型普通车床改造成经济型数控车床的设计

1、 可修改 欢送下载 精品 Word 可修改 欢送下载 精品 Word 可修改 欢送下载 精品 WordCA6140型普通(ptng)车床(chchung)改造(gizo)成经济型数控车床的设计任务书学院学生姓名专业班级设计论文题目CA6140型普通车床改造成经济型数控车床的设计主要研究目标应用数控技术对C A 6140普通车床进行自动化和精密化的改造，改造技术主要为：在车床上附加数控装置和执行元件，选择适宜的机床伺服系统和计算机系统等。结果说明：经改造后的机床完全能实现加工外圆、锥度、螺纹、端面等的自动控制，提高了原机床的生产效率，降低了劳动强度采用数控技术改造的有效途径。主要研究内容应用数控

2、技术对C A 6140普通车床进行自动化和精密化的改造。研究方法通过AutoCAD及Protel等绘图软件为工具，结合数控技术和机床改装技术等知识，对C A 6140普通车床进行经济型的改造。说明书论文的要求说明书1份，约2万字，格式按学校统一规定。必须包括的内容为：1纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱，光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及减速箱安装在车床的床尾，由步进电机带动。2横向进给机构的改造：撤除横向丝杠换上滚珠丝杠，由步进电机带动。3数控装置硬件电路的设计，及软件局部零件图程序的编制。4AutoCAD出图：滚珠丝杠装配图，数控装置硬件电路图等。

3、5相关文献规定数量的英文翻译。图纸的要求滚珠丝杠装配图 A1图纸1张； 数控装置硬件电路图 A2图纸1张零件图 A3图纸1张； 模块流程图 A3图纸1张 主要参考文献1张磊，陈榕林.机床改装技术第一版.北京：机械工业出版社，1993年10月2文怀兴，夏田.数控机床系统设计.北京：化学工业出版社，2005年6月，P232-2423余英良.机床数控改造设计与实例.北京：机械工业出版社，1998年5月，P157起止时间自 2008年3月3日至6月20日指导教师签字： 年 月 日系主任意见 签字： 年 月 日院长意见签字： 年 月 日注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。另，学生(xu shen

4、g)所做毕业设计(论文(lnwn)的工作的研究成果归河北理工大学所有(suyu)，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。毕业(b y)设计指导(zhdo)老师(losh)评阅书指导老师评语(pngy) ( = 1 * GB3 根底(gnd)理论及根本技能的掌握; = 2 * GB3 独立解决实际问题的能力; = 3 * GB3 研究内容的理论依据和技术方法; = 4 * GB3 取得的主要成果及创新点; = 5 * GB3 工作的态度及工作量; = 6 * GB3 总体评价及建议成绩; = 7 * GB3 存在问题; = 8 * GB3 是否同意辩论等 ): 成绩: 指导老师签字: 年

5、月 日毕业设计(b y sh j)评阅教师评阅书评阅老师(losh)评语 ( = 1 * GB3 选题(xun t)的意义; = 2 * GB3 根底(gnd)理论(lln)及根本技能的掌握; = 3 * GB3 综合运用所学知识解决实际问题的能力; = 4 * GB3 工作量的大小; = 5 * GB3 取得的主要成果及创新点; = 6 * GB3 写作的标准程度; = 7 * GB3 总体评价及建议成绩; = 8 * GB3 存在问题; = 9 * GB3 是否同意辩论等):成绩: 评阅老师签字: 年 月 日毕业设计评阅(pngyu)教师评阅书评阅老师(losh)评语 ( = 1 * GB

6、3 选题(xun t)的意义; = 2 * GB3 根底(gnd)理论(lln)及根本技能的掌握; = 3 * GB3 综合运用所学知识解决实际问题的能力; = 4 * GB3 工作量的大小; = 5 * GB3 取得的主要成果及创新点; = 6 * GB3 写作的标准程度; = 7 * GB3 总体评价及建议成绩; = 8 * GB3 存在问题; = 9 * GB3 是否同意辩论等):成绩: 评阅老师签字: 年 月 日答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正确根本正确有一般性错误有原那么性错误没有答复辩论委员会评语及建议成绩: 辩论委员会主任签字: 年 月 日学院领导小组综合评定成绩:

7、学院领导小组负责人: 年 月 日摘要(zhiyo)普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择(xunz)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(ciyng)旧床身淬火并贴膜。(2) 拖板的改造(gizo)，拖板是数控系统直接(zhji)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

8、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，平安可靠。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根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 数控刀架目录(ml)1.绪论(xln)12.设计(shj)要求32.1总体方案设计(shj)要求3 2.2设计(shj)参数4 2.3.其它要求63. 车床改造的结构特点7 3.1.滚珠丝杆7 3.2导轨副73.3安装电动卡盘7 3.4脉冲发生器74.进给伺服系统机械局部设计与计算8

9、 4.1 机械局部的改造8 4.2进给系统机械结构改造设计9 4.3进给伺服系统机械局部的计算与选型10 4.3.1确定系统的脉冲当量10 4.3.2纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择雨校核步骤10 4.3.3 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤14 4.3.4齿轮有关计算16 4.3.41纵向齿轮及转矩的有关计算16 4.3.4 (2)横向齿轮及转矩的有关计算205. 步进电动机的计算与选型23 5.1步进电动机选用的根本原那么23 5.2步进电动机的选折246.主轴交流伺服电机24 6.1机床主运动电机确实定26 6.2主轴的变速(bin s)变速范围266.3初选(ch xun)主轴电

10、机的型号27 6.4主轴电机的校核(xio h)277. 微机控制系统(kn zh x tn)硬件电路设计287.1控制系统(kn zh x tn)的功能要求28 7.2硬件电路的组成28 7.3设计说明318安装调整中应注意的问题31 8.1滚珠丝杠副的特点31 8.2滚珠丝杠螺母副的选择328.3滚珠丝杠螺母副的调整32 8.4联轴器的安装32 8.5主轴脉冲发生器的安装32结论35参考文献36谢谢朋友对我文章的赏识，充值后就可以下载说明书，我这里还有一个压缩包，里面有相应的word说明书和CAD图纸。下载后请留上你的邮箱号或QQ号或给我的QQ留言：1459919609。我可以将压缩包送给

11、你。欢送朋友下次光临！1 绪论(xln)1.1课题(kt)背景1946年诞生(dnshng)了世界上第一台电子计算机，这说明(shumng)人类创造(chungzo)了可增强和局部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根底。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11.34万台，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0.60.8万台，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

12、的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等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、本钱高、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，影响企业的生存和开展。所以必须大力提高机床的数控化率。在美国、日本和德国等兴旺国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业

13、，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生Remanufacturing业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd得宝效劳集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装Retrofitting业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。1.2机床改造的内容及意义1.2.1研究意义企业要在当前市

14、场需求多变，竞争剧烈的环境中生存和开展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床那么综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。普通车床经过屡次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难到达大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控机床

15、(sh kn j chun)在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的开展(kizhn)，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动(zdng)加工的根本(gnbn)功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机(dinj)为驱动元件，无检测反响机构，系统的定位精度一般可达0.01至0.02mm，已能满足CW6140车床改造后加工零件的精度要求。1.2.2主要研究内容及技术路线(1)纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。(2)纵向和横向步进电机的选择。(3)主轴交流伺服电机的选择与校核。(4)其他元件的选择。1.3 机床的经济型数控化改造主要解

16、决的问题(1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障局部进行诊断并恢复。(2) NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床。(3) 翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气局部进行翻新，对机械局部重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以CNC进行更新。(4) 技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有根底上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。2 数控系统的选择(xunz)数控系统主要有三种类型，改造时，应根据(gnj)具体情况进行选择。2.1步进电机(dinj)拖动的开环系统系

17、统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率(pnl)以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度(sd)和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反响到输入端，故称该之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，本钱低，易改装成功。2.2异步电动机或直流电机拖动，光栅测量反响的闭环数控系统该系统与开环系统的区别是：由光

18、栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反响信号，随时与给定值进行比拟，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反响的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，本钱也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求，决定是否采用这种系统。2.3交/直流伺服电机拖动，编码器反响的半闭环数控系统半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部局部元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的

19、结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时那么无需考虑位置检测装置的安装问题。当前生产数控系统的公司厂家比拟多，国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司；国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司、华中数控公司和沈阳高档数控国家工程研究中心。选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要到达的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求,所以依据改造的具体要求选用上海通用数控公司KT400-T经济型车床数控系统和KT300步进驱动装置.3 机械(jxi)局部(jb)的改造(gizo)为了充分发挥数控系统的技术性能，保证改造后的车床(chc

20、hung)在系统控制下重复定位精度，微机进给无爬行，使用寿命长、外型美观，机械局部(jb)作了如下改动。(1) 床身为了使改造后的机床有较高的开动率和精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零件、部件的耐磨性，尤其是机床导轨的耐磨性。增加耐磨性的方法有1，增加导轨的外表强度如：淬火；2，降低摩擦系数等。当前国内外数控机床的床身等大件多采用普通铸铁。而导轨那么采用淬硬的合金钢材料，其耐磨性比普通铸铁导轨高5至10倍。据此，在改造中利用旧床身，采用淬火制成导轨，贴塑用螺钉和粘剂固定在铸铁床身上。粘接前的导轨工作外表采用磨削加工，外表粗糙度Ra0.8mm，以提高粘接强度。(2)

21、 主轴变速箱选用数控系统,主运动方式和传统机床一样都要求有十分宽广的变速范围116来保证加工时选择合理的切速，从而获得较高的生产率和外表质量,所以要根据具体情况对主轴边速箱进行改造。(3) 拖板拖板是数控系统直接控制的对象，不管是点位控制还是连续控制，对被加工零件的最后坐标精度将受拖板运动精度、灵敏度和稳定性的影响。对于应用步进电机作拖动元件的开环系统尤其是这样。因为数控系统发出的指令仅使拖板运动而没有位置检测和信号反响，故实际移动值和系统指令值如果有差异就会造成加工误差。因此，除了拖板及其配件精度要求较高外，还应采取以下措施来满足传动精度和灵敏度要求。在传动装置的布局上采用减速齿轮箱来提高传

22、动扭矩和传动精度(分辨率为0.01mm)。传动比计算公式为： 3-1式中：为步进电机的步距角(度)；p为丝杠螺距，mm；为脉冲当量，即要求的分辨率，mm。在齿轮传动中，为提高正、反传动精度必须尽可能的消除配对齿轮之间的传动间隙，其方法有两种，柔性调整法和刚性调整法。柔性调整法是指调整之后的齿轮侧隙可以自动补偿的方法，在齿轮的齿厚和齿距有差异的情况下，仍可始终保持无侧隙啮合。但将影响其传动平稳性，而且这种调整法的结构比拟复杂，传动刚度低。刚性调整法是指调整之后齿轮侧隙不能自动补偿的调整方法，它要求严格控制齿轮的齿厚及齿距误差，否那么传动的灵活性将受到影响。但用这种方法调整的齿轮传动有较好的传动刚

23、度，而且结构比拟简单。在设备改造中应用的配对齿轮侧隙方法是刚性调整法。采用滚珠丝杠代替原滑动丝杠，提高传动灵敏性和降低功率、步进电机力矩损失。 (4) 自动(zdng)换刀装置为了满足在一台机床(jchung)上一次装夹完成多工序加工，可采用(ciyng)自动刀架。自动刀架不但可代替普通车床手动刀架，还可用作数控机床微机控制元件。刀架体积小，重复定位精度高，适用于强力车削并平安(png n)可靠(kko)。(5) 拖板箱采用数控系统控制。撤除原拖板箱，利用此位置安装新拖板箱，新拖板箱除固定在滚珠丝杠的螺母上。挂轮箱、走刀箱撤除，在此两个位置分别装控制螺纹加工的主轴脉冲编码器和拖板轴向伺服元件功

24、率步进电机及减速箱。使改造后的机床外型美观、合理。改造后机床的启动、停机均由数控系统完成，故撤除原机床操纵杆，变向杠、立轴等杠杆零件。3.1 滚珠丝杠的选择3.1.1滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副具有与滚动轴承相似的特征。与滑动丝杠副或液压缸传动相比，有以下主要特点：传动效率高 滚珠丝杠的传动效率可达85%98%，为滑动丝杠副的24倍，由于滚珠丝杠副的传动效率高，对机械小型化，减少启动后的颤抖和滞后时间以及节约能源等方面，都具有重要意义。运动平稳 滚珠丝杠副在工作过程中摩擦阻力小，灵敏度高，而且摩擦系数几乎与运动速度无关，启动摩擦力矩与运动时的摩擦力矩的差异很小。所以滚珠丝杠副运动平稳，启动时无颤

25、抖，低速时无爬行。传动可逆性 与滑动丝杠副相比，滚动丝杠副突出的特点是具有运动的可逆性。正逆传动的效率几乎可高达98%。滚珠丝杠副具有运动的可逆性，但是没有象滑动丝杠副那样运动具有自锁性。因此，在某些机构中，特别是垂直升降机构中使用滚珠丝杠副时，必须设置防止逆转的装置。可以预紧 通过对螺母施加预紧力能消除滚珠丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度，但摩擦力矩却增加不大。定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杠副具有传动效率高，运动平稳，可以预紧等特点，所以滚珠丝杠副在工作过程中温升较小，无爬行。并可消除轴向间隙和对丝杠进行预紧拉伸以补偿热膨胀，能获得较高的定位精度和重复定位精度。同步性好 用几套相同的滚

26、珠丝杠副同时驱动相同的部件和装置时，由于反响灵敏，无阻滞，无滑移，其启动的同时性，运行中的速度和位移等，都具有准确的一致性，这就是所谓同步性好。使用寿命长 滚珠丝杠和螺母的材料(cilio)均为合金钢，螺纹滚道经过热处理，并淬硬至HRC58-62,经磨削(m xio)到达(dod)所需的精度(jn d)和外表(wibio)粗糙度。实践证明，滚珠丝杠副的使用寿命比普通滑动丝杠副高56倍。使用可靠，润滑简单，维修方便 与液压传动相比，滚珠丝杠副在正常使用条件下故障率低，维修保养也极为方便；通常只需进行一般的润滑与防尘。在特殊使用场合，如核反响堆中的滚珠丝杠副，可在无润滑状态下正常工作。3.1.2.

27、 纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤(1)最大工作载荷计算 滚珠丝杠上的工作载荷Fm (N) 是指滚珠丝杠副的在驱开工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。由于原普通CA6140车床的纵向导轨是三角形导轨，那么用公式3-2计算工作载荷的大小。 3-21车削抗力分析 车削外圆时的切削抗力有Fx、Fy、Fz，主切削力Fz与切削速度方向一致，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Fy与纵向进给方向垂直，影响加工精度或已加工外表质量。进给抗力Fx与进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系统是

28、要用它。 纵切外圆时，车床的主切削力Fz可以用下式计算： 3-3 =5360(N)由知: Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-4)得 Fx=1340(N) Fy=2144(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Fl、Fv和Fc与车刀所受到的车削抗力有对应关系，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 Fl=Fx=1340(N)拖板上的垂直方向(fngxing)载荷 Fv=Fz=5360(N)拖板上的横向(hn xin)载荷 Fc=Fy=2144(N)因此(ync)，最大工作载荷 =1.15

29、1340+0.04(5360+909.8) =1790.68(N)对于(duy)三角形导轨 K=1.15 ，f =0.030.05,选f =0.04(因为(yn wi)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75kg,刀架重量为15kg.(2)最大动载荷C的计算滚珠丝杠应根据额定动载荷Ca选用，可用式3-5计算：C=， (3-5) L为工作寿命，单位为10r,L=60nt/10;n为丝杠转速r/min,n=;v为最大切削力条件下的进给速度m/min,可取最高进给速度的1/21/3;L0为丝杠的根本导程，查资料得L。=12mm；fm为运转状态系数，因为此时是有冲

30、击振动，所以取fm=1.5。V纵向=1.59mm/r 1400r/min=2226mm/minn纵向=v纵向1/2 /L。=22261/2 /12=92.75r/min L=60nt/10=6092.7515000 /10=83.5那么 C= =1.51790.68=11740(N) 初选滚珠丝杆副的尺寸规格，相应的额定动载荷Ca不得小于最大动载荷C:因此有CaC=11740N.另外假设滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转下工作并受载，那么还需考虑其另一种失效形式-滚珠接触面上的塑性变形。即要考虑滚珠丝杠的额定静载荷Coa是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷Fm,一般使Coa/Fm=23.初选滚珠丝

31、杠为：外循环，因为内循环较外循环丝杠贵，并且较难安装。考虑到简易经济改装，所以采用外循环。 因此初选滚珠丝杠的型号为CD638-3.5-E型，主要参数为Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,=219，圈数列数3.51 (3) 纵向滚珠丝杠的校核1)传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率为 = tg/tg(+)= tg 219/tg(219+10)=92% (3-6)2)刚度(n d)验算 滚珠(gnzh)丝杠副的轴向变形将引起导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性，滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形，丝杠与螺母之间滚道的接触变形，丝杠的扭转变形引起(ynq)的纵向变形以

32、及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。1_丝杠的拉压变形(bin xng)量11=FmL / EA (3-7)=1790.682280 / 20.610(31.5) = 0.0064mm2 滚珠与螺纹滚道间的接触(jich)变形量2 采用有预紧的方式，因此用公式 2= 0.0013 (3-8) = =0.0028mm在这里 =1/3Fm=1/31790.68=597NZ= dm/Dw=3.1463/4.763=41.53 Z=41.533.51=145.36丝杠的总变形量=1+2=0.0064+0.0028=0.0092mm4所以(suy)丝杠很稳定。3.1.3横向(hn xin)滚珠丝

33、杠螺母副的型号选择与校核步骤(1)型号(xngho)选择1) 最大工作载荷计算 由于导向为贴塑导轨，那么：k=1.4 f =0.05 ，Fl为工作台进给方向载荷，Fl=2144N ， Fv=5360N ， Fc=1340N ，G=60kg ， t=15000h，最大工作载荷：F m=kFl+ f (Fv+2Fc+G) =1.42144+0.05(5360+21340+9.875) =3452.6N2)最大动负载的计算v横=1400r/min 0.79mm/r = 1106 mm/minn横丝= v横1/2 / L。纵=11061/2 / 5 =110.6r/minL=60nt/10=11061

34、10.615000 /10=99.54C =fmFm=99.541.53352.6=23283.8N初选滚珠丝杠型号为:CD506-3.5-E其根本参数为 Dw =3.969mm ，=211，L。=6mm，dm=50mm，圈数列数3.51(2)横向滚珠丝杠的校核1)传动(chundng)效率计算(j sun)=tg /tg (+)=tg211/tg(211+10)=93%2)刚度(n d)验算1丝杠的拉压变形(bin xng)量1=FmL/EA = 3352.6320/20.61025 = 0.0026mm2滚珠(gnzh)与螺纹滚道间的接触变形量2=0.0013 =0.0013 = 0.00

35、99mm 在这里 Fyj=1118NZ=dm/Dw=3.1450/3.969=39.56Z=39.563.51=138.48丝杠的总变形量=1+2=0.0026+0.0099=0.0125mm100mm时n=6m由结构确定，在这里均取3,d3为螺钉直径.1D=26时的尺寸 =n-d3-1 那么d3=2.5 取M4的螺钉=26+2.52.5=32.25 =32.25+32.5=39.25=0.9D=0.926=23.4m=32D=37d3=2.5mm 取M4的螺钉(ludng)=37+6.25=43.25mm=43.25+7.5=50.75mm=0.937=33.3mmm=3mm3.4.2 通盖

36、 图3-6 通盖=D+(22.5)d3+2S2(有套环)=D。+(2.53)d3 =(0.850.9)Dd。=d3+12 D100mm时n=4D100mm时n=6m由结构(jigu)确定，在这里均取3mm,d3为螺钉(ludng)直径.1D=6通盖尺寸(ch cun)，内加密封圈d3取M4螺钉(ludng)=32.5 =39.75=23.4 d=18m=32D=37通盖尺寸 d3取M4螺钉=43.25 =50.75=33.3 d=25m=33.5 丝轴承(zhuchng)的选型与校核3.5.1滚珠(gnzh)丝杠用轴承的选型选用(xunyng)型号 7602025TVP的60推力角接触(jic

37、h)轴承 轴径 d=25mm 外径(wi jn)d=52mm 宽度B=15mm 球径Dw=6.35mm 球数Z=16 动载荷Ca=22000N 静载荷Coa=44000N 预加载荷500N 极限转速2600r/min3.5.2 校核 大局部滚动轴承是由于疲劳点蚀而失效的。轴承中任一元件出现疲劳步剥落扩展迹象前院运转的总转数或一定转速下的工作小时数称为轴承寿命指的是两个套圈间的相对转数或相对转速。 同样的一批轴承载相同工作条件下运转，各轴承的实际寿命大不相同，最高和最低的可能相差数十倍。对一个具体轴承很难预知其确切寿命，但是一批轴承那么服从一定的概率分布规律，用数理统计的方法处理数据可分析计算一

38、定可靠度R或失效概率n下的轴承寿命。实际选择轴承时常以根本额定寿命为标准。轴承的根本额定寿命是指90%可靠度，常用材料和加工质量，常规运转条件下的寿命，以符号L10(r)或L10h(h)表示。不同可靠度，特殊轴承性能和运转条件时其寿命可对根本额定寿命进行修正，称为修正额定寿命。 标准中规定将根本额定寿命一百万转10r时轴承所能承受的恒定载荷取为根本额定动载荷C。也就是说，在根本额定动载荷作用下，轴承可以工作10r而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。根本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。径向根本额定动载荷Cr对向心轴承角接触轴承除外是指径向载荷，对角接触轴承那么是指引起轴承套圈间产生相

39、对径向位移时的载荷径向分量。对推力轴承，轴向根本额定动载荷Ca是指中心轴向载荷。(1) 当量(dngling)载荷滚动轴承(gndngzhuchng)假设(jish)同时承受径向和轴向联合载荷，为了计算轴承寿命(shumng)时在相同条件下比拟(bn)，需将实际工作载荷转化为当量动载荷。在当量动载荷作用下，轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿命相同。当量动载荷P的计算公式是：P= 3-14表3.2 轴承滚动当量动载荷计算的X,Y值轴承类型 Fa/Cor e 单向轴承双列轴承Fa/FreFa/FreFa/FreFa/FreX Y XY XYXY 角接触球轴承=150.0150.381 00.441.

40、4711.65 0.722.390.0290.41.401.572.280.0580.431.301.462.110.0870.461.231.3820.120.471.191.341.930.170.501.121.261.820.290.551.021.141.660.440.561.001.121.630.580.561.001.121.63当量(dngling)动载荷式中Fr为径向(jn xin)载荷，N；Fa为轴向载荷(zi h)，N；X，Y分别(fnbi)为径向动载荷系数和轴向动载荷系数，可由上表查出。 上表(shn bio)中，e是一个判断系数，它是适用于各种X,Y系数值的Fa/

41、Fr极限值。试验证明，轴承Fa/Fre或 Fa/Fre时其X,Y值是不同的。单列向心轴承或角接触轴承担Fa/Fre时，Y=0,P=Fr,即轴向载荷对当量动载荷的影响可以不计。深沟球轴承和角接触球轴承的e值随Fa/Cor的增大而增大。Fa/Cor反映轴向载荷的相对大小，它通过接触角的变化而影响e值。=0的圆柱滚子轴承与滚针轴承只能承受径向力，当量动载荷Pr=Fr;而=90的推力轴承只能承受轴向力，其当量动载荷Pa=Fa。 由于机械工作时常具有振动和冲击，为此，轴承的当量动载荷应按下式计算： P=fd(XFr+Yfa)冲击载荷系数fd由表3.3选取表3.3：载荷性质 机器举例fd平稳运转或轻微冲击

42、电机，水泵，通风机，汽轮机1.01.2中等冲击车辆，机床，起重机，冶金设备，内燃机1.21.8强大冲击破碎机，轧钢机，振动筛，工程机械，石油钻机1.83.0由于轴承载荷与纵向载荷之比：=0.25C 此轴承符合要求另外由于横向丝杠与纵向丝杠采用同一轴承，且载荷小于纵向，因此同理可验证其是合理的。4 步进电机的选择4.1 纵向步进电机的选择4.1.1 确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根本技术参数。因此，脉冲当量应根据机床精度的要求来确定，CA6140的定位精度为0.015mm，因此选用的脉冲当量为0.01mm/脉冲 0.005mm

43、/脉冲。4.1.2步距角的选择根据步距角初步(chb)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(b tn)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(michng)当量p 和丝杠导程 L0 有关。初选电机(dinj)型号时应合理选择b及i, 并满足(mnz)： b (pi360)/L0 4-1由上式可知：b pi360/L0=3600.011/10=0.36初选电机型号为:90BYG5502具体参数如表4.1所示 表4.1： 纵向电机步距角相数驱动电压电流90BYG55020.36 550V3A静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量重量 5N.m 220

44、0 3000040 kg 4.5kg图4-1 电机简图4.1.3矩频特性： =J=J10(N ) 由于：nmax=(r/min)那么： Mka=J(N )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kg ;为电机最大角加速度rad/s;nmax为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速r/min;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;vmax为运动部件最大快进速度mm/min; p为脉冲当量mm/脉冲；b为初选步进电机的步距角步，对于轴、轴承、齿轮、联轴器，丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式为J=(kg ),对于钢材，材料密度为7.810(kg ),那么上式转化为J=

45、0.78DL10(kg ),式中：Mc为圆柱体质量kg;D为圆柱体直径cm，JD为电动机转子转动惯量，可由资料查出。(1)丝杠的转动惯量Js Js=Js/i，i为丝杠与电机(dinj)轴之间的总传动比由于(yuy)i=1那么(n me): Js=0.78DL10=0.78(6.3)17010=208.9( kg )(2)工作台质量(zhling)折算工作台是移动部件，其移动质量惯量(gunling)折算到滚珠丝杠轴上的转动量JG:JG=M( kg ),式中：L。为丝杠导程cm;M为工作台质量kg.由于L。=1cm,M=90kg那么 ： JG=M=90=2.28( kg )1一对齿轮传动小齿轮装

46、置在电机轴上转动惯量不用折算，为J1.大齿轮转动惯量J2折算到电机轴上为=J2()2两对齿轮传动传动(chundng)总速比i=i1i2,二级分速比(s b)为i1=z2/z1和i2=z4/z3.于是(ysh)，齿轮1的转动惯量为J1,齿轮(chln)2和3装在中间轴上，其转动惯量要分别(fnbi)折算到电机轴上，分别为J2()和J3().齿轮4的转动惯量要进行二次折算或以总速比折算为：=J4()() 4-2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,那么可分别

47、求出各齿轮与轴的转动惯量如下：n=45,m=1.5的转动惯量J45,其分度圆直径d=451.5=67.5mmS=27mm 那么:J45=0.786.7510=4.371 kg n=40,m=1.5的转动惯量J40,其分度圆直径d=401.5=60mmS=27mm 那么:J40=0.78610=2.73kg n=30,m=1.5的转动惯量J30,其分度圆直径d=301.5=45mmS=27mm 那么:J30=0.784.510=0.964 kg n=45,m=1.5的转动惯量J45,其分度圆直径d=451.5=67.5mmS=30mm 那么:J45=0.786.7510=4.9538 kg n=

48、50,m=1.5的转动惯量J50,其分度圆直径d=501.5=75mmS=30mm 那么:J50=0.787.510=7.548 kg n=60,m=1.5的转动惯量J60,其分度圆直径d=601.5=90mmS=30mm 那么:J60=0.78910=15.66 kg 两输入输出轴的转动惯量为:J输入=0.781.81310=0.106 kg ; L=130mmJ输出=0.782.51310=0.396 kg ; L=130mm查表得：JD=4 kg 综上可知：J=JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45 4-3 =252.302 kg 又由于(yuy) V =1.4616

49、00=2236mm/min那么(n me)：Mka=252.30210=41.1N (3)力矩(l j)的折算：1Mkf空载(kn zi)摩擦力矩Mkf= 4-4式中：G为运动部件(bjin)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=0.70.85；L。为滚珠丝杠的根本导程cm。由于G=9010=900N, f=0.05, i=1, =0.85那么Mkf =8.4N 2M。附加摩擦力矩 M。=(1-。) 4-5式中：Fyj为滚珠丝杠预加负载，即预紧力，一般取1/3Fm;Fm为进给牵引力N, 。为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取。0.9得 Fyj=1/3Fm

50、=1/31728.8=576.3N又 L。=10mm ， =0.95那么 M。=96.6 N 那么 =+M。=41.1+8.4+96.6=140 N 由于=那么所选步进电机为五相十拍的经表查得 ：=0.951那么 =1.67N.m=0.955=4.75N.m所以(suy)所选步进电机符合(fh)要求(yoqi)4.1.4据步进电机的矩频特性计算(j sun)加减速时间校核的快速性T=(fn-f0) 4-6式中：T为加减速时间，Jr和Jl分别(fnbi)为转子，负载的转动惯量kg.m为电机得步距角，Tcp,Tl为电机最大平均转矩，负载转矩N.mf。,fn为起始加速时，加速终了时的频率Hz由于 J

51、r=0.410 kg.m Jl=0.0252 kg.m =0.36Tcp=5 N.m Tl=1.67 N.m f0=2200Hz fn=30000Hz 那么 T=(30000-2200) =1.2s1.5s所以选此步进电机能满足要求。矩频特性曲线4.2 横向步进电机的选择4.2.1步距角确实定b pi360/L。 (4-7 L。=6mm , i=1 , p=0.005 b 0.3 初选电机(dinj)型号为:110BYG5602横向电机步距角相数驱动电压电流110BYG56020.3 580V3A静转矩空载起动频率空载运行频率转动惯量重量 16 N.m 2500 3500015kg 16kg图

52、4-2 电机(dinj)简图4.2.2距频特性(txng)(1)力矩(l j)的折算1)空载摩擦(mc)力矩Mkf =GfL。/2i G=6010=600N f=0.05 L。=6mm =0.8 =3.5(N )2)附加摩擦力矩 M。=(1-。)(N ) Fyj=1/3Fm=1/33433.6=1144.5N L。=6 M。=115 N (2)转动惯量的折算(sh sun)1)滚珠(gnzh)丝杠的转动惯量 Js=0.78DL10 D=4cm L=26cm Js=0.78DL10=0.78(4)2610 =5.19 N 2)工作台转动惯量 JG=M 4-8 L。=0.6cm M=60kg JG

53、=M =60=0.54( kg )(3)多脉冲(michng)减速装置的转动惯量折算Z=30 d=mz=1.530=45mm J=0.78D L10 =0.784.51.810 =0.58kg Z=40 d=mz=1.540=60mm J=0.78D L10 =0.7861.810 =1.82kg Z=45 d=mz=1.545=67.5mm J=0.78DL10 =0.786.751.810 =2.92kg Z=50 d=mz=1.550=75mm J=0.78DL10 =0.787.51.810 =4.44kg Z=60 d=mz=1.560=90mm J=0.78D L10 =0.789

54、1.810 =9.2kg 又由于(yuy) J输入(shr)=0.106 kg J输出=0.396 kg JD=15.8 kg 那么(n me) J=Js+JG+JJ=58 kg Mka= J10vmax=0.781600=1248mm/mint=1.5sp=0.005b=0.3 Mka=50 =7.257N Mkq=Mka+Mkf+M0=7.527+3.5+115=125.7N 又 MkqMjmax步进电机(dinj)为五相十拍=0.95 Mjmax=16N.mMkq=1.257N.m0.9516=15.2N.m所以(suy)此步进电机符合条件(4)上升时间校核(xio h) t=(fn-f

55、0)Jr=1.5810 kg.mJl=5.810 kg.m=0.3 Tcp=16N.m Tl=1.257N.m f0=2500Hz fn=35000Hz t= (35000-2500) =0.086s1.5s符合(fh)要求(yoqi)5 主轴(zhzhu)交流伺服电机5.1主轴(zhzhu)的变速范围 主轴能实现的最高转速(zhun s)与最低转速之比称为变速范围Rn, 即Rn=nmax/nmin,数控机床(sh kn j chun)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。 由于(yuy) Nmax=1800 nmin=14Nmax/nj=2nj/nmin 5-

56、1 那么(n me) nj=113r/min这里(zhl)nj为电动机的额定转速该机床主轴要求的恒功率调速范围Rn为：Rn=nmax/nj 5-2 =1800/113=15.9主轴电机的功率是：7.5kw5.2初选主轴电机的型号选主轴电机的型号为：SIMODRIVE系列交流主轴驱动系统型号为1HP6167-4CB4，连续负载PH/KW=14.5，间歇负载60%/kw=17.5kw,短时负载20min/kw=19.25kw,额定负载n/r.min=5000，最大转速nmax/r/min=8000,额定转矩277N.m,惯性矩0.206/kg.m晶体管PWM变频器型号为6SC6058-4AA025

57、.3主轴电机的校核电动机恒功率调速范围：Rn=nmax/nmin=8000/500=16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。6元件的选择6.1 SZGDBM01光电编码器6.1.1 概述(i sh) SZGDBM01光电编码器，是常用的位移、角位移、长度、深度等机械量的检测器件，广泛用于化工、冶金、能源、轻工、纺织、电子、机械、汽车(qch)等行业。6.1.2：主要技术(jsh)性能SZGDBM01的分类方法6.2数控刀架/AK21系列(xli)刀架：AK21160*4*4C安装图及尺寸： 型 号ABCL1L2H1HXX1yh12MH3H4NAK211604126126146

58、4412252197016017011230.5132082/44AK211604C1171261463882732177016017011432132060/32主要参数：序号项 目AK2116044C 1刀台方(mm)1602工位数(个)43装刀基面高(mm)704装刀基准孔高(mm)/5单工位转位时间(s)3.246刀架转速(r/min)177最大切向力矩(N .m)5008最大颠覆力矩(N .m)12509重复定位精度(mm)0.00510毛重(Kg)3811净重(Kg)3012箱体尺寸(mm)560400353结论(jiln) 这次毕业设计持续(chx)的时间为16周，时间相对于我们

59、以前搞设计来说是非常非长的。这次我毕业设计的题目是：把普通车床设计成为经济型数控车床。刚刚接受到这个题目的时候，感觉很难，因为以前从来(cngli)没有接触过这方面的设计，头脑里一个最根本(gnbn)的概念都没有，后来(huli)老师给我们大体上讲了一下根本(gnbn)过程，再经过我们两个星期的研究，终于有一点眉目，搞清楚了什么是脉冲当量，什么是滚珠丝杠等等，还有我们为什么要改造那些这些机构。经过几个星期资料搜集，包括车床的说明书等等，设计并进入了正式的轨道。 在生活逐渐自动化的今天，对加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求，因此对机床等加工设备提出了很高的要求。以前单一的靠手工操作的机床

60、，在很大程度上已经不能满足现代化的要求，数控机床的改造已经成为一种必要。但这次机床的改造是在原有的机床上换掉局部零部件，使它具有数控机床的根本功能，如不用手工操作能自动控制进给量等。但又考虑到改造成的是经济型数控车床，所以在选材等方面，必须考虑到经济这一重要问题。因此在这次设计中有些选型可能精度不是很高，但是考虑到经济这一个重要的前提，就选择了相比照拟实惠的型号。 因为我们以前的根底知识掌握得不牢固，在这次设计中确实是遇到了很多的问题，但在这过程中，我们又学会了很多东西，在以前的小设计中，有些能马马虎虎过去的问题，就糊里糊涂过去了，可这次是一切正规化，不能有半点模糊，因此压力又大了很多，但是只