普通车床横向进给系统的数控化改造设计说明书样本

一、设计任务书课程设计题目CA6140普通车床横向进给系统的数控化改造（经济型）学院机械工程学院专业机械制造及其自动化年级已知参数和设计要求：1.工作台重量：W=300N（粗估）2滚珠丝杆导程：T4mm（供参考）3. 行程：S 190mm4. 脉冲当量：一0.005mm5. 快速进给速度：V 1.5m/min快6. 快速进给速度：/0.5m/min进7. 时间常数：tW 100ms学生应完成的工作：1.机械结构装配图A1图纸2张，要求视图基本完整、符合标准。 2数控系统组成框图（或画在设计说明书里面）A2图纸1张。3数控系统电气原理图 A1图纸1张。4软件框图（或画在设计说明书里面）A2图纸1张当前资料收集情况（含指定参考资料）： 1机床设计图册 哈工大 华中纺织工业大学 2机床设计手册机械工业出版社3机械设计手册化学工业出版社4微机接口设计参考书课程设计的工作计划：1.方案论证1.5天2机械部分设计6.5天3电气部分设计3.5天4软件设计1.5天5编写说明书1天（约8000字）6准备答辩及答辩1天任务下达日期 年12月23日完成日期年 月 日指导教师（签名）学生（签名）二、设计要求2.1总体方案设计要求 总体方案设计应考虑机床数控系统的类型 , 计算机的选择 , 以 及传动方式和执行机构的选择等。( 1) 普通车床数控化改造后应具有定位、 纵向和横向的直线插 补、 圆弧插补功能, 还要求能暂停, 进行循环加工和螺纹加工等 , 因此, 数控系统选连续控制系统。( 2) 车床数控化改装后属于经济型数控机床 , 在保证一定加工精 度的前提下应简化结构、 降低成本, 因此, 进给伺服系统采用步进 电机开环控制系统。( 3) 根据普通车床最大的加工尺寸、 加工精度、 控制速度以及经 济性要求, 经济型数控机床一般采用8位微机。在 8位微机中, MCS 51 系列单片机具有集成度高、 可靠性好、 功能强、 速度快、 抗干扰能力强、 具有很高的性价比, 因此, 可选 MCS51 系列单 片机扩展系统。( 4) 根据系统的功能要求 , 微机数控系统中除了 CPU 外, 还包括 扩展程序存储器, 扩展数据存储器、 I/O 接口电路; 包括能输入加 工程序和控制命令的键盘 , 能显示加工数据和机床状态信息的显 示器, 包括光电隔离电路和步进电机驱动电路 , 另外, 系统中还应 包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其它辅助电路。( 5) 设计自动回转刀架及其控制电路。( 6) 纵向和横向进给是两套独立的传动链 , 它们由步进电机、 齿轮副、 丝杠螺母副组成, 其传动比应满足机床所要求的分辨率。( 7) 为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性 , 选用摩擦小、 传动效率高的滚珠丝杠螺母副 , 并应有预紧机构, 以提高传动刚度 和消除间隙, 齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。( 8) 采用贴塑导轨 , 以减小导轨的摩擦力。( 9) 原机床的主要结构布局基本不变 , 尽量减少改动量 , 以降低 成本缩短改造周期。( 10) 机械结构改装部分应注意装配的工艺性 , 考虑正确的装配顺 序, 保正安装、 调试、 拆卸方便, 需经常调整的部位调整应方便。光电隔向步进电 Y 一 一 一步进电-下拖輪程=1r3车床功率股大器控制计算机加工工件那伏手工输汎;计算税感带歩进电映 变速箱 工件. S歩进电机数控车床改造的总体方案示意图三、机械部分的改造设计和计算3.1进给系统机械结构改造设计 进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、 进给箱、 溜板箱、 溜板刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一种方案: 挂轮架系统: 全部拆除, 在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生 器。进给箱部分 : 全部拆除, 在该处安装纵向进给步进电机与齿轮 减速箱总成丝杠、 光杠和操作杠拆去, 齿轮箱连接滚珠丝杠, 滚珠丝杠的另一 端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。溜板箱部分 : 全部拆除, 在原来安装滚珠丝杠中间支撑架和螺 母以及部分操作按钮。横溜板箱部分: 将原横溜板的丝杠的、 螺母拆除, 改装横向进给滚珠丝杠螺母副、 横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并 与滚珠丝杠相连。刀架: 拆除原刀架, 改装自动回转四方刀架总成。3.2横向进给伺服系统机械部分的计算与选型进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括: 计算切削力、 滚珠丝杠螺母副的设计、 计算与选型、 齿轮传动计算、 步进电 机的计算和选型等。已知条件:1工作台重量:W = 300N（粗估）2滚珠丝杆导程:T = 4mm（供参考）3行程:S = 190mm4脉冲当量： = 0.005mm5快速进给速度：V =1.5m/min快6切削进给速度：V =0.5m/min进7时间常数:t 100ms、传动计算 = uT360其中a表示步距角（本设计取0.75） , 表示脉冲当量（本设计是 0.005mm）aT因此u =逆空=0.48、切削力计算主切削力 F 二 1840a f 0.75 二 1840x2.5x0.15。75 二 1108.7NCp切深抗力 F 二(0.1 -0.6)F 二 0.5F 二 0.5x 1108.7 二 554.4Np c c走刀抗力 F 二(0.15 -0.7)F 二 0.5F 二 0.5x 1108.7 二 554.4Nfcc式中a表示切削深度，f表示进给量，本设计取a =2.5mm,ppf =0.15mm。、滚珠丝杠设计计算 横向运动的导轨形式常为燕尾形导轨, 其轴向力的实验公式为:F 二 KF +叽 F + 2 F + W)mfcp式中，系数K为1.4,摩擦系数卩取0.05因此F 二 KF +r (F + 2F + W)二 1.4x554.4 + 0.05(1108.7 + 2x554.4 + 300)二 902Nmfcp(1) 疲劳强度计算滚珠丝杠的当量动载荷C为：mC = 3 LF F Fmw Q m式中，L为工作寿命，L =池,n为丝杠转速，T为实用时间寿命，数10660nT 60 xV x1000T扌工机床取T = 15000(h)，故L = 快=135(106转)1062T x106gf 为载荷系数， 取1.3; f 为精度系数， 取1wQ因此CF = 3135 x1.2x1.1x 902 = 6107.9Nmw Q m由上述当量动载荷， 且使用条件为横向进给， 故选择丝杠 FFB2205。(2) 刚度验算滚珠丝杠的刚度按照下式校核:5 =6 +5 +5 ls123丝杠的支撑方式: 一端固定, 一端简支。丝杠拉压弹性位移5 =Flm4-AE902 x 450兀 (20-3.5) x 2.1x1054=9.04 x10-3 mm丝杠副內滚珠与滚道的接触变形52 = Fm =孺=1.77吨k2是预紧力2为额定载荷的 1/3时的接触刚度, 查手册得 k2=510.滚动轴承的接触变形5 = 0.52（）1/3 F 2/3 ,初选推力球轴承 3 D Z2mw51104,D = 5.56, Z = 14,代入上式得，5 = 4.72pm。 w3又因为轴承存在预紧力, 因此/ 1 / 1 / 15=5 = 2.26 pm, 5 = 5 = 0.89 pm, 5 = 5 = 2.36 pm 14 122 232 35 = 51 +52 +53 = 12.24&= 16,丝杠精度取 4 级。0.45、确定齿轮参数因为5=丄uT ,因此u =型5 = 0.48,取Z = 24, Z = 50,齿轮模数 360aT12m = 2.5 mm因此匕 d = mZ = 2 x 24 = 48mm, d = mZ = 2 x 50 = 100mm , 轴向长度1 1 2 2l =16mm,l = 14mm12、步进电机的选择负载转矩Ml180 5Fx m兀 aq式中, q 为电机到丝杠的总传递效率