機(jī)電一體化普通車床改造畢業(yè)論文

1、 綜 合 作 業(yè)（ 論 文 ）（專 科）課題名稱 將普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床（橫向） 床鞍上最大加工直徑400毫米的普通車床 系 別 機(jī)械電子工程系 專 業(yè) 機(jī)電一體化 姓 名 準(zhǔn)考證號(hào) 指導(dǎo)老師 邢 軍 2010年4月10日 南昌指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語 建議成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 最終評(píng)定成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格系主任簽字： 年 月 日 目 錄 第一章 緒論第二章 總體方案的設(shè)計(jì)與選擇第三章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量3.2計(jì)算切削力3.3橫向滾珠絲杠螺母副的選擇4.4 穩(wěn)定性的校核第四章 齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算4

2、.1橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比及齒輪幾何參數(shù)第五章 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型5.1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算5.2 電機(jī)力矩計(jì)算5.3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)頻率及切削時(shí)工作頻率第六章 數(shù)控車床零件加工編制程序第七章 橫向進(jìn)給伺服機(jī)械裝配圖與數(shù)控車床電路原理圖第八章 總結(jié)第九章 主要參考文獻(xiàn)第一章 緒論普通車床是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是

3、將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。本設(shè)計(jì)說明書共分九章，小組成員丁偉、魏騫騫、彭澤 參與了本綜合作業(yè)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，得到了邢軍老師的大力支持與幫助，在此表示真誠的感謝。由于時(shí)間倉促，小組成員水平有限，作業(yè)中錯(cuò)誤和不足之處在所難免，希望

4、老師和同學(xué)們給予批評(píng)指正。 第二章 總體方案的設(shè)計(jì)與選擇2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1）課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的環(huán)節(jié),是諸多實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的最后一環(huán),是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決生產(chǎn)實(shí)際問題能力的重要步驟。機(jī)電一體化專業(yè)課程設(shè)計(jì)是以機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品-數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用與設(shè)計(jì)為主線,進(jìn)行一次所學(xué)機(jī)、電知識(shí)有機(jī)結(jié)合的全面訓(xùn)練。從而培養(yǎng)學(xué)生具有加工編程能力、繪圖能力、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算能力以及分析和處理生產(chǎn)中所遇到的機(jī)、電方面技術(shù)問題的能力。2）課程設(shè)計(jì)的題目及主要技術(shù)參數(shù)用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為400毫米普通車床的進(jìn)給系統(tǒng)最大加工直徑（mm）： 在床身上：500 在床鞍上：210最大加

5、工長度（mm）： 850 溜板及刀架重量（n）： 橫向：500 刀架快移速度（m/min）： 橫向：1 最大進(jìn)給速度（m/min）： 橫向：0.3 最小分辨率 （mm）： 橫向：0.005定位精度（mm）： 0.02主電機(jī)功率（kw）： 4 起動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 30第三章 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來說，常采用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/step和0.005mm/step，在c616的技術(shù)參數(shù)中，要求橫向脈沖當(dāng)量為=0.0

6、05mm/step。3.2 計(jì)算切削力車削外圓時(shí)的切削抗力有，主切削力、與主切削速度方向一致垂直向下，是計(jì)算機(jī)床主軸電機(jī)切削功率的主要依據(jù)。切深抗力與縱向進(jìn)給垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進(jìn)給抗力與進(jìn)給方向平行且相反指向，設(shè)計(jì)或校核進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)要用它。1） 縱切外圓車床的主切削力fz根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 2） 橫切端面車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，車刀受到的車削抗力將傳遞到進(jìn)給拖板和導(dǎo)軌上，橫切端面時(shí)作用在進(jìn)給托板的載荷和與車刀所受到的車削抗力有對(duì)應(yīng)關(guān)系：；與上述成比例即： =1019.46(n)=0.25=254.86(n)=0.4=407.78(n)3.3滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型1)最大工

7、作載荷：=1.4407.78+0.2(1019.46+2254.86+500) =976.72(n) 對(duì)于綜合型導(dǎo)軌=1.4, 燕尾型導(dǎo)軌摩擦系數(shù)=0.2；是橫向溜板箱和刀架的重量500(n)2) 最大動(dòng)載荷c的計(jì)算 式中 為絲杠壽命，以1000000為單位； 為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.21.5，此外取=1.4； 為絲杠轉(zhuǎn)速； 為最大切削力條件下進(jìn)給速度，取最大進(jìn)給速度的（1/21/3），此外=0.1 m/min； 為絲杠的基本導(dǎo)程，初選=4mm；=10000.1/4=25（m/min）=602515000/1000000=22.5 =2.821.4976.72=3856.11(n)3）滾珠

8、絲杠副的選型初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷不得小于最大動(dòng)載荷c；查閱綜合作業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書得到：采用外循環(huán)螺紋調(diào)整的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，額定動(dòng)載荷8800n，精度等級(jí)按表4-15選為1級(jí).4) 傳動(dòng)效率計(jì)算式中為的螺旋升角，；為摩擦角取滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004； 即：傳動(dòng)效率=96.55)橫向滾珠絲杠剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形，滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形和絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起導(dǎo)程的變化量等。橫向進(jìn)給絲杠支承如圖所示，最大軸向力=967.72n，支承間距=600 mm，因絲桿

9、長度較短，不需要預(yù)緊。絲桿的拉伸或壓縮變形量，,由于，所以（2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形 對(duì)于一般情況而言：對(duì)滾珠絲桿副施加預(yù)緊力f為軸負(fù)載的，剛度直徑 ??；：支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形；采用8107型推理球軸承：，滾動(dòng)體直徑，滾動(dòng)體數(shù)目此時(shí)的變形量： 定位誤差為： 定位精度為： 定位誤差：結(jié)果定位誤差大于定位精度，不滿足要求，應(yīng)采取相應(yīng)的修改措施，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行修改，因橫向滑板空間限制，不宜加大滾珠絲杠直徑，還有滑板唯有采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小軸向力，即f的值減小，試將取0.1. 變形量： 總變形量 故無需再計(jì)算還是不符合要求，需要進(jìn)行重新修改，從而再次減少的值。的試取為0.

10、004，再次進(jìn)行計(jì)算。 重新計(jì)算變形量： 還是需要再進(jìn)一步減小的值，試將的值取為 計(jì)算得：因此，符合精度要求，可知，設(shè)計(jì)的過程中必須反復(fù)修改參數(shù)，才能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求和滿意的結(jié)果。穩(wěn)定性校核橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)：滾珠絲杠幾何參數(shù)名 稱符號(hào)計(jì)算公式螺紋滾道公稱直徑25導(dǎo)程5接觸角鋼球直徑（mm）3.969滾道法面半徑2.064偏心距0.056螺旋升角螺桿螺桿外徑23.81螺桿內(nèi)徑20.984螺桿接觸直徑21.032螺母螺母螺紋直徑29.016螺母內(nèi)徑26.190待添加的隱藏文字內(nèi)容1（3）壓桿穩(wěn)定性校核滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。

11、失穩(wěn)時(shí)的臨界負(fù)載式中 e 為絲杠材料彈性模量，對(duì)鋼； 為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面，為絲杠的內(nèi)徑； 為絲杠兩支承端距離（cm）； 為絲杠的支撐方式系數(shù)由表4-13查出，一端固定，一端簡支 （一般）此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。第四章 齒輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算4.1橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比及齒輪幾何參數(shù)橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量；滾珠絲杠導(dǎo)程；初選步進(jìn)電機(jī)步距角；可得：；考慮結(jié)構(gòu)上的原因，不能使大齒輪的直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程，故此處采用兩級(jí)齒輪減速：；因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取2，有關(guān)參數(shù)見表：傳動(dòng)齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)40202535分度圓80405070齒頂圓84445474齒根圓75354565齒

12、寬20202020中心距7264第五章 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型5.1橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡圖見前面，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：；式中 為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；所選電機(jī)為150bf反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ；對(duì)于齒輪、軸、絲杠等圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：；則：；代入上式：電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，所需的力矩也不同，分別計(jì)算：快速空載起動(dòng)力矩：在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，其計(jì)算公式為：；式中 為快速空載起動(dòng)力矩； 為空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩； 為折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預(yù)緊時(shí)

13、折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；其它符號(hào)意義同前。 ；起動(dòng)加速時(shí)間；折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： 式中導(dǎo)軌的摩擦力，；其它參數(shù)含義及取值同前，傳動(dòng)鏈總效率，一般可取，這里?。桓郊幽Σ亮兀?；式中滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取；滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般??；其它符號(hào)含義取值同上。；將數(shù)據(jù)代入公式：； 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩：；最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩=：；式中折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；參數(shù)說明同上；從上面可以看出，三種工作情況下，以快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。但還要進(jìn)一步考核步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。3 計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)頻率和切削時(shí)的工作頻率須進(jìn)一步考

14、慮步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。從電機(jī)手冊(cè)中可以看出150bf002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動(dòng)頻率為3800hz，運(yùn)行頻率為16000hz,從圖中看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩169.295n.cm直接使用則會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，必須采用升降速控制（用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到2500hz左右時(shí)，起動(dòng)力矩可以滿足要求。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，從圖中看出150bf002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全滿足要求。第六章 數(shù)控車床零件加工程序o0004n010 g90g00g92x80,z10;n020 m03s600;n030 g00x24.z21;n040 g01x3

15、0,z-2,f10;n050 x30,z-64;n060 x32,z-64;n070 x40,z-120;n080 g02x40,z-180.i51.96,k-30,f5;n090 g01x40,z-200,f10;n100 g00x80,z10;n110 m05t0100;n120 t0200;n130 m03s100;n140 g01x34,z-64;n150 x26,z-64;n160 g00x34,z-64;n170 x80,z10;n180 m05t0200;n190 t0300;n200 m03s50;n210 g00x28.402,z10;n220 g33z-64,f2;n230

16、 g00x34.402;n240 x80,z10;n259 x27,.602,z10;n260 g33z-62,f2n270 g00x33.602;n280 x80,z10;n290 x27.402,z10;n300 g33z-62,f2;n310 g00x33.402;n320 x80,z10;n330 m05t0300;n340 t0100;n350 m02;第七章 橫向進(jìn)給伺服機(jī)械裝配圖與數(shù)控車床電路原理圖1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)一個(gè)坐標(biāo)軸的機(jī)械裝配圖 a1 1張2、單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路原理圖 a1 1張第八章 總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)剛開始

17、時(shí)不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書館查閱相關(guān)資料。參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，終于知道了該怎么做。在做設(shè)計(jì)的過程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來，做到了學(xué)以致用。當(dāng)然，在此過程中由于時(shí)間緊張也有許多不足之處，內(nèi)容涉及到多方面有知識(shí)要想發(fā)展成實(shí)際產(chǎn)品還需要反復(fù)的探討和論證。 本次課程設(shè)計(jì)一開始就得到老師的幫助，正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的課程設(shè)計(jì)順利完成。在此表示深深的感謝！第九章 主要參考文獻(xiàn)1. 羅永順. 機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. 2. 范超毅，趙天嬋，吳斌方. 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì). 武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.3. 張麗華，馬立克. 數(shù)控遍程與加工技術(shù). 大連：大連理工出版社，2006.4. 丘映輝. 機(jī)械原理與設(shè)計(jì). 大連：大連理工出版社，2006.5. 畢萬新. 單片機(jī)原理與接口技術(shù). 大連：大連理工出版社，2005.6. 陳子音，陳為華. 數(shù)控