c620普通車(chē)床z向改進(jìn)說(shuō)明書(shū)

1、 方向課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目 C620數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)(Z向)改造 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 王 吉 鵬 學(xué) 號(hào) 201210111219 年級(jí) 2012級(jí) 指導(dǎo)教師 張 躍 華 職稱(chēng) 教授 2015年 7 月機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械系【摘要】機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問(wèn)題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。但從目前企業(yè)面臨的情況看，因數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。我國(guó)

2、作為機(jī)床大國(guó)，擁有大量的普通機(jī)床。因此，對(duì)普通機(jī)床數(shù)控化改造不失為一種較好的選擇?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)電一體化 車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 滾珠絲杠螺母副 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)【Abstract】 An important basis for machine tool manufacturing industry as a mechanical equipment, its development has aroused people's attention, CNC machine tools as a typical mechatronic products, in mechanical manufact

3、uring industry plays a huge role, well solve the modern machinery manufacturing complex structure, high precision, small batch, changeable machining problem and can stabilize the product processing quality, greatly improve production efficiency. But from the current situation of enterprises face, be

4、cause the price of CNC machine tools is more expensive, one-time investment is more than the ambassador of the enterprise. China as a big country, with a large number of ordinary machine tool. Therefore, it is a good choice for the general machine tool numerical control transformation.【Key words】Mec

5、hanical and electrical integration design of vertical feed system of lathe ball screw nut pair stepping motor目錄緒論. 4第1章 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)任務(wù)總體簡(jiǎn)介.51.1 題目.51.2 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容概括.51.3 C620機(jī)床原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù).51.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定.6第二章 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算.62 .1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì).62.2 計(jì)算切削力.62.3 計(jì)算絲杠的進(jìn)給牽引力.62.4計(jì)算絲杠的最大動(dòng)載荷.72.5滾珠絲杠的選型.82.6 傳動(dòng)效率計(jì)

6、算.92.7剛度驗(yàn)算.92.8穩(wěn)定性校核.12第3章 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇.12 3.1 減速器傳動(dòng)比的計(jì)算.12 3.2 負(fù)載的等效換算.13 3.3 步進(jìn)電機(jī)性能校核.17第4章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō)明.174.1 絲杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié).174.2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位.17結(jié)論部分.18設(shè)計(jì)體會(huì).18參考文獻(xiàn).193緒論機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起

7、世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。  數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：   1）適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。  2） 加工精度高；   3） 生產(chǎn)效率高；   4） 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；   5） 良好的經(jīng)濟(jì)效益；   6） 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力

8、，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買(mǎi)新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。普通車(chē)床數(shù)控改造的設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，這次設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)完“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等專(zhuān)業(yè)課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械、電子、自動(dòng)控

9、制、微機(jī)等知識(shí)，進(jìn)行一次機(jī)電結(jié)合的全面訓(xùn)練，以培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題，解決問(wèn)題和進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)的能力。此設(shè)計(jì)過(guò)程為期兩個(gè)星期，在張躍華老師的指導(dǎo)下，對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行縱向進(jìn)給的改造。由于學(xué)生水平有限，在設(shè)計(jì)乃至計(jì)算過(guò)程中難免會(huì)有一些錯(cuò)誤，望老師及同學(xué)指點(diǎn)賜教。第1章 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)任務(wù)總體簡(jiǎn)介1.1 題目本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C620普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容概括：確定進(jìn)給系統(tǒng)所受的載荷、系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量、運(yùn)動(dòng)部件的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，滾珠絲杠的選擇、各傳動(dòng)零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算、導(dǎo)程的

10、設(shè)計(jì)、電機(jī)的選擇、繪制進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分的裝配圖、零件圖等1.3 C620機(jī)床原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù)最大共建回轉(zhuǎn)直徑：在床身上D=400毫米在床鞍上 D=210 毫米最大工件長(zhǎng)度 1000毫米主電動(dòng)機(jī)功率 7.5千瓦；轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分 最大進(jìn)給速度 1.0米/分最大快移速度 4米/分起動(dòng)加速時(shí)間 30毫秒移動(dòng)部件重量 80公斤 機(jī)床定位精度 0.015毫米1.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、螺紋加工等功能，所以應(yīng)該選用連續(xù)控制系統(tǒng)。為了保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時(shí)，若直接將電機(jī)與滾珠絲杠

11、聯(lián)必會(huì)引起絲杠溫度過(guò)高即磨損加劇使其壽命降低。故在其兩者之間加一消隙齒輪箱，一使絲杠速度降低，二則消除系統(tǒng)傳動(dòng)中的間隙，提高傳動(dòng)精度，并有效減少反向運(yùn)動(dòng)死區(qū)現(xiàn)象，消隙齒輪箱與絲杠可采用聯(lián)軸器形式連接，這樣便確定了如下圖2-1所示的傳動(dòng)方案。電機(jī)消隙齒輪箱滾珠絲杠螺母副工作臺(tái)圖2-1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案第二章 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的位移量稱(chēng)為脈沖當(dāng)量，是評(píng)價(jià)數(shù)控加工精度的一個(gè)技術(shù)參數(shù)，本次設(shè)計(jì)任務(wù)給出：Z方向（縱向）是0.01mm/脈沖2.2計(jì)算切削力切削力的計(jì)算方法有多種，既可以根據(jù)切屑用量計(jì)算，也可以根據(jù)主傳動(dòng)功率計(jì)算或根據(jù)

12、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：主切削力按經(jīng)驗(yàn)公式估算：在機(jī)床床身上工件的最大回轉(zhuǎn)直徑（m）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式按切削力各分力比例：取：2.3計(jì)算進(jìn)給牽引力縱向進(jìn)給采用綜合型導(dǎo)軌，絲杠的進(jìn)給牽引力為： 式中考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌??；滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)：溜板及刀架重力：2.4計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載式中滾珠絲杠導(dǎo)程，初選L0=5mm； 最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最大進(jìn)給速度的（），此處??；使用壽命，按；運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)??； 壽命，以轉(zhuǎn)為1單位。初選L0=5mm，帶入上式得：2.5滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇機(jī)構(gòu)類(lèi)型：確定滾軸循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類(lèi)型確定后，再計(jì)算和

13、確定其他參數(shù)，包括：公稱(chēng)直徑、導(dǎo)程、滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)、精度等級(jí)等。本設(shè)計(jì)中選擇滾珠循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)方式中的固定式。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法選擇雙螺母螺紋預(yù)緊。根據(jù)計(jì)算的絲杠的最大動(dòng)載荷，查產(chǎn)品樣本，縱向滾珠絲杠副可采用G2505-4內(nèi)循環(huán)固定反相器雙螺母滾珠絲杠副，圈數(shù)，其額定動(dòng)負(fù)載為11825N，額定靜載荷為47148N。滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷大于其最大動(dòng)載荷，滿足承載能力的要求。2.6 傳動(dòng)效率計(jì)算滾珠絲杠副的效率為式中螺旋升角，摩擦角，取，滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=2.7 剛度驗(yàn)算先畫(huà)出此縱向進(jìn)給滾珠絲杠支承方式草圖如圖3-1所示，縱向滾珠絲杠副的兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸。最大牽

14、引力為2456N，支承間距，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的。圖3-1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖2.7.1絲杠的拉伸或壓縮變形量受工作載荷Fm作用引起的導(dǎo)程變化量為：式中：進(jìn)給牽引力：查出剛才的彈性模量，滾珠絲杠的底徑截面積，帶入式子得：由于絲杠采用了預(yù)拉伸，其拉壓強(qiáng)度可以提高4倍，故實(shí)際變形量為2.7.2滾珠與螺紋滾道間接觸變形有預(yù)緊時(shí)式中：軸向工作載荷，滾珠數(shù)量每一圈的滾珠數(shù)Z圈數(shù)列數(shù)=2342=184。帶入表達(dá)式得：2.7.3支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用向心推力球軸承時(shí)總變形量查第3章表300mm行程允許的變形量是0.016，故剛好滿足要求。2.8穩(wěn)定性校核根據(jù)臨界載荷

15、式中： 支承方式系數(shù),截面慣性矩將數(shù)據(jù)帶入式中得遠(yuǎn)大于穩(wěn)定性安全系數(shù),故不會(huì)失穩(wěn)。第3章 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇3.1 縱向進(jìn)給減速箱傳動(dòng)比的計(jì)算為了使工作臺(tái)達(dá)到4m/min的速度，所需絲杠的轉(zhuǎn)速為；若步進(jìn)電機(jī)的步距角為，為使工作臺(tái)達(dá)到4m/min的速度，所需的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為因此，為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求和增大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量盡可能地減小，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與絲杠之間采用一級(jí)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行降速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)傳動(dòng)比為i,初步選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角為，則：選定齒輪的齒數(shù)：參考同類(lèi)型機(jī)床，取齒輪的模數(shù)2mm.其他參數(shù)如下。也可以選用同步帶輪，即電機(jī)軸與絲杠之間采用一級(jí)同步帶傳動(dòng)。3

16、.2負(fù)載的等效換算3.2.1負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下式計(jì)算：式中步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、齒輪、的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。參考同類(lèi)型機(jī)床，初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子慣量 式中、齒輪、的分度圓直徑； 、齒輪、的齒寬。代入上式：驗(yàn)算步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題。滿足慣量匹配的要求。3.2.2 電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計(jì)算：（1）快速空載起動(dòng)力矩在快速空載起動(dòng)階段加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下：將前面的數(shù)據(jù)帶入，式中各符號(hào)意義同前。折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩： 附加摩擦力矩： 上述三項(xiàng)合計(jì)得最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩施

17、加在電機(jī)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為從上面計(jì)算可以看出，三種工況下，以最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩最大，此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。3.3步進(jìn)電機(jī)性能校核3.3.1校核啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩110BYG3503型最大靜轉(zhuǎn)矩為。采用三相六拍根據(jù)表4-1，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為，滿足要求。3.3.2校核運(yùn)行頻率計(jì)算空載運(yùn)行頻率為：計(jì)算切削時(shí)的運(yùn)行頻率為3.3.3校核啟動(dòng)頻率根據(jù)前面的計(jì)算，電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，查產(chǎn)品楊電機(jī)的空載啟動(dòng)頻率1600HZ.雖然滿足不了帶載直接啟動(dòng)的要求，需要采用升降控制，以保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生失步現(xiàn)象。進(jìn)給系統(tǒng)改造的裝配圖第4章 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō)明4.1 絲

18、杠進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)由于系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，故采用脈沖信號(hào)的變化來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而通過(guò)齒輪箱到絲杠軸，對(duì)大托板的縱向進(jìn)給速度進(jìn)行控制。4.2 軸向的預(yù)緊力的調(diào)整及定位由裝配圖可知，在絲杠軸的兩端各裝有一對(duì)鎖緊螺母（預(yù)緊螺母），可有這對(duì)螺母對(duì)絲杠軸的軸向預(yù)緊進(jìn)行調(diào)整，并起到定位作用。每組支承部件的另一端，即與鎖緊螺母對(duì)應(yīng)的那端采用端蓋定位。在絲杠副的一端也采用端蓋定位，另一端為鎖緊螺母，既預(yù)緊又定位。結(jié)論部分經(jīng)過(guò)計(jì)算、校核、設(shè)計(jì)，表明改造任務(wù)的初步設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，現(xiàn)改造方案已設(shè)計(jì)成圖紙見(jiàn)裝配圖。該改造設(shè)計(jì)相對(duì)普通車(chē)床來(lái)說(shuō)，提高了自動(dòng)化程度，加入了計(jì)算機(jī)控制，操作、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，既能降低能耗，又能提高了工作效率。但是設(shè)計(jì)者由于能力有限，經(jīng)驗(yàn)寒酸，時(shí)間緊迫，設(shè)計(jì)及圖紙中難免有不妥甚至是重大錯(cuò)誤，望老師和同學(xué)指正。設(shè)計(jì)體會(huì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，我感慨頗多。在這兩個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是總體來(lái)講，效果還是很好的，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，還學(xué)到了很多在書(shū)本上無(wú)法