型普通车床改造

1、型普通车床改造（2）毕业设计（论文）设计（论文）题目：C616型普通车床改造为经济型数控车床系别：机械工 程系专业：机电一体化班级：02机电（1）姓名：宋文娟学号:110203110指导老师：邹寿南完成时间：05年6月目录 序言3、设计方案的确定4（一）设计任务4 （二）总体设计方案的确定4二、机械部分改造与设计4 （一）纵向进给系统的设计与计算4 （二）横向进给系统的设计与计算10三、步进电机的选择13（一）步进电机选用的基本原则13 （二）步进电机的选择14四、机床导轨改造15五、自动转位刀架的选用16六、经 济型数控机床改造时数控系统的选用17七、典型零件的工艺设计及应用程序的编制18

2、（一）工艺分析-18 （二）工作坐标系的设定动钻孔19 （三）手-19 （四）编制加工程序1 n小结iy21参考文献22序言毕业设计课题：C616型普通车床改造为经济型数控车床课 题简介：本课题是围绕将普通机床改造成经济型数控机床展开设计的，经济型数控机 床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的髙效自动 化机床。中小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、 自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的的生产实际，结合我国国情，在满 足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最 主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造

3、，适合在生产第一 线大面积推广。企业应用经济型数控型系统对设备进行改造后，将提高产品加工 精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用髙效”这两种属性, 提髙设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。利用微机改造现有的普遍车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进 给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进 给加工车床，即经济型数控车床。进行数控机床的改造是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、 精密、小批量及多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产效率，但是 数控机床的运用也受到其他条件的限制。如：数控机床价格昂贵，一次性投资

4、巨 大等，因此，普通车床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水 平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。现我选用C616普通车床为例进行数控改造。一、设计方案的确定C616型车床是一种加工效率髙，操作性能好，社会拥 有量大的普通车床o实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的 经济效果。（）设计任务本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对纵横进 给系统进行开环控制。纵向脉冲当量为0.0W脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/ 脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀 架。、° （二）总体设计方案的确定由于是经济

5、型数控改造，所以在考虑具体方案时， 基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能减少，以降低成本. 根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为：采用微机对 数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲。经一级齿轮减速后带动滚珠丝 杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。二、机械部分改造设计与计算1.纵向进给系统的设计经济型数控车床的改 造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。 步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必象产品设 计要求那么髙，而从改造方便、实用方面来考虑，一般把步进电机放在纵向丝杠 的右端。2. 纵向进给系

6、统的设计计算已知条件：工作台重量：W=80kgf=80N （根据图纟氏粗略计算）时间常数：T二25ms滚珠丝杠基本导程：L0二6mm行程：S=640nun脉冲当量：6 p=0. Olmm/step 步距角:a =0.75° /step快速进给速度：Vmax=2nun/inin(l)切削计算由“机床设计手册可知，切削功率Nc=N n K 式中N电机功率，查机床说明书，N=4KW；H主传动系统总效率，一般为0.60.7取n=0.65；K进给系统功率系数，取为K=0. 96o则：Nc=4X0. 65X0. 96=2. 496KW又因为NC=FZ=所以式中v切削线速度，取 v=lOOm/mi

7、n0主切削力FZ=152. 76(kgf)=1527.6(N)由金属切削原理可知，主切削 力 FZ二CFzapxFzfYFzKFz 查表得：CFz=188kgf/mm21880MpaXFz=lYFz=0. 75KFz=l 则可计算 FZ 如表(1)所示： 表(1)FZ计算结果ap(mm)222888f(mm)0. 20. 30. 40. 20. 30. 4FZ (N) 当 FZJ520N时，切削深度ap=2mni,走刀量f=0. 3mm,以此参数做为下面计算的依据。从”机床设计手册中可知，在一般外圆车削时：FX= (0. 1 0.6) FZFZ= (0. 150. 7)FZ 取:FX=0. 5

8、FZ=0. 5X1527. 6=763. 8NFY=0. 6FZ=0. 6X1527. 6=916. 5N(2)滚珠丝杠 设计计算综合导轨车床丝杠的轴向力：P二KFX+f' (FZ+W)式中 K=l. 15, f =0. 150. 18,取为 0.16。则 P=l. 15X763. 8+0. 16X (1527. 6+800)=1250. 8N1)强度计算:寿命值Ll=nl=取工件直径D=80nun,查表得TI=15000h则： nl=20r/minLl=18最大动负载Q二查表得：运转系数fw=l. 2硬度系数fH=l则Q=X1.2X1X 1250. 8=39933. 6N根据最大 动

9、负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品 样本选取FC1B系列，滚珠丝杠直径为e32mm,型号为FC1B32X65E2,其额 定动载荷是10689N,所以强度足够用。2)效率计算：根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率n为： n二式中摩擦角螺旋升角Y=3° 25'则n=3)刚度验算：滚珠丝杠 受到工作负载P引起的导程的变化量ZXL1二土式中L0=6mm=0. 6cm；E=20. 6X166N/cm2o滚珠丝杠截面积F=()2n= () 2X3. 14则厶Ll=± = ±5. 9X 10-6 cm滚珠丝杠 受扭矩引起的导程变化量

10、AL2很小，可忽略，即："L1。所以：导程变形总误差为=X5. 9X10-6=9. 8ym/m查表知E级精度丝杠允许 的螺距误差(lm长)为15nm/m,故刚度足够。4)稳定性验算：由于机床原丝杠直径为4)30mm,现选用的滚珠丝杠直径为 e32mm,支承方式不变，所以稳定性不存在问题。(3)齿轮及转距的有关计算1)有关齿轮计算传动比i二=1.25故取 Zl=32mmZ2=40m=2mmb=20mma =20° dl=mZl=2 X 32=64mmd2=mZ2=2 X 40=80mmd a 1= dl+2ha*-68nund a 2二d2+2ha*二84mm a =72 m

11、m 2)转动惯量计算工作台质量折算到 电机轴上的转动惯量：J1=()2W= 02X80=0. 468 kg cm 2=4. 68N cm 2 丝杠的转动惯量：JS=7. 8X10-4XD4L1=7. 8X10-4X3. 24X 140. 3=11. 475 kg cm 2=114. 75N cm 2齿轮的转动惯量:JZ1=7. 8X10-4X6. 44X2=2.617 kg cm 2=26. 17N cm2JZ2=7. 8X10-4X84X2=6. 39kgcm2=63. 9Ncm2电机转动惯量很小可以忽略。 因此，总的转动惯量：J=(JS+JZ2)+JZ1+J1=(11. 475+6. 39

12、) +2. 617+0. 468=14. 519 kg cm 2=145. 19Ncm 23)所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩M=Mamax+Mf+ M0最大切削负载时所需力矩M=Mat+Mf+MO+Mt快速进给时所需力矩M=Mf+MO 式中Mamax空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩；Mf折算到电机轴上的摩擦力矩；M0由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；Mat切削时折算到电机轴上的加速度力矩；Mt折算到电机轴上的切削负载力矩。Ma=X 10-4N m 当 n二nmax 时Majnax=Manmax=416. 7r/minMamax=X 10-4=2. 52N m=25.

13、 72 kg f cm 当 n=nt 时 Ma=Matnt=24. 88r/minMat=X 10-4=0. 1505N m=l. 536 kg f cm Mf=当 n 0=0. 8f' =0. 16 时 Mf=l. 223 kg f cm M0=(l- n 02)当 n 0=0. 9 时预加载荷 P0=Fx 则：M0=0. 462 kg f cm=4. 62N cm Mt=7. 297 kg f cm=72. 97N cm所以，快 速空载启动时所需力矩：M=Mamax+Mf+M0=25. 72+1. 223+0. 462=27. 405 kg f cm=274. 05N cm切 削时

14、所需力矩：M=Mat+Mf+MO+Mt=l. 536+1. 223+0. 462+7. 297=10. 518 kg f cm =105. 18Ncm快速进给时所需力矩：M=Mf+MO=l. 223+0. 462=1. 685 kg f cm=16. 85N cm 由以上分析计算可知： 所需最大力矩Mmax发生在快速启动时,Mmax=27. 405 kg fcm=274. 05Ncm(二) 横向进给系统的设计和计算1.横向进给系统的设计经济型数控改造的横向 进给系统的设计比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向 运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起

15、来， 以保证其同轴度，提髙传动精度。2. 横向进给系统的设计和计算由于横向进给系统的设计和计算与纵向类似， 所用到的公式不再详细说明，只计算结果。已知条件：工作台重(根据图纸粗略计算)W=30 kg f=300N时问常数T=25ms滚珠丝杠基本导程L0=4 mm左旋行程S=190 mm脉冲当量5 p=0. 005 mm/step步距角a =0. 75° /step快速进给速度 vmax=lm/min(l)切削力计算横向进给量为纵向的1/21/3,取1/2,则切削力约 为纵向的 l/2FZ=0. 5X152. 76=76. 38 kg f=763. 8N 在切断工件时：Fy=O. 5F

16、Z=0. 5X76. 38=38. 19 kg f=381. 9N(2)滚珠丝杠设计计算 1)强度计 算：对于燕尾型导轨：P二KFy + f' (Fz+W)取 K=1.4f =0.2 则 P=l. 4X38. 19 + 0. 2(76. 38 + 30)=74. 74 kg f=747. 4N 寿命值 Ll=13. 5 最大动负载 Q=213. 55 kg f=2135. 5N 根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床 厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠公称直径为4>20mm,型号为 FC1B20X45E2左，其额定动负载为5393N,所以强度足

17、够用。2)效率计算:螺旋升角v=3° 38，摩擦角11210则传动效率n =0. 9563) 刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量AL1=± = ± = ±5. 96X10-6 cm滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量AL2很小，可忽 略，即："U所以导程变形总误差为二查表知E级精度丝杠允许的螺旋误 差（Im长）为15 p m/m,故刚度足够。4）稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式 由原来的一端固定、一端悬空，一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故 不再验算。（3）齿轮及转矩有关计算1）有关齿轮计算传动比i

18、二故取Zl=18Z2=30m=2mm b=20 mm a =20° dl=36 mm d2=20 mm d a 1=40 mm d a 1=64 mm a=48 mm 2）传动惯量计 算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：Jl=kg cm 2丝杠的转动惯量：JS二7. 8 X 10-4 X D4L1=7. 8 X 10-4 X 24 X 50=0. 624 kg cm 2 齿轮的转动惯量：JZ1=7. 8X10-4X3. 64X2=0. 262 kg cm 2JZ2=7. 8X10-4X64X2=2. 022 kg cm2电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J=l. 258

19、 kg cm 23）所需转动力矩计算 nmax=Mamax=N m=2. 23 kg f cm nt=33. 17r/minMat=0. 0174N m=0. 1775f cm Mf=0. 287 kg f cm =0. 028N mM0=0. 116 kg f cm=0. 011N 824 kg f cm=0. 182N m 所以，快速空载启动时所需转矩：M=Mamax+Mf+M0=2. 23+0. 287 + 0. 116=2. 633 kg f cm二26. 33N cm切削时 所需力矩：M二Mat+Mf+MO+Mt二0. 1774 + 0. 287 + 0. 116+1. 824=2.

20、 404 kg f cm =24. 04N cm快速进给时所需力矩：M二Mf+MO二0. 287+0. 116=0. 403 kg f cm=4. 03N cm从以上计算可知:最大 转矩发生在快速启动时，Mmax=2. 633 kg fcm二26. 33Ncm三、步进电机的选择 （一）步进电机的选择的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据 电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进 电机最基本的原则介绍如下：1步距角a步距角应满足：aW式中i传动比a min系统对步进 电机所驱动部件的最小转角。2. 精度步进电机的精度可用步矩误差或积累误差衡量。积累误差

21、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。所以选用不进电机应满足 QiEAOs式中 AQ步进电机的积累误差； 0 s系统对步进电机驱动部件允许的角度误差o3. 转矩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：1）启动力矩一般启动力矩选取为：MqD式中Mq一一电动机启动力矩；MLO电动机静负载力矩。根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表（2）所示o Mjm为步进电 机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给岀的。表（2）步进电机相数、拍数、启动力矩表运行方式相数33445566拍数 36485

22、10612Mg/MjmO. 50. 8660. 7070. 7070. 8090. 9510. 8660. 8662）在要求的运行 频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力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。3. 启动频率由于步进电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：ftfcp.m式中ft极限启动频率；fcpm要求步进电机最髙启动频率。（二）步进电机的选择1. C616纵向进给系统步进电机的确定Mq二685. 125Ncm为满足最小步矩要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=O. 8

23、66所以步进电机最大静转矩Mjm为：Mjm二791. 14N cm步进电机最高工作频率fmax=Hz综合考虑，查表选用 110BF003型直流步进电机，能满足使用要求。4. C616横向进给系统步进电机的确定Mq=N cm电动机仍选用三相六拍工作 方式，查表知：Mq/Mjm=O. 866所以，步进电机最大静转矩Mjm为：Mjm二N cm步进电机最髙工作频率fmax=3333. 3Hz为了便于设计和采购，仍 选用110BF003型直流步进电机，能满足使用要求。四、机床导轨改造卧式车床上的运动部件，如刀架、工作台都是沿着机床导 轨面运动的。导轨就是支承和导向，即支承运动部件并保证运动部件在外力作用

24、 下，能准确的沿着一定的方向运动。导轨的导向精度、精度保持性和低速运动平 稳性，直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。数控机床上，常使用滑动导轨和滚动导轨。滚动导轨摩擦系数小，动靜摩擦 系数接近，因而运动灵活轻便，低速运行时不易产生爬行现象。精度高，但价格 贵。经济型数控一般不使用滚动导轨，尤其是数控改造，若使用滚动导轨，将太 大增加机床床身的改造工作量和改造成本。因此，数控改造一般仍使用滑动导轨。滑动导轨具有结构简单，刚性好，抗振性强等优点。普通机床的导轨一般是 铸铁一铸铁或铸铁一淬火钢导轨。这种导轨的缺点是静摩擦系数大，且动摩擦系 数随速度的变化而变化，低速时易产生爬行现象，影响行动

25、平稳性和定位精度， 为克服滑动导轨的上述缺点，数控改造一般是将原机床导轨进行修整后贴塑，使 其成为贴塑导轨。贴塑导轨摩擦系数小，且动静摩擦系数差很小，能防止低速爬行现象；耐磨性、抗咬伤能力强、加工性和化学性能稳定，且有良好的自润滑性和抗 振性，加工简单，成本低。目前应用较多的聚四氟乙稀（PTEE）贴塑软带，如美国生产的TwrciteB 和我国生产的TSF软带材料，次.此种软带厚度为0.8 mm. 1.6 mm. 3.2 mm等几 种规格。考虑承载变形，宜厚度小的规格，如果考虑到加工余量，选用厚度为1. 6 mm为宜。贴塑软带粘贴工艺非常简单，可直接粘结在原有的滑动导轨面上，不受导轨 形式的限制

26、，各种组合形式的滑动导轨均可粘结。粘结前按导轨精度要求对金属 导轨面进行加工修理。根据导轨尺寸长度放大34 mm,切下贴塑软带。金属粘 结面与软带结面应清洗干净，用特殊配制的粘合剂粘结，加压固化，待其完全固 化后进行修整加工。作为导轨面的表面，根据需要可进行磨、铳、刮研、开油槽、 钻孔等加工，以满足装配要求。五、自动转位刀架的选用自动转位刀架的选用是普通机床数控改造机械方面 的关键，而由数控系统控制的自动转位刀架，具有重复定位精度高，工件刚性好， 性能可靠，使用寿命长以及工艺性能袄等优点。经济型数控车床的自动刀架，在生产中最常用的是常州武进机床数控设备厂 生产的系列刀架，具有重复定位精度髙，工

27、作刚性好，使用寿命长，工艺性能好 等优点达到国内先进水平，在生产中大量使用。现选用常州武进机床数控设备厂 生产的LD4工型系列四工位自动刀架。C616适配刀架。刀架技术参数：刀位数:4电动功率：60W电机转速：1400r/min夹紧力：It上刀体尺寸： 152X152下刀体尺寸：161X171技术指标：重复定位精度：0. 005 mm工作可 靠性:>30000次换刀时间：90° 180° 270° 2. 9s3. 4s3. 9s六、经济型数控机床 改造时数控系统选用数控系统是一台数控机床的核心。对系统的选择在机床数控 改造中是至关重要的现从系统的经济性和实用

28、性选择为开环伺服系统为 JWK15To现将该经济性数控系统性能参数列表如下：1生产厂家南京微分电机厂江南机床数控工程公司2用户容量24K3设定单 位X二0. 005Z=0. 014控制轴数X、Z两轴5联动轴数二轴6编程尺寸±9999. 997 快速（X/Z）向 316/mm8G 功能 G00G04G22G29G32、G33、G36、G37、G9、G80、 G929M 功能 M00M09M20M29M92M9910S 功能 S01 S04S05S1011T 功能 T1XT8X12步进电机220V±10%50HZ13控制精度1步14功耗W36015环境温度 040°

29、C16 相对温度 80% （25° C）17外形尺寸（mm）340X400X22018系统重量17kg七、典型零件的工艺设计及应用程序编制 所需加工零件的材料为45号钢，加工零件如下图所示：（一）工艺分析1、该零件分七个工步来完成加工，即先用ei6的麻花钻 来钻孔；再粗车外圆；第三步粗雀孔；第四步精镇内孔；第五步精车外圆；第六步车M30的细牙螺纹（螺距F=0. 75）；最后切断。2、较为突岀的问题是如何保证4>38、4）18和长度50的尺寸公差，长度方 向的中间凹槽，粗车、粗车刀的副偏角大于45° ,棒料伸出三爪卡盘65mm装夹 工件。3、选择01号车刀（副偏角大于4

30、5°人02号螺距纹刀、03号内孔镇刀， 04号割槽刀共四把刀。4、G73进行外圆粗加工时，单边粗车吃刀量1.75, U=1.75, R是切削次数4 次，精车余量0.5mm；G71进行內孔粗加工时，单边粗车吃刀量lnun,U=l,R退刀量的值0. 5mm,精车 余量0. 5mmo（二）工件坐标系的设定选取工件的右端面的中心点（）为工件坐标系的原点。（三）手动钻孔夹好工件，用e 16的麻花钻手动钻孔，孔深55mm。（四）编制加工程序N001G94G54T1M03S700M08N002G00Z0X32N003G01X1F30N004G00Z1X30. 6N005G01Z -44F80N00

31、6G00X31Z1N007G00X27N008GO1Z-22. 4F80N009G00X28Z1NO10G00X25N01 IGO1Z-22.4F80N012G00X26Z1NO13G00X23. 9N014G01Z-20N015G00Z1X25N016G00X8 OZ120M09M05N017T2M06M08M03N018G00Z0X24N019G01X2. 5F30N020G01X23.9CHF二2 N021GO1Z-8F80N022G01X22Z-9.6N023G01Z-19.8N024G01X24. 6N025G01X27N026G0 1X30. 5Z-38. 4N027G01Z-44N028G00X31Z-8N029G00X24N030G01X23. 9N031G01X20. 8Z-9. 6N032G01Z-19. 8N033G02X24. 6Z-22. 4CR二5. 6F50N034G01X30. 4Z-38. 4N035G 01Z-44N036G00X80Z100M09M05N037T3M06M08M03N038G00Z3X23. 3N039G33Z-11K=0 75N040G00X25N041G00Z3N042G00X23. 1N043G33Z-11K=O. 75N044G00X