普通車床的數(shù)控化改造 (2)

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1、太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 畢 業(yè) 設 計 題目：普通機床的數(shù)控改造 ——機械部分的設計 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計及自動化 姓 名： 段國雄 學 號： 087013109 指導教師： 田靜 2011年 6 月 7 日 誠信聲明 本人聲明： 我所呈交的?？飘厴I(yè)設計論文是本人在指導老師的指導下進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注和參考文獻中所羅

2、列的內容以外，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本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 本人簽名： 日期： 2011 年 6 月 7 日 普通機床的數(shù)控改造---機械部分的設計 摘要：C616普通車床數(shù)控化改造，利用微機對縱向、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005/脈沖，驅動元件采用步進電

3、動機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用四工位電動自動轉位刀架。它主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應完成的工作內容有：控制主軸正反轉和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速；刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具；冷卻泵、潤滑泵的啟停；加工螺紋時，應保證主軸轉一轉，刀架移動一個被加工螺紋的螺距或導程。這些工作內容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。 關鍵字：數(shù)控改造， 進給系統(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)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 普通機床的數(shù)控改造----（機械部分的設計） 系部： 機械工程系 專業(yè)： 機械制造及自動化 學號： 087013109 學生： 段國雄 指導教師（含職稱）： 田靜(講師) 專業(yè)負責人： 李雅

8、青 1．設計（論文）的主要任務及目標 1） 對C616機床的改造后能使其實現(xiàn)數(shù)控控制，讓數(shù)控機床可以完成普通機床難以完成或根本不能加工的復雜零件的加工，提升機床的加工精度，柔性，生產(chǎn)率；實現(xiàn)計算機操控，排除人為誤差，使零件的加工一致性好，質量穩(wěn)定可靠；提高機床自動化程度，降低操作人員勞動強度。 2） 通過對C616普通車床進行過改造能夠正確運用機床數(shù)控系統(tǒng)等課程的基本理論各有關知識，學會設備數(shù)控化改造方案的擬定，比較，分析機進行必要的計算。 3） 改造的機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)能對市場需求做出快速響

9、應。 2．設計（論文）的基本要求和內容 1）掌握普通機床C616的工作原理 2）了解其改造的設計方案 3）確定機械改造方案 4）收集相關資料及圖紙（縱向進給系統(tǒng)結構裝配圖） 5）完成相應的工程圖 6）論文設計說明書 7）其他（校，系規(guī)定內容） 3．主要參考文獻 【1】經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)設計 張新義主編 機械工業(yè)出版社 【2】數(shù)控車床設計 陳嬋娟主編 化學工業(yè)出版社 【3】機床數(shù)控改造設計與實例 余英良 機械工業(yè)出版社 【4】機電綜合設計指導 吳振彪

10、 中國人民大學出版社 【5】數(shù)控機床及其應用 李善術 機械工業(yè)出版社 【6】機械制造裝備設計 馮辛安 機械工業(yè)出版社 【7】機械制造技術基礎(第二版) 張福潤 徐鴻本 劉延林 華中科技大學出版社 【8】數(shù)控技術課程設計 范超毅 趙天嬋 吳斌方 華中科技大學出版社 【9】機電綜合設計指導（第一版） 吳振彪 中國人民大學出版社 【10】 簡明機械設計手冊（第二版］ 唐金松 上?？萍即髮W出版社 4．進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 根據(jù)論

11、文題目查看相關資料 2011年4月30日前 2 了解C616機床的結構及工作原理 2011年5月1日到5月10日 3 設計改造及其設計圖 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)控機床發(fā)展概況 2 1.3.1機床數(shù)控系統(tǒng)的分類 2 1.32國內數(shù)控機床

12、的特點 4 2 機械部分的改造 5 2.1改造方案的確定 5 2.2 機械部分改造的設計 6 2.2.1 縱向進給機構的改造 6 2.2.2.縱向進給系統(tǒng)的設計計算 9 2.2.3 橫向進給機構的改造 14 2.2.4 進給系統(tǒng)的設計計算 14 3總 結 21 4 參考文獻 22 5 致謝詞 23 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 1．前 言 1.1 問題的提出 數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結構復雜、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)控機床價格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足，因此對普通機床的數(shù)控改造就顯得相當必要了。 1.2、改造的意義 1.2.1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%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構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。 1.2.2 性能穩(wěn)定可靠 因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。 1.2.3提高生產(chǎn)效率 機床經(jīng)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至5

14、倍。對復 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)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。 1.3、數(shù)控機床發(fā)展概況 1.3.1機床數(shù)控系統(tǒng)的分類 機床數(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其分類?？梢园此欧到y(tǒng)的控制方式，機床的運動軌跡，數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類。一般地，按伺服系統(tǒng)的控制方式進行分類。 伺服系統(tǒng)包括驅動機構和機床移動部件，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，是采用步進電機的伺服系統(tǒng)。對于數(shù)控裝置發(fā)來的每一個進給脈沖經(jīng)驅動線路放大并驅動步進電機轉動一個步距（即一個固定的角度，如1.5o），再經(jīng)減速齒輪帶動絲杠旋轉，并通過絲杠螺母副傳東工作臺的移動?？梢钥闯龉ぷ髋_的移動量與進給脈沖的數(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電機的步距精度及齒輪、絲杠的傳動精度。它沒有測量反饋矯正措施，所以對高精度的數(shù)控機床往往不能滿足要求，但開環(huán)系統(tǒng)的結構簡單、調試容易、造價低，在數(shù)控機床的發(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軸的轉動量間接地測 量工作臺的移動量。它的優(yōu)點就是不論工作臺位移的長短，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（或電機軸）的轉動量與數(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)調試方便，穩(wěn)定性好，角位移的測量元件簡單、價廉，所以配備傳動精度較高的齒輪、絲杠的半閉環(huán)系統(tǒng)得到廣泛應用。 （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，測量機床移動部件工作臺（主軸箱）的位置并將測量結果送回與數(shù)控裝置命令的移動量相比較，二者不相等而有差值時，將此差值放大外控制伺服電機帶工作太繼續(xù)移動；直至測量值與命令值相等差值為零或接近于零時停止移動。從理論上講，閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于測量工作臺的精度，但實際上機床的結構、傳動裝置以及傳動間隙等非線形因素都會影響精度，嚴重的還會使閉環(huán)伺服系統(tǒng)的品質下降甚至引起振蕩。 圖1-4 閉環(huán)伺服系統(tǒng)方框圖 1.32國內數(shù)控機床的特點 （1）.新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產(chǎn)品占據(jù)主導地位 （2

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

19、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制，縱向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005/脈沖，驅動元件采用步進電動機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用四工位電動自動轉位刀架。 C616車床主要用于對中小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工，這些零件加工工藝要求機床應完成的工作內容有：控制主軸正反轉和實現(xiàn)其不同切削速度的主軸變速；刀架能實現(xiàn)縱向和橫向的進給運動，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具；冷卻泵、潤滑泵的啟停；加工螺紋時，應保證主軸轉一轉，刀架移動一個被加工螺紋的螺距或導程。這些工作內容，就是數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)控制的對象。由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則在滿足使

20、用要求的前提下，對機床的改動盡可能少，以降低成本。 總體改造如圖1所示: C616車床總體改造圖 2.2 機械部分改造的設計 2.2.1 縱向進給機構的改造 （1）縱向進給運動是由伺服電動機通過安全離合器直接驅動有預加載荷的滾珠絲杠，將旋轉運動變?yōu)槭至锇宓目v向（Z向）運動. 縱向的改造：拆除原機床的進給箱，利用原機床進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，從而使縱向進給整體剛性略優(yōu)于以前。 （2）縱向進給系統(tǒng)的設計。經(jīng)濟型數(shù)控車床的改造，一般是步進電動機經(jīng)減速后驅動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電動機的布局可放 置在絲杠的一端，對車床改造來說，外觀不必像產(chǎn)品設計要求那麼高，而從改造方便實用方便來考慮。一般都把步進電動機方在縱向滾珠絲杠的右端如下圖：

22、 2.2.2.縱向進給系統(tǒng)的設計計算 已知條件是 工作臺重力：W=800N 時間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠基本導程：L＝6mm 脈沖當量：δ＝0.01mm/step 步距角：а＝0.75°/step 快速進給速度：V＝2m/min （1）切削力的計算：由《機床設計手冊》可知切削功率 Nc=NηK 式中 N-------電動機功率，查機床說明書，N=4Kw η――－主傳動總效率，一般為0.6～0.7，取л＝0.65 K--------進給

23、系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96 則 Nc=(4X0.65X0.96)KW 又因為 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 則可計算Fz＝1520N

24、時，切削深度ap＝2mm，進給f＝0.3mm，以此參數(shù)作為下面計算的依據(jù)。 從《機床設計手冊》中可知，在一般外圓的車削時 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） 滾珠絲杠設計計算.綜

25、合導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 強度計算 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 最大動負載 Q=L1/3PfwfH

26、 查表得運轉系數(shù)fw=1.2 硬度系數(shù)fH=1 則 Q=181/3X1.2X1X1250.8=3933.6N 根據(jù)最大動負荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。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，其額定動載荷是10689N，所以強度足夠用。 效率計算：根據(jù)《機械原理》的公式。絲杠螺母的傳動效率，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、驗算：滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量 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程變化量ΔL2很小，可忽略，即：ΔL1.所以導程變形總誤差厶為 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)定性驗算：由于機床原絲杠直徑聲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）齒輪及轉矩的有關計算。有關齒輪計算：傳動比為 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 轉動慣量計算：工作臺質量折算到電動機軸上的轉動慣量 J1=(180p/3.14φ)2W=(180X0.01/3.14X0.75)2X80=0.468kg.cm2 絲杠的轉動慣量 JS=7.8X10-4D4 L1=7.8X10-4X3.24X140.3=11.475 kg.cm2 齒輪的轉動慣量 J21=7.8X10-4X6.44 X2=2.617 kg.cm2 J22=7.8X10-4X84 X2=6.39

30、 kg.cm2 電動機轉動慣量很小可忽略 因此,總的轉動慣量: J=1/i2(JS+ J22)+ J21+ J1 =1/1.252（11.475+6.39）+2.617+0.463 ＝14.519 kg.cm2 所需轉動力矩計算：快速空載起動時所需力矩 M＝Mamax+Mf+M0 最大切削負載時所需力矩 M＝Matf+ Mf+M0+Mi 快速進給時所需力矩 M＝Mf+M0 式中 Mamax一——空載起動時折算到電動機軸上的加速度力矩； Mf——折算到電動機軸上的摩擦力矩； M。——由于絲杠預緊

31、所引起，折算到電動機軸上的附加摩擦力矩； Mat——切削時折算到電動機軸上的加速度力矩； Mi——折算到電動機軸上的切削負載力矩。 Ma=10-4Jn/9.6T 當n=nmax時，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η0=0.9時，預加載荷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，快速空載起動所需力矩 M＝Mamax+ Mf+M0 =（25.72+1.223+0.462） =274.05 N.cm 切削時所需力矩 M＝Mat+ Mf+M0+Mi =（1.536+1.223+0.462+7.297） =105.18 N.cm 快速進給時所需力矩 M＝Mf+M0 =（1.223+0.462）

34、 =16.85 N.cm 由以上分析計算可知：所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速起動時 Mmax=274.05 N.cm 2.2.3 橫向進給機構的改造 (1) 橫向進給運動是由伺服電動機帶輪齒數(shù)均為24的同步帶傳動通過安全離合器直接驅動有預加載荷的滾珠絲杠，將旋轉運動轉變?yōu)槭至锇宓臋M向（X向）運動。 (2) 保留原手動機構，用于調整操作，原有的支撐結構也保留，步進電機、齒輪箱體安裝在中拖板的后側。 濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設計比較簡單，一般是步進電機經(jīng)減速后驅動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電機安裝在床鞍上，用法蘭盤或聯(lián)接套將步進電動機的機床床鞍聯(lián)接起來，以保

35、證其同軸度，提高傳動精度 2.2.4 進給系統(tǒng)的設計計算 由于橫向進給系統(tǒng)的設計計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結果。 已知條件是 工作臺重：W=300N 時間常數(shù)：T=25ms 滾珠絲杠基本導程：L0=4mm左旋 行程：S=190mm 脈沖當量：δP=0.005mm/step 步距角：а＝0.75°/step 快速進給速度：Vmax＝1m/min 切削力計算。橫向進給量為縱向的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 FY=0.5Fz=0.5X76.38=381.9N 滾珠絲杠設計計算。強度計算：對于燕尾形導軌 P=KFY+f（FZ+W） 取K=1.4 f=0.2 則 P=（1.4X38.19+0.2（76.38+30）） =747.4N 強度計算 壽命值 L1=60n1T1/106 =60X15X15000/106 =13.5 最大動負載 Q=L1/3PfwfHP= 13.51/3X12X1X74.74=2135.5N 根據(jù)最大動載荷Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠

37、可以參照漢江機床的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為Ф20mm，型號為FC1B20X4-5-E左，其額定動負荷為5393N, 所以強度足夠用。 效率計算：螺旋升角γ=3°38′. 摩擦角φ=10′ 則傳動效率 η＝tanγ/tan(γ+φ)＝tan3°38′/ tan(3°38′.+ 10′) ＝0.956 剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載P引起的導程變化量 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程變化量ΔL2很少，可忽略， 即ΔL＝ΔL1 所以，導程變形總誤差為 Δ＝100ΔL/ L0＝5.96x10-6x100/0.4 ＝14.9μm/m 查表知E級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?，一端徑向支撐，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算 齒輪及轉矩的有關計算。有關齒輪計算：傳動比為 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 轉動慣量計算：工作臺質量折算到電動機軸上的轉動慣量 J1=(180p/3.14φ)2W =(180X0.005/3.14X0.75)2X8

40、0=0.0439kg.cm2 絲杠的轉動慣量 JS=7.8X10-4D4 L1=7.8X10-4X24X50=0.624 kg.cm2 齒輪的轉動慣量 J21=7.8X10-4X3.64 X2=0.262 kg.cm2 J22=7.8X10-4X64 X2=2.022 kg.cm2 電動機轉動慣量很小可忽略 因此,總的轉動慣量: J=1/i2(JS+ J22)+ J21+ J1 =（3/5）2（0.624+2.022）+0.262+0.0439 ＝1.258kg.cm2 所需轉動力矩計算： 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 快速空載起動時所需力矩 M＝Mamax+Mf+M0 =2.23+0.287+0.116 =26.33 N.m 切削時所需力矩 M＝Mat+ Mf+M0+Mt =0.1774+0.287+0.116+1.824 =24.04 N.m 快速進給時所需力矩 M＝Mf+M0 =0.287+0.116 =4.03 N.m

43、 從以上計算可知：最大轉矩發(fā)生在快速啟動時 Mamax=26.33 N.m 縱、橫向進給機構都采用了一級齒輪減速，并用雙片齒輪錯齒法消除間隙，雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙，因為彈簧的彈力很難適應負載的變化情況。當負載較大時，彈簧彈力顯得小，起不到自動消除間隙的作用；當負載較小時，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。 進給傳動鏈為普通車床改造后的進給傳動鏈,刀具縱向(Z軸)移動由步進電機,經(jīng)接口箱內一對減速齒輪,轉動縱向移動的絲桿而實現(xiàn)。刀具的徑向(X軸)移動由步進 電機,經(jīng)接口箱內一對減

44、 速齒輪,轉動橫向移動絲桿而實現(xiàn),該傳動鏈與原機床的傳動鏈相比,擺脫了結構復雜的進給箱和拖板箱 縱、橫向齒輪箱和絲杠全部加防護罩，以保持防塵和機床整體美觀。改造后的橫向向進給系統(tǒng)如圖2所 圖 3總 結 數(shù)控機床是自動化加工必不可少的組成部分,根據(jù)我國的國情

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

46、 4 參考文獻 【1】經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)設計 張新義主編 機械工業(yè)出版社 【2】數(shù)控車床設計 陳嬋娟主編 化學工業(yè)出版社 【3】機床數(shù)控改造設計與實例 余英良 機械工業(yè)出版社 【4】機電綜合設計指導 吳振彪 中國人民大學出版社 【5】數(shù)控機床及其應用 李善術 機械工業(yè)出版社 【6】機械制造裝備設計 馮辛安 機械工業(yè)出版社 【7】機械制造技術基礎(第二版) 張福潤 徐

47、鴻本 劉延林 華中科技大學出版社 【8】數(shù)控技術課程設計 范超毅 趙天嬋 吳斌方 華中科技大學出版社 【9】機電綜合設計指導（第一版） 吳振彪 中國人民大學出版社 【10】 簡明機械設計手冊（第二版］ 唐金松 上?？萍即髮W出版社 5 致謝詞 本次畢業(yè)論文，在指導教師的精心指導下，掌握了設備數(shù)控化改造的主要技術關鍵環(huán)節(jié)，對數(shù)控設備、數(shù)控技術有了更進一步的了解和掌握，了解了數(shù)控設備、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢，指明了以后的發(fā)展方向，必將

48、為以后的學習和工作起到了很大的作用。 本次畢業(yè)設計得到了指導教師田靜老師精心指導,同時也得到了同行同學的關心和支持,使得本次畢業(yè)設計得以順利地完成。 在設計過程中,田老師也提出建設性的意見,給我們指出了問題,講解數(shù)控設備,數(shù)控技術的發(fā)展趨勢,提出了本次設計的規(guī)劃思路和方向,使本課題得以按時完成,在這里對田老師表示衷心的感謝! 23 指導老師評語： 指導老師： 時間：