【毕业设计论文】立轴的工艺系统设计【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计 设计题目：立轴的工艺系统设计 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 课题简介 本课题主要是围绕立轴工艺系统设计而进行的， 它包括立轴零件 的工艺分析，加工零件时所选的刀具，普通机床改装，及对立轴加工 所需夹具的设计与工艺编程， 在设计过程中，其中最主要的是对立轴 零件加工所需机床的改造. 中小型企业为了发展生产，常常希望对原有旧机床进行改造，实 现数控化，自动化。数控机床系统就是结合现实的生产实际，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重要的特点， 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， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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，增强企业的竟争能力。C 6 1 6普通机 床改装为数控机床， 主要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，可用经济型数控系统进行控制， 并采用滚珠丝杠螺 母副代替原有机床的丝杠进行传动，实现横向、纵向的进给传动。 立轴的工艺分析要考虑几个不同的方案，选择一个好的方案，进 行详细工艺设计分析，设计夹具时要考虑到定位、夹紧等问题，保证 工件表面粗糙度，选择合适的材料。 目录 （一）立轴的加工工艺分析 1、立轴加工工艺方案的确定4 2、方案分析4 3、立轴毛坯的制造5 4、零件的刀具选择5 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 5 、零件的夹具设计6 6 、零件的定位基准6 7 、零件加工路线、切削用量的选择7 （二）加工立轴零件的机床的数控改装7 1 、数控机床改装的必要性8 2 、数控机床改造的优点9 3 、数控机床改造的注意点9 4 、车床的数控改造9 5 、设计方案的确定10 6 、步进电机的选择10 7 、机械部分改造设计与计算13 8 、自动转位刀架的选用25 9 、机床导轨改造26 10、机床尾座的改造28 1 1 、机床丝杠的改造28 1 2 、数控机床改造时数控系统选用29 13、立轴零件的数控加工编程30 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 （三）小结34 （四）参考文献36 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 一、立轴的加工工艺分析 1、立轴加工工艺方案的确定 （a） 毛坯外表面粗加工钻深孔外表面精加工 锥孔粗加工锥孔精加工 （b） 毛坯外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工 锥孔精加工外表面精加工 （c） 毛坯外表面粗加工钻深孔锥孔粗加工 外表面精加工锥孔精加工 2、方案分析 方案 a： 在锥孔粗加工时， 由于要用已加工过的外表面作精基准 面，会破坏外圆表面的精度和光洁度，所以此方案不宜采用。 方案 b：在精加工外圆表面是，还要在插上锥堵，这样会破坏锥 孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免地会有加工误差，加上锥堵本 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 身的误差等会造成外圆表面和内锥的不同轴。故此案不宜采用。 方案 c：在锥孔精加工时，虽然也要用已加工过的外圆表面作为 精基准面，但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时 锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆的精度影响不大；加 上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使 用，能逐步提高轴度。 经比较可知，立轴的加工顺序以方案 c 为佳。 3、立轴毛坯的制造 对于直径较大的阶梯轴，为了节约材料和减少机械加工的劳动 量，则往往采用锻件。锻件的好处在于材料的金属纤维组织致密，在 热锻过程中按轴向排列，从而获得较高较高的抗拉、抗弯和抗扭的强 度。在大批大量生产时采用模锻，模锻法可以锻造形状复杂的毛坯， 而且材料在经模锻后，纤维组织的再分布更有利于提高零件的强度。 合理选用材料和规定热处理的技术要求， 对提高轴类零件的使用 强度和耐用度有重要关系。材料选用时要注意表面物理机械性能，然 后合理选定热处理方法和必要的修饰加工， 力求是零件达到良好的强 度、刚度和所需的表面硬度。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 轴是传递动力的零件， 它应有良好的机械强度和刚度，而其工作 表面又应有良好的耐磨性，因此轴件要选用适当的钢材； 为了使轴件 加工后有良好的尺寸精度稳定性，因而又要求有合适的热处理过程。 45 钢，这是常用的主轴材料，在调质处理之后，再经局部高频 淬火，可以是局部硬度达到 HRC6265，再经过适当的回火处理，可 以降到需要的硬度。 4、零件的刀具选择 选择刀具时要求安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好。对 于粗、精加工，可以采用不同的刀具。 加工该零件首先选择 0 1号车刀粗车外圆表面（副偏角大于 4 5 ） ， 选择 0 2号钻孔刀钻2 0的深孔，0 3号螺纹刀车螺纹，0 4号割槽刀 割槽，共四把刀进行加工。 5 、零件的夹具设计 由于立轴零件结构比较复杂， 精度要求较高，且轴的一端带有球 体用一般夹具不容易装夹、定位，所以需要设计一套专用夹具进行装 夹。 立轴的夹具设计为采用端齿式拨动顶尖， 该顶尖用于车削轴类工 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 件的外圆，而轴向长度要求不高的场合。使用时将莫氏锥柄装入机床 主轴内，顶尖在弹簧的作用下，是工件定心。锥柄端面有四个均布的 硬质合金尖齿， 当机床尾顶尖顶紧工件时， 尖齿咬入工件的端面而随 主轴一起旋转，并传递切削扭矩。 使用该顶尖能省去卡箍的装卸操作， 提高生产效率，而且可以在 工件全长上进行车削。 6 、零件的定位基准 轴件加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基 准时应尽可能使其与装配基准重合和工序的基准统一， 并考虑在一次 安装中尽可能加工出较多的表面。 轴类零件加工的精度指标是各段外圆的同轴度以及锥孔和外圆 的同轴度。立轴的装配基准主要是前后两个支承轴颈面， 为了保证卡 盘定位面以及前锥孔与支承轴颈面有较高的同轴度， 应以加工好的支 承轴颈为定位基准来终磨锥孔和卡盘定位，这就符合基准重合的原 则。但由于立轴外圆表面的设计基准为轴的中心线，在加工轴时若能 以轴心线作为定位基准就能符合基准统一的原则， 就可以避免误差的 产生，所以轴类零件加工都用轴两端的顶尖孔作为精基准面。顶尖孔 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 的精度越高，加工精度就越高。用顶尖孔作为定位基准，能在一次装 夹中加工出各段外圆表面及端面等， 既符合基准统一的原则，又保证 了各外圆表面的同轴度以及各外圆表面与端面的垂直要求。 所以立轴 选择以孔的轴心线为基准，采用双顶尖鸡心夹方式定位。 7 、零件加工路线、切削用量的选择 零件的加工路线就是加工过程中刀具的运动轨迹。 加工路线应在 保证零件的加工精度和表面粗糙度的基础上尽可能使加工路线最短， 以减少空程时间，提高生产率。 切削用量主要是主轴转速、切削深度和进给速度。 主轴转速应根 据允许切削深度和工件直径来选定。 进给速度应根据加工精度和表面 粗糙度选定，当加工精度要求高以及表面粗糙度值要求小时，进给量 应取小些。切削深度根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允 许的情况下，应尽可能使切削深度等于零件的加工余量， 以减少走刀 次数，提高效率。为保证加工质量，可留出加工余量。G 7 3 进行外圆 粗车时，单边粗车吃刀量1 . 7 5 ，U = 1 . 7 5 ，R 是切削次数 4 次，精车余 量 0 . 5 m m ；G 7 1 进行内孔粗加工时，单边粗车吃刀量 1 m m , U = 1 , R 退刀 量的值 0 . 5 m m , 精车余量 0 . 5 m m 。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 二、加工立轴零件的机床的数控改装 1 、数控机床改装的必要性 数控机床可以较好地解决形状复杂、 精密、 小批及多变零件的加 工问题， 能够稳定加工质量和提高生产率， 但是数控机床的应用也受 到其它条件的限制。 1 ）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，对中小型企业常是心 有余而力不足。 2 ）目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根 本不可能，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费。 3 ）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满 足生产急需。 4 ）通用数控机床对具体生产有多余功能。 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 我国是拥有 3 0 0多万台机床的国家，而这些机床又大量是多年 累积生产的通用机床， 自动化程度低，要想在近几年内用自动和精密 设备更新现有机床， 不论是资金还是我国机床制造厂的能力都办不到 的。因此普通机床的数控改装大有可为。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。 2 、数控机床改造的优点 数控机床改造一般是指对普通机床某些部位做一定的改造，配 上数控装置，从而使机床具有数控加工能力。其改造的优点有： 1 ）从提高资本效率出发， 改造闲置设备，能发挥机床的原有功 能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。 2 ）适应多品种，小批量零件生产。 3 ）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 4 ）降低对工人技术水平的要求。 5 ）数控改造费用低，经济性好。 6 ）数控改造的周期短，可满足生产急需。 3 、数控机床改造的注意点 将普通机床改造为数控机床，是一项技术性很强的工作，必须 根据加工对象的要求和工厂实际情况，确定切实可行的技术制造方 案，搞好机床的改造设计。 4 、车床的数控改造 利用微机改造现有的普通车床，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的自动加工车床，即经济型数控车床。以 C 6 1 6普通车床为例进行数控改造。 5 、设计方案的确定 1 ）C 6 1 6 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，已收到了良好 的经济效果。 2 ）设计任务 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 本设计任务是对 C 6 1 6 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 . 0 1 m m / 脉冲，横向脉冲 当量为 0 . 0 0 5 m m / 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。 3 ）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少，以降低成本。根 据 C 6 1 6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。 6 、步进电机的选择 1 ）步进电机选择的原则 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的机电执行 元件。 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 机最基本的原则如下： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 （1 ）步矩角 步矩角应满足 i min 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 理论之差的最大值，用积累误差衡量精度比较实用。所选用的步进电 机应满足 Qis 式中 Q 步进电机的积累误差； s 系统对步进电机驱动部分允许的角度误差。 （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： a 启动力矩 一般启动力矩选取为： Mq 5 . 03 . 0 0 ML 失中 Mq电动机启动力矩； ML0电动机静负载力矩。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表所示。 。Mjm为 步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的。 步进电机相数、拍数、启动转矩表 相 数 3 3 4 4 5 5 6 6 运 行 方 式 拍 数 3 6 4 8 5 1 0 6 1 2 Mg /Mjm 0 . 5 0 . 8 6 6 0 . 7 0 7 0 . 7 0 7 0 . 8 0 9 0 . 9 5 1 0 . 8 6 6 0 . 8 6 6 b 在要求的运行频率范围内， 电动机力矩应大于电动机的静载力 矩与电动机转矩惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 （4 ） 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： ftfcpm 式中 ft 极限启动频率； fcpm要求不步进电机最高启动频率。 2 ）步进电机的选择 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 （1 ）C 6 1 6 纵向进给系统步进电机的确定 Mq = = = 4 . 0 10405.27 40 0 。 L M 685.125 N 为满足最小步矩角要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知 Mq/Mjm0 . 8 6 6 所以，步进电机最大静转矩 Mjm为： Mjm= 866 . 0 125.685 866 . 0 q M 791.14 N 步进电机最高工作频率 fmax= 3 . 3333 01 . 0 60 2000 60 max = = p v Hz 综合考虑，查表选用1 1 0 B F 0 0 3型直流步进电机，能满足使用要求。 （2 ）C 6 1 6 横向进给系统步进电机的确定 Mq =825.65 4 . 0 10633. 2 4 . 0 0 = = L M N 电动机仍选用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm0 。8 6 6 所以，步进电机最大静转矩 Mjm为： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 Mjm=01.76 866 . 0 825.65 866 . 0 = q M N 步进电机最高工作频率 fmax= 005 . 0 60 1000 60 max = p v =3333.3 Hz 为了便于设计和采购，仍选用 1 1 0 B F O O 3型直流步进电机，能满足使 用要求。 7 、机械部分改造设计与计算 1 ）纵向进给系统的设计与计算 （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，可以放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不 必象产品设计要求的那么高，而从改造方便，使用方面来考虑。一般 都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 8 0 K g f 8 0 0 N 时间常数： T 2 5 m s 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 滚珠丝杠基本导程：L 6 m m 行程： S 6 4 0 m m 脉冲当量： Q 0 . 0 1 m m / s t p 步矩角： a 0 . 7 5 / s t p 快速进给速度：V m a x 2 m / m i n 1 切削力计算 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 4 K W ； 主传动系统总效率，一般为 0 . 6 0 . 7 取0 . 6 5 ； K 进给系统功率系数，取为 K 0 . 9 6 则： Nc4 0 . 6 5 0 . 9 6 2 . 4 9 6 K W 又因为 NC 6120 vFZ F z v NC6120 式中 v 切削线速度，取 v 1 0 0 m / m i n 主切削力 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 F z 6 1 2 0 2 . 4 9 6 / 1 0 0 1 5 2 . 7 6 ( K g f ) 1 5 2 7 . 6 ( N ) 由 金属切削原理 可知，主切削力 FZ=CFz apx Fz f Y Fz KFz 查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1 则可计算 FZ 如表所示： FZ计算结果 ap(mm) 2 2 2 8 8 8 f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 FZ(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837 当 FZ=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）FZ FZ=(0.150.7) FZ 取： FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.61527.6=916.5N 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 滚珠丝杠设计计算 综合导轨车床丝杠的轴向力： P=KFX+f(FZ+W) 式中 K=1.15，f=0.150.18，取为 0.16。 则 P=1.15763.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N 3 强度计算： 寿命值 L1= 6 1 10 60 i Tn n1= 0 L fn主 = 0 1000 DL vf 取工件直径 D=80 mm,查表得 T I=15000h 则： n1= 68014. 3 3 . 01001000 =20r/min L1= 6 10 150002060 =18 最大动负载 Q= Hwf PfL 3 1 查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1 则 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 FC1B 系列，滚珠丝杠直径为 32mm,型号为 FC1B3265E2，其额定动载荷是 10689N，所以强 度足够用。 4 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 tgv 式中 摩擦角=10 螺旋升角=325 则 = )10253( 253 + tg tg 5 刚度验算：滚珠丝杠受到工作负载P 引起的导程的变化量 L1= EF PL0 式中 L0=6mm=0.6cm； E=20.6166N/ cm2。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 滚珠丝杠截面积 F=( 2 d )2=（ 2 8031. 2 ）23.14 则 L1= 14. 3) 2 8031. 2 (106 .20 6 . 08 .1250 26 =5.910- 6 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小,可忽略,即：L= L1。所以： 导程变形总误差为 =L L 0 100 = 6 . 0 100 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。 6 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= P L 360 0 = 01. 0360 675. 0 =1.25 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm =20 d1=m Z1=232=64mm d2= m Z2=240=80mm d1 =d1 +2ha*=68mm d2=d2+2ha*=84mm = 2 21 dd + = 2 8064+ =72 2 转动惯量计算 工作台质量折算到电机轴上的转动惯量： J1=( p 180 )2W=( 75. 014. 3 01. 0180 )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 齿轮的转动惯量： JZ1=7.810- 46.442=2.617 2=26.17 N2 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 JZ2=7.810- 4842=6.39 2=63.9 N 电机转动惯量很小可以忽略。 因此,总的转动惯量： J= 2 1 i (JS+JZ2)+ JZ1+ J1 = 2 25. 1 1 (11.475+6.39)+2.617+0.468 =14.519 2=145.19N2 3所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩 M=MamaxMfM0 最大切削负载时所需力矩 M=MatMfM0Mt 快速进给时所需力矩 M= MfM0 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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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= T Jn 6 . 9 10- 4Nm 当 n=nmax时 Mamax =Ma nmax= 0 max L iv = 6 25. 12000 =416.7r/min Mamax= 025. 06 . 9 7 .416519.14 10- 4=2.52Nm=25.72 f 当 n=nt时 Ma=Mat nt= 0 L fn i 主 = 0 1000 L f D v i = 68014. 3 25. 13 . 01001000 =24.88r/min Mat= 025. 06 . 9 88.24519.14 10- 4=0.1505Nm=1.536 f Mf = i LF 2 00 = i WLf 2 0 当0=0.8 f=0.16 时 Mf = 25. 18 . 014. 32 6 . 08016. 0 =1.223 f M0 = i LFX 2 0 (1- 02) 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 当0=0.9 时预加载荷 P0= 3 1 Fx则： M0= i LFX 6 )1 ( 2 00 = 25 . 1 8 . 014. 36 )9 . 01 (6 . 038.76 2 =0.462 f=4.62N Mt= i LF 2 00 = 25. 18 . 014. 32 6 . 038.76 =7.297 f=72.97 N 所以, 快速空载启动时所需力矩： M=MamaxMfM0 =25.721.2230.462=27.405 f =274.05N 切削时所需力矩： M=MatMfM0Mt =1.5361.2230.4627.297=10.518 f =105.18 N 快速进给时所需力矩： M= MfM0=1.2230.462=1.685 f =16.85 N 由以上分析计算可知： 所需最大力矩 Mmax发生在快速启动时， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 Mmax=27.405 f=274.05 N 2)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=30 f=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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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 1/2。 FZ=0.5152.76=76.38 f=763.8N 在切断工件时： Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19 f=381.9N 2 滚珠丝杠设计计算 a 强度计算：对于燕尾型导轨： P=KFyf(FzW) 取 K=1.4 f=0.2 则 P=1.438.190.2(76.3830) =74.74 f=747.4N 寿命值 L1= 6 11 10 60 Tn = 6 10 150001560 =13.5 最大动负载 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 Q=PffL HW 3 1 =74.7412 . 1 5 . 13 3 =213.55 f=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 FC1B 系列，滚珠丝杠公称直径 为20 ，型号为 FC1B2045E2左，其额定动负载为 5393N， 所以强度足够用。 b 效率计算：螺旋升角=338，摩擦角=10 则传动效率 = )( +tg tg = )01833( 383 + tg tg =0.956 c 刚度验算：滚珠丝杠受工作负载 P 引起的导程的变化量 L1= EF PL0 = 26 7619. 1106 .2014. 3 44 . 01074.74 =5.9610- 6 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小， 可忽略， 即： L=L1所以导程变形总误差为 =mL L 9 .141096. 5 4 . 0 100100 6 0 = 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。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 d 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 a 有关齿轮计算 传动比 i=67 . 1 3 5 005 . 0 360 475 . 0 360 0 = = p L 故取 Z1=18 Z2=30 m =2 b=20 =20 d1=36 d2=20 d1 =40 d1=64 a=48 b 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. 0 100 1 30) 75. 014. 3 005. 0180 () 180 ( 22 = =W p 2 丝杠的转动惯量： JS=7.810- 4D4L1=7.810- 42450=0.624 2 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 齿轮的转动惯量： JZ1=7.810- 43.642=0.262 2 JZ2=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. 0202. 0)022.2624. 0() 5 3 ()( 1 2 112 2 +=+JJJJ i ZZS =1.258 2 c 所需转动力矩计算 nmax=min/7 .416 4 3 5 1000 0 max r L iv = = Mamax=2184. 010 025. 06 . 9 7 .416258. 1 10 6 . 9 44max = = T Jn Nm=2.23 f nt= 346014. 3 515. 010010001000 00 1 = DL vfi L fn 主 =33.17r/min Mat= 4 10 025. 06 . 9 17.33258. 1 =0.0174 Nm=0.1775 f Mf= i LF 2 00 = i WLf 2 0 = 58 . 014. 32 34 . 0302 . 0 0.287 f=0.028 Nm 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 M0= =)9 . 01 ( 58 . 014. 36 34 . 019.38 )1 ( 6 2 0 2 i LFY 0.116 f=0.011 Nm Mt= = 58 . 014. 32 34 . 019.38 2 0 i LFY 1.824 f=0.182 Nm 所以，快速空载启动时所需转矩： M=MamaxMfM0 =2.230.2870.116=2.633 f=26.33N 切削时所需力矩： M=MatMfM0Mt =0.17740.2870.1161.824 =2.404 f=24.04 N 快速进给时所需力矩： M= MfM0=0.2870.116 =0.403 f=4.03 N 从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，Mmax=2.633 f =26.33 N 8 、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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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：90 180 270 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2.9s 3.4s 3.9s 9 、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 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 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。 10、机床尾座的改造 普通机床的尾座顶尖需要手工控制，而且固定不容易调节，顶 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 尖的顶紧力不稳定，工作不可靠，没有可控电动尾座的性能好，所以 把原来的手工控制尾座改造成可控电动尾座。 可控电动尾座工作原理 是：电动机接通后，通过齿轮减速器带动丝杠转动，通过装在轴套上 的丝杠螺母使轴套前进并压缩蝶形弹簧，当顶尖顶紧工件时，螺母及 轴套不能前进， 因此迫使丝杠后退， 压缩碟形弹簧， 并使大齿轮后退， 大齿轮压下顶杆，顶杆压下微动开关，切断电动机电源，顶紧过程结 束。当电动机功率为 750W 时，顶尖的顶紧力可达 6 . 8 6 K N 。顶尖后 退时利用档块和开关来限位。 电动机除有正反向点动按钮外，还需要 微机信号输入开关。一般在微机控制时，其后退距离可利用计算时延 时控制。 可控电动尾座结构简单，工件可靠，只有在顶尖顶紧工作并达 到预定力时，顶紧过程才结束，并有手动和计算机控制两种方式。 1 1 、机床丝杠的改造 普通的丝杠传动效率低，灵敏度低，低速运动的平稳性差，传 动精度不高，不能满足机床传动精度的高要求。而滚珠丝杠螺母副则 能保证机床进给动作灵敏、传动效率和传动精度高的要求。 滚珠丝杠螺母副的优点是摩擦系数小，传动效率高，所需传动 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 转矩小，灵敏度高，低速运动平稳性好，磨损小，精度保持性好。使 用寿命高，可通过预紧和间隙消除措施保证其反向传动精度。缺点是 加工复杂，成本高，垂直安装时不能自锁。 为保证反向传动精度和机构的轴向刚度，必须消除丝杠螺母的 轴向间隙，并应适当预紧。通常采用双螺母结构来解决。 1 2 、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 24K 3 设定单位 X=0.005 Z=0.01 4 控制轴数 X、Z 两轴 5 联动轴数 二轴 6 编程尺寸 9999.99 7 快 速 (X/Z) 316/ 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 向 8 G 功能 G00G04 G22G29 G32、G33、G36、G37、 G9、G80、G92 9 M 功能 M00M09 M20M29 M92M99 10 S 功能 S01S04 S05S10 11 T 功能 T1XT8X 12 步进电机 220V 10%50HZ 13 控制精度 1 步 14 功耗 W 360 15 环境温度 040C 16 相对温度 80%（25C） 17 外 形 尺 寸 （） 340400220 18 系统重量 17 kg 13、立轴零件的数控加工编程 立轴的左端编程， 此零件外为精加工。 零件外部形状尺寸 （除螺纹外） ， 全部成形。预留精车余量为 0.81.2mm。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 N0010 G92X300Z195 N0230 G01X39.5 F80 N0020 G04 T2.0 N0240 G04 F2.0 N0030 G01X28 F300 N0250 G01W- 65 F80 N0040 G01X24 F80 N0260 G04 F2.0 N0050 G04 F2.0 N0270 G01X40.01 F80 N0060 G01X26 F80 N0280 G04 F2.0 N0070 G01W- 1 F80 N0290 G01W- 18 F80 N0080 G04 F2.0 N0300 G04 F2.0 N0090 G01U2 F80 N0310 G01X45 F80 N0100 G04 F2.0 N0320 G04 F2.0 N0110 G01U2W- 1F100 N0330 G01W- 27 F80 N0120 G04 F2.0 N0340 G04 F2.0 N0130 G01W- 13 F80 N0350 G01X88 F80 N0140 G04 F2.0 N0360 G04 F2.0 N0150 G01X32.01 N0370 G01U2W- 1F100 N0160 G04 F