畢業(yè)設計論文C616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床全套圖紙

1、畢 業(yè) 設 計（論 文）設計（論文）題目：c616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床全套cad圖紙，聯(lián)系153893706系 別：機械工程系專 業(yè)：機電一體化班 級：02機電（1）姓 名： 學 號：1 指導老師：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

2、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-21參考文獻-22序言畢業(yè)設計課題：c616型普通車床改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床課題簡介：本課題是圍繞將普通機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床展開設計的，經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設備中占有較大比重的普通車床改

3、造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應變能力，增強企業(yè)的競爭能力。利用微機改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應該解決的問題是如何將機械傳動的進給和手工控制的刀架轉位，進給改造成由計算機控制的刀架自動轉位以及自動進給加工車床，即經(jīng)濟型數(shù)控車床。 進行數(shù)控機床的改造是非常有必要的。數(shù)控機床可以很好地解決形狀復雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機床的運用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機床價格昂貴，一次性投資巨大等，因

4、此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。現(xiàn)我選用c616普通車床為例進行數(shù)控改造。一、設計方案的確定c616型車床是一種加工效率高，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?？v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

5、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=8

6、0kgf=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： vmax=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=4×0.65×0.96=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(kg

7、f)=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?。?fx=0.5 fz=

8、0.5×1527.6=763.8n fy=0.6 fz=0.6×1527.6=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=1.15×763.8+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=×1.2×1×1250.8=3

9、9933.6n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fc1b32×65e2，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=3°25則=3)剛度驗算：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=20.6×166n/ cm2。滾珠絲杠截面積 f=()2=（）2×3.14則 l1=±=±5.9×10-6

10、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 =×5.9×10-6=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 =20° d1=m z1=2×32=64mm d2= m z2=2×40=80mm d1 =d1 +2ha*=68mm d2

11、=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=()2×80=0.468·2 =4.68n·2絲杠的轉動慣量：js=7.8×10-4×d4l1=7.8×10-4×3.24×140.3=11.475·2=114.75n·2齒輪的轉動慣量：jz1=7.8×10-4×6.44×2=2.617·2=26.17 n·2jz2=7.8×10-4×84×2=6.39·

12、2=63.9 n·2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=(11.475+6.39)+2.617+0.468=14.519·2=145.19n·23）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

13、=×10-4n·m當n=nmax時 mamax =ma nmax=416.7r/minmamax=×10-4=2.52n·m=25.72f·當n=nt時 ma=matnt=24.88r/minmat=×10-4=0.1505n·m=1.536f·mf =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·=4.62n·mt=7.297f·=72.97 n·所以, 快速空載啟動時所需力矩：m=

14、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：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

15、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 =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=0.5×152.76=76.38

16、f=763.8n在切斷工件時：fy=0.5 fz=0.5×76.38=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=1.4×38.190.2(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fc1b系列，滾珠絲杠公稱直徑為20，型號為fc1b20×45e2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=3°

17、;38，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=±=±=±5.96×10-6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 z1=18 z2=30 m =2 b=20 =20° d1=36 d

18、2=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=7.8×10-4×d4l1=7.8×10-4×24×50=0.624·2齒輪的轉動慣量：jz1=7.8×10-4×3.64×2=0.262·2jz2=7.8×10-4×64×2=2.022·2電機轉動慣量很小可以忽略。因此，總的轉動慣量：j=1.258·23）所需轉動力矩計算nmax=mamax=n·

19、m=2.23f·nt=33.17r/minmat=0.0174 n·m=0.1775 f·mf=0.287f·=0.028 n·mm0=0.116f·=0.011 n·mmt=1.824f·=0.182 n·m所以，快速空載啟動時所需轉矩：m=mamaxmfm0=2.230.2870.116=2.633f·=26.33n·切削時所需力矩：m=matmfm0mt=0.17740.2870.1161.824=2.404f·=24.04 n·快速進給時所需力矩：m= mf

20、m0=0.2870.116=0.403f·=4.03 n·從以上計算可知：最大轉矩發(fā)生在快速啟動時，mmax=2.633f·=26.33 n·三、步進電機的選擇(一) 步進電機的選擇的基本原則合理選用步進電機是比較復雜的問題，需要根據(jù)電機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確選擇?，F(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則介紹如下：1 步距角步距角應滿足：式中 i傳動比 min系統(tǒng)對步進電機所驅動部件的最小轉角。2 精度步進電機的精度可用步矩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(jīng)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

21、精度比較實用。所以選用不進電機應滿足qis式中 q步進電機的積累誤差； s系統(tǒng)對步進電機驅動部件允許的角度誤差。3轉矩 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：1）啟動力矩 一般啟動力矩選取為：mq式中 mq電動機啟動力矩； ml0電動機靜負載力矩。根據(jù)步進電機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。mjm為步進電機的最大靜轉矩，是步進電機技術數(shù)據(jù)中給出的。表(2) 步進電機相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表運行方式相數(shù)33445566拍數(shù)3648510612mg /mjm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.8662）在要求的運行

22、頻率范圍內，電動機運行力矩應大于電動機的靜載力力矩與電動機轉動慣量（包括負載的轉動慣量）引起的慣性矩之和。3 啟動頻率 由于步進電機的啟動頻率隨著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：ftfcpm式中 ft極限啟動頻率； fcpm要求步進電機最高啟動頻率。（二）步進電機的選擇 1c616縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定mq = 685.125 n·為滿足最小步矩要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知：mq/mjm=0.866所以步進電機最大靜轉矩mjm為：mjm=791.14 n·步進電機最高工作頻率fmax=hz綜合考慮，查表選用11

23、0bf003型直流步進電機，能滿足使用要求。4 c616橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定mq = n·電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知：mq/mjm=0.866所以，步進電機最大靜轉矩mjm為：mjm= n·步進電機最高工作頻率fmax=3333.3 hz為了便于設計和采購，仍選用110bf003型直流步進電機，能滿足使用要求。四、機床導軌改造臥式車床上的運動部件，如刀架、工作臺都是沿著機床導軌面運動的。導軌就是支承和導向，即支承運動部件并保證運動部件在外力作用下，能準確的沿著一定的方向運動。導軌的導向精度、精度保持性和低速運動平穩(wěn)性，直接影響機床的加工精度、承載能力和使用性

24、能。數(shù)控機床上，常使用滑動導軌和滾動導軌。滾動導軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟型數(shù)控一般不使用滾動導軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導軌，將太大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控改造一般仍使用滑動導軌。滑動導軌具有結構簡單，剛性好，抗振性強等優(yōu)點。普通機床的導軌一般是鑄鐵鑄鐵或鑄鐵淬火鋼導軌。這種導軌的缺點是靜摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，影響行動平穩(wěn)性和定位精度，為克服滑動導軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機床導軌進行修整后貼塑，使其成為貼塑導軌。貼塑導軌摩擦系數(shù)小，且動靜摩擦

25、系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強、加工性和化學性能穩(wěn)定，且 有良好的自潤滑性和抗振性，加工簡單，成本低。目前應用較多的聚四氟乙?。╬tee）貼塑軟帶，如美國生產(chǎn)的twrciteb和我國生產(chǎn)的tsf軟帶材料，次、此種軟帶厚度為0.8、1.6、3.2等幾種規(guī)格?？紤]承載變形，宜厚度小的規(guī)格，如果考慮到加工余量，選用厚度為1.6為宜。貼塑軟帶粘貼工藝非常簡單，可直接粘結在原有的滑動導軌面上，不受導軌形式的限制，各種組合形式的滑動導軌均可粘結。粘結前按導軌精度要求對金屬導軌面進行加工修理。根據(jù)導軌尺寸長度放大34，切下貼塑軟帶。金屬粘結面與軟帶結面應清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結

26、，加壓固化，待其完全固化后進行修整加工。作為導軌面的表面，根據(jù)需要可進行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。五、自動轉位刀架的選用自動轉位刀架的選用是普通機床數(shù)控改造機械方面的關鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉位刀架，具有重復定位精度高，工件剛性好，性能可靠，使用壽命長以及工藝性能襖等優(yōu)點。經(jīng)濟型數(shù)控車床的自動刀架，在生產(chǎn)中最常用的是常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的系列刀架，具有重復定位精度高，工作剛性好，使用壽命長，工藝性能好等優(yōu)點達到國內先進水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進機床數(shù)控設備廠生產(chǎn)的ld4工型系列四工位自動刀架。c616適配刀架。刀架技術參數(shù)：刀位數(shù)：4電動功率：60

27、w電機轉速：1400r/min夾緊力：1t上刀體尺寸：152×152下刀體尺寸：161×171技術指標：重復定位精度：0.005工作可靠性：30000次換刀時間：90° 180° 270°2.9s 3.4s 3.9s六、經(jīng)濟型數(shù)控機床改造時數(shù)控系統(tǒng)選用數(shù)控系統(tǒng)是一臺數(shù)控機床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機床數(shù)控改造中是至關重要的現(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性選擇為開環(huán)伺服系統(tǒng)為jwk15t?，F(xiàn)將該經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)性能參數(shù)列表如下：1生產(chǎn)廠家南京微分電機廠江南機床數(shù)控工程公司2用戶容量24k3設定單位x=0.005 z=0.014控制軸數(shù)x、z兩軸5聯(lián)動軸數(shù) 二

28、軸6編程尺寸±9999.997快速(x/z)向316/8g功能g00g04 g22g29 g32、g33、g36、g37、g9、g80、g929m功能m00m09 m20m29 m92m9910s功能s01s04 s05s1011t功能t1xt8x12步進電機220v ±10%50hz13控制精度1步14功耗w36015環(huán)境溫度040°c16相對溫度80%（25°c）17外形尺寸（）340×400×22018系統(tǒng)重量17 kg七、典型零件的工藝設計及應用程序編制所需加工零件的材料為45號鋼，加工零件如下圖所示：（一）工藝分析1、該零件

29、分七個工步來完成加工，即先用16的麻花鉆來鉆孔；再粗車外圓；第三步粗鏜孔；第四步精鏜內孔；第五步精車外圓；第六步車m30的細牙螺紋（螺距f=0.75）；最后切斷。2、較為突出的問題是如何保證38、18和長度50的尺寸公差，長度方向的中間凹槽，粗車、粗車刀的副偏角大于45°，棒料伸出三爪卡盤65mm裝夾工件。3、選擇01號車刀（副偏角大于45°），02號螺距紋刀、03號內孔鏜刀，04號割槽刀共四把刀。4、g73進行外圓粗加工時，單邊粗車吃刀量1.75，u=1.75，r是切削次數(shù)4次，精車余量0.5mm；g71進行內孔粗加工時，單邊粗車吃刀量1mm,u=1,r退刀量的值0.5m

30、m,精車余量0.5mm。（二）工件坐標系的設定 選取工件的右端面的中心點o為工件坐標系的原點。（三）手動鉆孔夾好工件，用16的麻花鉆手動鉆孔，孔深55mm。（四）編制加工程序n001 g94g54t1m03s700m08n002 g00z0x32n003 g01x-1f30n004 g00z1x30.6n005 g01z-44f80n006 g00x31z1n007 g00x27n008 go1z-22.4f80n009 g00x28z1n010 g00x25n011 g01z-22.4f80n012 g00x26z1n013 g00x23.9n014 g01z-20n015 g00z1x25

31、n016 g00x80z120m09m05n017 t2m06m08m03n018 g00z0x24n019 g01x2.5f30n020 g01x23.9 chf=2n021 g01z-8f80n022 g01x22z-9.6 n023 g01z-19.8n024 g01x24.6n025 g01x27n026 g01x30.5z-38.4n027 g01z-44n028 g00x31z-8 n029 g00x24n030 g01x23.9n031 g01x20.8z-9.6 n032 g01z-19.8n033 g02x24.6z-22.4cr=5.6f50n034 go1x30.4z-38.4n035 g01z-44n036 g00x80z100m09m05n037 t3m06m08m03n038 g00z3x23.3n039 g33z-11k=0.75n040 g00x25n041 g00z3n042 g00x23.1n043 g33z-11k=0.75n044 g00x25n045 g00z3n046 g00x2