CW6163普通車床數(shù)控化改造.docx

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LX型彈性柱銷聯(lián)軸器主要參數(shù)與尺寸(mm) 根據(jù)電機(jī)和絲杠的參數(shù)，選擇LX1型彈性柱銷聯(lián)軸器。 3.9電機(jī)的選擇與計(jì)算 3.9.1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.cm)可由下式計(jì)算 式中： ——步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ——聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ——滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； G——工件及工作臺(tái)重量； ——絲杠導(dǎo)程。 ⑴工作臺(tái)質(zhì)量折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 代入數(shù)據(jù)，=0.12kg.cm=1.2N.cm (2) 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 查《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)改造》可知，對(duì)于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用以下公式： 式中： D——圓柱形零件的直徑，即絲杠直徑（cm）； L——圓柱形零件的長度，即絲杠長度。 代入數(shù)據(jù)，=7.8≈1.83kg.cm=18.3N.cm (3) 聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: 聯(lián)軸器同樣屬于圓柱形零件，所以可以運(yùn)用上面的公式計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其中D=15mm，L=60mm。 =7.80.024kg.cm=0.24N.cm 綜上所得，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： =0.12+（1.83+0.024）+ =2.1kg.cm 驗(yàn)算慣量匹配，電動(dòng)機(jī)軸向慣量比值應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，既不應(yīng)太大也不應(yīng)太小，即伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般比值控制在1/16—1之間，=0.12/2.1≈0.06。滿足匹配要求。 3.9.2電機(jī)所需的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 式中： ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩； ——折算到電動(dòng)機(jī)軸上的加速度力矩； ——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； ——由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩； ——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩； ——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。 1）由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》可知， N.m 式中： J——折算到電機(jī)軸上的總慣量，kg.cm； n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min， 當(dāng)n=時(shí)，計(jì)算，n=計(jì)算； T——系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)。 ①當(dāng)n=時(shí)， = =（為空載最快移動(dòng)速度） 代入數(shù)據(jù)==1500r/min 則：=1.31N.m ②當(dāng)n=（為切削時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）時(shí)， = 且 D——機(jī)床實(shí)驗(yàn)工件的直徑。取D=70mm； v——切削線速度m/min。 代入數(shù)據(jù)得，=56.87r/min 則： =0.05N.m 2）折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： 式中： ——導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)0.4～0.2，動(dòng)摩擦因素為0.2～0.1，取0.2； W——移動(dòng)導(dǎo)軌的重量，取300N=30kg.f； ——垂直方向的切削力； ——傳動(dòng)效率，一般=0.7～0.85，取0.8。 代入數(shù)據(jù)得：=0.48N.cm=0.0048 3)絲杠折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩： 式中： ——為滾珠絲杠預(yù)加載荷； ——滾珠絲杠未預(yù)加載荷時(shí)的效率一般取0.9。 代入數(shù)據(jù)得：0.53N.cm=0.0053N.m 4)折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩: 式中： ——進(jìn)給方向的最大切削力 代入數(shù)據(jù)得：8.36N.cm=0.0836N.m 綜上所述，快速空載啟動(dòng)所需力矩： =1.31+0.0048+0.0053=1.32N.m 切削時(shí)所需的力矩： =0.05+0.0048+0.0053+0.0836=0.14N.m 快速進(jìn)給時(shí)所需的力矩： =0.0048+0.0053=0.01 N.m 對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，因?yàn)閯?dòng)態(tài)性能要求較高，所以電動(dòng)機(jī)例句主要是用來產(chǎn)生加速度的，而負(fù)載荷力矩占得比例很小。一般都是小于電動(dòng)機(jī)的力矩的10%-30%,所以通過選擇點(diǎn)機(jī)，要使快速空載啟動(dòng)力矩小于電動(dòng)機(jī)的最大力矩，M<,為電機(jī)電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，=，大慣性伺服電機(jī)=10。. 由以上分析計(jì)算可知，所需最大力矩發(fā)生在快速啟動(dòng)的時(shí)候： =13.2N.m 3.9.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 換算成功率： 由上式得： P=2πnM/60 其P為功率單位為瓦，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米 根據(jù)以上力矩及功率計(jì)算結(jié)果，可知所選電機(jī)滿足要 3.10橫向滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 3.10.1滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn) 滑動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和抗振性良好；缺點(diǎn)是磨損快。 為了提高耐磨性，國內(nèi)外主要采用鑲鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌和塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。 滑動(dòng)導(dǎo)軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。 1．鑄鐵 鑄鐵有良好的耐磨性、抗振性和工藝性。常用鑄鐵的種類有： （1）灰鑄鐵 一般選擇HT200，用于手工刮研、中等精度和運(yùn)動(dòng)速度較低的導(dǎo)軌，硬度在HB180以上； （2）孕育鑄鐵 把硅鋁孕育劑加入鐵水而得，耐磨性高于灰鑄鐵； （3）合金鑄鐵 包括：含磷量高于0.3％的高磷鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵一倍以上；磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵二倍以上；各種稀土合金鑄鐵，有很高的耐磨性和機(jī)械性能； 鑄鐵導(dǎo)軌的熱處理方法，通常有接觸電阻淬火和中高頻感應(yīng)淬火。接觸電阻淬火，淬硬層為0.15~0.2mm。硬度可達(dá)HRC55。中高頻感應(yīng)淬火， 淬硬層為2~3mm，硬度可達(dá)HRC48~55，耐磨性可提高二倍，但在導(dǎo)軌全長上依次淬火易產(chǎn)生變形，全長上同時(shí)淬火需要相應(yīng)的設(shè)備。 2．鋼 鑲鋼導(dǎo)軌的耐磨性較鑄鐵可提高五倍以上。常用的鋼有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整體淬硬處理，硬度為52~58HRC；20Cr、20CrMnTi、15等滲碳淬火，滲碳淬硬至56~62HRC；38C rMoAlA等采用氮化處理。 3．有色金屬 常用的有色金屬有黃銅HPb59-l，錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6，鋁青銅ZQAl9-2和鋅合金ZZn-Al10-5，超硬鋁LC4、鑄鋁ZL106等，其中以鋁青銅較好。 4．塑料 鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好(但略低于鋁青銅)，抗振性能好，工作溫度適應(yīng)范圍廣(-200~+260℃)，抗撕傷能力強(qiáng)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn)定件好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前在各類機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌及圖形發(fā)生器工作臺(tái)的導(dǎo)軌上都有應(yīng)用。塑料導(dǎo)軌多與不淬火的鑄鐵導(dǎo)軌搭配。 導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法、以及使用與維護(hù)。提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長時(shí)期內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長設(shè)備的使用壽命。常用的提高導(dǎo)軌耐磨性的方法有：采用鑲裝導(dǎo)軌、提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度、采用卸荷裝置減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力(即比壓)等 3.10.2滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)： 一．作用力合作用點(diǎn)位置，作用力方向和作用點(diǎn)的位置唏噓合理安置。一邊導(dǎo)軌傾斜的力矩盡量小。否則會(huì)使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨加劇，從而降低導(dǎo)軌的靈活性和導(dǎo)向精度。嚴(yán)重時(shí)甚至還可能卡死，不能正常工作。 1. 作用在運(yùn)動(dòng)件上的推力有三種情況： 1.推力通過運(yùn)動(dòng)件在軸線 2.推力作用點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)件的軸線上。但推力的方向與軸線成一夾角 3.推力平行于運(yùn)動(dòng)件的軸線上 對(duì)于第一種情況，導(dǎo)軌鎮(zhèn)南關(guān)的摩擦力只受到載荷及運(yùn)動(dòng)件本身重量的影響，推力不會(huì)產(chǎn)生附加摩擦力。猶豫結(jié)構(gòu)上的限制，實(shí)際的結(jié)構(gòu)中往往出項(xiàng)第二第三中情況。為了保證導(dǎo)軌的靈活性，要對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行驗(yàn)算，在已知的條件先，確定各部分的集合尺寸。 推力F與運(yùn)動(dòng)件軸線組成夾角a,如圖所示 推力F的作用將使運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生傾斜，從而使運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)體的倆點(diǎn)處壓緊， 設(shè)正壓力分別為 .，相應(yīng)摩擦力，，作用間的距離為L，軸向阻力為 根據(jù)靜力平衡條件,運(yùn)動(dòng)件的直徑較小時(shí)，上式中含有d的各項(xiàng)可以略去。可 解得： 欲推動(dòng)運(yùn)動(dòng)件，則必須使 若要保證不卡死的條件是： 由此，可得到當(dāng)推力F與運(yùn)動(dòng)件有一夾角a時(shí)，運(yùn)動(dòng)件正常工作的條件是 為當(dāng)量摩擦系數(shù) 在燕尾形和三角形導(dǎo)軌中: --滑動(dòng)摩擦系數(shù) --燕尾輪廓角與三角底角 二．選與運(yùn)動(dòng)件軸線與軸線相距h，圖中為軸向阻力和為反作用力，為當(dāng)量摩擦系數(shù)，根據(jù)靜力平衡條件 解得： 推動(dòng)運(yùn)動(dòng)件則必須： 保證運(yùn)動(dòng)件不卡死條件 即： 為了保證運(yùn)動(dòng)靈活，可取值 當(dāng)取f=0.25時(shí)，則有： 對(duì)圓柱形導(dǎo)軌： 對(duì)矩形導(dǎo)軌： 對(duì)燕尾形或三角形導(dǎo)軌： 在本設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌中：h=200mm L=360 因此： 符合相關(guān)要求. 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)的是橫向進(jìn)給機(jī)械部分改造，完成了尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行一系列的校核，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足要求，說明設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是合理的。然后選擇軸承和電機(jī)。由于專業(yè)知識(shí)的限制，無法對(duì)復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是，通過選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行選購即可。 數(shù)控機(jī)床是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大源動(dòng)力，它給機(jī)械制造業(yè)帶來了高倍率的效益增長和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，高品質(zhì)，高可靠性，高性價(jià)比的CNC系統(tǒng)具有豐富的功能，為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供了充足的物質(zhì)技術(shù)條件。同時(shí)，也給數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。因此，研究一臺(tái)數(shù)控車床對(duì)現(xiàn)代加工具有重要的意義。 數(shù)控車床具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、故障率低、維修簡單方便、效率高、操作編程簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以數(shù)控車床在很多加工行業(yè)都會(huì)成為應(yīng)用的主體，隨著數(shù)控技術(shù)和機(jī)床行業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床將有著廣闊的發(fā)展前景。 致 謝 眨眼間，大學(xué)生活就在本論文的完成之際即將宣告結(jié)束。四年的不斷學(xué)習(xí)，不僅是為了今天的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是為今后走上工作崗位作了準(zhǔn)備。 在設(shè)計(jì)成過程中，感謝很多人的幫助和指點(diǎn)，首先我要感謝我的母校的辛勤培育，感謝院系各位老師的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。 本次設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，李老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，謹(jǐn)向鄧朝暉教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！。 此外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計(jì)任務(wù)一直在很好的氛圍中進(jìn)行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！ 再次向設(shè)計(jì)中所有提供過幫助的人表示感謝！