1、12 机制对口课程设计：C616 型普通车床目录序言 -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
2、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
3、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：L 0=6mm行程： S=640mm脉冲当量： p=0.01mm/step步距角： =0.75/step快
4、速进给速度： Vmax=2mm/min(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= 6120vFZFZ= v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/mm21880MpaXFz=1 YFz=0.75 KFz=1则
5、可计算 FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ 计算结果ap(mm) 2 2 2 8 8 8f(mm) 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4FZ(N) 1125 1524 1891 1687 2287 2837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）F Z FZ=(0.150.7) F Z取： FX=0.5 FZ=0.51527.6=763.8NFY=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
6、+f(F Z+W)式中 K=1.15，f=0.150.18，取为 0.16。则P=1.15763.8+0.16(1527.6+800)=1250.8N1) 强度计算：寿命值 L1= 60iTnn1= =0f主 0Dvf取工件直径 D=80 mm,查表得 T I=15000h则：n1= =20r/min6804.3.L1= =1852最大动负载 Q= HwfP31查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1则Q= 1.211250.8=39933.6N38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,
7、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：= )(vtg式中 摩擦角 =10 螺旋升角 =3 25则= )10253(tg3)刚度验算：滚珠丝杠受到工作负载 P 引起的导程的变化量 L 1= EF0式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6166N/ cm2。滚珠丝杠截面积 F=( )2= （ ） 23.14d8031.则L 1= =5.910-614.3)280.(6.2065滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L 2 很小,可忽略 ,即：L= L 1。所以：导程变形总误差为 = = 5.910-6=
8、9.8m/mL016.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= = =1.25PL36001.675故取 Z1=32mm Z2=40m=2mm b=20mm =20d1=m Z1=232=64mmd2= m Z2=240=80mmd1 =d1 +2ha*=68mmd2 =d2+2ha*=84mm= = =7221d80642) 转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量：J1=( )
9、2W=( )280=0.468 2p8075.01438=4.68N 2丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-43.24140.3=11.475 2=114.75N 2齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-46.442=2.617 2=26.17 N 2JZ2=7.810-4842=6.39 2=63.9 N 2电机转动惯量很小可以忽略。因此,总的转动惯量：J= (JS+JZ2)+ JZ1+ J121i= (11.475+6.39)+2.617+0.46825.1=14.519 2=145.19N 23）所需转动力矩计算快速空载启动时所需力矩M=Mamax MfM 0最大切削
10、负载时所需力矩M=Mat MfM 0M t快速进给时所需力矩M= MfM 0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= 10-4NmTJn6.9当 n=nmax 时 Mamax =Manmax= = =416.7r/min0maxLiv25.1Mamax= 10-4=2.52Nm=25.72f.6974当 n=nt 时 Ma=Matnt= = = =24.88r/min0Lfi主 01fDvi68014.325
11、.Mat= 10-4=0.1505Nm=1.536f 25.6984Mf = =iF0iWf0当 0=0.8 f=0.16 时Mf = =1.223f25.1804.326M0 = (1- 02)iLFX当 0=0.9 时预加载荷 P0= Fx 则：3M0= = =0.462f =4.62N iLX6)1(225.1804.)9(67Mt= = =7.297f=72.97 N iLF2025.1804.367所以, 快速空载启动时所需力矩：M=Mamax MfM 0=25.721.223 0.462=27.405f=274.05N切削时所需力矩：M=Mat Mf M0M t=1.5361.22
12、3 0.4627.297=10.518f=105.18 N快速进给时所需力矩：M= MfM 0=1.2230.462=1.685f=16.85 N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=27.405f=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
13、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 =0.75/ 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 1/21/3，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 (F zW)取 K=1.4 f=0.2则P=1.438.190.2(76.3830)=
14、74.74f=747.4N寿命值 L1= = =13.5610Tn605最大动负载Q= = =213.55f=2135.5NPfHW31 74.12.53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 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= = =0.956)(tg)0183(tg3）刚度验算：滚珠丝杠受工作负载 P 引起的导程的变化量L 1= = = 5.9610-6EF0 26719.0.214.347滚
15、珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L 2 很小，可忽略， 即：L= L 1 所以导程变形总误差为= mL9.14096.54010 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= 67.1350.36470pL故取 Z1=18 Z2=30m =2 b=20 =20d1=36 d2=20d1 =40 d1 =64a=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
16、= 20439.13)75.01438()80( 22 Wp丝杠的转动惯量：JS=7.810-4D4L1=7.810-42450=0.624 2齿轮的转动惯量：JZ1=7.810-43.642=0.262 2JZ2=7.810-4642=2.022 2电机转动惯量很小可以忽略。因此，总的转动惯量：J= 0439.2.)0.624.()53)(1122 JJiZS=1.258 23）所需转动力矩计算nmax= min/7.416350maxrLivMamax= Nm=2.23f28.025.698.106.944maxTJnt= =33.17r/min3.31001DLvfif主Mat= =0.
17、0174 Nm=0.1775 f425.6978.Mf= = = 0.287f =0.028 NmiF0iWf0 58.013.M0= 0.116f=0.011 N m)9.(.469.)1(6 22iLYMt= 1.824f=0.182 Nm58.032.0iFY所以，快速空载启动时所需转矩：M=MamaxM fM 0=2.23 0.2870.116=2.633f=26.33N切削时所需力矩：M=Mat Mf M0M t=0.17740.287 0.1161.824=2.404f=24.04 N快速进给时所需力矩：M= MfM 0=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，M max=2.633f=26.33 N
