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机械毕业设计论文
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机械工艺夹具毕业设计45立轴的工艺系统设计,机械毕业设计论文
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1 毕业设计 设计题目：立轴的工艺系统设计 系别：机械工程系 专业：机械 设计 班级： 姓名： 学号： 指导老师： = 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nts 2 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，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。 C616 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 nts 3 2、方案分析 4 3、立轴毛坯的制造 5 4、零件的刀具选择 5 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 11、机床丝杠的改造 28 12、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 （三）小结 34 （四）参考文献 36 nts 4 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 nts 5 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，nts 6 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。 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 01 号车刀粗车外圆表面（副偏角大于 45），选择 02 号钻孔刀钻 20 的深孔， 03 号螺纹刀车螺纹， 04 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nts 7 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 nts 8 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。 G73 进行外圆粗车时，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、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nts 9 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 300 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。 nts 10 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。 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C616普通车床为例进行数控改造。 5、设计方案的确定 1） 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，已收到了良好的经济效果。 2）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nts 11 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 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。 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： （ 1）步矩角 步矩角应满 足 imin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 Q i s nts 12 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： Mq5.03.0 0ML失中 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 运行 方式 相数 3 3 4 4 5 5 6 6 拍数 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg /Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 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： ft fcpm nts 13 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 （ 1） C616 纵向进给系统步进电机的确定 Mq = 4.0 10405.2740 0。 LM685.125 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/Mjm 0.866 所以，步进电机最大静转矩 Mjm为： Mjm= 866.0 125.685866.0 qM 791.14 N 步进电机最高工作频率 fmax= 3.333301.060200060 m a x pvHz 综合考虑，查表选用 110BF003型直流步进电机， 能满足使用要求。 （ 2） C616 横向进给系统步进电机的确定 Mq = 825.654.0 10633.24.0 0 LMN 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 Mjm为： Mjm= 01.768 6 6.0 8 2 5.658 6 6.0 qM N 步进电机最高工作频率 nts 14 fmax=005.060100060 max pv=3333.3 Hz 为了便于设计和采购，仍选用 110BFOO3 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 80Kgf 800N 时间常数： T 25ms 滚珠丝杠基本导程： L 6mm 行程： S 640mm 脉冲当量： Q 0.01mm/stp 步矩角： a 0.75 /stp 快速进给速度： Vmax 2m/min 1切削力计算 由机床设计手册可知，切削功率 Nc=N K 式中 N 电机功率，查机床说明书， N 4KW； nts 15 主传动系统总效率，一般为 0.6 0.7取 0.65； K 进给系统功率系数，取为 K 0.96 则： Nc 4 0.65 0.96 2.496KW 又因为 NC6120vFZFzvNC6120式中 v 切削线速度，取 v 100m/min 主切削力 Fz 6120 2.496/100 152.76(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/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： nts 16 FX =（ 0.1 0.6） FZ FZ=(0.15 0.7) FZ 取： FX=0.5 FZ=0.5 1527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.6 1527.6=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 (FZ+W) 式中 K=1.15， f =0.15 0.18，取为 0.16。 则 P=1.15 763.8+0.16 (1527.6+800)=1250.8N 3 强度计算： 寿命值 L1=611060 iTn n1=0Lfn主 =01000DLvf 取工件直径 D=80 mm,查表得 T I=15000h 则： n1=68014.3 3.01001000 =20r/min L1=610150002060 =18 最大动负载 Q=Hw fPfL3 1查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1 则 Q=318 1.2 1 1250.8=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nts 17 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 FC1B32 6 5 E2，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 =3 25 则 =)10253( 253 tg tg5 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=EFPL0式中 L0=6mm=0.6cm； E=20.6 166N/ cm2。 滚珠丝杠截面积 F=(2d)2 =（28031.2） 2 3.14 则 L1=14.3)28031.2(106.206.08.125026 = 5.9 10-6 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 nts 18 = LL 0100=6.0105.9 10-6=9.8 m/m 查表知 E 级精度丝杠允许的螺距误差（ 1m 长）为 15 m/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=PL3600=01.0360 675.0 =1.25 故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm =20 d1=m Z1=2 32=64mm d2= m Z2=2 40=80mm d 1 =d1 +2ha*=68mm d 2=d2+2ha*=84mm =2 21 dd =28064=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=(p180 )2W=(75.014.3 01.0180 )2 80=0.468 2 =4.68N 2 nts 19 丝杠的转动惯量： JS=7.8 10-4 D4L1=7.8 10-4 3.24 140.3 =11.475 2=114.75N 齿轮的转动惯量： JZ1=7.8 10-4 6.44 2=2.617 2=26.17 N 2 JZ2=7.8 10-4 84 2=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=21i (JS+JZ2)+ JZ1+ J1 =225.11 (11.475+6.39)+2.617+0.468 =14.519 2=145.19N 2 3所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩 M=Mamax Mf M0 最大切削负载时所需力矩 M=Mat Mf M0 Mt 快速进给时所需力矩 M= Mf M0 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nts 20 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=TJn6.910-4N m 当 n=nmax时 Mamax =Ma nmax=0maxLiv=6 25.12000 =416.7r/min Mamax=025.06.9 7.416519.14 10-4=2.52N m=25.72 f 当 n=nt时 Ma=Mat nt=0Lfn i主 =01000LfDv i =68014.3 25.13.010010 0 0 =24.88r/min Mat=025.06.9 88.24519.14 10-4=0.1505N m=1.536 f Mf =iLF2 00=iWLf2 0 当 0=0.8 f =0.16 时 Mf =25.18.014.32 6.08016.0 =1.223 f M0 =iLFX2 0(1- 02) 当 0=0.9 时预加载荷 P0=31Fx则： M0=iLF X6)1( 200 = 25.18.014.36 )9.01(6.038.76 2 =0.462 f =4.62N Mt=iLF2 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=Mamax Mf M0 nts 21 =25.72 1.223 0.462=27.405 f =274.05N 切削时所需力矩： M=Mat Mf M0 Mt =1.536 1.223 0.462 7.297=10.518 f =105.18 N 快速进给时所需力矩： M= Mf M0=1.223 0.462=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， 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： nts 22 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 快速进给速度 vmax=1m/min 1 切削力计算 横向进给量为纵向的 1/2 1/3，取 1/2，则切削力约为纵向的 1/2。 FZ=0.5 152.76=76.38 f=763.8N 在切断工件时： Fy=0.5 FZ=0.5 76.38=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=KFy f (Fz W) 取 K=1.4 f =0.2 则 P=1.4 38.19 0.2(76.38 30) =74.74 f=747.4N 寿命值 L1=6 111060 Tn =610150001560 =13.5 最大动负载 nts 23 Q= PffLHW3 1= 74.7412.15.133 =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 FC1B20 4 5 E2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 =3 38，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=EFPL0=26 76 1 9.1106.2014.344.01074.74 = 5.96 10-6 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 = mLL 9.141096.54.0100100 60 查表知 E 级精度丝杠允许的螺旋误差（ 1m 长）为 15 m/m，故刚度足够。 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 nts 24 传动比 i= 67.135005.0360475.0360 0 pL 故取 Z1=18 Z2=30 m =2 b=20 =20 d1=36 d2=20 d 1 =40 d 1=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= 043 9.0100130)75.014.3005.0180()180( 22 Wp 2 丝杠的转动惯量： JS=7.8 10-4 D4L1=7.8 10-4 24 50=0.624 2 齿轮的转动惯量： JZ1=7.8 10-4 3.64 2=0.262 2 JZ2=7.8 10-4 64 2=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()53()(1 21122 JJJJi ZZS=1.258 2 c 所需转动力矩计算 nmax= m in/7.4 1 64351 0 0 00m a x rLiv nts 25 Mamax= 2184.010025.06.9 7.416258.1106.9 44m a x TJnN m=2.23 f nt=346014.3515.010010001000001 DL v fiL fn 主 =33.17r/min Mat= 4100 2 5.06.9 17.332 5 8.1 =0.0174 N m=0.1775 f Mf=iLF2 00=iWLf2 0 = 58.014.32 34.0302.0 0.287 f =0.028 N m M0= )9.01(58.014.36 34.019.38)1(6 202 iLF Y 0.116 f =0.011 N m Mt= 58.014.32 34.019.382 0iLF Y1.824 f =0.182 N m 所以，快速空载启动时所需转矩： M=Mamax Mf M0 =2.23 0.287 0.116=2.633 f =26.33N 切削时所需力矩： M=Mat Mf M0 Mt =0.1774 0.287 0.116 1.824 =2.404 f =24.04 N 快速进给时所需力矩： M= Mf M0=0.287 0.116 =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nts 26 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： 152 152 下刀体尺寸： 161 171 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 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nts 27 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Twrcite B 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nts 28 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 3 4 ，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 6.86KN。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。 11、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nts 29 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。 12、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 JWK 15T。 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)向 316/ 8 G 功能 G00 G04 G22 G29 G32、 G33、 G36、 G37、G9、 G80、 G92 nts 30 9 M 功能 M00 M09 M20 M29 M92 M99 10 S 功能 S01 S04 S05 S10 11 T 功能 T1X T8X 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 0 40 C 16 相对温度 80%（ 25 C） 17 外形尺寸（） 340 400 220 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。 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 nts 31 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 F2.0 N0380 G04 F2.0 N0170 G01W-38 N0390 G01W-10 F80 N0180 G04 F2.0 N0400 G04 F2.0 N0190 G01U2W-1F100 N0410 G01X100 F100 N0200 G04 F2.0 N0420 W-20 F260 N0210 G01W-20F80 N0430 G04 F2.0 N0220 G04 F2.0 N0440 G01W-4 F80 N0450 M06 F3.5 T22 N0670 G04 F2.0 N0460 G04 F2.0 N0680 G01X34 F8.0 N0470 G01X50 F260 N0690 G04 F2.0 N0480 X45 F100 N0700 G01X100 F260 N0490 X41 F80 N0710 G04 F2.0 N0500 G04 F2.0 N0720 G01W63 F260 N0510 G01X40 F80 N0730 G04 F2.0 N0520 G04 F2.0 N0740 G01W-4 F80 nts 32 N0530 G01X39 F80 N0750 X34 F260 N0540 G04 F2.0 N0760 G04 F2.0 N0550 G01X100 F260 N0770 X32 F80 N0560 G04 F2.0 N0780 G04 F2.0 N0570 G01W87 F260 N0790 G01X30 F80 N0580 G04 F2.0 N0800 G04 F2.0 N0590 G01W-4 F80 N0810 G01X29 F80 N0600 X41 F260 N0820 G04 F20 N0610 G04 F2.0 N0830 G01X100 F260 N0620 G01X39 F80 N0840 U210W-19F260 N0630 G04 F2.0
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