普通车床的数控化改造设计设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 课程设计说明书 设计题目： 普通车床的数控化改造设计 指导老师： 设 计： 班 级： 学 号： 时间： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一、概述 普通车床是金属切削加工中最常见的一类机床，当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向移动和横向移动，车床能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等。借助成形刀具，车床还能加工各种成形回转表面。普通车床 刀架纵向、横向的进给运动由主轴的回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杠带动溜板箱、纵溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，如果改变参数，则要 停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动。 对普通车床进行数控改造，主要是将纵向和横向进给系统改造为 置控制的，能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成为能自动换刀的回转刀架，这样利用 床就可以按顺序进行切削加工。由于切削参数、切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整，再加上纵向进给和横向进给联动的功能，数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量、多品种负责零件的加工 二、 总体方案设计 总体方案设计 应考虑机床数控系统的运动方式、伺服系统的类型计算机以及传动方式的选择等。 普通车床数控化改造后应具有定位、快速进给、直线查补、圆弧查补、暂停、循环加工和螺纹加工等功能，因此，普通车床数控化改造所选用的数控系统应为连续控制系统。目前，市场上适用于普通车床数控化改造的数控系统较多，如西门子公司的 系统、华中数控公司的“世纪星” 21/22型系统、广州数控公司的 980 普通车床数控化改造后一般为经济型数控机床。在保证具有一定加工精 度的前提下，从改造的成本考虑，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统采用一步进电动机为驱动装置的开环系统为宜。当然，也可以采用以伺服电动机为驱动装置的半闭环系统。这主要取决于加工精度的要求。 这主要是滚珠丝杆及其支承方式的选择、电动回转刀架的选择等等。 这主要是纵向进给传动系统、横向进给传动系统的设计和机床导轨的维护，一般采用贴塑导轨以减小摩擦力。机床电气设计包括机床原理图设计和 在上述方案的基础上，若条件允许 ，可以进一步对普通车床的主传动系统进行改造，以实现车床主传动系统的自动调速与控制，使加工过程实现全自动化。 三、参数设计 将 求该车床有自动回转刀架，具有 切削螺纹的功能。在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率： 纵向： 计参数如下： 1. 最大加工直径： 630. 最大加工长度： 1400文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3. 快进速度：纵向 横向 . 最大切削进给速度：纵向 横向 . 溜板及刀架重力：纵向 1500N ， 横向 1000N 6. 主电动机功率 ： . 空载启动时间 ： 35. 定位精度 ： 、 实施方案 进给系统数控化改造的主要部位有：挂轮架、进给箱、溜板箱、刀架等。现拟定一下改造方案。 部拆除，在原挂轮主传轴处安装光电脉冲编码器。 部拆除，在该处安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。丝杆、光杆和操纵杆拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支承安装在车床尾座端原来装轴承座的部位。 部拆除，在原处安 装滚珠丝杠的螺母座，丝杆螺母固定在其上，在该处还可以安装部分操纵按钮。 原横溜板中的滚珠丝杠、螺母拆除，在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副，横向进给步进电动机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。 除原刀架，在该处安装自动回转四方刀架总成。 五、 横向进给传动链的设计计算 （ 1） 计算主切削力 用经验公式计算主切削力 对于车床的主切削力 纵切： N) 车床床身上加工最大直径 (630)10595(N) (2) 计算各切削分力。 按比例分别求出分力 y 由 x:1:x 走刀方向的切削力 (N) 垂直走刀方向的切削力 (N) 得： z z =10595 =10595 =2649(N) =4328(N) （ 1） 由式 (2算在切削状态下的导轨摩擦力F。此时，导轨受到的垂向切削分力 0595，横向切削分力 649，移动部件的全部质买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 量（包括机床夹具和工件的质量） W=1000N，查表 2镶条紧固力，取导轨动摩擦系数 6 8 8 Nf g 则 )( =(1000+2688+10595+2649)N =2540N （ 2） 按式计算在不切削状态下的导轨摩擦力00 。 6 8 81 0 0 0(0 7)2 6 8 81 0 0 0(00 （ 1） 按式计算最大轴向负载力 8 6 82 5 4 04 3 2 8m a x H （ 2） 按式计算最小轴向负载力 900m 取步进电动机的不距角 = 珠丝杠的基本导程 0 ，进给传动当量p=冲，则由式得 60 0 0 0 0 按最小惯量条件，从图查的该减速器应该采用 2 级传动，传动比可以分别取3,2 21 根 据 结 构 需 要 ， 确 定 各 传 动 齿 轮 的 齿 数 分 别 为60,20,40,20 4321 模数 m=2，齿宽 b=20 （ 1）按预期工作时间估算滚珠丝杠预期的额定动载荷 数 控 机 床 的 预 期 工 作 时 间 5000h ， 滚 珠 丝 杠 的 当 量 载 荷868m a x ，查表得，载荷系数 表可得初步选择滚珠丝杠的精度等级为 2级精度，去精度系数；查表得可靠性系数m 5.0,m a xm a x m 已知，滚珠丝杠的基本导程 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m i n/ 0 01 0 0 0 0 m a xm a x rL 1 3 2 9111 0 0 0 6 81 5 0 0 3 （ 2） 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 根据定位精度 和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最多轴向变形。 已知本车床横向进给系统的定位精度为 m则由式得 151(m a x 取上述计算结果的较小值，即3 m 估算允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径 滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用一端固定 珠丝杠螺母副的两个固定支撑之间的距离为 L=行程 +安全行程 +2螺母长度 +支撑长度 =（ 程 +（ 2530）0300L=（ ） 81式得 a （ 3）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号 根据以上计算所得的0 ,和结构的需要，初步选择南京工艺装备公司生产的 内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副，型号为 公称直径0定动载荷 d 如下 : 3 2 93 4 7 0 08,502200 故满足要求。 六、 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 已知滚珠丝杠螺母副的螺纹底径 由图可知滚珠丝杠螺母副的最大受压长度 1L =313杠水平安装时，取 1K =1/3，查表得 2K =2，则由式的 423110 5245214221 本车床横向进给系统滚珠丝杆螺母副的轴向最大压缩载荷 6868N，远小于其临界压缩载荷 值，故满足要求。 2. 滚珠丝杆螺母副的临界转速 校验 由图 4珠丝杆螺母副的临界转速的计算长度 2L =10 度35 /,重力加速度 g=10 2s 滚珠丝杆的最小惯性矩为 44442 9 4 滚珠丝杆的最小截面积为 22222 取 表 2 =由式（ 2 c 2221 260 =153323 r/横向进给传动链的滚珠丝杆螺母副的最高转速 小于其临界转速，故满足要求 3. 滚珠丝杆螺母副额定寿命的校验 查附录 A 表 滚珠丝杆的额定动载荷 4700N，已知 其横向载荷6868N，滚珠丝杆的转速 n=r/运动条件系数 2.1由式 2式 2 76363 4 7 0 010 8760 h 本车床数控化改造后，滚珠丝杆螺母副的工作总寿命 39787h=15000h，故满买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 足要求 七、 计算机械传动系统的刚度 1. 计算机械传动系统的刚度 （ 1）计算滚珠丝杆的拉压刚度 机床横向进给传动链的丝杆为一端固定、一端游动。丝杆的拉压刚度 按（ 2算已知滚珠丝杆的弹性模量 E=10 底径 a=13，其螺母副具有最小拉压刚度 据式（ 2 /4322m i n 当 a=13螺母副具有最大拉压刚度 根据式（ 2 22m a x （ 2）计算滚珠丝杆螺母副支撑轴承的刚度已知 滚动体直径 动体个数 Z=15，轴承的最大轴向工作载荷6868N,则由表 2 (3)计算滚珠与滚道的接触刚度069N/ m ，滚珠丝杆的额定动载荷 34700N，滚珠丝杆所承受的最大轴向载荷 6868N，则由式（ 2 （ 4）计算进给系统的综合拉压刚度 据式（ 2进给系统的综合拉压刚度的最大值为 0 0 1 9 9 4 7 11111m a xm a x 根据式（ 2进给系统的综合拉压刚度的最小为 0 0 2 5 9 7 6 211111m i nm i n纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 故 由图 4扭矩作用点之间的距离 87知滚珠丝杆的剪切模量G=10 珠杆的底径 d 由式（ 2 r 1043242 八、 驱动电动机的选型与计算 （ 1）计算滚珠丝杠的转动惯量J。 已知滚珠丝杠的密度 kg/c 3m ，则由式（ 2 J= ； = 310 （ 2. 40 10 +2. 3654 +2. ） c 2m =c 2m （ 2）计算折算到丝杠轴上的移动部件的转动惯量 已知机床横向进给系统执行部件（既横向溜板及刀架）的总质量 m=丝杠轴每转一圈，机床执行部件在轴向移动的距离 L=则由式（ 2 m 22 L =c 2m =1.7 c 2m （ 3）计算各齿轮的转动惯量 1310 244 c 2m =0.4 c 2m 2310 284 c 2m =6.4 c 2m 4310 2124 c 2m =32.3 c 2m （ 4）由式（ 2算加在电动机轴上总负载转动惯量11i ( 2 3+ 21i ( 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 = )61)c 2m =c 2m 2计算折算到电动机轴上的负载力矩 （ 1）计算折算到电动机轴上的切削负载力矩F =6868N，死杠每转一圈，机床执行部件轴向移动的距离 L=8进给传动系统的传动比 i=6 ，进给传动系统的总传动效率 ，则由式（ 2 0 6 82 aN m= m （ 2）计算折算到电动机轴上的摩擦负载力矩空载时的导轨摩擦力）0F=由式（ 2 0 1 0 32 0 （ 3）。 已知滚珠丝杠螺母副的效率 ，滚珠丝杠螺母副的预紧力 28 96 86 83131 m a x 则由式（ 2 fT=2 0(1 20)= )42 N m= m （ 4）折算到电动机轴上的负载力矩 T 的计算。 1 空载时（快进力矩），由式 (2 2 0 2切削时（工进力矩），由式（ 2 7 8 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3计算折算到电动机轴上的加速力矩选 130反应式步进动机，其转动惯量26.4 m ,而进给传动系统的负载惯量 08.3c 2m ；对开环系统，一般取加速时间 035.0当机床执行部件以最快速度 V=1000 mm/动时电动机的最高转速为 561000m n r/33r/式（ 2 )(9 8 0602 m a x =m 4计算横向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩 （ 1）按式（ 2算空载启动力矩)=m (2）按式（ 2算快进力矩 2 0 （ 3）按式（ 2算工进力矩 787,1 5，选择驱动电机的型号 （ 2） 选择驱动电机的型号。 根据以上计算和表 择国产 130主要技术参数如下：相数， 5；步距角， 大静转矩， 动 惯量， 2最高空载启动频率， 3000行频率， 16000配方式，五相五拍；质量， 92 （ 3） 确定最大静转矩 由表 2 48 给 出 的 机 械 传 动 系 统 空 载 启 动 力 矩1T 最大静转矩与所需的步进电动机的的关系可得 1 关系为最大静转矩与所需的步进电动机的2纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 进电动机的最大静转矩中的较大者为所需的步和。 本电动机的最大静转矩为 于 以在规定的时间里正常启动，故满足要求。 （ 4） 验算惯量匹配。 为了使机械传动系统的惯量达到较合理的匹配，系统的负载惯量 伺服电动机的转动惯量 满足惯量匹配要求。 九、 机械传动系统的动态分析 (1) 计算丝杠 工作台纵向振动系统的最低固有频率 滚珠丝杠螺母副的综合拉压刚度 m ，机床执行部件的质量和滚珠丝杠螺母副的质量分别为 m ， 知为床执行部件的等效质量，滚珠丝杠螺母副和机 ,31 102则 1 9 5 400 计算扭转震动系统的最低固有频率22 0 0 3 8 已知滚珠丝杠的扭转刚度 r a s / 4 7 1 4 6 6 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由以上计算可知，丝杠 954 扭转振动系统的最低固有频率 4662 都比较高。一般按 300 的要求来设计机械传动系统的刚度，故满足要求。 十、 机械传动系统的误差计算与分析 已知进给传动系统的综合拉压刚度的最小值 610 N/轨的静摩擦力 0 =2 310 =310 满足要求。 3m a xm i m a x （ 1） 计算由扭矩引起的滚珠丝杠螺母副的变形量 已知负载力矩 T=图 4扭矩作用点之间的距离872 丝杠底径 = 2）由该扭转变形量引起的轴向移动滞后量 将影响工作台的定位精度，由式（ 2 50）得 十一、 确定滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号 本进给传动系统采用开环控制系统 ,应满足下列要求 : m a xk m a 定位精度定位精度 取滚珠丝杠螺母副的精度等级为 2 级，查表 2 20 得 8300 当螺纹长度为 315查表 2 21 得 6， 6， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ， ，故满足设计要求。 副的规格型号 滚珠丝杠螺母副的规格型号为 85*400，其具体参数如下：公称直径与导程： 508纹长度： 400杠长度： 585型与精度： 级精度。 十二