普通車床數(shù)控化改造設計

1、畢業(yè)設計（論文）任務書系 部機械工程系指導教師馬麗職 稱講師學生姓名陳家帆專業(yè)班級09GZ機電2學 號0925011205設計題目普通車床數(shù)控化改造設計設計內容目標和要求（設計內容目標和要求、設計進度等）本課題改造設計經濟型數(shù)控車床，應滿足實用和加工精度的要求。1. 調研：了解各種數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中二維工作臺的工作性能和加工要求情況，了解開環(huán)伺服傳動系統(tǒng)的組成和特點，提出應滿足的技術要求和條件，分析、比較各種可能的方案并提出初步設計方案；2. 研究和確定數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)的總體設計方案，要求有必要的分析和計算過程；3. 結構設計，要求畫出總體結構圖、關鍵零部件圖并對關鍵零部件進行校核和驗

2、算；4. 控制系統(tǒng)設計，畫出控制系統(tǒng)原理圖；5. 撰寫設計說明書（30-40頁左右）；6. 基本技術要求： 結構尺寸：普通車床CA6150 數(shù)控車床的設計參數(shù)：規(guī)格加工最大直徑加工最大長度溜板及刀架重力(N)刀架快移速度(m/min)最大進給速度(m/min)定位精度mm主電機功率kw啟動加速時間ms縱向橫向縱向橫向縱向橫向500500100011007002.41.20.60.3±0.0155.530根據數(shù)控機床要求，由調研確定工作臺定位精度和重復定位精度、脈沖當量等參數(shù)；7. 繪制主要零部件圖不少于2張，裝配圖1張；8. 設計進度：1)、15 周，主要進行畢業(yè)設計準備工作，熟悉題

3、目，收集資料，進行畢業(yè)實習，明確研究目的和任務，構思總體方案；2)、610周，設計計算，繪圖；3)、1113周，編寫畢業(yè)設計論文，準備畢業(yè)設計答辯。指導教師簽名：馬麗年 月 日系 部審 核畢業(yè)設計（論文）學生開題報告課題名稱普通車床數(shù)控化改造設計課題類型B-實踐應用型指導教師馬麗學生姓名陳家帆學 號0925011205專業(yè)班級09GZ機電2本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 當前，我國的數(shù)控機床發(fā)展很快，呈現(xiàn)出高速度，高可靠性，多軸控制，工藝復雜，集成化，智能化，網絡化和環(huán)保化?？墒桥c國外的數(shù)控技術相比有很大的差距。 一 我國的數(shù)控系統(tǒng)以傳統(tǒng)的封閉式體系結構為主。在傳統(tǒng)的封閉式結構中，CNC只能

4、作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根加工中心據經驗以固定參數(shù)形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CADCAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CADCAM和CNC普通銑床之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、背吃刀量、步長、加工余量等加工參數(shù)，無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CADCAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。 二 在高端市場基本被美國，日本和歐洲發(fā)達工業(yè)國家所壟斷，國內開發(fā)的五軸聯(lián)動數(shù)

5、控機床，復合加工中心，高速加工中心等產品，雖然已經投入使用，但多數(shù)產品與外商上有一定差距，而且技術水平和性能參數(shù)上與歐，美，日等地產品有較大差距。低端市場受到周邊日本，韓國和臺灣地區(qū)產品的沖擊較大，形成激烈的競爭。我們在信息技術改造傳統(tǒng)產業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到1995年只有1.9，而日本在1994年已達20.8，因此每年都有大量機電產品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。微觀上看，數(shù)控機床比傳統(tǒng)機床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計算機的威力。1 可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復雜的零件。

6、由于計算機有高超的運算能力，可以瞬時準確地計算出每個坐標軸瞬時應該運動的運動量，因此可以復合成復雜的曲線或曲面。 2可以實現(xiàn)加工的自動化，而且是柔性自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍。3加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。4 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的頻繁搬運。5 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自律功能，因而可實現(xiàn)長時間無人看管加工。由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產品試制周期和生產周期，可對市場需求作出快速反應等等。此外，機床數(shù)控化還是推行FMC（柔性制造單元）、FMS

7、（柔性制造系統(tǒng)）以及CIMS計算機集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎。數(shù)控技術已經成為制造業(yè)自動化的核心技術和基礎技術。 三 在產品占有率低，品中覆蓋率小等等一系列的問題。 通過對普通數(shù)控機床的改造可以讓我們對數(shù)控機床的結構（特別是在機械結構），機床的參數(shù)性能有進一步的了解。以及讓我們對普通機床數(shù)控化的改造過程，改造過程中所遇到的問題，機床在各個方面所存在的不足之處有了更深的了。通過該課題的研究，努力達到以下目的：1. 加強數(shù)控機床結構和模塊化訓練；2. 加強數(shù)控機床功能部件的選型與設計計算的訓練；3. 加強數(shù)控機床的整機設計中應該把握的主要問題的訓練；研究的意義：機床的數(shù)控改造，主要是對原

8、有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。機床數(shù)控化改造有以下優(yōu)點：1、節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。2、性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度。3、提高生產效率。機床經數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工 無憂論文網的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產準備周期。在美國、

9、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產線數(shù)控改造的新的行業(yè)。 課題類型：課題類型： A-理論探究型 B-實踐應用型本課題的研究內容本課題主要研究機械和數(shù)控兩方面； 一 機械部分： 1 進給系統(tǒng) 2 滾動導軌 3 齒輪驅動電機 4 滾珠絲杠 二 在數(shù)控方面： 1 數(shù)控系統(tǒng)結構的組成 數(shù)控系統(tǒng)一般由輸入輸出裝置、數(shù)控裝置、驅動控制裝置、輔

10、助控制裝置四部分組成機床本體為被控對象。 輸人裝置的作用是將信息載體上的數(shù)控加工程序輸入數(shù)控裝置。常用的輸入輸出裝置為操作鍵盤和CRT顯示器。 數(shù)控裝置的主要功能是：接收加工程序信息，進行各種數(shù)據計算和邏輯判斷處理，向驅動控制裝置傳送各種指令信息。 驅動控制裝置位于數(shù)控裝置和機床之間，它接收來自數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，經功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅動機床的運動部件，完成指令規(guī)定的動作。這包括進給軸伺服驅動裝置和主軸驅動裝置。進給軸伺服驅動裝置由位置控制單元、速度控制單元和測量反饋單元等部分組成，它按照數(shù)控裝置發(fā)出的位置控制命令和速度控制命令正確驅動機床受控部件。主軸驅動裝置主要由速度控制單

11、元控制。電動機可以是各種步進電動機、直流伺服電動機或交流伺服電動機。輔助控制裝置也位于數(shù)控裝置和機床之間，接收數(shù)控裝置發(fā)出的開關命令，完成輔助動作。機床主要完成機床主軸選速、起停和方向控制功能，換刀功能，工件裝夾功能，冷卻、液壓、氣動、潤滑系統(tǒng)控制功能和其他機床輔助功能。已查閱的主要參考文獻 范超毅 數(shù)控技術課程設計M.湖北：華中科技大學出版社， 懂紅玉 數(shù)控技術M. 高等教育出版社 趙大興 機電傳動與控制M.湖北： 華中科技大學出版社 趙大興 現(xiàn)代工程圖學M.湖北：湖北科學技術出版社， 漆漢紅 PLC電氣控制技術M.北京：機械工業(yè)出版社 畢業(yè)設計（論文）學生申請答辯表課 題 名 稱普通車床數(shù)

12、控化改造設計指導教師(職稱)馬麗 申 請 理 由畢業(yè)設計已完成學生所在系部機械工程系專業(yè)班級09GZ機電2學號0925011205 學生簽名： 日期：畢業(yè)設計（論文）指導教師評審表序號評分項目（理工類）滿分評分1工作量152文獻閱讀與外文翻譯103技術水平與實際能力254研究成果基礎理論與專業(yè)知識255文字表達106學習態(tài)度與規(guī)范要求15總 分100評語 指導教師簽名： 另附畢業(yè)設計（論文）指導記錄冊 年 月 日4畢業(yè)設計（論文）評閱人評審表學生姓名陳家帆專業(yè)班級09GZ機電2學號0925011205設計(論文)題目普通車床數(shù)控化改造設計評閱人評閱人職稱序號評分項目（理工類）滿分評分1工作量1

13、52文獻閱讀與外文翻譯103技術水平與實際能力254研究成果基礎理論與專業(yè)知識255文字表達106學習態(tài)度與規(guī)范要求15總 分100評語 評閱人簽名： 年 月 日5畢業(yè)設計（論文）答辯表學生姓名陳家帆專業(yè)班級09GZ機電2學號0925011205設計(論文)題目普通車床數(shù)控化改造設計序號評審項目指 標滿分評分1報告內容思路清晰；語言表達準確，概念清楚，論點正確；實驗方法科學，分析歸納合理；結論有應用價值。402報告過程準備工作充分,時間符合要求。103創(chuàng) 新對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。104答 辯回答問題有理論依據，基本概念清楚。主要問題回答準確，深入。40總 分100答辯組評語答辯

14、組組長（簽字）： 年 月 日 答辯委員會意見答辯委員會負責人（簽字）： 年 月 日6-1畢業(yè)設計（論文）答辯記錄表學生姓名陳家帆專業(yè)班級09GZ機電2學號0925011205設計(論文)題目普通車床數(shù)控化改造設計答辯時間答辯地點答辯委員會名單問題1提問人： 問題：回答（要點）：問題2提問人： 問題：回答（要點）：問題3提問人： 問題：回答（要點）：記錄人簽名（不足加附頁）問題4提問人： 回答（要點）：問題5提問人： 問題：回答（要點）：問題6提問人： 問題：回答（要點）：問題7提問人： 問題：回答（要點）：問題8提問人： 問題：回答（要點）：記錄人簽名7畢業(yè)設計（論文）成績評定總表學生姓名：陳

15、家帆 專業(yè)班級：09GZ機電2畢業(yè)設計（論文）題目：普通車床數(shù)控化改造設計成績類別成績評定指導教師評定成績評閱人評定成績答辯組評定成績總評成績×40%+×20%+×40%評定等級畢業(yè)設計（論文）普通車床數(shù)控化改造設計學生姓名：陳家帆學 號：0925011205所在系部：機械工程系專業(yè)班級：09GZ機電2指導教師：馬麗講師日 期：二一二年五月摘 要針對現(xiàn)有常規(guī)CA6150普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設計過程，較詳盡地介紹了CA6150機械改造部分的設計及數(shù)控系統(tǒng)部分的

16、設計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由 I/O接口輸出步進脈沖，經一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動?！娟P鍵詞】   數(shù)控機床，單片機數(shù)控系統(tǒng)，改裝設計AbstractTo remedy the defects of ordinary lather CA6150, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision

17、 and extend the machines usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and outpu

18、t the step pulse through the I/O interface。After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 Keyword：    numerical control machine tool, single chip microcomputer sys

19、tem，reform design。目 錄摘要Abstract1 引言2 總體方案的設計2.1 系統(tǒng)運動方式的確定2.2系統(tǒng)運動方式的確定2.3功能部件的選擇2.4結構設計與電氣設計2.5計算機系統(tǒng)的選擇2.6數(shù)控車床CA6150主要設計參數(shù)3 橫向進給傳動鏈的設計計算3.1主切削力及切削分力的計算3.2導軌摩擦力的計算3.3計算滾珠絲桿螺母副的軸向載荷3.4確定進給傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)3.5滾珠絲桿的動載荷計算與直徑計算3. 6按精度要求確定允許的滾珠絲桿的最小螺紋底徑d2m3.7初步確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格型號4 滾珠絲桿螺母副的承載能力的校驗4.1滾珠絲桿螺母副的臨界壓縮載荷Fc的

20、校驗4.2滾珠絲桿螺母副的額定壽命的校驗5 計算機械傳動的剛度5.1計算滾珠絲桿的拉壓剛度5.2計算滾珠絲桿螺母副的支承剛度Kb5.3計算滾珠與滾道的接觸剛度Kc5.4計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度5.5計算滾珠絲桿螺母副的扭轉剛度Kp6 驅動電動機的選型與計算6.1計算折算到電動機軸上的負載慣量6.2計算折算到電動機軸上的負載力矩6.3計算折算到電動機軸上的加速力矩Tap6.4計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到帶你動機軸上的各種力矩6.5選擇驅動電動機的型號7 機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)分析7.1計算絲桿工作臺縱向振動系統(tǒng)的最低固有頻率Wnc7.2計算扭轉振動系統(tǒng)的最低固有頻率Wnt8 機械傳動系統(tǒng)的誤差

21、計算與分析8.1計算機械傳動系統(tǒng)的反向死區(qū)8.2計算機械傳動系統(tǒng)由綜合拉壓剛度變化引起的定位誤差kmax。8. 3計算滾珠絲桿因扭轉變形而產生的誤差9 確定滾珠絲桿螺母副的精度等級和規(guī)格型號9.1確定滾珠絲桿螺母副的精度等級9.2確定滾珠絲桿螺母副的規(guī)格要求結論致謝參考文獻1   引言機床作為機械制造業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關注，由于計算機技術的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質的突破，導致了應用數(shù)字化技術進行柔性自動化控制的新一代機床數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅

22、速的發(fā)展和廣泛的應用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結構的概念發(fā)生了根本的轉變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產品向機電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計算機，經過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。   數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點： 1. 適應性強，適合

23、加工單件或小批量的復雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。 2. 加工精度高； 3. 生產效率高； 4. 減輕勞動強度，改善勞動條件； 5. 良好的經濟效益； 6. 有利于生產管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產業(yè)化和產品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復合化、精密化方面進步很大。但是，國產數(shù)控機床與先進國家的同類產品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設的需要。我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質差，性能落后，單臺機床的平均產值只有先進工業(yè)國家的1/1

24、0左右，差距太大，急待改造。舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。隨著數(shù)控機床越來越多的普及應用，數(shù)控機床的技術經濟效益為大家所理解。在國內工廠的技術改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術改造普通機床，并取得了良好的經濟效益。我國經濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。 1984年，

25、我國開始生產經濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產經濟型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A料，今后，機床的經濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設計實例具有典型性和實用性。 2 總體方案設計對CA6150車床數(shù)控改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改造成為CNC裝置控制的能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)，將刀架改造成為能自動換刀的回轉刀架。這樣，利用CNC裝置，車床就可以按照預先輸入的加工程序進行切削加工。由于切削參數(shù)，切削次數(shù)和刀具的選擇都可以有程序控制和調整，再加上縱向進給和橫向進給的聯(lián)動功能，數(shù)控化改造后的車床就可以加工出各種形狀復雜的回轉零件，并能實現(xiàn)多工序自動切削，從而提高生產效

26、率和加工精度，還能適應小批量，多品種復雜零件的加工。總體方案的設計應考慮：機床數(shù)控系統(tǒng)運動方式、伺服系統(tǒng)的類型、計算機(CNC裝置)及傳動方式的選擇等。2.1 系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進行切削，可選用點位控制方式；如果要求工作臺或刀具沿各坐標軸的運動有確定的函數(shù)關系，即連續(xù)控制系統(tǒng)應具備控制刀具以給定速率沿加工路徑運動的功能。具備這種控制能力的數(shù)控機床可以加工各種外形輪廓的零件，所以連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)。在點位控制系統(tǒng)中不具備連續(xù)控制系統(tǒng)中才具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻有點位系統(tǒng)的功

27、能。還有一些采用點位控制的數(shù)控機車，不但要求工作臺運動的終點坐標，還要求工作臺沿坐標軸運動過程中切削工件。這種系統(tǒng)叫點位/直線系統(tǒng)。其控制方法與點位系統(tǒng)十分相似，故有時也將這兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為點位控制系統(tǒng)。由于普通車床CA6150數(shù)控化改造后應具有定位，快速進給，直線插補，圓弧插補，暫停，循環(huán)加工和螺紋加工等功能，故應選用連續(xù)控制系統(tǒng)。2.2 伺服系統(tǒng)的選擇伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)中設有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳遞的。指令發(fā)出后不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進電機驅動。開環(huán)伺服系統(tǒng)結構簡單、成本低廉、容易掌握、調試和維修

28、都比較簡單。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件來檢測實際位移量，能補償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機或交流伺服電機驅動，閉環(huán)系統(tǒng)造價高，結構和調試復雜，多用于精度要求高的場合。半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位置，而是用檢測元件測出驅動軸的轉角，再間接推算出工作臺的實際位移量，也有反饋電路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。普通車床CA6150化改造在保證有一定加工精度前提下，從改造成本考慮應簡化結構降低成本，加工精度要求不高，為了簡化結構、降低成本，采用進給伺服系統(tǒng)采用以步進電機為驅動裝置的開環(huán)控制系統(tǒng)。2.3功能部件的選擇這主要

29、是滾珠絲杠及支承方式的選擇，電動回轉刀架選擇等等。2.4結構設計與電氣設計這主要是縱向進給傳動系統(tǒng)，橫向進給傳動系統(tǒng)的設計和機床導軌的維護，一般采用貼塑導軌以減少摩擦力。機床電氣設計包括機床原理設計和PLC梯形圖設計等等。2.5計算機系統(tǒng)的選擇根據CA6150的要求，采用8位機。由于MCS51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強和性價比高等特點，因此采用MCS51系列的8031單片機擴展系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進電機功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工命令和控制程序通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據和機床狀態(tài)等信息。2

30、.6數(shù)控車床CA6150主要設計參數(shù)最大加工直徑：500mm。最大加工長度：1000mm。行程;縱向，1000mm；橫向，250mm。溜板及刀架重力：縱向1100N，橫向700N。刀架快移速度：縱向2.4m/min，橫向1.2m/min。最大進給速度：縱向0.6m/min，橫向0.3m/min。定位精度：0.03mm/全行程。主電動機功率：5.5kw。啟動加速時間：30ms。重復定位精度：0.01mm/全行程程序輸入方式：增量值，絕對值通用?？刂谱鴺藬?shù)：2。脈沖當量：縱向0.01mm/脈沖、橫向0.005mm/脈沖。2.7實施方案進給系統(tǒng)數(shù)控化改造的主要部件有：掛輪架、進給箱、溜板箱、溜板、刀

31、架等。現(xiàn)擬定以下改造方案：掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖編程器。進給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠。滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾端原來裝軸承座部位。溜板箱部分：全部拆除，在原來安裝滾珠絲杠的滾珠絲杠座，絲杠螺母固定在其上。在該處還可以安裝部分操作按鈕。橫溜板部分：將原橫溜板中的滾珠絲杠、螺母拆除，在該處安裝橫向進給滾珠絲杠螺母副，橫向進給步進電動機與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板箱后部并與滾珠絲杠連接。刀架部分：拆除原刀架，在該處安裝自動回轉四方刀架總成。3 橫向進給傳動鏈的設計計算31主切削力及切

32、削分力計算 1 計算主切削力Fz。已知機床主電動機的額定功率Pm為5.5kw，最大工件直徑500mm，主軸計算轉速n=80r/min。在此轉速下，主軸具有最大扭矩和功率，刀具的切削速度為 u=Dn/60000=3.14×500×80/60000=2.09m/s 取機床的機械效率=0.8 Fz=1000Pm/u=1000×0.8×5.5/2.09=2105.26N 2計算各切削分力走刀方向的切削分力Fx和垂直走刀方向的切削力Fy Fx=0.25Fz=526.32N Fy=0.4Fz=842.1N32導軌摩擦力的計算 1由公式計算在切削狀態(tài)下的導軌摩擦力F。

33、此時，導軌受到的垂向切削分力Fv=Fz=2105.26N，橫向切削分力Fc=Fx=526.52N移動部件的全部重力W=700N(包括機床夾具和工件的質量)，查2-3表的鑲條緊固力fg=1500N，取導軌動摩擦系數(shù)=0.15，則 F= （W+fg+Fv+Fc） =0.15×(700+1500+2105.26+526.32) =724.74N表3-1鑲條緊固力推薦值導軌形式主電動機功率/KW2.23.75.57.5111518貼塑滑動導軌50080015002000250030003500滾動直線導軌254075100125150175按公式計算在不切削狀態(tài)下的導軌摩擦力F0和F0 F0

34、=(W+fg)=0.15×(700+1500)=330N F0=0(W+fg)=0.2×(700+1500)=440N3.3計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力1 按公式計算最大軸向負載力Famax Famax=Fy+F=（842.1+724.74）=1566.84N 2 按公式計算最小 Famin=F0=330N34確定進給系統(tǒng)傳動鏈的傳動比i和傳動級數(shù)取步進電動機的步距角=1.5o滾珠絲杠的基本導程L0=6mm，進給傳動鏈的脈沖當量p=0.005mm/脈沖，由公式得 i=L0/360p=1.5×6/(360×0.005)=5按最小慣量條件，從圖表查得該減速

35、器應采用2級傳動，傳動比可以分別取i1=2，i2=2.5。根據結構需要，確定各傳動齒輪的齒數(shù)分別為Z1=20、Z2=40、Z3=20、Z4=50,模數(shù)m=2，齒寬b=20mm。1.5滾珠絲杠的動載荷計算與直徑估算 1按預期工作時間估算滾珠絲杠預期的額定動載荷已知數(shù)控機床的預期工作時間Lh=15000h，滾珠絲杠的當量載荷Fm=Famax=1566.84N，載荷系數(shù)fw=1.3，查表，初步選擇滾珠絲杠的精度等級為3 級，去精度系數(shù)fa=1：查表得，可靠性系數(shù)fc=1.取滾珠絲杠的當量轉速nm=nmax（該轉速為最大切削進給速度umax時的轉速），已知umax=0.3m/min，滾珠絲杠的基本導程

36、L0=6mm，則 nmax=1000umax/L0=1000×0.3/6=50r/min 由公式得Cam=FmFW(60nmLh)1/3/（100fafc）=7245.01N表3-2載荷性質系數(shù)fw載荷性質無沖擊（很平穩(wěn)）輕微沖擊伴有沖擊或振動fw11.21.21.51.52表3-3 精度系數(shù)精度系數(shù)1、2、34、5710fa10.90.80.736按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m根據定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形。已知本車床橫向進給系統(tǒng)的定位精度為0.03mm，由公式 max=（1/31/2）×16m=5.338mmax=（1

37、/51/4）×30m=67.5m取上述計算結果的最小值，即max=5.33m。估算允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑d2m滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬定采用以端固定、一端游動支承方式，滾珠絲桿螺母副的兩個支承之間的距離為 L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度 （1.21.4）行程+（2530）L0 取L=1.4×行程+30L0 =（1.4×250+30×6）mm=530mm由公式得 d2m 0.078(F0L/max)1/2 =16.3mm37內循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠螺母副其公稱直徑d0、基本導程L0、額定動載荷Ca和螺紋底徑d2如下: d

38、0 =25 mm ,L0=6mm Ca =11300N> Cam =7245.01N d2 =21.9>d2m=16.3mm 故滿足要求。4 滾珠絲桿螺母副的承載能力校驗41滾珠絲桿螺母副臨界壓縮載荷Fc的校驗已知滾珠絲桿螺母副的底經d2=21.9mm，由圖1可知滾珠絲桿螺母副的的最大受壓長度L1=260mm，絲桿水平安置時，取K1=13，查表可知K2=2,所以Fc= K1 K2 d24×105L12= 13 ×2×21.94×1053632=116378.28N本車床橫向進給系統(tǒng)滾珠絲桿螺母副的的最大軸向壓縮載荷為Famax=1566.84

39、N，遠小于其臨界壓縮載荷Fc的值，故滿足要求。1. 滾珠絲桿螺母副的的臨界轉速nc的校驗 由圖1得滾珠絲桿螺母副的臨界轉速的計算長度L2=387mm，其彈性模量E=2.1×105MPa，密度1×7.8×105Nm，重力加速度9.8×103mm滾珠絲桿的最小慣性矩為I×d2464=3.14×21.9464mm4=11285.64mm4 滾珠絲桿的最小截面積為 A=×d244=3.14×21.944mm4=376.49mm4 取K1=0.8，由表可得 =3.927，所以 nc=K1×60×2/（2L

40、22）×（EI/A）1/2 =0.8×60×3.9272/（2×3.14×3872）×【2.1×105×11285.64×9.8×103/（7.8×10-5×376.49）】1/2 =22133.15r/min 本橫向進給傳動鏈的滾珠絲桿螺母副的最高轉速為50r/min，遠遠小于其臨界 轉速，故滿足其要求。42絲桿螺母副額定壽命的校驗 查表得滾珠絲桿的額定動載荷Ca=11300N，已知其軸向載荷Fa=Famax=1566.84N，滾珠絲桿的轉速n=nmax=50r/min，運

41、轉條件系數(shù)fw=1.2，則由公式可得 L=【Ca/（Fafw）】3×106=（11300/1566.84/1.2）3×106r =2.17×108r Lh=L/（60n）=2.17×108/（60×50）h=72240h本車床數(shù)控改造化后，滾珠絲桿螺母副的總工作壽命Lh=72240h15000h，故滿足要求。5計算機械傳動系統(tǒng)的剛度51計算滾珠絲桿的拉壓剛度Ks 本機床橫向進給傳動鏈的絲桿支撐方式為一端固定，一端游走。絲桿的拉壓剛度Ks應這樣計算。 已知滾珠絲桿的彈性模量E=2.1×105MPa，滾珠絲桿的底經d2=21.9mm，當滾

42、珠絲桿的螺母中心至固定端支撐中心的距離a=Ly=363mm時，滾珠絲桿螺母副最小拉壓剛度Ksmin，根據公式可得：Ksmin=d22E×10-3/（4Ly）=1.65×100×d22/Ly=1.65×100×21.92/363=218N/m當a=Lj=113mm時，滾珠絲桿螺母副的最大拉壓剛度Ksmax可得Ksmax=d22E×10-3/（4Lj）=1.65×100×d22/Lj=1.65×100×21.92/113=700.32 N/m52計算滾珠絲桿螺母副支撐軸承的剛度Kb已知滾動體的直徑d

43、q=5.953mm，滾動體個數(shù)Z=15，軸承的最大軸向工作載荷Fbmax=Famax=1566.84N，則Kb=2×1.95×（dqZ2Fbmax）1/3 =2×1.95×（5.953×152×1566.84）1/3=499.32 N/m53計算滾珠與軌道的接觸剛度Kc 查表的滾珠與軌道的接觸剛度K=636 N/m，滾珠絲桿的額定動載荷Ca=11300N，已知滾珠絲桿上面所承受的最大軸向載荷，F(xiàn)amax=1566.84N，則 Kc=K（Famax×10/Ca）1/3=636×（1566.84×10/113

44、00）1/3 =709.21 N/m54計算進給傳動系統(tǒng)的綜合拉壓剛度K 1/Kmax=1/Ksmax+1/Kb+1/Kc=1/700.32+1/499.32+1/709.21=0.0048 故Kmax=208.33 N/m 1/Kmin=1/Ksmin+1/Kb+1/Kc =1/218+1/499.32+1/709.21=0.0079 故Kmin=126.58 N/m55計算滾珠絲桿螺母副的扭轉剛度K由圖1得扭矩作用點之間的距離L2=437mm，已知滾珠絲桿的剪切模量G=8.1×104MPa，滾珠絲桿的底經d2=21.9mm，則 K=d24G/（32L2）=3.14×（2

45、1.9×10-3）4×8.1×104×106/32×437×10-3N.m/rad =4183.69 N.m/rad6驅動電動機的選型和計算61計算折算到電動機的轉動慣量Jr。 已知滾珠絲桿的密度=7.8×10-3kg/cm3，則 Jr=0.78×10-3Dj4Lj=0.78×10-3×（2.04×10+2.54×36+2.04×12.5）kg.cm2=1.38 kg.cm2計算折算到絲桿軸上的移動部件的轉動慣量Jl已知機床橫向進給系統(tǒng)執(zhí)行部件（即橫向溜板及刀架）的

46、總質量m=51.02kg；絲桿軸每轉一圈，機床的執(zhí)行部件在軸向移動的距離L=0.6cm，則 JL=m×【L/（2）】2=70×（0.3/3.14）2=0.47kg. cm2計算各齒輪的轉動慣量 Jz1=Jz3=0.78×10-3×44×2 kg.cm2=0.4 kg. cm2 Jz2 =0.78×10-3×84×2kg.cm2=6.4 kg. cm2 Jz4=0.78×10-3×104×2kg.cm2=15.6 kg. cm2即加在電動機軸上面總負載轉動慣量Jd Jd= Jz1+（Jz

47、2+ Jz3）/i2+（Jz4+Jr+JL）/i2 =0.4+（6.4+0.4）/4+（15.6+1.38+0.47）/25 kg. cm2 =2.8 kg. cm262計算折算到電動機軸上的負載力矩 計算折算到電動機軸上的切削負載力矩Tc已知在切削狀態(tài)下的軸向負載力Fa=Famax=1566.84N，絲桿每轉一圈，機床執(zhí)行不見得軸向移動距離L=6mm，進給傳動系統(tǒng)的傳動比i=5，進給傳動系統(tǒng)的總效率=0.85，則 Tc=FaL/（2i）=1566.84×0.006/（2×3.14×0.85× 計算折算到電動機軸上的摩擦負載力矩Tµ 已知到不切

48、削狀態(tài)下的軸向負載力（即空載時的導軌摩擦力）Fµ0=300N，則 Tµ= Fµ0L/（2i）=300×0.006/（2×3.14×0.85× 計算由滾珠絲桿預緊力Fp的并折算到電動機軸上的附加負載力矩Tf已知滾珠四桿螺母副的效率0=0.94，滾珠絲桿螺母副的預緊力Fp為 Fp=Famax/3=1566.84/3=522.28N Tf=FpL0×(1-02)/( 2i) =522.28×0.006×(1-0.942)/(2×3.14×0.85× 折算到電動機軸上的負載

49、力矩T的計算。 空載時（快進力矩）則 Tkj= Tµ+ Tf 切削時（工進力矩）則 TGJ=Tc+Tf63計算折算到電動機軸上的加速力矩Tap 根據以上計算結果和相關表格，初選130BF001型反應式步進電動機，其轉動慣量Jm=4.6kg.cm2，而進給傳動系統(tǒng)的負載慣量Jd=2.8kg.cm2；對開環(huán)系統(tǒng)，一般取加速時間ta=0.05s，當機床執(zhí)行部件以最快的速度=1200mm/min運動時電動機的最高轉速為 nmax=1200×5/6r/min=1000r/min 則 Tap=2inmax（Jm+Jd）/（60×980ta） =2×3.14×5×1000×（4.6+2.8）/（60×980×0.025）64.計算橫向進給系統(tǒng)所需的折算到電動機軸上面的各種力矩計算空載啟動力矩TqTq=Tap+（Tµ 計算快進力矩Tkj TkJ= Tµ 計算工進力矩TGJ TGJ =Tc+Tf=（0.35+0.014）65選擇驅動電動機的型號 選擇驅動電動機的型號根據以上計算和表A-5，選擇國產130B