自考综合作业-普通车床改为数控机床

目 录 第一章 绪论第二章 总体方案的设计与选择第三章 经济型数控车床横向进给系统设计计算3.1确定系统的脉冲当量3.2计算切削力计算3.3横向滚珠丝杠螺母副的选择与校核 3.4齿轮进给齿轮箱传动比计算 3.5步进电机的计算和选型 3.5.1.等效转动惯量计算 3.5. 2.电机力矩计算 3.5. 3.计算步进电动机空载启动频率及切削时工作频率第四章 控制系统硬件电路设计（略）第五章 横向进给伺服机械装配图与数控车床电路原理图 第六章 数控车床零件加工编制程序6.1 走刀距线及工艺参数6.2 加工程序的编制第七章 总结第八章 主要参考文献第一章 绪论毕业设计是一个实践性很强的环节，是诸多教学环节的最后一环，是培养学生理论联系实际、解决生产实际问题能力的重要步骤。机电一体化专业毕业设计是以机电一体化的典型产品-数控机床的应用与设计为主线,进行一次所学机、电知识有机结合的全面训练。从而培养学生具有加工编程能力、绘图能力、机械传动机构设计计算能力以及分析和处理生产中所遇到的机、电方面技术问题的能力。第二章 总体方案的设计与选择接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计计算。现以机电一体化的典型产品-数控机床为例，分析总体方案拟定的基本内容。数控机床系统总体方案的拟定包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。一般应根据设计任务和要求提出数个设计方案，进行综合分析，比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。第三章 经济型数控车床纵向进给系统设计计算用微机数控技术 改造最大加工直径为400毫米普通车床的进给系统最大 加工直径（mm）： 在床身上：400 在床鞍上：210最大加工长度（mm）： 7501000 溜板及刀架重量（N）： 纵向：1000刀架快移速度（m/min）： 纵向：2最大进给速度（m/min）： 纵向：0.6最小分辨率 （mm）： 纵向：0.01定位精度（mm）： 0.02主电机功率（KW）： 4起动加速时间（ms）： 303.1 确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机床加工精度的一个基本参数。因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。对经济型数控机床来说，纵向常采用的脉冲当量为0.01mm/step。3.2 计算切削力1.纵车外圆主切削力(N)按经验公式估算： FZ=0.67D1.5max=0.67*4001.5=5360(N)按切削力各分力比例： 得：=1340(N)=2144(N)2.横切端面主切削力=3745.5(N)按切削力各分力比例： =936(N)=1498(N) 3.3 纵向滚珠丝杠螺母副的选择与校核1.计算进给轴向力(N)按纵向进给为综合型导轨式中K考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15滑动导轨摩擦系数0.150.18G溜板及刀架重力1000N则2.计算最大动负载Q 式中 L 为丝杠寿命，以转为1单位。 运转系数，按一般运转取1.21.5； 最大切削力条件下的进给速度，可取最大进给速度的1/21/3；此处=0.6mmT 使用寿命，按15000h； 为丝杠的基本导程，初选=6mm；（m/min）3.滚珠丝杠副的选型初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷不得小于最大动载荷C；查阅数控设计指导书得到：采用外循环螺纹调整的双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，额定动载荷16400N，精度等级按表2-12选为1级。纵向滚珠丝杠副几何参数：滚珠丝杠几何参数名 称符号计算公式螺纹滚道公称直径40导程6接触角钢球直径（mm）3.969滚道法面半径2.064偏心距0.056螺旋升角螺杆螺杆外径24.3螺杆内径21.78螺杆接触直径21.83螺母螺母螺纹直径28.22螺母内径25.733.4.传动效率计算式中为的螺旋升角，；为摩擦角取滚动摩擦系数0.0030.004；5.纵向滚珠丝杠刚度验算画出纵向进给滚珠丝杠的支撑方式，根据最大轴向力2532N，支撑间距L=1500mm。丝杠螺母副及轴承均进行预紧，预紧为最大轴向负荷的。（1）丝杠的拉伸或压缩变形 已知=2532N，D=40mm，=6mm，=35.984mm，式中 是在工作载作用下引起每一导程的变化量； 工作负载，即进给牵引力；滚珠丝杠的导程； 材料弹性摸数，对钢；滚珠丝杠截面积（按内径确定）；“+”用于拉深，“”用于压缩；丝杠有效截面A=丝杠导程的变化量滚珠丝杠总长度上的拉深或压缩变形量 （2）滚珠与螺纹滚道间的接触变形由dp=3.969mm，=253kgf承载滚珠数量 (个) 由于对滚珠丝杠副施加预紧力，且预紧力Fp为轴向负载的， 则变形（3）支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形采用8 型推力球轴承=35mm；滚动体直径=6.35；滚动体数量Z=18又 定位误差 = =0.01560.02mm（6）稳定性校核 滚珠丝杠两端面推理轴承不会产生失稳现象故不需作稳定性校核（三） 纵向滚珠丝杠副几何参数 采用滚珠丝杠几何参数见表2-103.4齿轮进给齿轮箱传动比计算纵向进给齿轮箱传动比及齿轮几何参数纵向进给脉冲当量；滚珠丝杠导程；初选步进电机步距角；可得：；可选齿数为：；齿数324024402025分度圆648048804050齿顶圆688452844454齿根圆597543753545齿宽202020202020中心距7264453.5 步进电机的计算和选型3.5.1等效转动惯量计算计算简图见前面，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量为：式中 为步进电机转子转动惯量； 为齿轮的转动惯量； 为滚珠丝杠转动惯量；所选电机为150BF002反应式步进电机，其转子转动惯量： ；对于齿轮、轴、丝杠等圆柱体转动惯量计算公式：；则：代入上式： =36.3553.5.2电机力矩计算机床在不同的工况下，所需的力矩也不同，分别计算：快速空载起动力矩：在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，其计算公式为：；式中 为快速空载起动力矩； 为空载起动时折算到电机轴上的加速力矩； 为折算到电机轴上的摩擦力矩； 由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩；其它符号意义同前。；起动加速时间；折算到电机轴上的摩擦力矩：；式中 为导轨的摩擦力，；其它参数含义及取值同前， 为传动链总效率，一般可取，这里取； ；附加摩擦力矩：；式中 滚珠丝杠预加负荷，一般取； 滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取；其它符号含义取值同上。；将数据代入公式：；快速移动时所需力矩：；最大切削负载时所需力矩：；式中折算到电机轴上的切削负载力矩；参数说明同上；从上面可以看出，三种工作情况下，以快速空载起动力矩最大，以此作为初选步进电动机的依据 查得当步进电机为五相十拍时; 最大静力矩；按此最大静转矩从附表查出150BF002型最大静转矩为13.72 大大于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还必须进一步考核步进电机启动矩频特性和运行矩 ， 3.5.3 计算步进电动机空载启动频率及切削时工作频率空载启动时切削时工作频率可查出150BF002型步进电机允许的最高空载频率为2800运行频率为800，再从图2-7看出，当步进电机起动时，时，远不能满足此机床所要求的空载起动力矩；直接使用则会产生失步现象，必须采用升降速控制（用软件实现），将起动频率降到1000Hz左右时，起动力矩可提高588.4然后在电路上再采用高低压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大一倍左右。当快速运动和切削进给时，从图中看出150BF002型步进电机运行矩频特性完全满足要求。第四章 数控车床电路原理图(略) 第五章 纵向进给伺服机械装配图（略）第六章 加工程序的编制O0321N010 G90G00G92X80,Z10;N020 M03S600;N030 G00X24.Z21;N040 G01X30,Z-2,F10;N050 X30,Z-64;N060 X32,Z-64;N070 X40,Z-120;N080 G02X40,Z-180.I51.96,K-30,F5;N090 G01X40,Z-200,F10;N100 G00X80,Z10;N110 M05T0100;N120 T0200;N130 M03S100;N140 G01X34,Z-64;N150 X26,Z-64;N160 G00X34,Z-64;N170 X80,Z10;N180 M05T0200;N190 T0300;N200 M03S50;N210 G00X28.402,Z10;N220 G33Z-64,F2;N230 G00X34.402;N240 X80,Z10;N259 X27,.602,Z10;N260 G33Z-62,F2N270 G00X33.602;N280 X80,Z10;N290 X27.402,Z10;N300 G33Z-62,F2;N310 G00X33.402;N320 X80,Z10;N330 M05T0300;N340 T0100;N350 M02;第七章 总结通过这次课程设计，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现刚开始时不知从何下手，在老师的指导下到图书馆查阅相关资料。参考了相关设计资料，终于知道了该怎么做。在做设计的过程中，不但复习了所学过的知识点，还学到了新的知识，同时将所学到的知识充分的运用起来，做到了学以致用。当然，在此过程中由于时间紧张也有许多不足之处，内容涉及到多方面有知识要想发展成实际产品还需要反复的探讨和论证。 本次课程设计一开始就得到老师的帮助，正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的课程设计顺利完成。在此表示深深的感谢！第八章主要参考文献1. 丁洪生. 机械设计基础. 北京：机械工业出版社，2000. 2. 范超毅，赵天婵，吴斌方. 数控技术课程设计. 武汉：华中科技大学出版社，2007.3. 蔡怀崇，张克猛. 工程力学（一）. 北京：机械工业出版社，2008.4. 林