CW6163普通车床数控化改造第四章

1、 LX型弹性柱销联轴器主要参数与尺寸(mm) 根据电机和丝杠的参数，选择LX1型弹性柱销联轴器。3.9电机的选择与计算 3.9.1等效转动惯量的计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量(kg.cm)可由下式计算 式中： 步进电机转子转动惯量； 联轴器的转动惯量； 滚珠丝杠转动惯量； G工件及工作台重量； 丝杠导程。 工作台质量折算到步进电机轴上的转动惯量： 代入数据，=0.12kg.cm=1.2N.cm(2) 丝杠的转动惯量:查数控机床系统改造可知，对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可用以下公式： 式中： D圆柱形零件的直径，即丝杠直径（cm）； L圆柱形零件的长度，即丝杠长度。代入数据，=

2、7.81.83kg.cm=18.3N.cm(3) 联轴器的转动惯量:联轴器同样属于圆柱形零件，所以可以运用上面的公式计算其转动惯量，其中D=15mm，L=60mm。 =7.80.024kg.cm=0.24N.cm 综上所得，总的转动惯量： =0.12+（1.83+0.024）+ =2.1kg.cm验算惯量匹配，电动机轴向惯量比值应控制在一定的范围内，既不应太大也不应太小，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合理的配合，一般比值控制在1/161之间，=0.12/2.10.06。满足匹配要求。3.9.2电机所需的转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩 最大切削负载时所需力矩 快速

3、进给时所需力矩 式中： 空载启动时折算到电机轴上的加速力矩； 折算到电动机轴上的加速度力矩； 折算到电机轴上的摩擦力矩； 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。 1）由数控机床系统设计可知， N.m式中： J折算到电机轴上的总惯量，kg.cm； n电动机转速r/min， 当n=时，计算，n=计算； T系统时间常数。 当n=时， = =（为空载最快移动速度） 代入数据=1500r/min 则：=1.31N.m 当n=（为切削时电动机转速）时， = 且 D机床实验工件的直径。取D=70mm； v切削线速度m/min。

4、代入数据得，=56.87r/min 则： =0.05N.m 2）折算到电机轴上的摩擦力矩： 式中： 导轨上的摩擦系数，滑动导轨静摩擦系数0.40.2，动摩擦因素为0.20.1，取0.2； W移动导轨的重量，取300N=30kg.f； 垂直方向的切削力； 传动效率，一般=0.70.85，取0.8。代入数据得：=0.48N.cm=0.0048 3)丝杠折算到电机轴上的附加摩擦力矩： 式中： 为滚珠丝杠预加载荷； 滚珠丝杠未预加载荷时的效率一般取0.9。代入数据得：0.53N.cm=0.0053N.m 4)折算到电机轴上的切削负载力矩: 式中： 进给方向的最大切削力代入数据得：8.36N.cm=0.

5、0836N.m综上所述，快速空载启动所需力矩： =1.31+0.0048+0.0053=1.32N.m 切削时所需的力矩： =0.05+0.0048+0.0053+0.0836=0.14N.m 快速进给时所需的力矩： =0.0048+0.0053=0.01 N.m 对数控机床而言，因为动态性能要求较高，所以电动机例句主要是用来产生加速度的，而负载荷力矩占得比例很小。一般都是小于电动机的力矩的10%-30%,所以通过选择点机，要使快速空载启动力矩小于电动机的最大力矩，M,为电机电动机最大输出转矩，=，大惯性伺服电机=10。.由以上分析计算可知，所需最大力矩发生在快速启动的时候： =13.2N.m

6、3.9.3步进电动机的选择换算成功率： 由上式得： P=2nM/60 其P为功率单位为瓦，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米 根据以上力矩及功率计算结果，可知所选电机满足要3.10横向滚动直线导轨3.10.1滑动导轨的特点滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。 滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有：（1）灰铸铁 一般选择HT200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在HB180以上； （2）孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐

7、磨性高于灰铸铁； （3）合金铸铁 包括：含磷量高于0.3的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能；铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为0.150.2mm。硬度可达HRC55。中高频感应淬火， 淬硬层为23mm，硬度可达HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。2钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度

8、为5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15等渗碳淬火，渗碳淬硬至5662HRC；38C rMoAlA等采用氮化处理。3有色金属 常用的有色金属有黄铜HPb59-l，锡青铜ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2和锌合金ZZn-Al10-5，超硬铝LC4、铸铝ZL106等，其中以铝青铜较好。4塑料 镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜)，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200+260)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸

9、铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等3.10.2滑动导轨的设计：一作用力合作用点位置，作用力方向和作用点的位置唏嘘合理安置。一边导轨倾斜的力矩尽量小。否则会使导轨中的摩擦力增大，磨加剧，从而降低导轨的灵活性和导向精度。严重时甚至还可能卡死，不能正常工作。1. 作用在运动件上的推力有三种情况： 1.推力通过运动件在轴线2.推力作用点在运动件的轴线

10、上。但推力的方向与轴线成一夹角3.推力平行于运动件的轴线上对于第一种情况，导轨镇南关的摩擦力只受到载荷及运动件本身重量的影响，推力不会产生附加摩擦力。犹豫结构上的限制，实际的结构中往往出项第二第三中情况。为了保证导轨的灵活性，要对导轨进行验算，在已知的条件先，确定各部分的集合尺寸。推力F与运动件轴线组成夹角a,如图所示推力F的作用将使运动件产生倾斜，从而使运动件与承导体的俩点处压紧， 设正压力分别为 .，相应摩擦力，作用间的距离为L，轴向阻力为 根据静力平衡条件,运动件的直径较小时，上式中含有d的各项可以略去。可解得：欲推动运动件，则必须使若要保证不卡死的条件是： 由此，可得到当推力F与运动件

11、有一夹角a时，运动件正常工作的条件是 为当量摩擦系数在燕尾形和三角形导轨中:-滑动摩擦系数-燕尾轮廓角与三角底角二选与运动件轴线与轴线相距h，图中为轴向阻力和为反作用力，为当量摩擦系数，根据静力平衡条件解得：推动运动件则必须：保证运动件不卡死条件即：为了保证运动灵活，可取值当取f=0.25时，则有：对圆柱形导轨：对矩形导轨：对燕尾形或三角形导轨：在本设计的导轨中：h=200mm L=360 因此：符合相关要求. 结 论本次设计的是横向进给机械部分改造，完成了尺寸计算及结构设计，并对其进行一系列的校核，各项性能指标完全满足要求，说明设计的结构是合理的。然后选择轴承和电机。由于专业知识的限制，无法

12、对复杂的数控系统进行设计，但是，通过选择合适的数控系统，进行选购即可。数控机床是促进国民经济发展的巨大源动力，它给机械制造业带来了高倍率的效益增长和现代化的生产方式。随着数控技术的发展，高品质，高可靠性，高性价比的CNC系统具有丰富的功能，为数控技术的发展提供了充足的物质技术条件。同时，也给数控机床的机械结构提出了更高的要求。因此，研究一台数控车床对现代加工具有重要的意义。数控车床具有结构简单、价格便宜、故障率低、维修简单方便、效率高、操作编程简单等诸多优点，所以数控车床在很多加工行业都会成为应用的主体，随着数控技术和机床行业的发展，数控车床将有着广阔的发展前景。 致 谢眨眼间，大学生活就在本论文的完成之际即将宣告结束。四年的不断学习，不仅是为了今天的毕业设计，也是为今后走上工作岗位作了准备。在设计成过程中，感谢很多人的帮助和指点，首先我要感谢我的母校的辛勤培育，感谢院系各位老师的谆谆教诲，感谢他们默默的栽培我。 本次设计是在我的导师