CK6125型半閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控車床設(shè)計

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畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)

作者：羅毅學號：202380426系部：機械工程學院專業(yè)：機械電子專業(yè)題目：CK6125型半閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)控車床設(shè)計

指導者：李雪講師

評閱者：

2023年06月南京

南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）

摘要

CK6125數(shù)控車床由主傳動系統(tǒng)，進給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。設(shè)計中首先進行總體方案的確定，畫出簡易的傳動系統(tǒng)圖，根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)對主傳動和進給系統(tǒng)中的主要傳動件進行了校驗計算。進給系統(tǒng)由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠實現(xiàn)進給?？刂葡到y(tǒng)是由CPU、鍵盤，顯示，接口電路，脈沖分派器和電機驅(qū)動部分組成。CK6125通過單片機反饋補償實現(xiàn)半閉環(huán)控制。最終進了技術(shù)經(jīng)濟分析得出設(shè)計生產(chǎn)該產(chǎn)品是經(jīng)濟合理的。南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）

其次章總體方案設(shè)計

方案設(shè)計主要是確定機床的總體結(jié)構(gòu)，傳動原理以及基本的運動動力參數(shù)。

2.1設(shè)計參數(shù)

設(shè)計任務給出各項指標如下：[1]加工對象：45號鋼[2]主軸轉(zhuǎn)速：50—2000rad/min

[3]工作臺行程：X—450mmZ—130mm[4]脈沖當量：?0.01[5]異步電機驅(qū)動

2.2總體方案的確定

CK6125型數(shù)控車床的主要參數(shù)：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑250mm；最大工件長度500mm；

最小設(shè)定單位x軸0.001mmz軸0.001mm；回轉(zhuǎn)刀架工位數(shù)4；主電機功率3.0kw；機床凈重1200kg。

主要特點：CK6125數(shù)控車床的導軌耐磨性好，精度高，主軸采用變頻無級調(diào)速控制，可自動完成對零件的內(nèi)外柱面、端面、任意錐面、圓弧面及公英制螺紋切削等工序連續(xù)加工。

2.3基本參數(shù)的確定

通過主軸孔最大棒料直徑

11D??250?25mm1010床身寬度B?2.14D0.82=96.63mm

d?經(jīng)濟合理的工件或刀具直徑依照以下幾種經(jīng)驗公式估定

dmax?(0.5~0.7)D?0.6D=0.6?250=150mm2

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dmin?(0.08~0.12)D?0.10D=0.10?250=25mm

2.3.1運動參數(shù)

可通過類比試驗和計算等方法綜合確定

1000vmax1000vminnmax?nmin??dmax?dminvmin、vmax、dmax、dmin為經(jīng)濟加工切削速度和經(jīng)濟合理的工件或刀具直

徑。nmin、nmax是機床的最低、最高轉(zhuǎn)速，其中常用經(jīng)濟加工切削速度硬質(zhì)合金刀具精車中碳鋼v,v=200~220m/min取vmax?220m/min,vmin取高速鋼刀具

精車絲杠vmin?15m/min。

dmax?KD?0.5?250?125mm

dmin?0.25?125?31.25mm

nmax?1000?220?2242.04r/min

3.14?31.25nmin?1000?15?38.22r/min

3.14?1250.30.3取n?38~2242r/min.計算額定轉(zhuǎn)速nj?nmin?nmax???n?min?????2242??38???38?????129.13r/min

2.3.2動力參數(shù)

據(jù)以下公式及數(shù)據(jù)估算電機功率P。

P?Pc?Pc?Fz?V6120

FZ?f?t?s（公斤力）

f—單位切削面積上的切削力，取硬質(zhì)合金刀加工中碳鋼

f=200（公

2mm/）；

t—切削深度；s—進給量。

V__切削速度。

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切削深度及進給量取半精車中碳鋼，故t取1㎜；s取0.2㎜；取v=297m/s

Pc?f?t?s?v200?1?0.2?297??1.94kw61206120p?Pc/??1.94/0.7?2.27kw

2.4傳動原理

此次設(shè)計的CK6125只用于精加工和半精加工,初步確定主軸箱部分為六級變速（手動），用一個三聯(lián)齒輪和二聯(lián)齒輪來實現(xiàn)六級變速，而后用傳動比為一比一的齒輪帶動編碼器，采用雙速電機，異步電機的同步轉(zhuǎn)速為1000rad/min其實際轉(zhuǎn)速為960rad/min，可得車床有3×2=6級變速。

而對其的選擇方案有兩種，如下所述：方案一：

采用結(jié)構(gòu)式：6?31?23，其2(2?1)?3?8?8，故適合。方案二：

采用結(jié)構(gòu)式：6?21?32，其3(3?1)?2?9?8，大于8，故不適合。

對方案一和方案二進行比較，方案一遠優(yōu)于方案二（由于方案二不合理），應選用方案一。再根據(jù)方案一畫出其轉(zhuǎn)速圖。其轉(zhuǎn)速圖如下：

960?1.64585如上圖可知皮帶輪的降速比為：，由此可知皮帶的降速比也適合，

圖2-1轉(zhuǎn)速圖

故此方案可行。

再就是縱向和橫向進給是靠絲杠來實現(xiàn)的，絲杠用步進電機來帶動。由于脈

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沖當量小于0.01。所以在步進電機和絲杠之間我們用傳動比為1：1的齒輪帶來連接。

大帶輪與帶輪軸連接采用卸荷方式，可以使大帶輪的重量不壓在軸上，減輕了軸的負荷，使傳動更平穩(wěn)。主軸箱內(nèi)有兩對滑移齒輪，把它們分別放在第一．二根軸上，將第一．二根軸做成花鍵軸，使整體結(jié)構(gòu)更緊湊，更合理。主軸與編碼器連接采用齒輪一比一傳動，這樣便利計算主軸轉(zhuǎn)一圈時絲杠進給量?？v、橫向進給系統(tǒng)選擇的步進電機步距角都為0.36°，縱向進給的最小進給量為0.002㎜，橫向進給的最小進給量為0.01㎜，所以必需通過減小步距角來實現(xiàn)這個最小進給量。減小步距角可以通過同步齒形帶傳動來減小，選擇齒輪傳動來減小步距角。傳動要求:

1）傳動原理主要滿足設(shè)計任務所給出的精度要求。2)應當在保證精度的狀況下盡量使結(jié)構(gòu)簡單。

3)主軸的轉(zhuǎn)速范圍為50—2000RPM，采用雙速電機傳動,然后采用手動六級調(diào)速,從而實現(xiàn)50—2000RPM的轉(zhuǎn)速范圍.

4)脈沖當量為0.01毫米/分鐘，若采用較高級數(shù)的步進電機，通過齒輪減速來帶動絲杠就可以達到，并且結(jié)構(gòu)簡單，在該處還沒有傳動誤差，可以使電控部分的結(jié)構(gòu)及程序編制更為簡單。

5)主傳動系統(tǒng)需要一個變速電機通過帶輪帶動主軸，從而完成主傳動運動。進給部分也相對簡單，當一個脈沖信號傳給步進電機時，步進電機轉(zhuǎn)過一個相應的步進角，通過一個一級或二級減速器將動力傳遞給絲杠完成工作臺（刀架）橫、縱向進給運動。另外，反饋系統(tǒng)保證更高的精度可以增加。

6)進給部分采用滾珠絲杠副有如下特點：1）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，精度高；2）有可逆性；3）磨損小，壽命長；但制作困難，要求自身精度高。所以，采用滾珠絲杠副優(yōu)點相對較多，比較合理。滾珠絲杠的循環(huán)方式采用外循環(huán)方式，這種方式制造加工比較簡單，經(jīng)濟性好。

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表2-1設(shè)計參數(shù)

C6125主要技術(shù)參數(shù)

項目床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑

最大工件長度主軸轉(zhuǎn)速范圍主軸通孔直徑主軸錐孔主軸電機功率刀架刀位數(shù)

車刀刀桿最大尺寸(寬×高)

刀架快移速度(Max)進給電機扭矩（功率）機床外型尺寸

機床重量（毛重/凈重）電壓

單位mm

mmrpmmmKWmm

縱向（Z）縱向（Z）mmKgVAC

6

參數(shù)Ф250

750

50～2000(手動六級)Ф40莫氏6度3420×20

m/minN.m

1500×800AC三相

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(10)考慮與摩擦磨損因素有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(11)考慮與腐蝕因素有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在考慮上面這些結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上既可以滿足設(shè)計需要又可以最大限度技術(shù)和經(jīng)濟在人類進行物質(zhì)生產(chǎn)、交換活動中始終并存，是不可分割的兩個方面。兩者相互促進又相互制約。技術(shù)具有猛烈的應用性和明顯的經(jīng)濟目的性，沒有應用價值和經(jīng)濟效益的技術(shù)是沒有生命力的。而經(jīng)濟的發(fā)展必需依靠于一定的技術(shù)手段，世界上不存在沒有技術(shù)基礎(chǔ)的經(jīng)濟發(fā)展。技術(shù)與經(jīng)濟的這種特性使得它們之間有著緊湊而不可分割的聯(lián)系。

本次畢業(yè)設(shè)計的是經(jīng)濟型數(shù)控車床，車削技術(shù)在機床工業(yè)上的應用越來越重要。本品參考價格為20萬元.（參考《數(shù)控機床的應用》）

由于一個機床廠不可能只生產(chǎn)一種機床，種類多了則一種機床的生產(chǎn)數(shù)量就不能太多，要根據(jù)生產(chǎn)能力和市場要求來設(shè)定生產(chǎn)規(guī)模。根據(jù)魯南機床廠的生產(chǎn)能力假設(shè)如下：平均一年的的生產(chǎn)能力為20臺，再不出現(xiàn)產(chǎn)品積壓和供不應求的狀況下，一年的毛利潤為400萬元。

一臺機床需要2個步進電機，每個1300元左右；每臺變頻調(diào)速電機1臺，單價8000元左右；每臺絲杠兩個單價2000元左右；編碼器1臺，單價1600左右；導軌兩臺總計2萬元左右；所需要的各種軸承、螺釘、螺栓總計需要200元；所需要的鋼材，灰鑄鐵（包括原料費用，加工成品所需要的費用）總計需要8萬元左右（下面有北京05年6月份部分價格表5-1）。增值稅稅率為17%這樣每臺機器制造成本大約需要12萬元（已除去經(jīng)營費用、運輸費用、存儲費用以及管理費用的），成本費用1.5萬元（包含運輸、保管、存儲等費用）。工人工資按每人1500元/月但是每個工人還要生產(chǎn)其他產(chǎn)品，這樣一年本產(chǎn)品在工人的工資上總計除去10萬元，則可得

成本=12*1.17-8*0.17/1.17-4*0.17/1.17=11.902萬元

純利潤:{[400-20*（2*0.13+0.8+2*0.2+0.16+2+0.02+8）-10]/20}*（1-33%）=5.37萬元

（其中還要除去個人所得稅33%的稅款）

利潤還是相當可觀的，而且本機器制造簡單，體積小占用空間少，便于運輸，十分適合私人開的各種小工廠，銷路在近幾年十分的好

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