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