《C6140型普通车床改造数控机床正文（可编辑）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C6140型普通车床改造数控机床正文（可编辑）（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、C6140型普通车床改造数控机床正文 C6140普通车床改造数控正文第一章 设计方案的确定C6140型普通车床是一种加工效率高操作性能好并且社会拥有量较大的普通型车床经过大量实践证明将其改造为数控机床无论是经济上还是技术都是确实可行了一般说来如果原有车床的工作性能良好精度尚未降低改造后的数控车床同时具有数控控制和原机床操作的性能而且在加工精度加工效率上都有新的突破本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造用微机对纵横进给系统进行控制系统可采用开环控制和闭环控制开环控制虽然有不稳定振动等缺点但其成本较低经济性较好车床本身所进行的加工尺寸是粗半精加工驱动原件采用步进电动机系统传动主要有滑动丝杠
2、螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种经比较分析前者传动效率及精度较低后者精度和效率高但成本高考虑对车床的性能要求故采用滚珠丝杠螺母传动刀架性能要求是准确快速的换刀因此采用自动转位刀架一 总体设计方案的确定由于是对车床进行数控改造所以在考虑具体方案时基本原则是在满足使用前提下对同床的改动尽可能少以降低成本根据这一原则决定数控系统采用开环控制传动系统采用滚珠丝杠螺母传动驱动元件采用步进电动机数控系统采用JWK型系统刀架采用自动转位刀架这样车床既保留原有功能又减少了改造数量二 机械部分的改造设计与计算将普通车床改造成数控机床除了增加控制系统外机械部分也应进行相应的改造其中包括纵向和横向进给系统的设计选型以
3、及自动转位刀架的选型一纵向进给系统的设计选型1经济数控车床的改造采用步进电动驱动纵向进给有两种方案一种是步进电机驱动丝杠螺母固定在溜板箱上第二种是纵丝杠固定电机安装在溜板箱上驱动螺母传动对于车床的改造而言采用第一种方案显然简单易行所以步进电机的布置可放在丝杠的任意一端从改装方便实用等方面考虑所以将步进电机放在丝杠的左端2纵向进给系统的设计计算已知条件工作台重量W 80kgf 800N时间常量 T 25ms行 程 s 640mm步 驱 角 2 075ostep快速进给速度V 2mms脉冲当量 8p 001mm8tep1切削力的计算由机床设计手册得公式 No Nd 公式一其中 NO 为传动件的额定
4、功率Nd主电机的额定功率见使用说明书得Nd 45 kw 从电机到所计算的传动轴的传动效率不含轴承的效率从电机到传动轴经过皮带轮和齿轮两种传动件传动所以 n1n2 由机床设计手册得n1 096 n2 099所以 096099 09504 取 095即N 4095 38kw又因为主传动系统效率一般为0607 之间所以取065所以NC进给效率 38065 247kw由机械加工工艺手册得Pm 98 公式二式中Vs 切削速度设当其为中等转速工件直径为中等时如D 40mm时取Vs 100mmin主切削力FZ 151164Rgf 151164N由机床设计手册得主切削力FZ CFzapxfxfyfzkfz 经
5、验公式 CFzapxfx fyfz kfz 公式三 对于一般切削情况切削力中的指数xfx1FZ 075 Kfz0CFZ 188kg2 1880MpaF2的计算结果如下ap 222333f 020304020304Fz N 10515241891168122872837为便于计算所以取Fz 15117N以切削深度ap 2走刀量f 03为以下计算以此为依据由机械床设计手册得在一般外圆车削时Fx0106FZFy 01507 Fz取Fx 05 Fz Fy 06FzFx 0515117 7559 N Fy 06 Fz 0615117 9070 N 2滚珠丝杠的设计计算由经济型数控机床总设计综合车床导轨丝
6、杠的轴向力得P RGxfFzw 公式四 其中R 115 f 015018 取f 016P 1157559016 15117800 12392 N 强度计算寿命值Li 公式五ni 公式六由机床设计手册得Ti 15000h原机床丝杠螺距为60 D 80ni 19920 rmin Li 18最大动负Q PfwfH 公式七 其中 运载系数fw 12硬度系数Fh 1Q 12123921 38971 N 根据最大动力负载荷Q的值查表选择滚珠丝杠的型号为W5010351查表得数控车床的纵向精度为B级左旋即型号为W5010351B9001000其额定载荷是3970N效率计算根据机械基础得丝杠螺母副传动效率为
7、公式八 由机床设计手册得4一般为812取4 10即摩擦角4 10螺旋升角中径处r 3O25则 0953 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载P引起的导程变化量L1 公式九 其中 LO 10 1E 206106N2滚珠丝杠横截面积 F d为滚珠丝杠外径 2314 1847 2 则L1 325610-6327um查机床设计手册B级精度丝杠允许的螺距误差900螺丝长度为25nmm 因此丝杠的刚度符合要求即刚度足够稳定性验算由于原机床杠径为30现选用的滚珠丝杠为50支承方式不变所以稳定性不成问题无需验算齿轮及转矩的相关计算此齿轮为普通减速器的齿轮且减速器为一般机器没有特殊要求从降低成本减小结构尺寸和易于取材的
8、原则出发决定小齿轮选用45钢调质齿面硬定为217255HBS大齿轮选用45正火齿面硬度169217 HBS传动比i 其中2表示步驱角89表示脉冲当量i 21取齿数z1 30 Z2 63 模数m 2mm 啮合角为200小齿轮齿宽为25大齿轮齿宽20d1 mz1 230 30d2 mz2 263 126da1 m z12 2 302 64a 93齿轮传动精度计算齿轮圆周速度VV 42 ms 根据齿轮圆周速度和对噪音的要求确定齿轮精度等级侧隙分别为小齿轮8GJ大齿轮8FL传动惯量的选择工作台质量折算到电机轴上的转动惯量J1 2W 280 0467kg 2丝杠的转动惯量Js 7810-4D4L1 78
9、-4 50 4149 726 kg 2 齿轮的转动惯量JZ1 7810-4 60 42 202 kg 2 JZ1 7810-4 126 42 3932 kg 2 由于电机的传动惯量很小一般可忽略不记所以总的传动惯量为 J总 JsJz2 Jz1J1 7263932 20220467 1450 kg 2 1450 N 2 所需转动力矩的计算快速空载启动时所需力矩 M MmamxMfMO 公式十二最大切削负载时所需力矩 M MatMfMOMt 公式十三快速进给时所需力矩M MfMO 公式十四式中Mmamx 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩 Mf 折算到电机轴上的磨擦力矩 MO 由于丝杠预紧所引起
10、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 10-4Nm其中T 0025 公式十五 当n n时Ma Ma n 400 rmin Mamat 10-4 2417 kgfcm 2417 Ncm nt 2508 rmin Mat 10-4 151 kgfcm 151 Ncm Mf 当 08f 016时Mf 1213 kgcm 1213 kgcm MO 1-o2 当 09时预加荷PO FxMO 04033403 Ncm Mt 6368 kgcm 6368 Nm 所以快速空载启动所需力矩M快空 MaMfMO 24171213403 257
11、86 Ncm 切削时所需力矩M切 Mat Mf MO Mt 9495 Ncm 快速进给时所需力矩M快速 MfMO 1213403 1616 Ncm 由以上计算可得所需最大力矩Ma发生快速启动时Ma M快速 25786 Ncm 二 横向进给系统的设计与计算1横向进给系统的设计经济数控车床改造的横向进给系统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计算已知条件工作台重量W 30kgf 300N时间常量T 25ms行 程s 190mm步 驱 角2 075度step脉冲当量8p 0005m
12、mstep快速进给速度V 2mmin切削力的计算横向进给量约为纵向的则横向切削约为纵向切削力Fz F纵z 151164 75582 N 在切断工件时 Fy 06 F纵z 0675582 453492 N 3 滚珠丝杠的计算强度的计算对于燕尾型导轨 P Kfyf FzW 其中K 14f 02P 1445349202 75582300 84605 N 寿命值Li 135 最大动负载Q fwfr1p 其中 fw运载系数 12fh 硬定系数 1Q 12184605 24174 N 根据最大动负载荷的值可选择滚珠丝杠的型号其公称直径为35型号为W3508-351B左190290额定动负载荷为2520W所以强度够用效率
