C6140型普通车床改造数控机床设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 目录 第一章 设计方案的确定 . - 一 总体设计方案的确定 . - 5 - 二 机械部分的改造设计与计算 . - 6 - （一）纵向进给系统的设计选型 . - 6 - (二 ) 横向进给系统的设计与计算 . - 12 - 第二章 步进电动机的选择 . - 16 - 一步进电动机选用原则 . - 16 - 二步进电机的选型 . - 17 - （一） 向进给系流步进电机的确定 . - 17 - （二） 向进给系流步进电机的确定 . - 17 - （三） 110直流步进电机主要技术参数 . - 17 - （四） 110直流步进电机主要技术参数 . - 18 - 第三章经济型数控系统选型 . - 18 - 第四章 电动刀架的选型 . - 19 - 第五章 编制零件工序及数控程序实例 . - 20 - 一机床改造参数的选择 . - 20 - （一）车床纵向运动由 Z 向步进电动机控制 . - 20 - （二）车床横向运动由 X 向步时电动机控制 . - 20 - 二程序设计 . - 20 - 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 （一）数控机床参数及约定 . - 20 - (二 ) 编程参数说明 . - 20 - 参考文献 . - 25 - 体会 . - 26 - 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 第一章 设计方案的确定 普通车床是一种加工效率高，操作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明， 将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。 一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。 本设计主要是对 微机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制，开环控制虽然有不稳定、振动等缺点，但其成本较低，经济性较好，车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有：滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种，经比较分析：前者 传动效率及精度较低，后者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀，因此采用自动转位刀架。 一 总体设计方案的确定 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 由于是对车床进行数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。根据这一原则，决定数控系统采用开环控制；传动系统采用滚珠丝杠螺母传动；驱动元件采用步进电动机；数控系统采用 架采用自动转位刀架。这样车床既保留原有功能，又减少了改造数量。 二 机械部分的改造设计与计算 将 普通车床改造成数控机床，除了增加控制系统外，机械部分也应进行相应的改造，其中包括：纵向和横向进给系统的设计选型，以及自动转位刀架的选型。 （一）纵向进给系统的设计选型 1、经济数控车床的改造，采用步进电动驱动纵向进给，有两种方案：一种是步进电机驱动丝杠螺母固定在溜板箱上；第二种是纵丝杠固定、电机安装在溜板箱上，驱动螺母传动。对于车床的改造而言，采用第一种方案显然简单易行。所以步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。从改装方便，实用等方面考虑，所以将步进电机放在丝杠的左端。 2、纵向进给系统的设计计算，已知条 件： 工作台重量： W=8000N 时间常量： T=25 程： s=640 驱 角： 2=速进给速度： m/冲当量： 8p= 1）切削力的计算 由机床设计手册得公式 （公式一） 其中 为传动件的额定功率 主电机的额定功率，见使用说明书得： .5 从电机到所计算的传动轴的传动效率（不含轴承的效率） 从电机到传动轴经过 皮带轮和齿轮两种传动件传动，所以 = 由机床设计手册得 以： = 取 =即 N=4 又因为主传动系统效率一般为 间，所以取 以 给效率） = 由机械加工工艺手册得 31060 （公式二） 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 6120 式中 切削速度，设当其为中等转速，工件直径为中等 时，如 D=40 00m/切削力 6120 =机床设计手册得主切削力 验公式 ) (公式三 ) 对于一般切削情况，切削力中的指数 1 0 88 2=18802的计算结果如 下： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 ) 2 2 2 3 3 3 f( ) z(N) 105 1524 1891 1681 2287 2837 为便于计算 ,所以取 切削深度 走刀量 f=以下计算以此为依据。 由机械床设计手册得，在一般外圆车削时， y (z 取 z ) z=) （ 2）滚珠丝杠的设计计算 由经济型数控机床总设计，综合车床导轨丝杠的轴向力得 P=f（ Fz+w） (公式四 ) 其中 R=, f = 取 f =00) =) 1强度计算 寿命值 1060 （公式五） ni=000 （公式六） 由机床设计手册得 5000h,原机床丝杠螺距为 60， D=80 =20(r/10150002060 =18 最大动负 Q=3 (公式七 ) 其中 运载系数 度系数 Q=318 1 =) 根据最大动力负载荷 表选择滚珠丝杠的型号为 1，查表得数控车床的纵向精度为 旋 即型号为 1/B 900 1000 其额定载荷是 3970N 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 2效率计算 根据机械基础得，丝杠螺母副传动效率为 =)4( 式八 ) 由机床设计手册得 4一般为 8 12取 4=10 即：摩擦角 4=10，螺旋升角（中径处） r=3 则 = )01523(523003 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载 式九 ) 其中 0 =1 E=106N/ 2 滚珠丝杠横截面积 F=(2a) =（2 2) 则 9 =10机 床设计手册， 900螺丝长度）为 25nm/m ，因此，丝杠的刚度符合要求。即刚度足够。 稳定性验算 由于原机床杠径为 30 ，现选用的滚珠丝杠为 50 ，支承方式不变。所以，稳定性不成问题，无需验算。 5 齿轮及转矩的相关计算 此齿轮为普通减速器的齿轮且减速器为一般机器，没有特殊要求，从降低成本，减小结构尺寸和易于取材的原则出发，决定小齿轮选用 45 钢调质，齿面硬定为 217255齿轮选用 45 正火，齿面硬度 169 217 传动比 i=360892其中 2 表示步驱角， 89 表示脉冲当量 i=齿数 0, 3 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 模数 m=2啮合角为 200， 小齿轮齿宽为 25 ，大齿轮齿宽 20 。 d1= 30=30 d2= 63=126 m()=2 (30+2)=64 a=221 =212660=93 齿轮传动精度 计算齿轮圆周速度 V V=411106= =4.2(m/s) 根据齿轮圆周速度和对噪音的要求确定齿轮精度等级侧隙分别为： 小齿轮： 8齿轮： 8 6 传动惯量的选择 工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 289180兀 )2W =()2 80 = 2 丝杠的转动惯量 10(50 )4 2) 齿轮的转动惯量 10(60 )4 2= 2) 10(126 )4 2= 2) 由于电机的 传动 惯量很小，一般可忽略不记 所以总的传动惯量为 21i (1 = ( 2) =. 2) 7所需转动力矩的计算 快速空载启动时所需力矩 M=f+ （公式十二） 最大切削负载时所需力矩 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 M=f+t （公式十三） 快速进给时所需力矩 M=O （公式十四） 式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩。 折算到电机轴上的磨擦力矩。 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。 切削时折算到电机轴上的加速度力矩。 折算到电机轴上的切削负载力矩。 10中 T= (公式十五 ) 当 n=a lo 2 =10 22000 =400(r/ 10=nt=1000 =1000 =r/ 10=Mf=2=2当 =f =， =MO=6(1当 =加荷 1O=6 )1(2 Mt=2= =买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 所以，快速空载启动所需力矩 f+ 切削时所需力矩 快速进给时所需力矩 O =由以上计算可得 所需最大力矩 生快速启动时 (二 ) 横向进给系统的设计与计算 （ 1） 横向进给系统的设计 经济数控车床改造的横向进给系统一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠 ,使刀架横向运动 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计算，已知条件 工作台重量： W=3000N 时间常量： T=25 程： s=190 驱 角： 2=冲当量： 8p=速进给速度： m/1切削力的计算 横向进给量约为纵向的2131,取21则横向切削约为21纵向切削力 1F纵 z=21 ) 在切断工件时 纵 z=) (3) 滚珠丝杠的计算 1强度的计算 对于燕尾型导轨 P=f () 其中， K=f =文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 P=(00) =) 寿命值 1060610150001560 =大动负载 Q=3Li 中 载系数） =1.2 定系数 )=1 Q=3 1 ) 根据最大动负载荷的值 ,可选择滚珠丝杠的型号 ,其公称直径为 35 ,型号为 1/90 290，额定动负载荷为 2520W，所以强度够用。 2效率计算 =)4( 纹升角） =3 4（磨擦角） =10 =)01833(8333刚度验算 滚珠丝杠受工 作负载， =F 46F=（2d） 2 其中为滚珠丝杠的外径 =（234） 2 074 46 6 = 10 ) 因为滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化 化量 忽略不计，即 L= 即导程变化总误差为 =L=10. m) 查表知 300 之内）为 15um/n ，所以刚度足够。 4稳定性验算 由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相等，而支承方式由原来的一端固定，一端悬买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 空变为一端一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验 算。 、齿轮及转矩的相关计算 减速器为一般机器，没有什么特殊要求，从降低成本，减小结构、尺寸和易于取材等原则出发，决定小齿轮选用 45 钢、调质，齿面硬度为 217 255齿轮选用 45钢正火、齿面硬度为 169 217动比 i = 03608l P其中 8 表示步驱角； 8i= 0 8 3 3 6 0 0 所以，取 0， 9 M=2合角为 20 小齿轮齿宽为 25齿轮齿宽 为 20 d1= 30=60 d2= 99=198 m()=2 (30+2)=64 m()=2 (99+2)=202 a= 12 6 4 1 7 8 12922齿轮传动精度 计算齿轮圆周速度 V V= 11443 . 1 4 6 0 1 0 0 0 4 . 2 ( / )1 0 6 6 1 0nd 根据圆周速度和对噪音的要求确定齿轮精度等级及侧隙分别为： 小齿轮： 8齿轮： 8、传动惯量计算 工作台质量折算到电机轴上的传动惯量 21 8 0 8 1 8 0 0 . 0 5 304 3 . 1 4 0 . 7 5P W =丝杠转动惯量： 1010 . 2) 齿轮的传动的惯量 10M=1064 2 = . 2) 10M=10 198 ） 2 2 = . 2) 由于电机传动惯量很小，可以忽略不计，因此总的转动惯量 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 J= 11i (+1 = + = . 2) 所需转动力矩的计算 m a x . 1 0 0 0 3 . 3 4 1 2 . 5 ( / m i n )8Vi 44. m a x 2 4 . 2 2 4 1 2 . 51 0 1 09 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 = 0 0 1 0 0 0 1 0 0 3 . 3 0 . 23 . 1 4 8 6 0V f =r/442 4 . 2 2 4 3 . 7 91 0 1 09 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5J h l = 0 0122F L f W 其中， f = =0 . 2 3 0 0 . 8 0 . 2 8 9 5 ( . )2 3 . 1 4 3 . 3 0 . 8 k g f c m = 220 0 4 5 . 3 5 0 . 8 (1 0 . 9 )(1 )6 0 . 0 2 9FL i = 4 5 . 3 5 0 . 82 2 3 . 1 4 0 . 8 3 . 3FL i = 所以，快速空载启动时所需转矩 M=f=切削的所需力矩 f+t =快速启动时所需力矩 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 o =即最大转矩发生在快速启动时 即 第二章 步进电动机的选择 一步进电动机选用原则 合理选用步进电机是比较复杂的问题，需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的选择 。 （一） ，步距角应满足： = i 传动比 系统对步进电机所驱动部件的最小转角 （二） 精度 步进电机的精度可用步距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，所选用的步进电机应满足。 i 式中 步进电机的积累误差。 系统对步进电机驱动部分允许的角度误差。 （三）转距 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； 启动力矩，一般启动力矩选取为 q 电机启动力矩 电机静负载力矩 在要求在运行频率范围内，电机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机的转动惯量（包含负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 (四 ) 启动频率 由于步进电机的启动频率随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： m 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 其中 极限启动频率 m 要求步进电 机最高启动频率 二步进电机的选型 （一） 向进给系流步进电机的确定 为了满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式。查手册得知：以步进电机最大静转矩 200060 综 合考虑，查表选用 110 （二） 向进给系流步进电机的确定 0 4 . 2 0 7 9 1 0 5 . 2 ( . )0 . 4 0 . 4 c m电动机选用三相六拍工作方式 查手册得 Mq/1 0 5 . 2 1 2 1 . 5 ( . )0 . 8 6 6 0 . 8 6 6 c m=步进电机的最高工作频率 m a x 1 0 0 0 3 3 3 3 . 3 ( )6 0 8 9 6 0 0 . 0 0 5V 综合考虑，查表选用 110够满足使用要求。 （三） 110直流 步进电机主要技术参数 电机型号 相数 步驱角 电压 相电流 最大转矩 最高空载启动率 110 0 6 80） 1500 运行频率 转子转动惯量 线圈电阻 分配方式 重量 外径 长度 轴径 7000 相六拍 6 110 160 11 参考价 原型号 350 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 （四） 110直流步进电机主要技术参数 电机型号 相数 步驱角 电压 相电流 最大转矩 最高空载启动率 110 0 4 50） 500 运行频率 转子转动惯量 线圈电阻 分配方式 重量 外径 长度 轴径 相六拍 10 110 11 参考价 原型号 350 三章经济型数控系统选型 用数控机床工工件时，首先应编制零件加工程序。这是数控机床的工作指令。将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主动的变速、启动、停止、进给运动的方向速度和位移量，以及刀具选择交换，工件装夹和冷却润滑的开关等动作，使刀具与被加工零件以及其它 辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、运行轨迹和运行参数进行工作，从而达到加工出符含合要求零件的目的。 要有 种系统。经过实际比较分析， 统的核心是 列的 8031 单片微机，其采用 自动完成车削端面、内外圆、倒角等功能，并配有完备的 S、 T、 系统尔采用模块化设计，内部有计算机等四种模块。更换维修方便快速。 统结构简单，集成度高，工艺先进，性能稳定，可维修 性很大。 根据实际生产需要，以及数控系统的要求，经过实际比较分析，选用 中又以 能较强、操作使用更方便。所以，决定使用 生产厂家 南京微分电机厂江南机床数控工程公司 型 号 户容量 24K 设定单位 X=Z=制轴数 X、 Z 联动轴数 二轴 编程尺寸 速（ X/Z）向 3/6m/功能 功能 功能 T、 X 进电机 110作电源 220V 10% 50文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 控制精度 1步 功耗 W 360 环境温度 0 40 相对湿度 80%（ 25） 外形尺寸（ 340 400 200 系流重量（ 17 第四章 电动刀架的选型 自动转位刀架的设计是普通机床，数控改造的关键。它要求刀架要具有抬起、回转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回转 直径的条件下，提供选用的多把刀的可能性。 电动刀架的安装较方便，只要将原车床上的刀架拆下将电动刀架装即可但要注意两点： 1) 电动刀台的两侧面应与车床的横向进给方向平行。 2) 电动刀台与系统的连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后面，再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线，走线到系统。其好处在于：避免走线杂乱无章，而使得加工时切屑、冷却液以及其它杂物磕碰电动刀架系统。 综合各方面因素，选用常州武进机床数控设备厂生产的 机床型号 位数 4 电机功率（ W） 120 电机转速 1400r/紧力 1 切体尺寸 152 152 下刀体尺 161 171 配车床型号 复定位精度 作可靠性 30000次 换刀时间 90 ） 180 ） 270 ） 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 第五章 编制零件工序及数控程序实例 一机床改造参数的选择 （一）车床纵向运动由 Z 向步进电动机控制 110配套丝杠螺距为 10 泳冲当量： 改造 后的泳冲当量： （二）车床横向运动由 X 向步时电动机控制 110配套丝杠螺距为 8 脉冲当量： 改造后的脉冲当量： 二程序设计 （一）数控机床参数及约定 脉冲当量： X 向（横向）为 向）为： 坐标原点为： 0点 加工起点为： 安装方法：零件装夹于床头主轴与尾座顶尖之间。采用专用芯轴方式定位。 使用方法：专用组合车刀、切刀 加工工序说明：此工序为精车加工，零件外部形状尺寸全部成型。零件各部分尺寸预留精车余量 (二 ) 编程参数说明 加工编程中以球头车刀圆心与加工起点相重合 187外圆处侄角计算， 见图一。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 因为 =2 所以 2 =D=C/=2E=1 2F=03F=2+刀路线工艺图，见图二 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 见立体图 3、编制程序 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 030 050 070 090 140 130 150 170 180 03 01 48 01 01 04 04 021 04 44 80 42、 48 4 76 6 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精 品 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 04 04 01 01 01 01 04 04 22 01 01 04 187 2 57 201 52 4 73 66 410 430 450 470 490 510 04 04 04 04 01 76 60 58 201