c616型普通車(chē)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車(chē)床

1、<p>　　C616型普通車(chē)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車(chē)床</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化加工必不可少的組成部分，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造不失為一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑。我國(guó)擁有機(jī)床300萬(wàn)臺(tái)，其中大部分為通用機(jī)床，特別是地方中小企業(yè)，普通設(shè)備擁有量巨大，數(shù)控改造的前景相當(dāng)大，在對(duì)C616車(chē)床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

2、中，用單片機(jī)作為中央微處理器較好，改造后大大提高了原有機(jī)床的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率，其成本僅為全功能數(shù)控車(chē)床的1/3~1/4.</p><p><b>　　【關(guān)鍵詞】</b></p><p>　　數(shù)控　改裝　機(jī)械　車(chē)螺紋</p><p>　　Model C616 Lathe CNC lathe transformation of economy&l

3、t;/p><p><b>　　Abstract：</b></p><p>　　CNC machine tools is an integral part of automated processing, according to China's national conditions on the transformation of the old NC mach

4、ine tools after all a cost-effective way. With over 3 million units machine tools, most of which common tools, in particular, local SMEs, the amount of ordinary device has huge prospects for transformation of large CNC,

5、CNC lathe in the C616 Modification design, with a single chip micro-processing as a central one shows that after transformation, greatly</p><p>　　Key words：</p><p>　　CNC converted machine thr

6、eading</p><p><b>　　1 序言</b></p><p>　　本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開(kāi)設(shè)計(jì)的，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便，適合我國(guó)國(guó)情的裝有簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對(duì)原有舊機(jī)床進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，在滿(mǎn)足系統(tǒng)基本功

7、能的前提下，盡可能降低價(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn)，特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車(chē)床改造，適合在生產(chǎn)第一線(xiàn)大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)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(shí)又能保持“萬(wàn)能加工”和“專(zhuān)用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。</p><p>　　利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車(chē)床，主要應(yīng)該解決的問(wèn)題是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)

8、給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工車(chē)床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。</p><p>　　進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)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(wèn)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(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車(chē)床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成

9、為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。</p><p>　　現(xiàn)我選用C616普通車(chē)床為例進(jìn)行數(shù)控改造。</p><p>　　1.1　概述 　　用數(shù)控技術(shù)對(duì)C616車(chē)床進(jìn)行改裝，不僅可提高機(jī)床精度，提高生產(chǎn)率，大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少對(duì)工夾具的投資和數(shù)量，而且適合我國(guó)國(guó)情。1.2 C616的機(jī)械改裝 　　對(duì)C616的機(jī)械改裝主要在主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和刀架部分。&

10、#160; 1.2.1　主傳動(dòng)系統(tǒng)改裝　　</p><p>　　為提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中自動(dòng)變速，對(duì)原C616主傳動(dòng)系統(tǒng)作如下改裝：　 取消原變速箱，將主電機(jī)換成四速異步電機(jī)；保留原主軸箱內(nèi)的背輪機(jī)構(gòu)?！　⊥ㄟ^(guò)微機(jī)控制多速電機(jī)變速和手動(dòng)控制背輪機(jī)構(gòu)變速，使主軸獲得高、低兩檔共8級(jí)轉(zhuǎn)速，其中每檔有四級(jí)轉(zhuǎn)速可以在機(jī)床加工過(guò)程中自動(dòng)變換。 </p><p>　　1.2.2

11、 進(jìn)給系統(tǒng)的改裝 </p><p>　　改裝后為保證較高的傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、步距均勻、連續(xù)性好且易于數(shù)控的步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。滾珠絲杠選用單圓弧滾道截面，外循環(huán)方式、精度選F級(jí)。</p><p>　　為了在齒輪傳動(dòng)中消除間隙，實(shí)現(xiàn)微量自動(dòng)補(bǔ)償以提高傳動(dòng)精度，選用雙片薄齒輪調(diào)隙、可調(diào)拉簧式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.2.3

12、 刀架部分　</p><p>　　刀架部分是機(jī)床的重要功能部件，對(duì)其進(jìn)行改裝主要是為了實(shí)現(xiàn)多刀夾持，自動(dòng)轉(zhuǎn)位。將原刀架改為常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的LD4-I型四工位自動(dòng)刀架。該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長(zhǎng)、工藝性好等特點(diǎn)。  1.2.4　主軸脈沖發(fā)生器　　</p><p>　　為保證車(chē)螺紋時(shí)嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在主軸箱上安裝GD7072光電脈沖發(fā)生器，通過(guò)

13、主軸——脈沖發(fā)生器——數(shù)控系統(tǒng)——步進(jìn)電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程的車(chē)螺紋運(yùn)動(dòng)。1.3　C616的數(shù)控系統(tǒng) 　　采用南京微分電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由TP8031單板機(jī)、驅(qū)動(dòng)電源裝置及110BF003型、110BC380B型功率步進(jìn)電機(jī)等組成開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。主要技術(shù)特性: 　　可控制車(chē)削端面、內(nèi)外圓、任意錐面、螺紋、球面以及用球面逼近的任意曲面；有17檔進(jìn)給速

14、度;有直線(xiàn)、圓弧插補(bǔ)功能，程序中可給出一定延時(shí)；有自動(dòng)循環(huán)，間隙補(bǔ)償、程序暫停、點(diǎn)動(dòng)、報(bào)警功能，還具有對(duì)自動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位及主軸正、反轉(zhuǎn)、變速、停止等裝置的控制功能。</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　C616型車(chē)床是一種加工效率高，操作性能好，社會(huì)擁有量大的普通車(chē)床。實(shí)踐證明，把這種車(chē)床改造為數(shù)控車(chē)床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效果。</p><p&g

15、t;<b>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C616普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對(duì)縱橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制。縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。</p><p>　　2.2總體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　

16、由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿(mǎn)足使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車(chē)床有關(guān)資料以及數(shù)控車(chē)床的改造經(jīng)驗(yàn)，確定總體方案為:采用微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級(jí)齒輪減速后,帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3 機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　3.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

17、</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的改造一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速驅(qū)動(dòng)絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動(dòng)刀架左右移動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。對(duì)車(chē)床改造來(lái)說(shuō)，外觀(guān)不必象產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求那么高，而從改造方便、實(shí)用方面來(lái)考慮，一般把步進(jìn)電機(jī)放在縱向絲杠的右端。</p><p>　　3.1.1縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p><b>　　已知條件：

18、 </b></p><p>　　工作臺(tái)重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計(jì)算)</p><p>　　時(shí)間常數(shù)： T=25ms</p><p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程：L0=6mm</p><p>　　行程： S=640mm</p><p>　　脈沖當(dāng)量：

19、 δp=0.01mm/step</p><p>　　步距角： α=0.75°/step</p><p>　　快速進(jìn)給速度： Vmax=2mm/min</p><p>　?。?）切削計(jì)算 </p><p>　　由〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)〉〉可知，切削功率</p><p>&l

20、t;b>　　Nc=NηK</b></p><p>　　式中 N——電機(jī)功率，查機(jī)床說(shuō)明書(shū)，N=4KW； </p><p>　　η——主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7取η=0.65； </p><p>　　K——進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。</p><p>　　則： <

21、/p><p>　　Nc=4×0.65×0.96=2.496KW</p><p><b>　　又因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　NC=</b></p><p><b>　　FZ=</b></p><p>　　所以

22、 </p><p>　　式中 v——切削線(xiàn)速度，取v=100m/min。</p><p><b>　　主切削力</b></p><p>　　FZ =152.76(kgf)=1527.6(N)</p><p>　　由〈〈金屬切削原理〉〉可知，主切削力</p><p>　　FZ=CFz apx F

23、z fYFz KFz</p><p>　　查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa</p><p>　　XFz=1 YFz=0.75 KFz=1</p><p>　　則可計(jì)算FZ 如表3.1所示</p><p>　　表3.1 FZ計(jì)算結(jié)果</p><p&g

24、t;　　當(dāng)FZ=1520N 時(shí)，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計(jì)算的依據(jù)。</p><p>　　從〈〈機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)〉〉中可知，在一般外圓車(chē)削時(shí)：</p><p>　　FX =（0.1～0.6）FZ FZ=(0.15～0.7) FZ</p><p><b>　　?。?</b></p>

25、<p>　　FX=0.5 FZ=0.5×1527.6=763.8N</p><p>　　FY=0.6 FZ=0.6×1527.6=916.5N</p><p>　?。?）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　綜合導(dǎo)軌車(chē)床絲杠的軸向力： </p><p>　　P=KFX+f′(FZ+W)</p>&l

26、t;p>　　式中 K=1.15，f′=0.15～0.18，取為0.16。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　P=1.15×763.8+0.16×(1527.6+800)=1250.8N</p><p><b>　　強(qiáng)度計(jì)算：</b></p><p&g

27、t;　　壽命值 L1=</p><p><b>　　n1==</b></p><p>　　取工件直徑 D=80 mm,查表得T I=15000h</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　n1==20r/min</p><p>&l

28、t;b>　　L1==18</b></p><p>　　最大動(dòng)負(fù)載 Q=</p><p>　　查表得： 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Q=×1.2×1×1250.8=

29、39933.6N</p><p>　　根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠(chǎng)的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為φ32mm,型號(hào)為FC1B32×6—5—E2，其額定動(dòng)載荷是10689N，所以強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　效率計(jì)算：根據(jù)〈〈機(jī)械原理〉〉的公式，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率η為：</p><p><b&

30、gt;　　η=</b></p><p>　　式中 摩擦角ψ=10′　　螺旋升角γ=3°25′</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　η=</b></p><p>　　剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠受到工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量

31、 </p><p><b>　　△L1=±</b></p><p>　　式中 L0=6mm=0.6cm；</p><p>　　E=20.6×166N/ cm2。</p><p>　　滾珠絲杠截面積 F=()2π=（）

32、2×3.14</p><p><b>　　則</b></p><p>　　△L1=±=±5.9×10-6㎝</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小,可忽略,即：△L=△L1。所以：</p><p><b>　　導(dǎo)程變形總誤差△為</b>&

33、lt;/p><p>　　==×5.9×10-6=9.8μm/m</p><p>　　查表知E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差（1m長(zhǎng)）為15μm/m，故剛度足夠。</p><p>　　穩(wěn)定性驗(yàn)算：由于機(jī)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(wèn)題。</p><p>　　3.1.2齒輪

34、及轉(zhuǎn)距的有關(guān)計(jì)算</p><p>　　(1)有關(guān)齒輪計(jì)算傳動(dòng)比</p><p><b>　　i===1.25</b></p><p>　　故取 Z1=32mm Z2=40</p><p>　　m=2mm b=20mm α=20°</p><p>

35、　　d1=m Z1=2×32=64mm</p><p>　　d2= m Z2=2×40=80mm</p><p>　　dα1 =d1 +2ha*=68mm</p><p>　　dα2=d2+2ha*=84mm</p><p><b>　　α===72㎜</b></p><p>

36、<b>　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算</b></p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p>　　J1=()2W=()2×80=0.468㎏·㎝2</p><p><b>　　=4.68N·㎝2</b></p><p><b>　　絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

37、：</b></p><p>　　JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×3.24×140.3</p><p>　　=11.475㎏·㎝2=114.75N·㎝2</p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>

38、;　　JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝2=26.17 N·㎝2</p><p>　　JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝2=63.9 N·㎝2</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。</p><p>　　因此,總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

39、：</p><p>　　J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1</p><p>　　=(11.475+6.39)+2.617+0.468</p><p>　　=14.519㎏·㎝2=145.19N·㎝2</p><p>　　（2）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算</p><p>　　快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩</

40、p><p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩</p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p><p><b>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩</b></p><p><b>　　M= Mf＋M0</b></p><p

41、>　　式中 Mamax ——空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　　Mf ——折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；</p><p>　　M0 ——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；</p><p>　　Mat ——切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩；</p><p>　　M

42、t ——折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。</p><p>　　Ma=×10-4N·m</p><p>　　當(dāng)n=nmax時(shí) Mamax =Ma</p><p>　　nmax===416.7r/min</p><p>　　Mamax=×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝&

43、lt;/p><p>　　當(dāng)n=nt時(shí) Ma=Mat</p><p>　　nt====24.88r/min</p><p>　　Mat=×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝</p><p><b>　　Mf ==</b></p><p>　　當(dāng)η0=0.8

44、 f′=0.16時(shí)</p><p>　　Mf ==1.223㎏f·㎝</p><p>　　M0 =(1-η02)</p><p>　　當(dāng)η0=0.9時(shí)預(yù)加載荷P0=Fx則：</p><p>　　M0===0.462㎏f·㎝=4.62N·㎝</p><p>　　Mt===7.297

45、㎏f·㎝=72.97 N·㎝</p><p>　　所以, 快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩：</p><p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　=25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f·㎝</p><p>　　=274.05N·㎝</p><p><b

46、>　　切削時(shí)所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p><p>　　=1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f·㎝</p><p>　　=105.18 N·㎝</p><p>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：</p><p>　　M

47、= Mf＋M0=1.223＋0.462=1.685㎏f·㎝</p><p>　　=16.85 N·㎝</p><p>　　由以上分析計(jì)算可知：</p><p>　　所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，</p><p>　　Mmax=27.405㎏f·㎝=274.05 N·㎝</p>&l

48、t;p>　　3.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　3.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠,使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。</p><p>　　3.2.2橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)

49、算</p><p>　　由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算與縱向類(lèi)似，所用到的公式不再詳細(xì)說(shuō)明，只計(jì)算結(jié)果。</p><p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　工作臺(tái)重（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算） W=30㎏f=300N</p><p>　　時(shí)間常數(shù) T=25ms</p&

50、gt;<p>　　滾珠絲杠基本導(dǎo)程 L0=4㎜ 左旋</p><p>　　行程 S=190㎜</p><p>　　脈沖當(dāng)量 δp=0.005㎜/step</p><p>　　步距角 α=0.7

51、5°/ step</p><p>　　快速進(jìn)給速度 vmax=1m/min</p><p>　　切削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/2～1/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2</p><p>　　FZ=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N</p><p><b>

52、;　　在切斷工件時(shí)：</b></p><p>　　Fy=0.5 FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N</p><p><b>　　滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌：</p><p>　　P=KFy＋f′(Fz＋W)</p><

53、;p>　　取K=1.4 f′=0.2</p><p><b>　　則</b></p><p>　　P=1.4×38.19＋0.2(76.38＋30)</p><p>　　=74.74㎏f=747.4N</p><p><b>　　壽命值 </b></p><

54、p><b>　　L1===13.5</b></p><p><b>　　最大動(dòng)負(fù)載</b></p><p>　　Q===213.55㎏f=2135.5N</p><p>　　根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號(hào)。例如，滾珠絲杠參照漢江機(jī)床廠(chǎng)的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠公稱(chēng)直徑為φ20㎜，型號(hào)為FC1B2

55、0×4—5—E2左，其額定動(dòng)負(fù)載為5393N，所以強(qiáng)度足夠用。</p><p>　　效率計(jì)算：螺旋升角γ=3°38′，摩擦角ψ=10′　　</p><p><b>　　則傳動(dòng)效率</b></p><p><b>　　η===0.956</b></p><p>　　剛度驗(yàn)算：滾珠絲

56、杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量</p><p>　　△L1=±=±=±5.96×10-6㎝</p><p>　　滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小，可忽略，　即：△L=△L1所以導(dǎo)程變形總誤差為</p><p><b>　　△=</b></p><p>　　查表知E級(jí)精度絲

57、杠允許的螺旋誤差（1m長(zhǎng)）為15μm/m，故剛度足夠。</p><p>　　穩(wěn)定性驗(yàn)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(lái)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(qiáng)，故不再驗(yàn)算。</p><p><b>　　齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算</b></p><p><b>　　有關(guān)齒輪計(jì)算</b>

58、</p><p>　　傳動(dòng)比 i=</p><p>　　故取 Z1=18 Z2=30</p><p>　　m =2㎜ b=20㎜ α=20°</p><p>　　d1=36㎜ d2=20㎜</p><p>　　dα1 =40㎜ dα1=64㎜<

59、/p><p><b>　　a=48㎜</b></p><p><b>　　傳動(dòng)慣量計(jì)算</b></p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　J1=㎏·㎝2</b></p><p><b>　　絲杠

60、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>　　JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝2</p><p><b>　　齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</b></p><p>　　JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.

61、262㎏·㎝2</p><p>　　JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝2</p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略。</p><p>　　因此，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：</p><p><b>　　J=</b></p><p>　　=1

62、.258㎏·㎝2</p><p><b>　　所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算</b></p><p><b>　　nmax=</b></p><p>　　Mamax=N·m=2.23㎏f·㎝</p><p>　　nt==33.17r/min</p><p>　

63、　Mat==0.0174 N·m=0.1775 f·㎝</p><p>　　Mf===0.287㎏f·㎝=0.028 N·m</p><p>　　M0=0.116㎏f·㎝=0.011 N·m</p><p>　　Mt=1.824㎏f·㎝=0.182 N·m</p><

64、p>　　所以，快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　M=Mamax＋Mf＋M0</p><p>　　=2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝</p><p><b>　　切削時(shí)所需力矩：</b></p><p>　　M=Mat＋Mf＋M0＋Mt</p

65、><p>　　=0.1774＋0.287＋0.116＋1.824</p><p>　　=2.404㎏f·㎝=24.04 N·㎝</p><p>　　快速進(jìn)給時(shí)所需力矩：</p><p>　　M= Mf＋M0=0.287＋0.116</p><p>　　=0.403㎏f·㎝=4.03 N

66、3;㎝</p><p>　　從以上計(jì)算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí)，Mmax=2.633㎏f·㎝=26.33 N·㎝。</p><p><b>　　4 步進(jìn)電機(jī)的選擇</b></p><p>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則</p><p>　　合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題，需要根據(jù)電機(jī)在整

67、個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：步距角α　步距角應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p><b>　　α≤</b></p><p>　　式中 i——傳動(dòng)比</p><p>　　αmin——系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角。</p><p><b>　　4.2精度

68、</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)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(kāi)始，經(jīng)過(guò)任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)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(shí)用。所以選用不進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足</p><p><b>　　△Q≤i[△θs]</b></p><p>　　式中 △Q——步進(jìn)電機(jī)的積累誤差；</p

69、><p>　　[△θs]——系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部件允許的角度誤差。</p><p><b>　　4.3轉(zhuǎn)矩 </b></p><p>　　為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步），正常啟動(dòng)并滿(mǎn)足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮：</p><p>　　4.3.1啟動(dòng)力矩 </p><p>　　一般啟動(dòng)力矩選取為

70、：</p><p><b>　　Mq≥</b></p><p>　　式中 Mq——電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩；</p><p>　　ML0——電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩。</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動(dòng)力矩選取如表4.1所示。Mjm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。</p><p&

71、gt;　　表4.1 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩表</p><p><b>　　4.3.2啟動(dòng)頻率</b></p><p>　　在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力力矩與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）引起的慣性矩之和。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和

72、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿(mǎn)足：</p><p><b>　　ft≥[fcp]m</b></p><p>　　式中 ft——極限啟動(dòng)頻率；</p><p>　　[fcp]m——要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率。</p><p>　　4.4步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　4.4.1 C616縱向進(jìn)給系

73、統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定</p><p>　　Mq = 685.125 N·㎝</p><p>　　為滿(mǎn)足最小步矩要求，電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：</p><p>　　Mjm=791.14 N·㎝</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p>

74、<p><b>　　fmax=Hz</b></p><p>　　綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿(mǎn)足使用要求。</p><p>　　4.4.2 C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定</p><p><b>　　Mq = N·㎝</b></p><p>　　電

75、動(dòng)機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知：</p><p>　　Mq/Mjm=0.866</p><p>　　所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：</p><p><b>　　Mjm= N·㎝</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率</p><p>　　fmax==3333.3 Hz&

76、lt;/p><p>　　為了便于設(shè)計(jì)和采購(gòu)，仍選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿(mǎn)足使用要求。</p><p>　　5 機(jī)床導(dǎo)軌改造</p><p>　　臥式車(chē)床上的運(yùn)動(dòng)部件，如刀架、工作臺(tái)都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動(dòng)的。導(dǎo)軌就</p><p>　　能起到支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌的導(dǎo)

77、向精度、精度保持性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，直接影響機(jī)床的加工承載能力和使用性能。</p><p>　　數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)接近，因而運(yùn)動(dòng)靈活輕便，低速運(yùn)行時(shí)不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價(jià)格貴。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控一般不使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動(dòng)導(dǎo)軌，將太大增加機(jī)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(dòng)導(dǎo)軌。</p><p>

78、　　滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。普通機(jī)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(diǎn)是靜摩擦系數(shù)大，且動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動(dòng)導(dǎo)軌的上述缺點(diǎn)，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。</p><p>　　貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動(dòng)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(qiáng)、加工性和化學(xué)性

79、能穩(wěn)定，且 有良好的自潤(rùn)滑性和抗振性，加工簡(jiǎn)單，成本低。</p><p>　　目前應(yīng)用較多的聚四氟乙稀（PTEE）貼塑軟帶，如美國(guó)生產(chǎn)的Twrcite—B和我國(guó)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。考慮承載變形，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。</p><p>　　貼塑軟帶粘貼工藝非常簡(jiǎn)單，可直接粘結(jié)在原有的滑動(dòng)導(dǎo)軌面上

80、，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動(dòng)導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對(duì)金屬導(dǎo)軌面進(jìn)行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長(zhǎng)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(jìn)行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進(jìn)行磨、銑、刮研、開(kāi)油槽、鉆孔等加工，以滿(mǎn)足裝配要求。</p><p>　　6 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選用</p><p>　　

81、自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動(dòng)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(zhǎng)以及工藝性能襖等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的自動(dòng)刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠(chǎng)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(zhǎng)，工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，在生產(chǎn)中大量使用。現(xiàn)選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠(chǎng)生產(chǎn)的LD4—工型系列四工位自

82、動(dòng)刀架。</p><p><b>　　刀架技術(shù)參數(shù)：</b></p><p><b>　　刀位數(shù)：4</b></p><p><b>　　電動(dòng)功率：60W</b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400r/min</p><p><b>　　夾

83、緊力：1t</b></p><p>　　上刀體尺寸：152×152</p><p>　　下刀體尺寸：161×171</p><p>　　技術(shù)指標(biāo)：重復(fù)定位精度：≤0.005㎜</p><p>　　工作可靠性：＞30000次</p><p>　　換刀時(shí)間：90° 180&

84、#176; 270°</p><p>　　2.9s 3.4s 3.9s</p><p>　　7 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造時(shí)數(shù)控系統(tǒng)選用</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的核心。對(duì)系統(tǒng)的選擇在機(jī)床數(shù)控改造中是至關(guān)重要的</p><p>　　現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性選擇為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)為JWK—15T。

85、</p><p>　　現(xiàn)將該經(jīng)濟(jì)性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如下：</p><p>　　表7.1 數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)</p><p><b>　　8 致謝</b></p><p>　　通過(guò)這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《C616型普通車(chē)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控車(chē)床》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和

86、思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開(kāi)的。</p><p>　　在本論文的寫(xiě)作過(guò)程中，我的導(dǎo)師陳建剛老師傾注了大量的心血，從選題到開(kāi)題報(bào)告，從寫(xiě)作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。</p><p>　　寫(xiě)作畢業(yè)論文是一

87、次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開(kāi)始。我將銘記我曾是一名陜理工學(xué)子，在今后的工作中把陜理工的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。</p><p>　　感謝各位老師的批評(píng)指導(dǎo)</p><p><b>　　9 小結(jié)</b></p><p>　　三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)而又全新的的認(rèn)識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們

88、學(xué)習(xí)中最后一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，對(duì)我們掌握所學(xué)知識(shí)情況進(jìn)行了全面而又直觀(guān)的檢測(cè)。為了能夠較好的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我投入了萬(wàn)分的精力做了充分的準(zhǔn)備工作。</p><p>　　首先，我先針對(duì)畢業(yè)課題來(lái)考慮，在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)和幫助下，對(duì)所需的資料進(jìn)行搜集和整理，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，再對(duì)資料做一個(gè)簡(jiǎn)單的歸類(lèi)。</p><p>　

89、　其次，依據(jù)指導(dǎo)老師給出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，先制定設(shè)計(jì)的總體方案，按照指導(dǎo)老師要求的設(shè)計(jì)進(jìn)度，一步步的完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)雖已結(jié)束，但想想我在其中所學(xué)到的知識(shí)，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無(wú)論是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)過(guò)程，容不得半點(diǎn)含糊。設(shè)計(jì)人員應(yīng)先明白設(shè)計(jì)的目的，了解產(chǎn)品的價(jià)值和實(shí)用性，其次要對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫(xiě)

90、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)行繪圖。</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我獨(dú)立設(shè)計(jì)思考和分析解決問(wèn)題的能力，拓寬了我的知識(shí)面，是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)！感謝指導(dǎo)陳老師和各位同學(xué)對(duì)我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)!</p><p>　　10 參 考 文 獻(xiàn)</p><p>　　【1】 于海生等,微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù),北京：清華大學(xué)出版社，1999</p><p&g

91、t;　　【2】 劉 堅(jiān),機(jī)械加工設(shè)備,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　【3】 戴 曙,金屬切削機(jī)床,北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　【4】 張建民,機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　【5】 鐘約先等,機(jī)械系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制,北京：清華大學(xué)出版社，2001</p>&l

92、t;p>　　【6】 王貴明,數(shù)控實(shí)用技術(shù),北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　【7】 中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì),數(shù)控技術(shù),北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　【8】 王愛(ài)玲,現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng),北京：國(guó)防大學(xué)出版社，2002</p><p>　　【9】 張毅坤等,單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用,西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1