C616车床数控化改造

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毕 业 设 计

题 目 : 普通 化改造 系 别 : 机电工程系 学生姓名: 专业与班级: 指导老师:

完成时间: 2010年12月

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毕业设计评阅书

1. 指导教师评语：

2 . 答辩委员会综合评语:

经毕业设计(论文)答辩委员会综合评定成绩为:

答辩委员会主任(签字):

签名: 年 月

日 湖 南 鐵 道 職 業 技 術 學 院

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毕业设计评分标准

考核 项目 及总 分 设计 过程 20 查阅资料及手册能力 工作态度及纪律情况 独立工作能力 基本概念、基本理论及专业知识掌握情况 设计 结果 40 规定任务的完成情况 说明书质量 图纸及技术文档的质量 设计有无独到和创新之处 答辩 情况 40 班 级 指 导 老 师签 名 对设计的阐述（自述） 基本理论和方法问题 有关设计问题 学 号 15 15 10 0~8 0~8 0~2 姓 名 考 核 小 组 专 家 签 名 10 10 7 12 12 8 13 13 9 总 分 15 15 10 10 10 15 5 0~5 0~5 0~8 0~2 7 7 10 3 8 8 12 3.5 9 9 13 4.5 10 10 15 5 5 5 5 5 0~2 0~2 0~2 0~2 3 3 3 3 3.5 3.5 3.5 3.5 4.5 4.5 4.5 4.5 5 5 5 5 具 体 内 容 分 值 差 评分标准 及 中 良 优 得 分

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毕业设计任务书 机电工程系

一、设计课题名称：普通车床（C616）的经济型数控化改造 二、指导教师：石金艳 三、设计要求：

采用数控装置和伺服装置，对C616车床进行数控化改造。要求能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选择合理，控制系统设计简单可靠，保护措施完备。

四、设计依据：

C616车床控制要求、电气原理图及相关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数；常用低压控制电器型号规格参数。

五、参考资料：

熊光华主编2数控机床2北京：机械工业出版社；2002 廖兆荣主编2机床电气自动控制2北京：化学工业出版社；2003 王爱玲主编2现代数控机床结构与设计2北京：兵器工业出版社；1999 余良英编著2机床数控改造设计与实例2北京：机械工业出版社；1998 白恩远主编2现代数控机床伺服及检测技术2北京：国防工业出版社；2002 袁任光编著2交流变频调速器选用手册2广州：广东科技出版社，2002 曾毅等编著2变频调速控制系统的设计与维护2济南：山东科学技术出版社，2002

编写组编2机床设计手册第5卷上、下册2北京：机械工业出版社，1979 李荣生主编2电气传动控制系统设计指导2北京：机械工业出版社，2004 姜德希编2机床电气线路图册2北京：中国农业出版社，

编写组编著2工厂常用电气设备手册上、下册2北京：中国电力出版社，1997 六、设计内容进度及工作量 (一)设计内容和进度要求 序号 1 进度要求 1周 设计内容 了解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。

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HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 经过分析、比较、计算，确定改造总体方案。 0．5周 2 1周 对进给、主轴传动系统进行分析计算，选择拖动电动机并确定传动系统改造方案。 完成进给、主轴传动系统改造图。 0．5周 选择伺服装置 3 0．5周 完成伺服系统控制设计，并完成伺服系统控制原理图。 4 0．5周 选择数控装置。 1周 5 0．5周 完成电气原理图和电气安装接线图。 0．5周 伺服系统调试设计。 6 0．5周 数控装置调试设计。 0．5周 机床安装及调试设计。 7 8 2周 1周 (二)工作量

设计说明书：数控化改造总体方案设计；机械部分改造设计；伺服装置选型；伺服系统控制设计；数控装置选型；电气控制系统设计；机床安装与调试设计。

图纸：机械改造图；伺服系统控制原理图；电气原理图；元器件清单 七、说明书的格式和装订要求 （一）毕业设计封面（全系统一格式） （二）毕业设计评阅书（全系统一格式） （三）评分标准（全系统一格式） （四）毕业设计任务书（指导教师下发） （五）毕业设计明细表（全系统一格式） （六）目录

完成电气原理图草图。 编写设计说明书。 毕业设计答辩准备及答辩。

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1250.8?0.6 △L1=±=±5.9310-6㎝

2.8031220.6?106?()?3.142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

△ =

100100×5.9310-6=9.8μm/m ?L=0.6L0查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15μm/m，故刚度足够。 4）稳定性验算

由于机床原丝杠直径为φ30mm，现选用的滚珠丝杠直径为φ32 mm，支承方式不变，所以稳定性不存在问题。

3.齿轮及转距的有关计算 1）有关齿轮计算 传动比

i=

?L00.75?6==1.25 360?P360?0.01故取 Z1=32mm Z2=40

m=2mm b=20mm α=20° d1=m Z1=2332=64mm d2= m Z2=2340=80mm dα1 =d1 +2ha*=68mm dα2=d2+2ha*=84mm

α=

d1?d264?80==72㎜

222) 转动惯量计算

工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：

J1=(

180?p??)2W=(

180?0.012

)380=0.468㎏2㎝2

3.14?0.75 =4.68N2㎝2 丝杠的转动惯量：

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HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE JS=7.8310-43D4L1=7.8310-433.243140.3

=11.475㎏2㎝2=114.75N2㎝2

齿轮的转动惯量：

JZ1=7.8310-436.4432=2.617㎏2㎝2=26.17 N2㎝2 JZ2=7.8310-438432=6.39㎏2㎝2=63.9 N2㎝2 电机转动惯量很小可以忽略。 因此,总的转动惯量：

J=

1(JS+JZ2)+ JZ1+ J1 i2=

1(11.475+6.39)+2.617+0.468 1.252=14.519㎏2㎝2=145.19N2㎝2

3）所需转动力矩计算 快速空载启动时所需力矩

M=Mamax＋Mf＋M0 （3-9） 最大切削负载时所需力矩

M=Mat＋Mf＋M0＋Mt (3-10) 快速进给时所需力矩

M= Mf＋M0 (3-11) 式中 Mamax ——空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； Mf ——折算到电机轴上的摩擦力矩；

M0 ——由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩；

Mat ——切削时折算到电机轴上的加速度力矩； Mt ——折算到电机轴上的切削负载力矩。

Ma=

Jn×10-4N2m 9.6T当n=nmax时 Mamax =Ma nmax=

vmaxi2000?1.25==416.7r/min

6L0 11

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HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE 14.519?416.7Mamax=×10-4=2.52N2m=25.72㎏f2㎝

9.6?0.025当n=nt时 Ma=Mat

1000vfin主fi1000?100?0.3?1.25nt==?D==24.88r/min

3.14?80?6L0L0Mat=Mf =

14.519?24.88×10-4=0.1505N2m=1.536㎏f2㎝

9.6?0.025?0F0L0fWL= (3-12) 2??i2??i当η0=0.8 f′=0.16时

Mf =

0.16?80?0.6=1.223㎏f2㎝

2?3.14?0.8?1.25 M0 =

FXL0(1-η2??i0

2

) (3-13)

1当η0=0.9时预加载荷P0=Fx则：

3FXL0(1??0)76.38?0.6(1?0.92)M0===0.462㎏f2㎝=4.62N2㎝

6?3.14?0.8?1.256??iMt=

F0L076.38?0.6==7.297㎏f2㎝=72.97 N2㎝ 2??i2?3.14?0.8?1.252所以, 快速空载启动时所需力矩：

M=Mamax＋Mf＋M0

=25.72＋1.223＋0.462=27.405㎏f2㎝ =274.05N2㎝

切削时所需力矩：

M=Mat＋Mf＋M0＋Mt

=1.536＋1.223＋0.462＋7.297=10.518㎏f2㎝ =105.18 N2㎝

快速进给时所需力矩：

M= Mf＋M0=1.223＋0.462=1.685㎏f2㎝ =16.85 N2㎝

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由以上分析计算可知：

所需最大力矩Mmax发生在快速启动时，

Mmax=27.405㎏f2㎝=274.05 N2㎝

3.2 横向传动系统的改造

3.2.1横向改造实施方案

横向滚珠丝杠也采用三点式支承形式。步进电动机一般采都安在床鞍的后部,靠近操作都一端 ，布置一根支承短轴通过一个联轴套与滚珠丝杆连接起来。利用车床原横向进给丝杆可滑动轴承作为径向支承，并对原支承处进行适当改装布置一对推力球轴承，以实现轴向支承,在远离操作者的一端，用一个联轴套和一根连接短轴把滚珠丝杠与减速箱输出轴连接起来，滚球螺母直接固定在中滑板上。车床横向传动的支承结构如3-2 所示。

图3-2 横向进给传动示意图 1—步进电动机 2—支承架 3、4、7—联轴套 5—滚珠丝杠螺母副 6—螺母座 8—支承短轴

3.2.2 横向进给系统设计与计算

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。

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

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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1/2

FZ=0.53152.76=76.38㎏f=763.8N

在切断工件时：

Fy=0.5 FZ=0.5376.38=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：

P=KFy＋f′(Fz＋W) (3-14)

取K=1.4 f′=0.2 则

P=1.4338.19＋0.2(76.38＋30) =74.74㎏f=747.4N

寿命值

L1=

最大动负载

Q=3L1fWfHP=313.5?1.2?1?74.74=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FC1B2034—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=

60n1T160?15?15000==13.5 661010tg?tg3?38?==0.956

tg(???)tg(3?38??10?)14

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m7hv.html