易學易用，在機床伺服控制系統中，步進電機開環(huán)執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價格低，且適合于開環(huán)控制等特點，因此在簡易數控機床中得到廣泛的應用。但由于步進電機步距角、功率較小，存在振蕩等弱點的限制，在高精度大功率應用場合并不很合適，故考慮采用伺服電機控制。3.2 選擇傳動裝置數控機床的傳動裝置是將電動機的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動的整個機械傳動鏈及其附屬結構。包括齒輪減速機，絲杠螺母副，導軌、工作臺等。在數控機床數字調節(jié)技術當中，傳動裝置是伺服系統中的一個重要環(huán)節(jié)，因此，數控機床的傳動裝置與普通機床中傳動裝置上有重要差別，故它的設計與普通機床傳動裝置的設計不同。數控機床傳動裝置的設計要求除了有較高的定位精度外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，即系統跟蹤指令信號的響應要快，穩(wěn)定性要好，為確保數控機床進給系統的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設計機械傳動裝置時，通常提出了無間隙，低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率有適應阻尼比的要求。設計任務要完成的設計是縱向進給系統的設計，一般來說此種系統的傳動裝置采用螺旋傳動。螺旋傳動主要用來把旋轉傳動變?yōu)橹本€運動，或把直線傳動變?yōu)樾D運動。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋；有以傳遞運動為主，并要求有較高的傳動精度的傳動螺旋；還有調節(jié)零件相互位置的調整螺旋。螺旋傳動機構又有滑動絲杠螺母、滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機構。在經濟型數控機床的進給系統中，螺旋傳動主要來實現精密的進給運動，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動機構。選用滾珠絲杠副傳動機構，因為此種機構有如下特點：a. 傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率為：0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了34倍（滑動絲杠效率為0.2 0.4）,因此，功率消耗只當于常規(guī)絲杠副的1/4 1/3。b. 給予適當預緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。c. 有可逆性，可以從旋轉運動轉化為直線傳動，也可以從直線傳動轉換為旋轉運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。d. 磨損小，使用壽命長，精度保持性好。33 選擇潤滑方式潤滑方式總體來說分為手動潤滑和自動潤滑，前者在現代化的加工制造業(yè)中使用己變得越來越少。本課題的潤滑系統有六個潤滑點：床鞍的兩個導軌（2點）拖板上的兩個導軌（2點）縱向進給絲杠螺母副的潤滑（1點）橫向滾珠絲杠副的潤滑（1點）VERSA電子程控潤滑器C型。由一套電子裝置控制電子齒輪泵，以時間或計數的周期方式工作，適用于單阻尼的潤滑系統。廣泛用于機械制造、紡織、沖壓、包裝機械、印刷機械等領域，是一種多用途，高性能的程控潤滑設備。因此選擇VERSA電子程控潤滑器能滿足潤滑系統的要求。