CW6163普通车床数控化改造第四章

LX型弹性柱销联轴器主要参数与尺寸(mm)根据电机和丝杠的参数，选择LX1型弹性柱销联轴器。3.9电机的选择与计算3.9.1等效转动惯量的计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量J(kg.cm2)可由下式计算20sIM2(g)J(JJJ）πLG式中：MJ——步进电机转子转动惯量；IJ——联轴器的转动惯量；SJ——滚珠丝杠转动惯量；G——工件及工作台重量；0L——丝杠导程。⑴工作台质量折算到步进电机轴上的转动惯量MJ：W180J2Mπp代入数据，300.93.140.001180J2M=0.12kg.cm2=1.2N.cm2(2)丝杠的转动惯量SJ:查《数控机床系统改造》可知，对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可用以下公式：LD107.8J4-4S式中：D——圆柱形零件的直径，即丝杠直径（cm）；L——圆柱形零件的长度，即丝杠长度。代入数据，SJ=7.858(2.5)104-4≈1.83kg.cm2=18.3N.cm2(3)联轴器的转动惯量IJ:联轴器同样属于圆柱形零件，所以可以运用上面的公式计算其转动惯量，其中D=15mm，L=60mm。IJ=7.86)5.11044（0.024kg.cm2=0.24N.cm2综上所得，总的转动惯量：20sIM2(g)J(JJJ）πLG=0.12+（1.83+0.024）+214.324.08.9300）（=2.1kg.cm2验算惯量匹配，电动机轴向惯量比值应控制在一定的范围内，既不应太大也不应太小，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合理的配合，一般比值控制在1/16—1之间，/JJM=0.12/2.1≈0.06。满足匹配要求。3.9.2电机所需的转动力矩计算快速空载启动时所需力矩0maxMMMMf最大切削负载时所需力矩tfMMM0atMM快速进给时所需力矩0MMMf式中：amaxM——空载启动时折算到电机轴上的加速力矩；aM——折算到电动机轴上的加速度力矩；fM——折算到电机轴上的摩擦力矩；0M——由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；atM——切削时折算到电机轴上的加速度力矩；tM——折算到电机轴上的切削负载力矩。1）由《数控机床系统设计》可知，4a106.9MTJnN.m式中：J——折算到电机轴上的总惯量，kg.cm2；n——电动机转速r/min，当n=maxn时，计算amaxM，n=tn计算atM；T——系统时间常数。①当n=maxn时，amaxM=aMmaxn=0maxLiv（maxv为空载最快移动速度）代入数据maxn=416000=1500r/min则：amaxM=410025.06.915001.21.31N.m②当n=tn（tn为切削时电动机转速）时，atM=aM0Lfinnt主且Dvnπ主1000D——机床实验工件的直径。取D=70mm；v——切削线速度m/min。代入数据得，47014.315.01001000tn=56.87r/min则：atM=410025.06.987.561.20.05N.m2）折算到电机轴上的摩擦力矩fM：iLFfπ2M00式中：'f——导轨上的摩擦系数，滑动导轨静摩擦系数0.4～0.2，动摩擦因素为0.2～0.1，取0.2；W——移动导轨的重量，取300N=30kg.f；zF——垂直方向的切削力；——传动效率，一般=0.7～0.85，取0.8。代入数据得：fM=8.014.3214.0302.00.48N.cm=0.00483)丝杠折算到电机轴上的附加摩擦力矩0M：2000016LPMiπ式中：0P——为滚珠丝杠预加载荷31；0——滚珠丝杠未预加载荷时的效率一般取00.9。代入数据得：)0.9-(110.83.1464.002.105M200.53N.cm=0.0053N.m4)折算到电机轴上的切削负载力矩tM:iLFttπ2M0式中：tF——进给方向的最大切削力代入数据得：18.014.324.002.105Mt8.36N.cm=0.0836N.m综上所述，快速空载启动所需力矩：0maxMMMMf=1.31+0.0048+0.0053=1.32N.m切削时所需的力矩：tfMMM0atMM=0.05+0.0048+0.0053+0.0836=0.14N.m快速进给时所需的力矩：0MMMf=0.0048+0.0053=0.01N.m对数控机床而言，因为动态性能要求较高，所以电动机例句主要是用来产生加速度的，而负载荷力矩占得比例很小。一般都是小于电动机的力矩的10%-30%,所以通过0amaxMMMMf选择点机，要使快速空载启动力矩小于电动机的最大力矩，MmaxM,maxM为电机电动机最大输出转矩，maxM=M，大惯性伺服电机=10。.由以上分析计算可知，所需最大力矩maxM发生在快速启动的时候：maxM=13.2N.m3.9.3步进电动机的选择换算成功率：9550maxmax2nMP由上式得：213.215002.079550PkwP=2πnM/60其P为功率单位为瓦，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米215003.141.94304583060Pkw根据以上力矩及功率计算结果，可知所选电机满足要3.10横向滚动直线导轨3.10.1滑动导轨的特点滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等。1．铸铁铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。常用铸铁的种类有：（1）灰铸铁一般选择HT200，用于手工刮研、中等精度和运动速度较低的导轨，硬度在HB180以上；（2）孕育铸铁把硅铝孕育剂加入铁水而得，耐磨性高于灰铸铁；（3）合金铸铁包括：含磷量高于0.3％的高磷铸铁，耐磨性高于孕育铸铁一倍以上；磷铜钛铸铁和钒钛铸铁，耐磨性高于孕育铸铁二倍以上；各种稀土合金铸铁，有很高的耐磨性和机械性能；铸铁导轨的热处理方法，通常有接触电阻淬火和中高频感应淬火。接触电阻淬火，淬硬层为0.15~0.2mm。硬度可达HRC55。中高频感应淬火，淬硬层为2~3mm，硬度可达HRC48~55，耐磨性可提高二倍，但在导轨全长上依次淬火易产生变形，全长上同时淬火需要相应的设备。2．钢镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上。常用的钢有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理，硬度为52~58HRC；20Cr、20CrMnTi、15等渗碳淬火，渗碳淬硬至56~62HRC；38CrMoAlA等采用氮化处理。3．有色金属常用的有色金属有黄铜HPb59-l，锡青铜ZCuSn6Pb3Zn6，铝青铜ZQAl9-2和锌合金ZZn-Al10-5，超硬铝LC4、铸铝ZL106等，其中以铝青铜较好。4．塑料镶装塑料导轨具有耐磨性好(但略低于铝青铜)，抗振性能好，工作温度适应范围广(-200~+260℃)，抗撕伤能力强，动、静摩擦系数低、差别小，可降低低速运动的临界速度，加工性和化学稳定件好，工艺简单，成本低等优点。目前在各类机床的动导轨及图形发生器工作台的导轨上都有应用。塑料导轨多与不淬火的铸铁导轨搭配。导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法、以及使用与维护。提高导轨的耐磨性，使其在较长时期内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。常用的提高导轨耐磨性的方法有：采用镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、采用卸荷装置减小导轨单位面积上的压力(即比压)等3.10.2滑动导轨的设计：一．作用力合作用点位置，作用力方向和作用点的位置唏嘘合理安置。一边导轨倾斜的力矩尽量小。否则会使导轨中的摩擦力增大，磨加剧，从而降低导轨的灵活性和导向精度。严重时甚至还可能卡死，不能正常工作。1.作用在运动件上的推力有三种情况：1.推力通过运动件在轴线2.推力作用点在运动件的轴线上。但推力的方向与轴线成一夹角3.推力平行于运动件的轴线上对于第一种情况，导轨镇南关的摩擦力只受到载荷及运动件本身重量的影响，推力不会产生附加摩擦力。犹豫结构上的限制，实际的结构中往往出项第二第三中情况。为了保证导轨的灵活性，要对导轨进行验算，在已知的条件先，确定各部分的集合尺寸。推力F与运动件轴线组成夹角a,如图所示推力F的作用将使运动件产生倾斜，从而使运动件与承导体的俩点处压紧，设正压力分别为1N.2N，相应摩擦力1N,f，2N,f，作用间的距离为L，轴向阻力为oF000AXYM,1221,,121cos0sin0sin022oNNfFFNNfbdLhFLNNfNf根据静力平衡条件,运动件的直径较小时，上式中含有d的各项可以略去。可解得：,cossin12/oFFfhL欲推动运动件，则必须使,cossin12/oFFfhL若要保证不卡死的条件是：,cossin12/0fhL由此，可得到当推力F与运动件有一夹角a时，运动件正常工作的条件是,,2tan1tanLfhf,f为当量摩擦系数在燕尾形和三角形导轨中:,/cosfff--滑动摩擦系数--燕尾轮廓角与三角底角二．选与运动件轴线与轴线相距h，图中oF为轴向阻力1N和2N为反作用力，为当量摩擦系数，根据静力平衡条件000AXYM,1221,,1211002022oFFNNfNNddFhLNNLLNfNf解得：,12/OFFfhL推动运动件则必须：,12/OFFfhL保证运动件不卡死条件,12/0fhL即：,2/1fhL为了保证运动灵活，可取值,20.5hfL当取f=0.25时，则有：对圆柱形导轨：1.5hL对矩形导轨：2hL对燕尾形或三角形导轨：1hL在本设计的导轨中：h=200mmL=360因此：2000.561360hL符合相关要求.结论本次设计的是横向进给机械部分改造，完成了尺寸计算及结构设计，并对其进行一系列的校核，各项性能指标完全满足要求，说明设计的结构是合理的。然后选择轴承和电机。由于专业知识的限制，无法对复杂的数控系统进行设计，但是，通过选择合适的数控系统，进行选购即可。数控机床是促进国民经济发展的巨大源动力，它给机械制造业带来了高倍率的效益增长和现代化的生产方式。随着数控技术的发展，高品质，高可靠性，高性价比的CNC系统具有丰富的功能，为数控技术的发展提供了充足的物质技术条件。同时，也给数控机床的机械结构提出了更高的要求。因此，研究一台数控车床对现代加工具有重要的意义。数控车床具有结构简单、价格便宜、故障率低、维修简单方便、效率高、操作编程简单等诸多优点，所以数控车床在很多加工行业都会成为应用的主体，随着数控技术和机床行业的发展，数控车床将有着广阔的发展前景。致谢眨眼间，大学生活就在本论文的完成之际即将宣告结束。四年的不断学习，不仅是为了今天的毕业设计，也是为今后走上工作岗位作了准备。在设计成过程中，感谢很多人的帮助和指点，首先我要感谢我的母校的辛勤培育，感谢院系各位老师的谆谆教诲，感谢他们默默的栽培我。本次设计是在我的导师教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此，谨向邓朝晖教师表示衷心的感谢和崇高的敬意！。此外，在毕业设计过程中，也得到了其他老师和同学的帮助，设计任务一直在很好的氛围中进行，在这里，也向他们表示真诚的感谢！再次向设计中所有提供过帮助的人表示感谢！