c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給）含開題及3張CAD圖

c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給）含開題及3張CAD圖,c6160,普通,車床,數控,改造,橫向,縱向,進給,開題,cad 中期報告 （學生用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名 學號 指導教師 課題名稱 c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給） 預期成果 形式 說明書初步完成 預期 目標 將圖紙的相關計算全部完成 開題以來，我詳細的學習了與6160數控車床的改造相關的書籍特別是橫向與縱向進給部分，然后查找了相關資料，了解了普通車床數控化改造對我國重要意義。之后我對圖紙部分進行了計算，計算了其切削力和轉速等進而選取了合適的電機、絲杠。最后進行了力學分析、強度校核、剛度校核等，以使其能達到本設計要求。同時在計算數據時邊計算邊理解同時構思相關的圖紙。 存在的具體問題與解決方法： 1. 具體問題：自己根據計算結構所選取的的絲杠校核時總是在校核時無法滿足要求。解決辦法：從新開始計算，注意細節(jié)保證不出錯。 2.具體問題：計算快速空載、切削、快速進給時所需力矩時公式太過復雜不知怎么下手。解決辦法：通過相關設計書上的例題和查詢網上的相關例題的學習逐漸學會相關的計算，最后算出相關數據。 下一步工作具體設想與安排： 首先先設計出相關的示意圖。然后根據相關示意圖畫出具體的裝配圖和控制電路圖。最后標注好裝配圖和控制電路圖上的數據。注意圖上設計的尺寸應與說明書上的一致，保證圖上數據能在說明書上找到相關依據。 指導教師對前期工作的評價： 指導教師簽名： 年 月 日 注：本表可根據內容續(xù)頁。 任務書 （指導教師用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 學生姓名 指導教師 論文（設計）題目 c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給） 下達任務日期 任務起止日期 主要研究內容及方法 (1)通過對學生設計原有主要技術參數、傳動系統、機床關鍵部件參數的計算，研究相關的設計方法。 (2)通過對學生原機床橫向與縱向進給系統結構進行數控化改造設計，研究對機床數控化改造設計的方法和技巧。 (3)通過對學生機床改造方案的選擇以及在改造中應注意的事項等進行了詳細的論述，研究改造車床應注意的內容。 (4)通過對學生cad圖紙的設計、標注、討論，研究車床改造cad圖的畫法技巧。 (5)通過與學生的交流，研究他們所犯錯誤，總結經驗為今后指導設計積累經驗。 主要任務 及目標 主要任務 1. 畢業(yè)設計說明書： （1） c6160普通車床數控改造機械部件設計； （2） 主要部件的設計和選用； （3） 數控化改造設計； （4） 控制電路設計； 2. 畢業(yè)設計圖紙 （1） A0橫向進給裝配圖； （2） A0縱向進給裝配圖； （3） A1機床設計電路圖； 畢業(yè)生應提交的畢業(yè)設計資料目標： 1.畢業(yè)設計說明書 （1） 畢業(yè)設計說明書必須打印成冊； （2） 按呂梁學院畢業(yè)設計說明書規(guī)范書寫； （3） 說明書40~50頁； （4） 說明書按要求內容填寫完備； （5） 同時提交電子文檔； （6） 電子文檔的格式是： 說明書必須是word.doc格式； 圖紙?zhí)峤坏碾娮游臋n資料必須是autocad.dwg格； 2.畢業(yè)設計圖紙 （1） 總體設計完整、圖紙表達清晰； （2） A0橫向進給裝配圖； （3） A0縱向進給裝配圖； （4） A1機床設計電路圖； 主要參 考文獻 1.鄭文緯，吳克堅 .機械原理[M] .北京：高等教育出版社，1997 2.濮良貴紀名剛.機械設計[M] .北京：高等機械出版社.2006 3.楊家軍.機械系統創(chuàng)新設計[M] .武漢：華中科技大學出版社.2000 4.吳宗澤.機械設計手冊[M] .北京：機械工業(yè)出版社.2008 5.王中杰，余章雄，柴天佑.智能控制綜述[J].基礎自動化，2006(6) 6.熊熙.數控加工實訓教材[M].北京：化學工業(yè)出版社。1995 7.夏風芳.數控機床[M].北京：高等教育出版社.1997 8.梁俊彥，李玉翔.機電一體化技術的發(fā)展與應用[J].科技資訊，2006(7) 進度安排 各階段工作任務 起止日期 選題與定題 第一周 第二周 收集資料與開題報告 第三周 第四周 設計階段 第五周到第九周 完善圖紙并開始編寫說明書 第十周 第十一周 修改完善畢業(yè)設計 第十二周 任務下達人 簽字 任務接收人 簽字 教研室指導小組組長簽字 系部領導小組組長簽字 注：本表一式兩份，學生、系部存檔各一份。 附件7 工作中期檢查記錄 系（部）： 專業(yè)： 班級： 姓名 學號 指導教師 檢 查 主 要 內 容 已完成的任務：（1）c6160普通車床數控改造機械部件設計； （2）主要部件的設計和選用； （3）數控化改造設計； （4）控制電路設計； 未完成的任務：（1）橫向進給裝配圖； （2）縱向進給裝配圖； （3）機床設計電路圖； 指導老師按時輔導，認真回答學生的問題，關心學生設計的進度，對學生認真負責。 學生進度一般，能尋找自己的錯誤，積極的詢問老師，并且改正錯誤。而且在宿舍能和同學討論交流，完善自己的設計，提升自己的知識水平和動手能力。最后能夠順利完成說明書。在回答老師的問題時，能學生進度一般，及時為學生解決遇到的困難，督促學生不僅僅通過老師，更要學會自己解決困難。并且在宿舍能和同學討論交流，完善自己的設計，提升自己的知識水平和動手能力。最后能夠順利完成設計。在提問時能夠回答老師的問題，做到學以致用，真正達到做設計的目的。 畢業(yè)論文（設計）工作領導小組意見 組長簽名： 年 月 日 注：1、本表可根據內容續(xù)頁；2、領導小組意見手寫，其他內容電子版填寫。 開題報告 （學生用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 課題名稱 c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給） 指導教師 學生 學號 伴隨著科學技術的快速發(fā)展，數控機床已成為衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標志。對普通機床進行數控改造，尤其適應我國機床擁有數量大，生產規(guī)模小的具體國情。這樣不但可以使改造后的機床滿足技術發(fā)展的需求，提高生產率和產品精度，增大設備適應能力和型面加工范圍，還可彌補定購新的數控機床交貨周期長的不足。所以用此方法對我國中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。 在數控機床的逐漸普及的過程中，數控系統的價格不斷降低，使得舊機床進行數控化改造的優(yōu)點更明顯，促使越來越多的機械加工廠選擇舊機床數控改造作為設備更新的途徑。世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達的國家相繼成立了機床修復公司，翻新公司或改造公司，承擔舊機床數控改造的任務，并成功地改造了一些大型和重型機床。 本文對c6160普通車床進行數控化改造進行了深入研究，主要在主傳動系統和電動刀架倆方面進行改造。通過對原有主要技術參數、傳動系統、機床關鍵部件參數的計算，對原機床主傳動和刀架系統結構進行數控化改造設計、對機床改造方案的選擇以及在改造中應注意的事項等進行了詳細的論述。最終經過改造后的機床已達到預期的功能和精度，完全能夠達到預期效果。提高了原機床的生產效率，降低了勞動強度，改造后的機床性能更加穩(wěn)定可靠，可以有效提高工件加工精度和生產效率。 將普通車床c6160進行數控化改造設計，主要在主傳動系統和電動刀架倆方面進行改造。隨著社會生產和科學技術的迅速發(fā)展，機械產品的性能和質量不斷提高，產品的更新換代也不斷加快，因此對機床不僅要求具有較高的精度和生產率，而且應能迅速地適應產品零件的變換，生產的需要促使了數控機床的產生。如果將車床設備全部更新換代，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大的浪費。所以最經濟的辦法就是將普通車床進行數控化改造。采用數控化改造，不但可以使改造后的車床滿足了技術發(fā)展的需要，提高了生產率和產品精度，增大了設備適應能力和型面加工范圍，最主要的是解放了勞動力，工人的工作強度降低，還可以彌補訂購新的數控機床交貨周期長、資金投入大、成本高的不足。所以用此方案對中、小型企業(yè)說是十分理想的選擇。 概述國內外數控機床的發(fā)展狀況： 1946年第一臺計算機在美國誕生，1952年世界第一臺數控機床也在美國誕生，用于三軸鏜銑床的加工，自此，數控機床的發(fā)展緊隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展而發(fā)展，近60年來，數控機床經歷了兩個階段，六個時代的發(fā)展過程。第一階段叫邏輯數字控制階段，其經歷了電子管、晶體管和小規(guī)模集成電路三個時代；第二階段計算機數字邏輯控制階段，其經歷了小型計算機、微處理器和PC機三個時代。目前世界上數控機床每隔2-3年就發(fā)展一代，日本、美國、德國、西班牙等國家在數控機床的研制、開發(fā)方面走在世界的前列，其中德國SIEMENS系列、日本FANUC系列、西班牙FAGOR系列、美國CINCINNATI系列以其高的的可靠性和卓越的性能在世界各地贏得了用戶的青睞。進入八十年代以來，市場競爭激烈，產品更新換代極為迅速，規(guī)模生產效益顯著，而且隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)以及輕工業(yè)生產的高速增長，復雜型面零件越來越多，對精度要求越來越高，這就迫切要求加工這些零件的機床向高度柔性的數控機床方向發(fā)展，其在加工設備中所占比例越來越高，其擁有量是衡量一個國家工業(yè)水平的標準。因此，世界其他各國也在大力開發(fā)機械制造自動化技術。 我國從1958年開始數控機床的研制，其主要工作是剖析國外數控機床。70年代中期，由于電子元器件的質量和制造工藝水平差，致使國產數控機床的穩(wěn)定性和可靠性未從根本上得到解決。另外售價也貴，未能及時推廣。我國數控機床從八十年代重新開始起步發(fā)展，到1993年產量已增長1828倍，產值數控化率從1%增到12%。數控機床生產逐漸形成批量，開始出現了一批以北京研究所為龍頭的機床廠。主要生產BF7、BF3、MTC-1等數控系統，后來又組建了許多經濟型數控系統的生產廠家，如：武漢華中數控有限公司、南京大方股份有限公司等等。數控機床一方面向大型多功能方向發(fā)展；一方面向經濟型方向發(fā)展。所謂經濟型數控機床是指價格低廉，操作使用方便，適合我國國情的裝有數控系統的自動化機床。 由此可見，我國在作為機械制造自動化的數控機床設備，無論是在品種上、質量上，還是在使用上，同世界先進水平比均有很大差距，這也是制約我國機械工業(yè)發(fā)展的重要因素。 國內外數控機床改造的狀況： 數控機床的逐漸普及，數控系統的價格不斷降低，使得舊機床進行數控化改造的優(yōu)點更明顯，促使越來越多的機械加工廠選擇舊機床數控改造作為設備更新的途徑。世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達的國家相繼成立了機床修復公司，翻新公司或改造公司，承擔舊機床數控改造的任務，并成功地改造了一些大型和重型機床。 德國的Schiess公司在1981年吧一臺加工直徑為19m的超重型立式車床改裝成數控機床。該機床是1929年生產的，當時曾是世界上最大的機床，其改造內容有：工作臺導軌改裝成靜壓導軌，承載能力增加了50%；主傳動采用半導體可控硅控制，取代老式機組的傳動刀架的滑動導軌改為滾動導軌；增加測量顯示裝置，配置數控系統等。該機床的全部改造費用僅為當時同類規(guī)格新機床價格1200萬馬克的28.9%，其中大修費用占7.9%數控改造費占20.8%。該公司還改造了一臺最大直徑為14m的超重型立式車床，全部改造費用為當時同類規(guī)格新機床價格800萬馬克的19.1% 。 我國常柴股份公司曾改造一臺仿形銑床，改造費用40萬，節(jié)約投資近250萬元，用其加工N485柴油機鑄造用模具，每套外協加工費用270萬元，不到三個月時間，此臺仿形銑床完成了兩套N485模具和20套空調模具的加工。根據常柴股份公司對已完成數控化改造的11臺加工中心和1臺仿形銑床投入運行后統計，新增產值達到3000多萬元，取得了良好的經濟效益。 我國從八十年代初期開始進行數控化改造技術研究和推廣，到現在已有三十多年的歷史。這中間取得了不少經驗，但失敗的教訓也不少。由于機床數控化改造工藝不完善，使得改造目前大都局限在中小型車銑床的數控改造上，這和工業(yè)發(fā)達國家的水平尚有很大差距。 機床數控化改造的優(yōu)點 采用國內外先進工藝、先進技術對舊機床進行改造有以下優(yōu)點： （1）機床改造針對性強，容易適宜生產的要求。因為機床的改造方案是根據原機床中存在的問題提出的，需要改哪些地方，改到什么程度都有的放矢，能與生產緊密結合，可以直接將科學技術轉化為生產力。 （2）機床改造可以充分利用原機床的絕大部分，大大節(jié)約原材料和資金，同時見效快，改造周期短，與新機床制造相比只需要其1/10-1/15的時間，工期大大縮減，從而節(jié)約了成本，解決了生產急需。 （3）改造后的機床性能穩(wěn)定可靠，機床應用范圍的到擴大，適應多品種、小批量的零件生產。這是因為機床的大型結構件一般是鑄鐵制成的，而鑄鐵件年代越久則時效越充分，精度比新鑄件更加穩(wěn)定。改造不需要改變支撐累大型構件，只需修復或更換若干中小部件就可獲得與新機床類似效果。改造后的機床功能有較好的提高，除了保留原有功能外，還可以滿足各種復雜型面累零件加工，極大地擴大了機床的應用范圍。 （4）經過數控改造，可以有效提高工件加工精度和生產效率。因為改造時可根據生產技術的發(fā)展要求，及時提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次。如某單位Φ3.4m的立式車床改造后，加工球體軸承座零件，其2m直徑偏差僅為0.035mm，滿足了設計要求，并且機床改造后的工作效率提高了5-6倍。 （5）可充分發(fā)揮企業(yè)現有技術力量的作用，調動技術人員的積極性；同時降低對工人技術水平的要求。 機床數控化改造的必要性和可能性 數控機床在現代機械加工中起著舉足輕重的作用，機床數控化率已成為衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志。提高機床數控化率有兩個途徑：一是購買新的數控機床，即更新設備；二是改造舊機床，配置數控系統，把舊機床改造成數控機床。 所謂機床的數控化改造是指應用現代的數控成熟技術和經驗，以適應生產的具體要求為目的，改變現有機床的結構，給舊機床換上新部件、新裝置、新附件，提高現有機床的技術性指標，是之全部或部分達到新數控機床的水平。 機床數控化改造主要內容有以下幾點： (1) 恢復原功能，對機床、生產線存在的故障部分進行診斷并恢復。 (2) NC化，在普通機床上加上數控顯示裝置，或加數控系統，改造成 NC機床、CNC機床。 (3) 翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度。 (4) 技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能和檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有的基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 對普通機床和舊機床進行數控化改造是可行的。首先我國經濟增長方式正在由粗放型向集約型轉變，集約型經濟增長方式就是以經濟效益為中心，主要依靠科技進步和提高勞動者素質，重點放在現有企業(yè)的挖潛改造、充實和提高上，也就是運用高技術對老設備進行改造，以大幅度體改產品質量，降低成本，達到提高經濟效益的目的；二是技術上的保障；三是在經濟方面，機床數控化改造針對性強、投資少、資金利用率高，許多基礎部件仍可利用，可以縮短改造周期并降低生產成本。另外籌集資金相對容易一些。購買一臺的數控機床一般需要幾十萬到幾百萬，改造一臺只需幾萬到十幾萬即可。 本課題的目的和意義 通過這次的畢業(yè)設計，使我能夠熟練使用各種工具，如圖書館借閱教科書、工具書，網路等了解和深刻認識機械產品設計的方法和步驟，最終把所學的專業(yè)知識全部應用到具體實例，還可以有效地鞏固所學的基礎理論知識以及相關繪圖軟件，真正做到了學有所用，為即將踏入工作崗位的我打下堅實的基礎。在設計中通過運用所學的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的理論知識，生產實習和實驗等實踐知識，達到鞏固、加深和擴大所學知識的目的。通過設計分析比較機床的某些典型機構，進行選擇和改進，學習構造設計，進行設計計算和編寫技術文件，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計學習查閱有關設計手冊、設計標準和資料，達到積累設計知識和提高設計能力的目的。通過設計獲得設計工作的基本技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造一定的條件。 參考文獻： 1.鄭文緯，吳克堅 .機械原理[M] .北京：高等教育出版社，1997 2.濮良貴紀名剛.機械設計[M] .北京：高等機械出版社.2006 3.楊家軍.機械系統創(chuàng)新設計[M] .武漢：華中科技大學出版社.2000 4.吳宗澤.機械設計手冊[M] .北京：機械工業(yè)出版社.2008 5.王中杰，余章雄，柴天佑.智能控制綜述[J].基礎自動化，2006(6) 6.熊熙.數控加工實訓教材[M].北京：化學工業(yè)出版社。1995 7.夏風芳.數控機床[M].北京：高等教育出版社.1997 8.梁俊彥，李玉翔.機電一體化技術的發(fā)展與應用[J].科技資訊，2006(7) 指導教師意見： （簽字） 年 月 日 注：本表可根據內容續(xù)頁。 指導記錄 （指導教師用表） 系（部）： 專業(yè)： 班級： 姓名 學號 指導教師 職稱 畢業(yè)論文 （設計）題目 c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給） 日 期 指導內容 存在問題 指導學時數 2018.3.15 對學生如何設計c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給）進行詳細的講解，讓學生明白如何進行自己的畢業(yè)設計。 學生較為迷茫，不知怎么樣開始自己的畢業(yè)設計。 2學時 2018.3.19 指導學生尋找設計c6160普通車床數控改造（橫向與縱向進給）的資料并對學生已尋找到的資料的優(yōu)劣進行甄別。 學生尋找資料較為盲目有些資料太過陳舊不太適用該設計。 3學時 2018.3.26 對學生描述數控車床的工作原理及組成。指導學生形成自己的初步設計方案。 學生不知道從何改起，對普通車床的數控化改造沒有很清晰的思路。 3學時 2018.4.2 指導學生改正其總體方案中的誤，并完善其方案的不足。 學生經驗不足，在設計總體方案時有一些錯誤，有一些沒有注意到。 3學時 2018.4.9 指導學生進行縱向進給系統改造的計算，指出其計算錯誤的，并發(fā)現學生未進行強度校核，提醒其要加入強度校核。 學生計算出現錯誤并且未進行強度校核。 4學時 2018.4.16 指導學生進行橫向進給系統改造的改造計算時，發(fā)現在計算轉矩力時未將所有情況計算完整。并且指導學生選擇絲杠。 學生計算轉矩力時未將所有情況計算完整。 2學時 2018.4.23 指導學生畫縱向裝配圖。 畫裝配圖時未設置相關圖層線型，剖切面有一些該畫的結構沒有畫出來。 4學時 2018.5.7 指導學生標注圖紙，填寫相關零件明細表。 學生公差標注不對。明細表表格格式不對。明細表未寫清其零件型號、數目。 3學時 2018.5.10 指導學生進行橫向進給系統裝配圖的繪制。 橫向進給系統中剖面線粗細不一樣。圖中螺釘畫法有誤。 3學時 2018.5.14 指導生進行橫向進給系統裝配圖的標注。 橫向進給系統中有部分零件沒有標注。 3學時 2018.5.17 指導學生進行控制電路圖的繪制和電路圖中相關元件的選取。 學生選取元件太過隨意沒有考慮成本，是否滿足要求。并且電路圖有部分電路連錯。 2學時 2018.5.21 指導學生翻譯外國文獻。 學生翻譯外國文獻有些翻譯不準確。 4學時 2018.5.24 檢查學生說明書的格式。 學生說明書的格式中行距不是23.5磅，表格里文章不是五號宋體。 3學時 2018.5.28 檢查學生說明書的格式。 內容行距不對，表格行距不對，有些首行未縮進。 3學時 注：本表可續(xù)頁，由指導教師根據畢業(yè)論文（設計）指導工作方案和實際指導情況填寫，在指導工作完成后交系部存檔保存。 c6160 普通車床數控改造（橫向與縱向進給） 摘要 伴隨著科學技術的快速發(fā)展，數控機床已成為衡量一個國家機械制造工業(yè)水平 的重要標志。對普通機床進行數控改造，尤其適應我國機床擁有數量大，生產規(guī)模 小的具體國情。這樣不但可以使改造后的機床滿足技術發(fā)展的需求，提高生產率和 產品精度，增大設備適應能力和型面加工范圍，還可彌補定購新的數控機床交貨周 期長的不足。所以用此方法對我國中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。 在數控機床的逐漸普及的過程中，數控系統的價格不斷降低，使得舊機床進行 數控化改造的優(yōu)點更明顯，促使越來越多的機械加工廠選擇舊機床數控改造作為設 備更新的途徑。世界各國，包括許多工業(yè)發(fā)達的國家相繼成立了機床修復公司，翻 新公司或改造公司，承擔舊機床數控改造的任務，并成功地改造了一些大型和重型 機床。 本文對 C6160 普通車床進行數控化改造進行了深入研究，主要在橫向進給系統和縱 向進給系統倆方面進行改造。通過對原有主要技術參數、傳動系統、機床關鍵部件 參數的計算，對原機床主傳動和刀架系統結構進行數控化改造設計、對機床改造方 案的選擇以及在改造中應注意的事項等進行了詳細的論述。最終經過改造后的機床 已達到預期的功能和精度，完全能夠達到預期效果。提高了原機床的生產效率，降 低了勞動強度，改造后的機床性能更加穩(wěn)定可靠，可以有效提高工件加工精度和生 產效率。 關鍵詞：普通車床；數控化改造；橫向進給系統；縱向進給系統 Abstract With the rapid development of science and technology, CNC machine tools have become an important symbol to measure the level of a countrys machinery manufacturing industry. NC transformation of ordinary machine tools, especially to adapt to Chinas large number of machine tools, small production scale of specific national conditions. It can not only make the machine modified to meet the needs of technology development, improve the productivity and increase the precision, adaptability and surface processing equipment, also can make up the order new NC machine short delivery period. Therefore, this method is very ideal for our medium and small enterprises. The popularity of CNC machine tools CNC system, continue to lower prices, because of the advantages of old CNC machine tools for the transformation of the more obvious, more and more mechanical processing plant selection of NC transformation of the old machine as a way of updating equipment. All over the world, including many developed countries have set up a machine repair, renovation company or transformation of the company, undertake the NC transformation of the old machine, and successfully transformed some large and heavy machine tool. In this paper, the NC transformation of C6160 lathe has been studied deeply, mainly in the main drive system and the electric tool rest. Through the calculation of the original main technical parameters, transmission system, key parts of the machine tool parameters, selection of NC transformation, and the performance of the machine tool after the transformation is more stable and reliable, and the machining accuracy and the production efficiency of the workpiece can be effectively improved. Key words: Centre lathe; Numerical control transformation; Surfacing feed; Longitudinal feed 目錄 第 1 章 概 論 .........................................................................................................................1 1.1 數控系統發(fā)展簡史 .......................................................................................................1 1.2 國內數控機床狀況分析 ...............................................................................................1 1.3 數控系統的發(fā)展趨勢 ...................................................................................................1 第 2 章 普通車床的數控改造和可行性論證 .......................................................................3 2.1 車床的數控改造 ...........................................................................................................3 2.1.1 數控機床工作原理及組成 ....................................................................................3 2.1.2 設計內容及任務 ....................................................................................................3 2.1.3 數控部分的設計與改造 ........................................................................................4 2.1.4 機械改造部分的設計 ............................................................................................4 2.2 可行性論證 ...................................................................................................................4 第 3 章 總體設計方案的確定 ...............................................................................................7 3.1 總體設計方案 ...............................................................................................................7 第 4 章 橫向縱向進給系統的改造設計與計算 ...................................................................9 4.1 橫向縱向進給系統的組成原理和要求 .......................................................................9 4.2 橫向縱向進給系統進給機構的設計內容和設計計算 .............................................10 4.3 縱向進給系統的設計與計算 .....................................................................................11 4.4 橫向進給系統的設計與計算 .....................................................................................18 第 5 章 數控系統的選擇設計 .............................................................................................25 5.1 典型機床數控裝置的硬件組成 .................................................................................25 總 結 .....................................................................................................................................29 附 錄 .....................................................................................................................................31 參考文獻 ...............................................................................................................................41 致 謝 .....................................................................................................................................43 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 1 - 第 1 章概論 1.1 數控系統發(fā)展簡史 世界上第一臺計算機誕生于 1946,這表明人類創(chuàng)造了可以增強和部分取代腦力勞 動的工具。它與人類在農業(yè)和工業(yè)社會中所創(chuàng)造的工具相比,只做了一次質的飛躍,它 僅僅是加強體力勞動,為人類進入信息社會奠定了基礎。6 年后,1952 年,計算機技術應 用于機床,第一臺數控機床誕生于美國。從此,傳統機床發(fā)生了質的變化。近半個世紀 以來,數控系統經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 1.2 國內數控機床狀況分析 1.2.1 國內數控機床現狀 國產數控機床的地位近年來我國數控機床的占有率逐年增加,在大中型企業(yè)中有較 多的使用,在中小型企業(yè)甚至在個別企業(yè)中也被廣泛使用。在這些數控機床中,除了少 量的機床集成在 FMS 模式之外,大多數機床處于單一的運行狀態(tài),有些機床處于低效 率和落后的管理狀態(tài)。2001,中國機床工業(yè)產值已躍居世界第五位。世界機床消費量 上升到第三美元,高達 47 億 3900 萬美元,僅次于 53 億 6700 萬美元,消費量比去年增長 了 25%。但是,由于國產數控機床不能滿足市場的需求,中國機床的進口量逐年增加。 2001,進口機床躍升至世界第二位,高達 24 億 600 萬美元,比上年增長 27.3%。近年來, 有數控車床、數控磨床、數控專用加工機床、數控剪板機、數控成形彎板機、數控 壓鑄機等。普通機床有鉆床、鋸床、插裝機、拉絲機、組合機床、液壓機、木工機 床等。數控機床出口品種主要以中低檔為主。 1.2.2 中國數控機床的特點 (1)新產品開發(fā)取得重大突破,技術含量高的產品處于領先地位。 (2)數控機床的輸出量顯著增加,數控加工率顯著提高。2001 年度國內數控切割機 床產量已達 1 萬 8000 臺,比上年增長 28.5%。黃金切削機床行業(yè)的數控率由 2000 的 17.4%提高到 2001 的 22.7%。 (3)數控機床開發(fā)的關鍵配套產品取得了突破性進展。 1.3 數控系統的發(fā)展趨勢 (1)繼續(xù)開發(fā)基于 PC 的開放、第六代的方向,基于開放、低成本、高可靠性、軟 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 2 - 硬件資源豐富等方面,更多的 CNC 廠商將走上這條道路。以 PC 機為前端機,解決了人 機界面、編程、網絡通信等問題。原來的系統承擔數控任務。PC 機友好的人機界面 將擴展到所有 CNC 系統。遠程通信、遠程診斷和維護將變得更加普遍。 (2)發(fā)展高速、高精度是使機床適應高速、高精度的需要。 (3)隨著智能化的發(fā)展,隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展,CNC 系統 的智能化程度將不斷提高。自適應控制技術的應用可以檢測過程中的一些重要信息, 并自動調整系統的相關參數,以改善系統的運行狀態(tài)。介紹了以專家系統為指導的技 術工人和專家的經驗、處理系統的一般規(guī)則和特殊規(guī)則,建立了以過程參數數據庫為 支撐的人工智能專家系統。 故障診斷專家系統的引入通過自動識別負載來自動調節(jié)參數,使驅動系統能夠獲 得最佳的運行狀態(tài)。 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 3 - 第 2 章普通車床的數控改造和可行性論證 對于普通車床的經濟型數控改造，在考慮總體設計方案時，應遵循的原則是： 在滿足設計要求的前途下，對機床的改動應盡可能的少，以降低成本。 2.1 車床的數控改造 2.1.1 數控機床工作原理及組成 (1)數控機床工作原理： 在加工 CNC 機床零件時, 應首先編制零件的加工程序,這是數控機床的工作指令。 加工程序輸入到數控裝置中,然后數控裝置控制機床主運動的變化、升降運動、進給 運動的方向、速度和位移以及切換等運動。在切削刀具中,工件的開閉、夾緊和冷卻 以及冷卻和潤滑,使刀具和工件等輔助裝置嚴格按照工藝規(guī)程進行。編制了順序、軌 跡和參數,對滿足要求的零件進行加工。 (2)數控機床的組成: 數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服系統和機床本體四部分組成。數控 機床的組成圖為圖 2-1,數控機床的組成。 圖 2-1 數控機床的組成圖 2.1.2 設計內容及任務 普通車床(C6160)的數控化改造設計包括總體方案的確定和驗證,機械改造部分的 設計計算( 包括縱向和橫向進給系統的設計和計算)、AU 的原理。改造后機床的主要 運動和傳動系統圖的設計,電機轉速電機的控制電路的設計,以及電機的功率。磁力離 合器的設計計算。 本設計任務是對 C6160 臥式車床進行數控改造,實現車床的數控化。采用微機控 數 控 裝 置控 制 介 質 測 量 裝 置伺 服 系 統 機 床 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 4 - 制車床的縱向和橫向進給系統,車床最小縱向運動單元為 0.01/脈沖,橫向最小運動單元 0.00 5/脈沖,主運動自動改變,刀架應轉換成 A。自動復位刀架,螺紋可自動切割。 2.1.3 數控部分的設計與改造 (1)數控系統運動方式的確定 數控系統根據軌跡可分為點位控制系統和連續(xù)控制系統。點控制系統只需要控 制刀具從一點移動到另一點的位置,并且在原理上不控制運動軌跡。連續(xù)控制系統可 以嚴格控制兩個或兩個以上坐標方向的位移。由于 C6160 車床必須加工復雜的輪廓 件,微機數控系統采用連續(xù)控制系統。 (2)伺服進給系統的設計與改造 數控機床伺服進給系統可分為開環(huán)伺服系統、半閉環(huán)伺服系統和閉環(huán)伺服系統。 閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以實現機床的精度,可以補償機械傳動系統中的誤差,并且可 以消除間隙和干涉對加工精度的影響。但結構復雜,技術難度大,模式調整維護困難,成 本高。 半閉環(huán)控制系統由于速度范圍寬、過載能力強、反饋控制能力強,比步進電機驅 動的開環(huán)控制系統好得多。然而,半閉環(huán)控制方式比開環(huán)更復雜,設計必須有其自身的 特點和技術難點。 開環(huán)控制系統中沒有位置控制器和反饋電路,開環(huán)系統精度差,結構簡單,易于調節(jié),在 精度不高的情況下經常使用。比較后,由于 C6160 車床精度低,決定采用開環(huán)控制系統。 (3)數控系統硬件電路的設計 數控系統由硬件和軟件兩部分組成。硬件是控制系統的基礎,其性能直接影響整 個數控系統的性能。在普通機床的經濟型數控改造中,第一次設計周期長,不經濟,質量 難以保證。第二個更不經濟。所以沒有課程設計需要第三小時計劃。 2.1.4 機械改造部分的設計 進給機構的改造：將原機床的掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等 全部拆除?？v向、橫向進給以步進電動機作為驅動元件經一級齒輪減速后，由滾珠 絲杠傳動。 2.2 可行性論證 根據自動化制造系統，可行性論證使用戶建造自動化制造系統項目前所進 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 5 - 行的技術和經濟性分析報告，是上級主管部門審定和批準立項的基本依據。同樣， 在進行普通車床的經濟型數控改造之前進行合理的、科學的可行性論證是必要的。 根據傳統的論證方法，普通車床的經濟型數控改造的可行性論證應圍繞以下幾 個方面進行，即企業(yè)生產經營現狀及存在的問題分析，企業(yè)生產經營目標，改造的 基礎條件、目標、技術方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實施計劃，結論 等。 由于本設計僅作為大學本科生的畢業(yè)設計，故在此，設計者僅對改造的投資概 算作一簡要的可行性論證。 改造設計是對 C6160 車床進行經濟型數控改造。在變換設計中,采用的是廣由國 家數控設備廠生產的 GSK980T 數控系統,加上兩個伺服電機,兩套滾珠絲杠副及配套 傳動部件,以及齒輪副、變頻調速電機、四電磁離合器和齒輪副的主傳動部分。這樣, 改造設備和舊設備的造價不會超過 15 萬元。因此,對適合中國國情的普通車床進行經 濟型數控改造,提高國產機床的自動化程度和精密度是國內企業(yè)的有效選擇。具有一 定的典型性和實用性。 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 6 - 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 7 - 第 3 章總體設計方案的確定 3.1 總體設計方案 在總體設計方案論證后,C6160 車床經濟型數控改造總體方案如下圖所示:C6160 車床主軸轉速采用變頻調速交流異步電機;變速部分采用電磁離合器控制機構 ,轎廂縱 向進給和橫向進給運動采用步進電機驅動。運動由步進電機驅動,減速后驅動齒輪螺 桿驅動齒輪,實現縱向進給和橫向進給運動,將刀架變?yōu)槲C驅動的自動換位工具,由電 機驅動。為了保持螺紋切削功能,需要主軸脈沖發(fā)生器。 改造后的總體方案示意圖如圖 3-1 所示。 圖 3-1 總體方案設計圖 步 進 電 動 機車 床加 工 工 件 圖 紙 工 件 變 速 箱數 控 程 序編 制 變 速 箱 步 進 電 動 機手 工 輸 入 或 計 算 機 控 制 計 算 機功 率 放 大 器存 儲 裝 置 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 8 - 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 9 - 第 4 章橫向縱向進給系統的改造設計與計算 橫向縱向進給系統進給機構的設計是普通車床經濟型數控改造的主要部分，如 果說 CNC 系統是數控機床的“大腦”，是發(fā)布“ 命令 ”的指揮機構，那么，伺服驅動系 統便是數控機床的“ 四肢”，是執(zhí)行機構，它忠實而準確的執(zhí)行由 CNC 系統發(fā)來的運 動命令。伺服控制系統是聯接數控系統與機床的樞紐，其性能是影響數控機床的精 度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。 4.1 橫向縱向進給系統的組成原理和要求 (1)橫向縱向進給系統的組成原理 機床進給橫向縱向進給系統主要由伺服驅動控制系統與機床進給機械傳動機構 兩大部分組成。機床進給機械傳動系統通常由減速齒輪、滾珠絲杠、機床導軌和工 作臺拖板等組成。對于伺服驅動控制系統，按其反饋信號的有無，分為開環(huán)和閉環(huán) 兩種控制方式。對于開環(huán)橫向縱向進給系統只能由步進電機驅動，它由步進電機驅 動電源和電動機組成。閉環(huán)橫向縱向進給系統則分為直流電動機和交流電動機兩種 驅動方式，并且是雙閉環(huán)系統，內環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度 反饋的檢測裝置為測速發(fā)電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部 件，它由速度調節(jié)器、電流調節(jié)器以及功率驅動放大器等部分組成。位置環(huán)是由 CNC 裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等部分組成。根 據其位置檢測信號所取部位不同，它又分為半閉環(huán)和全閉環(huán)兩種。半閉環(huán)采用轉角 位置檢測裝置，安裝于滾珠絲杠端部，或直接與伺服電動機轉子的后端相連(與伺服 電動機成一體) ；對于全閉環(huán)系統需要采用直線位置檢測裝置，安裝于機床導軌與工 作臺拖板之間。通常伺服驅動控制單元與電動機由一個生產廠家配套提供(甚至包括 位置檢測裝置) 。 (2)橫向縱向進給系統的要求 橫向縱向進給系統是把數控信息轉化為機床進給運動的執(zhí)行機構。為了保證機 床的加工質量和效率,機床對伺服系統具有“穩(wěn)定、準、快、寬、滿” 的五個要求。它 反映了伺服驅動系統的五個性能指標。穩(wěn)即穩(wěn)定性,也就是要求系統有較好的抗干擾 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 10 - 性,電源、環(huán)境、負載等的波動對其影響不大。它具有調速性能強、機械過載能力強、 穩(wěn)定性好、適應性好等特點,從而保證了工件加工的一致性。 準確性是必不可少的。為了保證加工質量,定位精度必須高于系統的定位精度。 數控機床是通過數控系統的指令自動完成整個加工過程的數控機床。它不像普通的 機床。在中間,操作者可以通過操縱手輪來測量工件并校正加工偏差。數控機床是由 加工程序一次完成的,因此進給系統的定位精度直接決定工件的加工精度,也是評價數 控機床的關鍵性能指標。 影響數控加工精度的主要因素有:CNC 系統的精度(主要取決于插補操作的精度)、 伺服系統的精度、機床的機械精度(如主軸、刀架、旋轉精度等)。對工作臺、刀具和 工件夾緊精度等方面進行了研究。伺服系統的精度起著重要的作用。 快速響應是快速的。事實上,機床進給伺服系統是一種高精度位置伺服系統。它 不僅要求較小的靜態(tài)誤差,而且需要快速的動態(tài)響應,其特點是起升和停止的短速度過 程和高加速度。 寬度是一個很寬的速度范圍。通常,在數控機床的實際操作中,工作臺的進給速度 需要滿足兩個指標:輕載快速接近定位速度(即編程指令 G00 的速度)、進刀速度(即 PRO 后面的 F 值所需的速度 )。語法指導,如 G01、G02 等。 可提供足夠的輸出轉矩或驅動功率。特別是,為了滿足重型切削和高速切削的要 求,還要求系統具有相應的過載能力,以確保穩(wěn)定性。 除了上述五個主要性能指標外,進給伺服系統還要求低溫上升、噪聲小、效率高、 體積小、價格低廉、控制方便、線性度好、可靠性高、維護方便、對溫度和濕度要 求較高等等。 4.2 橫向縱向進給系統進給機構的設計內容和設計計算 數控機床的橫向縱向進給系統進給系統的控制方式有多種，如：開環(huán)控制閉環(huán) 控制以及半閉環(huán)控制。 正如總體設計方案論證中所說，本設計任務的精度要求不高，結合經濟型改造 的特點，設計者采用以步進電機為驅動的開環(huán)控制方式來設計其橫向縱向進給系統 進給系統。下面對開換系統的控制形式及特點加以簡要分析。 (1)工作原理及控制特點 開環(huán)控制系統利用脈沖馬達的伺服性能，即對應一定的脈沖，必定有一定的轉 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 11 - 角，從而通過絲杠螺母機構使工作臺移動一定的距離。 (2)定位精度 雖然開環(huán)控制系統很難保證較高的位置控制精度，對于影響定位精度的機械傳 動裝置的剛度、摩擦、慣量、間隙等的要求較高，一般在 0.01 0.02mm 之間； 但對于經濟型數控車床來說，定位精度要求并不高。 (3)穩(wěn)定性 結構簡單，調試方便，工作可靠，穩(wěn)定性好。 4.3 縱向進給系統的設計與計算 (1)進給系統的設計內容 經濟型數控車床的改造一般是將絲杠、光杠及安裝座拆去，配上滾珠絲杠及相 應的安裝裝置，縱向驅動的步進電動機及減速箱安裝在車床的車尾。書控車床通過 步進電動機經減速驅動滾珠絲杠，帶動刀架左右移動。 縱向進給系統設計的主要內容有：滾珠絲杠副的設計計算及選擇、減速比的確 定及減速箱的設計、步進電動機的選擇等。 (2)縱向進給系統的設計計算 已知條件： 縱向脈沖當量 p=0.001mm/脈沖； 縱向最高進給速度 Vfymax=2m/min； C6160 車床工作臺質量 w=100kg=1000N(根據圖形尺寸粗略計算)； 時間常數 T=25ms 縱向進給切削力 Fz 的確定 根據機床設計手冊查出 =35% (4-1)adfP 式中：P df ----進給系統所需電機功率 Pa -----主傳動電機功率 由前面的設計計算可知： Pa=11kw 取比例系數為 4% 則 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 12 - Pdf= Pa4%=0.44kw (4-2) 根據機床設計手冊查出 Fy= (4-3)fdV6120 式中： f----進給系統效率，其范圍為 0.150.20， 取 f =0.175 Vf-----進給速度(m/min)，查實用機床設計手冊可知： Vf=(1/21/3)V fymax (4-4) 取 Vf=(1/2)Vfymax=1 m/min 則 FZ=4712.4 (N) 當 FZ=4712.4N 時，切削深度 ap=2mm，走刀量 f=0.3mm . 以此參數作為下面計算的依據，從實用機床設計手冊中可知，在一般圓切 削時： =(0.10.6) (4-5)xFz =(0.150.7) (4-6)yz =0.5 =0.54712.4=2356.2( )xz N =0.6 =0.64712.4=2827.44( )yFz (3)滾珠絲杠的設計計算 滾珠絲杠在運行中受到軸向載荷,導致滾珠與滾道表面之間的接觸應力。滾道表 面的接觸點是交變接觸應力。在這種交變應力作用下,在一定次數的應力循環(huán)次數后, 滾珠和滾道表面有疲勞損傷,導致滾珠絲杠失去工作性能,這是滾珠絲杠失效的主要形 式。在設計滾珠絲杠副時,必須保證在一定軸向載荷作用下,滾珠在 106 轉后滾道上受 到滾珠壓力,但不存在點蝕現象。此時軸向載荷可以是滾珠絲杠所能承受的最大動載 荷 Q。 滾珠絲杠已被標準化,因此滾珠絲杠的設計可以歸結為滾珠絲杠模型的選擇。 額定動載荷與計算動載荷 C 從實用機床設計手冊中查得： 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 13 - (4-7)dHdhFfnC 式中：f h ---- 壽命系數 fd ---- 載荷性質系數 fH ---- 動載荷硬度系數 fn ---- 轉速系數 Fd ---- 最大工作負載 (N) 根據實用機床設計手冊可知： 選工作壽命: h =15000h,則 fh = =3.107 (4-8)3/1)50L( 選載荷性質系數：f d =1.35； 選動載荷硬度系數：f H =1.0； 轉速系數：f n = ； (4-9)3/1).( V =1000mm/min 根據上述選擇的情況下,計算結果如表 5.1 所示; 表 5-1 動載荷計算 絲杠導程 L0/mm 12 10 8 6 n =V/L0 (r/min) 8303 100 125 166.7 fn 0.737 0.693 0.694 0.584 c/n 26883 28590 30813 33926 綜合導軌車床絲杠的軸向力： (4-10)W)(FfkZX 式中：K=1.15，f=0.150.18，取 0.16.得； =3623.6 (N) 10)(472.0.162351. 壽命值： (4-11)81010t6nL6ii 最大負載： C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 14 - (4-12)FfLQHw3i = =11395.8 (N)6.321.8 查參考文獻實用機床設計手冊可選用 NL4510 型號的滾珠絲杠副,名義直徑 為 45mm,絲杠導程為 10 mm, 螺旋角 ,滾珠例數為 3 系列,其額定動載荷為4o 33300N,所以其強度夠用。 支承方式：選用“ 單推單推 ”的支承方式。 效率計算； (4-13))(tg 式中： ----螺紋的螺旋升角34o ----摩擦角 ；所以 = 則：0..t 4513 (4-14)%97)34( otg 經驗表明：在數控化改造設計中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相 同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強度，剛度和穩(wěn)定性計算可以不計算，因為 采用類比法，改善后肯定合格。 (4)齒輪設計 齒輪傳動比 i： (4-15) 517.40.36510pLi 式中； ----步進電動機的步矩角，選為 1.50， 計算出 i5，因此可以選一級傳動。 大小齒輪都采用 45 號鋼調質，選小齒輪硬度為 260HB290HB，大齒輪硬度為 220HB250HB，精度選用六級，模數 m=2mm , 齒寬 b=20mm, 螺旋角 = ，齒02 數 Z1=18，齒數 Z2=75，則： (4-16)361821mzd 5072 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 15 - (4-17)93)(212da 還應該校核齒輪表面接觸疲勞強度，彎曲疲勞強度。經校核均合格，其校核過 程略。 步進電動機的確定 步進電動機步矩角的選擇； (4-18)00 5.107.436Lip 等效轉動慣量的計算 慣量對運動特性有很大影響，對加速能力，加速時驅動力矩及動態(tài)的快速反應 有直接關系，因此核算轉動慣量很有必要。 縱向橫向縱向進給系統改進后等效轉動慣量的簡圖如下： 圖 5-1 改造后的縱向橫向縱向進給系統等效轉動慣量簡圖 等效步進電動機軸的轉動慣量計算，采用下式： (4-19)121JJizzs 式中： ----工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量1J ----滾珠絲杠轉動慣量s ----齒輪 1 的轉動慣量1zJ ----齒輪 2 的轉動慣量2z C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 16 - = = 100=0.146( ) (4-20) 1JWP 28025.14308kgf2cm 滾珠絲杠轉動慣量： =7.8 (4-21)sDL =7.8 140=45.741( ) 40. kgf2c 齒輪的轉動慣量： =7.8 2=0.262( ) 1zJ63m =7.8 2=78.975( ) 2z415kf2c 電動機轉動慣量很小可忽略，因此總的轉動慣量： = J12Jizzs = 146.02.975.84.517. =7.58( )=75.8kgf2cm)(cN 所需轉動力矩計算： 折算到步進電動機軸的力矩可分為三種情況進行計算。 快速空載啟動時所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 (4- 22) 最大切削負載時所需力矩： (4-23) M=Mat+Mf+M0+Mt 快速進給所需力矩 M=Mf+M0 (4-24) 式中：M amax--空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； Mf --折算到電機軸上的摩擦力矩； M0 --由絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的摩擦力矩； Mat--切削時折算到電機軸上的加速度力矩； Mt --切削時折算到電機軸上的切削負載力矩。 Ma= (Nm) (4-25) 4106.9TJn 式中：T 為時間常數 T=0.025s 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 17 - 當 n=nmax 時，M amax=Ma； nmax = =834r/min (4-26) 107.420mxLiV Mamax= 45.69837 ）（ cm.276)(2N 當 n=nt 時，M at=Ma； (4-27) 0L fi主nt = 17.43 =12.51 (r/min) 4st 025.698M (4-28) iwLff0 當 =0.8，f=0.16 時； 17.480.326f =7.64(NCM) 當 =0.9 時： 0 = (4-29) 0M2016iLFx = 29.017.48.3 =0.854( )=8.54( ) kgfcmNc M= (4-30) iLFx20 = 17.48.3 =13.5( )=135( )kgfcmNc 從而求得，快速空載啟動所需力矩 M=Mamax+Mf+M0 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 18 - =276.4+7.64+8.54 =294.88 (NCM ) 切削時所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt =3.95+7.64+8.54+135 =155 ( )Ncm 快速進給時所需力矩 M=Mf+M0 =7.64+8.54 =16.18 (NCM ) 由以上分析計算可知，所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動時，即： Mmax=294.88 (NCM ) 步進電動機的最大靜轉矩 Tjm 為。 (4-31) 86.0486.0maxjm ..29 =851.3 (NCM ) 步進電動機的最高頻率計算； (HZ) (4-32)3.01.620maxax pVf 電動機采用三相六拍的工作方式，經綜合考慮，選用 110BF003 型的直流步進電 動機能滿足要求。 4.4 橫向進給系統的設計與計算 (1)進給系統的設計內容 經濟型數控車床改造的橫向進給系統的設計比較簡單，一般是步進電動機經減 速后驅動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。步進電動機安裝在大拖板上，用發(fā)蘭盤將步 進電動機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。 橫向進給系統設計的主要內容有：滾珠絲杠副的設計計算及選擇、減速比的確 定及減速箱的設計、步進電動機的選擇等。 (2)橫向進給系統的設計計算 已知條件： 縱向脈沖當量 y=0.0005mm/脈沖； 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 19 - 縱向最高進給速度 Vfymax=1m/min； C6160 車床工作臺質量 w=40kg=4000N(根據圖形尺寸粗略計算)； 時間常數 T=25ms 橫向進給切削力 Fx 的確定 根據機床設計手冊可知； 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。 =0.54712.4=2356.2( ) (4-33)z N =0.5 =0.62356.2=1178.1( ) (4-34)xFz (3)滾珠絲杠的設計計算 滾珠絲杠在工作中承受軸向負載，使得滾珠和滾道型面間產生接觸應力；對滾 道型面上某一點，是交變接觸應力。在這種交變應力的作用下，經過一定的應力循 環(huán)次數后滾珠和滾道型面產生疲勞損傷，從而使得滾珠絲杠喪失工作性能，這是滾 珠絲杠破壞的主要形式。在設計滾珠絲杠副的時候，須保證能夠它在一定的軸向負 載的作用下，在回轉 106 轉后，滾道上雖然受滾珠壓力，但不應有點蝕現象發(fā)生，此 時所能承受的軸向負載成為這種滾珠絲杠能承受的最大動負載 Q。 滾珠絲杠副已經標準化，因此滾珠絲杠副的設計歸結為滾珠絲杠副型號的選擇。 強度計算： W)(FfkZX 式中：K=1.4；f=0.2,得； =2200.5 (N) (4-35)40)(2356.0.1784. 壽命值： (4-36)1.010t6nL6ii 最大負載： FfQHw3i = =6287.5 (N) (4-37)20.51.5 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 20 - 查參考文獻實用機床設計手冊可選用 WD2004 型號的滾珠絲杠副,名義直徑 為 20mm,絲杠導程為 4 mm ,螺旋角 ,滾珠例數為 3 系列,其額定動載荷為39o 7600N,所以其強度夠用。 支承方式：選用“ 單推單推 ”的支承方式。 效率計算； )(tg 式中： ----螺紋的螺旋升角 39o ----摩擦角 = 則：10 (4-38)96.0)3( otg 經驗表明：在數控化改造設計中，有普通絲杠換成滾珠絲杠，只要名義直徑相 同，支承方式相同或有改善，其絲杠的強度，剛度和穩(wěn)定性計算可以不計算，因為 采用類比法，改善后肯定合格。 (4)齒輪設計 齒輪傳動比 i： (4-39)53.0.364510pLi 式中： ----步進電動機的步矩角，選為 1.50， 計算出 i5，因此可以選一級傳動。 大小齒輪都采用 45 號鋼調質，選小齒輪硬度為 260HB290HB，大齒輪硬度為 220HB250HB，精度選用六級，模數 m=2mm，齒寬 b=20mm，螺旋角 = ，齒02 數 Z1=20，齒數 Z2=66，則： (4-40)4021mzd 362 (4-41)8)(21a 還應該校核齒輪表面接觸疲勞強度，彎曲疲勞強度。經校核均合格，其校核過 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 21 - 程略。 步進電動機的確定 步進電動機步矩角的選擇； (4-42)00 5.147.0.36Lip 等效轉動慣量的計算 慣量對運動特性有很大影響，對加速能力，加速時驅動力矩及動態(tài)的快速反應 有直接關系，因此核算轉動慣量很有必要。 改造后的橫向橫向縱向進給系統等效轉動慣量簡圖如下: 圖 5-2 改造后的縱向橫向縱向進給系統等效轉動慣量簡圖 等效步進電動機軸的轉動慣量計算，采用下式； (4-43)121JJizzs 式中： ----工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量1J ----滾珠絲杠轉動慣量s ----齒輪 1 的轉動慣量1zJ ----齒輪 2 的轉動慣量2z = 40 1J 25.4308 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 22 - =1.46( )=0.0146( )kgf2mkgf2cm 滾珠絲杠轉動慣量： =7.8 50=0.624( )sJ410f2 齒輪的轉動慣量： =7.8 2=0.4( )1z4kgf2cm =7.8 2=47.36( )2zJ02.13 電動機轉動慣量很小可忽略，因此總的轉動慣量： =J0146.64..73. 2 =4.82( )=48.2 kgf2cm)(2cN 所需轉動力矩計算： 折算到步進電動機軸的力矩可分為三種情況進行計算。 快速空載啟動時所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 (4-44) 最大切削負載時所需力矩： M=Mat+Mf+M0+Mt (4-45) 快速進給所需力矩： Ma= NM (4-46)416.9TJn 式中；T 為時間常數 T=0.025s 當 n=nmax 時，M amax=Ma； nmax = =833.25r/min (4-47)43.10mxLiV Mamax= 25.698 =1.67(Nm)=167( Ncm) 當 n=nt 時，M at=Ma； = (5-48)0Lfi主nt01DVfi = 46.33.5 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 23 - =66.34 (r/min) Mat= 41025.69384 =0.0348 (Nm)=3.48( )Ncm (4-49)iwLff0 當 =0.8，f=0.2 時； 3.8014.32fM =0.193( )=1.93( )kgfcmNc 當 =0.9 時：0 = (4-50)02016iLFx = 29.3.84.37 =0.18( )=1.8( )kgfcmNc = (4-51)tMiLFx20 = 3.814.37 =2.84( )=28.4( )kgfcmNc 從而求得，快速空載啟動所需力矩 M=Mamax+Mf+M0(5-52) =16.7+0.193+0.18 =17.073( )kgfc 切削時所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt (4-53) =0.348+0.193+0.18+2.84 =3.561 ( )kgfcm 快速進給時所需力矩 M=Mf+M0(5-54) =0.193+0.18 C6160 普通車床數控化改造(橫向與縱向進給) - 24 - =0.373( )kgfcm 由以上分析計算可知，所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動時，即： Mmax=17.073( )=170.73(Ncm)f 步進電動機的最大靜轉矩 Tjm 為。 (4-55)86.0486.0maxjm ..731 =490 (Ncm) 步進電動機的最高頻率計算； (HZ) (4-56)3.05.610maxax pVf 電動機采用三相六拍的工作方式，經綜合考慮，選用 110BF003 型的直流步進電 動機能滿足要求。 呂梁學院本科畢業(yè)設計 - 25 - 第 5 章數控系統的選擇設計 機床數控系統設計在應用工作中，軟件設計是一個重要方面。實際設計與硬件 設計是不可分割的，二者必須結合, 哪些能由硬件完成，那些能由軟件完成，在硬件 設計基本定型后，分工也就基本確定下來了，這時軟件設計工作才開始進行。 軟件設計工作，按其功能可分二類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質性的 功能，如步進電機控制，插補，誤差補償計算，反饋量的處理，零件加工程序，顯 示輸出等；另一類是監(jiān)控軟件，它是控制微機系統按預定的操作方式運轉的程序， 它完成人機通信，并協調執(zhí)行程序和操作者之間的關系，在軟件系統中充當組織調 度的角色，如系統自檢，初始化，處理鍵盤命令，處理揭開命令等。但執(zhí)行軟件和 監(jiān)控軟件沒有明確的界限和固定的功能劃分，。習慣上把鍵盤解釋程序作為監(jiān)控程 序，其它任務都分散在特定功能執(zhí)行程序中，并由監(jiān)控程序來調用必要的功能模塊， 完成預定的任務。 在進行軟件設計時，應從全局著眼，先將整個系統按功能分成一個一個的模塊， 并為每一個執(zhí)行模塊定義，然后設計出每一個具體模塊的程序，最后組成一個系統。 不僅整個系統的程序結構可具有模塊化的特性，而且其模塊內部有可以細分為小模 塊。模塊特性對測試很有利，功能擴充也很方便，要增加新功能，只要增加新模塊 就能實現，象搭積分木一樣。因此，這樣的模塊程序設計方法， 思路清晰，邏輯性 強，柔性較強 5.1 典型機床數控裝置的硬件組成 CNC 系統(數控系統)是在硬件的支持下，通過運行軟件來進行工作的。所以， CNC 裝置的功能強弱首先取決于其硬件 8.2 典型 CNC 系統(數控系統)技術性能 在本設計中，設計者根據實際情況選擇了廣州數控設備廠的 GSK980T 數控系統。 其技術性能如表 8.1 所示；GSK98