畢業(yè)設計（論文）題目C618數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)設計系（院）機電工程系專業(yè)機械設計制造及其自動化班級2010級1班學生姓名xx學號xxxxxx指導教師xx職稱xx二〇一四年六月二十日獨創(chuàng)聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計(論文)，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名:年月日畢業(yè)設計（論文）使用授權聲明本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復制手段保存設計（論文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng)，公布設計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名:年月日濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）第一章概論1.1、數(shù)控機床的發(fā)展簡史1.1.1、數(shù)控機床的起源美國帕森斯公司受美國空軍的委托，要加工飛機的螺旋槳葉片，但當時的機床根本加工不了這樣高精度、復雜曲面。于是提出了設想，把普通機床改造成數(shù)控機床，于是這個公司在麻省理工學院的幫助下，將第一臺立式銑床改造成數(shù)控機床，從此數(shù)控機床的時代開始[]。1.1.2、數(shù)控機床的興起自從第一臺數(shù)控銑床問世之后，其他發(fā)達國家分別改造了自己的第一臺數(shù)控機床。后來這些國家開始大量改造并生產(chǎn)數(shù)控機床，但幾乎都是用電子管、晶體管、和集成電路來控制的，發(fā)展比較緩慢。70年代后，開始出現(xiàn)用集成電路和計算機控制機床了，這時機床步入了小型、便宜的時期。80年代后，數(shù)控機床更加成熟了，在機床控制中的監(jiān)控、檢測和自動換刀等方面有了長足的進步，使得加工精度提高，數(shù)控機床也得到了發(fā)展。90年代后，數(shù)控機床變得很普遍了，數(shù)控機床開始更深入的發(fā)展，出現(xiàn)了柔性自動生產(chǎn)，數(shù)控機床的發(fā)展進入成熟階段了[]。1.1.3、數(shù)控機床的高潮21世紀，科技大爆炸的時代，無論在軍事方面還是企業(yè)加工方面，數(shù)控機床的應用越來越廣，也越來越高端。隨著各方面技術的發(fā)展，使得數(shù)控機床的技術也大幅度得到提升，數(shù)控機床走向高精尖的領域。而且還出現(xiàn)了更大體積的機床，智能化的機床等等[]。1.1.4、數(shù)控機床的發(fā)展方向未來的數(shù)控機床集加工工序、檢測檢驗、高加工速度、高效率加工、產(chǎn)品高精度加工、復合化加工、多軸加工、智能化加工等為一體，實現(xiàn)數(shù)控機床空前的加工能力[]。1.2、國內(nèi)數(shù)控機床狀況分析國內(nèi)數(shù)控改造研究成果已經(jīng)有很多，在知網(wǎng)的期刊中查閱了相關，其中有CA6140普通車床數(shù)控化改造，與C618車床數(shù)控改造具有相似的之處。中國興起了很多數(shù)控機床改造的企業(yè)，他們一直在進行機床的創(chuàng)新改造，數(shù)控機床生產(chǎn)改造的公司有：華興數(shù)控技術有限公司主要開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動電源的開發(fā)、廣泰數(shù)控設備有限公司也是從事數(shù)控系統(tǒng)和電源方面等。他們生產(chǎn)了很多的數(shù)控機床，為中國數(shù)控機床的發(fā)展貢獻了自己的力量，同時他們的研究對我研究的課題C618普通車床的主傳動系統(tǒng)的設計改造有很大的幫助，使自己的設計有個明確的方向。國內(nèi)外對舊機床的改造設計已經(jīng)成為一個行業(yè)，而且中國的機床市場巨大，技術含量不高，需要不斷的創(chuàng)新設計[]。1.3、機床數(shù)控化改造的必要性1.3.1、微觀看改造的必要性

從下面幾個微觀方面可以看出，數(shù)控改造的必要性：

1、能加工曲線、曲面等復雜的零件；

2、能實現(xiàn)自動化加工，而且是柔性自動化，效率遠遠超過普通車床。計算機具有記憶和存儲能力，輸入編好的程序，就能存放在電腦中，當需要這方面加工時，就可從程序庫中調(diào)出來，按程序順序自動加工，從而實現(xiàn)自動化。當要加工另一種零件，只需更換一個程序，就能自動加工另一種零件，從而實現(xiàn)單件和小批生產(chǎn)的自動化，這就是‘柔性自動化’；

3、數(shù)控機床加工的產(chǎn)品的精度比普通車床高；

4、數(shù)控機床能將工序的集中，減少了在機床間頻繁搬運零件；

5、數(shù)控機床能檢測報警、自動補償?shù)龋@樣方便更好的控制加工過程。

1.3.2、宏觀看改造的必要性

我國的數(shù)控機床數(shù)量巨大，而且現(xiàn)在社會發(fā)展需要更多高精度的數(shù)控機床，所以進口的機床占主要的部分，國內(nèi)機床的占有率比較低。中國的數(shù)控機床普遍以中低檔為主，而且國內(nèi)有超大量的普通機床；另外國外高精度的數(shù)控機床的涌進，對國內(nèi)數(shù)控機床的發(fā)展產(chǎn)生很大影響，對普通機床的改造創(chuàng)新勢在必行，而且在這個時代，各種復雜的曲線、曲面加工的出現(xiàn)，普通機床無法做到，達不到高精度的要求。在國外機床的數(shù)控改造與創(chuàng)新是一個新興的行業(yè)，中國如此多的普通機床，而且數(shù)量極多，所以這個行業(yè)也是很有發(fā)展?jié)摿Φ?，既滿足了社會發(fā)展的需要，又能為社會創(chuàng)造價值，因此機床的改造是很需要的。第二章總體設計方案的確定C618車床數(shù)控改造的總體方案如圖2-1所示：C618機床改造主要針對主傳動部分，將原來的電機改為變頻交流電機，并且加上電磁離合器實現(xiàn)主軸的級數(shù)變化，從而達到主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；而在進給方面，主要是用電機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)縱橫向的進給運動；刀架的自動轉(zhuǎn)位也是用電機驅(qū)動實現(xiàn)自己控制的。圖2-1總體方案設計圖圖2-1是C618車床主傳動部分數(shù)控改造的總體方案示意圖，圖中顯示，一個工件毛坯能由加工工件圖紙經(jīng)過數(shù)控編程，手動輸入計算機或者自動生成程序，控制計算機，發(fā)出指令，經(jīng)功率放大器控制橫向和縱向的步進電機轉(zhuǎn)速，再經(jīng)過變速箱的分級變速驅(qū)動滾珠絲杠，從而實現(xiàn)橫向和縱向的進給運動。主軸部分也是經(jīng)程序指令，調(diào)節(jié)交流無級變速電機轉(zhuǎn)速，再通過電磁離合器的吸合與分離控制齒輪級數(shù)，從而實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速變換。第三章主傳動部分改造與設計3.1、主傳動部分改造方案確定異步交流電動機的調(diào)速方法可分為三種：變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差調(diào)速。轉(zhuǎn)速計算公式為:，當頻率改變時就可獲得相應的速度方法稱為變頻調(diào)速；改變磁極對數(shù)調(diào)速的方法稱為變極調(diào)速；改變電機轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法稱為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。表3.1異步電動機調(diào)速指標的比較項目調(diào)速方法變轉(zhuǎn)差率變頻變極轉(zhuǎn)子串電阻串極調(diào)速調(diào)壓調(diào)速電磁調(diào)速電機同步轉(zhuǎn)速變變不變不變不變不變靜轉(zhuǎn)差率小小大小開環(huán)時大閉環(huán)時小開環(huán)時大閉環(huán)時小調(diào)速范圍較大較小小較小閉環(huán)時較大閉環(huán)時較大調(diào)速平滑性好（無級調(diào)速）差（有級調(diào)速）差（有級調(diào)速）好（無級調(diào)速）好（無級調(diào)速）好（無級調(diào)速）適應負載類型恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩通風機恒轉(zhuǎn)矩通風機恒轉(zhuǎn)矩設備投資多少少較多較少較少電能損耗較小大大較小大大異步電機變頻器具有較寬的調(diào)速范圍，高平滑度，優(yōu)勢良好的機械性能，可以輕松實現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩無級調(diào)速，直流電機調(diào)速器和弱磁調(diào)制的功能和整體運行速度很相似。目前異步電機變頻器調(diào)速已經(jīng)成為速度控制的主要方法，通過比較課程設計的序列電機速度控制方法采用變頻調(diào)速的方法。改變主軸電機，通過電機變頻調(diào)速并配上簡單的齒輪速實現(xiàn)自動變速，具有磁離合器控制齒輪傳動的速度實現(xiàn)部分替代。無級變速可以選擇最合理的切削參數(shù)、操作速度快、操作方便，因此簡化了機械結(jié)構(gòu)。無級變速是采用交流和直流變速電機調(diào)速，但直流電機的恒功率調(diào)速范圍很小，并且換向是有限的，它主要是用來交流變頻主軸驅(qū)動系統(tǒng)。與直流電機變速性能的交流調(diào)速電機，額定轉(zhuǎn)速以下的是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，以上的是恒功率區(qū)。一般主軸電機轉(zhuǎn)速恒功率速度范圍內(nèi)，主軸驅(qū)動系統(tǒng)有較大恒功率速度范圍，需要增加裝備，以確保更大范圍。使用車床主軸交流感應電機，驅(qū)動器，數(shù)控單元構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)。從交流電動機的轉(zhuǎn)速、級對數(shù)、頻率及轉(zhuǎn)差率的關系可以看出，改變電源的頻率，電機的速度是可以改變的，其速度正比于頻率?？紤]機器的設計要求，AC逆變器電機和變速箱搭配，即分段無級變速。主軸反轉(zhuǎn)及制動使電機停止是由數(shù)控系統(tǒng)控制的，主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖3-1圖3-1主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖3-2是機床主軸功率特性和轉(zhuǎn)矩特性要求。這兩個特性曲線以nj為界，從分界到最大轉(zhuǎn)速區(qū)域Ⅰ恒功率區(qū)，在這個區(qū)域，可以輸出在該區(qū)域的任何主軸轉(zhuǎn)速額定功率，主軸轉(zhuǎn)速下降時最大轉(zhuǎn)矩上升。從最低轉(zhuǎn)速到nj為區(qū)域Ⅱ恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。在這個區(qū)域中，轉(zhuǎn)速的下降不影響最大轉(zhuǎn)矩的增加，在任何轉(zhuǎn)速下提供的轉(zhuǎn)矩不超過計算轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，這是機床主軸扭矩最大扭矩。在該地區(qū)，主軸能輸出最大功率，然后與主軸轉(zhuǎn)速的衰亡。通常情況下，恒功率區(qū)占整個主軸轉(zhuǎn)速范圍三分之二至四分之三，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)約占四分之一至三分之一。圖3-3顯示了變速電機的功率特性。恒功率區(qū)是從額定轉(zhuǎn)速到最大轉(zhuǎn)速nmax的I區(qū)，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)是從最低轉(zhuǎn)速到nd的Ⅱ區(qū)域。直流電動機額定轉(zhuǎn)速通常為1000r/min-1500r/min。通過調(diào)節(jié)磁通從nd至nmax獲得轉(zhuǎn)速，稱為調(diào)磁調(diào)速；調(diào)節(jié)電驅(qū)電壓的范圍從nmin至nd獲得電機轉(zhuǎn)速，叫調(diào)壓調(diào)速。調(diào)頻交流電機是通過調(diào)節(jié)電源頻率實現(xiàn)調(diào)速的，通常額定轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，兩種電機恒功率調(diào)速范圍為2-4，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍可超過100。圖3-2主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性圖3-3變速電動機的功率特性分段無級變速是在交流或直流電機無級調(diào)速并加上齒輪變速的變速，中、高速段的恒功率傳動是用分段無級變速實現(xiàn)的，低速段的恒轉(zhuǎn)矩傳動也是。在這個系統(tǒng)中，主軸的正反轉(zhuǎn)和制動停止是通過NC直接控制電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，而主軸的調(diào)速是由電動機的無級變速與齒輪的有機變速配合來實現(xiàn)的。3.2、主傳動部分設計計算主傳動部分設計主要針對電機的選擇設計，分段無級變速傳動的設計，分級變速箱的設計和電磁離合器的設計，下面分別進行分析計算。3.2.1、電動機的選擇設計后車床主軸變速范圍[]；主傳動系統(tǒng)機械總效率的系數(shù)；最大切削功率為；最小切削功率為。則電動機初選功率為，據(jù)電動機規(guī)格，可選擇或的電動機。表格3.2電動機的兩種選擇方案交流主軸電機主軸與變速機構(gòu)型號PD（kw）RDPNDsminRDTnjRnPRnTRFi∑YP160M2-41134503.383303.3101/18YP160L-41533354.51141/13.4電動機最小輸出功率計算1）、計算在最低轉(zhuǎn)速下主軸的最小功率，即電機輸出功率(3-2)2）、計算電動機的最低轉(zhuǎn)速由式：(3-3)計算所得結(jié)果功率為11kw的電動機最低轉(zhuǎn)速為：（）功率為，電機最低轉(zhuǎn)速（）式中：nd為電動機的基本轉(zhuǎn)速，單位為r/min；PD為電動機的額定功率，單位為kw。經(jīng)計算，選擇功率為、型號為的交流調(diào)頻電動機[]。3.2.2、分段無級變速傳動設計1、電動機額定轉(zhuǎn)速的計算1）、電動機額定轉(zhuǎn)矩為(3-4)2）、電動機最小轉(zhuǎn)矩為(3-5)其中電機最大轉(zhuǎn)速3）、恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的電動機轉(zhuǎn)速變速范圍(3-6)4）、恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的主軸轉(zhuǎn)速的變速范圍RnT=RDT=3.3(3-7)5）、恒功率區(qū)的電動機轉(zhuǎn)速變速范圍(3-8)2、主軸參數(shù)的計算1）、計算主軸轉(zhuǎn)速nj(3-9)2）、恒功率時主軸變速的范圍(3-10)3）、分級變速機構(gòu)的變速范圍(3-11)4）、主傳動系統(tǒng)總降速比i∑(3-12)3.2.3、分級變速箱的設計(一)、分級變速箱的設計在設計數(shù)控車床的分級變速箱時，要保證級變速箱設計的原則，另外還要考慮變速箱的公比Φ。在分級變速箱的設計中有公比可以的選擇：第一種、。第二種、假如要簡化變速箱的結(jié)構(gòu)，獲得較小的變速級數(shù)，肯定需要較大的公比。第三種、在復雜曲面的、端面、階梯軸的切削中，可能需要保持一定速度的切削。綜合考慮上述三種情況，應選擇第一種情況的公比。(1)、選擇第一種公比。則RnP=ΦZ-1RdP=ΦZ(3-13)變速箱的變速級數(shù)(3-14)其中：Φ變速箱的公比，轉(zhuǎn)速圖如下圖3-4（a）所示，電機傳動比2:3變換，使變速箱的軸Ⅰ得到在恒功率下的轉(zhuǎn)速為和在恒轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速為。假如在軸之間為兩對傳動比為的齒輪傳動，主軸可以獲得恒功率轉(zhuǎn)速的范圍。當主軸的轉(zhuǎn)速下降至時，電動機的轉(zhuǎn)速會下降至額定轉(zhuǎn)速下的。假如電機轉(zhuǎn)速再繼續(xù)的降低，這時就會轉(zhuǎn)到恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，同時最大輸出功率將隨電機轉(zhuǎn)速的下降而減小。這些變化在圖的功率特性圖上在展示出來，主軸的恒功率轉(zhuǎn)速在段時為，電機轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速時，最大輸出功率將沿段下降。圖3-4傳動系統(tǒng)及功率特性圖當電機轉(zhuǎn)速從下降至時，主軸恒功率轉(zhuǎn)速是從下降至，還在段。當主軸轉(zhuǎn)速下降至時，變速箱就會變速，調(diào)節(jié)傳動比為改變主軸的轉(zhuǎn)速，這時電機轉(zhuǎn)速變?yōu)樽畲笾怠．斨鬏S轉(zhuǎn)速從下降至，在段上。當電機轉(zhuǎn)速下降至時，主軸轉(zhuǎn)速下降至，為主軸的最低速度，此時電機最大輸出功率(3-15)即為額定功率的。在上圖3-4（b）中，是一條直線。在圖中可以看出，主軸恒功率變速的范圍分為三段，每段變速范圍等于，因此變速箱的公比。表3.3為主軸轉(zhuǎn)速與有級級數(shù)的關系。表3.3主軸轉(zhuǎn)速與有級級數(shù)的關系n/r?min-1有級級數(shù)nY/r?min-130≦n<111Ⅰ[（2/3）×（20/60）×（20/60）]405-1500111≦n<333Ⅱ[（2/3）×（20/60）×（20/60）]1500-4500333≦n<1000Ⅲ[（2/3）×（40/40）×（20/60）]1500-45001000≦n≦3000Ⅳ[（2/3）×(40/40）×(40/40）]1500-4500圖為轉(zhuǎn)矩特性。從至，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而上升，點輸出主軸的最大轉(zhuǎn)矩。至是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，至也分為三段。(二)、傳動方案的確定(1)、傳動方案的設計計算計算得：，取i1=1i2=1/3I3=1i4=1/3故?。?40=40=20=60=40=40=20=60(2)、齒輪的設計計算大小齒輪都選用號鋼，小齒輪硬度在之間，大齒輪硬度在之間，精度等級六級，模數(shù)，齒寬，螺旋角[]所以：=mz1=2.5×40=100（）(3-16)=2.5×40=100（）=2.5×20=50（）=2.5×60=150（）=2.5×40=100（）=2.5×40=100（）=2.5×20=50（）=2.5×60=150（）經(jīng)檢驗，符合要求。3.2.4、電磁離合器的設計因為電磁離合器能直接被自動控制，而且市場上有很多適合的產(chǎn)品，所以它成了自動控制裝置中不可少的操作元件。在數(shù)控車床中使用電磁離合器，很大程度的簡化了機械結(jié)構(gòu)，變速簡單，離合器被安裝在各傳動軸上，通過吸合和分離改變齒輪的傳動路線，從而實現(xiàn)了主軸的變速。圖3-5電磁離合器變速的主傳動系統(tǒng)圖圖3-5是利用電磁離合器實現(xiàn)變速的傳動系統(tǒng)圖，四對嚙合的齒輪構(gòu)成二級齒輪變速。在與空套在驅(qū)動軸聯(lián)接電磁離合器連接齒輪，驅(qū)動軸空轉(zhuǎn)齒輪和電磁離合器拉，以便驅(qū)動。因此，當拉力和分離離合器的傳輸線的組合是可以改變的，主軸轉(zhuǎn)速的變化。圖3-5中有4種從離合器的四種組合來的傳輸方式，但是有兩個齒輪的齒數(shù)是相同的，所以傳輸線路4種只可以得到三種轉(zhuǎn)速（如下表3.4）表3.4電磁離合器動作與傳動比電動機轉(zhuǎn)速(r?min-1)主軸轉(zhuǎn)速(r?min-1)傳動比電磁離合器M1M2M3M41500-45001000≦n≦3000i=（2:3）（Z′1/Z1）×（Z3/Z3）=2:3+-+-1500-4500333≦n<1000i=（2:3）（Z′1/Z1）×（Z4/Z4）=1:3+--+i=（2:3）（Z′2/Z2）×（Z′3/Z3）=1:3-++-1500-4500111≦n<333i=（2:3）（Z′2/Z2）×（Z′4/Z4）=1:9-+-+405-150030≦n<111i=（2:3）（Z′2/Z2）×（Z′4/Z4）=1:9-+-+當數(shù)控裝置中輸出主軸轉(zhuǎn)速時，比較器就會根據(jù)的值進行比較：當時，電磁離合器與吸合，與分開，這時系統(tǒng)的傳動比為，電機恒功率轉(zhuǎn)動，且。當時，電磁離合器與吸合，與分開，這時的系統(tǒng)傳動比也為，電機恒功率轉(zhuǎn)動。當時，電磁離合器與吸合，與分開這時系統(tǒng)的傳動比為，電機恒功率轉(zhuǎn)動，且。當時，電磁離合器與吸合，與分開，這時系統(tǒng)的傳動比為，電機恒功率轉(zhuǎn)動。第四章伺服進給系統(tǒng)的改造設計與計算伺服進給系統(tǒng)的設計是C618經(jīng)濟型數(shù)控改造的主要部分，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控車床的執(zhí)行機構(gòu)，接收數(shù)控系統(tǒng)的指令就能進行相應的動作。伺服進給系統(tǒng)的控制可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。本文采用步進電機為驅(qū)動的開環(huán)控制方式，下面進行計算分析。4.1、縱向進給系統(tǒng)的設計與計算4.1.1、進給系統(tǒng)的設計內(nèi)容C618數(shù)控改造，加上滾珠絲桿，垂直驅(qū)動步進電機和齒輪箱安裝在車床的尾巴。數(shù)控車床齒輪通過滾珠絲杠驅(qū)動由步進電機驅(qū)動刀左右移動。縱向進給系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容有：滾珠絲杠設計計算和選擇，選擇的減速比確定和變速箱的設計，步進電機。4.1.2、縱向進給系統(tǒng)的設計計算（1）已知條件：1）、/脈沖2）、3）、4）、（2）、縱向進給切削力Fz的確定根據(jù)《機床設計手冊》查出，（4-1）式中：是進給系統(tǒng)電機功率是主傳動電機功率已知前面計算得：取比例系數(shù)為4%則Pdf=Pa×4%=0.44kw（4-2）根據(jù)《機床設計手冊》查出，F(xiàn)y=（4-3）式中：是進給系統(tǒng)的效率，范圍是，取Vf是進給速度，從《實用機床設計手冊》查出：（4-4）取則，切削深度，走刀量從《實用機床設計手冊》查出：=（0.1～0.6）（4-5）=（0.15～0.7）（4-6）=0.5=0.5×4712.4=2356.2（N）=0.6=0.6×4712.4=2827.44（N）（3）、滾珠絲杠的設計計算滾珠絲杠副有國標標準，滾珠絲杠副的設計計算實質(zhì)是滾珠絲杠副型號的選擇。1）、額定動載荷與計算動載荷C（4-7）式中：fh壽命系數(shù)fd載荷性質(zhì)系數(shù)fH動載荷硬度系數(shù)fn轉(zhuǎn)速系數(shù)Fd最大工作負載(N)工作壽命：，則fh==3.107（4-8）載荷性質(zhì)系數(shù)：；動載荷硬度系數(shù)：；轉(zhuǎn)速系數(shù)：fn=；（4-9）V=1000mm/min根據(jù)上述選擇的情況下，計算結(jié)果如表4.1所示：表4.1動載荷計算絲杠導程L0/mm121086n=V/L0(r/min)8303100125166.7fn0.7370.6930.6940.584c/n26883285903081333926導軌絲杠的軸向力（4-10）式中：，取得=3623.6(N)壽命值：（4-11）最大負載：（4-12）==11395.8(N)根據(jù)《實用機床設計手冊》查出，選擇型號的滾珠絲杠副，直徑為，導程為，螺旋角，滾珠例數(shù)系列，其額定動載荷為，滿足要求[]。2）、支承方式選用“單推-單推”的支承方式。3）、效率計算（4-13）式中：螺紋的螺旋升角摩擦角；所以，=則：（4-14）（4）、齒輪設計齒輪傳動比i：（4-15）式中步進電動機的步矩角，選為，計算得，所以應選一級傳動。齒輪都采用號鋼，小齒輪硬度為，大齒輪為，六級精度，模數(shù)，齒寬，螺旋角，齒數(shù)，齒數(shù)，則：（4-16）（4-17）經(jīng)檢驗，符合要求。4.1.3、步進電動機的確定（1）、步進電動機步矩角的選擇（4-18）（2）、等效轉(zhuǎn)動慣量的計算下圖是改造后縱向伺服系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量圖:圖4-1改造后的縱向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量簡圖電動機的軸轉(zhuǎn)動慣量計算如下式：（4-19）式中：工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量齒輪2的轉(zhuǎn)動慣量==×100=0.146（·）（4-20）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量：=7.8×（4-21）=7.8××4.5×140=45.741（·）齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：=（·）=（·）總的轉(zhuǎn)動慣量：===7.58（·）=75.8（3）、所需轉(zhuǎn)動力矩計算：分為三種情況進行計算折算到電機上的力矩：（4-22）：（4-23）：（4-24）=（）（4-25）當時，；==834r/min==2.764（N·m）=276.4（·）（4-26）當時，；==12.51（r/min）（4-27）==（N·m）=（·）（4-28）當，時：=7.64（N·CM）當時：=（4-29）==（·）=（·）==（4-30）=（·）=（·）快速空載啟動所需力矩為（·）切削時所需力矩（·）（·）快速啟動時獲得最大力矩：（·）4）、步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjm為=（·）（4-31）5）、步進電動機的最高頻率計算；（HZ）（4-32）綜上計算分析選用型的直流步進電動機[]。4.2橫向進給系統(tǒng)的設計與計算4.2.1、進給系統(tǒng)的設計內(nèi)容C618經(jīng)濟型數(shù)控改造，一般經(jīng)過滾珠絲杠由步進電機減速的刀架橫向移動驅(qū)動。安裝在大型托盤步進電機，步進電機法蘭盤和機器大拖板連接，以確保其同軸，提高了傳動精度。進給系統(tǒng)的設計，主要內(nèi)容有：滾珠絲杠設計計算和選擇，并確定減速比齒輪箱的設計，選擇步進電機。4.2.2、橫向進給系統(tǒng)的設計計算（1）、已知條件：1）、/脈沖2）、3）、4）、（2）、確定橫向進給切削力從《機床設計手冊》知，橫向進給量為縱向的三分之一到二分之一，取二分之一，所以橫向切削力約為縱向的二分之一。（）（）（3）、滾珠絲杠的設計計算滾珠絲杠副有國標規(guī)定，所以滾珠絲杠副的設計計算主要是選擇滾珠絲杠副型號。1）、強度計算：式中：，，得=(N)壽命值：最大負載：==(N)查參考文獻《實用機床設計手冊》可選用型號的滾珠絲杠副,名義直徑為,絲杠導程為,螺旋角,滾珠例數(shù)為3系列,其額定動載荷為,所以其強度夠用[]。2）、支承方式選用“單推-單推”的支承方式。3）、效率計算式中：螺紋的螺旋升角，摩擦角，=則：符合要求（4）、齒輪設計齒輪傳動比i:式中；步進電動機的步矩角，選為，計算出，因此可以選級傳動。齒輪用號鋼，小齒輪硬度為，大齒輪硬度為，六級精度，模數(shù)，齒寬b=20mm，螺旋角，齒數(shù)，齒數(shù)，則：經(jīng)校核符合要求。4.2.3、步進電動機的確定（1）、電動機步矩角的選擇；（2）、等效轉(zhuǎn)動慣量的計算改造后的橫向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量簡圖如下：圖4-2改造后的橫向伺服系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量簡圖電機軸轉(zhuǎn)動慣量計算式如下：式中：滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量齒輪2的轉(zhuǎn)動慣量=×=（·）=（·）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量：（·）齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：（·）（·）總轉(zhuǎn)動慣量：==（·）=（3）、所需轉(zhuǎn)動力矩計算：可分為三種情況進行計算折算到電機軸的力矩：1）、快速空載啟動時所需力矩：2）、最大切削量時所需力矩：=N·M式中；當時，；==r/min=（N·m）=（N·cm）當時，；==（r/min）（N·m）（·）當，時：當時：===（·）=（·）===（·）=（·）快速空載啟動所需力矩：（·）切削時所需力矩（·）快速進給時所需力矩（·）快速啟動時所需最大力矩：（·）(N·cm)4）、步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩(N·cm)5）、步進電動機的最高頻率計算（HZ）綜上計算分析也采用型的直流步進電動機。第五章自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇設計5.1、數(shù)控車床刀架的基本要求刀架是數(shù)控機床實現(xiàn)自動控制的一部分，它的選擇對產(chǎn)品加工精度有很大的影響，轉(zhuǎn)位的準確度和夾緊力等方面對產(chǎn)品加工精度影響很大，所以在選擇時需考慮它的技術要求：刀架轉(zhuǎn)位準確，能很好的進行速度與緩沖，保證可靠；按最短時間轉(zhuǎn)位；高精度重復定位；防腐蝕、防屑，有良好的密封性；夾緊力大，能適應重負荷的切削。5.2、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇課題選用常州武進數(shù)控設備廠生產(chǎn)的LD4-I型四工位自動刀架，它的指標滿足上面提到的技術要求，下面是它的技術參數(shù)的參考：<一>LD4-I型自動刀架的技術參數(shù)表5.1LD4--I型自動刀架的技術參數(shù)型號刀位數(shù)電機功率電機轉(zhuǎn)速夾緊力上、下刀體尺寸C6184120w1400r/mm0.5162×162192×192<二>LD4-I型自動刀架的技術指標表5.2LD4--I型自動刀架的技術指標重復定位精度工作可靠性換刀時間（s）90180270≤0.005mm>30000次5.2.1、工作原理在LD4-I型四工位轉(zhuǎn)位刀架轉(zhuǎn)位刀架是螺旋形的，它的工作原理大致如下：計算機信號，到控制箱繼電器，電機正轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)與工具體升降機構(gòu)上升到一定位位置，這時離合器工作。線圈接收信號，箱繼電器電機反轉(zhuǎn)，刀體下降，齒板完成精定位，擰緊鎖緊螺母來實現(xiàn)的ATC反定位。當它達到一個預先良好的狀態(tài)過流繼電器鎖了，切斷電源，停止電腦電源信號電機進入下一個過程的開始，圖5.1是工作原理圖：電機電機加速機構(gòu)升降機構(gòu)上刀體上升位粗定位機構(gòu)信號符合上刀體下降精定位刀架鎖緊電機停轉(zhuǎn)換刀答信加工順序執(zhí)行圖5.1四工位轉(zhuǎn)位刀架的工作原理圖5.2.2、自動轉(zhuǎn)位刀架的安裝當安裝刀架時，你必須先拆除小拖板和原刀架，然后放置在電動托板上。在這一點上，轉(zhuǎn)臺高度應通過轉(zhuǎn)動車刀過車床主軸軸心線，或者添加轉(zhuǎn)臺下方的襯墊，調(diào)整到適合的高度。然后，拆下風扇電機殼體，電機逆時針的旋轉(zhuǎn)，從而使刀片旋轉(zhuǎn)相當于開始的450度。打好孔，然后在轉(zhuǎn)臺滑架與六角螺栓固定，固定時應注意的是平行于進給方向和水平的轉(zhuǎn)塔車床的兩側(cè)。沿著右側(cè)線到后面繼續(xù)前進，然后機床滑軌對齊到系統(tǒng)底部，連接電氣線路和系統(tǒng)。它的優(yōu)點是：避免雜亂無章的布線，并防止其他雜物撞擊電動刀架的連線?？偨Y(jié)首先從數(shù)控機床的起源和發(fā)展講起，使人知道數(shù)控機床是怎么產(chǎn)生和發(fā)展到現(xiàn)在這么先進的。然后介紹了機床改造的必要性，現(xiàn)在產(chǎn)品加工的需要數(shù)控機床來完成，普通機床無法完成復雜的曲面等的加工，而且包