普通机床数控改造设计Word文件下载.docx

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美国得宝公司已在中国开办公司。

在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。

从事改装业的著名公司有：

大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

机床改造的必要性：

企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。

而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。

当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。

普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。

因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。

数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。

数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；

另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。

经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±

0.01至0.02mm，已能满足CA6140车床改造后加工零件的精度要求。

经济型数控机床的特点：

一．价格便宜。

仅数控系统与国外同类型数控系统比，前者只需1～2万元，而国外系统需十几至几十万元。

因此，它特别适合对国内企业现有普通机床进行改造。

二．解决复杂零件的加工精度控制，提高生产率。

对经济型数控车床，一般可提高工效3—7倍。

三．适合于多品种、中小批量产品的自动化加工，对产品的适应性强，对于不同零件的加工，可以通过改变不同的加工程序和更换不同的刀具来实现。

四．提高产品质量，降低废品率。

尤其是加工的产品尺寸一致性好，合格率高。

五．节约工装费用，降低成本。

经济型数控车床可以不用工装或少用工装，尤其对于复杂零件，不用靠模或成型刀具，不仅节约了费用，而且还可以缩短生产周期。

六．减轻工人的劳动强度。

七．提高工人素质，促进技术进步和科技成果的普及应用。

为由“体力型”向“智能型”转变创造了条件。

机床的数控化改造主要内容有以下几点：

　　其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；

其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床；

其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；

对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；

其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。

对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改装成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；

刀架改装成能自动换刀的回转刀架。

这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行加工。

由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动进行调节和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。

正文

一机械部分

数控机床进给伺服系统运动及动力计算如下：

1.1技术参数：

规格

（型号）

最大加

工直径

（mm）

工长度

留板及刀

架重力（N）

刀架快移

速度（m/min）

最大进给速度（m/min）

定位精度（mm）

主电机功率（KW）

启动加速时间（ms）

面上

鞍上

纵向

横向

φ400mm

CA6140

C620

400

210

750

1000

600

2.4

1.2

0.6

0.3

±

0.015

7.5

30

1.2选择脉冲当量

根据机床精度要求确定脉冲当量：

纵向0.01mm/步横向0.005mm/步

1.3计算切削力

1.3.1纵车外圆

主切削力Fz=0.67Dmax1.5=0.67×

4001.5=5360（N）

按切削力各分比例

Fz:

Fx:

Fy=1:

0.25:

0.4

则Fx=5360×

0.25=1340（N）

Fy=5360×

0.4=2144（N）

1.3.2横切端面

主切削力Fzˊ可取纵切的1/2，为2680N.此时走刀抗力为Fyˊ,吃刀抗力为Fxˊ.

Fzˊ:

Fxˊ:

Fyˊ=1:

Fxˊ=2680×

0.25=670Fyˊ=2680×

0.4=1072N

1.4滚珠丝杠螺母副的计算和选择

1.4.1横向进给丝杠

1.计算进给牵引力

Fmˊ=kFxˊ+fˊ（Fz+2Fyˊ+Gˊ）h横向进给为燕尾形贴塑导轨。

k=1.4fˊ=0.03

Fm=1.4×

670+0.03×

（2680+2×

1072+600）=1100.7（N）

2计算载荷Fc（N）

有已知条件查得kF=1.2,kH=1.0,kA=1.1

则Fc=kFkHkAFm=1.2×

1.0×

1.1×

1100.7=1453（N）

3计算额定动载荷计算值Ca’（N）

初选L0=5mm

Ca’=Fc（nzLh’/1.67*104）1/3=[1453×

（30×

14400/1.67×

104）]1/3=4297.2（N）

4确定丝杠型号以及有关数据

由于Ca>

=Ca’,选FYC1D2505-2.5型,Ca=9610N

丝杠副的有关数据：

公称直径D0=25mm导程P=5mm

螺旋角λ=3o38’滚珠直径do=3.175mm

按表2-1（郑堤，唐可洪主编，《机电一体化设计基础》，机械工业出版社出版,第17页）中尺寸公式计算：

滚道半径R=0.52do=0.5×

3.175=1.651mm

偏心距e=0.707（R-do/2）=0.707（1.651-3.125/2）=0.0449mm

丝杠内径d1=D+2e-2R=25+2×

1.61=21.7878

5稳定性验算（采用F-S）

1）由于一端轴向固定的长丝杠在工作是可能发生失稳，所以设计是应验算其安全系数S,其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S]，丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr（N）。

Fcr=Π2EIa/（ul）2（E=206GPa）

因为Ia=Πd14/64=3.14×

（0.021788）4/64=1.1×

10-8m4

取u=2/3时

Fcr=Π2×

206×

109×

10-8/{[（2/3）×

0.5]2}=2.01×

105（N）

安全系数S=Fcr/Fm=2.01×

105/1100.7=182.68>

>

[S]=1.5～3.3.

2）高速长丝杠工作时可能发生共振，因此需验算其不会发生共振的最高转速——临界转速ncr,需求丝杠的最大转速nmax<

ncr

ncr=9910×

[fc2d1/（ul）2]

见表2-10（郑堤，唐可洪主编，《机电一体化设计基础》，第25页）取fc=3.927，μ=2/3时

ncr=9910×

{（3.927）2×

0.021788/[（2/3）×

0.5]2}=29968r/min>

1600r/min

所以丝杠工作时不会发生共振。

3）此外滚珠丝杠副还受D0n值的限制，通常要求D0n<

7×

104mm.r/min

即D0n=25×

30=750mm.r/min<

<

所以丝杠副工作稳定。

6刚度验算

滚珠丝杠在工作负载F（N）和转矩T（N.m）共同作用下引起每个导程的变形量Δl0（m）为

Δl0=（+PF/EA）+（+P2T/2GJc）或Δl0=（-PF/EA）+（-P2T/2GJc）

其中A为丝杠截面积A=1/4d12,Jc为丝杠极惯性矩。

Jc=（∏/32）×

d14,G为丝杠切变模量，对钢G=83.3Gpa,T（N.m）为转矩。

T=Fm×

（D0/2）×

tg（ρ+λ）,λ为摩擦角，其正切值为摩擦系数，Fm为平均工作负载，取摩擦系数为tgρ=0.003，则ρ=0.172o=10’19’’

T=1100.7×

（25/2）×

10-3×

tg（3o38’+10’19’）=0.9139（N.m）

按最不利的情况（F=Fm）时

Δl0=PF/EA+P2T/2GJc=4PF/Ed12+16P2T/2Gd14

=4×

5×

1100.7/3.14×

（0.021788）2+16×

（5×

10-3）2×

0.9139/（3.14）2×

83.3×

（0.021788）4=73.68×

10-9m

则丝杠在工作长度上的弹性变形引起的导程误差为

Δl=L×

（Δl0/P）=0.5×

（7.368×

10-2/5×

10-3）=7.368um

通常要求丝杠的导程误差Δl应小于其传动精度的1/2。

即Δl<

1/2δ=（1/2）×

0.02mm=0.01mm=10μm

所以其刚度可满足要求。

7效率验算

滚珠丝杠副的传动效率为

η=tgλ/tg（λ+ρ）=tg3o38’/tg（3o38’+10’19’’）=95.6%

η要求在90%～95%之间，所以该丝杠合格。

经上所述计算验证,滚珠丝杠副支撑形式为一端固定一端游动，满足条件。

因此滚珠丝杠副支撑形式选两端固定也满足条件，即FYC1D—2505—2.5各项性能均符合题目要求，可选用。

1.4.2纵向进给丝杠

1计算进给牵引力（N）

纵向进给为综合性导轨

=K+（+G）

=1.151340+0.16（5340+1000）

=2560

式中K—考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取K=1.15