C616车床的横向伺服进给单元改造【优秀机械机电毕业设计论文】【A6057】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共50页)
编号：981402
类型：共享资源
大小：566.68KB
格式：RAR
上传时间：2017-01-11
上传人：木***
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
50
积分
- 关 键 词：
-
c616
车床
横向
伺服
进给
单元
改造
优秀
优良
机械
机电
电机
毕业设计
论文
a6057
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份,48页,13300字左右.
英文翻译一份.
毕业答辩稿
图纸共5张:
A0-横向进给装配图.dwg
A0-电气原理图.dwg
A2-丝杠.dwg
A3-齿轮.dwg
A3-轴.dwg
- 内容简介：
-
24 济源职业技术学院毕业设计（论文）意见 指导教师意见： 教师签字： 年 月 日 评阅人意见： 评阅人签字： 年 月 日 答辩委员会意见： 成 绩 评 定： 答辩组组长意见： 年 月 日 济源职业技术学院 机电系 2008 届毕业生毕业设计答辩记录 姓 名 李文成 专 业 机电一体化 班 级 机电 0510 答辩时间 2007 年 12 月 29 日 答辩地点 机电楼 306 教室 设计题目 基于 床的横向伺服进给单元改造 答： 脉冲当量是指一个进给脉冲使车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技术参数 . 答：脉冲当量应根据机床精度来确定 . 答： 机床改造花费少，改造设计针对性强、时间短， 改造设计后的机床大多能够克服机床的缺点和存在的问题，生产效率高。 4. 进给伺服系统机械部分的计算与选型的内容包括？ 答：进给伺服系统机械部分的计算与选型的内容包括 :运动参数、动力参数的计算、传动比的分配、转动惯量、等效转矩等计算 . 5. 选择步进电动机时应该注意什么？ 答：选择步进电动机时 ,必须根据机械传动装置及负载折算到电动机轴上的等效转动惯量 ,分别计算各种情况下所需要的力矩 ,再根据步进电动机最大静转矩和启动运行频率特性选择合适的步进电动机 ,负载惯量是驱动系统的主要参数之一 ,它对选择步进电动机 ,设计传动比等都有十分重要的意义 ,如果该惯量与电动机的匹配不当 ,系统就得不到快速反应 ,甚至失效 . 记录教师（签名）： 1 附录 1 车削、铣削和磨削 用于车外圆，端面和镗孔等加工的机床称作机床。车削很少在其他种类的机床上进行，因为其他的车床都不能向车床那样方便得进行车削加工。由于车创出了用于车外圆外还能用于镗孔，车断面，钻孔和铰孔，车床的多功能型可以使工件在一次定位安装中完成多种加工。这就是在生产中普遍使用各种车床比其他种类的车床都要多的原因。 两千多年前就已经有了车床。现代车床可以追述到大约 1797 年，那时候亨利 *莫德斯利发明了一种具有丝杠的车床。 这种车床可以控制工具的机械进给。 这位聪明的英国人还发明了一种把主轴和丝杠相连接的变速装置， 这样就可以切削螺纹。 车床的主要部件：床身，主轴箱组件，尾架组件，托板组件，变速齿轮箱，丝杠和光杠。 床身是车床的基础件。它通常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铸铁制成， 它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。 通常在床身上面有内外两组相平行的导轨。 一些制造厂生产的四个条导轨都采用倒 v 形，而另一些制造厂则将倒 V 形导轨和平面导轨相结合。 由于其他的部件要安装在导轨上并（或）在导轨上移动，导轨要经 过精密的加工，以保证其装配精度。同样的，在操作中应当小心，以避免损伤导轨。导轨上的任何误差，常常会使整个机床的精度遭到破坏。 大多数现代车床的导轨要进行表面淬火处理，以减少摩擦和擦伤，具有更大的耐磨性。 主轴箱安装在床身一端内导轨的固定位置上。 它提供动力，使工件在各种速度下旋转。 它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮 类似于卡车变速箱所组成，通过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。 大多数车床有 8 18 种转速，一般按等比级数排列。 在现代车床上只需要搬动 2 4 个手柄，就能得 到全部挡位的转速。 目前发展的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无极变速。 2 由于车床的精度在很大程度上取决于主轴，因此主轴的结构尺寸较大，通常安装在紧密配合的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。 主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因为当工件必须通过主轴孔供料时，它确定了能够加工棒料毛胚的最大外径尺寸。 主轴的内端面从主轴箱中凸出，其上可以安装多种卡盘，花盘，档块。而小型的车床常带有螺纹截面供安装卡盘之用。大多数车床使用偏心夹或键动圆锥轴头。这些附件 组成了一个大直径的圆锥体， 以保证对卡盘进行精确的装配，并且不用旋转这些笨重的附件就可以锁定或者松开卡盘或者花盘。 主轴由电动机经 V 带或者无声链装置提供动力。大多数现代车床都装有 515 马力的电动机，为硬质合金和金属陶瓷合金刀具提供了足够的动力，进行高速切削。 尾座组件主要由三部分组成。 底座与床身的内侧导轨相配合，并可以在导轨上作纵向移动， 底座上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座安装在底座上，可以沿键槽在底座上横向移动，使尾座与主轴箱中的主轴对中并为切削圆锥体提供方便 。尾座组件的第三部分是尾座套筒，它是一个直径通常在 2 3 英寸之间的刚制空心圆柱轴。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几英寸。 活动套筒的开口一端具有莫式锥度，可以用于安装顶尖或者诸如钻头之类的各种工具。通常在活动套筒的外表面刻有几英寸的刻度，以控制尾座的前后移动。锁定装置可以使套筒在所需要的位置上夹紧。 托板组件用于安装和移动切削工具。托板是一个相对平滑的 安装在床身外侧导轨上，并可以在上面移动。大托板上有横向导轨，使横向托板可以安装在上面，并通过丝杠使其运动，丝杠由 一个小手柄和刻度盘控制。横托板可以带动刀具垂直于工件的旋转轴线切割。 大多数车床的安装架安装在复式刀座上，刀座上有底座，底座安装在横托板上，可绕垂直轴和上刀架转动，上刀架安装在底座上，可用手轮和刻度盘控制一个段丝杠使其前后移动。 溜板箱在大托板前面，通过溜板箱内的机械装置可以手动和动力驱动大托板以及动力驱动横托板。通过转动溜板箱前的小轮，可 3 以手动操作托板沿床身移动。手轮的另一端与溜板箱背面的小齿轮连接，小齿轮与齿条啮合，齿轮倒装在床身前上边缘的下面。 利用光杠可以将动力传递给大托板和 横托板。光杠上有一个几乎可以贯穿整个光杠的键槽，光杠通过两个转向相反并用键连接的锥齿齿轮传递动力。 通过溜板箱前的换向手柄可使啮合齿轮与其中的一个锥齿轮啮合，为大托板提供“向前”或者“向后 动力。适当的离合器或者与齿条小齿轮连接或者与横托板的螺杆连接，使托板纵向移动或者使其横托板横向移动。 对于螺纹加工，丝杠提供了第二种纵向移动的方法。光杠通过摩擦力离合器驱动托板移动，离合器可能会产生打滑现象。而丝杠产生的运动是通过溜板箱与丝杠之间的直接机械连接来实现的，对开螺母可以实现这种连接。通过溜板箱前面的 夹紧手柄可以使对开螺母紧紧包合丝杠。对开螺母闭合时，可以沿丝杠直接驱动托板，而不会出现打滑的可能性。 现代的车床由一个变速齿轮箱，齿轮箱的输入端由车床主轴通过合适的齿轮传动来驱动。 齿轮箱的输出端与丝杠连接。主轴就是这样通过齿轮传动链驱动变速齿轮箱，再带动丝杠和光杠，然后带动托板，刀具就可以按照株洲的转速纵向地或者横向的精确移动。一台典型的车床主轴每旋转一圈，通过光杠可以获得从 寸范围内的 48 种进给量， 而使用丝杠可以车削从 92 牙 /英寸的 48 种不同的螺纹。一些老式的或者廉价的车 床为了能够得到所有的进给量和加工出所有的螺纹，必须更换主轴和变速齿轮箱之间的齿轮系中的一个或者两个齿轮。 铣削是机械加工的一个基本方法。在这一加工过程中，当工件沿垂直旋转刀具轴线方向进给时，在工件上形成并除去切屑从而逐渐的铣出表面。有时候，工件是固定的，而刀具处于进给状态。大多数情况之下，使用多齿刀具，金属切削量大，只需一次铣削就可以获得所期望的表现。 在铣削加工中使用的刀具称作铣刀。它通常是一个绕其轴线旋转并且周边带有同间距齿的圆柱体，铣刀齿间歇性接触并铣削工件。在某些情况下，铣刀上的刀齿 会高出圆柱体的一端或两端。 由于铣削切削金属速度快，并且能产生良好的表面光洁度，故 4 特别适合大规模生产加工。为了实现这一目的，已经制造出了质量一流的铣床。然而在机修车间和工具模具加工中心也已经广泛的使用了非常精确的多功能通用的铣床。 车间里拥有一台铣床和一台普通车床就能加工出具有适合尺寸的各种产品。 铣削操作类型 铣削操作可以分为两大类，每一类又有多种类型。 1 圆周铣削 在圆周铣削中， 使用的铣刀刀齿固定在刀体的圆周上，工件铣削表面与旋转刀具轴线平行，从而加工表面。 使用这种方法可以 加工出平面和成型表面，加工中表面横截面与刀具的轴向外轮廓相一致。这种加工过程常被称为平面铣削。 2 端面铣削 铣削平面与刀具的轴线垂直，被加工平面是刀具位于周边和端面的齿综合作用形成的。 刀具周边齿完成铣削的主要任务，而端面齿用于精铣。圆周铣削和端面铣削的基本概念，圆周铣削通常使用卧式铣床，端面铣削则既可以在卧式铣床又可以在立式铣床上进行。 铣削面的形成： 铣削时可以采用两种完全不同的方法。应注意，在铣削时， 铣刀旋转方向与工件进给方向相反，而在顺铣时候铣刀旋转与工件进给方向相同。在逆铣削过程中，当铣刀齿刚 刚切入工件时候，切削时非常薄的，然后渐渐增厚，在刀齿离开工件的地方，切屑最厚。在两种铣削方法中，切屑的形成是不同的，逆铣削过程中，道具推动工件并使工件从工作台上提升的趋势，这种作用有助于消除铣床工作台进给螺旋杆和螺母的间隙，从而形成平稳的切削。然而，这种作用也有造成共建与夹紧装置之间的松动的趋势，这是应当施加更大夹紧力。 此外，铣削平面的平整度主要取决于切削刃的锋利程度。 顺铣时，最大切屑厚度产于靠近刀具与工件的接触点处。由于相对运动趋于把工件拉向铣刀，如果采用顺铣法，要消除工作台进给螺杆可能产生的 松动。因为，对于不能于用于顺铣的铣床，不要采用顺铣的方法。因为在铣刀结束切削时，处于切线方向的被切材料发生屈服，所以与逆铣削相比，顺铣的被加工表面没有之类的切很。顺铣的另一个优势是切削力趋于将工件压紧在工作台上，因此对工件的夹紧力可以小于逆铣。这一优势可以用于铣削较薄的工件时或进行强力切削。 5 顺铣的弱点是铣刀刚刚一切削每片铁屑时，刀齿会撞击工件的表面。如果工件表面坚硬，向铸铁，就会使刀齿迅速变钝。 铣刀 铣刀的分类有多种的方法，一种方法是根据刀具后角将铣刀分为两大类： 每个刀齿在切削力的背面磨了一个很小的棱面形成后角，切削刃可以是直线的也可以是曲线的。 每个齿的横截面在切削刃的背面成偏心曲线状，以产生后角。偏心后角的各面与切削刃平行，具有切削刃的相同形状。这种类型的铣刀仅需要磨削齿的前刀面就可以变得锋利，只要切削刃的外形保持不变。 铣刀的另一种分类方法是根据铣刀安装的方法进行分类。 心轴铣刀带有一个中心孔以使铣刀安装在心轴上。 带柄铣刀有一锥柄或直柄轴，含锥形柄的铣刀可以直接安装在铣床的心轴上，而直柄轴的铣刀则是夹持在卡盘里。平面铣刀通过常用 螺栓固定在刀轴的末端上。 根据这种分类的方法，通用型的铣刀可分类如下： 心轴铣刀： 圆柱形铣刀 ，角度铣刀，侧刃铣刀 ，嵌齿铣刀，错齿铣刀，成型铣刀，开槽铣刀，高速切削刀。 带柄铣刀：端面铣刀， T 形槽铣刀， 整体式铣刀，半圆键座铣刀 套式铣刀，高速切削刀，空心铣刀。 铣刀的类型 圆柱形铣刀是在圆周上有直的或者螺旋形的齿的圆柱形或者盘形铣刀。他们可以用来铣削平面，这种铣削称作平面铣削。螺旋形的铣刀上的每个齿是逐渐地接触工件，在给定的时间内，一般有多齿进行铣削，这样可以减少震动，获得一个比较平滑 的表面。因此，与直齿铣刀相比，这种类型的铣刀，通常使用的更多。 侧 刃 铣 刀 的 齿 除 了 在 圆 柱 刀 体 的 一 端 或 者 两 端 向 径 向 延 伸 之外，与圆柱形铣刀是相似的。侧刃铣刀的刀齿既可以是直线运动，也可以是螺旋形的，这种铣刀一般较狭小，具有盘形的形状。在跨式铣削加工中常常讲两个或更多的侧刃铣刀同时相间的安装在一个刀杆上同步进行切削。 双联槽铣刀是由两个侧刃铣刀组成，但是在铣槽时，作为一组 6 铣刀进行操作。在两个铣刀之间增加了一些薄 垫片，以调整之间的间距。错齿铣刀是较薄的圆柱形铣刀，刀上有互相交错得刀齿，乡邻刀齿具有相反的螺旋 角。这种铣削经研磨后仅用于周铣，在每个齿突出的一边，留有供切屑排除的缝隙。 这种类型的铣刀可用于高速切削，在铣削深槽时可以发挥独特的作用。 开槽铣刀是一种薄型的圆柱形铣刀，厚度一般为 1/32 3/16英寸。 这种铣刀的侧面呈盘状，有间隙，可以防止粘连。与圆柱形铣刀相比，这种类型的铣刀每英寸直径上的齿数更多，通常用于铣削较深的，狭窄的槽，并可以用于切割加工。 磨削分类与无心磨削 近 20 年来，人们对磨削加工的研究一直非常的感兴趣。 一般来说，磨削是被用来作为精加工工序是产品道刀所要求的表面光洁度 ，正确的尺寸和精确的外形。但是，近期的研究表明磨削也可以像车削，铣削等加工方法那样很经济的利用于大量去除不需要的材料。 磨削的分类 磨削加工可以根据被磨削工件表面形状，磨床的类型或者磨削的产品类型进行分类，根据表面的类型和磨床的分类，分类如下： 1 平面磨削 ：用于磨削平面。 2 内圆，外圆磨削：用于磨削内外圆柱表面。 3 无心磨削 : 用于磨削内，外圆柱表面，在这一加工过程中，使用的磨床不同于常规的内外圆磨床。 4 成型磨削：包括齿轮的磨削，螺纹磨削和花键轴磨削等等。 5 磨削切割加工：使 用高速旋转的薄型的砂轮加工金属和非金属的材料。这种加工方法取决于磨粒的切割作用。在切割过程中，产生的热量有助于切割。 6 砂带磨削：这种方法在磨削加工中被看作是一个重要的加工方法。由于砂带易于粘合零件的形状，因此，可以用来磨削平滑的，圆柱的和曲面的形状。 7 手工磨削加工：在这一加工过程中，工件或者砂轮在手中，移动并加工。所用的机械有台式磨床，便携式磨床，模具磨床等。然而，对很多零件已设计出专用磨床，如曲轴磨床，凸轮磨床等等。在各种磨削加工中，可以根据磨制产品的类型，或根据磨床控制的 7 类型作选择。例如：在圆柱 磨削加工中，可以使用下列各种不同的类型的磨床： 1 普通外圆磨床。 2 重型平面或轧辊磨床。 3 万能外圆磨床。 4 计算机数控外圆磨床。 5 仿型磨床，如计算机控制的凸轮磨床。 6 曲轴磨床。 在现代计算机数控机床中，已经实现了砂轮自动修整和工件自动控制。 无心磨削 在无心磨削加工中，磨削圆柱时工件既不要像外圆磨床那样用顶尖住圆柱两个中心孔，也不要使用卡盘，圆柱形工件被支撑在砂轮，导轮和工件支架上，用于外圆表面的无心磨削。 工件的旋转速度是由导轮的表面速度控制的。通过调节工件支架，工件的中心就可以保持在 砂轮和导轮的中心连接线上。工件支架表面相对中心线有一倾角，其倾斜度和工件中心的高度时获得精确的圆柱表面的重要参数。 外圆无心磨削 为了加工不同外形的产品，工业上使用 4 种外圆无心磨削，这4 种方法： 1 纵向进给贯穿式无心磨削。 2 横向进给无心磨削。 3 纵向定程进给无心磨削。 4 纵向和横向进给组合无心磨削。 纵向进给加工用于普通圆柱形工件。控制轮轴相对对砂轮轴稍有倾斜。这样工件就可以获得两种类型的行动：即： 1，绕自身轴的旋转； 2 平行于砂轮轴的直线运动。由于第二种运动，工件可以从一侧进给，在磨 削过程中，工件会移动到另一侧，因此这一加工过程能够自动化。 横向进给加工用于阶梯圆柱体工件加工，这种工件不能贯穿进给，在这种情况下，导轮回退，送进工件，然后推进导轮，进行磨削加工。为了使所有直径都能够同步的进行磨削，砂轮和导 8 轮应该具有类似步骤。 纵向定程进给磨削加工用于圆锥形表面或仅仅在末端有一定的长度需要磨削的工件。 横向和纵向进给组合用于阶梯轴的加工，其阶梯轴长度大于砂轮的宽度。 内圆磨削，有两种加工方法，管状的工件放置在导轮，支撑轮和压辊之间，导轮，工件和砂轮的中心全都在相同的一条直线上，这种磨削就称 作同心内圆无心磨削。 在第二种加工方法中，工件也是支撑在导轮，支撑辊和加压辊之间，但是砂轮的中心并不位于导轮中心和工件中心的连接线上。 这种磨削称作偏心内圆无心磨削。 在第一种加工方法中，即使是非常薄的管状工件，其壁厚也能精确的研磨。 9 附录 2 he to do is on of do it do in to to be d a of of in in 797, a It of a of to be of a in is of It is of or or a on of on on an or or on m be to of be in a to in of 10 on to to is in on at of It a a of at It of a in a of to a be at a of to in a on be by to An is to a or of a is on it is of in or A so be fe d of is an of a it of be be of b ox a of on a to or a of a or to be or in of to is to by of an a or of 5 to at of A on of 11 a in An on be it on of a of of is is a in be in of by of a of in a in a or as be A in is on of to in in of A in is a on of on of on th e is be by of a is by a a is a is in to of of On is on a of a is on so it be a an is on on so it be by of a by a a is by to of of is by a on of is to a on 12 a is of in an To to a is a of is to be a by of on of to or to of or of a of is by a of by in is is by a an is by a By of a o n of be is by of a of is by of of is to to to to be to a or of of A of .5 2 On or in th e be in to a of 13 is in is by of of as it is to a in a to of In is is to In a is so is is in a of in is as a It of a on a In or of it is A is a an of of of be of 1 In a is by in of is of of be by of to of is 2 In is at to is of of of on of of is b y of of is by of a 14 of in on is on an in be in by in in up of in is as A in of is in In up c is at in a to it to of in of in a to so be In of on of In to at ve to of in be if is to be It be on of as in a at of is to up is A of is to to be is or a of is th e of at of 15 a as to be is to on as 1 on by a of be or 2 In or of is an of as of by of of of is to of a so be on an tapere 济源职业技术学院 毕 业 设 计 题目 床的横向伺服进给单元改造 系别 机电系 专业 机电一体化 技术 班级 机电 0510 姓名 李文成 学号 05011012 指 导 教 师 高清冉 日期 2007 年 12 月 济源职业技术学院毕业设计 I 设计任务书 设计题目： 床的横向伺服进给单元机电一体化改造设计 设计要求： 将原机床中横向装置改装成由步进电动机驱动，包括刀架的自动换刀改装，根据负载转动惯量选择与之相匹配的步进电动机（包括力矩和功率）。 采用微机完成数据处理和运动控制，具有简单的接口电路设计，选择驱动电路， 设计通用接口和专用接口以及 辅助电路的连接。 设计进度要求： 设计时间为 八 周： 第 一 周： 拟定题目 第 二 周： 列写大纲 第 三 周： 收集查看资料 第 四 周： 材料的整理和录入 第 五 周： 论文排版、编辑 第 六 周： 论文的修改 第 七 周： 打印论文 指导教师（签名）： 济源职业技术学院毕业设计 摘 要 本次设计主要是针对 床的横向进给伺服系统改造，机械方面的改造过程是： 拆掉原手动刀架和小拖板，安装上数控刀架；拆掉普通丝杆、光杆 进给箱和溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副； 保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，采 用一级齿轮减速， 步进电机、齿轮箱体安装在中拖板的后侧。 机械部分采用步进电动机驱动滚珠丝杠，然后再通过滚珠螺母副来动工作台运作。电器部分采用 8051单片机来对步进电动机进行适时有效的控制，同时为了 便于人机对话，通过输 入程序来更好的解决形状复杂 、精密、难加工的问题。这次设计可以准确地实现规定 的动作、自动化程度较高、能灵活迅速的适应加工零件的 更变。 关键字 ： 车床 步进电动机 单片机 人机对话 精密 济源职业技术学院毕业设计 he is 616 is a NC to a in to to in to by to of to be to of to to 1 目 录 摘 要 . . 论 . 1 1 机械部 分改造的设计及计算 . 1 题的来源与意义及总体方案的确定 . 1 题的来源与意义： . 1 体方案的 确定： . 1 珠丝杠副的计算和选型 . 2 定系统的脉冲当量 . 3 削力计算 . 3 动效率 . 5 进电动机的选择 . 8 动比的计算 . 8 动惯量的计算 . 8 轮设计及强度校核计算 . 13 定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 . 13 照齿面接触疲劳强度校核 . 13 核齿根弯曲疲劳强度 . 15 的设计（中间轴）及校核 . 16 择轴的材料 . 17 步估算轴的最小直径 . 17 的结构设计 . 17 弯扭合成应力校核轴的强度 . 18 确校核轴的疲劳强度 . 20 动轴承的选择和计算 . 25 联接的选择和强度校核（即中间轴） . 27 齿轮 2 与轴的键联接 . 27 和轴的键联接 . 27 2 机床横向伺服进给单元电气控制部分设计 . 28 气控制系统方案的确定 . 28 进电动机与丝杠的联接 . 29 051单片机的选择 . 29 济源职业技术学院毕业设计 2 步进电动机开环控制系统设计 . 29 冲分配器 . 30 隔离电路 . 33 进电动机驱动电路 . 34 255 可编程控制芯片的扩展 . 36 助电路的设计 . 37 051单片机的时钟电路 . 37 位电路 . 38 界报 警电路 . 38 作面板设计的简要介绍 . 39 制机床电气控制电路原理图 . 39 结 论 . 1 致 谢 . 1 参考文献 . 1 济源职业技术学院毕业设计 1 绪 论 随着我国生产技术进步，在机械制造业中，数控机床越来越受到企业的欢迎。企业一方面投入大量资金购买数控车床，另一方面更新改造现有普通机床，通过 为普通机床添加数控装置，将 普通机床改造成数控机床，这是许多中小型企业面临的重要技改措施。 数控机床能够适应市场对产品多样化 、高精度的要求。因此得到了越来越广泛的应用。但是，商品化的数控机床价格高，一致于推广应用受到限制，而我国又现存有大量的普通机床，利用较先进的数控 系统，对现有普通机床进行技术改造，对提高我国机械行业的数控加工技术具有 更重要意义。数控机床是衡量一个国家机械制造业水平的重要指标。根据我国机床拥有量大，生产 规模小的具体国情，将普通机床通过数控化改造为经济型数控机床是我国机械工业技术改造的这样目标。但从我国目前机械工 业制造水平与发达国家相比差距较大， 而且从目前企业所面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大，使企业心有余而力不足。 因此，我国作为机床大国。对普通机床数控化改造作为一种良好的有效途径。这样机床改造花费少，改造设计针对性强、时间短，改造设计后的机床大多能够克服机床的缺点和存在的问题，生产效率高。 济源职业技术学院毕业设计 1 1 机械部分改造的设计及计算 题的来源与意义及总体方案的确定 题的来源与意义： 社会发展的今天，现代工业发展非常迅速突出，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产 率的要求。如果设备全部更新换代不仅资金投入大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大浪费。所以最简易经济的办法就 是进行数控化改造。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从我国目前机械工业制造水平与发达国家相比差距较大，而且从目前企业所面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大，使企业心有余而力不足。因此，我国作为机床大国。对普通机床数控化改造作为一种良好 的有效途径。这样机床改造花费少，改造设计 针对性强、时间短，改造设计后的机床大多能够克服机床的缺点和存在的问题，生产效率高。 体方案的确定： 根据改造设计内容确定方案。有设计内容可知，该 用微机控制步进电动机来完成数据的处理运动控制。由此可见改造设计以后的车床具有一定的数控机床功能和特点，大大提高了车床的数控化程度和生产效率，是一种经济型的数控机床。翻阅查看 身最大工件回转直径 320工工件 最大长度 750要用于加工中小型类零件。根据我们的设计内容要求参考数控机床的改造设计经验，我们设计确定如图 11所示总体改造方案。 济源职业技术学院毕业设计 2 图 1 1总体改造方案 图 1 2 该方案中以步进电动机作为驱动元件，采用开环伺服控制，无检测反馈机构，具有结简单，使用维护方便，可靠性高，制造成本低等一系列的优点。 从设计题目中可知，我们改造设计的是基于 床的横向伺服进给单元机电一体化改造设计。所以针对横向进给机构进行如下改造： 拆除原机床进给箱的安装孔和销孔安装齿轮箱， 拆除原丝杠安装滚珠丝杠并仍然安装在原丝杠的位置，两端采用原固定方式，这样可以减小装配现场，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而是横向进给整体的刚性提高，优胜于以前的， 横向进给机构采用二级齿轮减速，并用双片齿轮销齿法消除间隙。 其余部分的改造设计尽量按照原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改装的部位，以降低生产成本，节约改造生产时间，提高生产效率。 珠丝杠副的计算和选型 济源职业技术学院毕业设计 3 进给伺 服系统机械部分的计算与选型的内容包括 :运动参数、动力参数的计算、传动比的分配、转动惯量、等效转矩等计算 图 1 3进给伺服系统机械部分的计算 定系统的脉冲当量 脉冲当量是指一个进给脉冲使车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技术参数 对于经济车床来说横向采用的脉冲当量为 冲 削力计算 在进给系统的传动的计算过程中 ,选用步进电动机时都需要用到切削力 (机床的主要负载 ),则可用公式 计算出车床切削力 最大切削功率 (或转矩 ) =P 主 式中 P 主 . 主 =8 .取 = 则 P 切 =(8 .4 削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力 (或转矩 )和最大切削速度 (或转矩 )来计算 ,即 : P 主 =10- /60 式中 主切削力 ( N ) 济源职业技术学院毕业设计 4 最大切削速度 (m/按用硬质合金刀具半精车钢件是的速度取 =100m/ 60 310 /100 = 3840( N ) 在一般情况外圆车削时 , 珠丝杠副的选择和性能验算 ,横向进给为综合型导轨 ,由公式可得丝杠轴向进行切削 ,其中 k= f = f () 式中 切削分力 ( N ) W 移动部件的重量 ( N ) f 导轨上的摩擦系数 ,随导轨型式不同而不同 K 考虑颠覆力矩影响的实验系数 即 (3840+200)N=大切削力下的进给速度 1/5,取为 1/m/杠导程选取 6丝杠转速为 : n = 1000L= 1000 2/6 = 杠使用的寿命时间取为 T = 15000h,则丝杠的计算寿命 L 为 : L = 60610 = 60 15000/ 610 = 300 ( 610 ) 根据工作负载命 L,按公式计算滚珠丝杠副承受 的最大的动载荷 1 济源职业技术学院毕业设计 5 wf/300 2220N 由当量载荷手册或样本的滚珠丝杠系列表中初选滚珠丝杠的型号和有关参数 时还需要满足数控系统和伺服系统对导承的要求。同时还受最大静载荷的影响和限制，因当滚珠丝杠在静态或低速 (n 10r/况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是滚珠与滚道型面在接触点上产生塑性变形，当塑性变形超过一定限度就会使滚珠丝杠副无法正常工作。一般允许其塑性变形量不超过滚珠直径的万分之一。此时的轴向负载用时应将相应的滚珠丝杠的额定静载 荷 滚珠丝杠的最大轴向工作载荷； 静态安全系数。一般1 2,有冲击时 3 由5006外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副。 1列 3圈，其额定动负载为 24000N，强度足够应，精度选用 5级，其几何参数如下： 公称直径0d=50承0L=6纹升角 v=0d=211 繭 杆内径为 滚道半径 R=心距为： e=） =） =310 杆内径： 1d=0d+20 2 310 传动效率 滚动丝杠副的传动效率可用下式计算。 =r+ ） 式中 r 丝杠的螺旋升角 济源职业技术学院毕业设计 6 摩擦角。滚珠丝杠副的滚动摩擦系数因数 f=擦角约等于 10 即 =1 /11 +10 ) 向进给滚珠丝扛支承方式如前图所示，支承间距 L=400杠螺母及轴承均进行了预紧，预紧力的最大轴向负载荷的 1/3，丝杠的变形量计算如下： 滚珠丝杠截面积按丝杠螺纹的底径确定 A=/4 作载荷00L=L/6/20 104 410 中 E 丝杠材料的弹性模量，对钢 E=1011N/ 2m 则丝杠的拉伸或压缩变形量1： 1=0L/0410 /6 1500=210 于两端均 采用角接触球轴承，且丝杠又进行了预紧故其拉压刚度可比一端固定的丝杠提高 4倍。 其实际变形量为 1=1/41=210 珠与螺纹通道间接触变形 2=23 Z=中 轴向工作载荷（ N）； 预紧力（ N） 滚珠直径（ Z 滚珠数量， Z =Z j 7 珠数： 外循环时 Z=0d/循环时 Z 0d/d 滚珠丝杠公称直径（ 因丝杠加有预紧力；且预紧力为轴向最大负载的 1/3时 , 2可减少一半，因此实际变形量为： 2 =210 承滚珠丝杠的轴承为 8209型推力球轴承，几何参数为1d=45动体直径动体数量0轴承的轴向接触变形3为： 3=3 2 轴承所受轴向载荷（ N）；Q z 轴承的滚动体数目； 轴承的滚动体直径；即 3=3 23 0=意：此公式施加预紧力故实际变形量 3 =1/23=1/2 据以上计算总变形量为： =1 +2 +3 =（ 级精度丝杠允许逻辑误差为 27m/m ，故刚度足够。 因为滚珠丝杠的两端都采用推力球轴承并预紧，因此不会产生失稳现象，故不需要作稳定性校核。 济源职业技术学院毕业设计 8 进电动机的选择 动比的计算 根据给定的横向 进给的脉冲当量 珠丝杠导程0L=6初选的步进电机步距角 可计算出传动比 i： =360/0 脉冲当量（ ）； 0L 滚珠丝杠导程（ 步进电机步距角（ ）； 减速齿轮考虑到结构上的原因，不使大齿轮直径太大，以免影响到横向溜板 的有效行程故采用两级齿轮降速，根据传动比，即 i=360/ 01=28， 6， 4， 0 一级降速传动比为 级降速传动比为 选步进 电动机型为 150为进给伺服系统传递功率不大 ,一般选模数取m=1 2，本次设计选用 m=2。 动惯量的计算 选择步进电动机时 ,必须根据机械传动装置及负载折算到电动机轴上的等效转 动惯量 ,分别计算各种情况下所需要的力矩 ,再根据步进电动机最大静转矩和启动运行频率特性选择合适的步进电动机 ,负载惯量是驱动系统的主要参数之一 ,它对选择步进电动机 ,设计传动比等都有十分重要的意义 ,如果该惯量与电动机的匹配不当 ,系统就得不到快速反应 ,甚至失效 . 8,6,4,0 齿轮1, 2, 3, 4Z Z Z 3 4, , ,J J J J。 341 1 11032J d L 济源职业技术学院毕业设计 9 = 334 107 . 8 / ( 5 . 6 ) 3 . 532k g c m c m c m =342 2 21032J d L = 334 107 . 8 / ( 1 1 . 2 ) 332k g c m c m c m =343 3 31032J d L =344 4 41032J d L = 334 107 . 8 / ( 3 ) 332k g c m c m c m =丝杠的转动惯量可以从表中查得负载转动惯量 22131 2 3 4242222 8 62 . 6 5 3 8 3 6 . 1 4 8 1 0 4 2 2 7 0 . 1 8 6 1 5 . 9 0 . 4 1 7 . 5 2 25 6 2 J J J 216Z（ ） （ ）即 满足惯量匹配要求。 而惯量 J 由伺附电动机的惯量 和进给系统惯量 组成 1 0 1 7 . 5 2 2 2 7 . 5 2 2 J 伺附电动机的惯量 进给系统惯量 负载转矩计算及最大静转矩选择： 机床在不同的情况下，其所需要的转矩不同，下面分别进行计算 快速空载启动是所需要的转矩为 m a x 0 M M 起 济源职业技术学院毕业设计 10 式中： M 起 快速空载启动力矩 空载启动折算到电动机上的加 速力矩 折算到电动机轴上的摩擦力矩 0M 由于丝杠加紧时折算到电动机轴上的附加力矩 将已知数据代入 m a 0 0 0 . 7 5 8333 6 0 0 . 0 0 5 3 6 0 m i r 2m a xm a x 2 1060 式中 J 传动系统折算到电动机轴上的等效的转动惯量 运动部件从停止启动加速到最大快进速度所需要的时间 电动机的最大转速 2m a x 2 8 3 32 7 . 5 2 2 1 0 6 9 4 . 4 2 8 0 . 0 2 5 3 c m 折算到电动机轴上的摩擦力矩 002F i 式中 0F 导轨的摩擦力 0 cF f F W 垂直方向的切削力 W 运动部件的总重量 f 导轨的摩擦系数 i 齿轮降速比 传动链总效率，一般取 源职业技术学院毕业设计 11 000 . 1 6 3 8 4 0 2 0 0 0 . 6 3 0 . 8 72 2 0 . 8 2 . 5 附加力矩： 2000012 i 式中： 0 滚珠丝杠预加负荷前一般取 0L 滚珠丝杠导程 0 滚珠丝杠拧紧时的效 率一般大于 是： m a x 0 7 3 0 . 4 2 4 M M 起 快速移动时需要的力矩： 0 3 5 . 9 9 6 M 快 最大切削负载时所需要的力矩： 0 1 2 4 . 0 4 M M 切 从以上计算可以看出三种工况下以快速空载启动所需要的力矩最大，依次作为出选电动机的依据。 对于工作方式与五相十拍的步进电动机最大静转矩： m a x 7 . 6 80 . 9 5 1j m 起 从相关资料可以查出 150号的步进电动机最大静转矩为 于所需要的最大静转矩可以作为初选型号 大需要考虑电动机启动矩频特性和运行它。 步进电动机的空载启动频率： m a xm a x 1000 6 6 6 6 . 760 Z m a xm a x 1000 6 6 6 6 . 760 Z 济源职业技术学院毕业设计 12 由相关资料知道 150进电动机允许的作大空载启动频率为 2800行频率为 8000下图（ a)可以看出步进电动机启动是频率为 2500不能满足机床所需。直接使用回产生失步现象，所以必须采取升降速度控制（可以用软件实现）将启动频率降到 1000，启动扭矩可以增高到 588 。然后在电路上再采用高低压驱动电路，可以将步进电机输出转矩 扩大一倍左右。 当快速运动和切削进给时，由 150号的步进电动机矩频特性（ b)知道电动机可以满足要求。根据上述计算综合考虑，横向进给系统采用 150号电动机 （ a)步进电动机启动频率 （ b) 步进电动机矩频特性 图 1 4步进电动机的启动频率和矩频特性 济源职业技术学院毕业设计 13 零件的设计计算，传动轴的初步计算及结构设计，支撑方式和部件的选择计算 . 轮设计及强度校核计算 定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 该传动方案选用直齿圆柱齿轮传动 所以齿轮选 8 级精度；齿轮材料选 用价格便宜并且硬度合适的材料；齿轮 材料为 45#钢 (调质 )； 齿轮 5钢 (常化 )。 根据传动比选取小齿轮 0 因齿面硬度小于 350所以按照齿面接触疲劳强度设计 ,然后校核齿根弯曲疲劳强度 . 照齿面接触疲劳强度校核 2131 12 . 3 2 5 1K T 由公式 确定公式中各参数的值 选择载荷系数 51 9 . 5 5 1 0 1 1 9 2 3 . 1 6 m 计算小齿轮传递的转矩 查表选择齿宽系数 查表得出弹性影响系数 1 8 9 p a l i m 1 l i m 3 l i m 4l i m 2590470H H p aM p a 济源职业技术学院毕业设计 14 由表 查出 F t F a s 由公式确定公 由表查出寿命系数 1 2 3 4 1H N H N H N H K K 计算接触疲劳强度许用应力 ,取失效概率为 1%,安全系数 S=1. 由公式 l i K S 可得 1 3 4 590H H H M p a 2 470H M p a 计算小齿轮分度圆直径 2131 12 . 3 2 5 1K T 计算圆周速度 11 2 . 2 56 0 1 0 0 0d t n mV s 计算载荷系数 . 根据 1 查表 因为是直齿圆柱齿轮 ,取同时由表查 得 1 ， 1 . 1 2 1 . 2 5 所以载荷系数 1 1 . 0 4 1 1 . 0 2 1 . 1 K K K 按实际的载荷系数校正所计算的分度圆直径 济源职业技术学院毕业设计 15 3311 1 . 15 1 4 81 . 3kd d t m 计算模数 ： 取模数 1 2m 根据综合因素的 考虑及传递的力矩不大 ,故选用： 112 8 2 5 6 , 2d m m m 计算分度圆直径： 1 2 8 2 5 6 ,d m m 2 5 6 2 1 1 2d m m 3 2 4 2 4 8 ,d m m 4 3 0 2 6 0d m m 计算中心距： 1 2 3 4128 4 , 5 422d d d 计算齿轮宽度： 11 0 . 8 5 6 4 4db d m m 由于传递振动不大， 核齿根弯曲疲劳强度 式中各个参数值 ,计算圆周力： 112 2 1 1 9 2 3 . 1 6 4 2 5 . 8 2 756T TF d 查取应力校正系数： 112 . 8 0 , 1 . 5 5 .F a S 222 . 4 0 , 1 . 6 7F a S 332 . 8 0 , 1 . 5 5 .F a S 442 . 6 2 , 1 . 5 9F a S 1 1 48 2 24 d m= z 济源职业技术学院毕业设计 16 计算载荷系数： 1 1 . 0 4 1 1 . 2 5 1 . 3 K K K 查取弯曲 强度极限及寿命系数： 查表得： l i m 1 l i m 2 l i m 3 l i m 44 5 0 , 3 9 0 , 4 5 0 , 4 5 0F F F FM p a M p a M p a M p a 查表知道； 1 2 3 4 1F N F N F N F K K 计算弯曲疲劳许用应力 ,取弯曲疲劳安全系数： 由公式： K S 所以 1 l i m 11 3 4 3 2 1 . 4 3F N p 2 l i m 22 390 2 7 8 . 5 71 . 4F N p 校核计算： 1 11 . 3 4 2 5 . 8 2 7 2 . 8 0 1 . 5 5 4 4 . 4 9 12 7 2F FM p a 221121 22 4 0 1 . 6 74 4 . 4 9 1 4 1 . 0 8 72 . 8 0 1 . 5 5s a F S a F p 3 34 1 . 9 2F F 4 44 0 . 2 3 7F F 的设计（中间轴）及校核 济源职业技术学院毕业设计 17 择轴的材料 选取 45 钢，调制硬度 30，强度极限B=650服极限S=360曲疲劳极限1=300切疲劳极限1=155称循环变应力时的许用应力-1 b =60 初步估算轴的最小直径 取0A=110，得： d0A 232103 15于采用步进电动机驱动，选用 150，它的轴径 d 为 18了配合二级齿轮传动，在此选择最小轴径为 15于受力均匀，结构紧凑，便于安装。 的结构设计 由轴的结构和强度要求选取轴承孔的轴径 d=15选轴承型号 6202的深沟球轴承，齿轮 轴处轴孔 d=25肩直径 d=35的结构如附图 两轴承支点间的距离为 L=2T+1+3B+3+u+1+2 轴承的宽度，查表可知 6205轴承 T=11 齿轮端面与箱体内壁的距离，查表可知取1=8B 齿轮 3 的齿宽，3B=32 齿轮 2 与齿轮 3轮毂端面间的距离，取3=8 齿轮 2 的轮毂长度， L=（ d B,u=34入以上各数值得 L=11+8+27+34+8+6轮 3 的对称线与左轴承支点的距离为： 济源职业技术学院毕业设计 18 1L=2T+1+ 32B=+7轮 3 的对称线与齿轮 2 的对称线间的距离 为： 2L= 32B+3+2u=+17=轮 2 的对称线与右轴承支点间的距离为： 3L=2u+1+2T=17+8+ 按弯扭合成应力校核轴的强度 绘轴的计算简图 轴的计算简图如图 1-5(a) 所示 计算作用轴上的力 大齿轮 2 受力分析 圆周力 222 2 2 2 4 7 0 8192 =向力 2tF 0 =齿轮 3 受力分析 圆周力 332 2 2 2 4 7 0 848 =向力 3 20tF 20算支反力： 水平面 0 96 源职业技术学院毕业设计 19 0 直面 0 9669+2 y=0 弯矩图 水平面弯矩图
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号