1、 I摘 要分析了数控技术和数控装备在装备制造业的地位，对 CM6132 精密车床的进给系统的进给进行数控化改造，进行了数控化改造的总体方案设计。通过确定基本系数、运动参数和动力参数，选择了滚珠丝杠和联轴器。改造后的机床成本低，提高了加工精度、具有可观的经济效益。关键词：CM6132 数控化改造；滚珠丝杠；步进电机IIAbstractAnalysis of the numerical control technology and equipment in the equipment manufacturing industry status, the CM6132 precision lathe
2、 feed for feeding system of NC transformation, for the NC transformation of the overall scheme design.By determining the basic factor, movement parameters and dynamic parameters, selection of the ball screw and coupling.After the transformation of the machine tool with low cost, high machining preci
3、sion, and has considerable economic benefit.Key Words：CM6132 NC transformation; ball screws; stepper motorIII目 录摘要 .I第 1 章 绪论 .11.1 选题的意义 .11.2 数控系统发展简史 .11.3 国内数控状况分析 .21.4 数控系统的发展趋势 .21.5 普通机床进行数控化改造的必要性 .3第章 总体方案的设计 .42.1 计算参数和技术要求 .42.2 总体方案的拟定 .42.2.1 进给电机伺服系统的改造设计 .52.2.2 联轴器 .52.3 尺寸参 数 .72.4
4、 运动参数 .72.5 动力参数 .82.5.1 计算电机功率 .82.5.2 计算转速 .9第 3 章 进给系统的计算 .103.1 横向进给传动链的设计计算 .103.1.1 计算主切削力 .103.1.2 计算各切削分力 .103.2 导轨摩擦力的计算 .113.2.1 在切削状态下坐标导轨摩擦力的计算 .113.2.2 在不切削状态下坐标轴导轨摩擦力的计算 .123.3 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 .123.3.1 最大轴向负载力的计算 .123.3.2 最小轴向负载力的计算 .133.4 确定进给传动链的传动比和传动级数 .13IV3.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 .143
5、.5.1 估算滚珠丝杠预期的额定动载荷 .143.5.2 估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形 .163.5.3 按精度确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 .163.6 初步确定滚珠丝杠螺母副的精度等级 .173.7 确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 .183.8 纵向进给系统的设计计算 .193.9 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 .193.9.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷的校验 .193.9.2 滚珠丝杠螺母副临界转速的校验 .203.10 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验 .213.11 计算机械传动系统的刚度 .223.11.1 计算机械传动系统的刚度 .223.11.2 计算滚珠丝 杠螺母副支承轴
6、承的刚度 .233.11.3 计算滚珠与滚道的接触刚度 .243.11.4 计算进给传动系统的综合拉压刚度 .253.11 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度 .25第 4 章 驱动电动机的选型与计算 .274.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 .274.1.1 单个回转体零件的转动惯量的计算 .274.1.2 折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量 .274.1.3 加在电动机上总的负载转动惯量的计算 .284.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 .284.2.1 折算到电动机轴上的切削负载力矩的计算 .284.2.2 折算到电动机轴上的摩擦负载力矩的计算 .294.2.3 由滚珠丝杠预紧力产生的
7、并折算到电动机轴上的负载力矩的计算 .294.2.4 折算到电动机轴上的负载力矩的计算 .304.3 计算折算到电动就轴上的加速力矩 .304.4 选择驱动电动机的型号 .314.4.1 选择驱动电动机的型号 .314.4.2 确定最大静转矩 .32V4.4.3 验算惯量匹配 .32第 5 章 机械系统的动态分析 .345.1 计算丝杠 工作台纵向振动系统最低固有频率 .345.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 .345.3 计算机械传动系统的反向死区 .355.4 机械传动系统由综合拉压刚度变化引起定位误差 .355.5 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 .365.5.1 扭矩引起的滚珠丝
8、杠螺母副的变形量的计算 .36结论 .37致谢 .38参考文献 .39VICONTENTSAbstract .I Chapter 1 Introduction .11.1 Topics significance.11.2 CNC system development history .11.3 Domestic NC State Analysis .21.4 CNC system development trend.21.5 Ordinary machine tool CNC transformation of the need .3Chapter 2 The overall program
9、design.42.1 Calculate parameters and technical requirements .42.2 Overall planning .42.2.1 Feed motor servo system reconstruction design .52.2.2 Couplings .52.3 The size parameter.62.4 The motion parameters .72.5 The dynamic parameters.82.5.1 Calculate the motor power .82.5.2 Calculate the speed.9Ch
10、apter 3 Calculate of the feed system.103.1 Traverse to the design of drive chain.103.1.1 The calculation of the main cutting force.103.1.2 Calculate the cutting force.103.2 The rail friction calculation .113.2.1 Calculate the coordinates of rail friction in cutting state.113.2.2 Axis without cutting
11、 state rail friction calculation .123.3 Alculate the ball screw pair of axial load force.123.3.1 The maximum axial load force calculation .123.3.2 The minimum axial load power calculation .133.4 Determine the feed drive chain gear ratio and transmission series .13VII3.5 The ball screw estimates.143.
12、5.1 Estimate the ball screw expected dynamic load rating.143.5.2 Estimate allows the ball screw axial deformation .163.5.3 The precision to determine the smallest thread of the ball screw allow bottom diamete .163.6 The preliminary to determine the accuracy class of the ball screw nut.173.7 Determin
13、e the specification model of the ball screw nut .183.8 The vertical feed system design and calculation .193.9 Dall screws for bearing capacity check .193.9.1 The ball screw nut critical compression load calibration .193.9.2 The critical speed of the ball screw nut checksum.203.10 Dall screw pair rat
14、ed life Check .213.11 Calculate the mechanical transmission system of stiffness.223.11.1 Calculate the mechanical transmission system of stiffness.223.11.2 Calculate the stiffness of the ball screw nut supporting bearing.233.11.3 Calculate the contact stiffness of the ball and the raceway.243.11.4 C
15、alculate the feed drive system integrated tension and compression stiffness .253.11 Calculate the torsional stiffness of the ball screw nut .25Chapter 4 drive motor selection and calculation .274.1 The calculation of commuted to the motor shaft load moment of inertia 274.1.1 A single rotary part of
16、the moment of inertia calculation .274.1.2 The moment of inertia of moving parts, converted to motor shaft274.1.3 Increase the total load on the motor rotation inertia calculation .284.2 Calculate the load torque converted to motor shaft.284.2.1 Converted to a motor shaft of the cutting load torque
17、calculation 284.2.2 Converted motor shaft friction load torque calculation .294.2.3 Generated by the ball screw preload and calculation of load torque converted to motor shaft.294.2.4 Converted to motor shaft load moment of calculation .304.3 Calculation of converted to electric on the shaft of the
18、accelerating torque.30VIII4.4 Select the model of the drive motor.314.4.1 Select the model of the drive motor .314.4.2 Determine the maximum static torque .324.4.3 Checking the inertia match.32Chapter 5 Mechanical system dynamic analysis .345.1 Calculation of the lowest natural frequency of the scre
19、w - Longitudinal vibration system.345.2 Calculation of the lowest natural frequency of torsional vibration system.345.3 Calculate the mechanical transmission of the reverse dead zone.355.4 The mechanical transmission system by the integrated compressive and tensile stiffness changes caused by positi
20、oning error.355.5 The calculation of ball screw error to reverse the deformation.365.5.1 The calculation of the amount of deformation of the 5.5.1 Torque caused by the ball screw pair .36Conclusion .37Thanks .38References .391第 1 章 绪论1.1 选题的意义我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长
21、，应变能力差 1。因此，现在国内的主要先进的数控机床都是进口的，即使自己做的车床中的精密部件如精密丝杠都是靠进口的，价格昂贵，没法靠自己的技术来制造。对现有老机床进行数控化改造费用低廉，符合我国的国情，并可普遍提高我国数控人员的制造水平 2。1.2 数控系统发展简史1952 年 ， 计 算 机 技 术 应 用 到 了 机 床 上 ， 在 美 国 诞 生 了 第 一 台 数 控机 床 3。 从 此 ， 传 统 机 床 产 生 了 质 的 变 化 。 近 半 个 世 纪 以 来 ， 数 控 系 统经 历 了 五 代 的 发 展 。第一代数控： 19521959 年采用电子管元件构成的专用数控装置(
22、NC)。第二代数控：从 1959 年开始采用晶体管电路的 NC 系统。第三代数控：从 1965 年开始采用小、中规模集成电路的 NC 系统。第四代数控： 从 1970 年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统(CNC)。第五代数控：从 1974 年开始采用微型电子计算机控制的系统(MNC) 4。21.3 国内数控状况分析目前我国数控金切机床市场上高、中、低档机床消费比重，在消费量上约为 5:50:45，在消费额上约为 15:70:155。国内对高中档机床的需求无论在消费量还是消费金额方面都已超过了低档机床。相应地，国产机床产品调整步伐仍不够快速和及时，国产床的国内市场占有率仅为 27%6，且产品构成大多以低档为主，如数控车床中 70%是由单板机控制的经济型数控车床，电加工机床中 80%以上是经济型的，这两类床占了我国床产量的一半以上。轴联动床、数控超重型机床等高档机床以及加工中心虽也有生产，但数量不足千台，且制造成本较高 3-5。1.4 数控系统的发展趋势从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。1. 数
