C150普通机床数控化改造
（4）最大切削负载时所需转矩T切。可由式（4-13）求得
??864?4?10?3T切=?0.089?0.774?m=1.807N·m ?N·
2?3.14?0.972?0.6??从以上计算可以看出，快速空载起动时所需转矩T、快速移动时所需转矩T快 和最大
切削负载所需转矩T切 三种工况下，最大切削负载时所需转矩T切最大。所以以此项作为校核初选电机的依据，初选步进电机为三相六拍。由前面查的结果知，步进电机为三相六拍，起动转矩和最大静转矩的关系：λ=
Tjmax=
TqTjmax=0.866，将T切 带入校核，可得
T切1.807==2.09 N·m ?0.866（5）步进电动机的最高工作频率fmax 。由式（4-14）得
fmax =
1000?11000?max==3333.33Hz 60?0.00560?p由以上选型及计算，最终选用130BC3100型反应式步进电动机，其主要参数见表4-3。
表4-3 130BC3100型反应式步进电动机参数
型号 130BC3100 相数 3 额定电压/V 80~300 静态电流/A 8 步距角/(°) 0.75/1.5 保持转矩/ N·m 11.76 空载起动频率/HZ 1450 空载运行频率 15000 4.4 驱动器的选择
伺服驱动器要把数控系统传输过来的脉冲信号整理放大，再输入到步进电机中驱动步进电机动作。这样伺服驱动器和数控系统之间，以及驱动器和步进电机之间就存在着兼容性的要求。如果不兼容，数控系统中的指令脉冲到驱动器中就不能被正确翻译，步进电机的动作也不能按设计的程序进行动作。因此，在选择步进电机驱动器时，一定要与数控系统参数相匹配。由GSK 928TC数控装置技术参数可知，GSK 928TC数控系统适配的驱动装置有：DF3A三相反应式、DY3B三相混合式、 DA98 交流伺服。根据驱动器同时要喝数控系统及X、Z轴电动机匹配的原则，X、Z轴选用的是反应式步进电机，所以这里选用DF3A系列三相反应式步进电机驱动器。因为在伺服系统的改造部分选用的是130BC3100步进电动机作为X轴的伺服电动机，所以选用DF3Z系列中的DF3A—08三相反应式步进电动机驱动器作为连接系统和电动机的驱动器。
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第五章 自动回转刀架设计
在C150车床数控化改造中，将原机床的普通手动刀架替换成自动转位刀架。自动转位刀架由数控系统控制，效率高、工艺性能可靠。在本设计中，选用四方自动转位刀架。
5.1数控车床刀架的基本要求
数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造水平，所以有如下要求： （1）转位准确可靠，工作平稳安全。 （2）按最短线路就近选择，转位时间短。
（3）应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具储存量足够、结构紧凑及 安全可靠等要求。
（4）防水、防屑，密封性能优良。
（5）夹紧刚性高，适宜重载荷切削，回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚 度，以承受机床在切削加工时的切削抗力。
5.2 转位刀架的选择
5.2.1 刀架结构图
本设计中采用常州宏达机床数控设备有限公司生产的 LD4—CK6150四工位自动回转刀架。其大致尺寸如图5-1和表5-1所示。 图5-1 自动转位刀架尺寸图 表5-1 立式转位刀架参数
型号 H1 242 C 168 LD4—CK6150 H2 121 D 152 H3 40 D1 152 H4 47 E 20 L1 76 E1 20 L2 127 F 12 L3 162 φ 13 L4 112 φ1 19 A 192 φ2 88 A1 81 h 13 90 2.0 B 192 M M16 180 2.5 换刀时间S 270 3.0 B1 105 电机功率 W 120 电机转速 r/min 1400 锁紧力 kN 12 重复定位精度 ″ ±2 21
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5.2.2 自动回转刀架工作原理。
一般情况下，回转刀架包括刀架抬起、刀架转位、刀架定位及压紧等。
松开：刀架电动机与刀架内一蜗杆相连，刀架电动机转动时与蜗杆配套的涡轮转动，此涡轮与一条丝杠为一体的（称为“涡轮丝杠”）当丝杠转动时会上升（与丝杠旋合的螺母与刀架是一体的，当松开时刀架不动作，所以丝杠会上升），丝杠上升后使位于丝杠上端的压板上升即松开刀架；
换刀：刀架松开后，丝杠继续转动刀架在摩擦力的作用下与丝杠一起转动即换刀； 定位：在刀架的每一个刀位上有一个用永磁铁做的感应器，当转到系统所需的刀位时，磁感应器发出信号，刀架电动机开始反转：、
锁紧：刀架是用类似于棘轮的机构装的只能沿一个方向旋转，当丝杠反转时刀架不能动作，丝杠就带着压板向下运动将刀架锁紧，换刀完成。
其具体过程是：当微机发出换刀信号后，刀架控制器中继电器动作，电动机正转驱动涡轮蜗杆减速机构，螺杆升降机构使上刀架上升,图5-2为自动转位刀架工作原理图当上刀架上升到一定高度时，离合转盘 起作用，带动上刀体旋转。刀架上端的发信盘中对应每个刀位都安装一个霍尔元件，当上刀体旋转到某一刀位时，该刀架上霍尔元件输出高电平。在上刀体旋转过程中，发信盘不断的向数控系统反馈刀位信号。数控系统将反馈刀位信号与指令刀位信号相比较，当两信号相同时，说明上刀体已旋转到所选刀位。此时，数控系统立即控制刀架控制继电器使电动机反转，活动销反靠在反靠盘上初定位。在活动销反靠作用下，螺杆带动上刀体下降，直至齿牙盘啮合，完成精定位，并通过涡轮蜗杆锁紧螺母，使刀架紧固。向数控系统发出转位完成信号，切断电源，电机停转，完成选刀过程。 图5-2 自动转位刀架工作原理图 1—电动机 2—固定安装丝杠 3—安全离合器 4—上刀体 5.2.3 刀架的安装 安装尺寸见图5-3所示。该刀架安装时，需想拆除原机床上的小溜板和刀架，然后把电动刀架置于中滑板上。此时，刀架高度应使刀架前面基本通过车床轴线，否则要在刀架下面加垫板，调整高度。然后卸掉刀架电动机风扇罩壳，逆时针方向转动电动机，世上刀体相当于下到体转动45°左右。打装螺孔，再用内六角螺栓将刀架与中滑板固定。固定时应注意，将刀架的两侧面分别于车床纵向和横向的进给方向平行，用垫板来调整其中心高。使用前应试运转，运转时要达到轻松灵活、无噪声的要求。
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5-3 刀架的安装尺寸 23
图
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第六章 齿轮强度的校核及间隙消除
6.1 纵向进给箱齿轮强度的校核
进给箱内齿轮速度一般不会太高，故采用七级精度（GB10095—88），查《机械设计》选择小齿轮材料为40Cr，调质处理，硬度为280HBS。大齿轮材料为45，调质处理，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 6.1.1 按齿面接触强度校核
?H=2.5ZE确定各参数计算值： （1） 载荷系数K
KFtu?1 （6-1） ?bduK=KAKVKαKβ （6-2）
进给箱累传动均匀平稳，取KA =1.0。
前面电机的计算，电机的最大转数nmax=266.7r/min,由此可得齿轮风度圆处的速度n?dvmax=m/s=0.893m/s，可取KV=1.05，KHα=1，
60000齿向载荷分布系数KHβ ：
KHβ =1.12+0.18（1+0.6Φ2d）Φ2d+0.23×10-3b （6-3）
式中 Φd =b/d=20/64=0.31，代入上式计算的KHβ =1.14，则
K=KAKVKαKβ =1.0×1.05×1×1.14=1.20
（2） 圆周力Ft
2TFt= （6-4）
d根据前面计算，电动机轴上的最大转矩为4.53 N·m，则
2T2?4.53Ft===14.16N ?2d64?10（3） 材料的弹性影响系数ZE =189.8Mpa，则
ζH =2.5 ZE
K?Ftu?11.20?14.161.25?1= 2.5×189.8×=37.58 Mpa ??
bd1u20?641.25ＫＮ?ｌｉｍ,KHN Ｓ最小值也大于0.8，那么[ζ]>680Mpa。则
ζH<[ζH ] 故齿轮轮齿面接触强度满足要求 6.1.2 按齿根弯曲强度校核
KFtYSaYFaζF = （6-5）
bm确定各参数计算值： （1） 载荷系数K
K=KAKVKαKβ
根据前面计算有KA =1.0，KV=1.05，KFα=1。 齿轮的齿高 h=（2h*a +c*）m=（2+0.25）×2=4.5mm
齿轮的需用应力[ζ]=
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