0007-C616型普通車床改為經(jīng)濟型數(shù)控機床

0007-C616型普通車床改為經(jīng)濟型數(shù)控機床,c616,普通,車床,改為,改成,經(jīng)濟型,數(shù)控機床 畢業(yè)設計（論文）任務書 專 業(yè) 班 級 學生姓名 一．設計（論文）題目：C616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床 二．原始資料： C616型普通車床總體設計相關資料、結構分析圖、機械設計手冊、機床改造設計手冊、非標手冊、數(shù)控改造相關資料、已有原機型。 三．設計（論文）要求：要求學生對C616普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制。驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗能夠運用所學的機械設計與機械零件基礎知識對機床進行改造，提供設計說明書，并通過CAD設計軟件繪制所設計總裝圖及外形結構圖。 四．畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容： 1設計（論文）說明書（根據(jù)大綱要求） 設計說明書一份 2 設計（論文）圖紙 C616車床改數(shù)控的橫向進給系統(tǒng)圖、 C616車床改數(shù)控的縱向進給系統(tǒng)圖 、 機床改造外形圖 五．畢業(yè)設計（論文）工作期限： 任務書發(fā)給日期 2005 年 11月 15日 設計（論文）工作自 2005年 11月 15日 至 2006年 6月 15日 設計（論文）指導教師 學科（方向）負責人 主管院長 09 屆畢業(yè)設計(論文)任務書 學生姓名 指導教師 職稱 助教 課題名稱 C616型普通車床改為經(jīng)濟型數(shù)控機床 課 題 工 作 內(nèi) 容 1.課題介紹： 本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。 2.設計任務： 本設計任務是對C616普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。 3.總體設計方案的確定 由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。 指 標 要 求 一、 C616普通車床數(shù)控化改造橫向、縱向進給系統(tǒng)裝配圖和機床外形尺寸圖繪制 利用AutoCAD2004繪制裝配圖（1#，打印稿和電子稿各一份）和零件圖（3#，打印稿和電子稿）。 二、設計說明書的撰寫 1、畢業(yè)設計說明書按學院規(guī)定的撰寫格式、要求和紙張格式裝訂成冊，內(nèi)容順序為：封面、中英文摘要、目錄、說明書正文、參考書目錄、小結、封底。 2、設計說明書的論證要有科學根據(jù)，要有說服力；計算部分須指出公式來源并說明公式中的符號所代表的意義，公式中所有常數(shù)或系數(shù)必須正確，計算結果要足夠準確，計算中采用的數(shù)據(jù)及計算結果可列表表示 3、說明書要求章節(jié)分明，層次清楚，文理通順，圖表、簡圖規(guī)范、清晰，不得用徒手畫。 進 程 安 排 1、根據(jù)畢業(yè)設計任務，收集、閱讀整理有關資料，擬訂并確定設計方案； 1周 2、設計改造進給系統(tǒng)，繪制草圖，利用軟件繪制裝配圖、零件圖； 5周 3、編寫說明書，整理并完成畢業(yè)設計論文； 2周 4、畢業(yè)設計成果審閱、評閱、答辯。 主 要 參 考 文 獻 [1]張新義主編.經(jīng)濟型數(shù)控車床系統(tǒng)設計 [2]《機床設計手冊》編寫組編．機床設計手冊2零件設計（上冊） [3]成大先主編．機械設計手冊單行本聯(lián)接與緊固 [4]徐灝主編.機械設計手冊第二版第三卷 [5]趙松年、戴志義主編.機電一體化數(shù)控系統(tǒng)設計 [6]趙松年、張奇鵬主編.機電一體化機械系統(tǒng)設計 [7]黃家善主編.計算機數(shù)控技術 注：以實際采用的參考文獻為準 起止 日期 2009 —2009 系(部)蓋章： 教研室主任(簽字)： 年 月 日 年 月 日 說明：畢業(yè)設計任務書由指導教師根據(jù)課題的具體情況填寫，經(jīng)系部審核蓋章后生效。此任務書要求按固定格式雙面打印,在畢業(yè)設計工作開始前一周內(nèi)填寫并發(fā)給學生。 畢業(yè)設計課題：C616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床 課題簡介： 本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。 利用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。 進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一?，F(xiàn)我選用C616普通車床為例進行數(shù)控改造。 設計方案的確定 C616型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。 1.設計任務 本設計任務是對C616普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。 2.總體設計方案的確定 由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。 目錄 序言 ----------------------------------------- --------------------------------3 1 計方案的確定-------------------------------------------------------------4 2 任務------------------------------------------------------------------------4 3 體設計方案的確定------------------------------------------------------4 二、械部分改造與設計-----------------------------------------------------------4 1 向進給系統(tǒng)的設計與計算---------------------------------------------4 2 向給系統(tǒng)的設計與計算----------------------------------------------10 三、進電機的選擇---------------------------------------------------------------13 （一）步電機選用的基本原則------------------------------------------------13 （二）進電機的選擇------------------------------------------------------------14 四、床導軌改造------------------------------------------------------------------15 五、自轉位刀架的選用---------------------------------------------------------16 六、經(jīng)濟型數(shù)機床改造時數(shù)控系統(tǒng)的選用---------------------------------17 七、典型零件工藝設計及應用程序的編制---------------------------------18 （一）藝分析---------------------------------------------------------------------18 （二）工坐標系的設定---------------------------------------------------------19 （三）動鉆孔---------------------------------------------------------------------19 （四）制加工程序---------------------------------------------------------------19 小結----------------------------------------------------------- --------------------21 參考文獻--------------------------------------------------------------------------22 說明書字數(shù)：1.4萬 畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計（論文）題目：C616型普通車床 改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床 系 別： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師： 完成時間： 目錄 序言 ----------------------------------------- ----------------------------------3 1 計方案的確定-----------------------------------------------------------------4 2 計任務------------------------------------------------------------------------4 3 體設計方案的確定---------------------------------------------------------4 二、械部分改造與設計------------------------------------------------------------4 1 向進給系統(tǒng)的設計與計算------------------------------------------------4 2 向給系統(tǒng)的設計與計算------------------------------------------------10 三、進電機的選擇------------------------------------------------------------------13 （一）步電機選用的基本原則---------------------------------------------------13 （二）進電機的選擇---------------------------------------------------------------14 四、床導軌改造---------------------------------------------------------------------15 五、自轉位刀架的選用------------------------------------------------------------16 六、經(jīng)濟型數(shù)機床改造時數(shù)控系統(tǒng)的選用------------------------------------17 七、典型零件工藝設計及應用程序的編制------------------------------------18 （一）藝分析------------------------------------------------------------------------18 （二）工坐標系的設定------------------------------------------------------------19 （三）動鉆孔------------------------------------------------------------------------19 （四）制加工程序------------------------------------------------------------------19 小結------------------------------------------------------------- --------------------21 參考文獻----------------------------------------------------------------------------22 序言 畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論.基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術問題而進行的一次基本訓練，這對學生即將從事的有關技術工作和未來的開拓具有一定意義，其主要目的是： 1、學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。 2、學生樹立正確的設計思路，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序.規(guī)范和方法。 3、學生正確使用技術資料.國家標準，有關手冊.圖冊等工具書。進行設計計算.數(shù)據(jù)處理.編寫技術文件等方面的工作能力。 4、 學生今昔功能調(diào)查研究。面向實際。面向生產(chǎn)。向工人和工程技術人員學習的基本工作態(tài)度.工作作風和工作方法。  摘要： 本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。 利用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。 進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。 現(xiàn)我選用C616普通車床為例進行數(shù)控改造。 關鍵詞：C616普通機床、數(shù)控改造、縱向進給，橫向進給、機床外形改造。  英文摘要： This topic is revolves the ordinary engine bed to transform theeconomy numerical control engine bed to launch the design, the economynumerical control engine bed is refers to the price to be inexpensive,the operation easy to operate, suits our country national condition tobe loaded with the simple numerical control system the highlyeffective automated engine bed. The small and medium-sized enterprisein order to expand the production, often hoped carries on thetransformation to the original old engine bed, realizes the numericalcontrol, the automation. The economy numerical control engine bedsystem is unifies the reality the production reality, unifies ourcountry national condition, in satisfies the system basic functionunder the premise, reduces the price as far as possible. The pricesmall advantage, the performance price are more moderate than is itsmost main characteristic, specially suits in the equipment holds angreater proportion the conventional lathe to transform, suits in theproduction first line big area promotion. The enterprise applicationeconomy numerical control system carries on the transformation afterthe equipment, will increase the product processing precision and thevolume production ability, simultaneously will be able to maintain"the multi-purpose processing" and "special-purpose is highlyeffective" these two kind of attributes, will enhance equipmentoneself to the product renewal strain capacity, the enhancemententerprise's competitive ability. 英文關鍵詞：The C616 ordinary engine bed, the numerical control transformation,longitudinal enters for crosswise enters for, the engine bed contourtransformation. 一、設計方案的確定 C616型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。 1 設計任務 本設計任務是對C616普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(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0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。 (二)總體設計方案的確定 由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。 二、機械部分改造設計與計算 1 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機經(jīng)減速驅動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端。對車床改造來說，外觀不必象產(chǎn)品設計要求那么高，而從改造方便、實用方面來考慮，一般把步進電機放在縱向絲杠的右端。 2 縱向進給系統(tǒng)的設計計算 已知條件： 工作臺重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計算) 時間常數(shù)： T=25ms 滾珠絲杠基本導程：L0=6mm 行程： S=640mm 脈沖當量： δp=0.01mm/step 步距角： α=0.75°/step 快速進給速度： Vmax=2mm/min (1)切削計算 由〈〈機床設計手冊〉〉可知，切削功率 Nc=NηK 式中 N——電機功率，查機床說明書，N=4KW； η——主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7取η=0.65； K——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。 則： Nc=4×0.65×0.96=2.496KW 又因為 NC= FZ= 所以 式中 v——切削線速度，取v=100m/min。 主切削力 FZ =152.76(kgf)=1527.6(N) 由〈〈金屬切削原理〉〉可知，主切削力 FZ=CFz apx Fz fYFz KFz 查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1 則可計算FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ計算結果 ap(mm) 2 2 2 8 8 8 f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 FZ(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837 當FZ=1520N 時，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。 從〈〈機床設計手冊〉〉中可知，在一般外圓車削時： FX =（0.1～0.6）FZ FZ=(0.15～0.7) FZ ?。? FX=0.5 FZ=0.5×1527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.6×1527.6=916.5N (2)滾珠絲杠設計計算 綜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。 則 P=1.15×763.8+0.16×(1527.6+800)=1250.8N 1) 強度計算： 壽命值 L1= n1== 取工件直徑 D=80 mm,查表得T I=15000h 則： n1==20r/min L1==18 最大動負載 Q= 查表得： 運轉系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1 則 Q=×1.2×1×1250.8=39933.6N 根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為φ32mm,型號為FC1B32×6—5—E2，其額定動載荷是10689N，所以強度足夠用。 2）效率計算：根據(jù)〈〈機械原理〉〉的公式，絲杠螺母副的傳動效率η為： η= 式中 摩擦角ψ=10′　　螺旋升角γ=3°25′ 則 η= 3)剛度驗算：滾珠絲杠受到工作負載P引起的導程的變化量 △L1=± 式中 L0=6mm=0.6cm； E=20.6×166N/ cm2。 滾珠絲杠截面積 F=()2π=（）2×3.14 則 △L1=±=±5.9×10-6㎝ 滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。所以： 導程變形總誤差△為 2 ==×5.9×10-6=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。 4）穩(wěn)定性驗算：由于機床原絲杠直徑為φ30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為φ32 mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題。 (3)齒輪及轉距的有關計算 1）有關齒輪計算 傳動比 i===1.25 故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm α=20° d1=m Z1=2×32=64mm d2= m Z2=2×40=80mm dα1 =d1 +2ha*=68mm dα2=d2+2ha*=84mm α===72㎜ 2) 轉動慣量計算 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉動慣量： J1=()2W=()2×80=0.468㎏·㎝2 =4.68N·㎝2 絲杠的轉動慣量： JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×3.24×140.3 =11.475㎏·㎝2=114.75N·㎝2 齒輪的轉動慣量： JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝2=26.17 N·㎝2 JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝2=63.9 N·㎝2 電機轉動慣量很小可以忽略。 因此,總的轉動慣量： J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1 =(11.475+6.39)+2.617+0.468 =14.519㎏·㎝2=145.19N·㎝2 3）所需轉動力矩計算 快速空載啟動時所需力矩 M=Mamax＋Mf＋M0 最大切削負載時所需力矩 M=Mat＋Mf＋M0＋Mt 快速進給時所需力矩 M= Mf＋M0 式中 Mamax ——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 ——由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； Mat ——切削時折算到電機軸上的加速度力矩； Mt ——折算到電機軸上的切削負載力矩。 Ma=×10-4N·m 當n=nmax時 Mamax =Ma nmax===416.7r/min Mamax=×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝ 當n=nt時 Ma=Mat nt====24.88r/min Mat=×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝ Mf == 當η0=0.8 f′=0.16時 Mf ==1.223㎏f·㎝ M0 =(1-η02) 當η0=0.9時預加載荷P0=Fx則： M0===0.462㎏f·㎝=4.62N·㎝ Mt===7.297㎏f·㎝=72.97 N·㎝ 所以, 快速空載啟動時所需力矩： M=Mamax＋Mf＋M0 =25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f·㎝ =274.05N·㎝ 切削時所需力矩： M=Mat＋Mf＋M0＋Mt =1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f·㎝ =105.18 N·㎝ 快速進給時所需力矩： M= Mf＋M0=1.223＋0.462=1.685㎏f·㎝ =16.85 N·㎝ 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， Mmax=27.405㎏f·㎝=274.05 N·㎝ (二)橫向進給系統(tǒng)的設計和計算 1. 橫向進給系統(tǒng)的設計 經(jīng)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。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。 2．橫向進給系統(tǒng)的設計和計算 由于橫向進給系統(tǒng)的設計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結果。 已知條件： 工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=30㎏f=300N 時間常數(shù) T=25ms 滾珠絲杠基本導程 L0=4㎜ 左旋 行程 S=190㎜ 脈沖當量 δp=0.005㎜/step 步距角 α=0.75°/ step 快速進給速度 vmax=1m/min (1)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=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N 在切斷工件時： Fy=0.5 FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N (2)滾珠絲杠設計計算 1）強度計算：對于燕尾型導軌： P=KFy＋f′(Fz＋W) 取K=1.4 f′=0.2 則 P=1.4×38.19＋0.2(76.38＋30) =74.74㎏f=747.4N 壽命值 L1===13.5 最大動負載 Q===213.55㎏f=2135.5N 根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為φ20㎜，型號為FC1B20×4—5—E2左，其額定動負載為5393N，所以強度足夠用。 2）效率計算：螺旋升角γ=3°38′，摩擦角ψ=10′　　 則傳動效率 η===0.956 3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量 △L1=±=±=±5.96×10-6㎝ 滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量△L2很小，可忽略，　即：△L=△L1所以導程變形總誤差為 △= 查表知E級精度絲杠允許的螺旋誤差（1m長）為15μm/m，故剛度足夠。 4）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，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，一端固定，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。 (3)齒輪及轉矩有關計算 1）有關齒輪計算 傳動比 i= 故取 Z1=18 Z2=30 m =2㎜ b=20㎜ α=20° d1=36㎜ d2=20㎜ dα1 =40㎜ dα1=64㎜ a=48㎜ 2)傳動慣量計算 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉動慣量： J1=㎏·㎝2 絲杠的轉動慣量： JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝2 齒輪的轉動慣量： JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.262㎏·㎝2 JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝2 電機轉動慣量很小可以忽略。 因此，總的轉動慣量： J= =1.258㎏·㎝2 3）所需轉動力矩計算 nmax= Mamax=N·m=2.23㎏f·㎝ nt==33.17r/min Mat==0.0174 N·m=0.1775 f·㎝ Mf===0.287㎏f·㎝=0.028 N·m M0=0.116㎏f·㎝=0.011 N·m Mt=1.824㎏f·㎝=0.182 N·m 所以，快速空載啟動時所需轉矩： M=Mamax＋Mf＋M0 =2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝ 切削時所需力矩： M=Mat＋Mf＋M0＋Mt =0.1774＋0.287＋0.116＋1.824 =2.404㎏f·㎝=24.04 N·㎝ 快速進給時所需力矩： M= Mf＋M0=0.287＋0.116 =0.403㎏f·㎝=4.03 N·㎝ 從以上計算可知：最大轉矩發(fā)生在快速啟動時，Mmax=2.633㎏f·㎝=26.33 N·㎝ 三、步進電機的選擇 (一) 步進電機的選擇的基本原則 合理選用步進電機是比較復雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下： 1 步距角α　步距角應滿足：α≤ 式中 i——傳動比 αmin——系統(tǒng)對步進電機所驅動部件的最小轉角。 2 精度 步進電機的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值。用積累誤差衡量精度比較實用。所以選用不進電機應滿足 △Q≤i[△θs] 式中 △Q——步進電機的積累誤差； [△θs]——系統(tǒng)對步進電機驅動部件允許的角度誤差。 3．轉矩 為了使步進電機正常運行（不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉速的要求，必須考慮： 1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為： Mq≥ 式中 Mq——電動機啟動力矩； ML0——電動機靜負載力矩。 根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。Mjm為步進電機的最大靜轉矩，是步進電機技術數(shù)據(jù)中給出的。 表(2) 步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表 運行 方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg /Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 2）在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應大于電動機的靜載力力矩與電動機轉動慣量（包括負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。 3 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足： ft≥[fcp]m 式中 ft——極限啟動頻率； [fcp]m——要求步進電機最高啟動頻率。 （二）步進電機的選擇 1．C616縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq = 685.125 N·㎝ 為滿足最小步矩要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進電機最大靜轉矩Mjm為： Mjm=791.14 N·㎝ 步進電機最高工作頻率 fmax=Hz 綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。 4 C616橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq = N·㎝ 電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以，步進電機最大靜轉矩Mjm為： Mjm= N·㎝ 步進電機最高工作頻率 fmax==3333.3 Hz 為了便于設計和采購，仍選用110BF003型直流步進電機，能滿足使用要求。 四、機床導軌改造 臥式車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床導軌面運動的。導軌就是支承和導向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準確的沿著一定的方向運動。導軌的導向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性能。 數(shù)控機床上，常使用滑動導軌和滾動導軌。滾動導軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟型數(shù)控一般不使用滾動導軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導軌，將太大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動導軌。 滑動導軌具有結構簡單，剛性好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導軌。這種導軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機床導軌進行修整后貼塑，使其成為貼塑導軌。 貼塑導軌摩擦系數(shù)小，且動靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強、加工性和化學性能穩(wěn)定，且 有良好的自潤滑性和抗振性，加工簡單，成本低。 目前應用較多的聚四氟乙稀（PTEE）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的Twrcite—B和我國生產(chǎn)的TSF軟帶材料，次、此種軟帶厚度為0.8㎜、1.6㎜、3.2㎜等幾種規(guī)格。考慮承載變形，宜厚度小的規(guī)格，如果考慮到加工余量，選用厚度為1.6㎜為宜。 貼塑軟帶粘貼工藝非常簡單，可直接粘結在原有的滑動導軌面上，不受導軌形式的限制，各種組合形式的滑動導軌均可粘結。粘結前按導軌精度要求對金屬導軌面進行加工修理。根據(jù)導軌尺寸長度放大3～4㎜，切下貼塑軟帶。金屬粘結面與軟帶結面應清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結，加壓固化，待其完全固化后進行修整加工。作為導軌面的表面，根據(jù)需要可進行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。 五、自動轉位刀架的選用 自動轉位刀架的選用是普通機床數(shù)控改造機械方面的關鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉位刀架，具有重復定位精度高，工件剛性好，性能可靠，使用壽命長以及工藝性能襖等優(yōu)點。 經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的系列刀架，具有重復定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點達到國內(nèi)先進水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的LD4—工型系列四工位自動刀架。C616適配刀架。 刀架技術參數(shù)： 刀位數(shù)：4 電動功率：60W 電機轉速：1400r/min 夾緊力：1t 上刀體尺寸：152×152 下刀體尺寸：161×171 技術指標：重復定位精度：≤0.005㎜ 工作可靠性：＞30000次 換刀時間：90° 180° 270° 2.9s 3.4s 3.9s 六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)選用 數(shù)控系統(tǒng)是一臺數(shù)控機床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機床數(shù)控改造中是至關重要的 現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為JWK—15T。 現(xiàn)將該經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如下： 1 生產(chǎn)廠家 南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司 2 用戶容量 24K 3 設定單位 X=0.005 Z=0.01 4 控制軸數(shù) X、Z兩軸 5 聯(lián)動軸數(shù) 二軸 6 編程尺寸 ±9999.99 7 快速(X/Z)向 316/㎜ 8 G功能 G00～G04 G22～G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G92 9 M功能 M00～M09 M20～M29 M92～M99 10 S功能 S01～S04 S05～S10 11 T功能 T1X～T8X 12 步進電機 ～220V ±10%50HZ 13 控制精度 1步 14 功耗W 360 15 環(huán)境溫度 0～40°C 16 相對溫度 80%（25°C） 17 外形尺寸（㎜） 340×400×220 18 系統(tǒng)重量 17 kg 七、典型零件的工藝設計及應用程序編制 所需加工零件的材料為45號鋼，加工零件如下圖所示： （一）工藝分析 1、該零件分七個工步來完成加工，即先用φ16的麻花鉆來鉆孔；再粗車外圓；第三步粗鏜孔；第四步精鏜內(nèi)孔；第五步精車外圓；第六步車M30的細牙螺紋（螺距F=0.75）；最后切斷。 2、較為突出的問題是如何保證φ38、φ18和長度50的尺寸公差，長度方向的中間凹槽，粗車、粗車刀的副偏角大于45°，棒料伸出三爪卡盤65mm裝夾工件。 3、選擇01號車刀（副偏角大于45°），02號螺距紋刀、03號內(nèi)孔鏜刀，04號割槽刀共四把刀。 4、G73進行外圓粗加工時，單邊粗車吃刀量1.75，U=1.75，R是切削次數(shù)4次，精車余量0.5mm； G71進行內(nèi)孔粗加工時，單邊粗車吃刀量1mm,U=1,R退刀量的值0.5mm,精車余量0.5mm。 （二）工件坐標系的設定 選取工件的右端面的中心點O為工件坐標系的原點。 （三）手動鉆孔 夾好工件，用φ16的麻花鉆手動鉆孔，孔深55mm。 （四）編制加工程序 N001 G94G54T1 M03S700M08 N002 G00Z0X32 N003 G01X-1F30 N004 G00Z1X30.6 N005 G01Z-44F80 N006 G00X31Z1 N007 G00X27 N008 GO1Z-22.4F80 N009 G00X28Z1 N010 G00X25 N011 G01Z-22.4F80 N012 G00X26Z1 N013 G00X23.9 N014 G01Z-20 N015 G00Z1X25 N016 G00X80Z120M09M05 N017 T2M06M08M03 N018 G00Z0X24 N019 G01X2.5F30 N020 G01X23.9 CHF=2 N021 G01Z-8F80 N022 G01X22Z-9.6 N023 G01Z-19.8 N024 G01X24.6 N025 G01X27 N026 G01X30.5Z-38.4 N027 G01Z-44 N028 G00X31Z-8 N029 G00X24 N030 G01X23.9 N031 G01X20.8Z-9.6 N032 G01Z-19.8 N033 G02X24.6Z-22.4CR=5.6F50 N034 GO1X30.4Z-38.4 N035 G01Z-44 N036 G00X80Z100M09M05 N037 T3M06M08M03 N038 G00Z3X23.3 N039 G33Z-11K=0.75 N040 G00X25 N041 G00Z3 N042 G00X23.1 N043 G33Z-11K=0.75 N044 G00X25 N045 G00Z3 N046 G00X23 N047 G33Z-11K=0.75 N048 G00X25 N049 G00X80Z120M09M05 N050 T4M06M08M03 N051 G00Z3X0 N052 G01Z-44F15 N053 G01Z3F50 N054 G00X80Z120M09M05 N055 T5M06M08M03 N056 G00X14.2Z1 N057 G01Z-41F50 N058 GOOX14Z1 N059 GOOX14.4 N060 G01Z-41 N061 G00X14Z1 N062 G00X16Z0 N063 G01X14.4Z-8 N064 G00Z0 N065 G00X17.6 N066 G01X14.4Z-8 N067 G00Z1 N068 G00X80Z120M09M05 N069 T6M06M08M03 N070 G00X32Z-40 N071 G01X12F30 N072 G00X80Z120 N073 M05M09M02 小結 三年的大學學習，讓我們對機械設計與制造方面的知識有了一個系統(tǒng)而又全新的的認識。畢業(yè)設計是我們學習中最后一個重要的實踐性環(huán)節(jié)，是一個綜合性較強的設計任務，它為我們以后從事技術工作打下了一個良好的基礎，對我們掌握所學知識情況進行了全面而又直觀的檢測。為了能夠較好的完成這次畢業(yè)設計，我投入了 萬分的精力做了充分的準備工作。 首先，我先針對畢業(yè)課題來考慮，在指導老師的指點和幫助下，對所需的資料進行搜集和整理，根據(jù)設計的要求，再對資料做一個簡單的歸類。 其次，依據(jù)指導老師給出的設計任務要求，先制定設計的總體方案，按照指導老師要求的設計進度，一步步的完成此次的設計任務。前幾周的數(shù)控拆裝綜合實驗，為我此次的畢業(yè)設計做了很好的鋪墊，讓我做起來沒有太多陌生的感覺，更加得心應手些。 畢業(yè)設計雖已結束，但想想我在其中所學到的知識，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無論是設計新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個復雜的技術過程，容不得半點含糊。設計人員應先明白設計的目的，了解產(chǎn)品的價值和實用性，其次要對設計的產(chǎn)品進行構思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫產(chǎn)品的設計說明書，進行繪圖。 這次的畢業(yè)設計培養(yǎng)了我獨立設計思考和分析解決問題的能力，拓寬了我的知識面，是一次很好的鍛煉機會！感謝指導老師焦主任和課外指導老師鄒工對我此次畢業(yè)設計的指導! 參考文獻 張新義 《經(jīng)濟型數(shù)控機床設計》 機械工業(yè)出版社 余英良 《機床數(shù)控改造設計與實例》 機械工業(yè)出版社 何銘新 《機械制圖》 高等教育出版社 徐 灝 《機械設計手冊》第2版 第4卷 機械工藝出版社