c6普通車床數(shù)控橫向數(shù)控改造說明書

1、目錄序言 -2一、 設(shè)計方案的確定-3（一） 設(shè)計任務(wù)-3（二） 總體設(shè)計方案的確定-3二、機(jī)械部分改造與設(shè)計-3（一） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計與計算-4三、步進(jìn)電機(jī)的選擇-8（一）步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則-8（二）步進(jìn)電機(jī)的選擇-10四、機(jī)床導(dǎo)軌改造-11五、自動轉(zhuǎn)位刀架的選用-12六、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床改造時數(shù)控系統(tǒng)的選用-13七、典型零件的工藝設(shè)計及應(yīng)用程序的編制-14（一）工藝分析-15（二）工作坐標(biāo)系的設(shè)定-16（三）手動鉆孔-16（四）編制加工程序-16小結(jié)-19參考文獻(xiàn)-20序言課程設(shè)計課題：C616普通車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造課題簡介：本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開設(shè)計的

2、，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機(jī)床進(jìn)行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結(jié)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(shè)備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)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(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)

3、該解決的問題是如何將機(jī)械傳動的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計算機(jī)控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。一、設(shè)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)

4、濟(jì)效果。（一） 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對C616普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制。橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。(二)總體設(shè)計方案的確定由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動盡可能減少，以降低成本.根據(jù)C616車床有關(guān)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(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，由I/O接口輸出步進(jìn)脈沖。經(jīng)一級齒輪減速后,帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動。二、機(jī)械部分改造設(shè)計與計算橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算1. 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計

5、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計比較簡單,一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)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(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計和計算與縱向類似，所用到的公式不再詳細(xì)說明，只計算結(jié)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(dǎo)程 L0=4 左旋行程 S=190脈沖當(dāng)量 p=0.005/step步距角 =0.75°/ step快速進(jìn)給速度 vmax=1m/min(1)切削力計算 橫向進(jìn)給量為縱向的1/21/3，取1/2，則切

6、削力約為縱向的1/2FZ=0.5×152.76=76.38f=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(shè)計計算1）強(qiáng)度計算：對于燕尾型導(dǎo)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(fù)載Q=213.55f=2135.5N根據(jù)最大動負(fù)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(jī)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(fù)

7、載為5393N，所以強(qiáng)度足夠用。2）效率計算：螺旋升角=3°38，摩擦角=10則傳動效率=0.9563）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程的變化量L1=±=±=±5.96×10-6滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量L2很小，可忽略，即：L=L1所以導(dǎo)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(qiáng)，故不再驗算。(3)齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比 i=故取 Z1=18

8、 Z2=30 m =2 b=20 =20° d1=36 d2=20 d1 =40 d1=64 a=482)傳動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量：J1=·2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量：JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624·2齒輪的轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略。因此，總的轉(zhuǎn)動慣量：J=1.258&

9、#183;23）所需轉(zhuǎn)動力矩計算nmax=Mamax=N·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(zhuǎn)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&

10、#183;=24.04 N·快速進(jìn)給時所需力矩：M= MfM0=0.2870.116=0.403f·=4.03 N·從以上計算可知：最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時，Mmax=2.633f·=26.33 N·三、步進(jìn)電機(jī)的選擇(一) 步進(jìn)電機(jī)的選擇的基本原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)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(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下：1 步距角步距角應(yīng)滿足：式中 i傳動比 min系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角。2 精度步進(jìn)電機(jī)的精度可用步矩誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始

11、，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值。用積累誤差衡量精度比較實用。所以選用不進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足Qis式中 Q步進(jìn)電機(jī)的積累誤差； s系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部件允許的角度誤差。3轉(zhuǎn)矩 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步），正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)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(jī)啟動力矩； ML0電動機(jī)靜負(fù)載力矩。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（2）所示。Mjm為步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，是步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中給出的。表(2) 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動力矩表運(yùn)行方式相數(shù)33445566拍數(shù)3648510612Mg /Mjm0.50.8660.70

12、70.7070.8090.9510.8660.8662）在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電動機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動機(jī)的靜載力力矩與電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量（包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。3 啟動頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：ftfcpm式中 ft極限啟動頻率； fcpm要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動頻率。（二）步進(jìn)電機(jī)的選擇1 C616橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定Mq = N·電動機(jī)仍選用三相六拍工作方式，查表知：Mq/Mjm=0.866所以，步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為：Mjm= N·步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率fmax=3

13、333.3 Hz為了便于設(shè)計和采購，仍選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)，能滿足使用要求。四、機(jī)床導(dǎo)軌改造臥式車床上的運(yùn)動部件，如刀架、工作臺都是沿著機(jī)床導(dǎo)軌面運(yùn)動的。導(dǎo)軌就是支承和導(dǎo)向，即支承運(yùn)動部件并保證運(yùn)動部件在外力作用下，能準(zhǔn)確的沿著一定的方向運(yùn)動。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、精度保持性和低速運(yùn)動平穩(wěn)性，直接影響機(jī)床的加工精度、承載能力和使用性能。數(shù)控機(jī)床上，常使用滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，動靜摩擦系數(shù)接近，因而運(yùn)動靈活輕便，低速運(yùn)行時不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。精度高，但價格貴。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控一般不使用滾動導(dǎo)軌，尤其是數(shù)控改造，若使用滾動導(dǎo)軌，將太大增加機(jī)床床身的改造工作量和改造成本。因此，數(shù)控

14、改造一般仍使用滑動導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，抗振性強(qiáng)等優(yōu)點。普通機(jī)床的導(dǎo)軌一般是鑄鐵鑄鐵或鑄鐵淬火鋼導(dǎo)軌。這種導(dǎo)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(dǎo)軌的上述缺點，數(shù)控改造一般是將原機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行修整后貼塑，使其成為貼塑導(dǎo)軌。貼塑導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，且動靜摩擦系數(shù)差很小，能防止低速爬行現(xiàn)象；耐磨性、抗咬傷能力強(qiáng)、加工性和化學(xué)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(yīng)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

15、、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(jié)在原有的滑動導(dǎo)軌面上，不受導(dǎo)軌形式的限制，各種組合形式的滑動導(dǎo)軌均可粘結(jié)。粘結(jié)前按導(dǎo)軌精度要求對金屬導(dǎo)軌面進(jìn)行加工修理。根據(jù)導(dǎo)軌尺寸長度放大34，切下貼塑軟帶。金屬粘結(jié)面與軟帶結(jié)面應(yīng)清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結(jié)，加壓固化，待其完全固化后進(jìn)行修整加工。作為導(dǎo)軌面的表面，根據(jù)需要可進(jìn)行磨、銑、刮研、開油槽、鉆孔等加工，以滿足裝配要求。五、自動轉(zhuǎn)位刀架的選用自動轉(zhuǎn)位刀架的選用是普通機(jī)床數(shù)控改造機(jī)械方面的關(guān)鍵，而由數(shù)控系統(tǒng)控制的自動轉(zhuǎn)位刀架，具有重復(fù)定位精度高，工件剛性好

16、，性能可靠，使用壽命長以及工藝性能襖等優(yōu)點。經(jīng)濟(jì)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(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的系列刀架，具有重復(fù)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(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，在生產(chǎn)中大量使用?，F(xiàn)選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)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(shù)參數(shù)：刀位數(shù)：4電動功率：60W電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400r/min夾緊力：1t上刀體尺寸：152×152下刀體尺寸：161×171技術(shù)指標(biāo)：重復(fù)定位精度：0.005工作可靠性：30000次換刀時間：90° 180° 270°2.9s 3.4s

17、3.9s六、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(jī)床的核心。對系統(tǒng)的選擇在機(jī)床數(shù)控改造中是至關(guān)重要的?，F(xiàn)從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司2用戶容量24K3設(shè)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T1XT8

18、X12步進(jìn)電機(jī)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(shè)計及應(yīng)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(nèi)孔；第五步精車外圓；第六步車M30的細(xì)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

19、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(nèi)孔鏜刀，04號割槽刀共四把刀。4、G73進(jìn)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(jìn)行內(nèi)孔粗加工時，單邊粗車吃刀量1mm,U=1,R退刀量的值0.5mm,精車余量0.5mm。（二）工件坐標(biāo)系的設(shè)定 選取工件的右端面的中心點O為工件坐標(biāo)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

20、G01X-1F30N004 G00Z1X30.6N005 G01Z-44F80N006 G00X31Z1N007 G00X27N008 GO1Z-22.4F80N009 G00X28Z1N010 G00X25N011 G01Z-22.4F80N012 G00X26Z1N013 G00X23.9N014 G01Z-20N015 G00Z1X25N016 G00X80Z120M09M05N017 T2M06M08M03N018 G00Z0X24N019 G01X2.5F30N020 G01X23.9 CHF=2N021 G01Z-8F80N022 G01X22Z-9.6 N023 G01Z-19.

21、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

22、-11K=0.75N044 G00X25N045 G00Z3N046 G00X23N047 G33Z-11K=0.75N048 G00X25N049 G00X80Z120M09M05N050 T4M06M08M03N051 G00Z3X0N052 G01Z-44F15N053 G01Z3F50N054 G00X80Z120M09M05N055 T5M06M08M03N056 G00X14.2Z1N057 G01Z-41F50N058 GOOX14Z1N059 GOOX14.4N060 G01Z-41N061 G00X14Z1N062 G00X16Z0N063 G01X14.4Z-8N064 G00Z0N065 G00X17.6N066 G01X14.4Z-8N067 G00Z1N06