用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為320毫米普通車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)畢...+-+

1、 準(zhǔn)考證號(hào)：本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用微機(jī)數(shù)控技術(shù)改造最大加工直徑為320毫米普通車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng) 學(xué) 院： 江西科技學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化工程 班 級(jí)： 10機(jī)電四（2）班 學(xué)生姓名： 蘇勝偉 指導(dǎo)老師： 何暉暉 完成日期： 二0一三年十月二十日本科論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名（手寫(xiě)）： 簽字日期：

2、年 月 日 本科論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江西科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名（手寫(xiě)）： 指導(dǎo)老師簽名（手寫(xiě)）： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日目 錄緒論5一、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定6二、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算61、設(shè)計(jì)參數(shù)62、進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算73、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型8（1）縱向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型8（2

3、）橫向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型124、輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算16（1）縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比及齒輪幾何參數(shù)16(2）橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算165、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型18（1）縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型18橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型21三、數(shù)控機(jī)床零件加工程序26四、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖（略）27五、繪制微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路圖（略）27總結(jié)27主要參考文獻(xiàn)28摘要普通車(chē)床是金屬切削加工最常用的一類(lèi)機(jī)床。普通機(jī)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱變速后，由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好，改變參數(shù)時(shí)要停車(chē)進(jìn)行操作。刀架的縱向

4、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改為用微機(jī)控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車(chē)床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。由于加工過(guò)程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車(chē)床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車(chē)削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工。關(guān)鍵詞：普通車(chē)床；微機(jī)數(shù)控；改造；提升效率、加工精度一、數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的擬定接到一個(gè)數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)任務(wù)

5、以后，必須首先擬定總體方案，繪制系統(tǒng)總體框圖，才能決定各種設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，然后再分別對(duì)機(jī)械部分和電器部分、現(xiàn)已機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床為例,分析總體方案擬定的基本內(nèi)容。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定包括以下內(nèi)容：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求提出數(shù)個(gè)總體方案，進(jìn)行綜合分析、比較和論證，最后確定一個(gè)可行的總體方案。二、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)參數(shù)用微機(jī)數(shù)控技術(shù) 改造最大加工直徑為320毫米普通車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)最大 加工直徑（mm）： 在床身上：320 在床鞍上：175最大加工長(zhǎng)度（mm）： 750溜板

6、及刀架重量（N）： 橫向：400 縱向：800刀架快移速度（m/min）： 橫向：1 縱向：2最大進(jìn)給速度（m/min）： 橫向：0.4 縱向：0.8最小分辨率 （mm）： 橫向：0.005 縱向：0.01定位精度（mm）： 0.02主電機(jī)功率（KW）： 3啟動(dòng)加速時(shí)間（ms）： 252、進(jìn)給伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力計(jì)算（1） 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定。對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，縱向常采用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/step。（2）計(jì)算切削力 1）縱車(chē)外圓主切削力(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估

7、算： =按切削力各分力比例： 得：=958.8(N)=1534.1(N)2）.橫切端面主切削力=1917.65(N)按切削力各分力比例：=479.4(N)=767.06(N)3、滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型（1）縱向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型 1）計(jì)算進(jìn)給軸向力(N)按縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 式中K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)0.150.18 初選0.16G溜板及刀架重力800N則=1.15×958.8+0.16×（3835+800）=1844.7（N） 2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Qn=1000×0.5/式中 L 為絲杠壽命，以轉(zhuǎn)為1單位

8、。 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.21.5； 初選1.2 最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最大進(jìn)給速度的1/21/3；此處=0.6mmT 使用壽命，按15000h； 為絲杠的基本導(dǎo)程，初選=6mm；n=1000×0.5/=1000×0.5/6=83.33（r/min）Q=×1.2×1844.7=988.5C=787.3 3）滾珠絲杠副的選型初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷不得小于最大動(dòng)載荷C；查閱數(shù)控設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)得到：采用外循環(huán)螺紋調(diào)整的雙螺母滾珠絲杠副，1列2.5圈，額定動(dòng)載荷14200N，精度等級(jí)按表2-12選為3級(jí)。 4）傳動(dòng)效率計(jì)算式中為的螺

9、旋升角，；為摩擦角取滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004； 5）縱向滾珠絲杠剛度驗(yàn)算畫(huà)出縱向進(jìn)給滾珠絲杠的支撐方式，根據(jù)最大軸向力小于剛度，支撐間距L=900mm。絲杠螺母副及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊為最大軸向負(fù)荷的。a: 絲杠的拉伸或壓縮變形已知=1844.7N，D=30mm，查出可算出：由于兩邊都用向心力推力球軸承且絲桿又進(jìn)行可預(yù)拉伸，故其拉力剛度可以提高4倍，其實(shí)際變形量為：b: 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形，查畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)中圖，W系列2.5卷滾珠和螺紋滾道接觸變形：加了預(yù)緊:定位誤差根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可得：因小于0.02mm定位精確 縱向滾珠絲杠副幾何參數(shù) 滾珠絲杠幾何參數(shù)名 稱(chēng)符號(hào)計(jì)算公式螺紋滾道

10、公稱(chēng)直徑30導(dǎo)程6接觸角鋼球直徑（mm）3.969滾道法面半徑2.064偏心距0.056螺旋升角螺桿螺桿外徑29螺桿內(nèi)徑25.987螺桿接觸直徑28.56螺母螺母螺紋直徑34.016螺母內(nèi)徑30.8 6）穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠兩端面推理軸承不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象故不需作穩(wěn)定性校核（2）橫向滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型1）計(jì)算進(jìn)給軸向力按橫向進(jìn)給為燕尾形導(dǎo)軌： 式中 K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，燕尾形導(dǎo)軌?。换瑒?dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：=0.2；溜板及刀架重力，=500N。則: 2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載Q式中 為絲杠的基本導(dǎo)程，初選 最大切削力條件下的進(jìn)給速度，可取最大進(jìn)給速度的1/21/3，此處=0.3m/min；

11、使用壽命，按15000h； 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.21.5； 初選1.2 為絲杠轉(zhuǎn)速； 為絲杠壽命，以轉(zhuǎn)為1單位； 3）滾珠絲杠副的選型 橫向滾珠絲杠副幾何參數(shù)：滾珠絲杠幾何參數(shù)名 稱(chēng)符號(hào)計(jì)算公式螺紋滾道公稱(chēng)直徑30導(dǎo)程6接觸角鋼球直徑（mm）3.969滾道法面半徑2.064偏心距0.056螺旋升角螺桿螺桿外徑29螺桿內(nèi)徑25.987螺桿接觸直徑28.56螺母螺母螺紋直徑34.016螺母內(nèi)徑30.8初選滾珠絲杠副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動(dòng)載荷不得小于最大動(dòng)載荷C；查閱數(shù)控設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)得到：采用型外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副，1列2.5圈，額定動(dòng)載荷10700N，精度等級(jí)為3級(jí)。 4）傳動(dòng)效率計(jì)算式

12、中為的螺旋升角，；為摩擦角取滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004；5）橫向滾珠絲杠剛度驗(yàn)算a: 畫(huà)出橫向進(jìn)給滾珠絲杠的支撐方式，根據(jù)最大軸向力，支撐間距 L=330mm。因絲杠長(zhǎng)度較短，不需預(yù)緊，螺母及軸承預(yù)緊。b: 絲杠的拉深或壓縮變形已知，D=30mm，可以算出：查數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)：因進(jìn)行預(yù)緊： 滾珠絲桿的彈性變形量，根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式： 則C: 定位誤差：顯然，變形量已大于定位精度（0.02mm）的要求，應(yīng)采取相應(yīng)的措施修改，因橫向溜板限制，不宜加大滾珠絲桿直徑，故采用貼塑導(dǎo)軌，減小摩擦力，從而減小軸向力，重新計(jì)算如下：K考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合型導(dǎo)軌取K=1.4；G溜板及刀架重力，由

13、已知G=400N最大牽引力：，查出：可算出：（2）滾珠與螺紋滾道間接接觸變形 查數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) 因進(jìn)行預(yù)緊 （3）滾珠絲桿總的彈性變形量：根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式：則 （4）定位誤差經(jīng)過(guò)上面計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)滿(mǎn)足精度要求6） 壓桿穩(wěn)定性校 滾珠絲杠兩端面推理軸承不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象故不需作穩(wěn)定性校核4、輪進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算（1）縱向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比及齒輪幾何參數(shù) 縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量；滾珠絲杠導(dǎo)程；初選步進(jìn)電機(jī)步距；可得：； 可選齒數(shù)為：； 20 齒數(shù)203024402030分度圓406048804060齒頂圓446452844464齒根圓355543753555齒寬202020202020中心距506450

14、(2）橫向進(jìn)給齒輪箱傳動(dòng)比計(jì)算橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量；滾珠絲杠導(dǎo)程；初選步進(jìn)電機(jī)步距角；可得：；可選齒數(shù)為：因進(jìn)給運(yùn)動(dòng)齒輪受力不大，模數(shù)取25、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型（1）縱向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 1） 縱向機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)選型： 1.計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm式中：-脈沖當(dāng)量（mm/step）： -進(jìn)給牽引力： -步角距，初選雙排制為：所選電機(jī)為86BYG2593-SAFRBL-0202反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ；對(duì)于齒輪、軸、絲杠等圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：；則：代入上式：2）電機(jī)力矩計(jì)算 機(jī)床在不同的工況下，所需的力矩也不同，分別計(jì)算：快速空載起動(dòng)力矩：在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，

15、其計(jì)算公式為：；式中 為快速空載起動(dòng)力矩；為空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩； 為折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；其它符號(hào)意義同前。；起動(dòng)加速時(shí)間；折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：；式中 為導(dǎo)軌的摩擦力，；其它參數(shù)含義及取值同前， 為傳動(dòng)鏈總效率，一般可取，這里取；附加摩擦力矩：；式中 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取； 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取；其它符號(hào)含義取值同上。；將數(shù)據(jù)代入公式：；快速移動(dòng)時(shí)所需力矩：；最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：；式中折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；參數(shù)說(shuō)明同上；從上面可以看出，三種工作情況下，以快速空載起動(dòng)力矩最大，以此作為初選步進(jìn)電

16、動(dòng)機(jī)的依據(jù) 查得當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí);最大靜力矩；而電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩為5 ，大于最大靜力力矩，滿(mǎn)足需求 3）計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)頻率及切削時(shí)工作頻率空載啟動(dòng)時(shí)切削時(shí)工作頻率當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，86BYG2593-SAFRBL-0202型混合式步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行距頻完全可以滿(mǎn)足要求橫向步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 1） 計(jì)算步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tm所選電機(jī)為T(mén)m=0.5408，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： ，保持轉(zhuǎn)矩為2.5對(duì)于齒輪、軸、絲杠等圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式：； 則：2）電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，所需的力矩也不同，分別計(jì)算：快速空載起動(dòng)力矩：在快速空載起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，其計(jì)算公式為：；式中 為

17、快速空載起動(dòng)力矩； 為空載起動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩； 為折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；其它符號(hào)意義同前。；起動(dòng)加速時(shí)間；折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩：1. ；式中 為導(dǎo)軌的摩擦力，；其它參數(shù)含義及取值同前， 為傳動(dòng)鏈總效率，一般可取，這里??；附加摩擦力矩：；式中 滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般??； 滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般?。?其它符號(hào)含義取值同上。；上述三項(xiàng)合計(jì)：；快速移動(dòng)時(shí)所需力矩：；最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩：；式中折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩；參數(shù)說(shuō)明同上；從上面可以看出，三種工作情況下，以最大切削負(fù)載時(shí)空載起動(dòng)力矩最大，查表得：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相

18、十拍時(shí)，最大靜力矩按此最大靜轉(zhuǎn)距從附表查出最大靜轉(zhuǎn)距為2.5，大于所需最大靜轉(zhuǎn)距。可作為初選型號(hào)。但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)短頻特性和運(yùn)行短頻特性。3）計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)頻率及切削時(shí)工作頻率空載啟動(dòng)時(shí)切削時(shí)工作頻率當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，86BYG2593-SAFRBL-0202型混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性完全滿(mǎn)足要求。 三、數(shù)控機(jī)床零件加工程序O0321N010 G90G00G92X80,Z10;N020 M03S600;N030 G00X24.Z21;N040 G01X30,Z-2,F10;N050 X30,Z-64;N060 X32,Z-64;N070 X40,Z-120;N080

19、G02X40,Z-180.I51.96,K-30,F5;N090 G01X40,Z-200,F10;N100 G00X80,Z10;N110 M05T0100;N120 T0200;N130 M03S100;N140 G01X34,Z-64;N150 X26,Z-64;N160 G00X34,Z-64;N170 X80,Z10;N180 M05T0200;N190 T0300;N200 M03S50;N210 G00X28.402,Z10;N220 G33Z-64,F2;N230 G00X34.402;N240 X80,Z10;N259 X27,.602,Z10;N260 G33Z-62,F2N270 G00X33.602;N280 X80,Z10;N290 X27.402,Z10;N300 G33Z-62,F2;N310 G00X33.402;N320 X80,Z10;N330 M05T0300;N340 T0100;N350 M02;四、繪制進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械裝配圖。（略）五、繪制微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路圖（略） 總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)剛開(kāi)始時(shí)不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書(shū)館查閱相關(guān)資料。參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，終于知道了該怎么做。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過(guò)的