C616型普通车床说明书.docx

1、C616型普通车床说明书目录序言 -3一、 设计方案的确定-4（一） 设计任务-4（二） 总体设计方案的确定-4二、机械部分改造与设计-4（一） 纵向进给系统的设计与计算-4（二） 横向进给系统的设计与计算-10三、步进电机的选择-13（一）步进电机选用的基本原则-13（二）步进电机的选择-14四、机床导轨改造-15五、自动转位刀架的选用-16六、经济型数控机床改造时数控系统的选用-17七、典型零件的工艺设计及应用程序的编制-18（一）工艺分析-18（二）工作坐标系的设定-19（三）手动钻孔-19（四）编制加工程序-19小结-21一、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

2、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。利用微机对纵横进给系统进行开环控制。纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，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

3、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1 纵向进给系统的设计经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必象产品设计要求那么高，而从改造方便、实用方面来考虑，一般把步进电机放在纵向丝杠的右端。2 纵向进给系统的设计计算 已知条件： 工作台重量： W=80kgf=80N(根据图纸粗略计算)时间常数： T=25ms滚珠丝杠基本导程：L0=6mm行程： S=640mm脉冲当量： p=0.01mm/step步距角： =0.75/step快速进给速度： Vmax=2mm/mi

4、n(1)切削计算 由机床设计手册可知，切削功率Nc=NK式中 N电机功率，查机床说明书，N=4KW； 主传动系统总效率，一般为0.60.7取=0.65； K进给系统功率系数，取为K=0.96。则： Nc=40.650.96=2.496KW又因为 NC= FZ=所以 式中 v切削线速度，取v=100m/min。主切削力 FZ =152.76(kgf)=1527.6(N)由金属切削原理可知，主切削力 FZ=CFz apx Fz fYFz KFz查表得： CFz=188kgf/mm21880Mpa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1则可计算FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ计算结果ap(m

5、m)222888f(mm)0.20.30.40.20.30.4FZ(N)112515241891168722872837当FZ=1520N 时，切削深度ap=2mm, 走刀量f=0.3mm，以此参数做为下面计算的依据。从机床设计手册中可知，在一般外圆车削时： FX =（0.10.6）FZ FZ=(0.150.7) FZ取： FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8N FY=0.6 FZ=0.61527.6=916.5N(2)滚珠丝杠设计计算综合导轨车床丝杠的轴向力： P=KFX+f(FZ+W)式中 K=1.15，f=0.150.18，取为0.16。则 P=1.15763.8+0.16

6、(1527.6+800)=1250.8N1) 强度计算：寿命值 L1=n1=取工件直径 D=80 mm,查表得T I=15000h则：n1=20r/minL1=18最大动负载 Q=查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1则Q=1.211250.8=39933.6N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，滚珠丝杠直径为32mm,型号为FC1B3265E2，其额定动载荷是10689N，所以强度足够用。2）效率计算：根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为： =式中 摩擦角=10螺旋升角=325则=3)刚度验算：滚珠丝杠受到工

7、作负载P引起的导程的变化量 L1=式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6166N/ cm2。滚珠丝杠截面积 F=()2=（）23.14则 L1=5.910-6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 =5.910-6=9.8m/m查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。4）稳定性验算：由于机床原丝杠直径为30mm，现选用的滚珠丝杠直径为32 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=1.25故取 Z1=32mm Z2=40 m=2mm b=20mm =20 d1=

8、m Z1=232=64mm d2= m Z2=240=80mm d1 =d1 +2ha*=68mm d2=d2+2ha*=84mm=722) 转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=()2W=()280=0.4682 =4.68N2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3=11.4752=114.75N2齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-46.442=2.6172=26.17 N2JZ2=7.810-4842=6.392=63.9 N2电机转动惯量很小可以忽略。因此,总的转动惯量：J= (JS+JZ2)+ JZ1+ J1= (11.475+

9、6.39)+2.617+0.468=14.5192=145.19N23）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩M=MamaxMfM0最大切削负载时所需力矩 M=MatMfM0Mt快速进给时所需力矩M= MfM0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=10-4Nm当n=nmax时 Mamax =Ma nmax=416.7r/minMamax=10-4=2.52Nm=25.72f当n=nt时 Ma=Mat

10、nt=24.88r/minMat=10-4=0.1505Nm=1.536fMf =当0=0.8 f=0.16时Mf =1.223f M0 = (1-02)当0=0.9时预加载荷P0=Fx则：M0=0.462f=4.62NMt=7.297f=72.97 N所以, 快速空载启动时所需力矩：M=MamaxMfM0=25.721.2230.462=27.405f=274.05N切削时所需力矩：M=MatMfM0Mt=1.5361.2230.4627.297=10.518f=105.18 N快速进给时所需力矩：M= MfM0=1.2230.462=1.685f=16.85 N由以上分析计算可知：所需最大

11、力矩Mmax发生在快速启动时，Mmax=27.405f=274.05 N(二)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=30f=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 p=0.005/step步距角 =0.7

12、5/ 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1/21/3，取1/2，则切削力约为纵向的1/2FZ=0.5152.76=76.38f=763.8N在切断工件时：Fy=0.5 FZ=0.576.38=38.19f=381.9N(2)滚珠丝杠设计计算1）强度计算：对于燕尾型导轨：P=KFyf(FzW)取K=1.4 f=0.2则 P=1.438.190.2(76.3830)=74.74f=747.4N寿命值 L1=13.5最大动负载Q=213.55f=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

13、列，滚珠丝杠公称直径为20，型号为FC1B2045E2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=338，摩擦角=10则传动效率=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=5.9610-6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=查表知E级精度丝杠允许的螺旋误差（1m长）为15m/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=故取 Z1=

14、18 Z2=30 m =2 b=20 =20 d1=36 d2=20 d1 =40 d1=64 a=482)传动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-42450=0.6242齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-43.642=0.2622JZ2=7.810-4642=2.0222电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J=1.25823）所需转动力矩计算nmax=Mamax=Nm=2.23fnt=33.17r/minMat=0.0174 Nm=0.1775 fMf=0.287f=0.028 NmM0=0.116f=0.011 NmMt=1.824f=0.182 Nm所以，快速空载启动时所需转矩：M=MamaxMfM0=2.230.2870.116=2.633f=26.33N切削时所需力矩：M=MatMfM0Mt=0.17740.2870.1161.824=2.404f=24.04 N快速进给时所需力矩：M= MfM0=0.2870.116=0.403f=4.03 N从以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时，Mmax=2.633f=26.33 N