C6140型普通車床改造數(shù)控機(jī)床-橫向縱向改造含6張CAD圖

C6140型普通車床改造數(shù)控機(jī)床-橫向縱向改造含6張CAD圖,c6140,普通,車床,改造,數(shù)控機(jī)床,橫向,縱向,cad CA6140型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會(huì)擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實(shí)踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。 一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。 本設(shè)計(jì)主要是對CA6140普通型車床進(jìn)行數(shù)控改造，用微機(jī)對縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動(dòng)等缺點(diǎn)，但其成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，車床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動(dòng)原件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)傳動(dòng)主要有：滑動(dòng)絲杠螺母傳動(dòng)和滾珠絲杠螺母傳動(dòng)兩種，經(jīng)比較分析：前者傳動(dòng)效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀，因此采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 一 總體設(shè)計(jì)方案的確定 由于是對車床進(jìn)行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。 二 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 將普通車床改造成數(shù)控機(jī)床，除了增加控制系統(tǒng)外，機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，其中包括：縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，以及自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型。 技術(shù)參數(shù) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件： 工作臺重量：W=80kgf=800N 時(shí)間常量： T=25ms 行 程： s=640mm 步 驅(qū) 角： 2=0.75o/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ms 脈沖當(dāng)量： 8p=0.01mm/8tep 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件 工作臺重量：W=30kgf=300N 時(shí)間常量：T=25ms 行 程：s=190mm 步 驅(qū) 角：2=0.75度/step 脈沖當(dāng)量：8p=0.005mm/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min 目 錄 第一章 設(shè)計(jì)方案的確定 - 9 - 一、總體設(shè)計(jì)方案的確定 - 9 - 二、機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 10 - （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型 - 10 - (二) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 15 - 第二章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 - 19 - 一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用原則 - 19 - 二、步進(jìn)電機(jī)的選型 - 20 - （一）C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定 - 20 - （二）C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定 - 20 - （三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) - 20 - （四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) - 21 - 第三章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型 - 21 - 第四章 電動(dòng)刀架的選型 - 22 - 第五章 編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗?- 23 - 一、機(jī)床改造參數(shù)的選擇 - 23 - （一）車床縱向運(yùn)動(dòng)由Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 - 23 - （二）車床橫向運(yùn)動(dòng)由X向步時(shí)電動(dòng)機(jī)控制 - 23 - 二、程序設(shè)計(jì) - 23 - （一）數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定 - 23 - (二) 編程參數(shù)說明 - 23 - 參考文獻(xiàn) - 27 - 體會(huì) - 28 - 0 引言 回顧即將過去的20世紀(jì)，人類取得的每一項(xiàng)重大科技成果，無不與制造技術(shù)，尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。在某種意義上，超精密加工擔(dān)負(fù)著支持最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術(shù)在航天運(yùn)載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對海灣戰(zhàn)爭中美國及盟國武器系統(tǒng)與超精密加工技術(shù)的關(guān)系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對空攻擊能力、精確制導(dǎo)的對地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對抗技術(shù)方面，與超精密加工技術(shù)有密切的關(guān)系?？梢哉f，沒有高水平的超精密加工技術(shù)，就不會(huì)有真正強(qiáng)大的國防。 超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補(bǔ)功能（插補(bǔ)周期0.1ms）。基于PC機(jī)和數(shù)字信號處理芯片（DSP）的主從式硬件結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流，如美國的NAN OPATH和PRECITECH'S ULTRAPATH TM都采用了這一結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運(yùn)動(dòng)控制模塊（PM AC）開發(fā)應(yīng)用越來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構(gòu)性得到提高。我國國防科技大學(xué)研制開發(fā)的YH－1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASW－824工業(yè)一體化PC工作站為主機(jī)，用ADSP2181信號處理器模塊構(gòu)成高速下位伺服控制器。 模塊化、構(gòu)件化是超精密車床進(jìn)入市場的重要技術(shù)手段，如美國ANORAD公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運(yùn)動(dòng)控制平臺和車床。研制超精密車床時(shí)，布局就顯得非常關(guān)鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別，流行的布局方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如Pneumo公司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會(huì)社研制的超精密車床，用于車削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結(jié)構(gòu)，用于提高剛度；德國蔡司公司研制了4軸精密車床AS100，用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z和C軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時(shí)控制砂輪的車削點(diǎn)。此外，一些超精密加工車床是針對特殊零件而設(shè)計(jì)的，如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用應(yīng)力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)（CCOS）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可見，超精密車床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個(gè)性，需要特殊的設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)手段。 為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，高精度運(yùn)動(dòng)檢測是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有高分辨率（如ZYGO AX10MTM 2/20分辨率為1.25nm）與高穩(wěn)定性，測量范圍大，適合作車床運(yùn)動(dòng)線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對環(huán)境要求過于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當(dāng)會(huì)大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn)，德國Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床運(yùn)動(dòng)檢測，如該公司LI P401,材料長度220mm，分辨率為2nm，采用Zerodur材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k），動(dòng)靜尺間隙為0.6±0.1mm，對環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如Nanoform2500和Opt imum2400超精密車床都使用了Heidenhain光柵尺。 在數(shù)控軟件方面，開放性是一個(gè)發(fā)展方向。國外有關(guān)開放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的OS ACA、美國的OMAC和日本的OSEC。我國國防科技大學(xué)在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運(yùn)動(dòng)控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。 1.序言 課題簡介： 本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開設(shè)計(jì)的，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)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(dòng)化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機(jī)床進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)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(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn)，特別適合在設(shè)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(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)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(shí)又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。 利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù)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(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價(jià)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(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。 現(xiàn)我選用CA6140普通車床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 第一章 設(shè)計(jì)方案的確定 C6140型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會(huì)擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實(shí)踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。 一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。 本設(shè)計(jì)主要是對C6140普通型車床進(jìn)行數(shù)控改造，用微機(jī)對縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動(dòng)等缺點(diǎn)，但其成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，車床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動(dòng)原件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)傳動(dòng)主要有：滑動(dòng)絲杠螺母傳動(dòng)和滾珠絲杠螺母傳動(dòng)兩種，經(jīng)比較分析：前者傳動(dòng)效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀，因此采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 一 總體設(shè)計(jì)方案的確定 由于是對車床進(jìn)行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。 二 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 將普通車床改造成數(shù)控機(jī)床，除了增加控制系統(tǒng)外，機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，其中包括：縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，以及自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型。 （一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型 1、經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床的改造，采用步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)縱向進(jìn)給，有兩種方案：一種是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機(jī)安裝在溜板箱上，驅(qū)動(dòng)螺母傳動(dòng)。對于車床的改造而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實(shí)用等方面考慮，所以將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的左端。 2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件： 工作臺重量：W=80kgf=800N 時(shí)間常量： T=25ms 行 程： s=640mm 步 驅(qū) 角： 2=0.75o/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ms 脈沖當(dāng)量： 8p=0.01mm/8tep （1）切削力的計(jì)算 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得公式 No=Ndη （公式一） 其中 NO — 為傳動(dòng)件的額定功率 Nd—主電機(jī)的額定功率，見使用說明書得：Nd=4.5 kw η — 從電機(jī)到所計(jì)算的傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率（不含軸承的效率） 從電機(jī)到傳動(dòng)軸經(jīng)過皮帶輪和齒輪兩種傳動(dòng)件傳動(dòng)，所以 η=n1×n2 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得n1 =0.96 n2=0.99 所以：η=0.96×0.99=0.9504 取 η=0.95 η即N=4×0.95=3.8（kw） 又因?yàn)橹鱾鲃?dòng)系統(tǒng)效率一般為0.6～0.7 之間，所以取0.65 所以NC（進(jìn)給效率）=3.8×0.65=2.47（kw） 由《機(jī)械加工工藝手冊》得Pm= ×9.8 （公式二） ≈ 式中Vs ——切削速度，設(shè)當(dāng)其為中等轉(zhuǎn)速，工件直徑為中等 時(shí)，如D=40mm時(shí)，取Vs=100m/min 主切削力 FZ = =151.164（Rgf）=1511.64N 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得主切削力 FZ=CFzapxfx×fyfz×kfz(經(jīng)驗(yàn)公式) CFzapxfx fyfz kfz (公式三) 對于一般切削情況，切削力中的指數(shù)xfx≈1 ?FZ=0.75 Kfz≈0 CFZ=188kg/㎜2=1880Mpa F2的計(jì)算結(jié)果如下：  ap(㎜) 2 2 2 3 3 3 f(㎜) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 Fz(N) 105 1524 1891 1681 2287 2837 為便于計(jì)算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2㎜ 走刀量f=0.3㎜為以下計(jì)算以此為依據(jù)。 由《機(jī)械床設(shè)計(jì)手冊》得，在一般外圓車削時(shí)，F(xiàn)x≈（0.1～0.6）FZ Fy≈(0.15～0.7)Fz 取Fx=0.5 Fz Fy=0.6Fz ∴Fx=0.5×1511.7=755.9(N) Fy=0.6 Fz=0.6×1511.7=907.0(N) （2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算 由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計(jì)》，綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得 P=RGx+f′（Fz+w） (公式四) 其中R=1.15 , f′=0.15～0.18 取f′=0.16 P=1.15×755.9+0.16(1511.7+800) =1239.2(N) 強(qiáng)度計(jì)算 壽命值Li= （公式五） ni= （公式六） 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得Ti=15000h,原機(jī)床絲杠螺距為60㎜， D=80㎜ ni= =19.9≈20(r/min) Li==18 最大動(dòng)負(fù) Q=PfwfH (公式七) 其中 運(yùn)載系數(shù)fw=1.2 硬度系數(shù)Fh=1 Q=×1.2×1239.2×1 =3897.1(N) 根據(jù)最大動(dòng)力負(fù)載荷Q的值，查表選擇滾珠絲杠的型號為W5010—3.5×1，查表得數(shù)控車床的縱向精度為B級，左旋 即型號為W5010—3.5×1/B—900×1000 其額定載荷是3970N 效率計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械基礎(chǔ)》得，絲杠螺母副傳動(dòng)效率為 η= (公式八) 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》得4一般為8′～12′取4=10′ 即：摩擦角4=10′，螺旋升角（中徑處）r=3O25′ 則η= =0.953 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 △L1=± (公式九) 其中 LO=10㎜=1㎝ E=20.6×106N/㎝2 滾珠絲杠橫截面積 F=()π d為滾珠絲杠外徑 =（）2×3.14 =18.47(㎝2) 則△L1==3.256×10-6≈3.27um 查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》，B級精度絲杠允許的螺距誤差（900㎜螺絲長度）為25nm/m ，因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。 ④穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于原機(jī)床杠徑為Φ30㎜，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為Φ50㎜，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問題，無需驗(yàn)算。 齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算 此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機(jī)器，沒有特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬定為217～255HBS。大齒輪選用45正火，齒面硬度169～217 HBS。 傳動(dòng)比i= 其中2表示步驅(qū)角，89表示脈沖當(dāng)量 i==2.1 取齒數(shù)z1=30, Z2=63 模數(shù)m=2mm, 嚙合角為200， 小齒輪齒寬為25㎜，大齒輪齒寬20㎜。 d1=mz1=2×30=30 d2=mz2=2×63=126 da1=m(z1+2)=2×(30+2)=64 a===93 齒輪傳動(dòng)精度 計(jì)算齒輪圓周速度V V===4.2(m/s) 根據(jù)齒輪圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級側(cè)隙分別為： 小齒輪：8GJ 大齒輪：8FL 傳動(dòng)慣量的選擇 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1=()2W =()2×80 = 0.467kg. ㎝2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=7.8×10-4D4L1=7.8×-4×(50㎜)4×14.9 =7.26(kg. ㎝2) 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JZ1=7.8×10-4×(60㎜)4×2=2.02(kg. ㎝2) JZ1=7.8×10-4×(126㎜)4×2=39.32(kg. ㎝2) 由于電機(jī)的傳動(dòng)慣量很小，一般可忽略不記 所以總的傳動(dòng)慣量為 J總=×(Js+Jz2)+Jz1+J1 =×(7.26+39.32)+2.022+0.467 =14.50(kg. ㎝2) =145.0(N. ㎝2) 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=Mmamx+Mf+MO （公式十二） 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt （公式十三） 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+MO （公式十四） 式中Mmamx —— 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mf —— 折算到電機(jī)軸上的磨擦力矩。 MO —— 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 Mat —— 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mt —— 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 Ma=×10-4（N.m）其中T=0.025 (公式十五) 當(dāng)n=nmax時(shí)，Mamax=Ma nmax====400(r/min) Mamat=×10-4=24.17(kgf.cm) =241.7(N.cm) nt= ==25.08(r/min) Mat=×10-4=1.51(kgf.cm) =15.1(N.cm) Mf== 當(dāng)?=0.8，f′=0.16時(shí)， Mf==1.213(kg.cm) =12.13(kg.cm) MO=(1-?o2) 當(dāng)?=0.9時(shí)，預(yù)加荷PO=Fx MO== =0.4033≈4.03(N.cm) Mt== =6.368(kg.cm)=63.68(N.m) 所以，快速空載啟動(dòng)所需力矩 M快空= Mamax+Mf+MO ＝ 241.7+1.213+4.03 =257.86(N.cm) 切削時(shí)所需力矩 M切= Mat+ Mf+ MO +Mt =15.1+12.13+4.03+63.69 =94.95(N.cm) 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M快速= Mf+MO =12.13+4.03 =16.16(N.cm) 由以上計(jì)算可得 所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí) Mamax= M快速=257.86(N.cm) (二) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （1） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)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)安裝在大拖板上,用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來,以保證其同軸度,提高傳動(dòng)精度。 （2） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件 工作臺重量：W=30kgf=300N 時(shí)間常量：T=25ms 行 程：s=190mm 步 驅(qū) 角：2=0.75度/step 脈沖當(dāng)量：8p=0.005mm/step 快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min 切削力的計(jì)算 橫向進(jìn)給量約為縱向的～,取則橫向切削約為縱向切削力 ∴Fz=F縱z=×1511.64 =755.82(N) 在切斷工件時(shí) Fy=0.6 F縱z=0.6×755.82=453.492(N) (3) 滾珠絲杠的計(jì)算 強(qiáng)度的計(jì)算 對于燕尾型導(dǎo)軌 P=Kfy+f′(Fz+W) 其中，K=1.4，f′=0.2 P=1.4×453.492+0.2×(755.82+300) =846.05(N) 壽命值Li===13.5 最大動(dòng)負(fù)載Q=fwfr1p 其中 fw（運(yùn)載系數(shù)）=1.2 fh(硬定系數(shù))=1 Q=×1.2×1×846.05 =2417.4(N) 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號,其公稱直徑為35㎜,型號為W3508-3.5×1/B左190×290，額定動(dòng)負(fù)載荷為2520W，所以強(qiáng)度夠用。 效率計(jì)算 ?= r（螺紋升角）=3O38′ 4（磨擦角）=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 △L1== F=（）2其中為滾珠絲杠的外徑 =（）2×3.14 =9.0746 △ L1 = ±=±3.62×10-6(㎝) 因?yàn)闈L珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化化量△L2很小，可忽略不計(jì)，即△L=△L1， 即導(dǎo)程變化總誤差為 △=△L=×3.62×10. -6 =4.52(min/m) 查表知B級精度絲杠允許的螺矩誤差（在300㎜之內(nèi)）為15um/n ，所以剛度足夠。 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等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。 ⑤、齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算 減速器為一般機(jī)器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼、調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217～255HBS；大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169～217HBS 傳動(dòng)比 i = 其中8表示步驅(qū)角；8P表示脈沖當(dāng)量 i= 所以，取Z1=30，Z2=99 M=2mm，嚙合角為20° 小齒輪齒寬為25mm；大齒輪齒寬為20mm。 d1=mZ1=2×30=60 d2=mZ2=2×99=198 da1=m(Z1+2)=2×(30+2)=64 da2=m(Z2+2)=2×(99+2)=202 a= 齒輪傳動(dòng)精度 計(jì)算齒輪圓周速度V V= 根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為： 小齒輪：8GJ 大齒輪：8FL ⑥、傳動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量 J1= =0.04378(Kg.cm2) 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： JS=7.8×10-4×D4×L1=7.8×10-4×3.54×13.3 =1.556(㎏.㎝2) 齒輪的傳動(dòng)的慣量 JZ1=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×64×2 =2.02(㎏.㎝2) JZ2=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×（198㎜）2×2 =239.76(㎏.㎝2) 由于電機(jī)傳動(dòng)慣量很小，可以忽略不計(jì)，因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= (JS+JZ2）+JZ1+J1 = (1.556+239.76）+2.022+0.04378 =24.22(㎏.㎝2) ⑦所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 nmax= Mamax= =4.16(N.m) nt =43.79(r/min) Mat= =0.4419(N.m) Mf= 其中，f’=0.2 η=0.8時(shí) Mf= =0.029（N.m） M0= =0.1386≈0.0139（N.m） Mt= =2.19(kgf.cm) ≈0.219（N.m） 所以，快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 M=Mamax+Mf=Mo =4.16+0.029+0.0139 =4.2079(N.m) 切削的所需力矩 M切=Mat+Mf+Mo+Mt =0.4419+0.029+0.0139+0.219 =0.6938(N.m) 快速啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M快進(jìn)= Mf+Mo =0.029+0.0139 =0.0429(N.m) 即最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) 即 Mamax=4.2079(N.m) 第二章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用原則 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確的選擇。 （一）α，步距角應(yīng)滿足：α= 式中i——傳動(dòng)比 amin——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角 （二） 精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足。 △Qm≤i[△Qs] 式中△Qm——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差。 [△Qs]——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。 （三）轉(zhuǎn)距 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步）正常啟動(dòng)并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮； ①啟動(dòng)力矩，一般啟動(dòng)力矩選取為 Mq≥ 式中Mq——電機(jī)啟動(dòng)力矩 ML0——電機(jī)靜負(fù)載力矩 ②在要求在運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。 (四) 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足： fi≥[fop]m 其中fi——極限啟動(dòng)頻率 [fop]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率 二步進(jìn)電機(jī)的選型 （一）C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq= 取參數(shù)為0.4 = =644.6（N.m） 為了滿足最小步距要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式。查手冊得知：Mq/Mjm=0.866，所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為 fmax===3333.3（HZ） 綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)能滿足使用要求。 （二）C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq= 電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式 查手冊得Mq/mjm=0.866 Mjm= =1.215(N.m) 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 fmax= 綜合考慮，查表選用110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)，能夠滿足使用要求。 （三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號 相數(shù) 步驅(qū)角 電壓 相電流 最大轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)率 110BF003 3 0.75 80 6 7.84（80） 1500 運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑 7000 46.06(4.7) 0.37 三相六拍 6 110 160 11 參考價(jià) 原型號 350 BFG090811 （四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 電機(jī)型號 相數(shù) 步驅(qū)角 電壓 相電流 最大轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)率 110BF004 3 0.75 30 4 4.9（50） 500 運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑 34.3(3.5) 0.76 三相六拍 5.5 110 110 11 參考價(jià) 原型號 350 BFG09041111 第三章經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型 用數(shù)控機(jī)床工工件時(shí)，首先應(yīng)編制零件加工程序。這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主動(dòng)的變速、啟動(dòng)、停止、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向速度和位移量，以及刀具選擇交換，工件裝夾和冷卻潤滑的開關(guān)等動(dòng)作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、運(yùn)行軌跡和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行工作，從而達(dá)到加工出符含合要求零件的目的。 C6140數(shù)控車床改造后聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為二軸聯(lián)動(dòng)且傳動(dòng)精度要求比較高，主要有A850CNC系統(tǒng)和JWK兩種系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)際比較分析，JWK系統(tǒng)的核心是MCS-51系列的8031單片微機(jī)，其采用ISO國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼編程，能自動(dòng)完成車削端面、內(nèi)外圓、倒角等功能，并配有完備的S、T、M功能。該系統(tǒng)爾采用模塊化設(shè)計(jì)，內(nèi)部有計(jì)算機(jī)等四種模塊。更換維修方便快速。A850CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，工藝先進(jìn)，性能穩(wěn)定，可維修性很大。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，以及數(shù)控系統(tǒng)的要求，經(jīng)過實(shí)際比較分析，選用JWK系列。其中又以JWK-15T型系統(tǒng)應(yīng)用最廣、功能較強(qiáng)、操作使用更方便。所以，決定使用JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。 JWK-15T主要性能參數(shù)如下： 生產(chǎn)廠家 南京微分電機(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司 型 號 JWK-15T 用戶容量 24K 設(shè)定單位 X=0.005，Z=0.01 控制軸數(shù) X、Z 聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 二軸 編程尺寸 ±9999.99 快速（X/Z）向 3/6m/min G功能 M00～M09，M20～M29，M97～M99 S功能 S01～S04，S05～S10 T功能 T、X～T8X 步進(jìn)電機(jī) 110BF003 工作電源 220V±10% 50HZ 控制精度 1步 功耗W 360 環(huán)境溫度 0～40℃ 相對濕度 80%（25℃） 外形尺寸（mm） 340×400×200 系流重量（kg） 17 第四章 電動(dòng)刀架的選型 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床，數(shù)控改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。 電動(dòng)刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動(dòng)刀架裝即可但要注意兩點(diǎn)： 1) 電動(dòng)刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行。 2) 電動(dòng)刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時(shí)切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架系統(tǒng)。 綜合各方面因素，選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型系列四工位自動(dòng)刀架。 機(jī)床型號 C6140 刀位數(shù) 4 電機(jī)功率（W） 120 電機(jī)轉(zhuǎn)速 1400r/min 夾緊力 1 切體尺寸 152×152 下刀體尺 161×171 LD4-I型刀架技術(shù)指標(biāo) 配車床型號 C6140 重復(fù)定位精度 ≤0.005mm 工作可靠性 >30000次 換刀時(shí)間 90° 2.9（秒） 180° 3.4（秒） 270° 3.9（秒） 第五章 編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗? 一機(jī)床改造參數(shù)的選擇 （一）車床縱向運(yùn)動(dòng)由Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 110BF003型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 配套絲杠螺距為10㎜ 泳沖當(dāng)量：0.01㎜ 改造后的泳沖當(dāng)量：0.01㎜ （二）車床橫向運(yùn)動(dòng)由X向步時(shí)電動(dòng)機(jī)控制 110BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 配套絲杠螺距為8㎜ 脈沖當(dāng)量：0.05㎜ 改造后的脈沖當(dāng)量：0.05㎜ 二程序設(shè)計(jì) （一）數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定 脈沖當(dāng)量：X向（橫向）為0.05㎜ Z向（縱向）為： 0.01㎜ 坐標(biāo)原點(diǎn)為：0點(diǎn) 加工起點(diǎn)為：A點(diǎn) 安裝方法：零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專用芯軸方式定位。 使用方法：專用組合車刀、切刀 加工工序說明：此工序?yàn)榫嚰庸?，零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺寸預(yù)留精車余量0.8～1.2㎜ (二) 編程參數(shù)說明 加工編程中以球頭車刀圓心與加工起點(diǎn)相重合φ187外圓處侄角計(jì)算， 見圖一。 因?yàn)锳O1=R=2 所以BC=2－2×sin45°=0.585784 CD=O1O=BC/sin45°=0.828 O2E=1－0.828=0.172 02F=03F=2+0.172=2.172 見立體圖 3、編制程序 JWK-15T型數(shù)控裝置零件加工程序如下： NO10 NO20 N030 N040 N050 N060 N070 N080 N090 N110 F140 N120 N130 N140 N150 N160 N170 F140 N180 G92 M03 G04 G01 X38、48 G04 G01 G04 G01 G03 G04 G01 G04 G01 G021 G02 G04 X300 Z76 F2.0 X44 F400 F80 F2.0 X42、48 F80 F2.0 V4 W4 F140 N100 G04 F2.0 V17.52 W-22 I46.48 K-22 F2.0 X76 F100 F2.0 W-8 F100 F2.0 V6 W-3 I6 K0 F2.0 N190 N200 N210 N220 N230 N240 N250 N260 N270 N280 N290 N300 N310 N320 N330 N340 N350 N360 N370 N380 N390 N400 G01 G04 G01 G04 G01 G01 G04 G01 G04 G01 G04 G01 G01 G04 G01 G04 G01 T22 G04 G01 G04 G01 X188.98 F80 F2.0 V4.344 W-2.172 F100 G04 F2.0 W-28.828 F100 X187 F80 F2.0 V2 W-1 F100 F2.0 X57 F100 F2.0 W-5 F80 X201 F260 F2.0 W52 F260 F2.0 W4 F80 F2.0 X73 F260 F2.0 X66 F80 N410 N420 N430 N440 N450 N460 N470 N480 N490 N500 N510 N520 G04 G01 G04 G01 G04 G01 G04 G01 T01 G01 Z76 M02 F2.0 X60 F80 F2.0 X58 F80 F2.0 X201 F260 F2.0 V108 W32 F300 X300 F100 參考文獻(xiàn) 1、《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》 作者《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》編委會(huì) 出版社：北京、兵器工業(yè)出版社 1995年 2、《實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊》 作者《實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)》編委會(huì) 出版社：北京出版社 1993年 3、《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例》 作者：余英良 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 1998年 4、《數(shù)控加工程序編制》 作者：范炳炎 出版社：航空工業(yè)出版社 1992年 5、《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 作者：張新義 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 1994年 6、《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》 作者：《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》編委會(huì) 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 1979年 7、《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 作者：李恒權(quán) 出版社：青島海洋大學(xué)出版社 1993年 8、《數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊》 作者：李福生 出版社：北京出版社 1996年 9、《AutoCAD習(xí)題精解》 作者：姜勇 出版社：人民郵電出版社 2000年 10、《機(jī)床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用》 作者：李宏勝 出版社：高等教育出版社 2001年 11、《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》作者：李益民 體 會(huì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們四年學(xué)知識的一次總結(jié)和應(yīng)用，是對我們自身能力的一次檢驗(yàn)，通過這次檢驗(yàn)，能讓我們知道自己的不足，在以后的工作生活中，不斷的改進(jìn)、學(xué)習(xí)、以原野高自己的綜合能力。 四年專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，其間也做過課程設(shè)計(jì)，對所學(xué)課程進(jìn)行過知識的系統(tǒng)運(yùn)用，但各課程綜合運(yùn)用較少。本次設(shè)計(jì)，讓我們對四年的知識有了總體的綜合運(yùn)用，提高了我們綜合能力和靈活運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論的能力。各科之間的聯(lián)系有了清晰的認(rèn)識。 機(jī)械專業(yè)雖然是一門很成熟的專業(yè)，然而對我們來說，我們懂得知識還很有限。要在這方面有所提高。我們還必須在基礎(chǔ)理論上下功夫，以理論聯(lián)系實(shí)際，才能使我們的知識有一個(gè)量變到質(zhì)變的飛躍。 以后的學(xué)習(xí)道路還很長，人生就是在不斷地學(xué)習(xí)中提高自己，而畢業(yè)設(shè)計(jì)也給了我們自信，讓我們相信以后會(huì)做得更好。 在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，由于首先接觸這燈課題的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)的資料準(zhǔn)備不足，時(shí)間的緊迫可能在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)很大的問題。盡管在指導(dǎo)老師的全力指導(dǎo)下，錯(cuò)誤也再所難免，這樣，讓我有了一次知識的重新積累。 - 26 -