EC18普通车床数控改造设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书专业 机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）题目：EC18 普通机床数控改造立题目的和意义：机床数控改造是我国机床工业技术发展的方向之一，有利与提高机床的加工精度，自动化程度。是典型的机械一体化课题，具有机械结构典型，控制系统软、硬件强弱均能得到训练等特点，有利于综合运用所学知识和工程设计能力与培养，符合培养目标的教学要求。技术要求与工作计划：技术要求（1）保持原机主运动不变，取消溜箱杆和进给箱以及步进电机驱动纵横向进给，实现开环控制。（2）纵横向脉冲当量均为 0.02mm。工作要求(1) 完成纵向进给及横向进给系统的改造设计和部分零部件工作图设计。（2）设计开环控制系统。（3）撰写设计工作说明书。（4）完成整机外观图设计。时间安排：第 1-2 周 毕业实习，搜集毕业课题资料，完成译文和论文综述；第 3-4 周 总体方案、结构草图设计；完成开题报告、实习报告（4 月 6 日第一阶段检查）第 58 周 机构设计和完成装配图设计（4 月 29 日第二阶段检查）第 9 周 控制系统设计第 10 周 整理说明书第 11 周 零件工作图设计（5 月 20 日第三阶段检查）第 12 周 评阅（5 月 23 日第四阶段检查）第 13-14 周 答辩指导教师要求：按计划、按要求完成毕业设计任务（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见：（签字） 年 月 日摘 要车床数控化改造研究是提高我国技术装备水平的重要项目。我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新。由于资金受限，相比于添置新的数控车床，对车床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。车床的数控化改造具有针对性强、大大节约原材料和资金以及扩大机床应用范围等优点，主要内容包括总体设计方案的确定、对车床导轨进行改造设计和自动回转刀架的选型与安装等。关键词: 车床 改造 数控化 节约Abstract NC lathe research is to improve the level of technical equipment important project. China currently has a large number of extended service and technical obsolescence of the machine urgently updated. Limited because of funding, compared to purchasing new CNC lathe, CNC lathe transformation of a savings is quickly launched an effective way. Transformation of the NC lathe has targeted a significant reduction in raw materials and capital and to expand the scope of application tools, etc. The main contents include the determination of the overall design scheme, designed to transform the rail on the lathe rotary tool holder and automatic selection and installation . Keywords: CNC Lathe savings目 录摘 要 .IAbstract.II1 绪 论 .11.1 数控机床的发展史 .11.2 机床数控化改造的意义 .11.3 数控化改造后机床的优越性 .11.4 机床数控化改造的市场 .21.5 机床数控化改造的内容 .21.6 普通机床数控改造的目的 .32 总体方案设计 .42.1 设计参数 .42.2 其他要求 .42.3 传动原理 .53 传动设计 .63.1 减速齿轮设计及校核 .73.2 带轮及带的计算 .113.2.1 确定计算功率 .113.2.2 选取 V 带型 .113.2.3 验算带速和确定带轮直径 .113.2.4 确定带传动的中心距和带的基准长度 .113.2.5 验算小带轮的包角 .123.2.6 确定带的根数 .123.2.7 计算单根 V 带初拉力的最小值 .123.2.8 计算压轴力 .133.2.9 带轮的结构 .133.3 确定计算转速 .133.3.1 主轴 .133.3.2 各传动轴 .133.3.3 各齿轮 .133.3.4 核算主轴转速误差 .143.4 轴的初步确定 .143.5 轴的校核 .154 进给系统设计 .174.1 纵向进给丝杠设计 .174.2 横向进给丝杠设计 .194.3 步进电机选择 .194.3.1 步距角 .204.3.2 精度 .204.3.3 转矩 .204.3.4 启动频率 .214.3.5 纵向进给系统步进电机的确定 .214.3.6 横向进给系统步进电机的确定 .215 技术经济分析 .23总 结 .26致 谢 .27参考文献 .281 绪 论1.1 数控机床的发展史1946 年诞生了世界上第一台电子计算机。6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 （注：两个阶段：数控NC 阶段和计算机数控 CNC 阶段。六代：即电子管时代、晶体管时代、小规模集成电路时代、小型计算机时代、微处理器时代和基于 PC 时代） 。必须指出，数控系统发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低、价格极为昂贵、应用很不方便（主要是编程困难）等极为关键的问题。因此，数控技术经过了近 30 年的发展才走向普及应用。 1.2 机床数控化改造的意义机床数控化改造，顾名思义就是在机床上增加微型计算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标。众所周知，企业要在激烈的市场竞争中获得生存、得到发展,就必须在最短的时间内以优异的质量、低廉的成本,制造出满足市场需求、性能合适的产品。目前,采用先进的数控机床已成为我国制造技术发展的总趋势。购买新的数控机床是提高数控化率的主要途径,而改造旧机床、配备数控系统把普通机床改装成数控机床也是提高机床数控化率的另一条有效途径。机床数控化改造的市场目前在我国有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到 3。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高等不良因素，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。近年来，美国、日本、德国、英国等发达国家，在制造大量数控机床的同时，也非常重视对普通机床的数控化改造，机床的技术改造市场十分活跃。机床改造业正逐步从机床制造业中分化出来，形成了用数控技术改造机床和生产线的新的行业和领域。1.3 数控化改造后机床的优越性a.机床数控化改造可以提高零件的加工精度和生产效率。b.机床数控化改造可以提高机床的性能和质量，加工出普通机床难以加工或者不能加工的复杂型面零件。c.机床数控化改造后可以实现加工的柔性自动化，效率可比传统机床提高 37倍。d.可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运，降低工件的定位误差。e.拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自检功能，更好的调节了机床加工状态。还可以提示操作者机床故障或编程错误等机床运行中出现的问题。f.数控加工降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期很生产周期，并可对市场需求做出快速反应。1.4 机床数控化改造的市场 由于机床下游行业固定资产投资连续几年快速增长，国内机电产品市场需求年均增长 30，带动了机床市场需求 30以上的增长。从 2002 年开始，我国就成为世界第一机床消费大国。2004 年国产金属切削机床年产量达到 38.94 万台、数控机床产量 5.19 万台；2005 年前三季度，我国金属切削机床和数控机床产量分别达到34.08 万台和 4.33 万台。 我国的大多数制造行业和企业的生产、加工装备大多数是传统的机床，而且多数是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响到企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。 由于近几年国内外数控系统的高速发展，使原来进口的高档数控系统已不再满足日新月异的产品需求，迫切需要更换最新的数控系统及软件。 我国自改革开放以来，很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。在这些目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。 这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。 由于机床数控技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也已进入到以数控技术为主的新的行业。 1.5 机床数控化改造的内容a. 精度恢复和机械传动部分的改进。随着机床使用的役龄的增加，机床的机械传动部件，如导轨、丝杠、轴承等都有不用程度的磨损。因此，机床改造过程中的首要任务是对旧机床进行类似于通常的机床大修，以恢复机床精度，达到新机床的制造标准。b. 选定数控系统和伺服系统。根据要求进行数控化改造机床的控制功能要求，选择合适的数控系统是至关重要的。选择是，除了考虑各项功能满足要求外，还一定要确保系统工作可靠性。伺服驱动系统的选取，也按改造数控机床的性能要求决定。c. 数控机床辅助装置的选取。辅助装置指的是数控机床的一些必须的配套部件。如冷却系统、空气过滤器、自动换刀装置、排屑装置等。d. 电控柜的设计和制作。在进行机床数控化改造时，原机床的电器控制部分一般只能报废，重新按数控化改造要求进行设计制作。数控机床的强电控制部分设计中要特别注意的是，数控系统各接口信号的特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。e. 整机联接调试。旧机床上述各个部件的改造过程完成后，就可对组装后改造机床各个部件进行调试。一般先对电气控制部分进行调试，看单个动作是否正常，然后再进行联机调试阶段。经数控化改造的机床就成为了数控机床，具有数控机床的特点，如数控机床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特点。但是改造后的机床也具有一定的局限性，主要有机床原有结构精度限制了改造后机床的加工精度和加工性能；机床原有的结构形式限制了改造后机床的加工范围和数控化程度。这些不利条件最终影响了改造后机床的速度和精度。随着数控产业整体水平的提高，数控系统的性能、伺服电动机及其驱动装置等配套产品的性能也提高很多，对数控化改造中机床速度和精度的提高都非常有利。1.6 普通机床数控改造的目的普通机床数控改造是典型的机电一体化课题，通过毕业设计可使所学机械学、力学、电工学知识得到综合应用。结构设计及控制系统设计能力都能受到训练，可有力的提高学生的分析问题、解决问题能力及机电一体化水平。2 总体方案设计方案设计主要是确定机床的总体结构，传动原理以及基本的运动动力参数。机床的总体结构如图 2-1。图 2-12.1 设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。改造 CE18 机床设计参数如下：最大加工直径： 在床面上 360mm 在横刀架以上 180mm主电机功率： 4KW控制坐标数： 2 最小指令值（脉冲当量）： 纵向 0.02mm/脉冲 横向 0.02mm/脉冲2.2 其他要求a. 保持原机主传动不变，取消溜板箱和进给箱以及步进电机驱动纵横向进给b. 实现开环系统控制。2.3 传动原理a 传动原理主要满足设计任务所给出的精度要求。 b 应当在保证精度的情况下尽量使结构简单。c 主轴的转速范围为 401200RPM。d 脉冲当量 0.02mm，若采用较高级数的步进电机，通过齿轮减速来带动丝杠就可以达到，并且结构简单，在该处还没有传动误差，可以使电控部分的结构及程序编制更为简单。3 传动设计设计 CE18 主要技术参数见表 3-1 。表 3-1 CE18 主要技术参数项 目 单 位 参 数床身上最大工件回转直径 mm 360拖板上最大工件回转直径 mm 180最大工件长度 mm 750主轴转速范围 rpm 401200主轴通孔直径 mm 44主轴锥孔 主轴锥孔主轴电机功率 kW 4刀架刀位数 4车刀刀杆最大尺寸（宽高） mm 2020进给电机扭矩（功率）横向（X） N.m 7 纵向（Z） N.m 7尾架套筒锥孔 莫氏 6 号机床外形尺寸（长宽高） 2060456935机床重量（毛重/净重） Kg 800转速图3.1 减速齿轮设计及校核设计齿轮的输入功率是 3.84kW 小齿轮的转速=660r/min 齿数比 =1.51 工作寿命15 年（设每年工作 300 天） ，两班制。1. 选齿轮的类型、精度等级、材料及齿数a. 按传动方案选用直齿圆柱柱齿轮传动。b. 速度不是很高，选用 7 级精度（GB1009588） 。c. 材料的选择。由表（101）常用齿轮材料及其力学特性选小齿轮的材料是40C( 调质)，硬度为 280HBS，大齿轮的材料为 45 钢 (调质)，硬度为 240HBS，二者材料硬度差 40HBS。d. 选小齿轮的齿数=35,大齿轮的齿数=351.51=53。取=53。2. 按齿面接触强度设计由设计计算公式（109a）进行试算，即2.321td1213()tEdHKTZu1). 确定公式内的各计算数值a. 试选载荷系数=1.3b. 计算小齿轮传递的扭矩：=9550000p/ =95500003.84/660=55563.64Nmm1Tc. 由表（107）圆柱齿轮的齿宽系数选取齿宽系数=1d. 由表（106）弹性影响系数查的材料的弹性影响系数=189.8e. 由图（1021d）渗氮和渗碳共渗钢齿轮的接触疲劳强度极限查按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600 大齿轮的接触疲劳强度极限=550；f. 由式（1013）计算应力循环的次数=60660(2830015)1=.851160hNnjL 910=2.851 /1.51=4.31910910j. 由图（1019）接触疲劳寿命系数查得接触疲劳寿命系数=0.90； =0.94计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数=1，由式（1012）得=0.90600=5401lim1HNKS=0.94550=5172li22）计算a. 试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值2.32 =2.32 =64.7561td1213()tEdHKTZu 231.56.4189.()02.57b. 计算圆周速度 v1.7/60tdnmsc. 计算齿宽 ： b4.56.19tbd. 计算齿宽与齿高之比 /h模数： =64.756/35=1.851/ttmdz齿高： 2.84.6=12.952/4.16=3.113/be. 计算载荷系数根据 =2.24m/s,7 级精度，由 图（108）动载系数 值查得动v 1 机 械 设 计 VK载荷系数 =1.05；VK直齿轮，假设 /。由 表（103）齿间载荷分配系数/10AtFbN 机 械 设 计 、 查得 = =1.2;HH由 表（102）使用系数 查得使用系数 =11 机 械 设 计 AKA由 表（104）接触疲劳强度计算用齿向载荷分布系数 的简化计算 机 械 设 计 HK公式查得 7 级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 1.42H故载荷系数：=11.051.21.421=1.69AVKf. 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由 式（1010a）1 机 械 设 计 得 1331 .694.758.741ttd mj. 计算模数： =68.674/35=1.9621/mz3 按齿跟弯曲强度设计由 式（105）得弯曲强度的设计公式为1 机 械 设 计 1132()FSdYKTz1) 确定公式内的各计算数值a. 由 图（1020c）调质处理钢的齿轮的弯曲疲劳强度极限1 机 械 设 计 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =500 ；小齿轮的弯曲疲劳强度极限1FE1FEaMP=380 ；2aMP b. 由 图（1018）弯曲疲劳寿命系数 查得弯曲疲劳寿命系数1 机 械 设 计 FNK=0.85 , =0.88; FNIK2FNc. 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 =1.4 由 公式（1012）得S1 机 械 设 计 303.57110.854FNEKaMP238.8622.3Sd. 计算载荷系数 11.051.21.35=1.7011AVFe. 查取齿形系数由 表（105）齿形系数 及应力校正系数 查得1 机 械 设 计 FYSY2.65， 2.22FY2f. 查取应力校正系数由 表（105）查得 1.58， 1.771 机 械 设 计 1S2Sj. 计算大、小齿轮的 并加以比较FS0.0137912.658307SFY0.0164512.大齿轮的数值大。2）设计计算1.81321.706.01454m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 大于由齿根弯曲疲劳强m度计算的模数，由于齿轮模数 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 1.81 并就近圆整为标准值 =2，困车床齿轮齿数和要小于等于 120,故取 m=2.5;按接触强度算得的分度圆直径=61.89算出小齿轮齿数：1d；取 35168.743.2dzm大齿轮的齿数 =1.5135=52.6；取 =532zz这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4 几何尺寸计算a. 计算分度圆直=352=701dzm=532=1062b. 计算中心距：=（70+106）/2=8812/ac. 计算齿轮宽度 根据经验一般齿宽取模数的 610 倍所以：=72=147bm5 验算： 12563.4187.50tTFNd而根据公式: 1.db故: 587.230AtKFNm所以合适。3.2 带轮及带的计算电动机转速 n=1440r/min,传递功率 P=4KW,电动机轴与轴之间的降速比为1440/660=2.2，即带传动的传动比为 。两班制工作，一天运转 16 小时，工作2.i年数 10 年。3.2.1 确定计算功率 由参考文献3表 8-7 查得工作情况系数取 1.3，故AKkWPAca 2.543.13.2.2 选取 V 带型根据小带轮的转速和计算功率，由参考文献3图 8-10 选 A 型带。3.2.3 验算带速和确定带轮直径a. 初选小带轮的基准直径 1d由参考文献3表 8-6 和表 8-8，取小带轮基准直径Equation Section (Next)11 。2dmb. 验算带速按参考文献3式（8-13） 验算带速160dnv其中 -小带轮转速，r/min；1n-小带轮直径，mm；d3.14208.4/6vms因为 ，故带速合适。sms/0/5c. 计算大带轮的直径根据参考文献3式（8-15a） ，计算大带轮直径 2d21.246.50di根据参考文献3表 8-8，圆整为 224。3.2.4 确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为 ,则0a )(2)(7. 21021 dda于是 253.4 724,初取中心距为 。m5带长0212104)()(2adaLdd 53.45 56查参考文献3表 8-2 取相近的基准长度 ， 。dLm1带传动实际中心距 00605522dLa3.2.5 验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于 。1202118057.36120daa合适。3.2.6 确定带的根数 z1. 计算单根 V 带的额定功率 rP由 =112mm 和 n=1440r/min,查参考文献3 表 8-4a 得 。1d 01.6PkW根据 n=1440r/min， 和 A 型带，查参考文献3表 8-4b 得 。2.i 0.7查参考文献3表 8-5 得 ，表 8-2 得 ，于是097aK9.LK01.60.7.r LPk其中： 时传递功率的增量；pi按小轮包角 ，查得的包角系数；k长度系数；L2. 计算 V 带的根数 z 5.23170carpzP为避免 V 型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于 10，取 53.2.7 计算单根 V 带初拉力的最小值由参考文献3表 8-3 得 A 型带的单位长度质量 ,所以mkgq/10.20min12.5()5()caaPFVVZk其中： -带的传动功率,KW；caPv-带速,m/s；q-每米带的质量，kg/m；3.2.8 计算压轴力 10min 1652()s248.7sin802pFz N205.2.097().1845.784F N3.2.9 带轮的结构小带轮采用腹板式结构，结构见附图。大带轮采用孔板式结构，具体结构略。3.3 确定计算转速 3.3.1 主轴主轴的计算转速为主轴从最低转速算起，第一个 1/3 转速范围内最高一级转速.z12133min40.r/minIV3.3.2 各传动轴 轴可从主轴 按 的传动副找上去，似应为 。但由于10/ir68/17436/inr轴上的最低转速 经传动组 c 可使主轴得到 40 和 两种转速。3n20要传递全部功率，所以轴的计算转速应为 ；轴的计算转速260/minr 1/mi可按传动副 b 推上去，得 ；轴的计算转速为 。4/mir r3.3.3 各齿轮传动组 c 中， 只需计算 的齿轮，计算转速为 ； 只17/6817z183/inr53/2需计算 的齿轮，计算转速为 ；传动组 b 计算 的齿轮，计算转32z60/inr24z速为 ；传动组 a 应计算 的齿轮，计算转速为 。46/minr3560/mi3.3.4 核算主轴转速误差 105364193/in22/min()0|.5nrr 实标 实 标 标所以合适。3.4 轴的初步确定第一根轴：设其传动效率为 则其功率为0.9640.96=3.84 ， 660 ，按 式（152）初步估算1PkWjn/minr1 机 械 设 计 轴的最小直径，选轴的材料为 45 钢，调质处理，根据 153 取 于是得：0A （3-13）133min0.84205PdAm最小轴径取 30。第二根轴：齿轮和轴的传动效率是 则其功率为 3.840.97=3.72.972p， 436 ，按 式（152）初步估算轴的最小直径，选轴kWjn/inr1 机 械 设 计 的材料为 45 钢，调质处理，根据 153 取 于是得：0A2min0.7.846Pdm最小轴径取 25。第三根轴：齿轮和轴的传动效率是 则其功率为 3.72 0.97=3.61.93p， ，按 式（152）初步估算轴的最小直径，选轴KWjn13/inr1 机 械 设 计 的材料为 45 钢，调质处理，根据 153 取 于是得：0Amin0.69.8Pdm最小轴径取 30。第四根轴：齿轮和轴的传动效率是 则其功率为.73.61 0.97=3.5 ，4pKW=40 ，按机械设计式（153）初步估算出轴的最小直径，选轴的材料jnir为 45 钢，调质处理，由于是空心轴，根据 153 取 ， ，即空心轴012A4d的内径 与外径 之比，通常取 ，这里取 于是得：3d0.56.5（3-4330 4.128()()pdAmn14）最小轴径取 52 mm3.5 轴的校核1. 校核床头箱内第一根轴:轴上的功率 = 3.84 ， PkW转速 n = 660r/min 转矩 3.8495095056.T Nmn作用在齿轮上的力 Ft , Fr 齿轮分度圆直径 d = 70（3-2563.4 187.5370tTFNd15）（3-tan.tan2.1r16）轴上受力情况见图 3-1 2. 求轴上的载荷水平面 H 故有 FNH1 + FNH2 = （3-0BMt17） （3-20tBCNHBDll18）联立解得： F NH1 =1414.34 NFNH2 =173.19 N在垂直面 V： FNV1 + FNV2 = （3-r19） 20rBCNVDll联立解得： F NV1 = 514.78NFNV2 = 63.03N弯矩 = FNV230 = 63.0330=1890.5N 2VM（3-20）= FNV1245= 514.78245=126121 N 1（3-21）MH = FNH1 30 =1414.3430 = 42430.2 N ( 3-22)总弯矩： (3-23)12221430.16306.9HV N(3-24)22 89.5471m扭矩： T = 55563.33N作出轴的弯矩图扭矩图如图（3-1） 。进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩的截面（即危险截面 C）的强度，根据 式（15-5 ）及上表中的数值并取 由 表 15-4 抗1 机 械 设 计 0.61 机 械 设 计 弯矩截面系数计算公式由轴的形式查得：(3-25)3/2649.75Wd轴的计算应力：(3-26)2 21()1306.9(563.4)1.5824.7ca aMTMPW前已选定轴的材料 为 45 钢，调质处理，由 表 15-1 查得1 机 械 设 计 ，因此 ，故安全。160aP1ca图 3-1 轴的载荷分析图4 进给系统设计4.1 纵向进给丝杠设计图 4-11 最小载荷： Fmin 为机床空载时作用在滚珠丝杠上的轴向载荷。此时 Fx = Fy = Fz = 0 ,CK6140 型数控机床的拖板加电动四方刀架的重量约为 50+20=70, 查三角形组合导轨摩擦系数为 0.15，Fmin = 2 经 济 型 数 控 机 床 700.159.8103N .2 最大载荷：Fmax 为机床承受最大切削力时作用于滚珠丝杠的轴向载荷，Fmax 等于最大进给力加摩擦力。已知最大进为 520N，则 Fmax=520+103=623NFm = maxin26310453FN因为 CK61633000 丝杠 nmax = 600r/minCK61405000 丝杠 nmax = 500r/min拖板的最低速度为 1mm/min 故丝杠最低转速可为 0CK61633000 丝杠的平均转速为 300r/minCK61405000 丝杠的平均转速为 250r/min类比法 C618 丝杠的平均转速 nm =250r/min3 计算丝杠a. Fc = KFKHK1Fm = 1.211450 = 540Nb. 求必需的额定动载荷Lh= 15000hCa= 3344250103281.67.67mhcnLFNc. 选择滚珠丝杠的型号和主要尺寸根据查 选取内循环浮动返回器双螺母对旋预紧滚珠丝杠副，0 机 床 设 计 手 册 Ca选取 L3500 型号滚珠丝杠，Ca =9500N d0 = 351WPh = 8 Dw = 4.763 材料为 CrWMn d = 33.8 RC = 9500N/m循环圈数：3.51。螺旋导程角：08arctnarct4163.5hPdd. 稳定性验算因螺杆较长，应验算螺杆的稳定性，临界载荷为102()acrEIFlE 螺杆材料的弹性模量 E = 2.06105N/mm2Ia 螺杆危险截面的轴惯性矩44413.86.106adI m 长度系数 按一端固定一端铰支 = 0.7l1 丝杠螺纹全长 l1 = lu+2le = 750+224 =79825552.061.40.17(798)crFN故 2.54 通过。4.me. 刚度验算按最不利情况考虑，即在螺距（应为导程）内受轴向力引起的弹性变形与受转矩引起弹性变形方向一致，此时变形量为最大，计算公式为： 1021426sTPFGdE式中： 01tan()mv= 356840)2= 396N(式中磨擦系数 f 按 0.0025 计，当量磨擦角 v = 840)剪切弹性模量 G = 8.33104 N/mm2 则： 2245216394068.0.8.13.8s=0.082m每米螺杆长度上的螺距的弹性变形 30.1.7/()5/6s spmmf. 计算效率 tan(v= t4.623= 0.92 (式中 )arctnrta0.58vf4.2 横向进给丝杠设计图 4-2同纵向进给系统设计相同，横向进给丝杠也用以上相同类型的丝杠。4.3 步进电机选择选用步进电动机时，通常希望步进电动机的输出转距，启动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转距也快速运行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此实际选用时，必须全面考虑。 a. 首先，应考虑系统的精度和速度的要求。为了提高精度，希望脉冲当量小。但是脉冲当量越小，系统的运行速度越低。故因兼顾精度也速度的要求来选定系统的脉冲当量。在脉冲当量确定以后，又可以为依据来选择步进电动机的步距角和传动机构的传动比。b. 其次，对位移误差的要求。步进电动机的步距角从理论上说是固定的，但实际上还是有误差的。此外，负载转距也将引起步进电动机的定位误差。应将步进电动机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全部考虑在内，使总的误差小于数控机床允许的定位误差。c. 第三，步进电动机的特性曲线对步进电动机参数选择有影响的特性曲线包括：起动距频特性曲线和反映转距也连续运行频率之间关系的工作距频特性曲线。d. 第四，步进电动机的选择既要满足快速进给的要求，又要满足切削进给的要求。在这两种情况下，对转距和进给速度有不同的要求。若要求进给驱动装置有如下性能：在切削进给时的转距为 ,最大切削进给速度为 v,在快速进给时的转距为 ，最大快速进给速度为 。4.3.1 步距角 步距角应满足： 式中， i-传动比-系统对步进电动机所驱动部件要求的最小转角4.3.2 精度步进电动机的精度可以用步距误差或累积误差衡量，累积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，用累积误差衡量精度比较实用，所选用的步进电动机应满足：mis 式中: m -步进电动机的累积误差。s-系统对步进电动机驱动部分允许的角度误差。4.3.3 转矩为了使步进电动机正常运转（不失步，不越步）正常启动并满足对转速的要求，必须考虑以下条件：a. 起动力矩。一般选取为 M MLo/0.3-0.5 式中: Mq-电动机起动力矩MLo-电动机静负载力矩根据步进电动机的相数和拍数，启动力矩选取如表（41）所示，表中 MJM 为步进电动机的最大静载矩，是步进电动机技术数据中给出的。步进电动机相数、拍数启动力矩表表（41）表（41） 步进电动机相数、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 0.866在要求的运行频率范围内，电动机运行运行力矩应大于电动机的静载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。4.3.4 启动频率由于步进电动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： Ftfopm 式中:ft-极限启动频率，fopm-要求步进电动机最高启动频率。4.3.5 纵向进给系统步进电机的确定Mq= =308.35 Ncm为满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步进电动机最大静转矩 Mjm 为：Mjm= =356.06 Ncm步进电动机最高工作频率：fmax= =3333.3 HZ综合考虑，查步进电机技术数据表 90BF002 型直流电动机，能满足使用要求。4.3.6 横向进给系统步进电机的确定Mq= =63.3 Ncm电动机仍选用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以步进电动机最大静转矩 Mjm 为：Mjm= =73.09 Ncm步进电动机最高工作频率：fmax= =3333.3 HZ为了便于设计和采购，仍选用 90BF002 型直流电动机，能满足使用要求。5 技术经济分析随着技术的进步，数控车床正在迅速普及和发展，并已形成了一个纵深而广阔的市场。数控车床是具有高技术附加值的高技术产品，其市场占有能力远远高于传统的普通车床。因此企业可以通过产品的规模化而扩大市场占有率，从中获得巨大的技术经济效益。市场竞争规律要求产品不仅应具有高性能，而且要有低价格，从而给数控车床的设计提出了越来越高的要求，此外，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，也给数控车床的设计提供了众多的可选方案，使设计工作具有很大的灵活性，如何充分利用这些条件，设计出满足市场需求的数控产品. 提高技术经济价值可以从以下四个方面着手：a 进一步改善和简化设计，减少零件数目，提高标准化、通用化程度；b 采用廉价材料；c 改善毛坯、零件加工、装配等工艺性，合理选择精度、公差和配合以及其他技术条件；d 改善生产、经营管理制度。技术和经济在人类进行物质生产，交换活动中始终并存，是不可分割的两个方面。两者相互促进又相互制约。技术具有强烈的应用性和明显的经济目的性，没有应用价值和经济效益的技术是没有生命力的。而经济的发展必须依赖于一定的技术手段，世界上不存在没有技术基础的经济发展。技术与经济的这种特性使得它们之间有着密切而不可分割的联系，所以有必要对设计方案进行经济技术分析。对工程技术进行经济性评价，其核心