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1、12 机制对口课程设计：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
2、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/
3、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： p=0.01mm/step步距角： =0.75/s
4、tep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=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=vNC6120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=0.7
5、5 KFz=1则可计算 FZ 如表（1）所示： 表（1） FZ计算结果ap(mm)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=763.8NFY=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+f(FZ+W)式中 K=
6、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=61 1060iTnn1=0Lfn主01000 DLvf 取工件直径 D=80 mm,查表得 T I=15000h则：n1=20r/min68014. 33 . 01001000L1=18610150002060最大动负载 Q=HwfPfL31查表得： 运转系数 fw=1.2 硬度系数 fH=1则Q=1.211250.8=39933.6N318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
7、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：=)(vtgtgv式中 摩擦角 =10 螺旋升角 =325则=)10253(253 tgtg3)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=EFPL0式中 L0=6mm=0.6cm；E=20.6166N/ cm2。滚珠丝杠截面积 F=()2=（）23.142d 28031. 2则L1=5.910-6 14. 3)28031. 2(106 .206 . 08 .125026滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量L2很小
8、,可忽略,即：L=L1。所以：导程变形总误差为 =5.910-6=9.8m/mLL0100 6 . 0 100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=1.25PL 3600 01. 0360675. 0故取 Z1=32mm Z2=40m=2mm b=20mm =20d1=m Z1=232=64mmd2= m Z2=240=80mmd1 =d1 +2ha*=68mmd2=d2+2ha*=84
9、mm=72221dd 28064 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=()280=0.4682p18075. 014. 301. 0180 =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+ J121 i=(11.475+6.39)+2.617+0.468225. 11=14
10、.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=10-4NmTJn 6 . 9当 n=nmax时 Mamax =Manmax=416.7r/min0max Liv 625. 12000Mamax=10-4=2.52Nm=25.72f025. 06 .
11、97 .416519.14 当 n=nt时 Ma=Matnt=24.88r/min0Lfni主01000LfDvi 68014. 325. 13 . 01001000 Mat=10-4=0.1505Nm=1.536f025. 06 . 9 88.24519.14 Mf =iLF 200 iWLf 20当 0=0.8 f=0.16 时Mf =1.223f25. 18 . 014. 32 6 . 08016. 0M0 =(1-02)iLFX 20当 0=0.9 时预加载荷 P0=Fx则：31M0=0.462f=4.62NiLFX 6)1 (2 00 25. 18 . 014. 36)9 . 01 (6 . 038.762Mt=7.297f=72
