C616型普通车床改造经济型数控机床说明书

毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：C616型普通车床改造为经济型数控车床系 别： 专 业：班 级：姓 名：学 号：指导老师：完成时间：目录序言 - -31 计方案的确定-42 计任务-43 体设计方案的确定-4二、械部分改造与设计-41 向进给系统的设计与计算-42 向给系统的设计与计算-10三、进电机的选择-13（一）步电机选用的基本原则-13（二）进电机的选择-14四、床导轨改造-15五、自转位刀架的选用-16六、经济型数机床改造时数控系统的选用-17七、典型零件工艺设计及应用程序的编制-18（一）艺分析-18（二）工坐标系的设定-19（三）动钻孔-19（四）制加工程序-19小结- -21参考文献-22序言毕业设计是学生完成本专业的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论.基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练，这对学生即将从事的有关技术工作和未来的开拓具有一定意义，其主要目的是：1、学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。2、学生树立正确的设计思路，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序.规范和方法。 3、学生正确使用技术资料.国家标准，有关手册.图册等工具书。进行设计计算.数据处理.编写技术文件等方面的工作能力。4、 学生今昔功能调查研究。面向实际。面向生产。向工人和工程技术人员学习的基本工作态度.工作作风和工作方法。摘要：本课题是围绕将普通机床改造成经济型数控机床展开设计的，经济型数控机床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的高效自动化机床。中小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控型系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工” 和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。利用微机改造现有的普遍车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给加工车床，即经济型数控车床。进行数控机床的改造是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、精密、小批量及多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产效率，但是数控机床的运用也受到其他条件的限制。如：数控机床价格昂贵，一次性投资巨大等，因此，普通车床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。现我选用C616普通车床为例进行数控改造。关键词：C616普通机床、数控改造、纵向进给，横向进给、机床外形改造。英文摘要：This topic is revolves the ordinary engine bed to transform theeconomy numerical control engine bed to launch the design, the economynumerical control engine bed is refers to the price to be inexpensive,the operation easy to operate, suits our country national condition tobe loaded with the simple numerical control system the highlyeffective automated engine bed. The small and medium-sized enterprisein order to expand the production, often hoped carries on thetransformation to the original old engine bed, realizes the numericalcontrol, the automation. The economy numerical control engine bedsystem is unifies the reality the production reality, unifies ourcountry national condition, in satisfies the system basic functionunder the premise, reduces the price as far as possible. The pricesmall advantage, the performance price are more moderate than is itsmost main characteristic, specially suits in the equipment holds angreater proportion the conventional lathe to transform, suits in theproduction first line big area promotion. The enterprise applicationeconomy numerical control system carries on the transformation afterthe equipment, will increase the product processing precision and thevolume production ability, simultaneously will be able to maintainthe multi-purpose processing and special-purpose is highlyeffective these two kind of attributes, will enhance equipmentoneself to the product renewal strain capacity, the enhancemententerprises competitive ability.英文关键词：The C616 ordinary engine bed, the numerical control transformation,longitudinal enters for crosswise enters for, the engine bed contourtransformation.一、设计方案的确定C616型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的经济效果。1 设计任务本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对纵横进给系统进行开环控制。纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/ 脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。(二)总体设计方案的确定由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能减少，以降低成本.根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为:采用微机对数据进行计算处理，由 I/O接口输出步进脉冲。经一级齿轮减速后,带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。二、机械部分改造设计与计算1 纵向进给系统的设计经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必象产品设计要求那么高，而从改造方便、实用方面来考虑，一般把步进电机放在纵向丝杠的右端。2 纵向进给系统的设计计算 已知条件： 工作台重量： W=80kgf=80N(根据图纸粗略计算 )时间常数： T=25ms滚珠丝杠基本导程：L 0=6mm行程： S=640mm脉冲当量： p=0.01mm/step步距角： =0.75/step快速进给速度： Vmax=2mm/min(1)切削计算 由机床设计手册 可知，切削功率Nc=NK式中 N电机功率，查机床说明书，N=4KW； 主传动系统总效率，一般为 0.60.7取=0.65 ； K进给系统功率系数，取为K=0.96。则： Nc=40.650.96=2.496KW又因为NC= 6120vFZFZ= v所以 式中 v切削线速度，取v=100m/min。主切削力FZ =152.76(kgf)=1527.6(N)由金属切削原理 可知，主切削力FZ=CFz apx Fz fYFz KFz查表得： CFz=188kgf/mm21880MpaXFz=1 YFz=0.75 KFz=1则可计算F Z 如表（1）所示： 表（1） FZ计算结果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当F Z=1520N 时，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此参数做为下面计算的依据。从机床设计手册 中可知，在一般外圆车削时：FX =（0.10.6）F Z FZ=(0.150.7) F Z取： FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8NFY=0.6 FZ=0.61527.6=916.5N(2)滚珠丝杠设计计算综合导轨车床丝杠的轴向力： P=KFX+f(F Z+W)式中 K=1.15，f=0.150.18，取为0.16。则P=1.15763.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N1) 强度计算：寿命值 L1= 60iTnn1= 0f主= 0Dvf取工件直径 D=80 mm,查表得T I=15000h则：n1= 6804.3.=20r/minL1=52=18最大动负载 Q= HwfP3查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1则Q= 3181.211250.8=39933.6N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC 1B系列，滚珠丝杠直径为32mm,型号为FC 1B3265E2，其额定动载荷是10689N，所以强度足够用。2）效率计算：根据机械原理 的公式，丝杠螺母副的传动效率为：= )(vtg式中 摩擦角=10螺旋升角=3 25则= )10253(tg3)刚度验算：滚珠丝杠受到工作负载P引起的导程的变化量 L 1= EFP0式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6166N/ cm2。滚珠丝杠截面积 F=(d)2=（8031.） 23.14则L 1=14.3)280.(6.20615=5.910-6滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L 2很小,可忽略 ,即：L= L 1。所以：导程变形总误差为2 =L01= 6.5.910-6=9.8m/m查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15m/m ，故刚度足够。4）稳定性验算：由于机床原丝杠直径为30mm，现选用的滚珠丝杠直径为32 mm，支承方式不变，所以稳定性不存在问题。(3)齿轮及转距的有关计算1）有关齿轮计算传动比i= PL360= 01.675=1.25故取 Z1=32mm Z2=40m=2mm b=20mm =20d1=m Z1=232=64mmd2= m Z2=240=80mm d1 =d1 +2ha*=68mmd2=d2+2ha*=84mm=21=8064=722) 转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=( p80)2W=( 75.01438)280=0.468 2=4.68N 2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3=11.475 2=114.75N 2齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-46.442=2.617 2=26.17 N 2JZ2=7.810-4842=6.39 2=63.9 N 2电机转动惯量很小可以忽略。因此,总的转动惯量：J= 21i(JS+JZ2)+ JZ1+ J1= 25.(11.475+6.39)+2.617+0.468=14.519 2=145.19N 23）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩M=Mamax MfM 0最大切削负载时所需力矩M=Mat MfM 0M t快速进给时所需力矩M= MfM 0式中 Mamax 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；Mf 折算到电机轴上的摩擦力矩；M0 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；Mat 切削时折算到电机轴上的加速度力矩；Mt 折算到电机轴上的切削负载力矩。Ma= TJn6.910-4Nm当n=n max时 Mamax =Manmax= 0maxLiv= 625.1=416.7r/minMamax= .97410-4=2.52Nm=25.72f当n=n t时 Ma=Matnt= 0Lfi主= 01fDvi= 68014.325.=24.88r/minMat= 25.698410-4=0.1505Nm=1.536fMf = iF0= iWf0当 0=0.8 f=0.16时Mf = 25.1804.326=1.223fM0 = iLFX(1-02)当 0=0.9时预加载荷 P0= 31Fx则：M0= iLX6)(2= 25.1804.)9(67=0.462f=4.62NMt= iLF20= 25.1804.367=7.297f =72.97 N所以, 快速空载启动时所需力矩：M=Mamax MfM 0=25.721.223 0.462=27.405f=274.05N切削时所需力矩：M=Mat Mf M0M t=1.5361.223 0.4627.297=10.518f=105.18 N快速进给时所需力矩：M= MfM 0=1.2230.462=1.685f=16.85 N由以上分析计算可知：所需最大力矩M max发生在快速启动时，Mmax=27.405f=274.05 N(二)横向进给系统的设计和计算1. 横向进给系统的设计经济型数控改造的横向进给系统的设计比较简单,一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠,使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。2横向进给系统的设计和计算由于横向进给系统的设计和计算与纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算） W=30f=300N时间常数 T=25ms滚珠丝杠基本导程 L0=4 左旋行程 S=190脉冲当量 p=0.005/step步距角 =0.75/ step快速进给速度 vmax=1m/min(1)切削力计算 横向进给量为纵向的1/21/3，取1/2 ，则切削力约为纵向的1/2FZ=0.5152.76=76.38f=763.8N在切断工件时：Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19f=381.9N(2)滚珠丝杠设计计算1）强度计算：对于燕尾型导轨：P=KFyf (F zW)取K=1.4 f=0.2则P=1.438.190.2(76.3830)=74.74f=747.4N寿命值 L1= 610Tn= 605=13.5最大动负载Q= PfHW31= 74.12.53=213.55f=2135.5N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取F C1B系列，滚珠丝杠公称直径为20，型号为F C1B2045E2左，其额定动负载为5393N，所以强度足够用。2）效率计算：螺旋升角=338，摩擦角=10则传动效率= )(tg= )0183(tg=0.9563）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量L 1= EFP0= 26719.0.214.347= 5.9610-6滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L 2很小，可忽略， 即：L= L 1所以导程变形总误差为=mL9.14096.54010 查表知E级精度丝杠允许的螺旋误差（1m长）为15m/m ，故刚度足够。4）稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。(3)齿轮及转矩有关计算1）有关齿轮计算传动比 i=67.1350.36470pL故取 Z1=18 Z2=30m =2 b=20 =20d1=36 d2=20d1 =40 d1=64a=482)传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=0439.13)75.01438()80( 22 Wp 2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-42450=0.624 2齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-43.642=0.262 2JZ2=7.810-4642=2.022 2电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J=0439.2.)0.624.()53)(1122 JJiZS=1.258 23）所需转动力矩计算nmax=min/7.416350maxrLivMamax=28.025.698.106.944maxTJNm=2.23fnt= 3.31001 DLvfif主=33.17r/minMat=425.6978.=0.0174 Nm=0.1775 fMf= iF0= iWf0=58.013.0.287f=0.028 NmM0=)9.(.469.)1(6 22iLY0.116f=0.011 N mMt= 58.03.iFY1.824f=0.182 Nm所以，快速空载启动时所需转矩：M=MamaxM fM 0=2.23 0.2870.116=2.633f=26.33N切削时所需力矩：M=Mat Mf M0M t=0.17740.287 0.1161.824=2.404f=24.04 N快速进给时所需力矩：M= MfM 0=0.2870.116=0.403f=4.03 N从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，M max=2.633f=26.33 N三、步进电机的选择(一) 步进电机的选择的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下：1 步距角步距角应满足： imn式中 i传动比min系统对步进电机所驱动部件的最小转角。2 精度步进电机的精度可用步矩误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值。用积累误差衡量精度比较实用。所以选用不进电机应满足Qi s式中 Q步进电机的积累误差； s系统对步进电机驱动部件允许的角度误差。3转矩 为了使步进电机正常运行（不失步、不越步） ，正常启动并满足对转速的要求，必须考虑：1）启动力矩 一般启动力矩选取为：Mq 5.03L式中 Mq电动机启动力矩；ML0电动机静负载力矩。根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表（2）所示。M jm为步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的。表(2) 步进电机相数、拍数、启动力矩表相数 3 3 4 4 5 5 6 6运行方式 拍数 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）在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。3 启动频率 由于步进电机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足：ftf cpm式中 ft极限启动频率；fcpm要求步进电机最高启动频率。（二）步进电机的选择1C616 纵向进给系统步进电机的确定Mq = 4.015270。 L685.125 N为满足最小步矩要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：M q/Mjm=0.866所以步进电机最大静转矩M jm为：Mjm=86.0125.q791.14 N步进电机最高工作频率fmax=3.01.620maxpvHz综合考虑，查表选用110BF003 型直流步进电机，能满足使用要求。4 C616横向进给系统步进电机的确定Mq =825.64.0132.LN电动机仍选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以，步进电机最大静转矩M jm为：Mjm=01.768.256.0qN步进电机最高工作频率fmax= 05.60maxpv=3333.3 Hz为了便于设计和采购，仍选用110BF003 型直流步进电机，能满足使用要求。四、机床导轨改造卧式车床上的运动部件，如刀架、工作台都是沿着机床导轨面运动的。导轨就是支承和导向，即支承运动部件并保证运动部件在外力作用下，能准确的沿着一定的方向运动。导轨的导向精度、精度保持性和低速运动平稳性，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。数控机床上，常使用滑动导轨和滚动导轨。滚动导轨摩擦系数小，动静摩擦系数接近，因而运动灵活轻便，低速运行时不易产生爬行现象。精度高，但价格贵。经济型数控一般不使用滚动导轨，尤其是数控改造，若使用滚动导轨，将太大增加机床床身的改造工作量和改造成本。因此，数控改造一般仍使用滑动导轨。滑动导轨具有结构简单，刚性好，抗振性强等优点。普通机床的导轨一般是铸铁铸铁或铸铁淬火钢导轨。这种导轨的缺点是静摩擦系数大，且动摩擦系数随速度的变化而变化，低速时易产生爬行现象，影响行动平稳性和定位精度，为克服滑动导轨的上述缺点，数控改造一般是将原机床导轨进行修整后贴塑，使其成为贴塑导轨。贴塑导轨摩擦系数小，且动静摩擦系数差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性、抗咬伤能力强、加工性和化学性能稳定，且 有良好的自润滑性和抗振性，加工简单，成本低。目前应用较多的聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带，如美国生产的TwrciteB和我国生产的TSF软带材料，次、此种软带厚度为 0.8、1.6、3.2等几种规格。考虑承载变形，宜厚度小的规格，如果考虑到加工余量，选用厚度为1.6为宜。贴塑软带粘贴工艺非常简单，可直接粘结在原有的滑动导轨面上，不受导轨形式的限制，各种组合形式的滑动导轨均可粘结。粘结前按导轨精度要求对金属导轨面进行加工修理。根据导轨尺寸长度放大34，切下贴塑软带。金属粘结面与软带结面应清洗干净，用特殊配制的粘合剂粘结，加压固化，待其完全固化后进行修整加工。作为导轨面的表面，根据需要可进行磨、铣、刮研、开油槽、钻孔等加工，以满足装配要求。五、自动转位刀架的选用自动转位刀架的选用是普通机床数控改造机械方面的关键，而由数控系统控制的自动转位刀架，具有重复定位精度高，工件刚性好，性能可靠，使用寿命长以及工艺性能袄等优点。经济型数控车床的自动刀架，在生产中最常用的是常州武进机床数控设备厂生产的系列刀架，具有重复定位精度高，工作刚性好，使用寿命长，工艺性能好等优点达到国内先进水平，在生产中大量使用。现选用常州武进机床数控设备厂生产的LD4工型系列四工位自动刀架。C616适配刀架。刀架技术参数：刀位数：4电动功率：60W电机转速：1400r/min夹紧力：1t上刀体尺寸：152152下刀体尺寸：161171技术指标：重复定位精度：0.005工作可靠性：30000次换刀时间：90 180 2702.9s 3.4s 3.9s六、经济型数控机床改造时数控系统选用数控系统是一台数控机床的核心。对系统的选择在机床数控改造中是至关重要的现从系统的经济性和实用性选择为开环伺服系统为JWK15T 。现将该经济性数控系统性能参数列表如下：1 生产厂家 南京微分电机厂江南机床数控工程公司2 用户容量 24K3 设定单位 X=0.005 Z=0.014 控制轴数 X、Z两轴5 联动轴数 二轴6 编程尺寸 9999.997 快速(X/Z)向 316/8 G功能 G00G04 G22G29 G32、G33、G36、G37、G9、G80、G929 M功能 M00M09 M20M29 M92M9910 S功能 S01S04 S05S1011 T功能 T1X T8X12 步进电机 220V 10%50HZ13 控制精度 1步14 功耗W 36015 环境温度 040C16 相对温度 80%（ 25C）17 外形尺寸（）34040022018 系统重量 17 kg七、典型零件的工艺设计及应用程序编制所需加工零件的材料为45号钢，加工零件如下图所示：割 槽 刀镗 刀螺 纹 刀外 形 刀刀 具 类 型刀 号 其 余 24540.5（一）工艺分析1、该零件分七个工步来完成加工，即先用16的麻花钻来钻孔；再粗车外圆；第三步粗镗孔；第四步精镗内孔；第五步精车外圆；第六步车M30的细牙螺纹（螺距F=0.75） ；最后切断。2、较为突出的问题是如何保证38、18和长度50的尺寸公差，长度方向的中间凹槽，粗车、粗车刀的副偏角大于45，棒料伸出三爪卡盘65mm装夹工件。3、选择01号车刀（副偏角大于45） ，02号螺距纹刀、03号内孔镗刀，04号割槽刀共四把刀。4、G73进行外圆粗加工时，单边粗车吃刀量1.75，U=1.75，R是切削次数4次，精车余量0.5mm；G71进行内孔粗加工时，单边粗车吃刀量1mm,U=1,R退刀量的值0.5mm,精车余量0.5mm。（二）工件坐标系的设定 选取工件的右端面的中心点O为工件坐标系的原点。（三）手动钻孔夹好工件，用16的麻花钻手动钻孔，孔深55mm。（四）编制加工程序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-2