发布时间 : 星期日 文章CA6140车床数控化改造更新完毕开始阅读
经伺服模块提供，步进电机控制刀架的X（横向）进给与后退（正反转）及进给速度与进给量指令由数控系统发出，它与数控系统的接口为XS30，若出现故障，则由伺服模块发出信号经PLC输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。 4、刀架控制电路：
刀架电机采用三相异步电机驱动由继电器模块控制，刀架电机控制刀架的换刀（正反转）及转动角度指令由数控系统发出，若出现故障，则由PLC发出信号输入到数控系统，经系统判断故障类型在显示器上报警显示报警号。 5、 光栅尺控制电路：
光栅尺通过测量反馈控制刀架进给与后退量的实际尺寸与指令尺寸的误差大小反馈给数控系统，若误差太大超出允许误差范围，数控系统可根据加工情况进行时时调整，若出现故障，由系统判断故障类型并在显示器上报警显示报警号。
3.3 纵向（Z向）进给系统的改造
3.3.1 改造思路
丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠，但应检查原丝杠磨损情况，如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级，螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低，但难以满足精度较高的零件加工。纵向进给系统由伺服电动机经减速后驱动滚珠丝杠螺母机构运动，带动大拖板左右纵向移动。伺服电动机安装在纵向丝杠的右端。 3.3.2 纵向进给系统的设计计算
已知条件： 工作台重量 W=80(kg)(根据图样粗略估计) 时间常数 t=25（ms） 滚珠丝杠基本导程 P =6（mm） 行程 s=1000（mm） 脉冲当量 δp=0.01/脉冲 步距角 ψ=0.75（mm/脉冲） 快速进给速度 V =4（m/min） (1) 切削力计算
纵切外圆时，车床的切削力Fz可以用下式计算： F =0.67 （2-1） 式中： 为在车床床面上加工的最大直径(mm)， =21（mm） 则 F =0.67×210 =2039(N)
进给抗力Fx和切深抗力可按下列比例分别求出
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F ： F ： F = 1 ： 0.25 ： 0.4
则 F =0.25×2039=510(N) F = 0.4 × 2039 = 815.6(N) (2) 滚珠丝杠设计计算
① 实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力
可用下列进给牵引力实际公式计算，对于三角形或综合导轨机床： f = K F + f′(F + W) （2-2）
式中： F 、F — X（横） 、Z（纵）方向上的切削分力，单位为（N） W—移动部件的重量，单位为（N） f ′—导轨上的摩檫系数 K—考虑颠覆力矩影响的实验系数 对于三角形或综合性导轨机床： K = 1.15 f′= 0.15-0.18 取f′= 0.16
= 1.15 ×510 + 0.16 (2039 + 800) = 1040.7(N) ② 最大动负载C的计算及主要尺寸初选
滚珠丝杠应根据额定动载荷C 选用，最大动载荷计算原理与滚珠轴承相似，滚珠丝杠最大C可用下式计算： C = f F （2-3）
式中： L—工作寿命，单位为10 r ， L= ； n —丝杠转速(r/min)，n = ；
V—最大切削力条件下的进给速度(m/min)，可取最高进给速度的 ～ ； L —丝杠基本导程(mm) ；
f —运转状态系数，一般情况取1.2-1.5； F —为滚珠丝杠工作载荷(N)。
计算时，可根据快进速度V 和丝杠最大转速 ，初选一个数值L ≥1000 ，待刚度验算后再确定t为额定使用寿命(h)可取t =1500h； V = V = ×4 = 2 （m/min）
n = 1440 ×1.129 = 1625.8（r/min） L ≥1000 = =2.46（mm） 取L =6（mm） 则 n= = = 333r/min L= = = 300 (10 r)
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C= f F = ×1.3×1040.7= 9056.8 (N)
初选滚珠丝杆副的尺寸，相应的额定动载荷C 不得小于最大动载荷C：C >C ，选用内循环滚动螺旋副：
D =3.696， d =40mm， C =16300， C =47100，λ=2?44'， L =6， (3) 传动效率计算：
滚动丝杠螺纹的传动效率η为： η= （2-4）
式中： λ—丝杠螺纹升角，可根据初选型号查出，λ=2.44°； —摩檫丝杠副的滚动摩檫系数f=0.003-0.004，其摩檫角约等于10′ 则 η= =0.97603 (4) 刚度验算
滚珠丝杠副的轴向变形将引起丝杠导程发生变化，从而影响其定位精和运动平稳性，滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形，丝杠与螺母之间滚道的接触变形，丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形.滚珠丝杠的扭矩变形较小，对纵向变形的影响更 小，可忽略不计，螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计.丝杠轴承的轴向接触变形计算方法可参考机械设计手册.可供滚珠丝杠支承使用的滚动轴承种类很多，目前占优势的有：接触角为60的推力角接触球轴承，可以背靠背或面对面组配，还可以三联组配，四联组配等，为提高刚度和承载能力。因此，只要滚珠丝杠的刚度设计得好，轴承的轴夏管内接触变形在此可以不予考虑。 (5) 丝杠的拉压变形量
滚珠丝杠应计算满载时拉压变形量：
δ = （2-5）
式中： δ —在工作载荷作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量(mm)； F —为丝杠的工作载荷(N);
L—滚珠丝杠在支承间的受力长度(mm); E—材料弹性模量，对钢E=20.6×10Mpa;
A—滚珠丝杠按内径确定的截面 (mm)， + 号用于拉伸， - 号用于压缩. F = 1040.7 (N) L = 1600 mm E =20.6×10 Mpa A= (d -D ) 则δ = = =0.0079（mm）
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(6) 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ
该变形量与滚珠列.圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠的长度无关，有预紧力时：
δ = （2-6）
式中： D ——滚珠直径(mm);
Z ——滚珠总数量， Z=Z ×圆数×列数; Z ——圈的滚珠数，Z=(π )-3(内循环); D ——滚珠丝杠的公称直径(mm); F ——为预紧力(N);
F ——为滚珠丝杠工作载荷(K ); D = 3.969 （mm） Z = = 58
F = 1040.7 (N) F = F = ×510 = 170 (N) 所以， δ =0.0013 =0.0022（mm）
丝杠的总变形量δ=δ +δ =0.0079+0.0101<0.015 由此可得滚珠丝杠副刚度满足条件。 3.3.3 CA6140纵向进给系统步进电机的确定
Mq= =308.35 N·cm
为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866
所以步进电动机最大静转矩Mjm为： Mjm= =356.06 N·cm 步进电动机最高工作频率： fmax= =3333.3 HZ
综合考虑，查步进电机技术数据表选用90BF002型直流电动机，能满足使用要求。
3.4 横向（X向）进给系统的改造
3.4.1 改造思路
横向进给系统改造应保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，由步进电机经减速器后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电动机安装在大拖板后端，用法兰盘将步进电动机与大拖板连接起来，一保证其同轴度和提高
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