普通車床的數(shù)控化改造 (2)

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1、太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目：普通機(jī)床的數(shù)控改造 ——機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 姓 名： 段國雄 學(xué) 號(hào)： 087013109 指導(dǎo)教師： 田靜 2011年 6 月 7 日 誠信聲明 本人聲明： 我所呈交的專科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和參考文獻(xiàn)中所羅

2、列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 日期： 2011 年 6 月 7 日 普通機(jī)床的數(shù)控改造---機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 摘要：C616普通車床數(shù)控化改造，利用微機(jī)對(duì)縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電

3、動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用四工位電動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。它主要用于對(duì)中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具；冷卻泵、潤滑泵的啟停；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象。 關(guān)鍵字：數(shù)控改造， 進(jìn)給系統(tǒng)， 滾珠絲杠 Abstract：C616 General of NC lathe, the use of computer on the vertical

4、 and horizontal feed system for open-loop control, the vertical pulse equivalent to 0.01mm / pulse, the horizontal equivalent of 0.005 pulse / pulse, with stepper motor drive components, drive system with ball screws bar pair, a four-position turret electric automatic indexing turret. It is mainly u

5、sed for small and medium sized shaft, disk type and screw machining, machine tool processing requirements of these parts work to be completed includes: Reversible Control of the spindle and the cutting speed to achieve their different spindle speed; knife to achieve Vertical and horizontal feed moti

6、on, and automatic tool change with changes in the four cutter to complete the selection tool; cooling pumps, lubrication pump start and stop; processing thread, should ensure a turn the spindle, tool holder to be processed to move a thread pitch or lead. The content of this work is the transformatio

7、n of NC CNC system objects. ?Key: CNC transformation, Feeding system, Ball screw 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 普通機(jī)床的數(shù)控改造----（機(jī)械部分的設(shè)計(jì)） 系部： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 機(jī)械制造及自動(dòng)化 學(xué)號(hào)： 087013109 學(xué)生： 段國雄 指導(dǎo)教師（含職稱）： 田靜(講師) 專業(yè)負(fù)責(zé)人： 李雅

8、青 1．設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) 1） 對(duì)C616機(jī)床的改造后能使其實(shí)現(xiàn)數(shù)控控制，讓數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，提升機(jī)床的加工精度，柔性，生產(chǎn)率；實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操控，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠；提高機(jī)床自動(dòng)化程度，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。 2） 通過對(duì)C616普通車床進(jìn)行過改造能夠正確運(yùn)用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論各有關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)設(shè)備數(shù)控化改造方案的擬定，比較，分析機(jī)進(jìn)行必要的計(jì)算。 3） 改造的機(jī)床具有廣泛的適用性和靈活性，縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期，易于組織多種品種生產(chǎn)，使企業(yè)能對(duì)市場需求做出快速響

9、應(yīng)。 2．設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 1）掌握普通機(jī)床C616的工作原理 2）了解其改造的設(shè)計(jì)方案 3）確定機(jī)械改造方案 4）收集相關(guān)資料及圖紙（縱向進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖） 5）完成相應(yīng)的工程圖 6）論文設(shè)計(jì)說明書 7）其他（校，系規(guī)定內(nèi)容） 3．主要參考文獻(xiàn) 【1】經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社 【2】數(shù)控車床設(shè)計(jì) 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 【3】機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 余英良 機(jī)械工業(yè)出版社 【4】機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) 吳振彪

10、 中國人民大學(xué)出版社 【5】數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用 李善術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 【6】機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 馮辛安 機(jī)械工業(yè)出版社 【7】機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第二版) 張福潤 徐鴻本 劉延林 華中科技大學(xué)出版社 【8】數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 范超毅 趙天嬋 吳斌方 華中科技大學(xué)出版社 【9】機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)（第一版） 吳振彪 中國人民大學(xué)出版社 【10】 簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第二版］ 唐金松 上海科技大學(xué)出版社 4．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 根據(jù)論

11、文題目查看相關(guān)資料 2011年4月30日前 2 了解C616機(jī)床的結(jié)構(gòu)及工作原理 2011年5月1日到5月10日 3 設(shè)計(jì)改造及其設(shè)計(jì)圖 2011年5月11日到5月18日 4 完成論文 2011年5月18日到5月31日 5 校訂論文，論文裝訂 2011年6月1日到6月 目錄 1．前 言 1 1.1 問題的提出 1 1.2、改造的意義 1 1.2.1節(jié)省資金 1 1.2.2 性能穩(wěn)定可靠 1 1.2.3提高生產(chǎn)效率 1 1.3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 2 1.3.1機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類 2 1.32國內(nèi)數(shù)控機(jī)床

12、的特點(diǎn) 4 2 機(jī)械部分的改造 5 2.1改造方案的確定 5 2.2 機(jī)械部分改造的設(shè)計(jì) 6 2.2.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 6 2.2.2.縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 2.2.3 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 14 2.2.4 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3總 結(jié) 21 4 參考文獻(xiàn) 22 5 致謝詞 23 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1．前 言 1.1 問題的提出 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率

13、。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足，因此對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控改造就顯得相當(dāng)必要了。 1.2、改造的意義 1.2.1節(jié)省資金 機(jī)床的數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。 1.2.2 性能穩(wěn)定可靠 因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。 1.2.3提高生產(chǎn)效率 機(jī)床經(jīng)改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5

14、倍。對(duì)復(fù) 雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。 1.3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 1.3.1機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的種類很多，為了便于了解和研究，可以從不同的角度對(duì)其分類?？梢园此欧到y(tǒng)的控制方式，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡，數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類。一般地，按伺服系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分類。 伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)床移動(dòng)部件，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，按其控制原理可分為以下三類。 （1）開環(huán)控制系統(tǒng)（Open Loop Control System） 典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)如圖1-2所

15、示，是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)控裝置發(fā)來的每一個(gè)進(jìn)給脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路放大并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距（即一個(gè)固定的角度，如1.5o），再經(jīng)減速齒輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，并通過絲杠螺母副傳東工作臺(tái)的移動(dòng)?？梢钥闯龉ぷ髋_(tái)的移動(dòng)量與進(jìn)給脈沖的數(shù)量成正比。顯然這種開環(huán)系統(tǒng)的精度完全依賴于步進(jìn)電機(jī)的步距精度及齒輪、絲杠的傳動(dòng)精度。它沒有測量反饋矯正措施，所以對(duì)高精度的數(shù)控機(jī)床往往不能滿足要求，但開環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試容易、造價(jià)低，在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程中占有一定的重要地位，現(xiàn)在仍普遍采用。 圖1-2 開環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖 （2） 半閉環(huán)控制系統(tǒng)（Semi-closed Loop Contro

16、l System） 如圖1-3所示，采用裝在絲杠上的角位測量絲杠或電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量間接地測 量工作臺(tái)的移動(dòng)量。它的優(yōu)點(diǎn)就是不論工作臺(tái)位移的長短，角位移測量元件制成可循環(huán)使用。 圖1-3 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖 半閉環(huán)的意思就是用絲杠（或電機(jī)軸）的轉(zhuǎn)動(dòng)量與數(shù)控裝置的命令相比較（閉環(huán)），而另一部分絲杠螺母工作臺(tái)的位移量不受閉環(huán)控制（開環(huán)），故稱為半閉環(huán)。顯然，從理論上講，半閉環(huán)的精度低于閉環(huán)，但半閉環(huán)調(diào)試方便，穩(wěn)定性好，角位移的測量元件簡單、價(jià)廉，所以配備傳動(dòng)精度較高的齒輪、絲杠的半閉環(huán)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。 （3）閉環(huán)控制系統(tǒng)（Closed Control System）

17、 如圖1-4所示，采用直線位移測量元件，測量機(jī)床移動(dòng)部件工作臺(tái)（主軸箱）的位置并將測量結(jié)果送回與數(shù)控裝置命令的移動(dòng)量相比較，二者不相等而有差值時(shí)，將此差值放大外控制伺服電機(jī)帶工作太繼續(xù)移動(dòng)；直至測量值與命令值相等差值為零或接近于零時(shí)停止移動(dòng)。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于測量工作臺(tái)的精度，但實(shí)際上機(jī)床的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)裝置以及傳動(dòng)間隙等非線形因素都會(huì)影響精度，嚴(yán)重的還會(huì)使閉環(huán)伺服系統(tǒng)的品質(zhì)下降甚至引起振蕩。 圖1-4 閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖 1.32國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) （1）.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位 （2

18、） 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高 2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1.8萬臺(tái)，比上年增長28.5%。金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 （3）.數(shù)控機(jī)床發(fā)展的關(guān)鍵配套產(chǎn)品有了突破 今年來通過政府的支持，數(shù)控機(jī)床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，如北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)；煙臺(tái)第二機(jī)床附件廠開發(fā)了為數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設(shè)備等30多個(gè)系列100多個(gè)品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。 2 機(jī)械部分的改造 2.1改造方案的確定 C616普通車床數(shù)控化改造，利用微機(jī)對(duì)縱向、

19、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制，縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用四工位電動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 C616車床主要用于對(duì)中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：控制主軸正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速；刀架能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具備在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具；冷卻泵、潤滑泵的啟停；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些工作內(nèi)容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象。由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則在滿足使

20、用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。 總體改造如圖1所示: C616車床總體改造圖 2.2 機(jī)械部分改造的設(shè)計(jì) 2.2.1 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 （1）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)通過安全離合器直接驅(qū)動(dòng)有預(yù)加載荷的滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槭至锇宓目v向（Z向）運(yùn)動(dòng). 縱向的改造：拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒

21、輪箱體。滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端采用原固定方式，這樣可減小改裝現(xiàn)場，并由 于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性略優(yōu)于以前。 （2）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的改造，一般是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的布局可放 置在絲杠的一端，對(duì)車床改造來說，外觀不必像產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求那麼高，而從改造方便實(shí)用方便來考慮。一般都把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)方在縱向滾珠絲杠的右端如下圖：

22、 2.2.2.縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件是 工作臺(tái)重力：W=800N 時(shí)間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L＝6mm 脈沖當(dāng)量：δ＝0.01mm/step 步距角：а＝0.75°/step 快速進(jìn)給速度：V＝2m/min （1）切削力的計(jì)算：由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知切削功率 Nc=NηK 式中 N-------電動(dòng)機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N=4Kw η――－主傳動(dòng)總效率，一般為0.6～0.7，取л＝0.65 K--------進(jìn)給

23、系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96 則 Nc=(4X0.65X0.96)KW 又因?yàn)? Nc=Fzv/6120 Fz=6120Nc/V. 式中 V------切削線速度，取V=100m/min.主切削力為 Fz=(6120X2.496/100)kgf=152.76kgf=1527.6N 由《金屬切削原理》可知，主切削力 Fz=CFzаpfyFzKpz 查表得 CFz＝188kgf/mm2=1880MPa XFz=1 yFz=0.75 Kpz=1 則可計(jì)算Fz＝1520N

24、時(shí)，切削深度ap＝2mm，進(jìn)給f＝0.3mm，以此參數(shù)作為下面計(jì)算的依據(jù)。 從《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中可知，在一般外圓的車削時(shí) ap/mm 2 2 2 3 3 3 f/mm 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 Fz/mm 1125 1524 1891 1687 2287 2837 Fx=(0.1-0.6)Fz Fz=(0.15~0.7)Fz 取 Fx=0.5Fz=(0.5X1527.6)N=763.8N Fy=0.6Fz=(0.6X1527.6)N=916.5N （2） 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算.綜

25、合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力 P=KFx+f(Fz+W) 式中 K=1.15,f=0.15~0.18, 取為0.16 P=1.15X763.8+0.16X(1527.6+800) =1250.8N 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值 L1=60n1Ti/106 n1=n主f/L0 =1000vf/3.14DL0 取工件直徑D=80mm,查表得T1=15000h. 則 n1=1000X100X0.3/3.14X80X6=20r/min Li=60X20X15000/106 =18 最大動(dòng)負(fù)載 Q=L1/3PfwfH

26、 查表得運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)fw=1.2 硬度系數(shù)fH=1 則 Q=181/3X1.2X1X1250.8=3933.6N 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠 絲杠可以參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品樣本選取用于數(shù)控改造滾珠絲杠副FFZL3206LH-3，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠用。 效率計(jì)算：根據(jù)《機(jī)械原理》的公式。絲杠螺母的傳動(dòng)效率，η為 η＝tanγ/tan(γ+φ) 式中 摩擦角φ=10′,螺旋升角γ=3°25′. η=tan3°25′/tan(3°25′+10′)=0.953 剛度

27、驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 ΔL1=±PL0/EF 式中：L0=6mm=0.6cm；E=20.6X166N／cm2。 滾珠絲杠截面積 F=3.14X(d/2)=(2.8031)2X3．14mm2 則ΔL1 =±PL0/EF=±(1250.8X0.6/20.6X106X(2.8031/2)2X3.14) =±5.9X10-6cm 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量ΔL2很小，可忽略，即：ΔL1.所以導(dǎo)程變形總誤差厶為 Δ=ΔLX100/L0=(100/0.6X5.9X10-6)

28、=9.8μm/m 查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差(1m長)為15μm/m，故剛度足夠。 穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于機(jī)床原絲杠直徑聲30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠 直徑為聲32mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題。 （3）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算。有關(guān)齒輪計(jì)算：傳動(dòng)比為 i=φL0/360δp=0.75X6/360X0.01=1.25 故取 Z1=32 Z2=40 m=2mm b=20mm а=20° d1=mz=2X32mm=64mm d2=mz2=2X40mm=80mm da1= d

29、1+2ha=68 mm da2= d2+2ha=84 mm a= (d1+d2)/2=(64+80)/2=72 mm 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：工作臺(tái)質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1=(180p/3.14φ)2W=(180X0.01/3.14X0.75)2X80=0.468kg.cm2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS=7.8X10-4D4 L1=7.8X10-4X3.24X140.3=11.475 kg.cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J21=7.8X10-4X6.44 X2=2.617 kg.cm2 J22=7.8X10-4X84 X2=6.39

30、 kg.cm2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略 因此,總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J=1/i2(JS+ J22)+ J21+ J1 =1/1.252（11.475+6.39）+2.617+0.463 ＝14.519 kg.cm2 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算：快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 M＝Mamax+Mf+M0 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M＝Matf+ Mf+M0+Mi 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M＝Mf+M0 式中 Mamax一——空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩； Mf——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩； M。——由于絲杠預(yù)緊

31、所引起，折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩； Mat——切削時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩； Mi——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma=10-4Jn/9.6T 當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma。 nmax=vmaxi/ L。=200X1.25/6 =416.7r/min Mamax=14.519X416.7X10-4/9.6X0.025 =2.52N.m ni=n0if1/ L=1000X100X0.3X1.25/3.14X80X6=24.88r/min Mat=1

32、4.519X24.88X10-4/2X3.14X0.8X1.25=0.1505N.m Mf= F0 L0/2X3.14Xη2=fW L。/2X3.14Xηi 當(dāng)η=0.8 f=0.16 則 Mf=0.16X80X0.6/2X3.14X0.8X1.25=12.23 N.cm M0= P0 L0（1-η02）/2X3.14Xηi 當(dāng)η0=0.9時(shí)，預(yù)加載荷P0=FX/3，則 M0= FX L0（1-η02）/6.X3.14Xηi =76.38X0.6X（1-0.92）/6X3.14X0.8

33、X1.25 =4.62 N.cm Mi=Fx L0/2X3.14Xη2 =76.38X0.6/2X3.14X0.8X1.25 =72.97 N.cm 所以，快速空載起動(dòng)所需力矩 M＝Mamax+ Mf+M0 =（25.72+1.223+0.462） =274.05 N.cm 切削時(shí)所需力矩 M＝Mat+ Mf+M0+Mi =（1.536+1.223+0.462+7.297） =105.18 N.cm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M＝Mf+M0 =（1.223+0.462）

34、 =16.85 N.cm 由以上分析計(jì)算可知：所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速起動(dòng)時(shí) Mmax=274.05 N.cm 2.2.3 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造 (1) 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)帶輪齒數(shù)均為24的同步帶傳動(dòng)通過安全離合器直接驅(qū)動(dòng)有預(yù)加載荷的滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭至锇宓臋M向（X向）運(yùn)動(dòng)。 (2) 保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在中拖板的后側(cè)。 濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在床鞍上，用法蘭盤或聯(lián)接套將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)床床鞍聯(lián)接起來，以保

35、證其同軸度，提高傳動(dòng)精度 2.2.4 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似，所用到的公式不再詳細(xì)說明，只計(jì)算結(jié)果。 已知條件是 工作臺(tái)重：W=300N 時(shí)間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=4mm左旋 行程：S=190mm 脈沖當(dāng)量：δP=0.005mm/step 步距角：а＝0.75°/step 快速進(jìn)給速度：Vmax＝1m/min 切削力計(jì)算。橫向進(jìn)給量為縱向的1/2~1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。 Fz=1/2X152.76=763.

36、8N 在切斷工件時(shí) FY=0.5Fz=0.5X76.38=381.9N 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于燕尾形導(dǎo)軌 P=KFY+f（FZ+W） 取K=1.4 f=0.2 則 P=（1.4X38.19+0.2（76.38+30）） =747.4N 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值 L1=60n1T1/106 =60X15X15000/106 =13.5 最大動(dòng)負(fù)載 Q=L1/3PfwfHP= 13.51/3X12X1X74.74=2135.5N 根據(jù)最大動(dòng)載荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠

37、可以參照漢江機(jī)床的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為Ф20mm，型號(hào)為FC1B20X4-5-E左，其額定動(dòng)負(fù)荷為5393N, 所以強(qiáng)度足夠用。 效率計(jì)算：螺旋升角γ=3°38′. 摩擦角φ=10′ 則傳動(dòng)效率 η＝tanγ/tan(γ+φ)＝tan3°38′/ tan(3°38′.+ 10′) ＝0.956 剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程變化量 ΔL1=±PL0/EF＝（±74.74x10x0.4x4/3.14X20.6X106X1.76192）

38、 =±5.96X10-8cm 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量ΔL2很少，可忽略， 即ΔL＝ΔL1 所以，導(dǎo)程變形總誤差為 Δ＝100ΔL/ L0＝5.96x10-6x100/0.4 ＝14.9μm/m 查表知E級(jí)精度絲杠的允許的螺距誤差（1m長）為15μm/m 故剛度足夠 穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相同，而支撐方式由原來一端固定，一端懸空，變?yōu)橐欢斯潭ǎ欢藦较蛑?，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算 齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算。有關(guān)齒輪計(jì)算：傳動(dòng)比為 i=φL0/36

39、0δp=0.75X4/360X0.005=1.67 故取 Z1=18 Z2=30 m=2mm b=20mm а=20° d1=mz=2X18mm=36mm d2=mz2=2X30mm=60mm da1= d1+2ha=40 mm da2= d2+2ha=64 mm a= (d1+d2)/2=(36+60)/2=48 mm 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：工作臺(tái)質(zhì)量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1=(180p/3.14φ)2W =(180X0.005/3.14X0.75)2X8

40、0=0.0439kg.cm2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS=7.8X10-4D4 L1=7.8X10-4X24X50=0.624 kg.cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J21=7.8X10-4X3.64 X2=0.262 kg.cm2 J22=7.8X10-4X64 X2=2.022 kg.cm2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略 因此,總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J=1/i2(JS+ J22)+ J21+ J1 =（3/5）2（0.624+2.022）+0.262+0.0439 ＝1.258kg.cm2 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算： nmax＝vmaxi/ L0＝1000x5/3/4

41、＝46.7 r/min Mama＝10-4Jnmax/9.6T＝1.258x416.7x10-4/9.6x0.025=0.2184N.m nt=nift/ L0=1000X100X0.15X5/3.14X2X0.8X5=0.028 N.m Mat=1.258X33.17X10-4/9.6X0.025=0.017 N.m Mf= F0 L0/2X3.14Xηi=0.2X30X0.4X3/2X3.14X0.8X5 =0.028 N.m M0= FX L0（1-η02）/6.X3.14Xni=0.011 N.m Mt= Fr L0/2X3.14Xηi

42、=38.19X0.4X3/2X3.14X0.8X5 =0.179 N.m 快速空載起動(dòng)時(shí)所需力矩 M＝Mamax+Mf+M0 =2.23+0.287+0.116 =26.33 N.m 切削時(shí)所需力矩 M＝Mat+ Mf+M0+Mt =0.1774+0.287+0.116+1.824 =24.04 N.m 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M＝Mf+M0 =0.287+0.116 =4.03 N.m

43、 從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) Mamax=26.33 N.m 縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用了一級(jí)齒輪減速，并用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除間隙，雙片齒輪間沒有加彈簧自動(dòng)消除間隙，因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，彈簧彈力顯得小，起不到自動(dòng)消除間隙的作用；當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，彈簧彈力又顯得大，則加速齒輪的磨損。為此采用人工定期調(diào)整螺釘緊固的辦法來消除間隙。 刀架的改造。拆除原刀架和小拖板，換上數(shù)控刀架。 進(jìn)給傳動(dòng)鏈為普通車床改造后的進(jìn)給傳動(dòng)鏈,刀具縱向(Z軸)移動(dòng)由步進(jìn)電機(jī),經(jīng)接口箱內(nèi)一對(duì)減速齒輪,轉(zhuǎn)動(dòng)縱向移動(dòng)的絲桿而實(shí)現(xiàn)。刀具的徑向(X軸)移動(dòng)由步進(jìn) 電機(jī),經(jīng)接口箱內(nèi)一對(duì)減

44、 速齒輪,轉(zhuǎn)動(dòng)橫向移動(dòng)絲桿而實(shí)現(xiàn),該傳動(dòng)鏈與原機(jī)床的傳動(dòng)鏈相比,擺脫了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的進(jìn)給箱和拖板箱 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護(hù)罩，以保持防塵和機(jī)床整體美觀。改造后的橫向向進(jìn)給系統(tǒng)如圖2所 圖 3總 結(jié) 數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化加工必不可少的組成部分,根據(jù)我國的國情

45、對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造不失為一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。我國擁有機(jī)床300萬臺(tái),其中大部分為通用機(jī)床,特別是地方中小型企業(yè),普通設(shè)備擁有量巨大,數(shù)控改造的前景相當(dāng)大。在對(duì)C6163車床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中,用單片機(jī)作為中央微處理器較好。改造后大大提高原有機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率,其成本僅為全功能數(shù)控機(jī)床的1/3~1/4。 改造C6163車床充分考慮到其實(shí)用性，操作方便，技術(shù)參數(shù)設(shè)置合理，極大地提高了加工效率。另外，該技術(shù)也可以用于其它車床，只需要根據(jù)相應(yīng)機(jī)床的切削功率的大小，改變相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，就可以用于其它不同型號(hào)的普通車床，所以具有很好的推廣前景。

46、 4 參考文獻(xiàn) 【1】經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社 【2】數(shù)控車床設(shè)計(jì) 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 【3】機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 余英良 機(jī)械工業(yè)出版社 【4】機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) 吳振彪 中國人民大學(xué)出版社 【5】數(shù)控機(jī)床及其應(yīng)用 李善術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 【6】機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 馮辛安 機(jī)械工業(yè)出版社 【7】機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)(第二版) 張福潤 徐

47、鴻本 劉延林 華中科技大學(xué)出版社 【8】數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) 范超毅 趙天嬋 吳斌方 華中科技大學(xué)出版社 【9】機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)（第一版） 吳振彪 中國人民大學(xué)出版社 【10】 簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第二版］ 唐金松 上?？萍即髮W(xué)出版社 5 致謝詞 本次畢業(yè)論文，在指導(dǎo)教師的精心指導(dǎo)下，掌握了設(shè)備數(shù)控化改造的主要技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)數(shù)控設(shè)備、數(shù)控技術(shù)有了更進(jìn)一步的了解和掌握，了解了數(shù)控設(shè)備、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢，指明了以后的發(fā)展方向，必將

48、為以后的學(xué)習(xí)和工作起到了很大的作用。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了指導(dǎo)教師田靜老師精心指導(dǎo),同時(shí)也得到了同行同學(xué)的關(guān)心和支持,使得本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利地完成。 在設(shè)計(jì)過程中,田老師也提出建設(shè)性的意見,給我們指出了問題,講解數(shù)控設(shè)備,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢,提出了本次設(shè)計(jì)的規(guī)劃思路和方向,使本課題得以按時(shí)完成,在這里對(duì)田老師表示衷心的感謝! 23 指導(dǎo)老師評(píng)語： 指導(dǎo)老師： 時(shí)間：