数控机床改造毕业设计

数控机床改造毕业设计内容摘要：

—— 数控系统 —— 伺服电机的信息转换系统，实现主轴转一圈，刀架纵向进给一个螺纹导程的车螺纹运动。 主轴脉冲发生器 为了加工螺纹或丝杠，需要配置主轴及脉冲发生器作为车床位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动，发出主轴转角位置变化信号，输送给数控系统。 数控系统按照所需加工的螺距进行计算处理 ,从而控制机床纵向横向伺服电机运转 ,实现加工螺纹的目的。 根据实际需要，在这里我选用海德 ISC58150021增量编码 器。 ISC58150021增量编码器技术参数如表 31所示： 表 31 ISC58150021增量编码器技术参数 输出波形 方波 电源电压 DC+5或 512V/+1224V 消耗电流 ≤ 150mA 工作湿度 3085 无结霜 响应频率 0～ 120KHZ 电源电压 980、 6ms 载空比 177。 冲击力 50、 10 最大转速 6000rmp 抗震力 MTBF3000h 起动力矩 输出电压 高电平 Vh、低电平 Vh 轴最大负载 质量 防护 防水、油、尘 工作温度 进给传动系统 纵向进给的改造与计算 纵向进给的 改造 纵向进给滚珠丝杠必须采用三点式支承形式。 伺服电机的布置，可放在丝杠的任一端。 由于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置伺服电机的减速齿轮，也可在滚珠丝杠的左端设计一个专用轴承支承座，而在素刚托架处布置伺服电机，机床改造常采用后一种布置方案。 在丝杠左端设计一个专用轴承座，采用一个轴套式滑动轴承作为径向支承，在滑动轴承的两侧分别布置一对推力球轴承承受两个方向的轴向力，支承短轴与滚珠丝杠通过联轴套连接起来，滚球丝杠可托架上，滚珠丝杠的 中间支承为滚珠螺母与床鞍直接连接。 如图 51所示。 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 8 页 图 32 纵向进给传动示意图 4— 推力球轴承 10— 径向滑动轴承 3— 左端轴承座 5— 左接拉杆 9— 联轴套 7— 滚珠丝杠螺母副 8— 螺母座 11— 丝杠托架 12— 伺服电机 （ 1）滚珠丝杠 纵向进给滚珠丝杠的相关参数如下表 32： 表 32 纵向进给滚珠丝杠的相关参数 名称 符号 公式 35061LW 公称直径 0d 38 导程 0L 6 接触角  3176。 7’ 钢球直径 (㎜ ) qd 滚道法面半径 R qdR  偏 心距 e sin)2/( qdRe  螺纹升角  00dLarctg   3176。 7’ 螺杆外径 d qddd )~(0  40 螺杆内径 1d Redd 2201  螺杆纹接触直径 Zd co s0 qZ ddd  螺母螺纹直径 D RedD 220  螺母内径 1D qddD )~(01  纵向进给的计算 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 9 页 纵向进给滚珠丝杠必须采用三点式支承形式。 伺服电机的布置，可放在丝杠的任一端。 在左端设计一个专用轴承支承座，而在丝杠托架处布置伺服电机和减速齿轮。 如上图 32 （ 1） 已知条件：工作台重量 W=2300N，加速时间常数 t=25s，滚珠丝杠基本导程 L0=6mm,快速进给速度 v=98m/《机床设计手册》可知 ,切削功率 PC=Pη K （公式 31） 式中 P—— 电动机功率，查机床说明书， P=4kw； η —— 主传动系统总效率，一般为 ～ ,η =。 k—— 进给系统功率系数，取 k=. 则 PC = kp =  = 切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切 削力 (或转矩 )和最大切削转速 (或转速 )来计算 ,即 PC= 31060 ZF 或 PC=9550TN 式中 ZF —— 主切削力（ N）  —— 切削速度 ( minm ) T—— 切削转矩 (N178。 m) N—— 主轴转速 ( minr ) 设按最大切削速度来计算 ,取  = min98m ,则主切削力 FZ= 31060  CP = 981 0 0  = 由《机械设计手册》可知，在外圆车削时 FX=（ ～ ） FZ 取 FX =179。 FZ=179。 = （ 2）滚珠丝杠设计计算 滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副有设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 计算作用在丝杠上的最大动负荷首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给抗力，计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命值计算出丝杠副应能承受的最大动载荷。 PHwq FffGF 3 （公式 32） 式中 FP—— 工作负载（ N），指数控机床工作时实际作用在滚珠丝杠上的轴向力； Hf —— 运转系数，一般运转系数 Wf 取 ～ ,有冲击的运转 Wf 取 ～。 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 10 页 Hf —— 硬度系数，为 60HRC时， Hf 为 1；为 60HRC时， Hf １； G—— 寿命（以转为单位１，如 150万转）。 寿命 G可按下式计算： 168。 1060 6nTG 式中 n—— 滚珠丝的转速（ r/min） T—— 使用寿命时间（ h），数控机床 T取 15000h。 工作负载的数值可用《机床设 计手册》中进给牵引力的实验公式计算，对于三角或综合导轨 )(, WFfkFF ZXP  （公式 34） 式中 FX、 FZ—— 切削分力； W—— 移动部件的重力（ 800N）。 K—— 考虑颠覆力的矩影响的系数， k=。 39。 f —— 导轨上的摩擦因数， 39。 f = ～ ,取 39。 f ＝。 则 FP＝ [  +(+2300)]N= N 当机床以线速度 V=98m/min,进给量 f=,车削直径 D=80mm的我外圆时，丝杠的转速 39810 30  dLfN mm/min=则 G=61060nT 6101 5 0 0 万转 = 根据工作负载、寿命 G，取 wf =12, Hf =1，计算出滚珠丝杠副承受的最大动负荷 PHwQ FffGF 3 = 7 5  = 由查滚珠丝杠地产品 或《机床设计手册》，选择丝杠的型号。 例如参照某厂滚珠丝杠的产品样本，选择滚珠丝杠的直径为 38mm，型号为 35061LW 其额定动载荷是 20500N，强度足够用。 (3)效率计算 根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率为 )tan(tan0    （公式 35） 式中  —— 螺纹的螺旋升角，该丝杠为 Φ —— 摩擦角，Φ约等于 10′ 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 11 页 则 0 = （ 4）刚度验算 滚珠丝杠工作时受轴向力和扭转的作用，将引起基本导程的变化，因滚珠丝杠受扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量为 ESLFL P 00  （公式 36） 式中 E—— 弹性模量，对于钢， E=2610 cmN S—— 滚珠丝杠截面积（按丝杠螺纹底径确定 d，若 d=）， 则 S= cm = 其中，“ +”用于拉伸，“ ”用于压缩时 则 0L = 6   =  cm 丝杠 1m长度上导程变形误差为 0L = 6 =14 mum 因 3级精度丝杠允许的螺距误差为 15，故此丝杠的精度足够。 纵向滚珠丝杠的安装： （ 1）拆下普通滑动丝杠与溜板箱，取消丝杠与主轴箱齿轮的传动联系，利用原机床进给箱的安装孔和销孔安装齿轮箱体，滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置，两端采用原固定方式这样可减小改装现场，并且由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠 ，从而使纵向进给整体刚性优于以前。 （ 2）拆下丝杠右端的支撑座，在坐标镗床上将其孔径镗至 40mm，便与伺服电动机的支撑轴相配合； （ 3）车削两个轴套（分别为一长一短），长套用于连接丝杠左端和左支撑座，短套用于连接丝杠右端与伺服电机转轴； （ 4）对安装螺母的配件进行刨、磨、钻、铰和攻丝等加工，使其符合安装条件； （ 5）总装后，进行局部调整（如滚珠丝杠与道轨的平行度、螺母间隙和螺母上下前后位置等），力求使滚珠丝杠受力均匀，传动平稳，无传动间隙。 横向进给的改造与计算 横向进给的改造 横向滚珠丝杠也采用三点式支承形式。 伺服电机一般采都安在床鞍的后部 ,靠近操作都一端 ，布置一根支承短轴通过一个联轴套与滚珠丝杆连接起来。 利用车床原横向进给丝杆可滑动轴承作为径向支承，并对原支承处进行适当改装布置一对推力球轴承，以实现轴向支 湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 12 页 承 ,在远离操作者的一端，用一个联轴套和一根连接短轴把滚珠丝杠与减速箱输出轴连接起来，滚球螺母直接固定在中滑板上。 车床横向传动的支承结构如 52 所示。 图 33 横向进给传动示意图 1伺服电机 2支承架 7联轴套 5滚珠丝杠螺母副 6螺母座 8支承短轴 （ 1）滚珠丝杠 横向进给滚珠丝杠的相关参数如下表 33： 表 33 横向进给滚珠丝杠的相关参数 名称 符号 公式 20201LW 公称直径 0d 25 导程 0L 4 接触角  4176。 33’ 钢球直径 (㎜ ) qd 滚道法面半径 R qdR  偏心距 e sin)2/( qdRe  螺纹升角  00dLarctg   4176。 33’ 螺杆外径 d qddd )~(0  螺杆内径 1d Redd 2201  螺杆纹接触直径 Zd co s0 qZ ddd  螺母螺纹直径 D RedD 220  螺母内径 1D qddD )~(01  湖 南 铁 道 职 业 技 术 学 院 HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 第 13 页 横向进给的计算 （ 1）假设已知条件：工作台重量 W=2300N，时间常数 t=25ms，滚珠丝杠基本导程L0=4mm(左旋 )，快速进给速度 max =98m/min。 《机床设计手册》可知 ,切削功率 PC=Pη K （公式 37） 式中 P—— 电动机功率，查机床说明书， P=4kw； η —— 主传动系统总效率，一般为 ～ ,η =。 k—— 进给系统功率系数，取 k=. 则 PC =Pη K == 切削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力 (或转矩 )和最大切削转速 (或转速 )来计算 ,即 PC= 31060 ZF 或 PC=9550TN 式中 FZ—— 主切削力（ N） ν —— 切削速度 ( minm ) T—— 切削转矩 (N178。 m) n—— 主轴 转速 ( minr ) 设按最大切削速度来计算 ,取 min98m ,则主切削力 FZ= 31060  CP = 98  N= 由《机械设计手册》可知，在外圆车削时 FX=179。 FZ , 取 FX=179。 = （ 2)滚珠丝杠设计计算 滚珠丝杠副已经标准化，。