c616普通车床数控横向数控改造说明书

1目录序言--------------------------------------------------------------------------------------2一、设计方案的确定-----------------------------------------------------------------3（一）设计任务------------------------------------------------------------------------3（二）总体设计方案的确定---------------------------------------------------------3二、机械部分改造与设计------------------------------------------------------------3（一）横向进给系统的设计与计算------------------------------------------------4三、步进电机的选择------------------------------------------------------------------8（一）步进电机选用的基本原则---------------------------------------------------8（二）步进电机的选择---------------------------------------------------------------10四、机床导轨改造---------------------------------------------------------------------11五、自动转位刀架的选用------------------------------------------------------------12六、经济型数控机床改造时数控系统的选用------------------------------------13七、典型零件的工艺设计及应用程序的编制------------------------------------14（一）工艺分析------------------------------------------------------------------------15（二）工作坐标系的设定------------------------------------------------------------16（三）手动钻孔------------------------------------------------------------------------16（四）编制加工程序------------------------------------------------------------------16小结---------------------------------------------------------------------------------------19参考文献---------------------------------------------------------------------------------202序言课程设计课题：C616普通车床横向进给系统数控改造课题简介：本课题是围绕将普通机床改造成经济型数控机床展开设计的，经济型数控机床是指价格低廉、操作使用方便，适合我国国情的装有简易数控系统的高效自动化机床。中小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格。价格便宜、性能价格比适中是其最主要的特点，特别适合在设备中占有较大比重的普通车床改造，适合在生产第一线大面积推广。企业应用经济型数控型系统对设备进行改造后，将提高产品加工精度和批量生产的能力，同时又能保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代的应变能力，增强企业的竞争能力。利用微机改造现有的普遍车床，主要应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手工控制的刀架转位，进给改造成由计算机控制的刀架自动转位以及自动进给加工车床，即经济型数控车床。进行数控机床的改造是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、精密、小批量及多变零件的加工问题。能够稳定加工质量和提高生产效率，但是数控机床的运用也受到其他条件的限制。如：数控机床价格昂贵，一次性投资巨大等，因此，普通车床的数控改造，大有可为。它适合3我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。一、设计方案的确定C616型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的经济效果。（一）设计任务本设计任务是对C616普通车床进行数控改造。利用微机对横进给系统进行开环控制。横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。(二)总体设计方案的确定由于是经济型数控改造，所以在考虑具体方案时，基本原则是在满足使用要求的前提下，对机床的改动尽可能减少，以降低成本.根据C616车床有关资料以及数控车床的改造经验，确定总体方案为:采用微机对数据进行计算处理，由I/O接口输出步进脉冲。经一级齿轮减速后,带动滚珠丝杠转动，从而实现纵向、横向进给运动。二、机械部分改造设计与计算横向进给系统的设计和计算1.横向进给系统的设计经济型数控改造的横向进给系统的设计比较简单,一般是步进电机经4减速后驱动滚珠丝杠,使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。2．横向进给系统的设计和计算由于横向进给系统的设计和计算与纵向类似，所用到的公式不再详细说明，只计算结果。已知条件：工作台重（根据图纸粗略计算）W=30㎏f=300N时间常数T=25ms滚珠丝杠基本导程L0=4㎜左旋行程S=190㎜脉冲当量δp=0.005㎜/step步距角α=0.75°/step快速进给速度vmax=1m/min(1)切削力计算横向进给量为纵向的1/2～1/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2FZ=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N在切断工件时：Fy=0.5FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N(2)滚珠丝杠设计计算1）强度计算：对于燕尾型导轨：5P=KFy＋f′(Fz＋W)取K=1.4f′=0.2则P=1.4×38.19＋0.2(76.38＋30)=74.74㎏f=747.4N寿命值L1=6111060Tn=610150001560=13.5最大动负载Q=PffLHW31=74.7412.15.133=213.55㎏f=2135.5N根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FC1B系列，滚珠丝杠公称直径为φ20㎜，型号为FC1B20×4—5—E2左，其额定动负载为5393N，所以强度足够用。2）效率计算：螺旋升角γ=3°38′，摩擦角ψ=10′则传动效率η=)(tgtg=)01833(383tgtg=0.9563）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量△L1=±EFPL0=±267619.1106.2014.344.01074.74=±5.96×10-6㎝滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量△L2很小，可忽略，即：△L=△L1所以导程变形总误差为6△=mLL9.141096.54.010010060查表知E级精度丝杠允许的螺旋误差（1m长）为15μm/m，故刚度足够。4）稳定性验算：由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。(3)齿轮及转矩有关计算1）有关齿轮计算传动比i=67.135005.0360475.03600pL故取Z1=18Z2=30m=2㎜b=20㎜α=20°d1=36㎜d2=20㎜dα1=40㎜dα1=64㎜a=48㎜2)传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=0439.0100130)75.014.3005.0180()180(22Wp㎏·㎝2丝杠的转动惯量：JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝27齿轮的转动惯量：JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.262㎏·㎝2JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝2电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J=0439.0202.0)022.2624.0()53()(121122JJJJiZZS=1.258㎏·㎝23）所需转动力矩计算nmax=min/7.41643510000maxrLivMamax=2184.010025.06.97.416258.1106.944maxTJnN·m=2.23㎏f·㎝nt=346014.3515.010010001000001DLvfiLfn主=33.17r/minMat=410025.06.917.33258.1=0.0174N·m=0.1775f·㎝Mf=iLF200=iWLf20=58.014.3234.0302.00.287㎏f·㎝=0.028N·mM0=)9.01(58.014.3634.019.38)1(6202iLFY0.116㎏f·㎝=0.011N·mMt=58.014.3234.019.3820iLFY1.824㎏f·㎝=0.182N·m所以，快速空载启动时所需转矩：8M=Mamax＋Mf＋M0=2.23＋0.287＋0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝切削时所需力矩：M=Mat＋Mf＋M0＋Mt=0.1774＋0.287＋0.116＋1.824=2.404㎏f·㎝=24.04N·㎝快速进给时所需力矩：M=Mf＋M0=0.287＋0.116=0.403㎏f·㎝=4.03N·㎝从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，Mmax=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝三、步进电机的选择(一)步进电机的选择的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下：1．步距角α步距角应满足：α≤imin式中i——传动比αmin——系统对步进电机所驱动部件的最小转角。2．精度9步进电机的精度可用步矩误差或积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值。用积累误差衡量精度比较实用。所以选用不进电机应满足△Q≤i[△θs]式中△Q——步进电机的积累误差；[△θs]——系统对步进电机驱动部件允许的角度误差。3．转矩为了使步进电机正常运行（不失步、不越步），正常启动并满足对转速的要求，必须考虑：1）启动力矩一般启动力矩选取为：Mq≥5.03.00～ML式中Mq——电动机启动力矩；ML0——电动机静负载力矩。根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表（2）所示。Mjm为步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的。表(2)步进电机相数、拍数、启动力矩表运行方式相数33445566拍数364851061210Mg/Mjm0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.8662）在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。3．启动频