C616型普通车床说明书.docx
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C616型普通车床说明书
12机制对口课程设计:
C616型普通车床
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:
δp=0.01mm/step
步距角:
α=0.75°/step
快速进给速度:
Vmax=2mm/min
(1)切削计算由〈〈机床设计手册〉〉可知,切削功率
Nc=NηK
式中N——电机功率,查机床说明书,N=4KW;
η——主传动系统总效率,一般为0.6~0.7取η=0.65;
K——进给系统功率系数,取为K=0.96。
则:
Nc=4×0.65×0.96=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=CFzapxFzfYFzKFz
查表得:
CFz=188kgf/mm21880Mpa
XFz=1YFz=0.75KFz=1
则可计算FZ如表
(1)所示:
表
(1)FZ计算结果
ap(mm)
2
2
2
8
8
8
f(mm)
0.2
0.3
0.4
0.2
0.3
0.4
FZ(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=(0.1~0.6)FZFZ=(0.15~0.7)FZ
取:
FX=0.5FZ=0.5×1527.6=763.8N
FY=0.6FZ=0.6×1527.6=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′=0.15~0.18,取为0.16。
则
P=1.15×763.8+0.16×(1527.6+800)=1250.8N
1)强度计算:
寿命值L1=
n1=
=
取工件直径D=80mm,查表得TI=15000h
则:
n1=
=20r/min
L1=
=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=
×1.2×1×1250.8=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φ32mm,型号为FC1B32×6—5—E2,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η为:
η=
式中摩擦角ψ=10′ 螺旋升角γ=3°25′
则
η=
3)刚度验算:
滚珠丝杠受到工作负载P引起的导程的变化量
△L1=±
式中L0=6mm=0.6cm;
E=20.6×166N/cm2。
滚珠丝杠截面积F=(
)2π=(
)2×3.14
则
△L1=±
=±5.9×10-6㎝
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
△=
=
×5.9×10-6=9.8μm/m
查表知E级精度丝杠允许的螺距误差(1m长)为15μm/m,故刚度足够。
4)稳定性验算:
由于机床原丝杠直径为φ30mm,现选用的滚珠丝杠直径为φ32mm,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=32mmZ2=40
m=2mmb=20mmα=20°
d1=mZ1=2×32=64mm
d2=mZ2=2×40=80mm
dα1=d1+2ha*=68mm
dα2=d2+2ha*=84mm
α=
=
=72㎜
2)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=(
)2×80=0.468㎏·㎝2
=4.68N·㎝2
丝杠的转动惯量:
JS=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×3.24×140.3
=11.475㎏·㎝2=114.75N·㎝2
齿轮的转动惯量:
JZ1=7.8×10-4×6.44×2=2.617㎏·㎝2=26.17N·㎝2
JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39㎏·㎝2=63.9N·㎝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+J1
=
(11.475+6.39)+2.617+0.468
=14.519㎏·㎝2=145.19N·㎝2
3)所需转动力矩计算
快速空载启动时所需力矩
M=Mamax+Mf+M0
最大切削负载时所需力矩
M=Mat+Mf+M0+Mt
快速进给时所需力矩
M=Mf+M0
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=
×10-4N·m
当n=nmax时Mamax=Ma
nmax=
=
=416.7r/min
Mamax=
×10-4=2.52N·m=25.72㎏f·㎝
当n=nt时Ma=Mat
nt=
=
=
=24.88r/min
Mat=
×10-4=0.1505N·m=1.536㎏f·㎝
Mf=
=
当η0=0.8f′=0.16时
Mf=
=1.223㎏f·㎝
M0=
(1-η02)
当η0=0.9时预加载荷P0=
Fx则:
M0=
=
=0.462㎏f·㎝=4.62N·㎝
Mt=
=
=7.297㎏f·㎝=72.97N·㎝
所以,快速空载启动时所需力矩:
M=Mamax+Mf+M0
=25.72+1.223+0.462=27.405㎏f·㎝
=274.05N·㎝
切削时所需力矩:
M=Mat+Mf+M0+Mt
=1.536+1.223+0.462+7.297=10.518㎏f·㎝
=105.18N·㎝
快速进给时所需力矩:
M=Mf+M0=1.223+0.462=1.685㎏f·㎝
=16.85N·㎝
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=27.405㎏f·㎝=274.05N·㎝
(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=30㎏f=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δp=0.005㎜/step
步距角α=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1/2~1/3,取1/2,则切削力约为纵向的1/2
FZ=0.5×152.76=76.38㎏f=763.8N
在切断工件时:
Fy=0.5FZ=0.5×76.38=38.19㎏f=381.9N
(2)滚珠丝杠设计计算
1)强度计算:
对于燕尾型导轨:
P=KFy+f′(Fz+W)
取K=1.4f′=0.2
则
P=1.4×38.19+0.2(76.38+30)
=74.74㎏f=747.4N
寿命值
L1=
=
=13.5
最大动负载
Q=
=
=213.55㎏f=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系列,滚珠丝杠公称直径为φ20㎜,型号为FC1B20×4—5—E2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γ=3°38′,摩擦角ψ=10′
则传动效率
η=
=
=0.956
3)刚度验算:
滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量
△L1=±
=±
=±
5.96×10-6㎝
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15μm/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=18Z2=30
m=2㎜b=20㎜α=20°
d1=36㎜d2=20㎜
dα1=40㎜dα1=64㎜
a=48㎜
2)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=7.8×10-4×D4L1=7.8×10-4×24×50=0.624㎏·㎝2
齿轮的转动惯量:
JZ1=7.8×10-4×3.64×2=0.262㎏·㎝2
JZ2=7.8×10-4×64×2=2.022㎏·㎝2
电机转动惯量很小可以忽略。
因此,总的转动惯量:
J=
=1.258㎏·㎝2
3)所需转动力矩计算
nmax=
Mamax=
N·m=2.23㎏f·㎝
nt=
=33.17r/min
Mat=
=0.0174N·m=0.1775f·㎝
Mf=
=
=
0.287㎏f·㎝=0.028N·m
M0=
0.116㎏f·㎝=0.011N·m
Mt=
1.824㎏f·㎝=0.182N·m
所以,快速空载启动时所需转矩:
M=Mamax+Mf+M0
=2.23+0.287+0.116=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝
切削时所需力矩:
M=Mat+Mf+M0+Mt
=0.1774+0.287+0.116+1.824
=2.404㎏f·㎝=24.04N·㎝
快速进给时所需力矩:
M=Mf+M0=0.287+0.116
=0.403㎏f·㎝=4.03N·㎝
从以上计算可知:
最大转矩发生在快速启动时,Mmax=2.633㎏f·㎝=26.33N·㎝