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浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程系
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱： CA6140普通車床數(shù)控化改造
專 業(yè)： 機(jī)電一體化
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
2008年 11 月 27 日
1、課題研究的現(xiàn)狀和意義
課題背景
1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。
我國目前機(jī)床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，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，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/半自動機(jī)床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機(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。
在美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個"永恒"的課題。我國的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團(tuán)、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代田工機(jī)公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。
研究意義
企業(yè)要在當(dāng)前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。
2、課題要解決的問題或研究的基本內(nèi)容
主要研究內(nèi)容
(1)縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核。
(2)床身部分改造。
(3)齒輪減速箱的設(shè)計。
(4)其他元件的選擇。
3、課題研究擬采用的手段和工作路線
課程設(shè)計方法：
1) 獨(dú)立思考，
2) 繼承和創(chuàng)新
設(shè)計時，要以現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床作為基本了解對象，深入了解現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的的現(xiàn)狀，認(rèn)真閱讀參考現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)資料，繼承或借鑒前人的設(shè)計經(jīng)驗和成果，但不能盲目地全盤抄襲，應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)計條件和要求，獨(dú)立思考，大膽地進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。只有這樣，才能做出高質(zhì)量的設(shè)計成果。
3) 全面考慮現(xiàn)有機(jī)床的精度.工藝性.經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)性等方面要求
機(jī)床任何零部件的機(jī)構(gòu)和尺寸，除去考慮它的強(qiáng)度剛度外，還應(yīng) 該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求、經(jīng)濟(jì)性要求、使用要求等才能確定。
4) 使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
設(shè)計時應(yīng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這有利于零件的互換性和工藝性，同時也可減少設(shè)計工作量、節(jié)省設(shè)計時間，對于國家標(biāo)準(zhǔn)或部門規(guī)范，一般都要嚴(yán)格遵守和執(zhí)行。設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的多少，是評價設(shè)計質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。因此，在畢業(yè)設(shè)計中，凡是有國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的，應(yīng)該盡量采用。
工作路線：
1)設(shè)計準(zhǔn)備
了解設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計要求、工作條件、設(shè)計內(nèi)容的步驟；通過查閱有關(guān)設(shè)計資料，到數(shù)控機(jī)床操作場所參觀實物征詢操作人員的建議等，了解設(shè)計對象的性能、結(jié)構(gòu)及工藝性；準(zhǔn)備好設(shè)計需要資料、繪圖工具；擬定設(shè)計計劃等。
2)機(jī)床部分裝配圖設(shè)計
繪制機(jī)床裝配圖；進(jìn)行起它的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和部件設(shè)計。
3)完成控制系統(tǒng)的部分連接控制電路圖
4)編制機(jī)床控制的程序
5)繪制機(jī)床工作原理圖
繪出零件的必要視圖、標(biāo)注尺寸、公差及表面粗糙度；編寫技術(shù)要求和標(biāo)題欄等
6)編寫設(shè)計說明書
寫明整個設(shè)計的主要計算和一些技術(shù)說明
4、課題研究計劃進(jìn)程
一、二周：接受畢業(yè)設(shè)計課題，根據(jù)課題內(nèi)容了解課題研究的現(xiàn)狀，并進(jìn)行實地考察，完成開題報告;
三、四周：進(jìn)行有關(guān)的計算。包括：工件最大加工直徑的設(shè)定,滾珠絲桿,聯(lián)軸器的設(shè)計計算.機(jī)床本體的設(shè)計.傳動裝置的計算.對刀裝置的設(shè)計.電動機(jī)的選擇。
五——八周：有關(guān)圖紙的繪制。
九周：對畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行檢查、糾正、整理、綜合；最后打印，交指導(dǎo)老師復(fù)查。
5、課題成果
設(shè)計說明書(√) 圖紙（√） 產(chǎn)品或作品（ ） 應(yīng)用程序（ ）
其它：
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師（簽名）：
年 月 日
教研室主任意見：
教研室主任（簽名）：
年 月 日
浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文
浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機(jī)電工程系
畢業(yè)設(shè)計（論文）
課題名稱：CA6140普通車床數(shù)控化改造
專 業(yè)： 機(jī)電一體化
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
2009年4月30日
摘要
普通車床CA6140的數(shù)控化改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對普通車床進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械改造，改造的內(nèi)容主要包括：
(1) 機(jī)床導(dǎo)軌部分的改進(jìn)，
對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。又因為貼塑比較實惠，效果優(yōu)良。為此，本設(shè)計采用貼塑。
(2) 機(jī)床進(jìn)給部分的改造，
機(jī)床的進(jìn)給部分在加工精度方面起到?jīng)Q定性的作用，原來的進(jìn)給主要是由滾動絲杠帶動的，但因其功率損失過大，靈敏性不好，所以在數(shù)控化改造過程中必須改成滾珠絲杠。因為滾珠絲杠能大部分彌補(bǔ)滾動絲杠所帶來的不足。
（3）在電機(jī)與絲杠傳動增加齒輪減速箱
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值，為了實現(xiàn)多脈沖當(dāng)量的任意選擇，我們可在電機(jī)與滾珠絲杠間加一個減速機(jī)構(gòu)，為了保證傳動精度，數(shù)控機(jī)床上需要使用的精度等級較高的齒輪，在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動，因而改造時，機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求，以保證機(jī)床加工精度。
關(guān)鍵字：普通車床， 數(shù)控改造， 導(dǎo)軌， 進(jìn)給，絲杠，
目錄
摘要………………………………………………………………………2
緒論………………………………………………………………………4
數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇…………………………………………………6
2.1數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇……………………………………………6
機(jī)械部分改造……………………………………………………………7
3.1主軸箱………………………………………………………………7
3.2機(jī)床導(dǎo)軌……………………………………………………………7
3.3機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造………………………………………………7
滾珠絲桿副的設(shè)計與選擇………………………………………………9
4.1 縱向滾珠絲桿副的選擇與校核……………………………………9
齒輪減速箱的設(shè)計………………………………………………………14
5.1齒輪減速箱箱體設(shè)計………………………………………………14
5.2軸承的選擇…………………………………………………………19
5.3絲杠軸承的選擇與校核……………………………………………20
結(jié)束語……………………………………………………………………24
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………25
1.緒論
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,增加了功能,提高了性能,簡化了結(jié)構(gòu).較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及形狀多變零件的加工問題。能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制：（1）數(shù)控機(jī)床價格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足；（2）目前，各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且替代下的機(jī)床閑置起來又會造成浪費(fèi)；（3）在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。
要較好的解決上述問題，應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。普通機(jī)床的改造就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)額定的加工工藝目標(biāo)。這一工作早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展，并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù)。目前，國外已發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)部門，從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看，機(jī)床的數(shù)控化改造也必不可少，如日本的大企業(yè)中有26%的機(jī)床經(jīng)過數(shù)控化改造，中小企業(yè)則達(dá)74%。在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù)。中國是擁有300多萬臺機(jī)床的國家，其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機(jī)床，自動化程度低。要想在近幾年用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是中國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的，因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為，它適合中國的經(jīng)濟(jì)水平、生產(chǎn)水平和教育水平，已成為中國設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一。
機(jī)床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)：（1）改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率；（2）適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)；（3）自動化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高；（4）降低對工人的操作水平的要求；（5）數(shù)控改造費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好；（6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。因此，我們必須走數(shù)控改造之路。
普通車床（如C616，C618，CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。
對普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實現(xiàn)多工序自動車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。
2．?dāng)?shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式的選取
2.1數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式的的選擇
數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
(1)步進(jìn)電機(jī)拖動的開環(huán)系統(tǒng)
系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動的位移量、速度和運(yùn)動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱該之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。
(2)異步電動機(jī)或直流電機(jī)拖動，光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。
(3)交/直流伺服電機(jī)拖動，編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機(jī)作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。
當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多，國外著名公司的如德國SIEMENS公司、日本FANUC公司；國內(nèi)公司如中國珠峰公司、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司選擇數(shù)控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度、驅(qū)動電機(jī)的功率和用戶的要求。本設(shè)計選用上海通用數(shù)控公司KT400-T經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)。
3機(jī)械部分的改造
為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能，保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度，微機(jī)進(jìn)給無爬行，使用壽命長、外型美觀，機(jī)械部分作了如下改動
3.1 主軸箱
對于數(shù)控化改造來說，經(jīng)濟(jì)性很重要。因此能不動的地方盡量避免。為此主軸箱不予改動。
3.2機(jī)床導(dǎo)軌
對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。增加耐磨性的方法有1，增加導(dǎo)軌的表面強(qiáng)度如：淬火；2，貼塑以降低摩擦系數(shù)μ。
因為貼塑操作方便，不需要很復(fù)雜的操作，也不需要將導(dǎo)軌拿下，而且價格便宜，也能達(dá)到我們預(yù)先設(shè)想的效果，所以使用貼塑的方法對機(jī)床導(dǎo)軌改裝。
貼塑的方法：
準(zhǔn)備：粘貼場地需要、清潔無塵，環(huán)境溫度10度以上，40度以下為宜，相對濕度<75%。軟帶采用單面萘鈉處理，深褐色一面為粘貼面，藍(lán)綠色為工作面。
裁剪：軟帶裁剪尺寸可案金屬導(dǎo)軌粘貼面的實際尺寸適當(dāng)放寬一些余量。
配膠：專用膠必須隨配隨用。
粘貼：軟帶剛粘在金屬導(dǎo)軌時需要前后挪動下，使其全面接觸。
固化：固化在室溫下進(jìn)行，固化時間為24小時，固化壓力為0.1mpa左右，加壓必須均勻。
加工：固化后先將工作臺沿導(dǎo)軌方向推行，然后翻轉(zhuǎn)，清除余膠切去軟帶的工藝余量并倒角。
3.3機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造
數(shù)控車床是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀架進(jìn)行運(yùn)動，相比傳統(tǒng)的普通車床有進(jìn)給箱和交換齒輪，結(jié)構(gòu)上大大的簡化了。
傳動總體方案的確定（縱向、橫向）
微機(jī)
光電隔離
光電隔離
電機(jī)
電機(jī)
橫向進(jìn)給
縱向進(jìn)給
4．滾珠絲桿副的設(shè)計計算及選擇
4.1滾珠絲杠副的計算及選擇
滾珠絲杠副的特點(diǎn)
滾珠絲杠副具有與滾動軸承相似的特征。與滑動絲杠副或液壓缸傳動相比，有以下主要特點(diǎn)：
（1） 傳動效率高 運(yùn)動平穩(wěn)性好 可預(yù)緊
（2） 傳動可逆性 與滑動絲杠副相比，滾動絲杠副突出的特點(diǎn)是具有運(yùn)動的可逆性。正逆?zhèn)鲃拥男蕩缀蹩筛哌_(dá)98%。滾珠絲杠副具有運(yùn)動的可逆性，但是沒有象滑動絲杠副那樣運(yùn)動具有自鎖性。因此，在某些機(jī)構(gòu)中，特別是垂直升降機(jī)構(gòu)中使用滾珠絲杠副時，必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置。
（3） 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動效率高，運(yùn)動平穩(wěn)，可預(yù)緊等特點(diǎn)，所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小，無爬行。并可消除軸向間隙和對絲杠進(jìn)行預(yù)緊拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
（4） 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時驅(qū)動相同的部件和裝置時，由于反應(yīng)靈敏，無阻滯，無滑移，其啟動的同時性，運(yùn)行中的速度和位移等，都具有準(zhǔn)確的一致性，這就是所謂同步性好。
縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核
(1)最大工作載荷計算
滾珠絲杠上的工作載荷Fm (N) 是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力。
由于原普通CA6140車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式3-2計算工作載荷的大小。
（3-2）
1）車削抗力分析
車削外圓時的切削抗力有Fx、Fy、Fz，主切削力Fz與切削速度方向一致，垂直向下，是計算車床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。且深抗力Fy與縱向進(jìn)給方向垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力Fx與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計或校核進(jìn)給系統(tǒng)是要用它。
縱切外圓時，車床的主切削力Fz可以用下式計算：
（3-3）
=5360(N)
由<<金屬切削原理>>知:
Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-4)
得 Fx=1340(N)
Fy=2144(N)
因為車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，車削作業(yè)時作用在進(jìn)給拖板上的載荷Fl、Fv和Fc與車刀所受到的車削抗力有對應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進(jìn)給拖板上的載荷可以按下式求出：
拖板上的進(jìn)給方向載荷 Fl=Fx=1340(N)
拖板上的垂直方向載荷 Fv=Fz=5360(N)
拖板上的橫向載荷 Fc=Fy=2144(N)
因此，最大工作載荷
=1.151340+0.04(5360+909.8)
=1790.68(N)
對于三角形導(dǎo)軌 K=1.15 ，f ′=0.03~0.05,選f ′=0.04(因為是貼塑導(dǎo)軌)，G是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向、橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.
(2)最大動載荷C的計算
滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷Ca選用，可用式3-5計算：
C=， (3-5)
L為工作壽命，單位為10r,L=60nt/10;n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n=;v為最大切削力條件下的進(jìn)給速度（m/min）,可取最高進(jìn)給速度的1/2~1/3;L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得L。=12mm；fm為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因為此時是有沖擊振動，所以取fm=1.5。
V縱向=1.59mm/r 1400r/min=2226mm/min
n縱向=v縱向1/2 /L。=22261/2 /12=92.75r/min
L=60nt/10=6092.7515000 /10=83.5
則 C= =1.51790.68=11740(N)
初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動載荷Ca不得小于最大動載荷C:因此有
Ca>C=11740N.
另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另
一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2~3.
初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝。考慮到簡易經(jīng)濟(jì)改裝，所以采用外循環(huán)。
因此初選滾珠絲杠的型號為CD63×8-3.5-E型，主要參數(shù)為
Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,λ=2o19′，圈數(shù)列數(shù)3.51
(3) 縱向滾珠絲杠的校核
1)傳動效率計算
滾珠絲杠螺母副的傳動效率為
= tgλ/tg(λ+φ)= tg 2o19′/tg(2o19′+10′)=92% (3-6)
2)剛度驗算
滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動平穩(wěn)性，
滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。
1_絲杠的拉壓變形量δ1
δ1=FmL / EA (3-7)
=1790.682280 / 20.610π(31.5)2
= 0.0064mm
2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2
采用有預(yù)緊的方式，
因此用公式 δ2= 0.0013 (3-8)
=
=0.0028mm
在這里 =1/3Fm=1/31790.68=597N
Z=π dm/Dw=3.1463/4.763=41.53
ZΣ=41.533.51=145.36
絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm
查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。
3)壓桿穩(wěn)定性驗算
滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷為Fk
=fzπEI/L （3-9）
式中：E為絲杠材料彈性模量，對鋼E=20.610 Mpa; I為截面慣性矩，對絲杠圓截面I=πd1/64（mm）(d1為絲杠的底徑)；L為絲杠的最大工作長度（mm）;fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-1查得。
由=fzπEI/L 且 fz=2.0 ， E=20.610Mpa ， I=πd1/64,
L=2800mm為絲杠的長度
由于 I =πd1/64
=π(63-5.953)/64
=3.1457.047/64=517903mm
=23.1420.610 517903/(2800)
=727959
=727959/1857
=392>>4
所以絲杠很穩(wěn)定。
因橫向滾珠絲桿副的選擇與縱向滾珠絲桿副的選擇相同，所以本設(shè)計不做重復(fù)演算。
選出縱向滾珠絲桿副的型號為:CD50×6-3.5-E
其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51
選橫向滾珠絲杠型號為:CD50×6-3.5-E
其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51
5齒輪減速箱的設(shè)計
5.1 減速器箱體的設(shè)計
一般機(jī)床數(shù)控改造后，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值，為了實現(xiàn)多脈沖當(dāng)量的任意選擇，我們可在電機(jī)與滾珠絲杠間加一個減速機(jī)構(gòu)，下面即是對減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程。
由資料中可知縱向和橫向的脈沖當(dāng)量分別為：
縱向 0.01 0.008 0.005
橫向 0.005 0.004 0.0025
為減少減速機(jī)構(gòu)的體積設(shè)定中心距A=(z1+z2)m/2=67.5
其中m=1.5 z1+z2=90(齒)
則以橫向脈沖計算為例
i=z1/z2=45/45時，則脈沖當(dāng)量為0.005mm
i=z1/z2=40/50時，則脈沖當(dāng)量為0.004mm
i=z1/z2=30/60時，則脈沖當(dāng)量為0.0025mm
因此縱向與橫向的減速機(jī)構(gòu)可以相同，為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣。
演算過程是取縱向輸入軸。
5.1.1．軸的計算：（縱向輸入軸）
由公式：
d ≥=A （3-10）
可初選軸的直徑
由于T=5N.m,由于采用的是45號鋼，正火硬度[]為170-217HBS,扭曲疲勞極限-1=124，軸材料的許用切應(yīng)力為45MPa
則對于縱向輸入軸：
d輸入= （3-11）
=
=8.2mm
在這里，d為軸的直徑(mm),T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm）, []為軸材料的許用切應(yīng)力（MPa）,則縱向輸入軸軸徑取18mm,輸出軸軸徑取25mm
綜上可知：縱向與橫向可用一種減速機(jī)構(gòu)。軸材料為45號鋼，精度5級。
5.1.2．減速器箱體尺寸
a=67.5mm
下箱體壁厚 =0.025a+3≥8 則=8
上箱蓋壁厚 =0.03a+3≥8 則=8
地角螺釘數(shù)目n 由于a≤250mm n=4
地角螺釘直徑 df=0.036a+12 取df=M8
齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離 2==8mm
5.1.3．減速齒輪
第一對齒n45與n45嚙合
計算公式為：
=1.6d
=0.5(D2+D1)
L=(1.2~1.5)d
一般取l=b
C=0.2b 但是不小于10
R=0.5l
N=0.5mn mn為模數(shù)
。=（2.5~4）mn 但是不小于8mm
圖3-1 齒輪結(jié)構(gòu)圖
因此輸入軸齒輪d=18mm
=1.6d=28.8mm
=67.5-3-7.5=57mm
=0.5(57+28.8)=42.9mm
=3.75mm
da=67.5mm
d。=0.25（57-28.8）=7.05mm
=1.2d=21.6mm
c=0.221.6=4.32mm
r=0.5=2.16mm
n=0.51.5=0.75
為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因D1=28.8〉d=18的原因會導(dǎo)致齒輪的剛度下降，采用圖3-2形狀，以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖B結(jié)構(gòu)。
圖3-2 齒輪結(jié)構(gòu)圖
則由上列數(shù)據(jù)可知
=21.6mm
da=67.5mm
d=18mm
ha=mn=1.5mm
hf=1.2mn=1.8mm
輸出軸用圖3-2結(jié)構(gòu)
則由公式得
d=25mm
=1.6d=40mm
=0.5(57+40)=48.5mm
=2.5 1.5=3.75mm
da=67.5mm
d。=0.25(57-40)=4.25mm
=1.225=30mm
c=0.2b30=10mm
r=0.5c=5mm
n=0.51.5=0.75mm
第二對齒n=40與n=50嚙合
則輸出齒輪
d=25mm
=1.5d=40mm
=da-2mn-2。=75-21.5-23.75=64.5
=0.5(D2+D1)=0.5(64.5+40)=52.25
=(2.5-4)=2.51.5=3.75
da=Z=1.550=75
=1.2d=1.225=30
r=0.5c=5
c=0.2b=10(不小于10)
n=0.51.5=0.75
輸入齒輪
d=18
ha=1.5
hf=1.8=1.2d=21.6
da=2=1.540=60
第三對齒n=30與n=60嚙合時，輸出齒輪
d=25
D1=1.6d=40
Da=Z=601.5=90
D2=Da-1.52-2。=90-3-7.5=79.5
。=2.51.5=3.75
D。=0.5(D2+D1)=0.5(40+79.5)=59.75
d。=0.25(D2-D1)=(79.5-40)0.25=9.875
=1.2d=1.225=30
c=0.2b=0.230=10(不小于10)
r=0.5c=5
n=0.5mn=0.51.5=0.75
輸入齒輪
d=18
ha=1.5
hf=1.8
=1.2d=21.6
da=Z=1.530=45
齒輪精度按：GB10095-88 6級精度 ，其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效率和低噪音，傳動效率為99%。
減速器簡圖
圖3-3 減速器簡圖
5.2 軸承的選擇
5.2.1．選型
深溝球軸承GB276-82
圖3-4 深溝球軸承
（1）減速器輸入端的軸承選擇：
d=18mm，則其型號為：，
深溝球軸承型號
d
D
B
額定動負(fù)荷C
額定靜負(fù)荷C。
極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）
1000803
18
26
5
1700N
1050N
19000r/min
（2）減速器輸出端的軸承選擇：
d=25mm則其型號為：，
深溝球軸承型號
d
D
B
額定動負(fù)荷C
額定靜負(fù)荷C。
極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）
1000805
25
37
7
2900N
2000N
15000r/min
5.2.2 校核
由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過60度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷Fa很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小。軸承合乎要求。
5.3 絲軸承的選型與校核
5.3.1滾珠絲杠用軸承的選型
選用型號 7602025TVP的60゜推力角接觸軸承
軸徑 d=25mm
外徑d=52mm
寬度B=15mm
球徑Dw=6.35mm
球數(shù)Z=16
動載荷Ca=22000N
靜載荷Coa=44000N
預(yù)加載荷500N
極限轉(zhuǎn)速2600r/min
5.3.2 校核
大部分滾動軸承是由于疲勞點(diǎn)蝕而失效的。軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴(kuò)展跡象前院運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)稱為軸承壽命（指的是兩個套圈間的相對轉(zhuǎn)數(shù)或相對轉(zhuǎn)速）。當(dāng)量載荷對軸承壽命影響頗大。
(1) 當(dāng)量載荷
滾動軸承若同時承受徑向和軸向聯(lián)合載荷，為了計算軸承壽命時在相同條件下比較，需將實際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷。在當(dāng)量動載荷作用下，軸承壽命與實際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。
當(dāng)量動載荷P的計算公式是：
P= （3-14）
表3.2 軸承滾動當(dāng)量動載荷計算的X,Y值
軸承類型
Fa/Cor e
單向軸承
雙列軸承
Fa/Fr≤e
Fa/Fr>e
Fa/Fr≤e
Fa/Fr>e
X Y
X
Y
X
Y
X
Y
角
接
觸
球
軸
承
α=
15°
0.015
0.38
1 0
0.44
1.47
1
1.65
0.72
2.39
0.029
0.4
1.40
1.57
2.28
0.058
0.43
1.30
1.46
2.11
0.087
0.46
1.23
1.38
2
0.12
0.47
1.19
1.34
1.93
0.17
0.50
1.12
1.26
1.82
0.29
0.55
1.02
1.14
1.66
0.44
0.56
1.00
1.12
1.63
0.58
0.56
1.00
1.12
1.63
當(dāng)量動載荷式中Fr為徑向載荷，N；Fa為軸向載荷，N；X，Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，可由上表查出。
上表中，e是一個判斷系數(shù)，它是適用于各種X,Y系數(shù)值的Fa/Fr極限值。試驗證明，軸承Fa/Fr≤e或 Fa/Fr>e時其X,Y值是不同的。單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng)Fa/Fr≤e時，Y=0,P=Fr,即軸向載荷對當(dāng)量動載荷的影響可以不計。深溝球軸承和角接觸球軸承的e值隨Fa/Cor的增大而增大。Fa/Cor反映軸向載荷的相對大小，它通過接觸角的變化而影響e值。
=0°的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當(dāng)量動載荷Pr=Fr;而=90°的推力軸承只能承受軸向力，其當(dāng)量動載荷Pa=Fa。
由于機(jī)械工作時常具有振動和沖擊，為此，軸承的當(dāng)量動載荷應(yīng)按下式計算：
P=fd(XFr+Yfa)
沖擊載荷系數(shù)fd由表3.3選取
表3.3：
載荷性質(zhì)
機(jī)器舉例
fd
平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕微沖擊
電機(jī)，水泵，通風(fēng)機(jī)，汽輪機(jī)
1.0~1.2
中等沖擊
車輛，機(jī)床，起重機(jī)，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)
1.2~1.8
強(qiáng)大沖擊
破碎機(jī)，軋鋼機(jī)，振動篩，工程機(jī)械，
石油鉆機(jī)
1.8~3.0
由于軸承載荷與縱向載荷之比：==0.25
C’
此軸承合乎要求
另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承，且載荷小于縱向，因此同理可驗證其是合理的。
結(jié)束語
這次畢業(yè)設(shè)計總計費(fèi)時一個多月，剛開始時不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書館查閱相關(guān)資料。有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關(guān)設(shè)計資料，終于知道了該怎么做。接下來選出一系列有價值的資料，向老師請教，終于完成了設(shè)計。
在做設(shè)計的過程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識，同時將所學(xué)到的知識充分的運(yùn)用起來，做到了學(xué)以致用，還學(xué)會了查資料。
當(dāng)然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識的不全面，所學(xué)的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課。
同時十分感謝王文深老師，是他多次犧牲假期時間為我們做畢業(yè)論文指導(dǎo)！使得我的論文可以答辯。
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