CA6140車床進行改造設計

CA6140車床進行改造設計,ca6140,車床,進行,改造,設計 畢業(yè)設計說明書 前言 畢業(yè)設計是實現(xiàn)高等院校培養(yǎng)目標所不可缺少的教學環(huán)節(jié)，是教學計劃中的一個有機組成部分，是培養(yǎng)我們學生綜合運用所學的基本理論、基本知識和基本技能，分析解決實際問題能力的重要一環(huán)。它與其它教學環(huán)節(jié)緊密配合，相輔相成，是前面各個教學環(huán)節(jié)的繼續(xù)和發(fā)展。 機電一體化占據(jù)主導地位是制造產業(yè)發(fā)展的必然趨勢而制造展業(yè)是整個個學技術和國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎工業(yè)，因此機電一體化在當前激烈的國際政治、軍事、經(jīng)濟競爭中有舉足輕重的作用，受到工業(yè)國家極大重視。 CA6140車床進行改造，讓我們綜合的運用機電一體化系統(tǒng)設計課程和其他有關先修課程的理論及生產實踐的知識去分析和解決機電一體化系統(tǒng)設計問題，有效鍛煉我們對機械設計及接口電路的設計能力，培養(yǎng)正確的設計思想和分析問題，同時鍛煉我們運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱資料等，培養(yǎng)機電一體化系統(tǒng)設計的基本技能，并使所學過的知識得到進一步鞏固和深化。 目 錄 一、計算切削力-------------------------------------------------3 二、滾珠絲杠螺母副的設計、計算與選型----------------4 ⑴最大進給力計算----------------------------------------------4 ⑵計算最大負載C-----------------------------------------------4 ⑶滾珠絲桿的選擇型號----------------------------------------5 ⑷傳動效率計算-------------------------------------------------6 ⑸剛度驗算-------------------------------------------------------6 ⑹穩(wěn)定校核-------------------------------------------------------8 ⑺滾珠絲桿的幾何參數(shù)----------------------------------------9 三、齒輪傳動比計算和選擇-----------------------------------9 四、步進電機的計算和選擇-----------------------------------10 (1)等效轉動慣量計算----------------------------------------10 （2）刀架臺折算到絲杠的傳動慣量--------------------------11 （3） 電機力矩的計算-------------------------------------------12 （4）計算電機空載起動頻率-----------------------------------16 五, 設計小結-------------------------------------------------18 一． 計算切削力： CA614普通車床橫軸的脈沖當量為0.005,刀具的補償量為0~~99.99mm,機床定位精度為±0.015.橫軸最大切削進給速度為0.3/min,刀架最快移動速度為1.2m/min. 按經(jīng)驗公式計算主Fz (n) 可用縱軸計算公式先算出縱軸的主切削力如下 縱切外圓： Fz=0.67Dmax1..5 (N) Dmax為最大加工直徑（mm） Fz（n）=0.67 Dmax1..5 =0.67 ×4001..5=5360（N） 而橫切削主力：F =0.5 F(n) ∴ F =0.5 ×5360 =2680（N） 計算走刀扛里抗力F ；吃刀抗力F 按以下比例： Fz：F：F =1 ： 0.25 ： 0.4 F=2680×0.25=670（N） F=2680×0.4=1072（N） 二， 滾珠絲杠螺母副的設計、計算與選型。 （1）受力和穩(wěn)定性橫向刀架導軌選擇燕尾型導軌，所以，最大進給力： F=K F+f(F+2 F+G) 上式中G為移動件重量（N·cm），f為導軌摩擦系數(shù)，隨導軌的形式而不同，K為考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù)。 取K=1.4 ，f=0.2 ∴F=1.4×F+0.2（F +2 F+600） =1.4×670+0.2×（2680+2×1072+600） =2023（N） （2）計算最大動負載C： 所謂的最大動負載為當所選絲杠副d 時，必須保證在一定的軸向負載作用下絲杠在回轉100萬轉后，在它的滾道上不產生點蝕現(xiàn)象。 根據(jù)公式：C=fw F 上式中： L-----絲杠壽命，以10轉為一單位, n=1000Vs／L Vs------為最大切削條件下的進給速度（m／mm）， 可取最大進給速度的0.5~0.33，即： Vs=0.3×0.5=0.15 L-----絲杠的導程（mm）取L=5mm（初選） T ---------機床的設計壽命（h），對于數(shù)控機床 取T=15000h f-----運轉系數(shù)，根據(jù)設計說明書中的表3-5運轉系數(shù)表取f=1.5 ∴ n=1000Vs／L=1000×0.3×0.5=30 r／mm L===27 ∴ C=fF=×1.2×2023=7283 N （3）滾珠絲杠的選擇型號： 查閱《機電一體化設計手冊》，可選用FYCD2005-2.5，1列2.5圏外循環(huán)螺紋預緊滾珠絲杠副額定動載荷為8630N,可滿足要求選用精度為3級。 (4)傳動效率計算： η= 式中：----絲桿螺旋升腳 ------摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)f=0.003~~0.004 其摩擦角約等于10′。 η===0.965 （5）剛度驗算: 最大進給力率引力為2023N，支承間距L=500，絲杠螺母軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的1/3。 ①絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1，查《機械設計寶典》圖3.23有：Fm=2023 N, D0=20 mm, δL/L=4.2×10-5 , δ1=δL/L×500=4.2×10-5×500=2.1×10mm 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了預緊拉伸，所以，其拉壓剛度可以提高四倍， 其實際變形量δS為： δS=1/4×2.1×10-2=0.502×10-2 mm ②滾珠與螺紋道接觸變形量δ2，查《機電一體化設計手冊》相關圖表，w系列1列2.5圈滾珠和螺紋道接觸變形量δQ=8.5×10-3 因進行了預緊， 故δ2=1/2×8.5×10-3=4.25×10-3 mm ③支軸滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形量δ3 ，采用8012型推力球軸承，d1=15 mm,滾動體直徑=4.763 mm,滾動體數(shù)量z=12 故δe=0.0024 Fm=202.3;d=4.763 ；Z=12 ∴δe=9.4×10 因施加預緊力故： δ3=1/2δe=1/2×9.4×10-3=4.7×10-3 綜合以上的幾項變形量之和： δ總=δS+δ2+δ3=（5.02+4.25+4.7）×10-3 δ總=1.397×10-2 而設計機床的定位精度為：±0.015 mm 因此，以上材料滿足要求。 ⑹穩(wěn)定性校核 計算臨界負載FK: FK = 上式中： E----絲杠彈性摸量，對于鋼 E=20.6×106 N/cm2 I----為截面慣性矩（cm4）,絲杠截面慣性矩 I=d41(d1為絲杠螺紋的底徑) L----絲杠兩支承端距離，單位cm. fz ------絲杠支承方式系數(shù)，兩端固定fz=4.0 I =d41=×16.7884=0.3899 FK == =123706 N nk ===61.1 >> [NK] (一般情況[NK]=2.5—4)，此滾珠絲杠不會產生失穩(wěn)。 ⑺、橫向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) 名稱 符號 計算公式 FYC2D2005-2.5 螺紋滾道 公稱直徑 d 0 20 螺距 L 0 5 接觸角 β 4o33’ 鋼球直徑 d q 3.175 滾道發(fā)面半徑 R R=0.5 d q 2 d q 1.651 偏心距 E e =R-sinβ 0.045 螺紋升角 V v =arctan 4o33’ 螺杠 螺杠外徑 D d =d0-0.23 d q 19.5 螺杠內徑 d 1 d 1 = d0 + 2e-2R 16.788 螺杠接觸直徑 dz dz= d0 - d qcosβ 16.865 螺母 螺母螺紋直徑 D D=d 0 -2e +2R 23.212 螺紋內經(jīng) D 1 D1=d0 +(0.2~0.25)d 20.635 三、齒輪轉動比計算： 已確定橫向進給脈沖當量 δp=0.005mm , 滾珠絲杠導程L0 =5 m, 初步選步進電機步距角0.75o, 可計算出傳動比: i = ==0.48 i ===0.48 ∴Z1=24 , Z2 = 50, 因進運動齒輪受力不是很大，模數(shù) m ?。?，齒輪有關參數(shù)如下： 齒 數(shù) 24 50 分度圓 d =mz 48 100 齒頂圓 da =d +2m 52 104 齒根圓 df =d - 2×1.25m 43 95 齒　寬 (6~10)m 20 20 中心距 a =(d1+d2)/2 124 四、進步電機的計算和選型 (1)等效轉動慣量計算： 計算簡圖可參考《畢業(yè)設計寶典》一書圖3.2.4。傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總傳動的傳動慣量Jε（kg*cm2） Jε = J1 +()2{(J2 +JS) +（）2 式中： J1、J2—齒輪Z1 、Z2 的傳動慣量（kg*cm2） JS----滾珠絲杠傳動慣量 由齒輪、軸、絲杠等圓柱體的慣量計算公式： J= =0.78×D4L×10-4（kg*cm2） M---圓柱體質量kg D---圓柱體直徑cm L----圓柱體長度或厚度cm （2）刀架臺折算到絲杠的傳動慣量： JG =()2=（）2 式中： v-----工作臺移動速度cm/min n-----絲杠轉轉速r/min G----工作臺重量N g----重力加速度9.8m/s2 L0---絲杠導程cm ∴JG =（）2× =0.388 kg/cm2 JS =0.78×10-3×24×50=0.624 kg/cm2 J1 =0.78×10-3×4.84×2=0.828 kg/cm2 J2 =0.78×10-3×104×2 = 16.5 kg/cm2 因此，到電機軸上的轉動慣量為： Jε = J1 +()2{(J2 +JS) +（）2 =0.828 +0.482 [(15.6+0.624) + 0.388] =0.828 +0.23 ×16.612 =4.65 kg/m2 （3） 電機力矩的計算： 快速空載起動時所需要力 M起 = Mamax + Mf +M0 (N*cm) 快速進給所需要力矩 M快 = Mf +M0 (N*cm) 最大切削負載時所需要力矩 M切 = Mf +M0 +M t (N*cm) ①空載時折算到電機軸上的加速力矩Mamax為： Mamax= Jε×10-2 上式中： Jε----為轉動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉動慣量。 nmax---電機最大轉速 （r/min） ta---運動部件從停止到起動力速到最大進給速度所需要時間 (ta = 0.03s) nmax =× (vmax運動部件最大快進速度vmax=1200 mm/min,θb 為步進電機步矩角0.75?，δp 為脈沖當量，取δp=0.005mm/脈沖) nmax =×=×=500 r/min Mamax= Jε×10-2 =4.65××10-2– =118.6 N*cm ②摩擦力矩Mf 的計算： Mf== （N*cm） 式中：F0-------導軌的摩擦系力（N） FZ-----垂直方向的切削力 G-----為運動部件的總重量 f-----為導軌摩擦系數(shù),燕尾鑿導軌取f=0.2 i-----齒輪降速比，i= ==2.08 η----轉動鏈總效率，一般可取0.7--0.85 Mf = ==31.4 N*cm ③附加摩擦力矩M0的計算 M0 = (1-η02) （N*cm） FP0-----為滾珠絲杠預加負載（N）,一般取進給引力的1/3 L0---為滾珠絲杠導程 cm η0---滾珠絲杠未預緊時的傳動效率，一般η0大于等于0.9 因此 M0 = (1-η02) = (1-0.92) =6.175 N*cm ④折算到電機軸上的切削負載力矩Mt Mt= N*cm = =51.3 N*cm 因此，快速空載起動時所需要力 Mq = Mamax + Mf +M0 (N*cm) =118.6 + 31.4 +6.17 =156.2 N*cm 快速進給所需要力矩 Mk = Mf +M0 (N*cm) =31.4 + 6.175 =36.6 N*cm 最大切削負載時所需要力矩 Mj = Mf +M0 +M t (N*cm) =31.4 +6.175 +51.3 =88.9 N*cm 從上面計算可以看出，Mq 、Mk 、 Mj 三 種工況 下，以快速空轉啟動所需要力矩最大，以此項作選步進電機的依據(jù)。 從設計指導書表3—10 最大靜轉矩Mjmax與Mq 之間的關系中，當步進電機為五相十拍時 Mjmax= =164.2 N/cm =1.642 N*m 按轉矩從設計指導書的附件三：反應式步進電機技術指標的圖表中可以查出，90BF004 型的最大靜轉矩為2.45 N*m 大于所需最大靜轉矩，可作為初選型號。 （4）計算電機空載起動頻率： ①最大空載起動頻率： fk == =4000 Hz 上式中 vmax ------運動部件最大快速進給速度等于1.2 m/min δp------脈沖當量橫軸 0.005mm/脈沖- ②切削時的最大工作頻率: fc== =500 Hz 上式中Vs-----最大切削進給速度為0.15m/min ⑸校核步進電機 ①校核步進電機轉矩和慣量的匹配條件 為了使步進電機具有良好的起動能力及較快的響應速度，通常要求滿足≤ 0.5 及 ≤ 4 式中：Mjmax--- 步進電機的最大靜轉矩（N*m） ML------- 轉動系統(tǒng)折算到電機軸上的負載轉矩(N*m) Jm------步進電機轉子的最大轉動慣量(g/m2) Jε------轉動系統(tǒng)折算到電機轉子的等效慣量(g/m2) 所以 ==0.363 ≤ 0.5 ==1.9 < 4 復合校核要求的條件. ②校核起矩特性和運動矩頻特性: 根據(jù)以上算出的最大空載起動頻率和切削時最大工作頻率在90BF004 的啟動矩頻特性和運行矩特性的圖表,在步進電機不失步的情況下查出所允許最大力矩Mdme 和Mdmk,與M起 和M切 的關系如下: M切 < Mdme M起 > Mdmk 因此,必須采用升降速措施, 采用高低壓驅動功放電路,將步進電機起動力矩再擴大一倍左右,步進電機能滿足使用. 五,畢業(yè)設計小結 此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。 通過這次實踐，我了解了冷凝器的用途及工作原理，熟悉了冷凝器的設計步驟，鍛煉了工程設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 20