CA6140普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)）

CA6140普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)）,ca6140,普通,車(chē)床,進(jìn)行,數(shù)控,改造,設(shè)計(jì),全套,cad,圖紙,說(shuō)明書(shū),仿單 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院2007屆畢業(yè)（論文）目 錄一、緒論11 引言. .112機(jī)床數(shù)控改造的目的. . 213數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展. .2131數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展.2132數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).214CA6140的數(shù)控改造. .4141數(shù)控系統(tǒng)的選擇.4142CPU和存儲(chǔ)器.5143I/O接口線(xiàn)路.6144其他部件的選擇.6二、 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計(jì)算21 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算. .7211選擇脈沖當(dāng)量.7212計(jì)算切削力.7213 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型.8214齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算.1022橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.12221 切削力計(jì)算.12222滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算.12223齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算.1423 自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì).15231刀架的回轉(zhuǎn)和選位. .16232減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算. .17233蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算. .20234螺旋升降裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算.23三、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)31概述. . . . .2732單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).28321主要技術(shù)特性及硬件配制.28322存儲(chǔ)空間的分配.28323 I/O地址分配.28324單片機(jī)部分電路設(shè)計(jì)圖如圖紙所示.29325光電隔離電路.29326功率放大電路.29327其他輔助電路. .30四、軟件設(shè)計(jì)部分41概述. . . . .3042總體方案設(shè)計(jì).3143插補(bǔ)方法的確定.3144進(jìn)給控制字FCW的設(shè)置.33致謝 . .34參考文獻(xiàn).352中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院2007屆畢業(yè)（論文）目 錄一、緒論11 引言. .112機(jī)床數(shù)控改造的目的. . 213數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展. .2131數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展.2132數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì).214CA6140的數(shù)控改造. .4141數(shù)控系統(tǒng)的選擇.4142CPU和存儲(chǔ)器.5143I/O接口線(xiàn)路.6144其他部件的選擇.6二、 數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計(jì)算21 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算. .7211選擇脈沖當(dāng)量.7212計(jì)算切削力.7213 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型.8214齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算.1022橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.12221 切削力計(jì)算.12222滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算.12223齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算.1423 自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì).15231刀架的回轉(zhuǎn)和選位. .16232減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算. .17233蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算. .20234螺旋升降裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算.23三、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)31概述. . . . .2732單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).28321主要技術(shù)特性及硬件配制.28322存儲(chǔ)空間的分配.28323 I/O地址分配.28324單片機(jī)部分電路設(shè)計(jì)圖如圖紙所示.29325光電隔離電路.29326功率放大電路.29327其他輔助電路. .30四、軟件設(shè)計(jì)部分41概述. . . . .3042總體方案設(shè)計(jì).3143插補(bǔ)方法的確定.3144進(jìn)給控制字FCW的設(shè)置.33致謝 . .34參考文獻(xiàn).35一、緒論1.1引言隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加速，因此對(duì)機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速的發(fā)展起來(lái)。 從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床（1952年 美國(guó)）問(wèn)世至今，機(jī)床的數(shù)控化率在不斷的提高。世界各工業(yè)國(guó)家已普遍生產(chǎn)和應(yīng)用，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控化率在1988年就已達(dá)到70%。我國(guó)從開(kāi)放搞活以來(lái)，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促使我國(guó)的機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。當(dāng)前普遍應(yīng)用的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，它綜合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和機(jī)械制造等方面的最新成果，是一種靈活高效的自動(dòng)化機(jī)床，是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品之一。各大企業(yè)不斷設(shè)置數(shù)控機(jī)床擴(kuò)大再生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備。數(shù)控機(jī)床的普及率不斷提高，這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控改造是否必要可從以下幾點(diǎn)說(shuō)明。數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問(wèn)題，能夠穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還是受到其他條件的限制。數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，對(duì)中小企業(yè)常是力不從心。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，而且替代的機(jī)床閑置起來(lái)又造成浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)，往往不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。通過(guò)數(shù)控機(jī)床對(duì)具體生產(chǎn)有多余功能。要較好地解決上述問(wèn)題，應(yīng)走普通車(chē)床數(shù)控改造之路，從一些工業(yè)化國(guó)的經(jīng)驗(yàn)者，機(jī)床的數(shù)控改造也必不可少，數(shù)控改造機(jī)床占有較大比例。如：日本的大企業(yè)中有近30%的機(jī)床經(jīng)過(guò)數(shù)控改造，中小企業(yè)則是70%以上。在美國(guó)有許多數(shù)控專(zhuān)業(yè)化公司為世界各地提供機(jī)床數(shù)控改造服務(wù)。我國(guó)作為機(jī)床大國(guó)-為了提高機(jī)床的數(shù)控化率對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造不失為一種良策。一些發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)、美國(guó)、 日本等就非常重視對(duì)舊機(jī)床的改造， 而且已形成了一個(gè)完善的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的改造體系。 由于技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造已成為一個(gè)永恒的課題。 我國(guó)應(yīng)在這方面加大宣傳力度， 走出一條適合我國(guó)國(guó)情的機(jī)床的數(shù)控改造之路。機(jī)床數(shù)控改造節(jié)省資金，同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省6080的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的 1/3 即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)， 也只需花費(fèi)購(gòu)買(mǎi)新機(jī)床60的費(fèi)用， 并可以利用現(xiàn)有地基。性能穩(wěn)定可靠， 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后， 即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3-7倍。對(duì)復(fù)雜零件而言， 難度越高， 功效提高得越多。 且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。因此，普通機(jī)床的數(shù)控不但存在的必要，而且大有可為，尤其對(duì)一些中小企業(yè)更是如此。1. 2機(jī)床數(shù)控改造的目的設(shè)備是企業(yè)發(fā)展生產(chǎn)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的物質(zhì)基礎(chǔ)。設(shè)備的技術(shù)性能和技術(shù)狀態(tài)不但直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，還關(guān)系工時(shí)、材料和能源的有效利用，同時(shí)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。設(shè)備的技術(shù)改造和更新直接影響企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)拓。因此，從企業(yè)產(chǎn)品更新替代、發(fā)展品種、提高質(zhì)量、降低能耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)際出發(fā)，進(jìn)行充分的技術(shù)分析，有針對(duì)性的用新技術(shù)改造和更新現(xiàn)有設(shè)備，是提高企業(yè)素質(zhì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一種有效方法。據(jù)全國(guó)工業(yè)普查的統(tǒng)計(jì)資料介紹，截止到2000年底，數(shù)量較多涉及面較寬的金屬加工機(jī)床的擁有量約為384萬(wàn)臺(tái)，其中役齡在6 15年約為153. 2萬(wàn)臺(tái)，約占39. 9%，役齡在16a以上約為133. 7萬(wàn)臺(tái)，約占34. 8%。這表明我國(guó)工業(yè)制造業(yè)的裝備，乃至各行各業(yè)的設(shè)備仍有相當(dāng)大數(shù)量比較落后，有待改造或更新。鑒于此，采用數(shù)控技術(shù)對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造，尤其適合我國(guó)機(jī)床擁有量大，生產(chǎn)規(guī)模小的具體國(guó)情。1. 3數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展1. 3. 1數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)為革新飛機(jī)制造業(yè)中用于仿形機(jī)床的靠模和樣件的加工設(shè)備，開(kāi)始研制新型機(jī)床。1952年，美國(guó)帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，研制成功第一代數(shù)控系統(tǒng)。用于三坐標(biāo)立式銑床。其插補(bǔ)裝置采用脈沖乘法器，整個(gè)控制裝置由真空管組成。1959年，晶體管元件問(wèn)世，數(shù)控系統(tǒng)中廣泛采用晶體管和印制板電路，從此數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第二代。 1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路，由于其體積較小，功耗低，抗干擾能力較強(qiáng)，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。上述三代數(shù)控系統(tǒng)均為硬接線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)，稱(chēng)為普通數(shù)控系統(tǒng)o隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以小型計(jì)算機(jī)替代專(zhuān)用硬接線(xiàn)裝置，以控制軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第四代。1970年前后，美國(guó)英特爾公司首先開(kāi)發(fā)和使用了四位微處理器，1974年美、日等國(guó)首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，由于中、大規(guī)模集成電路的集成度和可靠性高、價(jià)格低廉，所以微處理器數(shù)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。這就是微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，從而使數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了第五代?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)為了進(jìn)一步擴(kuò)展功能，增強(qiáng)實(shí)時(shí)控制能力和可靠性，常采用多微處理器結(jié)構(gòu)，由多個(gè)微處理器構(gòu)成功能模塊，各功能模塊之間的互連與通信，或采用共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，或采用共享存貯器結(jié)構(gòu)。1.3.2數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1、向高速度、高精度發(fā)展現(xiàn)代機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)多采用32位CPU和多CPU并行技術(shù)，使運(yùn)算速度得了很大的提高。與高性能數(shù)控系統(tǒng)相配合，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床采用了交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)的位置、速度和電流環(huán)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)多達(dá)9個(gè)，使機(jī)床可以加工較復(fù)雜的空間線(xiàn)型或型面。2、可靠性的提高由于現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于組織批量生產(chǎn)，故可保證產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大量采用大規(guī)模集成電路，采用專(zhuān)用芯片及混合式集成電路，提高了集成度，減少了元器件數(shù)量，提高了可靠性。3、采用自動(dòng)程序編制技術(shù)現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)利用其自身很強(qiáng)的存貯及運(yùn)算能力，把很多自動(dòng)編程功能植入數(shù)控系統(tǒng)。在一些新型的數(shù)控系統(tǒng)中，還裝入了小型工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，使得數(shù)控系統(tǒng)不僅具有在線(xiàn)零件程序編制功能，而且可以在零件程序編制過(guò)程中，根據(jù)機(jī)床性能，工件材料及零件加工要求，自動(dòng)選擇最佳刀具及切削用量。1.4 CA6140的數(shù)控改造本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量0.01mm/脈沖，橫向?yàn)?.005mm/脈沖。驅(qū)動(dòng)元件采用直流步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠。 1.4.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心，在選擇時(shí)，要對(duì)其性能、 經(jīng)濟(jì)性及維修服務(wù)等進(jìn)行綜合考慮，盡量選用名牌產(chǎn)品。 根據(jù)被改機(jī)床的結(jié)構(gòu)、 性能及被加工零件的精度來(lái)選擇數(shù)控系統(tǒng)。 既要功能相匹配，又要盡量減少過(guò)剩的數(shù)控功能。 這樣一方面可避免資金浪費(fèi)，另一方面也可避免因數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜而增加的故障率。 目前數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類(lèi)型：步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)； 交 / 直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其中步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)， 其伺服驅(qū)動(dòng)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。該系統(tǒng)位移精度較低， 但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 調(diào)試維修方便、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、成本低、抗干擾性能強(qiáng)、 對(duì)環(huán)境室溫要求不高，易改裝成功。 適用于精度要求一般的中小型機(jī)床的改造，也是目前數(shù)控改造中應(yīng)用最為廣泛的一種。 異步電機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)光柵測(cè)量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)控制精度高，但在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜， 工作量大，成本也高， 調(diào)試?yán)щy， 一般不采用。 交 / 直流伺服電機(jī)拖動(dòng)編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)， 其精度介于前二者之間，結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，適用于控制精度要求較高的大、 中型機(jī)床的改造?？傮w方案確定為用MCS51系列單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖，經(jīng)一級(jí)齒輪減速，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。示意圖如圖1所示。圖1由于設(shè)計(jì)的是經(jīng)濟(jì)型車(chē)床的改造，所以在考慮具體的方案時(shí)，其本原則是在滿(mǎn)足需要的前提下，對(duì)于機(jī)床盡可能減少改動(dòng)量，以降低成本。8031單片機(jī)在數(shù)控改造應(yīng)用較普通，各種應(yīng)用軟件較多，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)較容易，且其價(jià)格低廉，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，速度快，指令系統(tǒng)的效率高，體積小，最適宜用來(lái)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易和小型專(zhuān)用的數(shù)控裝置。1.4.2 CPU和存儲(chǔ)器由于8031無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器,同時(shí),8031內(nèi)部只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,也不能滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求,故擴(kuò)展了兩片2764的程序存儲(chǔ)器和一片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8031芯片的P0和P2用來(lái)傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù),P2口傳送高八位地址,P0口需傳送低八位地址和數(shù)據(jù),所以要采用74LS373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ALE作為選通信號(hào)。8031芯片的P2和74LS373送出的P0口低八位地址共同組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線(xiàn),A0A7低八位接74LS373的輸出,A8A12接8031芯片的P2.0P2.4,系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764芯片片選信號(hào)CE分別接74LS138譯碼器的Y0和Y1,系統(tǒng)復(fù)位后程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行。6264的片選信號(hào)CE也接74LS138譯碼器的Y2(單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址)、8031芯片控制信號(hào)PSEN接2764的OE引腳,讀寫(xiě)控制信號(hào)WR和RD分別接6264芯片的WE和OE,以實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。由于8031芯片內(nèi)沒(méi)有ROM故EA須接地。1.4.3 I/O接口電路由于8031只有P1和P3口部分能提供用戶(hù)作為I/O口使用,不能滿(mǎn)足輸入輸出口的需求,因而系統(tǒng)擴(kuò)展了兩片8155可編程輸入輸出接口電路。8155的片選信號(hào)CE分別接74LS138的Y3和Y4,74LS138譯碼器的三個(gè)輸入端A、B、C分別接到8031的P2.5、P2.6、P2.7。I/O接口與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的:8155(1)芯片的PA0PA5為面板上的選擇開(kāi)關(guān);PB0PB7是各種運(yùn)行的點(diǎn)動(dòng)控制;PC0PC3發(fā)出刀位信號(hào),控制刀架電機(jī)回轉(zhuǎn),到達(dá)指定的刀位,刀架夾緊之后,發(fā)出換刀回答信號(hào),經(jīng)8155(1)的PB5輸入計(jì)算機(jī),控制刀架開(kāi)始進(jìn)給。8155(2)芯片的PA0PA7為Z、X向電機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖,PB0PB3是鍵盤(pán)掃描輸入,PB4PB7的輸出是X!Y向的限位控制,PC0PC5是顯示器的位選信號(hào),顯示器的段選信號(hào)由8031的P110P117控制。1.4.4 其它部件的選擇直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參照金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)選取。滾珠絲杠選取FD系列，北京機(jī)床廠產(chǎn)品。為內(nèi)循環(huán)雙螺母墊片預(yù)進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便、剛度高。縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造。拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱和溜板箱，在原機(jī)床進(jìn)給箱處安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，采用原固定方式。橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造。拆除原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微進(jìn)給和機(jī)床刀具對(duì)零件操作，原有的支承結(jié)構(gòu)也保留。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)?？v橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速，調(diào)隙齒輪用于消除齒輪傳動(dòng)中的間隙，以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)精度。在原溜板箱處安裝縱、橫向快速進(jìn)給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作需要和遇到意外情況時(shí)的緊急處理需要。CA6140車(chē)床數(shù)控改造總布置圖如圖6所示。二、數(shù)據(jù)參數(shù)的選擇及其計(jì)算2.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)得設(shè)計(jì)計(jì)算 工作臺(tái)重量：80kg 時(shí)間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm 行程：L=1200 mm 脈沖當(dāng)量：=0.018mm/step 步距角：=0.75/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min 加工最大直徑：=400 mm 加工最大長(zhǎng)度：1000 mm 溜板及力架重力：800N 刀架快段速度：2.4 m/min 最大進(jìn)給速度：0.6 m/min 主電機(jī)功率：7.5KW 起動(dòng)加速時(shí)間：30 ms 機(jī)床定位精度0.015 mm2.1.1 選擇脈沖當(dāng)量：根據(jù)機(jī)床精度要求確定，縱向0.01mm/步。2.1.2 計(jì)算切削力：縱車(chē)外圓;由文獻(xiàn)可知切削功率Nc=Nk式中：N電動(dòng)機(jī)功率7.5KW主動(dòng)系統(tǒng)總功率一般為0.60.7 取=0.65K進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)：取0.96Nc=NK=7.50.650.96=4.68KW又因Nc=FzV/6120 有Fz=6120Nc/V式中V切削速度取100m/min主切削力Fz=61204.68/100=286.416kgf=2806.88N由參考文獻(xiàn)二可知，主切削力Fz=CFzapXFzfYFzkTfz查表:Cfz=188kgf mmXFz=1 YFZ=0.75 KTfz=1則可計(jì)算如下表:ap (mm)222333F(mm)0.20.30.40.20.30.4Fz(kgf)112.5152.4189.1168.7228.7283.7當(dāng)Fz=283.7 kgf時(shí)，切削深度ap=3mm，走刀量f=0.4 mm，此參數(shù)作為下邊計(jì)算用，由參考文獻(xiàn)一得一般外圓車(chē)削時(shí)Fx=(0.10.6) Fz Fy=(0.150.7)FzFx=0.5 Fz=0.5286.416=143.208 kgf=1403.44 N Fy=0.6 Fz=0.6286.416=171.8496 kgf=1684.1 N橫切端面：主切削力Fz（kgf）可取縱切的1/2Fz= Fz1/2=143.208 kgf=1403.44 N取Fx=0.6 Fz=0.6143.208=85.9248 kgf=842.06 NFy=0.5 Fz=0.5143.208=71.604 kgf=701.72 N2.1.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型：縱向進(jìn)給絲杠 計(jì)算進(jìn)給率引力Fm（N）縱向進(jìn)給為綜合導(dǎo)軌Fm=KFx+f（Fz+G）式中K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)綜合導(dǎo)軌取K=1.15f滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)0.150.18，取0.16G溜板及力架重力：800 NFm=KFx+f(Fz+ G)=1.151403.44+0.16(2806.88+800)=2191.06 N 計(jì)算最大的負(fù)載CC= Fm fwL1/3 其中L=60nT/10 n=1000Vs/L0其中 L0滾珠絲杠導(dǎo)軌。 初選L0=6 mm Vs最大切削力F的進(jìn)給速度可取最高進(jìn)給速度的（1/21/3），此外Vs=0.6m/min。 T使用壽命 按15000h f w運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)。按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取f w=1.21.5。 L壽命以106轉(zhuǎn)為1單位。 N=1000Vs/ L0=10000.60.5/6=50r/min L=60nT/10=605015000/10=45 C= Fm fwL1/3=451/31.22191.06=9352.04 N 滾珠絲杠螺母副的選型。據(jù)北京機(jī)床研究所滾珠絲杠產(chǎn)品的樣本選取絲杠直徑40，選用型號(hào)為FD406123其額定動(dòng)載荷為163000 N，精度等級(jí)E級(jí)，強(qiáng)度夠用。 傳動(dòng)效率計(jì)算=tg/tg(+) 螺旋升角2 44=tg/ tg(+)= tg2 44/ tg(2 44+10)=0.94 剛度計(jì)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載Fx引起的導(dǎo)程L0的變化量L1= Fm Fm/E F其中：L1在工作負(fù)載Fx作用下引起每一導(dǎo)程的變化量mm） Fm工作負(fù)載即進(jìn)給率引力NL0滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）E材料彈性模數(shù)對(duì)鋼E為20.6104（N/ mm2）S滾珠絲杠截面積（內(nèi)徑）（mm2）S=（d/2）2 d=d0+2e-2Rs=36.3789S=（d!/2）2=(36.379/2) 2 3.14=10.38mm其中 Rs=（0.510.56）Pw=1.836e=0.707(Rs-Dw/2)=0.025故L = Fm L0/E F=2191.060.6/20.610610.38=6.142810-6cm滾珠絲杠受扭轉(zhuǎn)引起的導(dǎo)程變化量L2 L2= L0/2+很小，忽略不計(jì)。 所以 L=L1+L2=L1=100L / L0=100/0.66.142810-6=10.238m查表知E紋精度絲杠允許誤差15m 10.238m15m剛度夠穩(wěn)定性校核： 滾珠絲杠兩端用推力球軸承，支承基本不變，穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。2.1.4 齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算公式均來(lái)自參考文獻(xiàn)一 縱向傳動(dòng)有關(guān)齒輪計(jì)算，傳動(dòng)比ii=L0/360p=0.756/3600.01=1.25L0滾珠絲杠導(dǎo)程 步距角 p脈沖當(dāng)量故取 Z1=32 Z2=40 m=2mm b=18 =20 d1=mZ1=64mm d2= mZ2=80mm d1=d1+2ha*=68mm d2=84mm df1=d1-2hf=59mm df2=75mm d=d1+d2/2=72mm 縱向步進(jìn)電機(jī)計(jì)算傳動(dòng)慣量的計(jì)算（）工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=(180p/) 2W=（1800.001/3.140.75）280=0.468kgfcm2 （）絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2=7.81044.04150.0=29.95kgcm2()齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J3=7.81046.441.8=2.355kgcm2 J4=7.81048.041.8=5.75kgcm2()電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J J=1/22（J2+J4）+J1+J3=1/1.252（29.95+5.75）+2.355+0.468 =22.586kgcm2所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩M起 M起=Mamax+Mf+M0最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M= Mf+M0 式中 Mamax空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩 Mf折算到電機(jī)軸上的摩擦力力矩 M0由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力力矩 Mat切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩Mt折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩Ma=Jn/9.6T10-4Nm 當(dāng)n=nt時(shí)，Ma=Mamax nmax =Vmaxi/s=20001.25/6=416.7r/min Mmax=22.586416.7/9.60.02510-4=40.0138kgfcm 當(dāng)n=nt時(shí)，Ma= Mat s-導(dǎo)程6mm nt=nifi/s=10001000.41.25/3.14806=33.17r/min Mat=22.5833.17/9.60.02510-4=0.3112Nm=3.175kgfcm Mf=F0S/2i=fWS/2i 當(dāng)=0.8，f=0.16時(shí) Mf=0.16800.6/23.140.825=1.223kgfcm M0=P0S/2i(1-02) 0=0.9，預(yù)加載荷P0=1/3FX,則 M0=FXS/6i(1-02)=143.2080.6(1-0.92)/63.140.81.25=0.866kgfcm Mt=FXS/2i=143.2080.6/23.140.81.25=13.68kgfcm所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩M=Mamax+Mf+M0=40.0138+1.223+0.866=42.10kgfcm切削時(shí)所需力矩M=Mat+Mf+M0+M0=3.175+1.223+0.866+13.68=18.95kgfcm快速進(jìn)給時(shí)所需力矩： M= Mf+M0=1.223+0.866=2.089kgfcm從以上數(shù)據(jù)分析，所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)。步進(jìn)電機(jī)最高工作效率fmax=Vmax/60p=2000/600.01=3333.3Hz步進(jìn)電機(jī)的選擇 對(duì)于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī)Tmax=Mmax/0.6=42.10/0.866=48.6kgfcm 查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，其最大靜轉(zhuǎn)矩是 800Ncm=48.6kgfcm該電機(jī)在3333.3Hz下啟動(dòng)遠(yuǎn)達(dá)不到所需要的轉(zhuǎn)矩42.1kgfcm，所以采用高低壓功放電路，并在程序設(shè)計(jì)中有速度控制子程序以免啟停時(shí)發(fā)生失步現(xiàn)象。其矩頻特性滿(mǎn)足實(shí)際需要的轉(zhuǎn)矩。2.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類(lèi)似。所用的公式不在詳細(xì)說(shuō)明工作臺(tái)重量：30kg時(shí)間常數(shù) ：T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm行程：L=226mm脈沖當(dāng)量：p=0.005mm/step步距角：=0.75/step快速進(jìn)給速度：Vmax=1m/min加工最大直徑：210mm刀架快移速度：1.2m/min最大進(jìn)給速度：0.3m/min主電機(jī)功率：7.5kw2.2.1 切削力計(jì)算：橫向進(jìn)給量為縱向的1/31/2，取1/2。則切削力約為縱向的1/2 Fz=1/2286.416kgf=143.208kgf在切斷工件時(shí)Fy=0.6Fz=0.6143.208=85.925kgf Fx=0.5Fz=0.5143.208=71.604kgf2.2.2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算： 強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌P=kFx+f(Fz+W+2Fy)取k=1.4 f=0.2 則Fm=1.471.604+0.2(143.2+30+285.925)=169.26kgfn=1000Vcs/L0=30r/minX壽命值：L=60ntT/106 則L=60nT/106=603015000/106=27Q=271/31.2169.26=609.33=5971.4N根據(jù)北京機(jī)床廠滾珠絲杠產(chǎn)品，選取滾珠絲杠公稱(chēng)直徑為25，型號(hào)FD255123LH 其額定動(dòng)載荷為23100N，所以強(qiáng)度足夠。 效率計(jì)算螺旋開(kāi)角r=339 摩擦角 =10=tgr/tg(r+)=tg339/tg(339+10)=0.956 剛度驗(yàn)算橫向絲杠支撐方式如下圖4，最大牽引力為169.25kgf,支撐間距L=450mm滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程L0的變化量為：d=d0+2e-2Rs=25+20.020.650.707-20.520.65 =21.96mmL1=PL0/EF其中 L0=5mm E=20.6106N/cm2 F=（d/2）2=3.79cm2 L1=169.259.80.5/20.61063.79 =10.6210-6滾珠絲杠受扭距引起的導(dǎo)稱(chēng)變化量很小，可以忽略，故=L11/ L0=21.3m/m三級(jí)精度絲杠允許誤差為15m，所以剛度不夠，滾珠絲杠直徑亦不加大，采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則Q=1.471.6+0.04（143.208+30+285.925） =114.5kgfL=114.059.80.5/20.61063.79=7.1610-6=7.1610-6/0.5=14.32m/m此時(shí)剛度夠用 穩(wěn)定性計(jì)算由于選用的絲杠直徑和以前機(jī)床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問(wèn)題。2.2.3 齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算：傳動(dòng)比：i=s/3600.005=0.755/3600.005=2.08取 Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm =20 d1=48mm d2=100mm d1=52mm d2=104mm df1=43mm df1=95mm d=74mm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2=（1800.005/3.140.75）230=0.0438kgfcm2絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS=7.8-42.5445=1.37kgcm2齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jz1=7.8-44.842=0.828 kgcm2 Jz2=7.8-41042=15.6 kgcm2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略，總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=1/22（JS+JZ2）+ JZ1+ JS=1/2.082（1.371+15.6）+0.8281+0.0438=4.79kgcm2 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算nmax=Vi/5=10002.08/5=416r/minMmax=Jnmax10-4/9.6T=4.7941610-4/9.60.025=0.83Nm=8.47kgfcmnt=n+i/s=1000Vfi/Ds=10001000.152.08/3.14805=24.84 r/minMat=4.7924.8410-4/9.60.025=0.0495 Nm=0.506 kgfcmMf=F0 S/2i=FWS/2i=0.2300.5/23.140.82.08=0.287 kgfcmM0=Fr S(1-02)/ 2i=85.9250.5（1-0.92）/23.140.82.08=0.781 kgfcmMt= Fr S/2i=85.9250.5/23.140.82.08=4.111 kgfcm快速空載起動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩M啟= Mamax+ Mf+ M0 =8.47+0.287+0.781=9.538 kgfcm切削時(shí)所需轉(zhuǎn)矩M切= Mat+M+ M0+ Mt =0.506+0.287+0.781+4.111=5.685 kgfcm快速進(jìn)給時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 M快=Mf+M0=0.287+0.781=1.068kgfcm所需最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) Mamax=9.538kgfcm 步進(jìn)電機(jī)最高工作效率fmax=Vmax/60p=1000/600.005=3333.3Hz 步進(jìn)電機(jī)的選擇 fe=1000Vs/60p=10000.5/600.005=1666.7Hz對(duì)于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) Jmax=Mmax1/0.866=9.538/0.866=11.014kgfcm仍選用110FB003型步進(jìn)電機(jī),便于設(shè)計(jì)和采購(gòu),同樣也用高低壓功放電路和速度控制子程序,防止失步。2.3 自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床一般都配有四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,它是據(jù)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備的需要,同時(shí)兼顧刀架機(jī)床上能夠獨(dú)立控制的需要而設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀,其結(jié)構(gòu)主要有插銷(xiāo)式和端齒盤(pán)式。由于刀架生產(chǎn)廠家無(wú)一標(biāo)準(zhǔn),因此,結(jié)構(gòu)、尺寸各異。由于目前使用較多的是端齒盤(pán)式四工位自動(dòng)刀架,所以就選用端齒盤(pán)式四工位自動(dòng)刀架。 從自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類(lèi)刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動(dòng)完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動(dòng)作。下面依次討論刀架要完成上述過(guò)程的設(shè)計(jì)原理。刀架的抬起,利用螺紋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成軸向直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到抬起刀架的目的，在這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。在刀架的抬起過(guò)程中要防止刀架轉(zhuǎn)動(dòng)這可通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)帶有斜面的粗定位銷(xiāo)和定位銷(xiāo)槽的配合來(lái)完成，并使斜面間摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，大于上述轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩。2.3.1 刀架的回轉(zhuǎn)和選位刀架由一個(gè)微電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)帶動(dòng)刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線(xiàn)是豎直的而轉(zhuǎn)速比起微電機(jī)來(lái)要慢的多，由于電機(jī)空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動(dòng)比較適合于這場(chǎng)合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作原理是：當(dāng)?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r(shí)由一個(gè)正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)動(dòng)，因此刀架的抬起運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)由同一傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)先后完成。 刀架轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后要選位看一看轉(zhuǎn)到這個(gè)位置的刀具是否符合加工要求，這一切是由于微機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的說(shuō)當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動(dòng)此位置時(shí)程序自動(dòng)地將改位置的編碼與所需刀具編碼加以比較，若相同，該刀具就選定此位，否則再移動(dòng)，重復(fù)上述過(guò)程。每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來(lái)確定由于設(shè)計(jì)的四工位刀架每次轉(zhuǎn)360/4=90度刀架編碼分別位00，01，10，11。刀架編碼信號(hào)的發(fā)出是由于裝在隨刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng)的微機(jī)電源開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)開(kāi)關(guān)的觸頭朝外它的開(kāi)頭狀態(tài)由一個(gè)內(nèi)表面凸輪來(lái)控制凸輪實(shí)際上是只有一定半徑差的兩個(gè)內(nèi)圈弧表面微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸頭與小半徑差的兩個(gè)內(nèi)圓弧表面接觸開(kāi)關(guān)便接通與大半徑內(nèi)圓弧表面接觸開(kāi)關(guān)便中斷與此對(duì)應(yīng)的信號(hào)分別是0和1所需要的微動(dòng)開(kāi)關(guān)數(shù)目等于編碼的位數(shù)即四方刀架有兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，另外刀架編碼信號(hào)并非刀架轉(zhuǎn)到此位置時(shí)才發(fā)出的而是提前發(fā)出的當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到某個(gè)刀位時(shí)粗定位開(kāi)關(guān)發(fā)信號(hào)，停轉(zhuǎn)微機(jī)進(jìn)行編碼比較，根據(jù)比較結(jié)果，或刀架選定此位，或繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，粗定位開(kāi)關(guān)的通斷控制也是由一個(gè)類(lèi)似于表面凸輪的定位槽來(lái)完成了刀架的下降定位和壓緊。刀架選定位置后斜面插入斜面槽中使之粗定位然后微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)由于斜面銷(xiāo)的棘輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)只是下降再由精定位元件來(lái)精定位。精定位元件選用端面齒盤(pán)來(lái)精定位齒盤(pán)齒廓部分的形狀精度可以從工藝上嚴(yán)加控制再經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)研，即可得到很高的精度，由于端面齒盤(pán)定位位多齒接觸，接觸面積大因此它還有接觸剛度好，定位尺寸穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，此外這種元件允許刀架下降時(shí)有一定角度誤差。定位完畢需要壓緊刀架才能安全可靠地工作，壓緊力是由刀架下降到底后微電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生，壓緊力大小應(yīng)是切削力大小兩倍以上而且應(yīng)能調(diào)整，當(dāng)壓緊力達(dá)到調(diào)整數(shù)值時(shí)使微電機(jī)停轉(zhuǎn)且始終能保持這一壓力直到下一動(dòng)作循環(huán)的開(kāi)始。 2.3.2 減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算本減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成告訴級(jí)齒輪傳動(dòng)的一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器。由經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（張新義主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.7 第六章P335表632和表633已知電機(jī)功率為120w電機(jī)轉(zhuǎn)速為1400r/min 工作可靠30000次取為40000次換刀時(shí)間（270）為3.9s） 設(shè)傳動(dòng)比為i=4.61. 選擇材料刀架為一般工作器，選常用材料及熱處理， 40cr表面淬火齒面硬度4855HRC取中間值52HRC 計(jì)算許用應(yīng)力選用齒面精度等級(jí)為5級(jí)精度（GB1009558） 初選小齒輪齒數(shù)Z119 大齒輪齒數(shù)Z2i*Z1=4.6*19=87.4 取Z288 實(shí)際齒數(shù)比Z2/Z188/19=4.632 齒數(shù)比誤差為|M理-M實(shí)|/M理=|4.632-4.6|/4.60.007 在允許范圍內(nèi)2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式按式（66）d1t(2kT1/d)*(u+1)/u)*(Ze*Zh*Z/H) )0(1)確定計(jì)算參數(shù)T19.5510P1/n1=9.55100.16/1400N.mm=1.0910N.mm按齒數(shù)z119，z288查表615得10.741 20.845則120.7410.8451.586 因是直齒輪0故1.586查表67假設(shè)KaFt/b100N.mm 取K1.3據(jù)表66因?yàn)檩d荷穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)Ka1.0 據(jù)表69懸臂布置，取齒寬系數(shù)d0.5據(jù)圖611查得K1.26 試選Kvt1.05（下標(biāo)t表示試選）由式（62）KKAKVKK11.051.261.3=1.72由表（68）查得Ze189.8Mpa由表（610）查得齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限（大小齒輪硬度相同） hlim=1500Mpa計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N11400/6040004.4=4.110N2=4.110/4.632=8.910由圖632查得Zn11.6 Zn21.6(不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕)由611取安全系數(shù)Sh1.50由圖624工作硬化系數(shù)Zw1.0許用接觸應(yīng)力H1=HlimZn1Zw/Sh=15001.61/1.5=1600mpa H2=HlimZn1Zw/Sh=15001.61/1.5=1600mpa因?yàn)?16 H1H21600Mpa,所以H1600Mpa由圖616查得Z0.89(2)計(jì)算d1t(2kT1/d)*(u+1)/u)*(Ze*Zh*Z/H)13.61重新校核，動(dòng)載荷系數(shù)，齒輪速度Vd1n1/(601000)=13.411400/(601000)=0.98m/sVZ1/100=0.9819/100=0.1562m/s查圖68得Kr1.01與假設(shè)相差較大修正：d1(Kv/Kvt)d1t=(1.01/1.05) 13.41=13.24mm模數(shù)md1/Z=13.24/19=0.7mm按表63取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m1mm因此求得d1mz111919mm d2mz218888mmbdd10.519=9.5 圓整取大齒輪寬度 b213mm 小齒輪寬度 b110mm 校核原設(shè)計(jì)KAFt/b100N.mm查表67 Ft2T1/d=210.910/19=1.1510NKAFt/b=1.0115/13=38.3N.m100N.mm符合原設(shè)計(jì)3.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式F2KT1/bd1mYF2YS2YF查表620得齒形系數(shù) YF1=2.85, YF2=2.22查圖621得應(yīng)力修正系數(shù) YS1=1.54, YS2=1.78查圖610（21） 得彎曲疲勞強(qiáng)度極限（大小齒輪硬度相同）Flim1000mpa取SF=2 (表611)（22）Yx1（由圖626（23）因M 5）查圖625（24）YN1YN2=2.5F1=FlimYN1YX/SF=10002.51/2=1250MPaF2=1250Mpa比較YF1YF1/F1=2.551.548/1250=0.004YF2YF2/F2=2.221.78/1250=0.003小齒輪較軟應(yīng)該按小齒輪校核彎曲疲勞強(qiáng)度查圖622（26）得重合度系數(shù)Y0.71 F2=2KT1/bd1mYfa2YSA2Y=21.719910.91410/101912.221.780.71=55.43MpaF1=1250Mpa所以彎曲疲勞強(qiáng)度足夠4.幾何尺寸計(jì)算（按金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)）(1) 分度圓直徑 d1mz111919mm d2mz218888mm(2) 齒頂高h(yuǎn)aha*M111mm(3) 齒根高h(yuǎn)f（ha*c*）M1.251=1.25mm(4) 齒高h(yuǎn)hahf11.25=2.25mm(5) 齒頂圓半徑da1d12ha19221mmda2d22ha=88+21=90mm(6) 齒根圓半徑df1=d1-2hf=19-21.25=16.5mmdf2=d2-2hf=88-21.25=85.5mm(7) 中心距a=1/2(d1+d2)=1/2(16.5+85.5)=51mm(8) 齒寬b2=13 b1=152.3.3 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知電動(dòng)功率為120w，所設(shè)計(jì)的減速器齒輪的齒面精度為5級(jí),傳動(dòng)效率為 98.5以上取99蝸桿的應(yīng)力循環(huán)系數(shù)為N1601. 選擇材料蝸桿用40Cr表面淬火，硬度4555HRC蝸輪用鑄錫青銅ZCUSN10P1砂模鑄造。2. 確定蝸桿頭數(shù)z1及蝸桿齒數(shù)ii30 取z11則z2z1*i130303. 按蝸桿齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2按第三節(jié)推薦值 取0.7T2=9.55106P2/2=9.551060.160.70.99/304.6=69074N.mm（2）確定載荷系數(shù)K在定載荷下工作未定載荷下工作有沖擊，取K1 設(shè)蝸輪圓周速度為V23m/s 取Kv1.05 K=kKv=11.05=1.05(3) 確定許用應(yīng)力H, 查表75，基本許用應(yīng)力VH200Mpa，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N60n2tN，設(shè)此蝸輪蝸桿每日工作8小時(shí)工作壽命10年，每年工作260天。則N601400/138826010=1.26107壽命系數(shù)Zn（107/N）=(107/1.26107) =0.93許用接觸應(yīng)力 HZHOH0.97200=194Mpa(4)計(jì)算模數(shù)m以及蝸桿分度圓直徑d1鑄錫青銅與蝸桿配對(duì)時(shí)ZE=160(MPA) 由式（79）得 md19KT2（ZE/Z2）H)=91.0579074.36(150/30194)=570mm由表72 取m5，d163，q12.6 ，md11575 mm（5）驗(yàn)算蝸桿圓周速度v2v2Z2Mn2/6010002251400/101/601000m/s0.083m/s取Kv1.05是合適的。（6）計(jì)算嚙合效率據(jù)式（71）得蝸桿導(dǎo)程角arctanZ/qarctan1/12.6=4.54 據(jù)式（72）得齒面相對(duì)滑動(dòng)速度v2v1/cosr=d1n1/601000cosr=401400/4.6/601000coa5.71=0.64m/s查表（74）插值得當(dāng)量摩擦角v309嚙合效率1tanr/tan(r+v)=tan4.54/tan(4.54+235)=0.66(7) 按實(shí)際蝸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)據(jù)T2驗(yàn)算md值按蝸桿傳動(dòng)嚙合效率，求T2T29.5510P11/n1/I9.55100.160.670.99/1400/12869152.9N.mm m1d1=9KT2(ZE/（Z2H）) =91.3769152.9（160/(22185)）=566.9mm640mm 齒面接觸疲勞強(qiáng)度合格。4確定傳動(dòng)尺寸（按表73中的公式計(jì)算）（1）中心距am（qz2）/25(12.6+22)/2mm=86.5mm（2）蝸桿分度圓直徑 d163mm（3）蝸輪分度圓直徑 d2mz2522110mm5校核蝸桿齒根彎曲疲勞強(qiáng)度（1） 確定許用彎曲應(yīng)力F查表78基本許用應(yīng)力0F40Mpa 壽命系數(shù)YN(10/N)-9=(10/1.2610)-9=0.75 （2） 計(jì)算彎曲應(yīng)力當(dāng)量齒數(shù)zvz2/cosr=28/cos5.71=28.14查表 (7-7)得蝸桿齒形系數(shù)YF1.8由式（710）得f 1.53KT2cosr/(md1z2)YF1.531.0569152COS5.71/1640281.9311.1Mpa 30.1Mpa6.蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度安全。蝸桿，蝸輪各部分尺寸計(jì)算(1)蝸桿齒頂高 ha1ha*m=15=5齒根高 hf1（10.2）56全齒高h(yuǎn)15611mm分度圓直徑 d163mm齒頂圓直徑 da1d12ha1632573mm齒根高直徑 dfd12hf632651mm蝸桿分度圓導(dǎo)程角 4.54432軸向齒距 Pam515.72mm桿導(dǎo)程 Pzz1Pa115.7215.72mm蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度L(12+0.1Z2)m=(12+0.122)5=71mm(2) 蝸輪齒頂高 ha25mm齒根高 hf2（ha*c*）m=(1+0.2)56mm全齒高 h2ha2hf25611mm分度圓直徑 d2mz2522110mm齒頂圓直徑 da2d22ha211025120mm齒根圓直徑df2=d2-2hf2=110-26=98mm分度圓螺旋角 24.54=432蝸輪外圓直徑