1075-C616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床

1075-C616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床,c616,普通,車床,改造,經(jīng)濟型,數(shù)控車床 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）設(shè)計（論文）題目：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床系 別：機械工程系專 業(yè)：機電一體化班 級：02 機電（1）姓 名：宋文娟學(xué) 號：110203110指導(dǎo)老師：鄒壽南完成時間：05 年 6 月目錄C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床2序言 --------------------------------------------------------------------------------------3一、 設(shè)計方案的確定-----------------------------------------------------------------4（一） 設(shè)計任務(wù)------------------------------------------------------------------------4（二） 總體設(shè)計方案的確定---------------------------------------------------------4二、機械部分改造與設(shè)計------------------------------------------------------------4（一） 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算------------------------------------------------4（二） 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算------------------------------------------------10三、步進電機的選擇------------------------------------------------------------------13（一）步進電機選用的基本原則---------------------------------------------------13（二）步進電機的選擇---------------------------------------------------------------14四、機床導(dǎo)軌改造---------------------------------------------------------------------15五、自動轉(zhuǎn)位刀架的選用------------------------------------------------------------16六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)的選用------------------------------------17七、典型零件的工藝設(shè)計及應(yīng)用程序的編制------------------------------------18（一）工藝分析------------------------------------------------------------------------18（二）工作坐標系的設(shè)定------------------------------------------------------------19（三）手動鉆孔------------------------------------------------------------------------19（四）編制加工程序------------------------------------------------------------------19小結(jié)---------------------------------------------------------------------------------------21參考文獻---------------------------------------------------------------------------------22C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床3序言畢業(yè)設(shè)計課題：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床課題簡介：本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設(shè)計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，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)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進行改造后，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，增強企業(yè)的競爭能力。利用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機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)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，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。C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床4現(xiàn)我選用 C616 普通車床為例進行數(shù)控改造。一、設(shè)計方案的確定C616 型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。（一）設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對 C616 普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當量為 0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為 0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。(二)總體設(shè)計方案的確定由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，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，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。二、機械部分改造設(shè)計與計算1．縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控車床的改造一般是步進電機經(jīng)減速驅(qū)動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電機的布置，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)計要求那么高，而從改造方便、實用方面來考慮，一般把步進電機放在縱向絲杠的右端。2．縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 已知條件： 工作臺重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計算 )時間常數(shù)： T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L 0=6mm行程： S=640mm脈沖當量： δ p=0.01mm/step步距角： α=0.75°/step快速進給速度： Vmax=2mm/minC616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床5(1)切削計算 由〈〈機床設(shè)計手冊〉 〉可知，切削功率Nc=NηK式中 N——電機功率，查機床說明書，N=4KW； η——主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 0.6～0.7 取 η=0.65； K——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為 K=0.96。則： Nc=4×0.65×0.96=2.496KW又因為NC= 6120vFZFZ= v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/mm21880MpaXFz=1 YFz=0.75 KFz=1則可計算 FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ 計算結(jié)果ap(mm) 2 2 2 8 8 8f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4FZ(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837當 FZ=1520N 時，切削深度 ap=2mm, 走刀量 f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。從〈〈機床設(shè)計手冊〉 〉中可知，在一般外圓車削時：FX =（0.1～0.6）F Z FZ=(0.15～0.7) F ZC616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床6?。? FX=0.5 FZ=0.5×1527.6=763.8NFY=0.6 FZ=0.6×1527.6=916.5N(2)滾珠絲杠設(shè)計計算綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： P=KFX+f′(F Z+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)=1250.8N1) 強度計算：壽命值 L1= 60iTnn1= =0f主 0Dvf?取工件直徑 D=80 mm,查表得 T I=15000h則：n1= =20r/min6804.3.?L1= =1852最大動負載 Q= HwfP31查表得： 運轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1則Q= ×1.2×1×1250.8=39933.6N38根據(jù)最大動負載 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠直徑為 φ32mm,型號為 FC1B32×6—5—E2，其額定動載荷是 10689N，所以強度足夠用。2）效率計算：根據(jù)〈〈機械原理〉 〉的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 為：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床7η= )(??vtg式中 摩擦角 ψ=10′　　螺旋升角 γ=3 °25′則η= )10253(???tg3)剛度驗算：滾珠絲杠受到工作負載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 △L 1=± EF0式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6×166N/ cm2。滾珠絲杠截面積 F=( )2π= （ ） 2×3.14d8031.則△L 1=± =±5.9×10-6㎝14.3)280.(6.2065??滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L 2 很小,可忽略 ,即：△L= △L 1。所以：導(dǎo)程變形總誤差△為△ = = ×5.9×10-6=9.8μm/mL?016.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)定性驗算：由于機床原絲杠直徑為 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)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比i= = =1.25PL??36001.675?故取 Z1=32mm Z2=40C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床8m=2mm b=20mm α=20°d1=m Z1=2×32=64mmd2= m Z2=2×40=80mmdα1 =d1 +2ha*=68mmdα2 =d2+2ha*=84mmα= = =72㎜21d?80642) 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1=( )2W=( )2×80=0.468㎏·㎝ 2???p8075.01438?=4.68N·㎝ 2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：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)動慣量：JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝ 2=26.17 N·㎝ 2JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝ 2=63.9 N·㎝ 2電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。因此,總的轉(zhuǎn)動慣量：J= (JS+JZ2)+ JZ1+ J121i= (11.475+6.39)+2.617+0.46825.1=14.519㎏·㎝ 2=145.19N·㎝ 23）所需轉(zhuǎn)動力矩計算C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床9快速空載啟動時所需力矩M=Mamax＋ Mf＋M 0最大切削負載時所需力矩M=Mat＋ Mf＋M 0＋M t快速進給時所需力矩M= Mf＋M 0式中 Mamax ——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；Mf ——折算到電機軸上的摩擦力矩；M0 ——由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩；Mat ——切削時折算到電機軸上的加速度力矩；Mt ——折算到電機軸上的切削負載力矩。Ma= ×10-4N·mTJn6.9當 n=nmax 時 Mamax =Manmax= = =416.7r/min0maxLiv25.1?Mamax= ×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝.6974當 n=nt 時 Ma=Matnt= = = =24.88r/min0Lfi主 01fDvi?68014.325.?Mat= ×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝25.6984?Mf = =iF??0iWf0?當 η 0=0.8 f′=0.16 時Mf = =1.223㎏f·㎝25.1804.326?M0 = (1-η 02)iLFX??C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床10當 η 0=0.9 時預(yù)加載荷 P0= Fx 則：31M0= = =0.462㎏f·㎝=4.62N·㎝iLX??6)(2?25.1804.)9(67??Mt= = =7.297㎏f ·㎝=72.97 N·㎝i20.1.3?所以, 快速空載啟動時所需力矩：M=Mamax＋ Mf＋M 0=25.72＋1.223 ＋0.462=27.405㎏f·㎝=274.05N·㎝切削時所需力矩：M=Mat＋ Mf＋ M0＋M t=1.536＋1.223 ＋0.462＋7.297=10.518㎏f·㎝=105.18 N·㎝快速進給時所需力矩：M= Mf＋M 0=1.223＋0.462=1.685㎏f·㎝=16.85 N·㎝由以上分析計算可知：所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動時，Mmax=27.405㎏f·㎝=274.05 N·㎝(二)橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算1. 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單,一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。2．橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結(jié)果。已知條件：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床11工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=30㎏f=300N時間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=4㎜ 左旋行程 S=190㎜脈沖當量 δ p=0.005㎜/step步距角 α=0.75°/ step快速進給速度 vmax=1m/min(1)切削力計算 橫向進給量為縱向的 1/2～1/3，取 1/2，則切削力約為縱向的 1/2FZ=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N在切斷工件時：Fy=0.5 FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N(2)滾珠絲杠設(shè)計計算1）強度計算：對于燕尾型導(dǎo)軌：P=KFy＋f ′(F z＋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= = =13.5610Tn605?最大動負載Q= = =213.55㎏f=2135.5NPfHW31 74.12.53?根據(jù)最大動負載 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠公稱直徑為 φ20㎜，型號為 FC1B20×4—5—E2 左，其額定動負載為 5393N，所以強度足夠用。2）效率計算：螺旋升角 γ=3°38′，摩擦角 ψ=10′　　則傳動效率C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床12η= = =0.956)(???tg)0183(???tg3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載 P 引起的導(dǎo)程的變化量△L 1=± =± =± 5.96×10-6㎝EF0 26719.0.214.347?滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L 2 很小，可忽略， 　即：△L= △L 1 所以導(dǎo)程變形總誤差為△= mL?9.14096.54010 ?????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，故不再驗算。(3)齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比 i= 67.1350.36470???pL??故取 Z1=18 Z2=30m =2㎜ b=20㎜ α=20°d1=36㎜ d2=20㎜dα1 =40㎜ dα1 =64㎜a=48㎜2)傳動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1= ㎏·㎝ 20439.13)75.01438()80( 22 ????Wp???絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝ 2齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床13JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.262㎏·㎝ 2JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝ 2電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：J= 0439.2.)0.624.()53)(1122 ?????JJiZS=1.258㎏·㎝ 23）所需轉(zhuǎn)動力矩計算nmax= min/7.416350maxrLiv??Mamax= N·m=2.23㎏f·㎝28.025.698.106.944max????TJnt= =33.17r/min3.31001DLvfif?主Mat= =0.0174 N·m=0.1775 f·㎝425.6978.??Mf= = = 0.287㎏f·㎝=0.028 N·miF??0iWf0? ??58.013.M0= 0.116㎏f·㎝=0.011 N ·m???)9.(.469.)1(6 22iLYMt= 1.824㎏f·㎝=0.182 N·m?58.032.0iFY??所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩：M=Mamax＋M f＋M 0=2.23＋ 0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝切削時所需力矩：M=Mat＋ Mf＋ M0＋M t=0.1774＋0.287 ＋0.116＋1.824C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床14=2.404㎏f·㎝=24.04 N·㎝快速進給時所需力矩：M= Mf＋M 0=0.287＋0.116=0.403㎏f·㎝=4.03 N·㎝從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時，M max=2.633㎏f·㎝=26.33 N·㎝三、步進電機的選擇(一) 步進電機的選擇的基本原則合理選用步進電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇。現(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：1．步距角 α　步距角應(yīng)滿足：α≤ imn?式中 i——傳動比α min——系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。2．精度步進電機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用。所以選用不進電機應(yīng)滿足△Q≤i[ △θ s]式中 △Q——步進電機的積累誤差；[△θ s]——系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部件允許的角度誤差。3．轉(zhuǎn)矩 為了使步進電機正常運行（不失步、不越步） ，正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為：Mq≥ 5.03～L式中 Mq——電動機啟動力矩；C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床15ML0——電動機靜負載力矩。根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。M jm 為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。表(2) 步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6運行方式 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12Mg /Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.8662）在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。3．啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：ft≥[f cp]m式中 ft——極限啟動頻率；[fcp]m——要求步進電機最高啟動頻率。（二）步進電機的選擇1．C616 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定Mq = 685.125 N·㎝??4.015270。 L為滿足最小步矩要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：M q/Mjm=0.866 所以步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為：Mjm= 791.14 N·㎝?86.0125.q步進電機最高工作頻率fmax= Hz3.01.620max?pv?綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要求。4．C616 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床16Mq = N·㎝825.64.0132.??L電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為：Mjm= N·㎝01.768.256.0?q步進電機最高工作頻率fmax= =3333.3 Hz05.60max?pv?為了便于設(shè)計和采購，仍選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要求。四、機床導(dǎo)軌改造臥式車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床導(dǎo)軌面運動的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準確的沿著一定的方向運動。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性能。數(shù)控機床上，常使用滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟型數(shù)控一般不使用滾動導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導(dǎo)軌，將太大增加機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導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導(dǎo)軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機床導(dǎo)軌進行修整后貼塑，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、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C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床17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)在原有的滑動導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動導(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，待其完全固化后進行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。五、自動轉(zhuǎn)位刀架的選用自動轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機床數(shù)控改造機械方面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉(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。經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進機床數(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)點達到國內(nèi)先進水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4—工型系列四工位自動刀架。C616 適配刀架。刀架技術(shù)參數(shù)：刀位數(shù)：4電動功率：60W電機轉(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：重復(fù)定位精度：≤0.005㎜工作可靠性：＞30000 次換刀時間：90° 180° 270°2.9s 3.4s 3.9s六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)選用數(shù)控系統(tǒng)是一臺數(shù)控機床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機床數(shù)控改造中是至關(guān)重要的現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為 JWK—15T?，F(xiàn)將該經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如 下：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床181 生產(chǎn)廠家 南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司2 用戶容量 24K3 設(shè)定單位 X=0.005 Z=0.014 控制軸數(shù) X、Z 兩軸5 聯(lián)動軸數(shù) 二軸6 編程尺寸 ±9999.997 快速(X/Z)向 316/㎜8 G 功能 G00～G04 G22～G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G929 M 功能 M00～M09 M20～M29 M92～M9910 S 功能 S01～S04 S05～S1011 T 功能 T1X～ T8X12 步進電機 ～220V ±10%50HZ13 控制精度 1 步14 功耗 W 36015 環(huán)境溫度 0～40°C16 相對溫度 80%（ 25°C）17 外形尺寸（㎜）340×400×22018 系統(tǒng)重量 17 kg七、典型零件的工藝設(shè)計及應(yīng)用程序編制所需加工零件的材料為 45 號鋼，加工零件如下圖所示：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床19割 槽 刀鏜 刀螺 紋 刀外 形 刀刀 具 類 型刀 號 其 余 2×45°40±.5（一）工藝分析1、該零件分七個工步來完成加工，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 號車刀（副偏角大于 45°） ，02 號螺距紋刀、03 號內(nèi)孔鏜刀，04 號割槽刀共四把刀。4、G73 進行外圓粗加工時，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 進行內(nèi)孔粗加工時，單邊粗車吃刀量 1mm,U=1,R 退刀量的值 0.5mm,精車余量C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床200.5mm。（二）工件坐標系的設(shè)定 選取工件的右端面的中心點 O 為工件坐標系的原點。（三）手動鉆孔夾好工件，用 φ16 的麻花鉆手動鉆孔，孔深 55mm。（四）編制加工程序N001 G94G54T1M03S700M08N002 G00Z0X32N003 G01X-1F30N004 G00Z1X30.6N005 G01Z-44F80N006 G00X31Z1N007 G00X27N008 GO1Z-22.4F80N009 G00X28Z1N010 G00X25N011 G01Z-22.4F80N012 G00X26Z1N013 G00X23.9N014 G01Z-20N015 G00Z1X25N016 G00X80Z120M09M05N017 T2M06M08M03N018 G00Z0X24N019 G01X2.5F30N020 G01X23.9 CHF=2N021 G01Z-8F80N022 G01X22Z-9.6 N023 G01Z-19.8N024 G01X24.6N025 G01X27N026 G01X30.5Z-38.4N027 G01Z-44N028 G00X31Z-8 N029 G00X24N030 G01X23.9N031 G01X20.8Z-9.6 N032 G01Z-19.8N033 G02X24.6Z-22.4CR=5.6F50C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床21N034 GO1X30.4Z-38.4N035 G01Z-44N036 G00X80Z100M09M05N037 T3M06M08M03N038 G00Z3X23.3N039 G33Z-11K=0.75N040 G00X25N041 G00Z3N042 G00X23.1N043 G33Z-11K=0.75N044 G00X25N045 G00Z3N046 G00X23N047 G33Z-11K=0.75N048 G00X25N049 G00X80Z120M09M05N050 T4M06M08M03N051 G00Z3X0N052 G01Z-44F15N053 G01Z3F50N054 G00X80Z120M09M05N055 T5M06M08M03N056 G00X14.2Z1N057 G01Z-41F50N058 GOOX14Z1N059 GOOX14.4N060 G01Z-41N061 G00X14Z1N062 G00X16Z0N063 G01X14.4Z-8N064 G00Z0N065 G00X17.6N066 G01X14.4Z-8N067 G00Z1N068 G00X80Z120M09M05N069 T6M06M08M03N070 G00X32Z-40N071 G01X12F30N072 G00X80Z120N073 M05M09M02小結(jié)C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床22三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對機械設(shè)計與制造方面的知識有了一個系統(tǒng)而又全新的的認識。畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)習(xí)中最后一個重要的實踐性環(huán)節(jié)，是一個綜合性較強的設(shè)計任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個良好的基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知識情況進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，我投入了萬分的精力做了充分的準備工作。首先，我先針對畢業(yè)課題來考慮，在指導(dǎo)老師的指點和幫助下，對所需的資料進行搜集和整理，根據(jù)設(shè)計的要求，再對資料做一個簡單的歸類。其次，依據(jù)指導(dǎo)老師給出的設(shè)計任務(wù)要求，先制定設(shè)計的總體方案，按照指導(dǎo)老師要求的設(shè)計進度，一步步的完成此次的設(shè)計任務(wù)。前幾周的數(shù)控拆裝綜合實驗，為我此次的畢業(yè)設(shè)計做了很好的鋪墊，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)計雖已結(jié)束，但想想我在其中所學(xué)到的知識，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無論是設(shè)計新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個復(fù)雜的技術(shù)過程，容不得半點含糊。設(shè)計人員應(yīng)先明白設(shè)計的目的，了解產(chǎn)品的價值和實用性，其次要對設(shè)計的產(chǎn)品進行構(gòu)思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫產(chǎn)品的設(shè)計說明書，進行繪圖。這次的畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我獨立設(shè)計思考和分析解決問題的能力，拓寬了我的知識面，是一次很好的鍛煉機會！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)計的指導(dǎo)!參考文獻C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床23張新義 《經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計》 機械工業(yè)出版社余英良 《機床數(shù)控改造設(shè)計與實例》 機械工業(yè)出版社何銘新 《機械制圖》 高等教育出版社徐 灝 《機械設(shè)計手冊》第 2 版 第 4 卷 機械工藝出版社畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）設(shè)計（論文）題目：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床系 別：機械工程系專 業(yè)：機電一體化班 級：02 機電（1）姓 名：宋文娟學(xué) 號：110203110指導(dǎo)老師：鄒壽南完成時間：05 年 6 月目錄C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床2序言 --------------------------------------------------------------------------------------3一、 設(shè)計方案的確定-----------------------------------------------------------------4（一） 設(shè)計任務(wù)------------------------------------------------------------------------4（二） 總體設(shè)計方案的確定---------------------------------------------------------4二、機械部分改造與設(shè)計------------------------------------------------------------4（一） 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算------------------------------------------------4（二） 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算------------------------------------------------10三、步進電機的選擇------------------------------------------------------------------13（一）步進電機選用的基本原則---------------------------------------------------13（二）步進電機的選擇---------------------------------------------------------------14四、機床導(dǎo)軌改造---------------------------------------------------------------------15五、自動轉(zhuǎn)位刀架的選用------------------------------------------------------------16六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)的選用------------------------------------17七、典型零件的工藝設(shè)計及應(yīng)用程序的編制------------------------------------18（一）工藝分析------------------------------------------------------------------------18（二）工作坐標系的設(shè)定------------------------------------------------------------19（三）手動鉆孔------------------------------------------------------------------------19（四）編制加工程序------------------------------------------------------------------19小結(jié)---------------------------------------------------------------------------------------21參考文獻---------------------------------------------------------------------------------22C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床3序言畢業(yè)設(shè)計課題：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床課題簡介：本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設(shè)計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，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)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進行改造后，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，增強企業(yè)的競爭能力。利用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機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)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，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。C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床4現(xiàn)我選用 C616 普通車床為例進行數(shù)控改造。一、設(shè)計方案的確定C616 型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。（一）設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對 C616 普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制?？v向脈沖當量為 0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為 0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。(二)總體設(shè)計方案的確定由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，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，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。二、機械部分改造設(shè)計與計算1．縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控車床的改造一般是步進電機經(jīng)減速驅(qū)動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電機的布置，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)計要求那么高，而從改造方便、實用方面來考慮，一般把步進電機放在縱向絲杠的右端。2．縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 已知條件： 工作臺重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計算 )時間常數(shù)： T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L 0=6mm行程： S=640mm脈沖當量： δ p=0.01mm/step步距角： α=0.75°/step快速進給速度： Vmax=2mm/minC616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床5(1)切削計算 由〈〈機床設(shè)計手冊〉 〉可知，切削功率Nc=NηK式中 N——電機功率，查機床說明書，N=4KW； η——主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 0.6～0.7 取 η=0.65； K——進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為 K=0.96。則： Nc=4×0.65×0.96=2.496KW又因為NC= 6120vFZFZ= v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/mm21880MpaXFz=1 YFz=0.75 KFz=1則可計算 FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ 計算結(jié)果ap(mm) 2 2 2 8 8 8f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4FZ(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837當 FZ=1520N 時，切削深度 ap=2mm, 走刀量 f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。從〈〈機床設(shè)計手冊〉 〉中可知，在一般外圓車削時：FX =（0.1～0.6）F Z FZ=(0.15～0.7) F ZC616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床6?。? FX=0.5 FZ=0.5×1527.6=763.8NFY=0.6 FZ=0.6×1527.6=916.5N(2)滾珠絲杠設(shè)計計算綜合導(dǎo)軌車床絲杠的軸向力： P=KFX+f′(F Z+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)=1250.8N1) 強度計算：壽命值 L1= 60iTnn1= =0f主 0Dvf?取工件直徑 D=80 mm,查表得 T I=15000h則：n1= =20r/min6804.3.?L1= =1852最大動負載 Q= HwfP31查表得： 運轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1則Q= ×1.2×1×1250.8=39933.6N38根據(jù)最大動負載 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠直徑為 φ32mm,型號為 FC1B32×6—5—E2，其額定動載荷是 10689N，所以強度足夠用。2）效率計算：根據(jù)〈〈機械原理〉 〉的公式，絲杠螺母副的傳動效率 η 為：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床7η= )(??vtg式中 摩擦角 ψ=10′　　螺旋升角 γ=3 °25′則η= )10253(???tg3)剛度驗算：滾珠絲杠受到工作負載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 △L 1=± EF0式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6×166N/ cm2。滾珠絲杠截面積 F=( )2π= （ ） 2×3.14d8031.則△L 1=± =±5.9×10-6㎝14.3)280.(6.2065??滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L 2 很小,可忽略 ,即：△L= △L 1。所以：導(dǎo)程變形總誤差△為△ = = ×5.9×10-6=9.8μm/mL?016.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)定性驗算：由于機床原絲杠直徑為 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)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比i= = =1.25PL??36001.675?故取 Z1=32mm Z2=40C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床8m=2mm b=20mm α=20°d1=m Z1=2×32=64mmd2= m Z2=2×40=80mmdα1 =d1 +2ha*=68mmdα2 =d2+2ha*=84mmα= = =72㎜21d?80642) 轉(zhuǎn)動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1=( )2W=( )2×80=0.468㎏·㎝ 2???p8075.01438?=4.68N·㎝ 2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：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)動慣量：JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝ 2=26.17 N·㎝ 2JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝ 2=63.9 N·㎝ 2電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。因此,總的轉(zhuǎn)動慣量：J= (JS+JZ2)+ JZ1+ J121i= (11.475+6.39)+2.617+0.46825.1=14.519㎏·㎝ 2=145.19N·㎝ 23）所需轉(zhuǎn)動力矩計算C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床9快速空載啟動時所需力矩M=Mamax＋ Mf＋M 0最大切削負載時所需力矩M=Mat＋ Mf＋M 0＋M t快速進給時所需力矩M= Mf＋M 0式中 Mamax ——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；Mf ——折算到電機軸上的摩擦力矩；M0 ——由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩；Mat ——切削時折算到電機軸上的加速度力矩；Mt ——折算到電機軸上的切削負載力矩。Ma= ×10-4N·mTJn6.9當 n=nmax 時 Mamax =Manmax= = =416.7r/min0maxLiv25.1?Mamax= ×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝.6974當 n=nt 時 Ma=Matnt= = = =24.88r/min0Lfi主 01fDvi?68014.325.?Mat= ×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝25.6984?Mf = =iF??0iWf0?當 η 0=0.8 f′=0.16 時Mf = =1.223㎏f·㎝25.1804.326?M0 = (1-η 02)iLFX??C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床10當 η 0=0.9 時預(yù)加載荷 P0= Fx 則：31M0= = =0.462㎏f·㎝=4.62N·㎝iLX??6)(2?25.1804.)9(67??Mt= = =7.297㎏f ·㎝=72.97 N·㎝i20.1.3?所以, 快速空載啟動時所需力矩：M=Mamax＋ Mf＋M 0=25.72＋1.223 ＋0.462=27.405㎏f·㎝=274.05N·㎝切削時所需力矩：M=Mat＋ Mf＋ M0＋M t=1.536＋1.223 ＋0.462＋7.297=10.518㎏f·㎝=105.18 N·㎝快速進給時所需力矩：M= Mf＋M 0=1.223＋0.462=1.685㎏f·㎝=16.85 N·㎝由以上分析計算可知：所需最大力矩 Mmax 發(fā)生在快速啟動時，Mmax=27.405㎏f·㎝=274.05 N·㎝(二)橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算1. 橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單,一般是步進電機經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來，以保證其同軸度，提高傳動精度。2．橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算由于橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結(jié)果。已知條件：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床11工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=30㎏f=300N時間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=4㎜ 左旋行程 S=190㎜脈沖當量 δ p=0.005㎜/step步距角 α=0.75°/ step快速進給速度 vmax=1m/min(1)切削力計算 橫向進給量為縱向的 1/2～1/3，取 1/2，則切削力約為縱向的 1/2FZ=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N在切斷工件時：Fy=0.5 FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N(2)滾珠絲杠設(shè)計計算1）強度計算：對于燕尾型導(dǎo)軌：P=KFy＋f ′(F z＋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= = =13.5610Tn605?最大動負載Q= = =213.55㎏f=2135.5NPfHW31 74.12.53?根據(jù)最大動負載 Q 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠公稱直徑為 φ20㎜，型號為 FC1B20×4—5—E2 左，其額定動負載為 5393N，所以強度足夠用。2）效率計算：螺旋升角 γ=3°38′，摩擦角 ψ=10′　　則傳動效率C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床12η= = =0.956)(???tg)0183(???tg3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載 P 引起的導(dǎo)程的變化量△L 1=± =± =± 5.96×10-6㎝EF0 26719.0.214.347?滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L 2 很小，可忽略， 　即：△L= △L 1 所以導(dǎo)程變形總誤差為△= mL?9.14096.54010 ?????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，故不再驗算。(3)齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比 i= 67.1350.36470???pL??故取 Z1=18 Z2=30m =2㎜ b=20㎜ α=20°d1=36㎜ d2=20㎜dα1 =40㎜ dα1 =64㎜a=48㎜2)傳動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1= ㎏·㎝ 20439.13)75.01438()80( 22 ????Wp???絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝ 2齒輪的轉(zhuǎn)動慣量：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床13JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.262㎏·㎝ 2JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝ 2電機轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：J= 0439.2.)0.624.()53)(1122 ?????JJiZS=1.258㎏·㎝ 23）所需轉(zhuǎn)動力矩計算nmax= min/7.416350maxrLiv??Mamax= N·m=2.23㎏f·㎝28.025.698.106.944max????TJnt= =33.17r/min3.31001DLvfif?主Mat= =0.0174 N·m=0.1775 f·㎝425.6978.??Mf= = = 0.287㎏f·㎝=0.028 N·miF??0iWf0? ??58.013.M0= 0.116㎏f·㎝=0.011 N ·m???)9.(.469.)1(6 22iLYMt= 1.824㎏f·㎝=0.182 N·m?58.032.0iFY??所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩：M=Mamax＋M f＋M 0=2.23＋ 0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝切削時所需力矩：M=Mat＋ Mf＋ M0＋M t=0.1774＋0.287 ＋0.116＋1.824C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床14=2.404㎏f·㎝=24.04 N·㎝快速進給時所需力矩：M= Mf＋M 0=0.287＋0.116=0.403㎏f·㎝=4.03 N·㎝從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時，M max=2.633㎏f·㎝=26.33 N·㎝三、步進電機的選擇(一) 步進電機的選擇的基本原則合理選用步進電機是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：1．步距角 α　步距角應(yīng)滿足：α≤ imn?式中 i——傳動比α min——系統(tǒng)對步進電機所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。2．精度步進電機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用。所以選用不進電機應(yīng)滿足△Q≤i[ △θ s]式中 △Q——步進電機的積累誤差；[△θ s]——系統(tǒng)對步進電機驅(qū)動部件允許的角度誤差。3．轉(zhuǎn)矩 為了使步進電機正常運行（不失步、不越步） ，正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為：Mq≥ 5.03～L式中 Mq——電動機啟動力矩；C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床15ML0——電動機靜負載力矩。根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。M jm 為步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進電機技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。表(2) 步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6運行方式 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12Mg /Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.8662）在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。3．啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：ft≥[f cp]m式中 ft——極限啟動頻率；[fcp]m——要求步進電機最高啟動頻率。（二）步進電機的選擇1．C616 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定Mq = 685.125 N·㎝??4.015270。 L為滿足最小步矩要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：M q/Mjm=0.866 所以步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為：Mjm= 791.14 N·㎝?86.0125.q步進電機最高工作頻率fmax= Hz3.01.620max?pv?綜合考慮，查表選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要求。4．C616 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床16Mq = N·㎝825.64.0132.??L電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為：Mjm= N·㎝01.768.256.0?q步進電機最高工作頻率fmax= =3333.3 Hz05.60max?pv?為了便于設(shè)計和采購，仍選用 110BF003 型直流步進電機，能滿足使用要求。四、機床導(dǎo)軌改造臥式車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床導(dǎo)軌面運動的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準確的沿著一定的方向運動。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性能。數(shù)控機床上，常使用滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟型數(shù)控一般不使用滾動導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導(dǎo)軌，將太大增加機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導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵—鑄鐵或鑄鐵—淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導(dǎo)軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機床導(dǎo)軌進行修整后貼塑，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、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C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床17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)在原有的滑動導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動導(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，待其完全固化后進行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。五、自動轉(zhuǎn)位刀架的選用自動轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機床數(shù)控改造機械方面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉(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。經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進機床數(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)點達到國內(nèi)先進水平，在生產(chǎn)中大量使用。現(xiàn)選用常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4—工型系列四工位自動刀架。C616 適配刀架。刀架技術(shù)參數(shù)：刀位數(shù)：4電動功率：60W電機轉(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：重復(fù)定位精度：≤0.005㎜工作可靠性：＞30000 次換刀時間：90° 180° 270°2.9s 3.4s 3.9s六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)選用數(shù)控系統(tǒng)是一臺數(shù)控機床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機床數(shù)控改造中是至關(guān)重要的現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為 JWK—15T?，F(xiàn)將該經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如 下：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床181 生產(chǎn)廠家 南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司2 用戶容量 24K3 設(shè)定單位 X=0.005 Z=0.014 控制軸數(shù) X、Z 兩軸5 聯(lián)動軸數(shù) 二軸6 編程尺寸 ±9999.997 快速(X/Z)向 316/㎜8 G 功能 G00～G04 G22～G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G929 M 功能 M00～M09 M20～M29 M92～M9910 S 功能 S01～S04 S05～S1011 T 功能 T1X～ T8X12 步進電機 ～220V ±10%50HZ13 控制精度 1 步14 功耗 W 36015 環(huán)境溫度 0～40°C16 相對溫度 80%（ 25°C）17 外形尺寸（㎜）340×400×22018 系統(tǒng)重量 17 kg七、典型零件的工藝設(shè)計及應(yīng)用程序編制所需加工零件的材料為 45 號鋼，加工零件如下圖所示：C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床19割 槽 刀鏜 刀螺 紋 刀外 形 刀刀 具 類 型刀 號 其 余 2×45°40±.5（一）工藝分析1、該零件分七個工步來完成加工，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 號車刀（副偏角大于 45°） ，02 號螺距紋刀、03 號內(nèi)孔鏜刀，04 號割槽刀共四把刀。4、G73 進行外圓粗加工時，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 進行內(nèi)孔粗加工時，單邊粗車吃刀量 1mm,U=1,R 退刀量的值 0.5mm,精車余量C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床200.5mm。（二）工件坐標系的設(shè)定 選取工件的右端面的中心點 O 為工件坐標系的原點。（三）手動鉆孔夾好工件，用 φ16 的麻花鉆手動鉆孔，孔深 55mm。（四）編制加工程序N001 G94G54T1M03S700M08N002 G00Z0X32N003 G01X-1F30N004 G00Z1X30.6N005 G01Z-44F80N006 G00X31Z1N007 G00X27N008 GO1Z-22.4F80N009 G00X28Z1N010 G00X25N011 G01Z-22.4F80N012 G00X26Z1N013 G00X23.9N014 G01Z-20N015 G00Z1X25N016 G00X80Z120M09M05N017 T2M06M08M03N018 G00Z0X24N019 G01X2.5F30N020 G01X23.9 CHF=2N021 G01Z-8F80N022 G01X22Z-9.6 N023 G01Z-19.8N024 G01X24.6N025 G01X27N026 G01X30.5Z-38.4N027 G01Z-44N028 G00X31Z-8 N029 G00X24N030 G01X23.9N031 G01X20.8Z-9.6 N032 G01Z-19.8N033 G02X24.6Z-22.4CR=5.6F50C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床21N034 GO1X30.4Z-38.4N035 G01Z-44N036 G00X80Z100M09M05N037 T3M06M08M03N038 G00Z3X23.3N039 G33Z-11K=0.75N040 G00X25N041 G00Z3N042 G00X23.1N043 G33Z-11K=0.75N044 G00X25N045 G00Z3N046 G00X23N047 G33Z-11K=0.75N048 G00X25N049 G00X80Z120M09M05N050 T4M06M08M03N051 G00Z3X0N052 G01Z-44F15N053 G01Z3F50N054 G00X80Z120M09M05N055 T5M06M08M03N056 G00X14.2Z1N057 G01Z-41F50N058 GOOX14Z1N059 GOOX14.4N060 G01Z-41N061 G00X14Z1N062 G00X16Z0N063 G01X14.4Z-8N064 G00Z0N065 G00X17.6N066 G01X14.4Z-8N067 G00Z1N068 G00X80Z120M09M05N069 T6M06M08M03N070 G00X32Z-40N071 G01X12F30N072 G00X80Z120N073 M05M09M02小結(jié)C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床22三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對機械設(shè)計與制造方面的知識有了一個系統(tǒng)而又全新的的認識。畢業(yè)設(shè)計是我們學(xué)習(xí)中最后一個重要的實踐性環(huán)節(jié)，是一個綜合性較強的設(shè)計任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個良好的基礎(chǔ)，對我們掌握所學(xué)知識情況進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，我投入了萬分的精力做了充分的準備工作。首先，我先針對畢業(yè)課題來考慮，在指導(dǎo)老師的指點和幫助下，對所需的資料進行搜集和整理，根據(jù)設(shè)計的要求，再對資料做一個簡單的歸類。其次，依據(jù)指導(dǎo)老師給出的設(shè)計任務(wù)要求，先制定設(shè)計的總體方案，按照指導(dǎo)老師要求的設(shè)計進度，一步步的完成此次的設(shè)計任務(wù)。前幾周的數(shù)控拆裝綜合實驗，為我此次的畢業(yè)設(shè)計做了很好的鋪墊，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)計雖已結(jié)束，但想想我在其中所學(xué)到的知識，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無論是設(shè)計新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個復(fù)雜的技術(shù)過程，容不得半點含糊。設(shè)計人員應(yīng)先明白設(shè)計的目的，了解產(chǎn)品的價值和實用性，其次要對設(shè)計的產(chǎn)品進行構(gòu)思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫產(chǎn)品的設(shè)計說明書，進行繪圖。這次的畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)了我獨立設(shè)計思考和分析解決問題的能力，拓寬了我的知識面，是一次很好的鍛煉機會！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)計的指導(dǎo)!參考文獻C616 型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床23張新義 《經(jīng)濟型數(shù)控機床設(shè)計》 機械工業(yè)出版社余英良 《機床數(shù)控改造設(shè)計與實例》 機械工業(yè)出版社何銘新 《機械制圖》 高等教育出版社徐 灝 《機械設(shè)計手冊》第 2 版 第 4 卷 機械工藝出版社