1、12機制對口課程設計：C616型普通車床目錄序言 -3一、 設計方案的確定-4（一） 設計任務-4（二） 總體設計方案的確定-4二、機械部分改造與設計-4（一） 縱向進給系統(tǒng)的設計與計算-4（二） 橫向進給系統(tǒng)的設計與計算-10三、步進電機的選擇-13（一）步進電機選用的基本原則-13（二）步進電機的選擇-14四、機床導軌改造-15五、自動轉位刀架的選用-16六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)的選用-17七、典型零件的工藝設計及應用程序的編制-18（一）工藝分析-18（二）工作坐標系的設定-19（三）手動鉆孔-19（四）編制加工程序-19小結-21一、設計方案的確定C616型車床是一種加工效率高

2、，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟效果。（一） 設計任務本設計任務是對C616普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱橫進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制。縱向脈沖當量為0.01mm/脈沖，橫向脈沖當量為0.005mm/脈沖，驅動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉位刀架。(二)總體設計方案的確定由于是經(jīng)濟型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關資料以及數(shù)控車床的改造經(jīng)驗，確定總體方案為:采用微機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由I/O接口輸出步進脈沖。經(jīng)一級齒輪

3、減速后,帶動滾珠絲杠轉動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進給運動。二、機械部分改造設計與計算1 縱向進給系統(tǒng)的設計經(jīng)濟型數(shù)控車床的改造一般是步進電機經(jīng)減速驅動絲杠，螺母固定在溜板箱上，帶動刀架左右移動。步進電機的布置，可放在絲杠的任意一端。對車床改造來說，外觀不必象產(chǎn)品設計要求那么高，而從改造方便、實用方面來考慮，一般把步進電機放在縱向絲杠的右端。2 縱向進給系統(tǒng)的設計計算 已知條件： 工作臺重量： W=80kgf=80N(根據(jù)圖紙粗略計算)時間常數(shù)： T=25ms滾珠絲杠基本導程：L0=6mm行程： S=640mm脈沖當量： p=0.01mm/step步距角： =0.75/step快速進給速度： Vma

4、x=2mm/min(1)切削計算 由機床設計手冊可知，切削功率Nc=NK式中 N電機功率，查機床說明書，N=4KW； 主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.60.7取=0.65； K進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。則： Nc=40.650.96=2.496KW又因為 NC= FZ=所以 式中 v切削線速度，取v=100m/min。主切削力 FZ =152.76(kgf)=1527.6(N)由金屬切削原理可知，主切削力 FZ=CFz apx Fz fYFz KFz查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1則可計算FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ

5、計算結果ap(mm)222888f(mm)0.20.30.40.20.30.4FZ(N)112515241891168722872837當FZ=1520N 時，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此參數(shù)做為下面計算的依據(jù)。從機床設計手冊中可知，在一般外圓車削時： FX =（0.10.6）FZ FZ=(0.150.7) FZ取： FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.61527.6=916.5N(2)滾珠絲杠設計計算綜合導軌車床絲杠的軸向力： P=KFX+f(FZ+W)式中 K=1.15，f=0.150.18，取為0.16。則 P=1.1576

6、3.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N1) 強度計算：壽命值 L1=n1=取工件直徑 D=80 mm,查表得T I=15000h則：n1=20r/minL1=18最大動負載 Q=查表得： 運轉系數(shù) fw=1.2 硬度系數(shù) fH=1則Q=1.211250.8=39933.6N根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取FC1B系列，滾珠絲杠直徑為32mm,型號為FC1B3265E2，其額定動載荷是10689N，所以強度足夠用。2）效率計算：根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： =式中 摩擦角=10螺旋升角=325則=3)剛度驗算

7、：滾珠絲杠受到工作負載P引起的導程的變化量 L1=式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6166N/ cm2。滾珠絲杠截面積 F=()2=（）23.14則 L1=5.910-6滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量L2很小,可忽略,即：L=L1。所以：導程變形總誤差為 =5.910-6=9.8m/m查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15m/m，故剛度足夠。4）穩(wěn)定性驗算：由于機床原絲杠直徑為30mm，現(xiàn)選用的滾珠絲杠直徑為32 mm，支承方式不變，所以穩(wěn)定性不存在問題。(3)齒輪及轉距的有關計算1）有關齒輪計算傳動比 i=1.25故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm

8、 =20 d1=m Z1=232=64mm d2= m Z2=240=80mm d1 =d1 +2ha*=68mm d2=d2+2ha*=84mm=722) 轉動慣量計算工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量：J1=()2W=()280=0.4682 =4.68N2絲杠的轉動慣量：JS=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3=11.4752=114.75N2齒輪的轉動慣量：JZ1=7.810-46.442=2.6172=26.17 N2JZ2=7.810-4842=6.392=63.9 N2電機轉動慣量很小可以忽略。因此,總的轉動慣量：J=(JS+JZ2)+ JZ1+ J1=(1

9、1.475+6.39)+2.617+0.468=14.5192=145.19N23）所需轉動力矩計算快速空載啟動時所需力矩M=MamaxMfM0最大切削負載時所需力矩 M=MatMfM0Mt快速進給時所需力矩M= MfM0式中 Mamax 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； Mf 折算到電機軸上的摩擦力矩； M0 由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； Mat 切削時折算到電機軸上的加速度力矩； Mt 折算到電機軸上的切削負載力矩。Ma=10-4Nm當n=nmax時 Mamax =Ma nmax=416.7r/minMamax=10-4=2.52Nm=25.72f當n=nt時

10、Ma=Matnt=24.88r/minMat=10-4=0.1505Nm=1.536fMf =當0=0.8 f=0.16時Mf =1.223f M0 =(1-02)當0=0.9時預加載荷P0=Fx則：M0=0.462f=4.62NMt=7.297f=72.97 N所以, 快速空載啟動時所需力矩：M=MamaxMfM0=25.721.2230.462=27.405f=274.05N切削時所需力矩：M=MatMfM0Mt=1.5361.2230.4627.297=10.518f=105.18 N快速進給時所需力矩：M= MfM0=1.2230.462=1.685f=16.85 N由以上分析計算可知

11、：所需最大力矩Mmax發(fā)生在快速啟動時，Mmax=27.405f=274.05 N(二)橫向進給系統(tǒng)的設計和計算1. 橫向進給系統(tǒng)的設計經(jīng)濟型數(shù)控改造的橫向進給系統(tǒng)的設計比較簡單,一般是步進電機經(jīng)減速后驅動滾珠絲杠,使刀架橫向運動。步進電機安裝在大拖板上，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)的設計和計算由于橫向進給系統(tǒng)的設計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結果。已知條件：工作臺重（根據(jù)圖紙粗略計算） W=30f=300N時間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導程 L0=4 左旋行程 S=190脈沖當量 p=0.005/step步距角

12、 =0.75/ step快速進給速度 vmax=1m/min(1)切削力計算 橫向進給量為縱向的1/21/3，取1/2，則切削力約為縱向的1/2FZ=0.5152.76=76.38f=763.8N在切斷工件時：Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19f=381.9N(2)滾珠絲杠設計計算1）強度計算：對于燕尾型導軌：P=KFyf(FzW)取K=1.4 f=0.2則P=1.438.190.2(76.3830)=74.74f=747.4N壽命值 L1=13.5最大動負載Q=213.55f=2135.5N根據(jù)最大動負載Q的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產(chǎn)品樣本選取F

13、C1B系列，滾珠絲杠公稱直徑為20，型號為FC1B2045E2左，其額定動負載為5393N，所以強度足夠用。2）效率計算：螺旋升角=338，摩擦角=10則傳動效率=0.9563）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載P引起的導程的變化量L1=5.9610-6滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量L2很小，可忽略，即：L=L1所以導程變形總誤差為=查表知E級精度絲杠允許的螺旋誤差（1m長）為15m/m，故剛度足夠。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同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸空，一端固定，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。(3)齒輪及轉矩有關計算1）有關齒輪計算傳動比 i=故取

14、 Z1=18 Z2=30 m =2 b=20 =20 d1=36 d2=20 d1 =40 d1=64 a=482)傳動慣量計算工作臺質量折算到電機軸上的轉動慣量：J1=2絲杠的轉動慣量：JS=7.810-4D4L1=7.810-42450=0.6242齒輪的轉動慣量：JZ1=7.810-43.642=0.2622JZ2=7.810-4642=2.0222電機轉動慣量很小可以忽略。因此，總的轉動慣量：J=1.25823）所需轉動力矩計算nmax=Mamax=Nm=2.23fnt=33.17r/minMat=0.0174 Nm=0.1775 fMf=0.287f=0.028 NmM0=0.116