C618車床的數(shù)控化改造設(shè)計【包含CAD高清圖紙和說明書】【JC系列】

【溫馨提示】====【1】設(shè)計包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線預(yù)覽，所見即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======【2】若題目上備注三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數(shù)量較多，為保證預(yù)覽的簡潔性，店家將三維文件夾進行了打包。三維預(yù)覽圖，均為店主電腦打開軟件進行截圖的，保證能夠打開，下載后解壓即可。======【3】特價促銷，，拼團購買，，均有不同程度的打折優(yōu)惠，，詳情可咨詢QQ：1304139763 或者 414951605======【4】 題目最后的備注【JC系列】為店主整理分類的代號，與課題內(nèi)容無關(guān)，請忽視

第三章 總體設(shè)計方案的確定 經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定的C618的車床經(jīng)濟型數(shù)控改造的總體方案示意圖如下圖所顯：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，有級變速部分采用電磁離合器控制機構(gòu)；車床的縱向和橫向進給運動采用步進電機驅(qū)動，經(jīng)步進電機驅(qū)動，齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動；刀架改成由微機控制，經(jīng)電機驅(qū)動的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，需安裝主軸脈沖發(fā)生器。 改造后的總體方案示意圖如圖3-1所示： 圖3-1總體方案設(shè)計圖 第九章 典型零件的加工程序設(shè)計 二、典型零件的加工程序設(shè)計 圖中Φ86mm處不加工。編制加工程序步驟如下： 數(shù)控機床的選擇 被加工零件為回轉(zhuǎn)體零件，需進行倒角，螺紋，錐度，圓弧加工，選書空車床可滿足要求/ 加工程序劃分 經(jīng)分析確定工藝路線如下： 從右到左切削外輪廓沒秒年 ，其路線為：倒角—車螺紋M48mm×1.5mm 的外圓—車錐度部分——車Φ62mm外圓——車Φ80mm外圓——切R70圓弧——車Φ80mm外圓。 切3mm×Φ45mm槽。 車M48mm×1.5mm螺紋。 （3）選擇刀具、確定換刀點 根據(jù)加工要求選用三把刀具，1號刀 車外圓，1 號刀切槽，3 號刀車螺紋。繪制刀具布置圖（如下圖所示），要注意正確選用換刀點，以避免刀具與車床、工件、夾具在換到時發(fā)生碰撞現(xiàn)象，本例換刀點選A（200，350） （4）正確切削用量 根據(jù)數(shù)控加工的特點，本例切削用量確定如下：車外圓時，主軸轉(zhuǎn)速取630r/min（S630），進給量取0.15mm/r。切槽時，主軸轉(zhuǎn)速取315r/min（S315）。進給量取0.16mm/r。車螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速取200r/min（S200），進給量為1.5mm/r，螺距F1.5），切削深度為精加工余量。 圖8-16 車削零件圖 （5）編制精加工程序如下： NOO1 G92 X200 Z350.MO6 T01 N002 S630 MO3 N003 G00 G90 Z292 MO8 NOO4 G43 X41.8 H01 N005 G01 X48 Z289 G95 F0.15 N006 Z227 N007 X50 NOO8 X62 Z167.0 NOO9 Z155 N010 X78 N011 X80 Z154 N012 Z135 N013 G03 Z75 I63.25K-30 N014 G01 Z65 N015 X90 N016 G00 Z350 H00 M09 N017 M06 T02 N018 G43 X200 H02 N019 S315 M03 M020 G00 X51 Z227 M08 N021 G01 X45 F50 N022 G04 X500 N023 G00 X51 N024 Z350 H00 M09 N025 MO6 T03 NO26 G43 X200 H03 N027 S200 M03 N028 G00 X47 Z296 M08 NO29 G33Z233 K1.5 N030 G01 X50 N031 G00 Z296 N032 G01X46.373 N033 G33 Z233 K1.5 N034 G01 X50 N035 G00 X200 Z350 H00 M09 N036 M05 N037 M30 第九章 典型零件的加工程序設(shè)計 圖中Φ100mm處不加工。編制加工程序步驟如下： （一）、數(shù)控機床的選擇 被加工零件為回轉(zhuǎn)體零件，需進行倒角，螺紋，錐度，圓弧加工，選書空車床可滿足要求。 （二）、加工程序劃分 經(jīng)分析確定工藝路線如下： 從右到左切削外輪廓，其路線為：平端面——車Φ90的外圓——車Φ80的外圓——車Φ70的外圓——車Φ60的外圓——車Φ55的外圓——倒角2×45°——錐度——圓弧加工——切槽——螺紋。 （三）、選擇刀具、確定換刀點 根據(jù)加工要求選用三把刀具，T01號刀 車外圓，T02 號刀車螺紋，T03 號刀切槽，。繪制零件車削圖（如下圖所示），要注意正確選用換刀點，以避免刀具與車床、工件、夾具在換到時發(fā)生碰撞現(xiàn)象，本例換刀點選A（200，100） （四）、正確切削用量 根據(jù)數(shù)控加工的特點，本例切削用量確定如下：車外圓時，主軸轉(zhuǎn)速取600r/min（S600），進給量取0.15mm/r。切槽時，主軸轉(zhuǎn)速取300r/min（S315）。進給量取0.16mm/r。車螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速取200r/min（S200），進給量為1.5mm/r，螺距F1.5），切削深度為精加工余量。 圖8-1 車削零件圖 （五）、編制精加工程序如下： ;工件尺寸450×100 ;起始位置X=50 Z=10 ;刀具 T01為車刀 T02為螺紋刀 T03為切斷刀 N01 G92 X100 Z10 N02 T1 N03 G00 Z0 N04 G01 X-1 N05 G00 X100 N06 G00 Z10 N07 G00 X95 N08 G01 Z-385 F40 N09 G00 X100 N10 G00 Z10 N11 G00 X90 N12 G01 Z-385 F40 N13 G00 X100 N14 G00 Z10 N15 G00 X85 N16 G01 Z-325 F40 N17 G00 X100 N18 G00 Z10 N19 G00 X80 N20 G01 Z-325 F40 N21 G00 X100 N22 G00 Z10 N23 G00 X75 N24 G01 Z-225 F40 N25 G00 X100 N26 G00 Z10 N27 G00 X70 N28 G01 Z-225 F40 N29 G00 X100 N30 G00 Z10 N31 G00 X65 N32 G01 Z-105 F40 N33 G00 X100 N34 G00 Z10 N35 G00 X60 N36 G01 Z-105 F40 N37 G00 X100 N38 G00 Z10 N39 G00 X55 N40 G01 Z-105 F40 N41 G00 X100 N42 G00 Z10 N43 G00 X48 Z0 N44 G01 X55 Z-5 N45 G00 X100 N46 G00 Z10 N47 G00 X65 Z-105 N48 G01 X70 Z-205 N49 G00 X100 N50 G00 Z10 N51 G00 X60 Z-105 N52 G01 X70 Z-205 N53 G00 X100 N54 G00 Z10 N55 G00 X80 Z-245 N56 G92 X80 Z-245 N57 G05 X80 Z-305 I-2 K-30 F40 N58 G00 X80 Z-245 N59 G92 X80 Z-245 N60 G05 X80 Z-305 I-4 K-30 F40 N61 G00 X80 Z-245 N62 G92 X80 Z-245 N63 G05 X80 Z-305 I-6 K-30 F40 N64 G00 X80 Z-245 N65 G92 X80 Z-245 N66 G05 X80 Z-305 I-7 K-30 F40 N67 G00 X100 N68 G00 Z10 N69 M05 N70 T03 M03 S300 N71 G00 Z-105 N72 G01 X46 F40 N73 G00 X100 N74 G00 Z10 N75 M05 N76 T02 M03 S200 N77 G00 X53 N78 G01 Z-100 F40 N79 G00 X100 N80 G00 Z10 N81 G00 X51 N82 G01 Z-100 F40 N83 G00 X100 N84 G00 Z10 N85 G00 X50 N86 G01 Z-100 F40 N87 G00 X100 N88 G00 Z10 N89 M05 N90 M02 第二章 普通車床的數(shù)控改和可行性論證 對于普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計方案時，應(yīng)遵循的原則是：在滿足設(shè)計要求的前途下，對機床的改動應(yīng)盡可能的少，以降低成本。 一 車床的數(shù)控改造 （一）、數(shù)控機床工作原理及組成 1. 數(shù)控機床工作原理： 數(shù)控機床加工零件時，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)控裝置控制機床主運動的變化、起停，進給運動的方向、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格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合要求的零件。 2.數(shù)控機床的組成： 數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如圖2-1 圖2-1 數(shù)控機床的組成圖 （二）、設(shè)計內(nèi)容及任務(wù) 普通車床（C618）的數(shù)控改造設(shè)計內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設(shè)計計算（包括縱向、橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算）、主運動自動變速原理及改造后的機床傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計、機床調(diào)速電動機控制電路的設(shè)計、電磁離合器的設(shè)計計算。。 本設(shè)計任務(wù)是對C618臥式車床進行數(shù)控化改造，實現(xiàn)微機對車床的數(shù)控化控制。利用微機對車床的縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)字控制，并要達到縱向最小運動單位為0.01/脈沖，橫向最小運動單位0.005/脈沖，主運動要實現(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。 （三）、數(shù)控部分的設(shè)計改造 1、數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按其運動軌跡可分為：點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點移到另外一點的位置，而對于運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)方向的位移進行嚴格的不間斷的控制。由于C618車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。 2、伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計改造 數(shù)控機床的伺服進給系統(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)。 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到和好的機床精度，能補償機械傳動系統(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。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電動機驅(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，技術(shù)難度較大。 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，所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。 3、數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 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： l 可以全部自己設(shè)計制作 l 可以采用單板機或STD模塊或工控機改制 l 可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動 在普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計周期較長且不經(jīng)濟，同時質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟。所以不課程設(shè)計將采取第三鐘方案。 （四）、機械改造部分的設(shè)計 1、主傳動部分的改造設(shè)計 將原機床的主軸電動機換成變頻調(diào)速電動機，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構(gòu)。改造后使其主運動和進給運動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。 2、進給機構(gòu)的改造 將原機床的掛輪機構(gòu)、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除。縱向、橫向進給以步進電動機作為驅(qū)動元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。 3、其它部件的改造 刀架部分：拆除原手動刀架和小拖板，安裝由微機控制的四工位電動機刀架，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。 二 可行性論證 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)項目前所進行的技術(shù)和經(jīng)濟性分析報告，是上級主管部門審定和批準立項的基本依據(jù)。同樣，在進行普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造之前進行合理的、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)濟型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個方面進行，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，改造后車床的實施計劃，結(jié)論等。 由于本設(shè)計僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計，故在此，設(shè)計者僅對改造的投資概算作一簡要的可行性論證。 本改造設(shè)計是對普通車床C618進行經(jīng)濟型數(shù)控改造。在改造設(shè)計中，采用的是廣州數(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，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，四個電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費用和舊設(shè)備費用總計不會超過15萬元。因此，對普通車床作經(jīng)濟型數(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用性。 第八章 數(shù)控系統(tǒng)的選擇設(shè)計 機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計在應(yīng)用工作中，軟件設(shè)計是一個重要方面。實際設(shè)計與硬件設(shè)計是不可分割的，二者必須結(jié)合, 哪些能由硬件完成，那些能由軟件完成，在硬件設(shè)計基本定型后，分工也就基本確定下來了，這時軟件設(shè)計工作才開始進行。 軟件設(shè)計工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如步進電機控制，插補，誤差補償計算，反饋量的處理，零件加工程序，顯示輸出等；另一類是監(jiān)控軟件，它是控制微機系統(tǒng)按預(yù)定的操作方式運轉(zhuǎn)的程序，它完成人機通信，并協(xié)調(diào)執(zhí)行程序和操作者之間的關(guān)系，在軟件系統(tǒng)中充當(dāng)組織調(diào)度的角色，如系統(tǒng)自檢，初始化，處理鍵盤命令，處理揭開命令等。但執(zhí)行軟件和監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定的功能劃分，。習(xí)慣上把鍵盤解釋程序作為監(jiān)控程序，其它任務(wù)都分散在特定功能執(zhí)行程序中，并由監(jiān)控程序來調(diào)用必要的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)。 在進行軟件設(shè)計時，應(yīng)從全局著眼，先將整個系統(tǒng)按功能分成一個一個的模塊，并為每一個執(zhí)行模塊定義，然后設(shè)計出每一個具體模塊的程序，最后組成一個系統(tǒng)。不僅整個系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)可具有模塊化的特性，而且其模塊內(nèi)部有可以細分為小模塊。模塊特性對測試很有利，功能擴充也很方便，要增加新功能，只要增加新模塊就能實現(xiàn)，象搭積分木一樣。因此，這樣的模塊程序設(shè)計方法， 思路清晰，邏輯性強，柔性較強 一、典型機床數(shù)控裝置的硬件組成 CNC系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）是在硬件的支持下，通過運行軟件來進行工作的。所以，CNC裝置的功能強弱首先取決于其硬件系統(tǒng)的組成及配置。 圖8.1典型數(shù)控機床的CNC系統(tǒng)圖 二、典型CNC系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）技術(shù)性能 在本設(shè)計中，設(shè)計者根據(jù)實際情況選擇了廣州數(shù)控設(shè)備廠的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)。其技術(shù)性能如表8.1所示； 表8.1 GSK980T數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能 CPU： 80C186XL12 顯示器： 320× 240點陣液晶 控制坐標(biāo)軸: 2軸（X、Z） 聯(lián)動坐標(biāo)軸： 2軸（X、Z） 最小設(shè)定單位： X軸：0.0005mm Z軸：0.001mm 最小移動單位： X軸：0.0005mm Z軸：0.001mm 最大行程： ±9999.999mm 軟件行程限位： ±9999.999mm 最大快速速度： （0.001mm當(dāng)量） X軸：4m/min Z軸：8m/min 最大快速速度： （0.002mm當(dāng)量） X軸：8m/min Z軸：16m/min 每分進給速度： 1-8000mm/min 每轉(zhuǎn)進給速度： 0.0001-500mm/r 快速倍率： F0、25%、50%、100%四檔實時可調(diào) 進給倍率： 0-150%十六檔實時可調(diào) 快速加減速方式： 直線型 進給加減速方式： 指數(shù)型 插補功能： 直線/全圓圓弧插補 電子齒輪比： 1-127/1-127 螺紋功能： 公/英制直螺紋、錐螺紋、端面螺紋，帶退尾 螺紋導(dǎo)程： 0.0001-500mm 0.06-254000牙/英寸 用戶程序編輯： 可存儲40KB、63個程序，ISO代碼、相對/絕對混合編程，全屏幕編輯 G功能： 二十二種G代碼，包括十二種固定/復(fù)合循環(huán)； 八種用戶宏指令可讀/寫最多16點輸入/6點輸出 子程序、宏程序 二重子程序調(diào)用；（選配功能）M、S、T代碼調(diào)用宏程序 用戶數(shù)據(jù)保存： 程序、參數(shù)、刀補、坐標(biāo)掉電保護（非易失RAM）；程序、參數(shù)、刀補后備保存（Flash-EEPROM) 通訊功能： （選配功能）RS232接口，與PC機通訊：交換程序、參數(shù)、刀補數(shù)據(jù) 主軸功能： 手動/程序控制二檔或四檔主軸變速； 選配：0-10V模擬輸出，控變頻主軸；50%-120%主軸倍率實時可調(diào)，恒線速切削 刀具功能： 控4-8位刀，手動/程序換刀；刀具長度補償，16組刀補設(shè)置； 定點對刀/試切對刀生成刀補 輔助功能 手動/程序控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動、停止；手動/程序控制冷卻、潤滑；程序控制夾頭 手動功能： 手動連續(xù)進給十六檔修調(diào)；手動單步進給四檔可調(diào)：0.001/0.01/0.1/1mm；手輪（選件）進給三檔可調(diào)：0.001/0.01/0.1mm 操作方式： 編輯、自動、錄入、手動、手輪/單步、回機械零點、回程序零點 其它功能： 機床鎖住、輔助功能鎖住、空運行、單程序段運行、程序鎖、參數(shù)鎖、外接倍率開關(guān)（選件）、外接急停/進給保持/循環(huán)啟動開關(guān)（選件） 外形尺寸： 320× 240× 136mm 重量： 6.0Kg(含開關(guān)電源) GSK980T車床數(shù)控系統(tǒng)（CNC），是廣州數(shù)控設(shè)備廠于1998年推出的普及型數(shù)控系統(tǒng)。作為經(jīng)濟型數(shù)控，GSK980T具有以下技術(shù)特點：系統(tǒng)的升級換代產(chǎn)品. · 采用高級處理器（CPU）和可編程門陣列（PLD）進行硬件插補，實現(xiàn)高速μm級控制 · 采用四層線路板，集成度高，整機工藝結(jié)構(gòu)合理，可靠性高 · 液晶（LCD）中文顯示、界面友好、操作方便 · 加減速可調(diào)，可配套步進驅(qū)動器或伺服驅(qū)動器 · 可變電子齒輪比，應(yīng)用方便 第六章 自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計 在總體方案論證中提到自動轉(zhuǎn)位刀架是數(shù)控機床不可或缺的一部分。 一、數(shù)控車床刀架的基本要求 數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平，所以有如下要求： ①轉(zhuǎn)位準確可靠，工作平穩(wěn)安全； ②按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時間短； ③重復(fù)定位精度高； ④防水、防屑，密封性能優(yōu)良； ⑤夾緊剛性高，適宜重負荷切削。 二 、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇 在本設(shè)計中，因設(shè)計時間等因素，設(shè)計者七絕頂引進常州武進數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型四工位自動刀架，而不對其做具體設(shè)計。該型自動刀架具有重復(fù)定位精度高、工作剛性好、使用壽命長、工藝性好等特點。下面對該刀架相關(guān)內(nèi)容做一簡要分析說明： <一>LD4--I型自動刀架的技術(shù)參數(shù) 表6.1 LD4--I型自動刀架的技術(shù)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 C618 4 120 w 1400r/mm 0.5 162×162 192×192 <二>LD4--I型自動刀架的技術(shù)指標(biāo) 表6.2 LD4--I型自動刀架的技術(shù)指標(biāo) 重 復(fù) 定 位 精 度 工 作 可 靠 性 換刀時間 （s） 90 180 270 ≤0.005 mm >30000次 2.9 3.4 3.9 <三>工作原理 在經(jīng)濟型數(shù)控車床上大都使用的是四方或六方轉(zhuǎn)位刀架，按其工作原理可分為：螺旋轉(zhuǎn)位刀架，十字槽轉(zhuǎn)位刀架，凸臺棘爪式轉(zhuǎn)位刀架，電磁式轉(zhuǎn)位刀架，以及夜壓式轉(zhuǎn)位刀架。 本設(shè)計中選用的LD4-I型四工位轉(zhuǎn)位刀架是一種螺旋轉(zhuǎn)位刀架，其工作原理大致如下： 微機發(fā)出換刀信號，刀架控制箱繼電器動作；電機正轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)和升降機構(gòu)將上刀體上升至一定位置時，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)到所選刀位，發(fā)訊盤發(fā)出刀位信號，刀架控制箱繼電器使電機反轉(zhuǎn)，反靠初定位；上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿，鎖緊螺母使刀架固緊。當(dāng)夾緊力達到預(yù)先條好的狀態(tài)時，過流繼電器動作，切斷電源，電機停轉(zhuǎn)并向微機發(fā)出信號，開始執(zhí)行下道工序。 電 機 加速機構(gòu) 升降機構(gòu) 上刀體上升轉(zhuǎn)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6.1 四工位轉(zhuǎn)位刀架的工作原理圖 <四>自動轉(zhuǎn)位刀架的安裝 該刀架安裝時，需先拆除原機床上的小拖板和原刀架，然后把電動刀架置于中拖板上。此時，刀架高度應(yīng)使車刀前刀面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調(diào)整其高度。然后，卸掉刀架電動機風(fēng)扇罩殼，逆時針方向轉(zhuǎn)動電動機，使上刀體相當(dāng)于下刀體轉(zhuǎn)動450左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中拖板固定，固定時應(yīng)注意，將刀架的兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進給方向平行。電動刀架與系統(tǒng)的連線應(yīng)如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出一鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于:避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、切削液以及其它雜物磕碰電動刀架連線。 第七章 編碼盤的安裝設(shè)計 我們知道在經(jīng)濟型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時，須培植主軸脈沖發(fā)生器（即編碼盤）作為車床主軸位置信號的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號，輸送到計算機。 一、編碼盤的工作原理 編碼盤是一種按一定的編碼形式如二進制編碼，二-十進制編碼等，將一個圓盤分成若干等份，并利用電子、光電或電磁器件，把代表被測位移的個等份上的數(shù)碼轉(zhuǎn)換成便于應(yīng)用的二進制或其它表達方式的測量裝置。 二、步進電機頻率對編碼盤的限制 在世用主軸脈沖發(fā)生器時，受到步進電機頻率的限制。如采用1000HZ的工作頻率，加工3mm螺距的螺紋時，步進電動機頻率為300HZ，而主軸脈沖發(fā)生器頻率為1000×60HZ=60000HZ，所以車床主軸轉(zhuǎn)速n=1000×60/300=200r/min，即車床主軸轉(zhuǎn)速不得超過200r/min轉(zhuǎn)；如將主軸脈沖發(fā)生器的頻率提高到2000HZ，轉(zhuǎn)速也僅達到400r/min。由此可見，當(dāng)螺距越大時，允許的車床主軸轉(zhuǎn)速也就越低。 三、編碼盤的安裝 編碼盤的安裝一般有良種方式，即同軸安裝和異軸安裝。 同軸安裝的結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)接方便。但是安裝后不能加工穿出主軸孔的較長工件。而異軸安裝無此缺陷?？紤]到這一點設(shè)計者為使說改造設(shè)計的車床具有較強的通用性，選擇采用異軸安裝方式來安裝編碼盤。 編碼盤通過傳動比為1：1的同步齒形帶與主軸聯(lián)系起來。工作時，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，數(shù)控裝置控制進給步進電機準確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生進給運動。保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，螺紋車刀移動一個螺紋導(dǎo)程，同時還保證每次走刀都在工作的同一點切入，而不亂扣。 第四章 主傳動部分改造與設(shè)計 在改造設(shè)計之前，讓我們先來看一下數(shù)控機床主傳動與普通機床相比所具有的特點： 1）采用調(diào)速電機驅(qū)動，以滿足主軸根據(jù)數(shù)控指令進行自動變速的需要； 2）傳動路線短，從而簡化了主傳動系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)； 3）轉(zhuǎn)速高、功率大； 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機床傳動要求外，還應(yīng)滿足如下要求： 具有更大的調(diào)速范圍，并實現(xiàn)無極調(diào)速。 數(shù)控機床就要為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量，必須有更高的轉(zhuǎn)速和更多的調(diào)速范圍。為了適應(yīng)各種工序和各種加工材質(zhì)的要求，主運動的調(diào)速范圍還應(yīng)進一步擴大。 ②具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 數(shù)控機床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面進行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性；最后一級采用斜齒輪傳動，使傳動平穩(wěn)；采用高精度軸承及合理 的支承跨距等，以提高主軸件的剛性。 ③具有良好的抗振性和熱穩(wěn)定性。 數(shù)控機床上一般既要進行粗加工，又要精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴重時甚至破壞刀具和或零件，使加工無法進行。因此在主傳動系統(tǒng)中的各主要零部件不但要求有一定的靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力——抗振性?？拐鹦杂脛觿偠然騽尤岫葋砗饬?。如果把主軸組件視為一個等效的單自由度系統(tǒng)，則動剛度與動力參數(shù)的關(guān)系為： = (4-1) 式中: —機床主軸結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度（）； —外加激振力的激振頻率（Hz）； —主軸組件的固有頻率（=，為當(dāng)量質(zhì)量，為當(dāng)量靜剛度）； —阻尼比（=，是阻尼系數(shù)，是臨界阻尼系數(shù)，=）。 由上式可見，為提高主軸組件的抗震性，須使值較大，為此應(yīng)盡量使阻尼比、當(dāng)量剛度值或固有頻率的值較高。在設(shè)主傳動系統(tǒng)時，要注意選擇上述幾個參數(shù)的合理關(guān)系。 一、 主傳動部分改造方案擬定和設(shè)計的內(nèi)容 異步電動機的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、變極調(diào)速、辯轉(zhuǎn)差調(diào)速三種。異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為 ni= 從該公式中可以看出，若均勻地改變電源的頻率f1，就可以連續(xù)地改變電動機的同步轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法稱為變頻調(diào)速，它完全不同于其它的調(diào)速方法。改變異步電動機的磁極對數(shù)調(diào)速的方法稱為變極調(diào)速。改變電動機轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法稱為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。 表4.1 異步電動機各種調(diào)速方法性能指標(biāo)的比較 項 目 調(diào) 速 方 法 變 頻 變 極 變 轉(zhuǎn) 差 率 轉(zhuǎn)子串電阻 串極調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速 電磁調(diào)速電機 是否改變同步轉(zhuǎn)速 變 變 不 變 不 變 不 變 不 變 調(diào) 速 指 標(biāo) 靜差率 小 （好） 小 （好） 大 （差） 小 （好） 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（D） 較大（10以上） 較小 （2—4） 小 （2） 較小 （2—4） 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(yīng)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(fēng)機 恒轉(zhuǎn)矩 通風(fēng)機 恒轉(zhuǎn)矩 設(shè)備 投資 多 少 少 較 多 較 少 較 少 電能 損耗 較 小 小 大 較 小 大 大 異步電動機變頻調(diào)速有調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較好的優(yōu)點，可以方便地實現(xiàn)恒功率或恒轉(zhuǎn)矩變速，整個調(diào)速特性與直流電動機調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速十分相似，并可與直流調(diào)速相媲美。目前變頻調(diào)速已成為異步電動機最主要的調(diào)速方法。通過上序的比較本課程設(shè)計中電動機的調(diào)速方法采用變頻調(diào)速的方法。 改換主軸電動機，換成調(diào)速電動機.通過對電動機的變頻調(diào)速控制再加以簡單的齒輪調(diào)速來實現(xiàn)自動變速，齒輪調(diào)速部分用磁離合器控制齒輪嚙合。 數(shù)控機床主軸變速方式主要有無級調(diào)速、分段無級調(diào)速和內(nèi)置電機變速等。在本設(shè)計中采用分段無級調(diào)速。無級變速能夠選用最合理的切削用量，可在運轉(zhuǎn)中變速，操作方便，簡化機械結(jié)構(gòu)。無級變速主要是利用直流和交流調(diào)速電動機。但直流調(diào)速電動機恒功率調(diào)速范圍很小，一般只有1～2，很少到3～4，且換向有限制，現(xiàn)大多采用交流變頻主軸驅(qū)動系統(tǒng)。交流變頻調(diào)速電動機的性能與直流調(diào)速電動機類似，在額定轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率區(qū)域。一般主軸調(diào)速電動機的恒功率調(diào)速范圍為3～4，對于恒功率變速范圍大的主軸傳動系統(tǒng)，需要增加變速齒輪，以保證主軸上較大的恒功率范圍?？紤]本設(shè)計機床要求采取交流變頻電動機和有級變速箱配合的方案即分段無級變速，主軸的正反轉(zhuǎn)和制動停止，由數(shù)控指令直接控制電動機來實現(xiàn)。利用車床的主軸交流異步電動機、變頻器、數(shù)控單元構(gòu)成了變頻調(diào)速系統(tǒng)。交流電動機的轉(zhuǎn)速與頻率，電動機的級對數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系為=,由此可知，改變電源的頻率，即可改變電動機轉(zhuǎn)速，且轉(zhuǎn)速與頻率成正比。考慮本設(shè)計機床的要求，采取交流變頻電動機和有級變速箱配合的方案，即分段無級變速。主軸的正、反轉(zhuǎn)和制動停止由數(shù)控指令直接控制電動機實現(xiàn)。其主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖4-1所示； 圖4 -1主軸變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖 如圖4-2所示是機床主軸要求的功率特性和轉(zhuǎn)矩特性。這兩條特性曲線是以計算轉(zhuǎn)速nj為分界，從nj至最高轉(zhuǎn)速nmax的區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，任意轉(zhuǎn)速下主軸都可輸出額定的功率，在該區(qū)域內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩則隨主軸轉(zhuǎn)速下降而上升。從最低轉(zhuǎn)速nmin 至nj的區(qū)域Ⅱ為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，最大轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速下降而上升，任何轉(zhuǎn)速下可能提供的轉(zhuǎn)矩都不能超過計算轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩，這個轉(zhuǎn)矩就是機床主軸的最大轉(zhuǎn)矩Mmax。在區(qū)域內(nèi)，主軸可能輸出的最大功率Pmax，則隨主軸轉(zhuǎn)速的下降而下降。通常，恒功率區(qū)約占整個主軸變速范圍的2/3—3/4；恒轉(zhuǎn)矩區(qū)約占1/4—1/3。 如圖4-3所示是變速電動機的功率特性。從額定轉(zhuǎn)速nd到最高轉(zhuǎn)速nmaxde 區(qū)域Ⅰ為恒功率區(qū)；從最低轉(zhuǎn)速nmin 至nd的區(qū)域Ⅱ為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)。直流電動機的額定轉(zhuǎn)速常為1000 r/min—1500 r/min。從nd至nmax用調(diào)節(jié)磁通的方法得到，稱為調(diào)磁調(diào)速；從nmin至nd用調(diào)節(jié)電驅(qū)電壓的辦法得到，稱為調(diào)壓調(diào)速。交流調(diào)頻電動機用調(diào)節(jié)電源頻率來達到調(diào)速的目的。額定轉(zhuǎn)速常為1500 r/min。這兩種電動機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍為2—4；恒轉(zhuǎn)矩變速范圍則可達100以上。 圖4-2 主軸的功率轉(zhuǎn)矩特性 圖4-3 變速電動機的功率特性 所謂分段無級變速就是在交流或直流電機無級調(diào)速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速。它能夠?qū)崿F(xiàn)中、高速段的恒功率傳動，低速段的恒轉(zhuǎn)矩傳動。在該系統(tǒng)中，主軸的正、反轉(zhuǎn)和制動停止，通過數(shù)控指令直接控制電機來實現(xiàn)。主軸的變速則有電動機的無級變速與齒輪的有機變速相配合來實現(xiàn)。 二、主傳動部分改造設(shè)計計算 主傳動部分改造設(shè)計計算包括電動機的設(shè)計于選擇, 主傳動系統(tǒng)分段無級變速傳動方案的確定與分析, 數(shù)控機床分級變速箱的設(shè)計,電磁離合器的設(shè)計計算,機床調(diào)速電機控制電路圖的設(shè)計. （一）、電動機的選擇 根據(jù)原機床參數(shù)及要求初選改造后車床主軸變速范圍Rn=100，nmax=3000r/min，nmin=30r/min；主傳動機械總效率系數(shù)η=0.9，最大切削功率為10kw，最小切削功率為3kw。則電機初選功率應(yīng)為PD>10vkw,根據(jù)電機規(guī)格，可選用11kw或者15kw的電機。 表格 4。2電機選擇兩種方案對比 交 流 主 軸 電 機 主 軸 與 變 速 機 構(gòu) 型 號 PD（kw） RDP NDsmin RDT nj RnP RnT RF i∑ YP160M2-4 11 3 450 3.3 83 30 3.3 10 1/18 YP160L-4 15 3 335 4.5 112 22.3 4.5 7.44 1/13.4 2、電機最小輸出功率 1）、計算主軸在最底轉(zhuǎn)速達到最小功率是電機應(yīng)輸出的功率 Pdsmin==3/0.9=3.3kw (4-2) 2）、算電機實用的最底轉(zhuǎn)速nDsmin（r/min） 由式nDsmin= (4-3) 計算結(jié)果 : 11kw的電機為：nDsmin=450r/min （nd=1500r/min） 15kw的電機為：nDsmin=333r/min （nd=1500r/min） 式中：nd---電機的基本轉(zhuǎn)速r/min； PD---電機額定功率kw。 由此，設(shè)計者選用功率為11kw、型號為YP160M2-4的交流調(diào)頻電機。 （二）、主傳動系統(tǒng)分段無級變速傳動方案的確定與分析 1、電機額定轉(zhuǎn)速的計算電機的選擇 1）、電機額定轉(zhuǎn)矩TDd（N/m）為 TDd==70N·M (4-4) 2）、電機最小轉(zhuǎn)矩Tdmin（N·M） Tdmin= =23.2N·M (4-5) 其中電機最大轉(zhuǎn)速ndmax=4500r/min 3）、電機實用恒轉(zhuǎn)矩區(qū)變速范圍 RDT= =3.3 (4-6) 4）、主軸恒轉(zhuǎn)矩區(qū)變速范圍 RnT=RDT=3.3 (4-7) 5）、電機恒功率區(qū)變速范圍 RdP= =3 (4-8) 2、主軸參數(shù)計算 1）、主軸計算轉(zhuǎn)速nj nj= (4-9) = =120r/min 2）、主軸恒功率變速范圍RnP RnP= ==25r/min (4-10) 3）、分級變速機構(gòu)的變速范圍RF RF= ==8.3 (4-11) 其中：RnP-----主軸恒功率區(qū)變速范圍 RDP-----電機恒功率區(qū)變速范圍 4）、主傳動系統(tǒng)總降速比i∑ i∑= ==1/12.5 (4-12) (三)、數(shù)控機床分級變速箱的設(shè)計 1、數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速自動變換過程 在數(shù)控機床上,特別是在自動換刀的數(shù)控機床上應(yīng)根據(jù)刀具與工藝要求進行主軸轉(zhuǎn)速的自動變速。在零件加工工程序中用S兩位代碼指定主軸轉(zhuǎn)速的序號，或用四位代碼指定主軸轉(zhuǎn)速的沒分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，并且用M兩位代碼指定主軸的正、反向啟動和停止。 采用直流或交流調(diào)速電動機的主運動無級變速系統(tǒng)中，主軸的正、反啟動和停止制動是直接控制電動機來實現(xiàn)的，主軸轉(zhuǎn)速的變換則由電動機轉(zhuǎn)速的變換與齒輪有級變速機構(gòu)的變換相配合來實現(xiàn)的。機床主運動變速系統(tǒng)中主軸的轉(zhuǎn)速n是如何由電動機的轉(zhuǎn)速、齒輪有級變速級數(shù)相配合來實現(xiàn)的，為了獲得主軸的某一轉(zhuǎn)速必須接通相應(yīng)的有級變速級數(shù)和電動機的調(diào)壓轉(zhuǎn)速nY或調(diào)磁轉(zhuǎn)速nC。理論上說電動機的轉(zhuǎn)速可以無級調(diào)速，但是，主軸轉(zhuǎn)速S代碼最多只有99種，即使是使用S四位代碼直接指定主軸轉(zhuǎn)速，也只能按一轉(zhuǎn)遞增，而且分級越多指令信號的個數(shù)越多，更難于實現(xiàn)。因此，實際上還是將主軸轉(zhuǎn)速按等比數(shù)列分成若干級，根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速的S代碼發(fā)出相應(yīng)的有級級數(shù)與電機的調(diào)速信號來實現(xiàn)主軸的住動變速。電機的調(diào)壓或調(diào)磁變速，由電動機的驅(qū)動電路根據(jù)轉(zhuǎn)速指令電壓信號來變換。齒輪有級變速則才用夜壓或電磁離合器實現(xiàn)。 2、分級變速箱的設(shè)計 數(shù)控機床的分級變速箱由于位于調(diào)速電機與主軸之間,因此,設(shè)計時除遵循一般有級變速箱設(shè)計原則外,必須處理好公比的選擇.在設(shè)計數(shù)控機床分級變速箱時,公比的選取有以下三種情況: a、取變速箱的公比Φ等于電機的恒功率調(diào)速范圍RdP ,即Φ= RdP 。 b、如果為了簡化變速箱的結(jié)構(gòu)，希望變速級數(shù)少一些，則不得不取較大的公比。 c、數(shù)控車床在切削階梯軸、成行螺旋面或端面時，有時需要進行恒線速切削。 經(jīng)綜合分析比較選有第a種情況的公比。 (1)、取變速箱的公比Φ等于電機的恒功率調(diào)速范圍RdP ,即Φ= RdP .則機床主軸的恒功率變速范圍為 RnP=ΦZ-1RdP=ΦZ (4-13) 變速箱的變速級數(shù) Z= = =2.93 (4-14) 其中: RnP-----主軸恒功率區(qū)變速范圍 RnP=25 Φ-----變速箱的公比 Φ= RdP=3 Z必須是整數(shù)，可取變速箱的變速級數(shù)Z=3。其轉(zhuǎn)速圖如圖4-4（a）所示。電動機經(jīng)定比傳動2：3，使變速箱的軸Ⅰ得到3000r/min—1000r/min（恒功率）和1000 r/min--270 r/min（恒轉(zhuǎn)矩）的轉(zhuǎn)速。如果經(jīng)Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ軸之間的兩對1：1的齒輪傳動，主軸能得到3000 r/min --1000 r/min恒功率轉(zhuǎn)速范圍。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速n降到1000 r/min時，電動機轉(zhuǎn)速降到1500 r/min（額定轉(zhuǎn)速）。如果電動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，則將進入恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，最大輸出功率也將隨之下降。表現(xiàn)在圖4-4（b）的功率特性圖上，主軸轉(zhuǎn)速為3000 r/min--1000 r/min時，為ab段，是恒功率。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，最大輸出功率將沿bc段虛線下降。 圖4-4 傳動系統(tǒng)及功率特性圖 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速降到1000 r/min時，變速箱變速，經(jīng)（1/1）*（1/3）傳動主軸。這時電動機轉(zhuǎn)速自動地回到最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)電動機又從4500 r/min降到1500 r/min時，主軸從1000 r/min降到333 r/min，還是為恒功率。在功率特性圖上為bd段。 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速降到333 r/min時，變速箱變速，經(jīng)（1/3）*（1/3）=1/9轉(zhuǎn)動主軸。電動機又回到最高轉(zhuǎn)速。主軸從333 r/min降到111 r/min，在特性圖上為df段。 主軸111 r/min的轉(zhuǎn)速已低于原要求的計算轉(zhuǎn)速，以下進入恒轉(zhuǎn)矩段?？侩妱訖C繼續(xù)降速得到，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速降到405 r/min時，主軸轉(zhuǎn)速降到405*（2/3）*（1/9）=30 r/min，即為主軸的最低轉(zhuǎn)速，這時電動機的最大輸出功率為： P2=Pd=0.27 Pd (4-15) 即為額定功率Pd的27% 。 在圖4-4（b）中，abdf應(yīng)為一條直線。為了清楚起見，把它畫成三段，并略錯開?？梢钥闯觯鬏S恒功率變速范圍af是由3段組成的，每段的變速范圍為電動機的恒功率調(diào)速范圍RdP=3。所以，變速箱的公比Φ= RdP 。電動機的功率根據(jù)主軸的需要選擇。主軸計算轉(zhuǎn)速為f點的轉(zhuǎn)速（111r/min）。表4.3為主軸轉(zhuǎn)速與有級級數(shù)和電動機調(diào)壓調(diào)磁轉(zhuǎn)速的關(guān)系. 表4.3 主軸轉(zhuǎn)速與有級級數(shù)和電動機調(diào)壓調(diào)磁轉(zhuǎn)速的關(guān)系 n/r?min-1 有級級數(shù) nY/r?min-1 30≦n<111 Ⅰ[（2/3）?（20/60）?（20/60）] 405--1500 111≦n<333 Ⅱ[（2/3）?（20/60）?（20/60）] 1500--4500 333≦n<1000 Ⅲ[（2/3）?（40/40）?（20/60）] 1500--4500 1000≦n≦3000 Ⅳ[（2/3）?（40/40）?（40/40）] 1500--4500 圖4-4（c）為轉(zhuǎn)矩特性。從a至f，轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而上升。至f點為主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩Mmax。f-g為轉(zhuǎn)矩區(qū)。a至f也是由三段拼成的。 3、分段有級變速傳動方案確定 (1) 、傳動方案的設(shè)計計算 由前面計算得： =3，j=3 帶傳動的傳動比i0=2/3 取 i1=1 i2=1/3 I3=1 i4=1/3 故?。?40 =40 =20 =60 =40 =40 =20 =60 (2) 、齒輪的設(shè)計計算 大小齒輪都采用45號鋼調(diào)質(zhì)，選小齒輪硬度為260HB—290HB，大齒輪硬度為220HB—250HB，精度選用六級，模數(shù)m=2.5mm , 齒寬b=30mm, 螺旋角α= 所以： =mz1=2.5×40=100（） (4-16) =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（） 還應(yīng)該校核齒輪表面接觸疲勞強度，彎曲疲勞強度。經(jīng)校核均合格，其校核過程略。 (四) 、電磁離合器的設(shè)計計算 有級變速的自動變換方法一般有液壓或電磁離合器兩種。 液壓變速機構(gòu)是通過液壓缸、活塞桿帶動拔叉推動滑移齒輪移動來實現(xiàn)變速，雙聯(lián)滑移齒輪用一個液壓缸，而三聯(lián)滑移齒輪必須使用兩個液壓缸實現(xiàn)三位移位。 電磁離合器是應(yīng)用電磁效用接通或切斷運動的元件，由于它便于實現(xiàn)自動操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動裝置中常用的操作元件。電磁離合器用于數(shù)控機床的主轉(zhuǎn)動時，能簡化變速機構(gòu)，操作方便，通過若干個安裝在各轉(zhuǎn)動軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動路線，實現(xiàn)主軸的變速。 經(jīng)分析本設(shè)計選用電磁離合器來控制數(shù)控車床的有級自動變速。 圖4-5 電磁離合器變速的主傳動系統(tǒng)圖 圖4-5是采用電磁離合器變速的傳動系統(tǒng)圖，該傳動系統(tǒng)由四對相互嚙合的齒輪構(gòu)成二級齒輪變速。每對相嚙合的齒輪中有一個空套在傳動軸上，并與電磁離合器的聯(lián)接件聯(lián)接，離合器與傳動軸采用花鍵聯(lián)接，空套齒輪與傳動軸之間只有在電磁離合器吸合時才能傳動。因此，通過各離合器的吸合和分離的不同組合可以改變運動的傳動路線，實現(xiàn)主軸的變速。對4-5所示系統(tǒng)，四個離合器有4種可實現(xiàn)傳動的組合，由于有兩組齒輪的齒數(shù)一樣，因而有4條不同的傳動路線，可獲得3檔機械變速（表4.4） 表4.4 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 M1 M2 M3 M4 1500——4500 1000≦n≦3000 i=（2：3）*（Z′1/Z1）*（Z′3/Z3）=2：3 + - + - 1500——4500 333≦n<1000 i=（2：3）*（Z′1/Z1）*（Z′4/Z4）=1:3 + - - + i==（2：3）*（Z′2/Z2）*（Z′3/Z3）=1:3 - + + - 1500——4500 111≦n<333 i==（2：3）*（Z′2/Z2）*（Z′4/Z4）=1:9 - + - + 405——1500 30≦n<111 i==（2：3）*（Z′2/Z2）*（Z′4/Z4）=1:9 - + - + 當(dāng)從CNC裝置中輸出一主軸轉(zhuǎn)速n主 時，此主軸轉(zhuǎn)速n主經(jīng)過一比較器進行比較： 當(dāng)30 r?min-1≦n主<111 r?min-1 時電磁離合器M2和M4吸合，M1和M3分離，此時整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動比是2：27，交流電動機的進行恒轉(zhuǎn)矩傳動。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=405 r?min-1—1500 r?min-1 。 當(dāng)111 r?min-1≦n主<333 r?min-1 時電磁離合器M2和M4吸合，M1和M3分離，此時整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動比是2：27，交流電動機的進行恒功率傳動。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=1500 r?min-1—4500 r?min-1 。 當(dāng)333 r?min-1≦n主<1000 r?min-1 時電磁離合器M1和M4吸合，M2和M3分離，此時整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動比是2：9，交流電動機的進行恒功率傳動。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=1500 r?min-1—4500 r?min-1 。 當(dāng)1000 r?min-1≦n主<3000 r?min-1 時電磁離合器M1和M3吸合，M2和M4分離，此時整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動比是2：3，交流電動機的進行恒功率傳動。其轉(zhuǎn)速為n電=n主/I=1500 r?min-1—4500 r?min-1 。 三、機床調(diào)速電機控制電路圖的設(shè)計 在本課程設(shè)計中主軸電動機的調(diào)速是有變頻器來實現(xiàn)的。 （一）、變頻器的簡單原理 在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好。調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變頻器對籠型異步電動機調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟效率顯著，所以逐步得到推廣。 1、 變頻器的基本構(gòu)成 變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流直接換成頻率，電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱間接式變頻器。在本課程設(shè)計中將采用交-直-交變頻器來控制主軸電動機。 變頻器的基本構(gòu)成如圖4-6所示，有主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成，分析如下: 圖4-6 變頻器的基本結(jié)構(gòu) （1）、整流器 電網(wǎng)側(cè)的交流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是單相）交流整流成直流。 （2）、逆變器 負載側(cè)的交流器II為逆變器。最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。 （3）、中間直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無任電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會等于1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功功率的能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間儲能環(huán)節(jié)。 （4）、控制電路 控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等?？刂品椒刹捎脭?shù)字控制或模擬控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計算機進行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能。 （5）關(guān)于變頻器名稱的說明 對于交-直-交變頻器，在不涉及能量傳遞方向的改變時，我們常簡單的稱變頻器I為整流器，變頻器II為逆變器，而把圖中I、II、III總起來稱為變頻器。 2、變頻器類型的選擇 這里將就交-直-交變頻器按不同角度進行選擇如下分類 （1）、按直流電源的性質(zhì)分類 當(dāng)逆變器輸出側(cè)的負載為交流電動機時，在負載和直流電源之間將進行無功功率的交換。用于緩沖無功功率的中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件可以是電容或電感，據(jù)此，變頻器可分為電壓型變頻器和直流型變頻器兩大類。在本課程設(shè)計中將采用電壓型變頻器進行控制。 （2）、電壓調(diào)節(jié)方式的選擇 變頻調(diào)速時，需要同時調(diào)節(jié)變頻器的輸出電壓和頻率，以保證電磁主磁通的恒定。對輸出電壓的調(diào)節(jié)有兩種方式：PAM方式和PWM方式。在本課程設(shè)計中將采用PWM型方式進行調(diào)速控制。 PWM方式是脈沖寬度調(diào)制方式的簡稱。最常見的主電路圖如圖4-7a所示。變頻器中的整流器采用不可控的二級管整流電路。變頻器的輸出變頻和輸出電壓的調(diào)節(jié)均由逆變器按PWM方式完成。調(diào)壓過程的示意圖如4-7b所示。利用參考電壓uR與載頻三角波uc互相比較，來決定主開關(guān)的導(dǎo)通時間而實現(xiàn)調(diào)壓。利用脈沖寬度的改變來得到幅值不同的正弦基波電壓。這種參考信號為正弦波，輸出電壓平均值近似為征象波PWM方式，稱為正弦PWM調(diào)制，簡稱為SPWM方式。 圖4-7 PWM變頻器 本課程設(shè)計采用的變頻器為富士公司生產(chǎn)的FVR—G7S系列富士變頻器型號為FVR11G7S—7JS變頻器。整個機床調(diào)速電機控制電路圖如附圖所示 改造后的機床為實現(xiàn)其螺紋加工還須配置主軸脈沖發(fā)生器作為車床主軸位置信號的反饋元件。它與車床主軸同步運行，采集主軸運動時的數(shù)據(jù)信息，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號，輸入到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)，再由數(shù)控系統(tǒng)通過軟件控制，以保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，螺紋車刀也同步在縱向進給一個螺紋，并保證螺紋加工中分幾次切削時不發(fā)生亂扣，即每次螺紋切削進刀位置一致。主軸脈沖發(fā)生器一般采用增量式光電編碼器，其安裝通常有兩種方式：同軸安裝、異軸安裝。 同軸安裝方式是直接與車床主軸的后端相聯(lián)結(jié)，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件；異軸安裝方式是通過橋齒輪或同步齒形帶傳動，使主軸與光電編碼器同步轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但避免了前述同軸安裝的缺點。本設(shè)計中是采用異軸安裝方式。 主軸脈沖發(fā)生器輸光學(xué)元件，安裝時應(yīng)小心輕放，不能有較大的 沖擊和振動，以防損壞玻璃光柵盤，造成報廢。令應(yīng)注意主軸脈沖發(fā)生器的最高運行轉(zhuǎn)速，車床主軸的轉(zhuǎn)速必須小于此轉(zhuǎn)速，以免損壞脈沖發(fā)生器。