第三章数控机床的进给传动装置的设计

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1、第三章CA6140数控化改造进给系统设计分别对原CA6140车床的纵向、横向进给进行改造，用伺服电机带动滚珠丝杠螺母副，来代替原来各种光杠，进行数字化控制。本章的主要内容是完成纵向和横向进给的设计计算、滚珠丝杠螺母副的选择，以及相应的纵向、横向步进电机的型号选择与校核等。3-1滚珠丝杠螺母副的特性与工作原理L1■丝杠2•滚珠3•凹珠管4■嫖母091在进行CA6140卧式车床的数控化改造中进给系统横向以及纵向都采用了滚珠丝杠副，可以提高进给系统的灵敏性、定位精度和防止爬行等优点。滚珠丝杠副的传动效率高达80%〜98%,是普通滑

2、动丝杠的2〜4倍，滚珠丝杠副的摩擦角小于1度，因此不会自锁。丝杠与螺母之间填入滚珠，这使得丝杠与螺母之间的运动成为滚动。丝杠、螺母和钢珠都由轴承钢制成，经淬硬、磨削。在丝杠上有回柱器，是一个闭路循环通道，滚珠在其中循环滚动，从而实现了精确的进给过程。3-2主运动电机的校核由《机械设计手册》中得知：切削功率P,”：P„=10-3FcVc(KW)式中Fc--切削力(N)Vc—切削速度(m/s)主运动电机的功率匕：P广生“=0.7〜0.85nCA6140车削时总切削力分解为：切削力Fc、背向力F”、进给力匚切削力Fc：背向力F：卩

3、F产5亠Sfl严g进给力耳：F广"aj/f分v严g式中：ap—背吃刀量(mm)f进给量（mm/r）Vc--切削速度（m/min）本设计假设加工材料为Q235钢，加工零件直径按床身上最大工件回转直径即400mm计算极限值，最高转速为1440r/min；刀具选择YT5和YT15硬质合金焊接式车刀（YT5用于粗车用刀具，YT15用于精车用刀具）分别计算车床在精车或粗车时所受各力大小来校核电机功率是否满足要求。a）粗车过程刀具选择YT5,根据车削用量标准，毛坯直径为d=410mm,背吃刀量为3.5mm,此时进给量为0.7~1.0mm

4、/r,切削速度为60~75m/min。根据《机械设计手册》的：Cf=2650XF=1丫”=0.75nF=-0.15=1KF=1K耳二1C&二1950n片=-0.4C耳二2880机床主轴的转速：n=1000Vc/^d=1000*75/（3.14*410）二58.26r/min根据以上参数的具体数值可以的到切削力Fc、背向力F”、进给力匚：二2650*3.5*0.7°75*75皿*1二3714.31NFp二C“ap严K作=1950*3.509*0.7°6*75乜*1二1331.18NF厂。沪”®产vy行g二2880*3.5*0.

5、7°5*75心*1二1499.63N切削功率P/P”二10-吓„60二10刁*3714・31*75/60二4.64KW主传动电机功率匕；P广甩二4.64/0.85二5.46KW一“即说明CA6140本身提供的电动机功率为5.5KW满足粗车要求。b)精车过程此时工件直径为400mm,切削速度为150m/min则主轴转速为:n二lOOOVc/zrd二1000*150/(3.14*400)二119.43r/min根据此车床主轴转速系列，可以得到转速n选为125r/min则可得精车背吃刀量为2mm,进给量为0.6mm/r,进给速度为

6、150m/min代入公式得：Fc二C&a严fl严K&=1696.20N=597.70NF广“apSfeVc呵“=620.18N切削功率％：Pm=10-3FcVc/60=10-3*1698.29*150/60=4.2KW主传动电机功率匕；Pf=^l=4.2/0.85=4.94KWn即说明CA6140本身提供的电动机功率为5.5KW满足精车要求。根据在精车和粗车两个过程的比较，得到在粗车过程中所受的各力都比精车过程中的力要大，所以在整个CA6140机床的数控化改造过程中应该按粗车的各个参数来进行计算。3-2纵向进给机构的设计与校

7、核3-2-1纵向（Z向）滚珠丝杠副的设计计算与选型纵向（Z向）即机床的Z向进给，其系统结构有步进电机经减速装置后驱动丝杠，而螺母固定在溜板上，从而带动车刀來回坯动。1）计算纵向滚珠丝杠的轴向力由公式Q二KF/+P(Fc+F〃+G)式中P—当量摩擦系数（对于正常润滑的导轨当量摩擦系数为0.15~0・18)K—填覆力矩影响三角形和矩形导轨01.1〜1.5G—活动部件的质量；由此得:Q二KF/+f*(F°+F“+G)二1.15*1499.63+0.18*(3714.31+1331.18+1470)二2897.36N2)寿命计算寿命

8、系数K„=（L„/500）"二（15000/500）1/3=3.11其中根据《机械设计手册》得到普通数控机床的预期寿命为15000小时。转速系数心：心二（33.3/h）1/3=0.81基本额定动载荷CaC>^lK,K//K/Q=^H*1.5*1*1*2897.36=16.69KNaK科卜H