買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 目錄 第一章 設計方案的確定 . - 一 總體設計方案的確定 . - 5 - 二 機械部分的改造設計與計算 . - 6 - （一）縱向進給系統(tǒng)的設計選型 . - 6 - (二 ) 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算 . - 12 - 第二章 步進電動機的選擇 . - 16 - 一步進電動機選用原則 . - 16 - 二步進電機的選型 . - 17 - （一） 向進給系流步進電機的確定 . - 17 - （二） 向進給系流步進電機的確定 . - 17 - （三） 110直流步進電機主要技術參數(shù) . - 17 - （四） 110直流步進電機主要技術參數(shù) . - 18 - 第三章經濟型數(shù)控系統(tǒng)選型 . - 18 - 第四章 電動刀架的選型 . - 19 - 第五章 編制零件工序及數(shù)控程序實例 . - 20 - 一機床改造參數(shù)的選擇 . - 20 - （一）車床縱向運動由 Z 向步進電動機控制 . - 20 - （二）車床橫向運動由 X 向步時電動機控制 . - 20 - 二程序設計 . - 20 - 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 （一）數(shù)控機床參數(shù)及約定 . - 20 - (二 ) 編程參數(shù)說明 . - 20 - 參考文獻 . - 25 - 體會 . - 26 - 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第一章 設計方案的確定 普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經過大量實踐證明， 將其改造為數(shù)控機床，無論是經濟上還是技術都是確實可行了。 一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。 本設計主要是對 微機對縱、橫進給系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)可采用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動等缺點，但其成本較低，經濟性較好，車床本身所進行的加工尺寸是粗、半精加工。驅動原件采用步進電動機。系統(tǒng)傳動主要有：滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動兩種，經比較分析：前者 傳動效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母傳動。刀架性能要求是準確快速的換刀，因此采用自動轉位刀架。 一 總體設計方案的確定 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 由于是對車床進行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動；驅動元件采用步進電動機；數(shù)控系統(tǒng)采用 架采用自動轉位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。 二 機械部分的改造設計與計算 將 普通車床改造成數(shù)控機床，除了增加控制系統(tǒng)外，機械部分也應進行相應的改造，其中包括：縱向和橫向進給系統(tǒng)的設計選型，以及自動轉位刀架的選型。 （一）縱向進給系統(tǒng)的設計選型 1、經濟數(shù)控車床的改造，采用步進電動驅動縱向進給，有兩種方案：一種是步進電機驅動絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機安裝在溜板箱上，驅動螺母傳動。對于車床的改造而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實用等方面考慮，所以將步進電機放在絲杠的左端。 2、縱向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條 件： 工作臺重量： W=8000N 時間常量： T=25 程： s=640 驅 角： 2=速進給速度： m/沖當量： 8p= 1）切削力的計算 由機床設計手冊得公式 （公式一） 其中 為傳動件的額定功率 主電機的額定功率，見使用說明書得： .5 從電機到所計算的傳動軸的傳動效率（不含軸承的效率） 從電機到傳動軸經過 皮帶輪和齒輪兩種傳動件傳動，所以 = 由機床設計手冊得 以： = 取 =即 N=4 又因為主傳動系統(tǒng)效率一般為 間，所以取 以 給效率） = 由機械加工工藝手冊得 31060 （公式二） 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 6120 式中 切削速度，設當其為中等轉速，工件直徑為中等 時，如 D=40 00m/切削力 6120 =機床設計手冊得主切削力 驗公式 ) (公式三 ) 對于一般切削情況，切削力中的指數(shù) 1 0 88 2=18802的計算結果如 下： 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 ) 2 2 2 3 3 3 f( ) z(N) 105 1524 1891 1681 2287 2837 為便于計算 ,所以取 切削深度 走刀量 f=以下計算以此為依據(jù)。 由機械床設計手冊得，在一般外圓車削時， y (z 取 z ) z=) （ 2）滾珠絲杠的設計計算 由經濟型數(shù)控機床總設計，綜合車床導軌絲杠的軸向力得 P=f（ Fz+w） (公式四 ) 其中 R=, f = 取 f =00) =) 1強度計算 壽命值 1060 （公式五） ni=000 （公式六） 由機床設計手冊得 5000h,原機床絲杠螺距為 60， D=80 =20(r/10150002060 =18 最大動負 Q=3 (公式七 ) 其中 運載系數(shù) 度系數(shù) Q=318 1 =) 根據(jù)最大動力負載荷 表選擇滾珠絲杠的型號為 1，查表得數(shù)控車床的縱向精度為 旋 即型號為 1/B 900 1000 其額定載荷是 3970N 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 2效率計算 根據(jù)機械基礎得，絲杠螺母副傳動效率為 =)4( 式八 ) 由機床設計手冊得 4一般為 8 12取 4=10 即：摩擦角 4=10，螺旋升角（中徑處） r=3 則 = )01523(523003 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載 式九 ) 其中 0 =1 E=106N/ 2 滾珠絲杠橫截面積 F=(2a) =（2 2) 則 9 =10機 床設計手冊， 900螺絲長度）為 25nm/m ，因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。 穩(wěn)定性驗算 由于原機床杠徑為 30 ，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為 50 ，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問題，無需驗算。 5 齒輪及轉矩的相關計算 此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機器，沒有特殊要求，從降低成本，減小結構尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選用 45 鋼調質，齒面硬定為 217255齒輪選用 45 正火，齒面硬度 169 217 傳動比 i=360892其中 2 表示步驅角， 89 表示脈沖當量 i=齒數(shù) 0, 3 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 模數(shù) m=2嚙合角為 200， 小齒輪齒寬為 25 ，大齒輪齒寬 20 。 d1= 30=30 d2= 63=126 m()=2 (30+2)=64 a=221 =212660=93 齒輪傳動精度 計算齒輪圓周速度 V V=411106= =4.2(m/s) 根據(jù)齒輪圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級側隙分別為： 小齒輪： 8齒輪： 8 6 傳動慣量的選擇 工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量 289180兀 )2W =()2 80 = 2 絲杠的轉動慣量 10(50 )4 2) 齒輪的轉動慣量 10(60 )4 2= 2) 10(126 )4 2= 2) 由于電機的 傳動 慣量很小，一般可忽略不記 所以總的傳動慣量為 21i (1 = ( 2) =. 2) 7所需轉動力矩的計算 快速空載啟動時所需力矩 M=f+ （公式十二） 最大切削負載時所需力矩 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 M=f+t （公式十三） 快速進給時所需力矩 M=O （公式十四） 式中 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩。 折算到電機軸上的磨擦力矩。 由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩。 切削時折算到電機軸上的加速度力矩。 折算到電機軸上的切削負載力矩。 10中 T= (公式十五 ) 當 n=a lo 2 =10 22000 =400(r/ 10=nt=1000 =1000 =r/ 10=Mf=2=2當 =f =， =MO=6(1當 =加荷 1O=6 )1(2 Mt=2= =買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 所以，快速空載啟動所需力矩 f+ 切削時所需力矩 快速進給時所需力矩 O =由以上計算可得 所需最大力矩 生快速啟動時 (二 ) 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算 （ 1） 橫向進給系統(tǒng)的設計 經濟數(shù)控車床改造的橫向進給系統(tǒng)一般是步進電機經減速后驅動滾珠絲杠 ,使刀架橫向運動 用法蘭盤將步進電機和機床大拖板連接起來 ,以保證其同軸度 ,提高傳動精度。 （ 2） 橫向進給系統(tǒng)的設計計算，已知條件 工作臺重量： W=3000N 時間常量： T=25 程： s=190 驅 角： 2=沖當量： 8p=速進給速度： m/1切削力的計算 橫向進給量約為縱向的2131,取21則橫向切削約為21縱向切削力 1F縱 z=21 ) 在切斷工件時 縱 z=) (3) 滾珠絲杠的計算 1強度的計算 對于燕尾型導軌 P=f () 其中， K=f =文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 P=(00) =) 壽命值 1060610150001560 =大動負載 Q=3Li 中 載系數(shù)） =1.2 定系數(shù) )=1 Q=3 1 ) 根據(jù)最大動負載荷的值 ,可選擇滾珠絲杠的型號 ,其公稱直徑為 35 ,型號為 1/90 290，額定動負載荷為 2520W，所以強度夠用。 2效率計算 =)4( 紋升角） =3 4（磨擦角） =10 =)01833(8333剛度驗算 滾珠絲杠受工 作負載， =F 46F=（2d） 2 其中為滾珠絲杠的外徑 =（234） 2 074 46 6 = 10 ) 因為滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化 化量 忽略不計，即 L= 即導程變化總誤差為 =L=10. m) 查表知 300 之內）為 15um/n ，所以剛度足夠。 4穩(wěn)定性驗算 由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗 算。 、齒輪及轉矩的相關計算 減速器為一般機器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結構、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用 45 鋼、調質，齒面硬度為 217 255齒輪選用 45鋼正火、齒面硬度為 169 217動比 i = 03608l P其中 8 表示步驅角； 8i= 0 8 3 3 6 0 0 所以，取 0， 9 M=2合角為 20 小齒輪齒寬為 25齒輪齒寬 為 20 d1= 30=60 d2= 99=198 m()=2 (30+2)=64 m()=2 (99+2)=202 a= 12 6 4 1 7 8 12922齒輪傳動精度 計算齒輪圓周速度 V V= 11443 . 1 4 6 0 1 0 0 0 4 . 2 ( / )1 0 6 6 1 0nd 根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側隙分別為： 小齒輪： 8齒輪： 8、傳動慣量計算 工作臺質量折算到電機軸上的傳動慣量 21 8 0 8 1 8 0 0 . 0 5 304 3 . 1 4 0 . 7 5P W =絲杠轉動慣量： 1010 . 2) 齒輪的傳動的慣量 10M=1064 2 = . 2) 10M=10 198 ） 2 2 = . 2) 由于電機傳動慣量很小，可以忽略不計，因此總的轉動慣量 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 J= 11i (+1 = + = . 2) 所需轉動力矩的計算 m a x . 1 0 0 0 3 . 3 4 1 2 . 5 ( / m i n )8Vi 44. m a x 2 4 . 2 2 4 1 2 . 51 0 1 09 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5 = 0 0 1 0 0 0 1 0 0 3 . 3 0 . 23 . 1 4 8 6 0V f =r/442 4 . 2 2 4 3 . 7 91 0 1 09 . 6 9 . 6 0 . 0 2 5J h l = 0 0122F L f W 其中， f = =0 . 2 3 0 0 . 8 0 . 2 8 9 5 ( . )2 3 . 1 4 3 . 3 0 . 8 k g f c m = 220 0 4 5 . 3 5 0 . 8 (1 0 . 9 )(1 )6 0 . 0 2 9FL i = 4 5 . 3 5 0 . 82 2 3 . 1 4 0 . 8 3 . 3FL i = 所以，快速空載啟動時所需轉矩 M=f=切削的所需力矩 f+t =快速啟動時所需力矩 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 o =即最大轉矩發(fā)生在快速啟動時 即 第二章 步進電動機的選擇 一步進電動機選用原則 合理選用步進電機是比較復雜的問題，需根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經過分析后才能正確的選擇 。 （一） ，步距角應滿足： = i 傳動比 系統(tǒng)對步進電機所驅動部件的最小轉角 （二） 精度 步進電機的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉子從任意位置開始，經過任意步后，轉子的實際轉角與理論轉角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實用，所選用的步進電機應滿足。 i 式中 步進電機的積累誤差。 系統(tǒng)對步進電機驅動部分允許的角度誤差。 （三）轉距 為了使步進電機正常運行（不失步 、不越步）正常啟動并滿足對轉速的要求，必須考慮； 啟動力矩，一般啟動力矩選取為 q 電機啟動力矩 電機靜負載力矩 在要求在運行頻率范圍內，電機運行力矩應大于電動機的靜載力矩與電動機的轉動慣量（包含負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。 (四 ) 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨負載力矩和轉動慣量的增大而降低，因此相應負載力矩和轉動慣量的極限啟動頻率應滿足： m 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 其中 極限啟動頻率 m 要求步進電 機最高啟動頻率 二步進電機的選型 （一） 向進給系流步進電機的確定 為了滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式。查手冊得知：以步進電機最大靜轉矩 200060 綜 合考慮，查表選用 110 （二） 向進給系流步進電機的確定 0 4 . 2 0 7 9 1 0 5 . 2 ( . )0 . 4 0 . 4 c m電動機選用三相六拍工作方式 查手冊得 Mq/1 0 5 . 2 1 2 1 . 5 ( . )0 . 8 6 6 0 . 8 6 6 c m=步進電機的最高工作頻率 m a x 1 0 0 0 3 3 3 3 . 3 ( )6 0 8 9 6 0 0 . 0 0 5V 綜合考慮，查表選用 110夠滿足使用要求。 （三） 110直流 步進電機主要技術參數(shù) 電機型號 相數(shù) 步驅角 電壓 相電流 最大轉矩 最高空載啟動率 110 0 6 80） 1500 運行頻率 轉子轉動慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑 7000 相六拍 6 110 160 11 參考價 原型號 350 文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 （四） 110直流步進電機主要技術參數(shù) 電機型號 相數(shù) 步驅角 電壓 相電流 最大轉矩 最高空載啟動率 110 0 4 50） 500 運行頻率 轉子轉動慣量 線圈電阻 分配方式 重量 外徑 長度 軸徑 相六拍 10 110 11 參考價 原型號 350 三章經濟型數(shù)控系統(tǒng)選型 用數(shù)控機床工工件時，首先應編制零件加工程序。這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主動的變速、啟動、停止、進給運動的方向速度和位移量，以及刀具選擇交換，工件裝夾和冷卻潤滑的開關等動作，使刀具與被加工零件以及其它 輔助裝置嚴格按照加工程序規(guī)定的順序、運行軌跡和運行參數(shù)進行工作，從而達到加工出符含合要求零件的目的。 要有 種系統(tǒng)。經過實際比較分析， 統(tǒng)的核心是 列的 8031 單片微機，其采用 自動完成車削端面、內外圓、倒角等功能，并配有完備的 S、 T、 系統(tǒng)爾采用模塊化設計，內部有計算機等四種模塊。更換維修方便快速。 統(tǒng)結構簡單，集成度高，工藝先進，性能穩(wěn)定，可維修 性很大。 根據(jù)實際生產需要，以及數(shù)控系統(tǒng)的要求，經過實際比較分析，選用 中又以 能較強、操作使用更方便。所以，決定使用 生產廠家 南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司 型 號 戶容量 24K 設定單位 X=Z=制軸數(shù) X、 Z 聯(lián)動軸數(shù) 二軸 編程尺寸 速（ X/Z）向 3/6m/功能 功能 功能 T、 X 進電機 110作電源 220V 10% 50文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 控制精度 1步 功耗 W 360 環(huán)境溫度 0 40 相對濕度 80%（ 25） 外形尺寸（ 340 400 200 系流重量（ 17 第四章 電動刀架的選型 自動轉位刀架的設計是普通機床，數(shù)控改造的關鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結構復雜，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回轉 直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。 電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可但要注意兩點： 1) 電動刀臺的兩側面應與車床的橫向進給方向平行。 2) 電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側面先走線到車床后面，再沿車床后導軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。 綜合各方面因素，選用常州武進機床數(shù)控設備廠生產的 機床型號 位數(shù) 4 電機功率（ W） 120 電機轉速 1400r/緊力 1 切體尺寸 152 152 下刀體尺 161 171 配車床型號 復定位精度 作可靠性 30000次 換刀時間 90 ） 180 ） 270 ） 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第五章 編制零件工序及數(shù)控程序實例 一機床改造參數(shù)的選擇 （一）車床縱向運動由 Z 向步進電動機控制 110配套絲杠螺距為 10 泳沖當量： 改造 后的泳沖當量： （二）車床橫向運動由 X 向步時電動機控制 110配套絲杠螺距為 8 脈沖當量： 改造后的脈沖當量： 二程序設計 （一）數(shù)控機床參數(shù)及約定 脈沖當量： X 向（橫向）為 向）為： 坐標原點為： 0點 加工起點為： 安裝方法：零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專用芯軸方式定位。 使用方法：專用組合車刀、切刀 加工工序說明：此工序為精車加工，零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺寸預留精車余量 (二 ) 編程參數(shù)說明 加工編程中以球頭車刀圓心與加工起點相重合 187外圓處侄角計算， 見圖一。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 因為 =2 所以 2 =D=C/=2E=1 2F=03F=2+刀路線工藝圖，見圖二 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 見立體圖 3、編制程序 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 030 050 070 090 140 130 150 170 180 03 01 48 01 01 04 04 021 04 44 80 42、 48 4 76 6 文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 04 04 01 01 01 01 04 04 22 01 01 04 187 2 57 201 52 4 73 66 410 430 450 470 490 510 04 04 04 04 01 76 60 58 201