C616型普通車床改為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床

C616型普通車床改為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,c616,普通,車床,改為,改成,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控機(jī)床 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 一．設(shè)計(jì)（論文）題目：C616型普通車床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 二．原始資料： C616型普通車床總體設(shè)計(jì)相關(guān)資料、結(jié)構(gòu)分析圖、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊、機(jī)床改造設(shè)計(jì)手冊、非標(biāo)手冊、數(shù)控改造相關(guān)資料、已有原機(jī)型。 三．設(shè)計(jì)（論文）要求：要求學(xué)生對C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對縱橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蜻\(yùn)用所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械零件基礎(chǔ)知識(shí)對機(jī)床進(jìn)行改造，提供設(shè)計(jì)說明書，并通過CAD設(shè)計(jì)軟件繪制所設(shè)計(jì)總裝圖及外形結(jié)構(gòu)圖。 四．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 1設(shè)計(jì)（論文）說明書（根據(jù)大綱要求） 設(shè)計(jì)說明書一份 2 設(shè)計(jì)（論文）圖紙 C616車床改數(shù)控的橫向進(jìn)給系統(tǒng)圖、 C616車床改數(shù)控的縱向進(jìn)給系統(tǒng)圖 、 機(jī)床改造外形圖 五．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作期限： 任務(wù)書發(fā)給日期 2005 年 11月 15日 設(shè)計(jì)（論文）工作自 2005年 11月 15日 至 2006年 6月 15日 設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師 學(xué)科（方向）負(fù)責(zé)人 主管院長 畢業(yè)設(shè)計(jì)課題：C616型普通車床改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 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?，F(xiàn)我選用C616普通車床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 設(shè)計(jì)方案的確定 C616型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會(huì)擁有量大的普通車床。實(shí)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(jì)效果。 1.設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對縱橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制?？v向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 2.總體設(shè)計(jì)方案的確定 由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為:采用微機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 目錄 序言 ----------------------------------------- --------------------------------3 1 計(jì)方案的確定-------------------------------------------------------------4 2 任務(wù)------------------------------------------------------------------------4 3 體設(shè)計(jì)方案的確定------------------------------------------------------4 二、械部分改造與設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------4 1 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算---------------------------------------------4 2 向給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算----------------------------------------------10 三、進(jìn)電機(jī)的選擇---------------------------------------------------------------13 （一）步電機(jī)選用的基本原則------------------------------------------------13 （二）進(jìn)電機(jī)的選擇------------------------------------------------------------14 四、床導(dǎo)軌改造------------------------------------------------------------------15 五、自轉(zhuǎn)位刀架的選用---------------------------------------------------------16 六、經(jīng)濟(jì)型數(shù)機(jī)床改造時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的選用---------------------------------17 七、典型零件工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用程序的編制---------------------------------18 （一）藝分析---------------------------------------------------------------------18 （二）工坐標(biāo)系的設(shè)定---------------------------------------------------------19 （三）動(dòng)鉆孔---------------------------------------------------------------------19 （四）制加工程序---------------------------------------------------------------19 小結(jié)----------------------------------------------------------- --------------------21 參考文獻(xiàn)--------------------------------------------------------------------------22 說明書字?jǐn)?shù)：1.4萬 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)（論文）題目：C616型普通車床 改造為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 系 別： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 目錄 序言 ----------------------------------------- ----------------------------------3 1 計(jì)方案的確定-----------------------------------------------------------------4 2 計(jì)任務(wù)------------------------------------------------------------------------4 3 體設(shè)計(jì)方案的確定---------------------------------------------------------4 二、械部分改造與設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------4 1 向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算------------------------------------------------4 2 向給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算------------------------------------------------10 三、進(jìn)電機(jī)的選擇------------------------------------------------------------------13 （一）步電機(jī)選用的基本原則---------------------------------------------------13 （二）進(jìn)電機(jī)的選擇---------------------------------------------------------------14 四、床導(dǎo)軌改造---------------------------------------------------------------------15 五、自轉(zhuǎn)位刀架的選用------------------------------------------------------------16 六、經(jīng)濟(jì)型數(shù)機(jī)床改造時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的選用------------------------------------17 七、典型零件工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用程序的編制------------------------------------18 （一）藝分析------------------------------------------------------------------------18 （二）工坐標(biāo)系的設(shè)定------------------------------------------------------------19 （三）動(dòng)鉆孔------------------------------------------------------------------------19 （四）制加工程序------------------------------------------------------------------19 小結(jié)------------------------------------------------------------- --------------------21 參考文獻(xiàn)----------------------------------------------------------------------------22 序言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生完成本專業(yè)的最后一個(gè)極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)過的基本理論.基本知識(shí)與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進(jìn)行的一次基本訓(xùn)練，這對學(xué)生即將從事的有關(guān)技術(shù)工作和未來的開拓具有一定意義，其主要目的是： 1、學(xué)生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識(shí)。 2、學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序.規(guī)范和方法。 3、學(xué)生正確使用技術(shù)資料.國家標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)手冊.圖冊等工具書。進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算.數(shù)據(jù)處理.編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 4、 學(xué)生今昔功能調(diào)查研究。面向?qū)嶋H。面向生產(chǎn)。向工人和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度.工作作風(fēng)和工作方法。 摘要： 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C616普通車床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 關(guān)鍵詞：C616普通機(jī)床、數(shù)控改造、縱向進(jìn)給，橫向進(jìn)給、機(jī)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(guān)鍵詞：The C616 ordinary engine bed, the numerical control transformation,longitudinal enters for crosswise enters for, the engine bed contourtransformation. 一、設(shè)計(jì)方案的確定 C616型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會(huì)擁有量大的普通車床。實(shí)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(jì)效果。 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對縱橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制?？v向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 (二)總體設(shè)計(jì)方案的確定 由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關(guān)資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為:采用微機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 二、機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算 1 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)電機(jī)經(jīng)減速驅(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)電機(jī)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(shè)計(jì)要求那么高，而從改造方便、實(shí)用方面來考慮，一般把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端。 2 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件： 工作臺(tái)重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算) 時(shí)間常數(shù)： T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=6mm 行程： S=640mm 脈沖當(dāng)量： δp=0.01mm/step 步距角： α=0.75°/step 快速進(jìn)給速度： Vmax=2mm/min (1)切削計(jì)算 由〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊〉〉可知，切削功率 Nc=NηK 式中 N——電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N=4KW； η——主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7取η=0.65； K——進(jìn)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?yàn)? 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(jì)算FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ計(jì)算結(jié)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(dāng)FZ=1520N 時(shí)，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計(jì)算的依據(jù)。 從〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊〉〉中可知，在一般外圓車削時(shí)： 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(shè)計(jì)計(jì)算 綜合導(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。 則 P=1.15×763.8+0.16×(1527.6+800)=1250.8N 1) 強(qiáng)度計(jì)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(dòng)負(fù)載 Q= 查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)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(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為φ32mm,型號(hào)為FC1B32×6—5—E2，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠用。 2）效率計(jì)算：根據(jù)〈〈機(jī)械原理〉〉的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)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(yàn)算：滾珠絲杠受到工作負(fù)載P引起的導(dǎo)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(dǎo)程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。所以： 導(dǎo)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(yàn)算：由于機(jī)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(zhuǎn)距的有關(guān)計(jì)算 1）有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J1=()2W=()2×80=0.468㎏·㎝2 =4.68N·㎝2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。 因此,總的轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(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=Mat＋Mf＋M0＋Mt 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M= Mf＋M0 式中 Mamax ——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)軸上的摩擦力矩； M0 ——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=×10-4N·m 當(dāng)n=nmax時(shí) Mamax =Ma nmax===416.7r/min Mamax=×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝ 當(dāng)n=nt時(shí) Ma=Mat nt====24.88r/min Mat=×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝ Mf == 當(dāng)η0=0.8 f′=0.16時(shí) Mf ==1.223㎏f·㎝ M0 =(1-η02) 當(dāng)η0=0.9時(shí)預(yù)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(dòng)時(shí)所需力矩： M=Mamax＋Mf＋M0 =25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f·㎝ =274.05N·㎝ 切削時(shí)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(jìn)給時(shí)所需力矩： M= Mf＋M0=1.223＋0.462=1.685㎏f·㎝ =16.85 N·㎝ 由以上分析計(jì)算可知： 所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)， Mmax=27.405㎏f·㎝=274.05 N·㎝ (二)橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 1. 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)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)和計(jì)算 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(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： 工作臺(tái)重（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算） W=30㎏f=300N 時(shí)間常數(shù) T=25ms 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=4㎜ 左旋 行程 S=190㎜ 脈沖當(dāng)量 δp=0.005㎜/step 步距角 α=0.75°/ step 快速進(jìn)給速度 vmax=1m/min (1)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=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N 在切斷工件時(shí)： Fy=0.5 FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N (2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 1）強(qiáng)度計(jì)算：對于燕尾型導(dǎo)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(dòng)負(fù)載 Q===213.55㎏f=2135.5N 根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)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(hào)為FC1B20×4—5—E2左，其額定動(dòng)負(fù)載為5393N，所以強(qiáng)度足夠用。 2）效率計(jì)算：螺旋升角γ=3°38′，摩擦角ψ=10′　　 則傳動(dòng)效率 η===0.956 3）剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量 △L1=±=±=±5.96×10-6㎝ 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小，可忽略，　即：△L=△L1所以導(dǎo)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(yàn)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(qiáng)，故不再驗(yàn)算。 (3)齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 1）有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)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(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J1=㎏·㎝2 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝2 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。 因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： J= =1.258㎏·㎝2 3）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)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(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩： M=Mamax＋Mf＋M0 =2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝ 切削時(shí)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(jìn)給時(shí)所需力矩： M= Mf＋M0=0.287＋0.116 =0.403㎏f·㎝=4.03 N·㎝ 從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，Mmax=2.633㎏f·㎝=26.33 N·㎝ 三、步進(jìn)電機(jī)的選擇 (一) 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下： 1 步距角α　步距角應(yīng)滿足：α≤ 式中 i——傳動(dòng)比 αmin——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。 2 精度 步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩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。所以選用不進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足 △Q≤i[△θs] 式中 △Q——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； [△θs]——系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件允許的角度誤差。 3．轉(zhuǎn)矩 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——電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩； ML0——電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表（2）所示。Mjm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。 表(2) 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表 運(yùn)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(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。 3 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(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： ft≥[fcp]m 式中 ft——極限啟動(dòng)頻率； [fcp]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。 （二）步進(jìn)電機(jī)的選擇 1．C616縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq = 685.125 N·㎝ 為滿足最小步矩要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm=791.14 N·㎝ 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 fmax=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。 4 C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 Mq = N·㎝ 電動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm= N·㎝ 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 fmax==3333.3 Hz 為了便于設(shè)計(jì)和采購，仍選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。 四、機(jī)床導(dǎo)軌改造 臥式車床上的運(yùn)動(dòng)部件，如刀架、工作臺(tái)都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動(dòng)的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用性能。 數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，因而運(yùn)動(dòng)靈活輕便，低速運(yùn)行時(shí)不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價(jià)格貴。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控一般不使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，將太大增加機(jī)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(dòng)導(dǎo)軌。 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。普通機(jī)床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動(dòng)導(dǎo)軌的上述缺點(diǎn)，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。 貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動(dòng)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(qiáng)、加工性和化學(xué)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(yīng)用較多的聚四氟乙?。≒TEE）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?？紤]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(jié)在原有的滑動(dòng)導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對金屬導(dǎo)軌面進(jìn)行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長度放大3～4㎜，切下貼塑軟帶。金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)，加壓固化，待其完全固化后進(jìn)行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進(jìn)行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。 五、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選用 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，具有重復(fù)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(diǎn)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的自動(dòng)刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的系列刀架，具有重復(fù)定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4—工型系列四工位自動(dòng)刀架。C616適配刀架。 刀架技術(shù)參數(shù)： 刀位數(shù)：4 電動(dòng)功率：60W 電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400r/min 夾緊力：1t 上刀體尺寸：152×152 下刀體尺寸：161×171 技術(shù)指標(biāo)：重復(fù)定位精度：≤0.005㎜ 工作可靠性：＞30000次 換刀時(shí)間：90° 180° 270° 2.9s 3.4s 3.9s 六、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造時(shí)數(shù)控系統(tǒng)選用 數(shù)控系統(tǒng)是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機(jī)床數(shù)控改造中是至關(guān)重要的 現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為JWK—15T。 現(xiàn)將該經(jīng)濟(jì)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(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司 2 用戶容量 24K 3 設(shè)定單位 X=0.005 Z=0.01 4 控制軸數(shù) X、Z兩軸 5 聯(lián)動(dòng)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(jìn)電機(jī) ～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(shè)計(jì)及應(yīng)用程序編制 所需加工零件的材料為45號(hào)鋼，加工零件如下圖所示： （一）工藝分析 1、該零件分七個(gè)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(xì)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(hào)車刀（副偏角大于45°），02號(hào)螺距紋刀、03號(hào)內(nèi)孔鏜刀，04號(hào)割槽刀共四把刀。 4、G73進(jìn)行外圓粗加工時(shí)，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(jìn)行內(nèi)孔粗加工時(shí)，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(biāo)系的設(shè)定 選取工件的右端面的中心點(diǎn)O為工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。 （三）手動(dòng)鉆孔 夾好工件，用φ16的麻花鉆手動(dòng)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(jié) 三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)而又全新的的認(rèn)識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們學(xué)習(xí)中最后一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知識(shí)情況進(jìn)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(shè)計(jì)，我投入了 萬分的精力做了充分的準(zhǔn)備工作。 首先，我先針對畢業(yè)課題來考慮，在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)和幫助下，對所需的資料進(jìn)行搜集和整理，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，再對資料做一個(gè)簡單的歸類。 其次，依據(jù)指導(dǎo)老師給出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，先制定設(shè)計(jì)的總體方案，按照指導(dǎo)老師要求的設(shè)計(jì)進(jìn)度，一步步的完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。前幾周的數(shù)控拆裝綜合實(shí)驗(yàn)，為我此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)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(yīng)手些。 畢業(yè)設(shè)計(jì)雖已結(jié)束，但想想我在其中所學(xué)到的知識(shí)，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無論是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)過程，容不得半點(diǎn)含糊。設(shè)計(jì)人員應(yīng)先明白設(shè)計(jì)的目的，了解產(chǎn)品的價(jià)值和實(shí)用性，其次要對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫產(chǎn)品的設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行繪圖。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我獨(dú)立設(shè)計(jì)思考和分析解決問題的能力，拓寬了我的知識(shí)面，是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)！感謝指導(dǎo)老師焦主任和課外指導(dǎo)老師鄒工對我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)! 參考文獻(xiàn) 張新義 《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社 余英良 《機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例》 機(jī)械工業(yè)出版社 何銘新 《機(jī)械制圖》 高等教育出版社 徐 灝 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第2版 第4卷 機(jī)械工藝出版社