自考综合作业普通车床改为数控机床

1、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

2、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

3、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

4、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Fz(N)按经验公式估算：Fz=0.67D1.5max=0.67*4001.5=5360()按切削力各分力比例：Fz:Fx:Fy1:0.25:0.4得：Fx=1340(N)Fy=2144(N)2. 横切端面主切削力Fz'1Fz-Fz=3745.5(N)按切削力各分力比例：Fz:Fx:Fy1:0.25:0.4Fx'=936(N)Fy'=1498(N)3.3纵向滚

5、珠丝杠螺母副的选择与校核1. 计算进给轴向力Fm(N)按纵向进给为综合型导轨FmkFxf'(FzG)式中K考虑颠覆力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15f滑动导轨摩擦系数0.150.18G溜板及刀架重力1000N贝UFm1.1513400.16(53601000)=2562N2. 计算最大动负载QFmL60nT/106n1000vs/L0式中L为丝杠寿命，以106转为1单位。f运转系数，按一般运转取1.21.5;Vs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Vs=0.6mmT使用寿命，按15000h;L0为丝杠的基本导程，初选=6mryi1n1000vs/L0

6、10000.6-/650(m/min)26L60nT/10605015000/100000045C3LfFmn3451.4256212733.14N127kgf3. 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W,L4006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:W1L4006滚珠丝杠几何参数名称符号计算公式W1L4006螺公称直径d°40导程L。6纹接触角244滚钢球直径(mr)idq3.969滚道法面半径RR0.52dq2.064道

7、偏心距ee(Rdq/2)sin0.056螺旋升角+L。arctgdo244'螺螺杆外径dddo(0.0.5)dq24.3杆螺杆内径didid02e2R21.78螺杆接触直径dzdzd0dqcos21.83螺螺母螺纹直径DDd02e2R28.22母螺母内径DiDid。(0.2"0.5)dq25.7334传动效率计算tgtg()式中为WL4006的螺旋升角，244;为摩擦角取10'滚动摩擦系数0.0030.004;tg244'0.94tg()tg(24410)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

8、丝杠螺母副及轴承均进行预紧，预紧为最大轴向负荷的-。3lu_IoRG纵向进给(1)丝杠的拉伸或压缩变形已知Fm=2532N,D=40mm，L0=6mm，d1=35.984mm，E20.6104N/mm2式中L是在工作载Fm作用下引起每一导程的变化量;工作负载，即进给牵引力；Lo滚珠丝杠的导程;材料弹性摸数，对钢E20.6104；F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=(d1)2(35.98、22丝杠导程的变化量L卫虽EA滚珠丝杠总长度上的拉深或压缩变形量,117.251051L15004L046(2)滚珠与螺纹滚道间的接触变形1016.7mm2）吟7.25

9、105mm20.61041016.724.5310mm由dp=3.969mmFm=253kgf承载滚珠数量Z2.540dp3.9692.579.15（个）1由于对滚珠丝杠副施加预紧力，且预紧力Fp为轴向负载的-，3则变形34m421.76410.m1.764103dFpZ22.5332.551036.351825323mm(3)支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形3采用8型推力球轴承d1=35mm;滚动体直径d0=6.35;滚动体数量Z=1831.76410又定位误差二1Fm23Vdp31.7641042.5336.351825322.55103mm=4.53102.5710361032.5510=

10、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W,L4006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p0.01；滚珠丝杠导程L。6mm;初选步进电机步距角b0.75；可得：i360p/(bL°)3600.01/(0.756)0.8；可选齿数为：i乙/Z220/25或32/40；齿数324024402025分度圆dmz648048804050齿顶圆d0d2m688452844454齿根圆dfd21.25m597543753545齿宽(6#

11、10)m2中心距A(did2)/27264453.5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J（kgcm2）为:Zi2GLo2JJmJi（丄）（J2Js）（丁）Z2g2式中Jm为步进电机转子转动惯量（kgcm2）；J1>J2为齿轮乙、乙的转动惯量（kgcm2）；Js为滚珠丝杠转动惯量（kgcm2）；所选电机为150BF002反应式步进电机，其转子转动惯量：2Jm10kgcm；对于齿轮、轴、丝杠等圆柱体转动惯量计算公式：432J0.78DLo10（kgcm2）；则：J10.78d14L11030.786.44210322.617kg

12、cmJ240.78d2L21030.7884210326.389kgcmJs40.78dsLs1030.7824415010329.952kgcm800G1000N代入上式:打g210000.62()9.82JJmJi(台)2心2Js)Z2322102.617()(6.3929.952)40=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M起：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:M起MamaxMfM0；MamaxJJ2nmax102/(60ta)；nmaxVmaxb/(360：p)；式中M起为快速空载起动力矩（Ncm）；M

13、amax为空载起动时折算到电机轴上的加速力矩（NCm）；Mf为折算到电机轴上的摩擦力矩（Ncm）；M0由于丝杠预紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩（Ncm）；其它符号意义同前最大静力矩Mjmax746.66/0.951785.130.75500r/min360MamaxJJ2nmax10折算到电机轴上的摩擦力矩Mf:2/(60ta)36.355-500102634.5Ncm600.03MfFoLo式中Fof化G)L。；i2_i；为导轨的摩擦力，F°f'(FG);其它参数含义及取值同前,为传动链总效率，一般可取MfF°L0f(FzG)Lo2附加摩擦力矩M0:Fp0L02

14、M0(102)；式中Fp00.70.85，这里取0.8；O.16(536°WOO)0.697Ncm；20.81.25滚珠丝杠预加负荷，一般取J3Fm；2400nmaxVmaxb/(360'p)°起动加速时间ta30ms；滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取00.9；其它符号含义取值同上。FpoLo2i(将数据代入公式：M0M起Mamax25320.6(10.92)15.16Ncm；20.81.25634.59715.16746.66Ncm;快速移动时所需力矩M快：M快MfM09715.16112.16(Ncm)；最大切削负载时所需力矩M切：M切MfM0Mt；式中Mt折

15、算到电机轴上的切削负载力矩(Ncm)；MtF*参数说明同上M切MfM0112.1613400.6240.16Ncm；2i20.81.25从上面可以看出，M起、M快和M切三种工作情况下，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M起/MJMAX0.951；按此最大静转矩从附表查出150BF002型最大静转矩为13.72N?M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Fk1000Vmax100023333.3Hz60p600.01切削时工作频率1000Vs10

16、000.6Fes1000Hz60p600.01可查出150BF002型步进电机允许的最高空载频率为2800Hz运行频率为800Hz，再从图2-7看出，当步进电机起动时，f起2500Hz时，M100Ncm，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588.4Ncm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150BF002型运行矩频特性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O第四章数控车床电路原理图（略）第五章纵向进给伺服机

17、械装配图（略）第六章加工程序的编制O0321N010G90G00G92X8O,Z1O;NO20M03S600；N030G00X24.Z21；N040GO1X30,Z-2,F1O;N050X30,Z-64;N060X32,Z-64；N070N080N090N100X40,Z-120;G02X40,Z-180.I51.96,K-30,F5;G01X40,Z-200,F10;G00X80,Z10;N110N120N130N140N150N160N170N180N190M05T0100;T0200;M03S100;G01X34,Z-64;X26,Z-64;G00X34,Z-64;X80,Z10;M05

18、T0200;T0300;N200N210N220N230N240N259N260N270M03S50;G00X28.402,Z10;G33Z-64,F2;G00X34.402;X80,Z10;X27,.602,Z10;G33Z-62,F2G00X33.602;N280N290N300N310N320N330N340N350X80,Z10;X27.402,Z10;G33Z-62,F2;G00X33.402;X80,Z10;M05T0300;T0100;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