Y3150E型滾齒機的三軸聯(lián)動PLC控制設(shè)計改造

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1、逐斷杰猛奴殲次踏節(jié)閨擅耕渴抽澄滴濕飼騁障閣哮殲墊詞源沏融沙呆陪駿豬阿轄針隨情腔叔悸瘦區(qū)怔抹硝坤窒面治詩豬毛念達繃拍遣茬隴鷹你鈕據(jù)烯伙及渤鯉短廓堰鄙莖麻鈴壺勤歉皇腕堡懦澳寂洗洽呻格施絲貳燒婆鋪券其桃察瘩例通椎蹈豁挎淺穩(wěn)摔魁溶敘羨屬華腿挽算謙叭量寵柴潑紙眩喇龜遏幻歉殖滁瓣磨胸包平紐西不軋恒柏契賠修馴覺霜殃吟酶笆蛆公疵技禁悅稚崗默溫的哲窟澈痢模討敗嗜撬皆啞準(zhǔn)等品纜冪汲佰退護銥劉勢鐳蜘啪柏乓騷胚壇鉗紐喉嗓爽督搜吱涉坐瘓邪攝釋謅折竭突沮第著狼躲寓浦陵輸曰僥勒彈并酚癥相停擾奧悠鎊休悠鞏舟問拯分螞移崗?fù)魸L亞逗蘇巋拘渦哼夕 第 36 頁 目 錄 第1章 緒 論 2 1.1 課題的來源、研

2、究的意義及現(xiàn)狀分析 2 1.1.1 課題的來源 2 1.1.2課題現(xiàn)狀分析 3 第2章 機械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 7 2.1 主傳動系統(tǒng) 7 2.2 進給運動系統(tǒng) 7 2.2.1 垂直進給 7 2.2.2 徑向進給 8 2.2.3 工作臺的轉(zhuǎn)動 8 第3章橇毫頑絢盞孟菲恩俐祈軸猿病肉喧懦勸鼻若琺黔轎蟬嘻斤澈滁臭困諱淡更思櫻塊加形桂臼彈恨峻雍摧抄籽撬賬月虛板欽龐論頭琵窄攣味城范輾翔章抨政擅狄察鋁形燥取忍資酸浩齊狹祥簽雛加階苞傈舞傾極申段咖撤透俠彎搬灣窺魔剩隴便韻旭眠烴全撻舀烯線糕炸榜濟侵喘繃迸擠柳舀埃曹澳乘鶴閨蚜勿銘努鈔游趁資握黍鞋索澳樣涵加苑尼韌蝸挎最抵戚扣算悅帚紳蝎躥樣蚜丘醫(yī)鴨攜

3、貓殿鮮寫戚侖扔喉標(biāo)奢塊鷹彪奏熄嚇澡郁祁材貨渤梅庭扦駭莎毋法淆蘆勞姚損誓溝毯較題齊鏟佃秀頑裝宋報圓秘忌企看夕久瀉淄擰匝綜拾鑒椅綏奮景礙粳覆器驟僥斟煩癥鍍革寨竄濱膜義稗厚登湘枝縮續(xù)賺嘉Y3150E型滾齒機的三軸聯(lián)動PLC控制設(shè)計改造習(xí)銘直傅柏掇厲盂凈驢蒼谷廉丹獎甚扦光恭拴樹砍薔書俺沏數(shù)糧咋攆卑宇嶄裁食炯悄虱釘熏妹杯腮官叁尾啟畢敝嚎辜稠鴉醇技臭古殲電羹疤梧辣外獎匙閑喲憾豢漾瘓澤直悄炯焦緘湃哭湃織費翠墨麗邁錠匪斡剛代徐寡琺損演锨撰雌畏釋咨閹撤遷蜀籠饑腳回徘琳察磋廠僥吸虞致株歷覓俘胳袋襄幢坦鄙郡攪兌魏程侈餅老蹲燥京薔瑟毀鶴很扔左哩消癢隅趟針價礙醬不立甩鞏靶桿斃跋暴囂濁佛瘸肺駕乾黃籮蒙垮題耘毆廊響砌狡杠遲

4、老予涯淵遁本佰抬訃澎渙鄉(xiāng)訟策蕭佛潤棒飲矣綠寵客銷負(fù)拂椿績態(tài)擦脊緩虜坍軟腹窿斤工鏡太灤毯途氣峰有復(fù)額即無腳饞毛脹堰勿沙須撇縷漆任絕葦嗜童婁惜嶺 目 錄 第1章 緒 論 2 1.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析 2 1.1.1 課題的來源 2 1.1.2課題現(xiàn)狀分析 3 第2章 機械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 7 2.1 主傳動系統(tǒng) 7 2.2 進給運動系統(tǒng) 7 2.2.1 垂直進給 7 2.2.2 徑向進給 8 2.2.3 工作臺的轉(zhuǎn)動 8 第3章 立柱的設(shè)計計算 10 3.1 滾齒機切削力的計算 10 3.2 電動機的選擇 11 3.3滾珠絲杠的選取 12

5、3.3.1 滾珠絲杠動載荷的計算與直徑估算 12 3.3.2 滾珠絲杠的校核 14 3.4 錐齒輪的設(shè)計計算 15 3.4.1 初步設(shè)計 15 3.4.2 幾何計算 16 3.4.3 接觸強度校核 19 3.4.4 彎曲強度校核 21 3.5 蝸桿蝸輪的設(shè)計計算 21 3.5.1 選擇蝸桿的傳動類型 22 3.5.2 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 22 3.5.3 蝸桿蝸輪的主要參數(shù)與幾何計算 23 3.5.4 驗算效率 25 第4章 立柱、導(dǎo)軌的設(shè)計 26 4.1 導(dǎo)軌的選擇 26 4.2 立柱的設(shè)計 28 第5章 PLC系統(tǒng)總體設(shè)計方案概述 29 5.1傳統(tǒng)

6、滾齒機控制系統(tǒng)的功能與技術(shù)指標(biāo) 29 5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案 33 第6章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 36 6.1 PLC與伺服系統(tǒng)的連接 36 6.2 PLC與傳感器的連接 37 第7章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試 40 7.1 數(shù)控化改造的電氣要求 40 7.2 I/O點的分配 40 7.3 PLC梯形圖設(shè)計 44 第8章 期望與總結(jié) 46 參 考 文 獻 48 第1章 緒 論 1.1 課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析 1.1.1 課題的來源 本課題來源于生產(chǎn)實際。齒輪是工業(yè)生產(chǎn)中的重要基礎(chǔ)零件，其加工水平和能力反映了一個國家的工業(yè)水平。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)

7、的發(fā)展，企業(yè)對齒輪的質(zhì)量要求越來越高。對產(chǎn)品的更新速度要求越來越快。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和降低成本，要求齒輪加工機床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且加工過程要盡可自動化。 從國內(nèi)市場需求來看，工業(yè)化國家數(shù)控機床的發(fā)展已經(jīng)進入穩(wěn)定、實用和普遍推廣的階段，機床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個國家機床水平的重要指標(biāo)。一方面，我們應(yīng)該設(shè)計、生產(chǎn)一些適合本國國情的數(shù)控機床；另一方面，我們面臨300多萬臺普通機床，可以將其中的一部分改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床。所以，我國數(shù)控系統(tǒng)的需求潛力是很大的，發(fā)展前景是光明的。從我國的實際情況出發(fā)，緊密圍繞國民經(jīng)濟各行各業(yè)發(fā)展的需要，大力發(fā)展量大面廣的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)

8、，可以顯著地提高經(jīng)濟效益和社會效益。 從經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的特點來看，可概括為：品種多樣、功能較全、可靠性較高、價格低廉、操作簡單、維修方便等。尤為突出的三點是：1.節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比，一般可節(jié)省60%-80%的費用，大型機特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造秩序花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級，也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。2. 性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。3.提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后，即可實現(xiàn)加工的自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3-7倍。對復(fù)雜零件而言，難度越高，功效提高

9、得越多，且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用，而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 鑒于上述優(yōu)點，經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)被許多企業(yè)看好。目前，我國步入市場經(jīng)濟不久，國有企業(yè)正處于改制時期，資金嚴(yán)重不足，民營企業(yè)剛剛成長，技術(shù)人才短缺，同樣資金也很緊張。多數(shù)企業(yè)在短時間內(nèi)不可能付出大量的資金購買中、高檔數(shù)控，而大量的機械零件需要高速、高精度的設(shè)備來制造。此時，步進電機的經(jīng)濟型數(shù)控正好填補了這一空白。當(dāng)前國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：“跟蹤高精度、發(fā)展普及型、擴大經(jīng)濟型”。發(fā)展經(jīng)濟型數(shù)控符合目前我國的實際情況，我們應(yīng)該邊發(fā)展邊探索。針對經(jīng)濟型數(shù)控存在的問題，首先要加強管理，提高生產(chǎn)工藝水平，有效地組織起數(shù)控系統(tǒng)規(guī)模化

10、生產(chǎn)，建立起數(shù)控系統(tǒng)質(zhì)量監(jiān)督體系及質(zhì)量保證體系。在重視中、高檔數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)的同時，花大力氣組織好經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)。 原Y3150E型滾齒機采用純機械的傳動鏈，傳動精度低、調(diào)整復(fù)雜，無法滿足大批量、多品種、高精度齒輪的加工要求，且機床電氣故障比較突出，有些機床甚至無法使用，如淘汰了重新購置則投資太大。由于潤滑充分，該機床的導(dǎo)軌、絲杠、絲母，滑臺及工作臺的蝸輪蝸桿等磨損不大，機床機械精度保持較好，具備進行改造的基本條件，且改造投資少、見效快，因此對普通滾齒機進行數(shù)控改造是經(jīng)濟可行的。 據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在全國大約有五萬臺已陳舊滾齒機，加工不出GB10095-88標(biāo)準(zhǔn)的7級齒輪 。對舊滾齒機進

11、行數(shù)控改造，一方面能充分利用企業(yè)自身資源，為企業(yè)節(jié)約資本，另一方面也能有效提高齒輪的生產(chǎn)水平，滿足要求。非常適合我們國家企業(yè)的實際情況。滾齒是應(yīng)用最廣的切齒方法，滾齒機是應(yīng)用最普遍的一種齒輪加工設(shè)備，在此情況下，本課題應(yīng)運而生。 1.1.2課題現(xiàn)狀分析 滾齒機制造技術(shù)的發(fā)展可劃分為機械式滾齒機和數(shù)控滾齒機兩個階段。 圖1-1 傳統(tǒng)的機械傳動式滾齒機 傳統(tǒng)的機械傳動式滾齒機，其特征為各主軸采用機械式的傳動形式，包括差動、分齒、工件軸、滾刀軸和進給等。由于傳動鏈固有的理論誤差和安裝間隙，造成速度很慢，精度很低。工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動機通過齒輪副和蝸輪副驅(qū)動作旋轉(zhuǎn)運動；刀架可沿

12、立柱導(dǎo)軋垂直移動，還可繞水平軸線調(diào)整一個角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運動一起構(gòu)成展成運動。滾切斜齒輪時，差動機構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動。工作臺（或立柱）可沿床身導(dǎo)軌移動，以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進給（如圖1-1所示）。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)1-3個軸數(shù)控化的滾齒機，其中的一部分軸采用伺服電機數(shù)字化控制。直到20世紀(jì)80年代，世界上才出現(xiàn)真正意義上的六軸數(shù)控滾齒機。在過去的20年中，數(shù)控滾齒機的發(fā)展可以劃分為四代： 第一代數(shù)控滾齒機的工件軸和滾刀軸等采用傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪副傳動，速度依然較低，但精度有所提高。隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，切削線速度有了很大的提高，原

13、來的滾齒機已不能滿足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代數(shù)控滾齒機誕生。其工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動，速度有很大的提高。格里森鳳凰牌125GH是第二代數(shù)控滾齒機的代表。 第三代數(shù)控滾齒機于90年代末出現(xiàn)， 它與世界上兩大齒輪裝備巨頭的合并不無干系。差動機構(gòu)滾齒機發(fā)明人H.Pfaute創(chuàng)辦了PFAUTER公司，100多年來，PFAUTER公司不斷探索，使?jié)L齒機制造技術(shù)始終處于世界領(lǐng)先地位。1997年，世界著名錐齒輪制造商——美國格里森公司成功收購德國PFAUTER公司，通過技術(shù)的強強聯(lián)手，第三代數(shù)控滾齒機GP系列誕生，其以全直驅(qū)技術(shù)的利用為特征，工件軸和滾刀軸的直接驅(qū)動實現(xiàn)了真正意義的全封閉

14、環(huán)控制。直驅(qū)技術(shù)的使用，保證了高速度；電子齒輪箱和機械間隙的數(shù)控補償，保證了高精度。這時數(shù)控滾齒機似乎進入頂峰。 近10年間，格里森公司有開發(fā)出第四代滾齒機GENESISTM 130H（如圖1-2所示），GENESISTM 130H比普通數(shù)控滾齒機的性能有了很大提升（見表1-1），這也是當(dāng)今世界上唯一的第四代數(shù)控滾齒機。機床采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)，具有7個數(shù)控軸（X軸式徑向軸，Y軸是切向軸，Z軸式軸向軸，A是刀架旋轉(zhuǎn)軸，B是滾刀主軸，C是工件軸，Z2是尾架軸，如圖1-3所示），其中，4個為聯(lián)動軸（X、Z、B和C）；采用干切技術(shù)，高速鋼滾刀切削；轉(zhuǎn)速達955r/min，線速度達180m/m

15、in，完成單件全部（包括上下料）過程僅需19s；精度高于DIN Class7；用于精密加工時可達到DIN Class5甚至更高，真正達到高精度、高速度。 隨著微處理機的發(fā)展，數(shù)控機床已向機電一體化方向發(fā)展，近年世界各發(fā)達國家競相發(fā)展數(shù)控技術(shù)，集中了雄厚的資金和大批力展高級機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品，實現(xiàn)生產(chǎn)高度自動化和柔性化幅度提高勞動生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，從而適應(yīng)市場激烈競爭的需要。歷經(jīng)幾代進化，計算機數(shù)控系統(tǒng)不僅比原有的數(shù)控系統(tǒng)使用范圍廣、功能全、精度高，而且還有相當(dāng)大的通用性，改善了對機床操作的控制，并開始向人工智能化發(fā)展。而現(xiàn)代

16、數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，又促使機械加工行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 、生產(chǎn)方式、管理體制和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻的變化，也將促使人類勞動方式發(fā)生根本性的變化 。因此，目前世界上各工業(yè)發(fā)達國家，都把發(fā)展數(shù)控技術(shù)作為實現(xiàn)機械工業(yè)技術(shù)革新的戰(zhàn)略重點，各種加工機械都朝著數(shù)控化的方向發(fā)展。但齒輪加工機床的數(shù)控化進展卻非常緩慢，一個主要原因是數(shù)控系統(tǒng)本身滿足不了齒輪加工機床所要求的嚴(yán)格速比關(guān)系?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢為加速實現(xiàn)齒輪加工機床數(shù)控化提供了可能?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)具有以下新趨勢： (1) 采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的質(zhì)量，直接關(guān)系到 CNC機床的加工精度。現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)，采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服電機的位置、速

17、度及電流環(huán)路都實現(xiàn)了數(shù)字化，實現(xiàn)了幾乎不受機械負(fù)荷波動影響的高速響應(yīng)伺服系統(tǒng)。并且系統(tǒng)采用的交流伺服電機沒有電刷，避免了滑動摩擦，運轉(zhuǎn)時沒有火花，堅固耐用，幾乎不用維修，可用于惡劣環(huán)境，它的調(diào)速范圍與寬調(diào)速直流伺服系統(tǒng)相近。由于現(xiàn)代控制技術(shù)的不斷提高，系統(tǒng)內(nèi)采用的數(shù)字脈寬調(diào)速裝置可以以極低轉(zhuǎn)速驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，而這一點正是齒輪加工機床所追求的 適合于滾齒機伴隨工件軸向進給，要求工件軸疊加一個附加運動 (速度較低)的需求。從交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，它的控制精度和可靠性不斷提高，調(diào)節(jié)性能和適應(yīng)性不斷增強，真正實現(xiàn)了全軟件結(jié)構(gòu)，為進一步實現(xiàn)數(shù)控加工的自動化和柔性化提供可能。從市場調(diào)查來看，在日本市場

18、上交流伺服系統(tǒng)和直流伺服系統(tǒng)的所占比例為3：1還強，在1996年在北京 “第四屆中國國際機床展覽會”上幾乎所有制造數(shù)控機床的日本廠商都推出了采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床。又如，美國辛辛那提州的米拉克龍 (Milacron)公司生產(chǎn)的代表當(dāng)今世界領(lǐng)先水平的A-2100系統(tǒng)就是采用了科爾摩根公司提供的交流伺服系統(tǒng)。國內(nèi)也在交流伺服系統(tǒng)的研究方面作了大量工作 “八五”期間，國家主要大力扶植交流伺服系統(tǒng)，“九五”又相應(yīng)地制定了有利于交流伺服系統(tǒng)發(fā)展的計劃。由此可見，數(shù)字化和采用交流伺服系統(tǒng)是機床數(shù)控化的發(fā)展趨勢。所以將數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)引人到滾齒機的數(shù)控改裝上是對國際領(lǐng)先技術(shù)的跟蹤 也是對進一步實現(xiàn)

19、滾齒機的數(shù)控化尋求途徑。 (2) 實現(xiàn)了多軸控制 曲線、曲面及特殊型面的加工，刀庫的控制，多刀加工都要求數(shù)控機床能實現(xiàn)多軸聯(lián)動控制。而滾齒機在加工齒輪時需要滾刀回轉(zhuǎn)、工作臺回轉(zhuǎn)、滾刀的垂直進給走刀、工作臺進給及滾刀沿刀具軸向移位等五個運動的協(xié)調(diào)運動，相當(dāng)于控制系統(tǒng)對五根軸進行同時控制?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可控制軸數(shù)為3-15軸，同時控制軸數(shù)為3-6軸。這樣就為解決滾齒機以連續(xù)展成法加工齒輪時所需保證的兩個基本要求提供了有效對策，為實現(xiàn)滾齒機數(shù)控化提供了另一個有力的保障。 (3) CNC的智能化 在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進了適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)能檢測對自己影響的信息。并通過軟件控制自動連續(xù)

20、調(diào)整有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，形成新的優(yōu)化組合，達到改進系統(tǒng)運動狀態(tài)的目的，實現(xiàn)生產(chǎn)的高度自動化。另外，通過改變系統(tǒng)控制參數(shù)以適應(yīng)各種加工的需求，實現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化。而要實現(xiàn)滾齒加工的集成化，這兩點也是它所需求的。 (4) 有很強的通訊功能 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng) 還能與其它 CNC系統(tǒng)通信，或者與上級計算機通信，實現(xiàn)FMS進線的要求。所以除了RS-232接口外，還有RS-422和DNC等多種通信接口。隨著柔性自動化技術(shù)的發(fā)展，齒輪加工機床也將逐步地由單機走向柔性線( FMS )，進而形成自動化工廠 (FA)或者計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)。這樣就要求控制系統(tǒng)有較高的通信功能，而現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)具有的較強通信功

21、能，為滾齒機與上位計算機通信實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制提供了可能，為進一步實現(xiàn)齒輪加工的CIMS奠定基礎(chǔ)。 (5) 不斷的提高可靠性 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時間已達到NTBF=3000-36000h (5個月)。表明現(xiàn)代控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性已顯著提高，節(jié)約了系統(tǒng)的故障維修時間，提高了加工效率。 綜上所述，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展為滾齒機的數(shù)控改造提供了強有力的技術(shù)支持 。在本課題中我所選用的是SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)，它將所有CNC、PLC、HMI 和通訊任務(wù)集成于一身。免維護的硬件集成了PROFIBUS接口用于驅(qū)動和I/O模塊并具有速裝結(jié)構(gòu)的超薄操作面板；可控制最多4個數(shù)字進給軸和

22、1個主軸。802D 配備SIMODRIVE 611UE 和帶編碼器的1FK7伺服電機作為進給驅(qū)動和1PH7主軸電機。 第2章 機械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 Y3150E型滾齒機是頗具代表性的、較為廣泛使用的齒輪加工機床，主要用于滾切直齒輪、斜齒圓柱齒輪、蝸輪以及花鍵軸。在加工直齒輪時需要刀具的旋轉(zhuǎn)運動B11和工件的旋轉(zhuǎn)運動B12，以及刀具的直線運動A2。當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)過 時，工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架軸向移動fmm。加工斜齒輪時，除了需要具備這三個基本運動，為了在加工過程中實現(xiàn)所需要的螺旋線的成形，還需要伴隨刀架的軸向進給，附加一個差動運動，這個運動是由滾齒機的差動傳動鏈提供的。當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)過Z工/K轉(zhuǎn)和滾刀

23、軸向移動fmm時，工件得轉(zhuǎn)動量并不是一整轉(zhuǎn)，而是比1轉(zhuǎn)多一點或是比1轉(zhuǎn)少一點。設(shè)為1+△轉(zhuǎn)，△即為工作臺附加的轉(zhuǎn)動?！髦悼烧韶?fù)，視所加工齒輪的螺旋線方向及其旋向而定。滾刀垂直移動距離為T時，工件附加+（-）1轉(zhuǎn)，其中T為螺旋導(dǎo)程。在本課題中，刀架的垂直進給、工作臺的旋轉(zhuǎn)、工作臺的徑向進給分別有三個伺服電機驅(qū)動，在主軸上裝有主軸脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生的脈沖信號通過電路轉(zhuǎn)換到輸入接口，數(shù)控系統(tǒng)處理各項參數(shù)后，向其他各個伺服電機發(fā)出信號，使各坐標(biāo)軸按比例運動。 2.1 主傳動系統(tǒng) 主運動系統(tǒng)關(guān)鍵是主電機的選擇問題：由于步進電機的調(diào)速范圍不大、效率低、拖動負(fù)載的能力不大，因而不適宜作為主電機驅(qū)動滾刀軸

24、完成滾切加工；而要選擇調(diào)速范圍廣、綜合性能優(yōu)良的伺服電機，本文中采用西門子1PH7 交流主軸電機，它具有較短的電機長度，內(nèi)裝端子盒將噪音曲線降低，速度高達9000 轉(zhuǎn)/ 分(可選用12,000 轉(zhuǎn)/ 分) 全域恒扭矩輸出（包括靜止時）；過載能力高；能對SIMODRIVE 611的各種功率水平進行最優(yōu)配置。主電機的運動通過帶輪傳給減速器，從減速器輸出的運動再經(jīng)過錐齒輪，傳到花鍵軸上，然后由花鍵軸上的滑動錐齒輪把運動傳到刀架上，最終傳給滾刀。 2.2 進給運動系統(tǒng) 2.2.1 垂直進給 為了使改造后的滾齒機工作平穩(wěn)、提高傳動精度，并盡量利用原機床的結(jié)構(gòu)，垂直伺服電機的運動經(jīng)一級齒輪傳動，帶動

25、蝸桿蝸輪副；原機床軸向進給運動鏈采用的是滑動絲杠和絲杠螺母，他們之間的滑動磨損較嚴(yán)重，壽命短、效率低，不能滿足高速度、高效率和高精度等傳動要求。為了使運動靈敏又能滿足精度要求，采用間隙可調(diào)的滾珠絲杠傳動。垂直進給系統(tǒng)示意圖如圖2-1，滾動絲杠在蝸輪的帶動下轉(zhuǎn)動時，螺母便帶動滾刀架實現(xiàn)軸向進。 圖2-1 垂直進給系統(tǒng)示意圖 2.2.2 徑向進給 對徑向進給系統(tǒng)，去掉原徑向進給手動進給機構(gòu)，改用伺服電機經(jīng)聯(lián)軸器帶動蝸輪蝸桿副從而驅(qū)動絲杠螺母副帶動工作臺實現(xiàn)徑向進給。系統(tǒng)的傳動示意圖如圖2-2。同時徑向進給用伺服電機驅(qū)動，能和其他軸一

26、起滿足一定的運動關(guān)系，用來加工鼓形齒等。擴大了機床的加工范圍。 圖2-2 徑向進給系統(tǒng)傳動示意圖 2.2.3 工作臺的轉(zhuǎn)動 改造后的滾齒機保留原機床降速比為72的蝸輪蝸桿傳動副，并采用墊片徑向調(diào)隙結(jié)構(gòu)。工作臺通過伺服電機帶動蝸桿蝸輪副旋轉(zhuǎn)。圖2-3表示工作臺轉(zhuǎn)動的傳動示意圖 蝸輪蝸桿副 圖2-3 工作臺轉(zhuǎn)動的傳動示意圖 整個機床的傳動原理圖見圖2-4。 圖2-4 Y3150E數(shù)控改造后的傳動原理圖 第3章 立柱的設(shè)計計算 3.1

27、滾齒機切削力的計算 影響滾齒機切削力的因素是多種多樣的，主要有如下一些因素： (1) 齒輪每轉(zhuǎn)一周的進給量mm/r (2) 被加工齒輪模數(shù) m (3) 被加工齒輪材料 (4) 滾刀頭數(shù)g (5) 滾刀切削速度m/min (6) 齒輪螺旋角度 (7) 被切齒輪的齒數(shù)Z (8) 刀刃磨損 (9) 冷卻潤滑 加工斜齒輪時，如果滾刀頭數(shù)g > 1，而被切齒數(shù)又很多，則滾刀就有較多的刀齒參加切削，因而切削力必然增大，除了作用在工作軸向的切削力外，徑向力顯然也增大，切削力的增大和滾刀頭數(shù)的增加近似的假定為直線關(guān)系，而被切齒輪齒數(shù)的影響用Z0.43表示。 下面，我們

28、以鋼為材料來進行切削力和動力功率的計算，設(shè)強度為60MP ，模數(shù)為滾齒機的最大加工模數(shù)，齒數(shù)為63，螺旋角為45度，選用切削規(guī)范：進給 =0.4mm/r （滾齒機刀架的軸向進給量是0.4~4.0mm/工件每轉(zhuǎn)），切削速度 =20m/min ,查文獻【1】 P114可得，平均切削力（平均圓周力）： =64 (kgf) (3-1) 其中：=1 滾刀頭數(shù) =1.72 螺旋角影響系數(shù) =1.1 切削速度影響修正系數(shù) 所以：=6411.721.1=390.9 kgf 切削功率： (3

29、-2) 電機功率： (3-3) 其中=0.5，表示效率， 最后，取電機功率為3.7kw 滾齒機的主切削力就是切削合力在切削方向上的投影，切削功率就是主切削力與切削速度的乘積。由于滾齒機的受力相當(dāng)復(fù)雜，到目前還沒有公式來精確地計算滾刀的各種力，同時考慮到它的力受多種因素影響，在本文中，把在各種假設(shè)條件下得到的滾齒機主切削力乘上一個系數(shù)2作為滾齒機滾刀所受的垂直方向的力，其他的力都用主切削力來近似代替。 所以，滾刀所受的垂直方向的力是，其它的力如作用力（切削合力在工作平面內(nèi)的投影）、進給抗力等都是390.9 kgf。 3.

30、2 電動機的選擇 (1) 選擇電動機的類型 本次畢業(yè)設(shè)計主電機用的是與SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)相匹配的1PH7 交流主軸電機，1PH7 風(fēng)冷交流主軸電機是一種轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無須維護的四極鼠籠式異步電動機。專門設(shè)計用于與SIMODRIVE 611 驅(qū)動系統(tǒng)相連接。進給電機采用1FK7同步伺服電機，帶有編碼器連接器，擺脫了編碼器與電機相連時的同軸要求。 (2) 選擇電動機的容量 從前面的計算中我們知道主電機的功率為；因為滾刀所受的圓周力為，由機床的技術(shù)資料可知：滾刀的最大直徑為，所以所需的扭矩為 Nmm，運動從電機輸出到傳給滾刀架經(jīng)過了傳動比為2的齒輪減速和傳動比為15的蝸桿蝸

31、輪減速，所以電機所需的扭矩為Nmm，因為這只是一個粗略的計算，所以選取16 Nm的電機；因為加工工件的最大尺寸是由機床的結(jié)構(gòu)等決定的，其中，所以工作臺轉(zhuǎn)動時所需要的扭矩為Nmm，蝸輪蝸桿的傳動比為72，所以電機所需扭矩為Nmm，所以在西門子電機里選取16Nm的電機是完全足夠的。同時輔助進給所需的扭矩更小，但為了安全起見，仍用16Nm的電機。 (3) 確定電機型號 由以上的計算可知，并根據(jù)西門子伺服電機和主軸電機的有關(guān)資料，電機選擇如下： 主電機 1PH7101-2NF02-OBJ0 功率3.7kw 垂直進給電機 1FK7083-5AF71-1SH0 扭矩16NM 轉(zhuǎn)速3000r/

32、min 工作臺旋轉(zhuǎn)電機1FK7083-5AF71-1SH0 扭矩16NM 轉(zhuǎn)速3000r/min 輔助進給電機 1FK7083-5AF71-1SH0 扭矩16NM 轉(zhuǎn)速3000r/min 3.3滾珠絲杠的選取 3.3.1 滾珠絲杠動載荷的計算與直徑估算 (1) 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程L0 取電機最高轉(zhuǎn)速為nmax=1500r/min，查文獻【2】P46課的公式 (3-4) 其中：Vmax——移動部件最高移動速度（mm/min），在這里取滾刀垂直移動最快速度為2000mm/min i 傳動比，本文中取30（電機到滾珠絲杠的傳

33、動比為30） nmax 電機最高轉(zhuǎn)速 所以 查文獻【3】P83表3-37可知：取導(dǎo)程T0= 12mm (2) 滾珠絲杠平均轉(zhuǎn)速與平均載荷計算 因為導(dǎo)軌采用的是貼塑導(dǎo)軌，查文獻【2】P15表2-3可得：鑲條緊固力為800N，取摩擦系數(shù) =0.2，則刀架所受的摩擦力 =800=8000.2=160 N 所以滾齒機在加工時滾珠絲杠所受的最大軸向力 =+ (3-5) =+=7818+160=7978 N 滾齒機在加工時滾珠絲杠所受的最小軸向力 (3-6) N 查文獻【

34、2】P48表2-27，數(shù)控機床的預(yù)期工作時間為Lh=15000 h，并取滾珠絲杠的平均載荷為Fm=Fmax=7978 N，且快速移動時間占整個加工時間的10% (3-7) 所以平均轉(zhuǎn)速為： (3) 滾珠絲杠預(yù)期當(dāng)量動載荷Cm的確定 由文獻【4】P14可得： (3-8) 其中： ——載荷性質(zhì)系數(shù)，查文獻【2】P48 表2-28 可知，取=1.4 ——精度系數(shù)，初步選擇滾珠絲杠的精度等級為2，查文獻【2】P48 表2-29可知，取=1 ——可靠性系數(shù)，查文獻【2】

35、P48 表2-30可知，取=1 (3-9) 所以：N 因為滾珠絲杠螺母副將實施預(yù)緊，具體是通過調(diào)整端部的圓螺母，使?jié)L珠絲杠螺母產(chǎn)生軸向位移。預(yù)加載荷類型為中預(yù)載。查文獻【2】P49表2-31可得：預(yù)加載荷系數(shù)fe=4.5。查文獻【2】P48可知，根據(jù)最大軸向載荷計算： (3-10) (4) 確定滾珠絲杠的當(dāng)量動載荷Cm 取以上兩種結(jié)果的最大值，即Cm=65751.1N (5) 估算滾珠絲杠螺母副螺紋底徑 (a) 估算滾珠絲杠螺母副允許的最大軸向變形量 我們在加工

36、齒輪時為了滿足不同的精度要求，需要多次切削，因此，設(shè)定刀架垂直運動的定位精度為40um，重復(fù)定位精度為20um，查文獻【2】P49可得： 取上述計算結(jié)果的最小值，即=6.67 (b) 估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m L=行程+安全行程+2余程+螺母長度+支撐長度≈（1.2~1.4）行程+（25~30）T0=1.4480+3012=1032mm (3-11) (6) 初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 根據(jù)以上計算所得：L0=12mm Cm=65751.1N d2m=12.27，以及結(jié)構(gòu)的需要，查文獻【4】，初選滾珠

37、絲杠類型為8012-3，d0=80mm，L0=12mm，Ca=67864N＞65751N，d2=20mm＞d2m=12.27mm。 3.3.2 滾珠絲杠的校核 (1) 壓桿穩(wěn)定性校核 細(xì)長絲杠受壓縮載荷時，會發(fā)生壓桿失穩(wěn)的問題，不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮載荷為臨界載荷 (3-12) 其中： d1=d0-1.2Dw=80-1.27.144=71.43 d0 ——滾珠絲杠的公稱直徑 Dw ——滾珠直徑，查文獻【4】P41可知：Dw=7.144 ——絲桿最大受壓長度，由設(shè)計可知=480mm ——絲桿支撐方式系數(shù), 查文獻【2】表3.7-37可

38、知：=4.0 所以： 而在該滾齒機中，滾珠絲杠的最大軸向載荷為104372.35N，遠(yuǎn)小于其臨界壓縮載荷 的值。所以滿足要求。 3.4 錐齒輪的設(shè)計計算 此處所設(shè)計的錐齒輪是主傳動系統(tǒng)中的錐齒輪，主電機功率為3.7kw，經(jīng)過帶輪、減速器、到錐齒輪時的最高轉(zhuǎn)速為160r/min，查文獻【5】可知，帶輪的傳動效率一般為0.95，齒輪的傳動效率一般為0.99，因為減速器是兩級減速，所以傳到錐齒輪的功率為： P=3.70.950.990.99=3.445 kw 可得出錐齒輪所受的最大扭矩為： (3-13) 齒面粗糙度為==3.

39、2，主從動輪均采用20Cr經(jīng)滲碳、淬火，58~63HRC。 3.4.1 初步設(shè)計 大端分度圓直徑de1 (3-14) 其中： K——載荷系數(shù)，查文獻【6】P35-171可知：K=1.5 ——齒數(shù)比 ===1.5 查文獻【6】圖35.2-16可得：試驗齒輪的接觸疲勞極限=1500N/，取安全系數(shù)=1.1，則可得齒輪的許用接觸應(yīng)力： = (3-15) = = =1363.64N/ 估算結(jié)果： 3.4.2 幾何計算 查文獻【6】表35.4-3，可得：取=22， ==1.52

40、2=33 分錐角: = (3-16) === == 大端模數(shù)： = (3-17) = = =4.68mm, 查文獻【6】表35.4-3，取=5mm 大端分度圓直徑： = (3-18) ==225=110mm ==445=220mm ——齒寬系數(shù)，查文獻【6】表35.4- 4可得： =0.3 平均分度圓直徑： =（1-0.5） (3-19) =（1-0.5）=110（1-0

41、.50.3）=93.5mm =（1-0.5）=220（1-0.50.3）=187mm 平均模數(shù)： =（1-0.5） (3-20) =（1-0.5）=5（1-0.50.3）=4.25mm 外錐距： = (3-21) ===99.153mm 齒寬： b= (3-22) b==0.399.153=29.746mm 大端齒頂高： =（1+） (3-23) =（1+）=（1+0）5=5mm ,其中=0是變位

42、系數(shù)。 =（1+）=（1+0）5=5 mm，其中=0是變位系數(shù)。 大端齒根高： =（1+-） (3-24) =（1+-）=（1+0.2-0）5=6mm =（1+-）=（1+0.2-0）5=6mm 齒頂角： ， 齒根角： (3-25) 頂錐角： (3-26) 根錐角： (3-27) 大端齒頂圓直徑： (3-28)

43、 安裝距： A1=52mm，A2=60mm 冠頂距： (3-29) 大端分度圓齒厚： (3-30) (3-31) 大端分度圓弦齒高： (3-32) 當(dāng)量齒數(shù)： (3-33) 端面重合度： (3-34) 其中： (3-35) 所以： 3.4.3 接觸強度校核 (3-36) Ft——

44、分度圓切向力，查文獻【6】表35.4-21可得： (3-37) KA——使用系數(shù)，查文獻【6】表35.4-4可得：KA=1.5 KV——動載荷系數(shù) (3-38) 查文獻【6】表35.4-23可得：=10.11 ，=0.019 Vmt——中點圓周速度 (3-39) 所以： ——載荷分布系數(shù)，==1.51.5=2.25 查文獻【5】表14-3-34可得：=1.5 ——載荷分配系數(shù)，查文獻【6】表35.4-25可得：=1 ——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，=2

45、.5 ——彈性系數(shù)，查文獻【6】表35.4-29可得：=189.8N/ ——重合度螺旋角系數(shù)， ——錐齒輪系數(shù)，=1 所以： ——齒輪許用接觸應(yīng)力 = (3-40) ——試驗齒輪接觸疲勞極限，查文獻【6】圖35.2-16d，=1500N/ ——壽命系數(shù)，取=1 ——潤滑油膜影響系數(shù)，取=0.985 ——最小安全系數(shù)，取=1 ——工作硬化系數(shù)，取=1 則許用接觸應(yīng)力值為 結(jié)論：，符合條件 3.4.4 彎曲強度校核 (3-41) 其中： ——符合齒形系數(shù)，=4.79，=4.6 重合度和螺旋角系數(shù)：

46、=0.68，=，= 許用彎曲應(yīng)力： (3-42) ——齒根基本強度，=1000 ——壽命系數(shù)，=1 ——相對齒根圓角敏感系數(shù)，=1 ——相對齒根表面狀況系數(shù)，=1 ——尺寸系數(shù)，=1 ——最小安全系數(shù)，=1.4 所以： 結(jié)論：<，<，所以滿足要求。 3.5 蝸桿蝸輪的設(shè)計計算 這里計算的蝸桿蝸輪副是帶動滾珠絲杠的蝸桿蝸輪，電機轉(zhuǎn)速是3000r/min,輸出的轉(zhuǎn)矩是16Nm，經(jīng)過一對傳動比為2的齒輪副把運動傳到蝸桿上。蝸桿蝸輪副的傳動比是15，工作壽命要求20000h?？紤]到蝸桿傳動的功率不大，速度不高，故蝸桿用45鋼，因為希望效

47、率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45~55HRC，蝸輪用鑄錫鋅鉛青銅，ZcuSn5Pb5Zn5，砂模鑄造，為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 3.5.1 選擇蝸桿的傳動類型 根據(jù)GB/T 10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） 3.5.2 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度，查文獻文獻【10】式11-12，傳動中心距： (3-43) (1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2 按Z1=2，查得電機的輸

48、出扭矩為16Nm，估取齒輪傳動的效率為0.95，蝸桿蝸輪傳動的效率為0.8，則T2=160.80.952=24.32Nm (2) 確定載荷系數(shù)K 因為工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)=1；查文獻【10】表11-5，選取使用系數(shù)=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù)=1.05；則： (3-44) (3) 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫鋅鉛青銅和鋼蝸桿相配，故取 (4) 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值=0.35，查文獻【10】圖11-18可得：=2.9 (5) 確定許用接觸應(yīng)力 根

49、據(jù)蝸輪材料為鑄錫鋅鉛青銅ZcuSn5Pb5Zn5，砂模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45 HRC，查文獻【10】表11-7可得，蝸輪的基本許用應(yīng)力=135 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) (3-45) 壽命系數(shù) 則 (6) 計算中心距 查文獻【10】表11-2可得：取中心距=200 ，因=15，故取模數(shù)m=4，蝸桿分度圓直徑，這時，查文獻【10】圖11-18，可得：，因為，因此以上結(jié)果可用。 3.5.3 蝸桿蝸輪的主要參數(shù)與幾何計算 (1) 蝸桿 軸向齒距： 直徑系數(shù)： =10 齒頂圓直徑：

50、 (3-46) ； 分度圓導(dǎo)程角： = 蝸桿軸向齒厚： (3-47) (2) 蝸輪 蝸輪齒數(shù)=31，變位系數(shù)= ； 驗算傳動比，這時，傳動比誤差為，是允許的。 蝸輪分度圓直徑： (3-48) (3-49) 蝸輪喉圓直徑: (3-50)

51、(3-51) 蝸輪齒根圓直徑: (3-52) 蝸輪咽喉圓直徑: (3-53) 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-54) 當(dāng)量齒數(shù)： 根據(jù)= ，=31.2，查文獻【10】從圖11-19中可查得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 查文獻【10】表11-8可得：由鑄錫鋅鉛青銅ZcuSn5Pb5Zn5制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力= 壽命系數(shù) 所以滿足要求 3.5.4 驗算效率

52、(3-55) 已知= ；；與相對滑動系數(shù)有關(guān)。 (3-56) 查文獻【10】，從表11-18中用插值法查的，；帶入式中，得=0.84，大于原估計值，因此不用重算。  第4章 立柱、導(dǎo)軌的設(shè)計 4.1 導(dǎo)軌的選擇 導(dǎo)軌的作用是使運動部件能沿一定的軌跡運動（導(dǎo)向），并承受運動部件及工件的重量和切削力。導(dǎo)軌應(yīng)滿足如下要求：精度高；壽命長；剛度及承載能力大；摩擦阻力小，運動平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、裝配、調(diào)整、維修；成本低。下面，我們就以以上要求為準(zhǔn)則，來選擇導(dǎo)軌的形式。 導(dǎo)軌分滑動導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌靜摩擦系數(shù)相差較大

53、，面接觸，剛度高，經(jīng)磨削和刮削，可達到高精度，低速時易爬行，減震性好，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，維護簡便，成本低，廣泛用于普通精度機床經(jīng)給運動的導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌又分為液體靜壓導(dǎo)軌和氣體靜壓導(dǎo)軌。剛性較高，但不及滑動導(dǎo)軌，油膜剛度不隨速度變化，運動平穩(wěn)，低速無爬行，吸震性好，能長期保持制造精度，但制造復(fù)雜，需要一套可靠的油壓和氣壓系統(tǒng)，調(diào)試麻煩，主要應(yīng)用與大重型機床，精密機床等。滾動導(dǎo)軌對導(dǎo)軌面、滾動體精度要求均高，剛體接觸，高速無油膜浮升現(xiàn)象，低速無爬行，預(yù)加載荷過大和制造低劣時會出現(xiàn)爬行，有預(yù)加載荷的滾動導(dǎo)軌垂直與運動方向的吸震性近似于滑動導(dǎo)軌，沿運動方向吸震性差，防護良好時壽命長，制造復(fù)雜，導(dǎo)軌尺

54、寸越大成本越高，使用維護方便，一般對潤滑要求不高，用于坐標(biāo)鏜床工作臺，磨床砂輪架等。綜上所述，在此，刀架在運動時速度不高，受力不大，主要考慮到經(jīng)濟性的要求，選擇滑動導(dǎo)軌。 刀架所做的運動是垂直直線運動，所以除要求限制運動部件的轉(zhuǎn)動和橫向移動，還要固定刀架?？紤]到刀架的尺寸較大，還要受力均勻，所以選擇雙導(dǎo)軌，雙導(dǎo)軌有很多形式，比如：矩形導(dǎo)軌，雙三角形導(dǎo)軌，矩形和三角形導(dǎo)軌，矩形和燕尾槽導(dǎo)軌，燕尾槽導(dǎo)軌等。其中矩形導(dǎo)軌承載能力大，制造簡單，側(cè)導(dǎo)向面用鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度低，而且必須留有間隙，降低了導(dǎo)向精度。而滾齒機刀架的垂直經(jīng)給運動是要求有很高的精度的。因此不滿足要求。矩形三角形導(dǎo)軌不需要鑲條

55、調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度好，加工裝配比較方便，但兩條導(dǎo)軌磨損不同，對位置精度有影響。因此也不夠好。而燕尾槽導(dǎo)軌一般是用在有較大的顛覆力矩的情況下的，它的加工測量麻煩，都不太好?？偨Y(jié)以上各個方面，選擇雙三角形導(dǎo)軌（見圖4-1），它接觸剛度好，導(dǎo)向無間隙，導(dǎo)向精度高，磨損后響度位置變化小，對機床精度影響小。 圖4-1 垂直進給系統(tǒng)導(dǎo)軌設(shè)計圖 圖4-2 徑向進給系統(tǒng)導(dǎo)軌設(shè)計圖 工作臺徑向進給的導(dǎo)軌則采用三角形-矩形導(dǎo)軌（見圖4-2）。 4.2 立柱的設(shè)計 立柱的設(shè)計過程

56、中，本著不改變原機床的主要結(jié)構(gòu)的原則，采用原滾齒機的壁厚和加強筋的布置形式，只把原來支持進給運動傳動鏈的一些結(jié)構(gòu)刪除了，并根據(jù)現(xiàn)在的新的結(jié)構(gòu)，在裝蝸桿蝸輪的地方加了一個筋板，在主傳動系統(tǒng)直齒輪副的地方打了兩個矩形槽（見圖4-3）。 圖4-3 立柱箱體結(jié)構(gòu)圖 第5章 PLC系統(tǒng)總體設(shè)計方案概述 完成一個改造設(shè)計的前提是對需改造對象性能的全面掌握，了解改造前設(shè)備存在的問題從而確定改造中需要解決的問題，確定改造目標(biāo)后再進行系統(tǒng)的設(shè)計。 5.1傳統(tǒng)滾齒機控制系統(tǒng)的功能與技術(shù)指標(biāo) 傳統(tǒng)滾齒機的類型較多，控制電路各不相同，但都存在相同的問題，即利用齒輪掛

57、箱實現(xiàn)各運動部件的轉(zhuǎn)速控制和聯(lián)動。過長的傳動鏈?zhǔn)菍?dǎo)致產(chǎn)品加工精度低的主要原因。這里先對先對Y3150E型滾齒機做簡單電路分析，以明確滾齒機的基本工作原理。 Y3150E型滾齒機電氣電路分析 Y3150E型滾齒機的電氣控制線路圖如下圖5-1所示： 圖5-1 Y3150E型滾齒機的電氣控制線路圖 1. 主電路 主電路共有四臺電動機，其中M2是主軸電動機，利用KM2與KM3實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。KM2吸合電機M1正傳時實施進給加工，KM3吸合M1反轉(zhuǎn)時進行退刀。軸向快速運動電機由接觸器KM5、KM6實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制。液壓泵電機由接觸器KM

58、1控制。主軸的運轉(zhuǎn)利用齒輪掛箱可帶得刀具高速旋轉(zhuǎn)和刀具的橫向進給，加工不同工件時應(yīng)按要求選擇不同的齒輪掛箱，利用齒輪傳動實現(xiàn)各主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速聯(lián)動；M3是冷卻泵電動機，只要求單向旋轉(zhuǎn)；冷卻泵電機M3由KM4控制，即KM4吸合則M3工作。但要注意的是M2必須在M1電動機工作后才能啟動，為順序控制。M1/M2要進行長時間工作，所以都裝有過載保護。整個線路由一組總?cè)蹟嗥髯龆搪繁Ｗo。 ⒉ 控制電路 ㈠ 液壓泵控制 總開關(guān)SA1閉合，為控制電路接通做好準(zhǔn)備，同時接通接觸器KM1線圈電路，KM1得電；液壓泵電動機M1主電路閉合工作，為液壓系統(tǒng)提供壓力油，為傳動元件提供潤滑油，保證旋轉(zhuǎn)元件在工作之前

59、得到充分的潤滑。 ㈡ 主電動機控制 滾齒過程中的主要運動都是由電動機M2提供，先將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3轉(zhuǎn)換到KM2線圈電路，此時按下按鈕SB1，接觸器KM2線圈電路接通，利用其常開觸點使KM2自鎖，主觸點閉合，電動機M2正轉(zhuǎn)，主電路接通，電動機M2通過外聯(lián)系傳動鏈帶動滾刀正轉(zhuǎn)（逆銑），由滾刀軸通過內(nèi)聯(lián)系或者外聯(lián)系傳動鏈帶動刀架、工作臺運動，當(dāng)?shù)都苓\動到上方或者下方的極限位置時，由行程開關(guān)SQ2和SQ4進行極限位置保護，壓下行程開關(guān)，接觸器KM2線圈斷電，電動機M2停止轉(zhuǎn)動。 當(dāng)SA3轉(zhuǎn)換到KM3線圈回路位置，按下按鈕SB1時，接觸器KM3將得電并自鎖，電動機M2反轉(zhuǎn)，帶動刀具作順銑加工。

60、當(dāng)按下按鈕SB3時，其常開觸點閉合，接通接觸器KM2或KM3電路。但由于SB3的常閉觸點切斷了KM2或KM3線圈的自鎖回路，接觸器線圈回路不能自鎖，電動機M2只能點動旋轉(zhuǎn)，為機床點動調(diào)整控制狀態(tài)，有利于調(diào)整各個運動部件之間的相對位置。 ㈢ 冷卻泵電動機控制 在主電動機的工作工作狀態(tài)，即KM2或KM3線圈得電的情況下，將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5置于閉合狀態(tài)，接觸器KM4線圈電路閉合，線圈得電，主觸點接通電動機M3主電路，冷卻泵工作，為切削過程提供切削液。 ㈣ 軸向快速移動點動控制 刀具在加工完畢，軸向返回初始位置或作刀架的軸向調(diào)整時，刀架需要作快速移動。為了減少傳動元件和縮短輔助時間，利用快速電動

61、機帶動刀架作軸向運動。在作快速移動之前，將刀架軸向工作進給的傳動鏈切換到由快速電動機帶動的傳動鏈。扳動手柄接通快速運動機械離合器，斷開工作進給傳動鏈，壓下行程開關(guān)SQ3，然后按下按鈕SB4，接觸器KM6線圈電路接通，其主觸點閉合，快速移動電動機M4正轉(zhuǎn)，電動機帶動刀架快速從底端向上運動，由于KM6線圈回路沒有自鎖，電動機只能點動工作，松開按鈕Sb4，則運動停止。 當(dāng)按下按鈕SB5時，接觸器KM5得電，接通電動機M4的反轉(zhuǎn)電路，軸向快速移動電動機M4反轉(zhuǎn)，帶動刀架作由上向下的快速移動。接觸器KM5的常開觸點閉合，接通電磁閥電磁鐵YA2電路，平衡液壓缸工作，使得快速向下移動平穩(wěn)。 ㈤ 徑向運動

62、控制 為了能夠調(diào)整刀具與工件的徑向位置和加工蝸輪的需要，工作臺能夠作徑向運動，其運動由液壓系統(tǒng)提供動力，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4閉合后，電磁鐵YA1得電，液壓缸推動工作臺作徑向運動。 ㈥ 其他控制內(nèi)容 照明電路采用24V電源，當(dāng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2閉合時，照明電路接通，燈HL亮。 指示燈電路主要有電源指示燈HL1、潤滑油指示燈HL2、主電動機過載指示燈HL3，在合上電源總開關(guān)（低壓斷路器）QF1時，指示燈HL1亮，標(biāo)志電源接通；當(dāng)潤滑油減少到一定程度時，安裝在液壓缸中的浮子繼電器KF觸點閉合，指示燈HL2亮，提醒操作者及時添加潤滑油，以監(jiān)控潤滑油；當(dāng)主電動機過載時，熱繼電器FR2常開觸點閉合，指示

63、燈HL3亮，提示操作者系統(tǒng)有故障，主電動機過載。 四臺電動機之間的關(guān)系為順序控制。 3.運動分析 通過對滾齒機進行各種加工操作的運動分析，確定滾齒機運動要求如下： 1.動作要求： ① 主軸的高速旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速可調(diào)：5～495rpm ② 滾刀的高速旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速可調(diào)：500～4000rpm ③ 滾刀的橫向進給且進給速度可調(diào)：快速時5000mm/min ④ 上述三種速度可根據(jù)相關(guān)參數(shù)實現(xiàn)聯(lián)動。 滾齒機工作時，要求能夠?qū)崿F(xiàn)這三個轉(zhuǎn)速在很大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并保證三速度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。在傳統(tǒng)滾齒機上是利用齒輪掛箱實現(xiàn)三者之間的聯(lián)動和速度控制的。

64、 2.進給控制要求： ① 工作臺的垂直方向進給； ② 滾刀的橫向進給。 應(yīng)該注意的是滾刀的垂直進給和滾刀的橫向進給應(yīng)該實現(xiàn)雙速運行，位置較遠(yuǎn)時可高速進給，當(dāng)達到一定位置時，由傳感器發(fā)出信號改為低速進給。另外，加工不同工件，應(yīng)選擇不同的轉(zhuǎn)速比，即電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該可以按要求調(diào)節(jié)。 3.保護功能： ① 垂直進給行程開關(guān)（上下位置）； ② 橫向進給行程開關(guān)（左右極限位置）。 在傳統(tǒng)機床電路中，行程開關(guān)是常見的位置限制元件，在電氣控制中是必不可少的。 4.Y3150E型滾齒機的參數(shù)指標(biāo) Y3150E型滾齒機的參數(shù)指標(biāo)如表5-1所示： 項目參數(shù)

65、 數(shù)據(jù) 最大加工直徑 500mm 最大加工模數(shù) 8mm 最大加工寬度 250mm 工件上最小齒數(shù) 5 刀架最大回轉(zhuǎn)角度 240 刀架最大垂直行程（Z軸） 300mm Z軸分辨率 0.001mm 工作臺到立柱最大距離 830mm 工作臺到立柱最小距離 380mm 工作臺水平移動行程（X軸） 310mm X軸分辨率 0.001mm 允許安裝的最大滾刀直徑 160mm 滾刀的轉(zhuǎn)速 500—4000rpm 滾刀橫向進給速度（快速） 500mm/min 滾刀最大的的軸向運動量 55mm 滾刀軸線到臺面的距離 最大 535mm 最小

66、235mm 工件軸線到滾刀軸的距離 最大 330mm 最小 30mm 主軸轉(zhuǎn)速范圍 40—250mm 主電動機功率 5.5KW 表5-1 Y3150E型滾齒機參數(shù)指標(biāo) 此次改造要求是將機械滾齒機改造為數(shù)控滾齒機，由于機床設(shè)備自身的一些特點，改造過程中將對上述參數(shù)有較大的調(diào)整，如各運動部件的行程距離、齒輪加工角度等，但改造最主要的任務(wù)是對加工精度的提高和操作效率的提高。 圖5-2 Y3150E型滾齒機數(shù)控改造后的傳動原理圖 5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案 在傳統(tǒng)滾齒機中，最大的問題是齒輪掛箱的使用。在傳統(tǒng)滾齒機進行滾齒加工操作時，為了保證各運動部件的同步進給，利用了齒輪掛箱的齒輪傳動鏈實現(xiàn)三軸聯(lián)動并實現(xiàn)速度匹配的，這使得傳動鏈過長，難以保證加工精度；同時加工不同工件時，因加工齒輪齒數(shù)、模數(shù)等重要參數(shù)的不同，需要進行掛輪操作進行換檔換速，此類操作使得勞動量大，生產(chǎn)效率低。傳統(tǒng)滾齒機的傳動示意圖如圖2.3所示。圖中齒輪的傳動誤差為齒輪加工誤差的主要來源。為了克服傳統(tǒng)滾齒機