車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

1、2604130359目 錄第一章 設(shè)計(jì)方案的確定- 9 -一、總體設(shè)計(jì)方案的確定- 9 -二、機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算- 10 -（一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型- 10 -(二) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 15 -第二章 步進(jìn)電動機(jī)的選擇- 19 -一、步進(jìn)電動機(jī)選用原則- 19 -二、步進(jìn)電機(jī)的選型- 20 -（一）C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定- 20 -（二）C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定- 20 -（三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)- 20 -（四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)- 21 -第三章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型- 21 -第四章 電動刀架的選

2、型- 22 -第五章 編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗? 23 -一、機(jī)床改造參數(shù)的選擇- 23 -（一）車床縱向運(yùn)動由Z向步進(jìn)電動機(jī)控制- 23 -（二）車床橫向運(yùn)動由X向步時電動機(jī)控制- 23 -二、程序設(shè)計(jì)- 23 -（一）數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定- 23 -(二) 編程參數(shù)說明- 23 -參考文獻(xiàn)- 27 -體會- 28 -0 引言回顧即將過去的20世紀(jì)，人類取得的每一項(xiàng)重大科技成果，無不與制造技術(shù)，尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。在某種意義上，超精密加工擔(dān)負(fù)著支持最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術(shù)在航天運(yùn)載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對海灣戰(zhàn)爭中美國及盟國武器系統(tǒng)與

3、超精密加工技術(shù)的關(guān)系做了研究，發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對空攻擊能力、精確制導(dǎo)的對地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對抗技術(shù)方面，與超精密加工技術(shù)有密切的關(guān)系?？梢哉f，沒有高水平的超精密加工技術(shù)，就不會有真正強(qiáng)大的國防。超精密車床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率（1nm）和快速插補(bǔ)功能（插補(bǔ)周期0.1ms）?；赑C機(jī)和數(shù)字信號處理芯片（DSP）的主從式硬件結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流，如美國的NAN OPATH和PRECITECH'S ULTRAPATH TM都采用了這一結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運(yùn)動控制模塊（PM AC）開發(fā)應(yīng)用越來越廣泛，使此類數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構(gòu)性得到提高。我國國防科技大學(xué)研制

4、開發(fā)的YH1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASW824工業(yè)一體化PC工作站為主機(jī)，用ADSP2181信號處理器模塊構(gòu)成高速下位伺服控制器。模塊化、構(gòu)件化是超精密車床進(jìn)入市場的重要技術(shù)手段，如美國ANORAD公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺，用戶可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運(yùn)動控制平臺和車床。研制超精密車床時，布局就顯得非常關(guān)鍵。超精密車床往往與傳統(tǒng)車床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別，流行的布局方式是“T”型布局，這種布局使車床整體剛度較高，控制也相對容易，如Pneumo公司生產(chǎn)的大部分超精密車床都采用這一布局。模塊化使車床布局更加靈活多變，如日本超硅晶體研究株式會社研制的超精密車床，用于車削超大硅晶片,采用

5、三角菱形五面體結(jié)構(gòu)，用于提高剛度；德國蔡司公司研制了4軸精密車床AS100，用于加工自由形式表面，該車床除了X、Z和C軸外，附加了A軸，用于加工自由表面時控制砂輪的車削點(diǎn)。此外，一些超精密加工車床是針對特殊零件而設(shè)計(jì)的，如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用應(yīng)力變形盤加工，一些非球面鏡的研拋加工采用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)（CCOS）加工，這些車床都具有和通用車床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可見，超精密車床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個性，需要特殊的設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)手段。為保證超精密車床有足夠的定位精度和跟蹤精度，數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu)，高精度運(yùn)動檢測是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有高分辨率（如ZYGO A

6、X10MTM 2/20分辨率為1.25nm）與高穩(wěn)定性，測量范圍大，適合作車床運(yùn)動線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對環(huán)境要求過于苛刻，使用和調(diào)整非常困難，使用不當(dāng)會大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn)，德國Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車床運(yùn)動檢測，如該公司LI P401,材料長度220mm，分辨率為2nm，采用Zerodur材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)（0.1ppm/k），動靜尺間隙為0.6±0.1mm，對環(huán)境要求低，安裝和使用方便，如Nanoform2500和Opt imum2400超精密車床都使用了Heidenhain光柵尺。在數(shù)控軟件方面，開放性是一個發(fā)展方向

7、。國外有關(guān)開放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的OS ACA、美國的OMAC和日本的OSEC。我國國防科技大學(xué)在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運(yùn)動控制軟件，可根據(jù)車床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件，符合車床模塊化發(fā)展的方向。1.序言課題簡介：本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開設(shè)計(jì)的，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機(jī)床進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn)，特別適合在設(shè)

8、備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車床，主要應(yīng)該解決的問題是如何將機(jī)械傳動的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位，進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動轉(zhuǎn)位以及自動進(jìn)給加工車床，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如：數(shù)控機(jī)床價(jià)

9、格昂貴，一次性投資巨大等，因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一?，F(xiàn)我選用CA6140普通車床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 第一章 設(shè)計(jì)方案的確定C6140型普通車床是一種加工效率高，操作性能好，并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實(shí)踐證明，將其改造為數(shù)控機(jī)床，無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。一般說來，如果原有車床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的數(shù)控車床，同時具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。本設(shè)計(jì)主要是對C6140普通型車床進(jìn)行數(shù)控改造，用微機(jī)對縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)可采

10、用開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動等缺點(diǎn)，但其成本較低，經(jīng)濟(jì)性較好，車床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動原件采用步進(jìn)電動機(jī)。系統(tǒng)傳動主要有：滑動絲杠螺母傳動和滾珠絲杠螺母傳動兩種，經(jīng)比較分析：前者傳動效率及精度較低，后者精度和效率高，但成本高，考慮對車床的性能要求，故采用滾珠絲杠螺母傳動。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀，因此采用自動轉(zhuǎn)位刀架。一 總體設(shè)計(jì)方案的確定由于是對車床進(jìn)行數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用前提下，對同床的改動盡可能少，以降低成本。根據(jù)這一原則，決定數(shù)控系統(tǒng)采用開環(huán)控制；傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母傳動；驅(qū)動元件采用步進(jìn)電動機(jī)；數(shù)控系統(tǒng)采

11、用JWK型系統(tǒng)；刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。這樣車床既保留原有功能，又減少了改造數(shù)量。二 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算將普通車床改造成數(shù)控機(jī)床，除了增加控制系統(tǒng)外，機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，其中包括：縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型，以及自動轉(zhuǎn)位刀架的選型。（一）縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型1、經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床的改造，采用步進(jìn)電動驅(qū)動縱向進(jìn)給，有兩種方案：一種是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠螺母固定在溜板箱上；第二種是縱絲杠固定、電機(jī)安裝在溜板箱上，驅(qū)動螺母傳動。對于車床的改造而言，采用第一種方案顯然簡單易行。所以步進(jìn)電機(jī)的布置，可放在絲杠的任意一端。從改裝方便，實(shí)用等方面考慮，所以將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的左端。2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)

12、計(jì)計(jì)算，已知條件：工作臺重量：W=80kgf=800N時間常量： T=25ms行 程： s=640mm步 驅(qū) 角： 2=0.75o/step快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/ms脈沖當(dāng)量： 8p=0.01mm/8tep（1）切削力的計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊得公式 No=Nd （公式一）其中 NO 為傳動件的額定功率Nd主電機(jī)的額定功率，見使用說明書得：Nd=4.5 kw 從電機(jī)到所計(jì)算的傳動軸的傳動效率（不含軸承的效率）從電機(jī)到傳動軸經(jīng)過皮帶輪和齒輪兩種傳動件傳動，所以=n1×n2 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊得n1 =0.96 n2=0.99所以：=0.96×0.99=0.9504 取 =0.9

13、5即N=4×0.95=3.8（kw）又因?yàn)橹鱾鲃酉到y(tǒng)效率一般為0.60.7 之間，所以取0.65所以NC（進(jìn)給效率）=3.8×0.65=2.47（kw）由機(jī)械加工工藝手冊得Pm= ×9.8 （公式二）式中Vs 切削速度，設(shè)當(dāng)其為中等轉(zhuǎn)速，工件直徑為中等時，如D=40mm時，取Vs=100m/min主切削力FZ = =151.164（Rgf）=1511.64N由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊得主切削力FZ=CFzapxfx×fyfz×kfz(經(jīng)驗(yàn)公式) CFzapxfx fyfz kfz (公式三)對于一般切削情況，切削力中的指數(shù)xfx1FZ=0.75 Kfz0C

14、FZ=188kg/2=1880MpaF2的計(jì)算結(jié)果如下：ap()222333f()0.20.30.40.20.30.4Fz(N)10515241891168122872837為便于計(jì)算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2走刀量f=0.3為以下計(jì)算以此為依據(jù)。由機(jī)械床設(shè)計(jì)手冊得，在一般外圓車削時，F(xiàn)x（0.10.6）FZFy(0.150.7)Fz取Fx=0.5 Fz Fy=0.6FzFx=0.5×1511.7=755.9(N)Fy=0.6 Fz=0.6×1511.7=907.0(N)（2）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計(jì)，綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得P=RG

15、x+f（Fz+w） (公式四)其中R=1.15 , f=0.150.18 取f=0.16P=1.15×755.9+0.16(1511.7+800) =1239.2(N)強(qiáng)度計(jì)算壽命值Li= （公式五）ni= （公式六）由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊得Ti=15000h,原機(jī)床絲杠螺距為60， D=80ni= =19.920(r/min)Li=18最大動負(fù)Q=PfwfH (公式七)其中 運(yùn)載系數(shù)fw=1.2硬度系數(shù)Fh=1Q=×1.2×1239.2×1 =3897.1(N)根據(jù)最大動力負(fù)載荷Q的值，查表選擇滾珠絲杠的型號為W50103.5×1，查表得數(shù)控車床的縱

16、向精度為B級，左旋即型號為W50103.5×1/B900×1000其額定載荷是3970N效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)得，絲杠螺母副傳動效率為= (公式八)由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊得4一般為812取4=10即：摩擦角4=10，螺旋升角（中徑處）r=3O25則= =0.953 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程變化量L1=± (公式九)其中 LO=10=1E=20.6×106N/2滾珠絲杠橫截面積 F=() d為滾珠絲杠外徑 =（）2×3.14 =18.47(2) 則L1=3.256×10-63.27um查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊，B級精度絲杠允許的螺距誤差（9

17、00螺絲長度）為25nm/m ，因此，絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。穩(wěn)定性驗(yàn)算由于原機(jī)床杠徑為30，現(xiàn)選用的滾珠絲杠為50，支承方式不變。所以，穩(wěn)定性不成問題，無需驗(yàn)算。齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機(jī)器，沒有特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬定為217255HBS。大齒輪選用45正火，齒面硬度169217 HBS。傳動比i=其中2表示步驅(qū)角，89表示脈沖當(dāng)量i=2.1取齒數(shù)z1=30, Z2=63 模數(shù)m=2mm, 嚙合角為200，小齒輪齒寬為25，大齒輪齒寬20。d1=mz1=2×30=30d2=

18、mz2=2×63=126da1=m(z1+2)=2×(30+2)=64a=93齒輪傳動精度計(jì)算齒輪圓周速度VV=4.2(m/s)根據(jù)齒輪圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FL傳動慣量的選擇工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量J1=()2W =()2×80 = 0.467kg. 2絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=7.8×10-4D4L1=7.8×-4×(50)4×14.9 =7.26(kg. 2)齒輪的轉(zhuǎn)動慣量JZ1=7.8×10-4×(60)4×2=2.02(kg. 2

19、)JZ1=7.8×10-4×(126)4×2=39.32(kg. 2)由于電機(jī)的傳動慣量很小，一般可忽略不記所以總的傳動慣量為 J總=×(Js+Jz2)+Jz1+J1 =×(7.26+39.32)+2.022+0.467 =14.50(kg. 2) =145.0(N. 2)所需轉(zhuǎn)動力矩的計(jì)算快速空載啟動時所需力矩 M=Mmamx+Mf+MO （公式十二）最大切削負(fù)載時所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt （公式十三）快速進(jìn)給時所需力矩 M=Mf+MO （公式十四）式中Mmamx 空載啟動時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mf 折算到電機(jī)軸上的磨

20、擦力矩。 MO 由于絲杠預(yù)緊所引起，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 Mat 切削時折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。Mt 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。Ma=×10-4（N.m）其中T=0.025 (公式十五)當(dāng)n=nmax時，Mamax=Ma nmax=400(r/min)Mamat=×10-4=24.17(kgf.cm) =241.7(N.cm)nt= =25.08(r/min)Mat=×10-4=1.51(kgf.cm) =15.1(N.cm)Mf=當(dāng)=0.8，f=0.16時，Mf=1.213(kg.cm) =12.13(kg.cm)MO=(1-o2)當(dāng)=0.9時

21、，預(yù)加荷PO=FxMO= =0.40334.03(N.cm)Mt= =6.368(kg.cm)=63.68(N.m)所以，快速空載啟動所需力矩M快空= Mamax+Mf+MO 241.7+1.213+4.03 =257.86(N.cm)切削時所需力矩M切= Mat+ Mf+ MO +Mt=15.1+12.13+4.03+63.69=94.95(N.cm)快速進(jìn)給時所需力矩M快速= Mf+MO =12.13+4.03=16.16(N.cm)由以上計(jì)算可得所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動時Mamax= M快速=257.86(N.cm)(二) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)

22、數(shù)控車床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動滾珠絲杠,使刀架橫向運(yùn)動.步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上,用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床大拖板連接起來,以保證其同軸度,提高傳動精度。（2） 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，已知條件工作臺重量：W=30kgf=300N時間常量：T=25ms行 程：s=190mm步 驅(qū) 角：2=0.75度/step脈沖當(dāng)量：8p=0.005mm/step快速進(jìn)給速度：Vmax=2m/min切削力的計(jì)算橫向進(jìn)給量約為縱向的,取則橫向切削約為縱向切削力Fz=F縱z=×1511.64=755.82(N)在切斷工件時 Fy=0.6 F縱z=0.6×755.82=453.

23、492(N)(3) 滾珠絲杠的計(jì)算強(qiáng)度的計(jì)算對于燕尾型導(dǎo)軌 P=Kfy+f(Fz+W)其中，K=1.4，f=0.2P=1.4×453.492+0.2×(755.82+300)=846.05(N)壽命值Li=13.5 最大動負(fù)載Q=fwfr1p 其中 fw（運(yùn)載系數(shù)）=1.2fh(硬定系數(shù))=1Q=×1.2×1×846.05=2417.4(N)根據(jù)最大動負(fù)載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號,其公稱直徑為35,型號為W3508-3.5×1/B左190×290，額定動負(fù)載荷為2520W，所以強(qiáng)度夠用。效率計(jì)算=r（螺紋升角）=3O38

24、 4（磨擦角）=10=0.956剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載，P引起的導(dǎo)程變化量 L1=F=（）2其中為滾珠絲杠的外徑=（）2×3.14 =9.0746 L1 = ±=±3.62×10-6() 因?yàn)闈L珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化化量L2很小，可忽略不計(jì)，即L=L1，即導(dǎo)程變化總誤差為=L=×3.62×10. -6=4.52(min/m)查表知B級精度絲杠允許的螺矩誤差（在300之內(nèi)）為15um/n ，所以剛度足夠。穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)

25、定性增強(qiáng)，故不再驗(yàn)算。、齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算減速器為一般機(jī)器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼、調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217255HBS；大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169217HBS傳動比 i =其中8表示步驅(qū)角；8P表示脈沖當(dāng)量i=所以，取Z1=30，Z2=99M=2mm，嚙合角為20°小齒輪齒寬為25mm；大齒輪齒寬為20mm。d1=mZ1=2×30=60d2=mZ2=2×99=198da1=m(Z1+2)=2×(30+2)=64da2=m(Z2+2)=2×(99+2)=202a=齒輪傳

26、動精度計(jì)算齒輪圓周速度VV=根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FL、傳動慣量計(jì)算工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動慣量J1=0.04378(Kg.cm2)絲杠轉(zhuǎn)動慣量：JS=7.8×10-4×D4×L1=7.8×10-4×3.54×13.3=1.556(.2)齒輪的傳動的慣量JZ1=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×64×2=2.02(.2)JZ2=7.8×10-4×D4×M=7.8×

27、;10-4×（198）2×2=239.76(.2)由于電機(jī)傳動慣量很小，可以忽略不計(jì)，因此總的轉(zhuǎn)動慣量J= (JS+JZ2）+JZ1+J1= (1.556+239.76）+2.022+0.04378 =24.22(.2)所需轉(zhuǎn)動力矩的計(jì)算nmax=Mamax=4.16(N.m)nt =43.79(r/min)Mat=0.4419(N.m)Mf= 其中，f=0.2 =0.8時Mf=0.029（N.m）M0=0.13860.0139（N.m）Mt=2.19(kgf.cm)0.219（N.m）所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩M=Mamax+Mf=Mo=4.16+0.029+0.013

28、9=4.2079(N.m)切削的所需力矩M切=Mat+Mf+Mo+Mt=0.4419+0.029+0.0139+0.219=0.6938(N.m)快速啟動時所需力矩M快進(jìn)= Mf+Mo=0.029+0.0139=0.0429(N.m)即最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時 即 Mamax=4.2079(N.m)第二章 步進(jìn)電動機(jī)的選擇一步進(jìn)電動機(jī)選用原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需根據(jù)電機(jī)在整個系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，經(jīng)過分析后才能正確的選擇。（一），步距角應(yīng)滿足：=式中i傳動比amin系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動部件的最小轉(zhuǎn)角（二） 精度步進(jìn)電機(jī)的精度可用步距誤差或積累誤差衡量。積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置

29、開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用積累誤差衡量精度比較實(shí)用，所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足。QmiQs式中Qm步進(jìn)電機(jī)的積累誤差。Qs系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動部分允許的角度誤差。（三）轉(zhuǎn)距為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行（不失步、不越步）正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮；啟動力矩，一般啟動力矩選取為Mq式中Mq電機(jī)啟動力矩ML0電機(jī)靜負(fù)載力矩在要求在運(yùn)行頻率范圍內(nèi)，電機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動機(jī)的靜載力矩與電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量（包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。(四) 啟動頻率由于步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率隨負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足：fifopm其

30、中fi極限啟動頻率fopm要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動頻率二步進(jìn)電機(jī)的選型（一）C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定Mq= 取參數(shù)為0.4=644.6（N.m）為了滿足最小步距要求，電動機(jī)選用三相六拍工作方式。查手冊得知：Mq/Mjm=0.866，所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為fmax=3333.3（HZ）綜合考慮，查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)能滿足使用要求。（二）C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定Mq=電動機(jī)選用三相六拍工作方式查手冊得Mq/mjm=0.866Mjm=1.215(N.m)步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率fmax=綜合考慮，查表選用110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)，能夠滿足使用要求。（

31、三）110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動率110BF00330.758067.84（80）1500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量線圈電阻分配方式重量外徑長度軸徑700046.06(4.7)0.37三相六拍611016011參考價(jià)原型號350BFG090811（四）110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動率110BF00430.753044.9（50）500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量線圈電阻分配方式重量外徑長度軸徑34.3(3.5)0.76三相六拍5.511011011參考價(jià)原型號350BFG09041111

32、第三章經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型用數(shù)控機(jī)床工工件時，首先應(yīng)編制零件加工程序。這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主動的變速、啟動、停止、進(jìn)給運(yùn)動的方向速度和位移量，以及刀具選擇交換，工件裝夾和冷卻潤滑的開關(guān)等動作，使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、運(yùn)行軌跡和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行工作，從而達(dá)到加工出符含合要求零件的目的。C6140數(shù)控車床改造后聯(lián)動軸數(shù)為二軸聯(lián)動且傳動精度要求比較高，主要有A850CNC系統(tǒng)和JWK兩種系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)際比較分析，JWK系統(tǒng)的核心是MCS-51系列的8031單片微機(jī)，其采用ISO國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼編程，能自動完成車削端面、內(nèi)外

33、圓、倒角等功能，并配有完備的S、T、M功能。該系統(tǒng)爾采用模塊化設(shè)計(jì)，內(nèi)部有計(jì)算機(jī)等四種模塊。更換維修方便快速。A850CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，集成度高，工藝先進(jìn)，性能穩(wěn)定，可維修性很大。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，以及數(shù)控系統(tǒng)的要求，經(jīng)過實(shí)際比較分析，選用JWK系列。其中又以JWK-15T型系統(tǒng)應(yīng)用最廣、功能較強(qiáng)、操作使用更方便。所以，決定使用JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。JWK-15T主要性能參數(shù)如下：生產(chǎn)廠家南京微分電機(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司型 號JWK-15T用戶容量24K設(shè)定單位X=0.005，Z=0.01控制軸數(shù)X、Z聯(lián)動軸數(shù)二軸編程尺寸±9999.99快速（X/Z）向3/6m/minG功能

34、M00M09，M20M29，M97M99S功能S01S04，S05S10T功能T、XT8X步進(jìn)電機(jī)110BF003工作電源220V±10% 50HZ控制精度1步功耗W360環(huán)境溫度040相對濕度80%（25）外形尺寸（mm）340×400×200系流重量（kg）17第四章 電動刀架的選型自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床，數(shù)控改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各方面要求不，但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下，提供選用的多把刀的可能性。電動刀架的安裝較方便，只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可但要注意兩點(diǎn)：1)

35、電動刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行。2) 電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝：沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面，再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線，走線到系統(tǒng)。其好處在于：避免走線雜亂無章，而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。綜合各方面因素，選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型系列四工位自動刀架。機(jī)床型號C6140刀位數(shù)4電機(jī)功率（W）120電機(jī)轉(zhuǎn)速1400r/min夾緊力1切體尺寸152×152下刀體尺161×171LD4-I型刀架技術(shù)指標(biāo)配車床型號 C6140重復(fù)定位精度0.005mm工作可靠性>30000次換刀時間90°

36、2.9（秒）180°3.4（秒）270°3.9（秒）第五章 編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗粰C(jī)床改造參數(shù)的選擇（一）車床縱向運(yùn)動由Z向步進(jìn)電動機(jī)控制110BF003型直流步進(jìn)電動機(jī)配套絲杠螺距為10泳沖當(dāng)量：0.01改造后的泳沖當(dāng)量：0.01（二）車床橫向運(yùn)動由X向步時電動機(jī)控制110BF003型步進(jìn)電動機(jī)配套絲杠螺距為8脈沖當(dāng)量：0.05改造后的脈沖當(dāng)量：0.05二程序設(shè)計(jì)（一）數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定脈沖當(dāng)量：X向（橫向）為0.05Z向（縱向）為： 0.01坐標(biāo)原點(diǎn)為：0點(diǎn)加工起點(diǎn)為：A點(diǎn)安裝方法：零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專用芯軸方式定位。使用方法：專用組合車刀、切

37、刀加工工序說明：此工序?yàn)榫嚰庸?，零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺寸預(yù)留精車余量0.81.2(二) 編程參數(shù)說明加工編程中以球頭車刀圓心與加工起點(diǎn)相重合187外圓處侄角計(jì)算，見圖一。因?yàn)锳O1=R=2所以BC=22×sin45°=0.585784CD=O1O=BC/sin45°=0.828O2E=10.828=0.17202F=03F=2+0.172=2.172見立體圖3、編制程序JWK-15T型數(shù)控裝置零件加工程序如下：NO10NO20N030N040N050N060N070N080N090N110F140N120N130N140N150N160N170F140N180G92M03 G04G01X38、48G04G01G04G01G03G04G01G04G01G021G02G04X300 Z76F2.0X44 F400F80 F2.0X42、48 F80F2.0V4 W4 F140 N100 G04 F2.0V17.52 W-22 I46.48 K-22 F2.0X76 F100F2.0W-8 F100F2.0V6 W-3 I6 K0 F2.0N190N200N210N220N230N240N250