CA6140车床经济型数控改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题目 床经济型数控改造设计 专 业 学 号 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括： (1) 床身的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零部件的耐磨性，尤其是机床导轨。为此，本例中采用旧床身淬火并贴膜。 (2) 拖板的改造，拖板是数控系统直接控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度高，安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化 的加工要求。 关键字：普通车床 数控改造 步进电机 经济型数控系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 C of on of C to of of (1) so as as to at to of in (2) is so is is is of of of (3) of to so on (4) of be NC of of to of as so of of C 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 2 计总体要求 2 关已知条件 2 3 削力的分析与计算 3 4 轴的变速范围 4 轴的电机校核 4 对比分析 4 速箱体的设计 4 计算与选型 5 号的选择 5 珠丝杠的计算 6 7 8 向步进电机的选择 8 向步进电机的选择 12 1 8 19 致谢 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。 6 年后，即在1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。 我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 台，即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来，我国数控机床年产量 约为 台，年产值约为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10 年以上的占 60以上； 10 年以下的机床中，自动 /半自动机床不到 20， 自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。 所以必须大力提高机床的数控化率。 2 设计总体要求及相关已知条件 计总体要求 采用开环伺服进给系统，进行纵向进给机构的改造，横向进给机构的改造。具体要求： （ 1）计算切削力 （ 2）机床主电机功率计算 （ 3）进给伺服系统传动方案的设计 主要有三种方案：其一是由步进电机通过联轴器方式传递给滚珠丝杠；其二是由步进电机通过一对齿轮啮合方式传递给滚珠丝杠；其三是由步进电机通过同步齿形带的方式传递给滚珠丝杠。可对上述三种方式比较后选择其一。 （ 3）滚珠丝杠螺母副的设计、计算及选型 （ 4）导轨的计算及选型 （ 5）步进电机的计算及选用 关已知条件 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 将 通车床改造成经济型数控车床，要求车床有切削螺纹功能，纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向： 向 : 设计参数： 1）最大加工直径 在床面上 400 在床鞍上 210）最大加工长度 1000）快进速度 纵向 横向 ）最大切削进给速度 纵向 横向 ）最小指令值 纵向 向 ）进给传动链间隙补偿量 纵向 横向 ）电机功率 切削力分析与计算 削抗力分析与计算 车削外圆时的切削抗力有 切削力 切削速度方向一致，垂直向下， 是计算车床主轴电机切削功率的主要依据。且深抗力 纵向进给方向垂直，影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力 进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系 统是要用它。 纵切外圆时，车床 的主切削力 以用下式计算： )(5360 （ 1） 由 知 : x: 340(N) 144(N) 因为车刀装夹在拖板上的刀架内，车刀受到的车削抗力将传递到进给拖板和导轨上，车削作业时作用在进给拖板上的载荷 车刀所受到的车削买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 抗力有对应关系，因此，作用在进给拖板上的载荷可以按下式求出： 拖板上的进给方向载荷 x=1340(N) 拖板上的垂直方向载荷 z=5360(N) 拖板上的横向载荷 y=2144(N) 因此，最大工作载荷 )( （ 2） =1340+(5360+90 =) 对于三角形导轨 K=f = f =为是贴塑导轨 )， G 是纵向、横向溜板箱和刀架的重量，选纵向、横向溜板箱的重量为 75架重量为15 4 机床主电机功率计算 轴的变速范围 主轴能实现的最高转速与最低转速之比称为变速范围 即 ， 数控机床的工艺范围宽，切削速度与刀具，工件直径变化很大，所以主轴变速范围很宽。 则 2 141800 113r/里 电动机的额定转速 该机床主轴要求的恒功率调速范围 ： a x n 主轴电机的功率是： 选主轴电机的型号 选主轴电机的型号为： 列交流主轴驱动系统型号为1续负载 W=歇负载（ 60%） /时负载（ 20,额定负载 n/ =5000，最大转速 r/000,买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 额定转矩 性矩 轴电机的校核 电动机恒功率调速范围： 165008000m a x n 所以所选电动机型号的调速范围满足主轴所要求的调速范围。 5 传动方案拟定与计算 速器箱体的设计 经济型数控车床的脉冲当量是一不可改变的值，为了实现多脉冲当量的任意选择，我在步进电机与滚珠丝杠间加一个减速机构，下面即是对减速机构的设计过程。 由任务书中可知纵向和横向的脉冲当量分别为： 纵向 向 减少减速机构的体积设定中心距 A=(z1+z2)m/2=中 m= z1+0(齿 ) 则以横向脉冲计算为例 i=z1/5/45 时，则脉冲当量为 i=z1/0/50 时，则脉冲当量为 i=z1/0/60 时，则脉冲当量为 滚珠丝杠螺母副的选择与计算 号选择 1) 最大工作载荷计算 由于导向为贴塑导 轨，则： k=f = 工作台进给方向载荷， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 144N； 360N； 340N； G=60t=15000h， 最大工作载荷： F m=f () =2144+360+2 1340+75) =)最大动负载的计算 v 横 =1400r/ r = 1106 mm/n 横丝 = v 横 1/2 / L。纵 =1106 1/2 / 5 =6006 =1106 15000 /106 = =3L 初选滚珠丝杠型号为 :基本参数为 =211， L。 =60数 列数 1 珠丝杠的计算 1)传动效率 计算 = (+)=1/11+10)=93% 2)刚度验算 1 丝杠的拉压变形量 1=L/ 320/104 25 = 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 3 D w F = 这里 3 3 1118N Z=w=50/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1=杠的总变形量 =1+2=表知 E 级精度丝杠允许的螺距误差为 所选丝杠合格。 7 导轨的选型与计 算 导轨除应具有卧式车床导向精度和工艺性外，还要有良好的耐摩擦、磨损特性，并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度，以减少导轨变形对加工精度的影响，要有合理的导轨防护和润滑。一般机床导轨材料多为 200 灰口铸铁，机床改造时可在原床鞍下滑面经机械加工后贴一层聚四氟乙烯软带，聚四氟乙烯软带与铸铁配合时，有良好的减磨性能，可有效地防止机床爬行。此外，床鞍与床身、中滑板与小滑板应接触均匀， 接触面不应少于 70，接触点数不应少于10 点 应严格按标准检查。运行时不许有爬行现象，这是保证加工精度和一致性的关键因 素之一。 8 步进电机的选择与计算 向步进电机的选择 定系统的脉冲当量 脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。因此，脉冲当量应根据机床精度的要求来确定，定位精度为 此选用的脉冲当量为 冲 冲。 距角的选择 根据步距角初步选步进电机型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角b ，三种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。步距角 b 及减速比 i 与脉冲当量 p 和丝杠导程 关。初选电机型号时应合理选择 b 及 i, 并满足： b (p i 360)/ 由上式可知： b p i 360/60 1/10=买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 初选电机型号为 :90体参数如表 1 所示 表 1 步进电机选型参数表 纵向电机 步距角 相数 驱动电压 电流 90 5 50V 3A 静转矩 空载起动频率 空载运行频率 转动惯量 重量 2200 30000 40 1 电机简图 频特性： J =J 102 (由于： 360 (r/则： 21060360 m a x2 pt (式中： J 为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（ ； 为电机最大角加速度（ ； 与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（ r/ t 为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（ s） ;运动部件最大快进速度（ mm/ p 为脉冲当 量（ 冲）； b 为初选步进电机的步距角 （ ）步 ，对于轴、轴承、齿轮、联轴器，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式为 J= 8 2,对于钢材，10 3 (，则上式转化为 J= 10 3 (，式中： 圆柱体质量（ D 为圆柱体直径（ 电动机转子转动惯量，可由资料查出。 (1)丝杠的转动惯量 s/ i 为丝杠与电机轴之间的总传动比 由于 i=1 则 ： 10 3 = 170 10 3 = (2)工作台质量折算 工作台是移动部件，其移动质量惯量折算到滚珠丝杠轴上的转动量 G=（ 20L ） 2 M( ,式中： 丝杠导程（ M 为工作台质量（ 由于 M=90 则 ： 20L ） 2 M= 2)( 90= 1）一对齿轮传动 小齿轮装置在电机轴上转动惯量不用折算，为 2 折算到电机轴上为 22212 2）两对齿轮传动 传动总速比 i=级分速比为 i1=z2/ i2=z4/轮 1 的转动惯量为 轮 2 和 3 装在中间轴上，其转动惯量要分别折算到电机轴上，分别为 212 和 212 的转动惯量要进行二次折算或以总速比折算为： 24212 ( 432 因此，可以得到这样的结论：在电机轴上的传动部件转动惯量不必折算，在买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 其他轴上的传动部件转动惯量折算时除以该轴与电机轴之间的总传动比平方。 由于减速机构为一对齿轮传动，且第一级 i=1,则可分别求出各齿轮与轴的转动惯量如下： n=45,m=转动惯量 分度圆直径 d=45 =27则 : 10 3 =n=40,m=转动惯量 分度圆直径 d=40 0=27则 :64 10 3 =n=30,m=转动惯量 分度圆直径 d=30 5=27则 : 10 3 =n=45,m=转动惯量 分度圆直径 d=45 =30则 : 10 3 =n=50,m=转动惯量 分度圆直径 d=50 5=30则 : 10 3 =n=60,m=转动惯量 分度圆直径 d=60 0=30则 :94 10 3 =两输入输出轴的转动惯量为 : J 输入 = 13 10 3 = ; L=130 输 出 = 13 10 3 = ; L=130表得： 综上可知： J =s+30+60+又由于 V =1600=2236mm/： 10 2 =3)力矩的折算： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1） 载摩擦力矩 。 式中： G 为运动部件的总重力（ N）； f为导轨摩擦系数； i 为齿轮传动降速比； 为传动系统总效率，一般取 =L。为滚珠丝杠的基本导程（ 由于 G=90 10=900N, f= i=1, = =） 加摩擦力矩 )1(00 式中： 滚珠丝杠预加负载，即预紧力，一般取 1/3m 为进 给牵引力（ N） , 。为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取 。 0= = 则 40 于 则所选步进电机为五相十拍的 经表查得 ： = 5=以所选步进电机合乎要求 步进电机的矩频特性计算加减速时间校核的快速性 T= )( ( 式中： T 为加减速时间， 别为转子，负载的转动惯量（ 为电机得步距角（ ）， l 为电机最大平均转矩，负载转矩（ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 f。 ,起始加速时，加速终了时的频率（ 由于 10 3 = 2000000 T= )33 (30000以选此步进电机能满足要求。 矩频特性曲线 图 2 矩频特性曲线 向步进电机的选择 距角的确定 b p i 360/ i=1， p= b 初选电机型号为 :110 2 电机型号 横向电机 步距角 相数 驱动电压 电流 1105 80V 3A 静转矩 空载起动频率 空载运行频率 转动惯量 重量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 500 35000 16 3 电机简图 频特性 (1)力矩的折算 1)空载摩擦力矩 0/2i； G=60 10=600N； f= 1060 =2)附加摩擦力矩 0= )1(2 0 20 144 =115 2)转动惯量的折算 1)滚珠丝杠的转动惯量 10 3 D=4L=26 10 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 =)4 26 10 3 =2)工作台转动惯量 22( ）。L M； M=60 22( ）。L M= ）（ 60= (3)多脉冲减速装置的转动惯量折算 Z=30 d=30=45 J=D L 10 =10 =Z=40 d=40=60 J=D L 10 =6 10 =Z=45 d=45= J=D L 10 =10 =Z=50 d=50=75 J=D L 10 =10 =Z=60 d=60=90 J=D L 10 =9 10 =又由于 J 输入 = J 输出 = 5.8 则 J =G+8 J 36060 10 2 1600=1248mm/t=p=b=0 =0=15=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 又 进电机为五相十拍 = m16=以此步进电机符合条件 (4)上升时间校核 t= )( (10 3 10 3 =； m； 5005000 t= )2 5 )33 (35000乎要求 设计小结 这次课题设计总计费时一个多月，刚开始时不知从何下手，在老师的指导下到图书馆查阅相关资料。有关数控上的资料翻了数次，有参考了相关设计资料，终于知道了该怎么做。接下来筛选出一系列有价值的资料，与同组同学不断的讨论、向老师请教，终于完成了设计。 在做设计的过程中，不但 复习了所学过的知识点，还学到了新的知识，同时将所学到的知识充分的运用起来，做到了学以致用，还学会了查资料，除此之外，我还懂得了团结合作的重要性，知道了集体的力量！ 当然，在此过程中也有许多不足之处，例如：知识的不全面，所学的还没有全部掌握，思维的狭隘等，让我在毕业前上了生动形象的一课。 同时，做设计也是磨练决心与毅力的过程，面对复杂冗长的数据，打印长篇的论文，我也想过放弃，但想到它的意义我就又坚持了下来。做完了后，有一种豁然开朗的感觉，内心激动无比，经过了这次设计以后，我有信心，我也坚信只要努力、坚持，我们 就能走好人生的每一步。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 参考文献： 1 倪森寿 M肥工业大学出版社， 2007. 2 张建民 M等教育出版社， 2001. 3 尹志强 M械工业出版社，2007. 4 徐灏 M. 第二版 ,北京：机械工业出版社 ,2000. 5 赵松年、戴志义 M械工业出版社，1994. 6 赵松年、张奇鹏 M济大学出版社，1990. 7 黄家善 M械工业出版社， 2004. 8 李善术 M械工业出版社， 2001. 9 国家教委高等教育司、北京市教育委员会编 文）指 导