【正文】 數(shù)控改造同購置新機(jī)床比擬一般可節(jié)省 60%左右的費(fèi)用，大型及特殊裝備尤為明顯 ,一般機(jī)床改造只需 花新機(jī)床購置費(fèi)的 1/3。 所以若 將原 有 的 C616 機(jī)床進(jìn)行徹底改造升級也只需破費(fèi)購買新機(jī)床 60%的費(fèi)用。 并且該機(jī)床能加工原先機(jī)床不能加工的復(fù)雜零件，同時還能能減輕勞動強(qiáng)度 ,改善勞動條件 ,節(jié)省人力 ,能降低勞動成本 。并且還可以熟悉和了解設(shè)備，便于以后的操作維修。使之車床生產(chǎn)效率高 ,是普通車床的 3～ 5 倍 。減少工裝 ,減少人為誤差 ,提高加工精度 ,具有廣泛的適用性和靈活性 。縮短新產(chǎn)品的試制和生產(chǎn)周期 ,易于組織多品種生產(chǎn) ,使企業(yè)能對場需求作出快速響應(yīng)。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容和任務(wù) 將一臺普通車床 C616 改造成一臺經(jīng) 濟(jì)數(shù)控車床； 收集相關(guān)資料及圖紙： ① C616 車床的外觀圖 ； ②機(jī)械裝配圖 ； ③數(shù)控系統(tǒng)組成框圖 ； ④數(shù)控系統(tǒng)電氣原理圖 ； ⑤部分軟件設(shè)計(jì)。 確定改造目標(biāo)、 C616 車床的參數(shù)； 編寫開題報(bào)告； 確定改造總體方案； 確定機(jī)械改造方案（包括絲桿、導(dǎo)軌、傳動裝置的選型確定） ①確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量； ②運(yùn)動部件慣性計(jì)算； ③計(jì)算伺服電機(jī)參數(shù)； ④傳動及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核； ⑤其它相關(guān)零件的選型及計(jì)算。 確定驅(qū)動系統(tǒng)改造方案； 確定 數(shù)控系統(tǒng)改造方案； 重慶大學(xué)?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 重慶大學(xué)專科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 總體方案設(shè)計(jì) 2 總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個數(shù)控 XY 工作臺及其控制系統(tǒng)，該工作臺可安裝在普通鉆、銑床上用于鉆孔或銑削加工。系統(tǒng)分辨率 X： ， Y： 。系統(tǒng)分辨率 X： ，Y： 。 設(shè)計(jì)參數(shù)如下：快速進(jìn)給速度縱向 X： 2m/分；快速進(jìn)給速度橫向 Y： 2m/分；切削進(jìn)給速度： ；時間常數(shù)： t≤ 200ms ； 最大鉆孔直徑 d=5mm；銑刀直徑φ 15mm，齒數(shù) Z=3； 銑削最大余量α e=2mm；銑削最大深度α p=2mm；工作臺加工范圍 X=320mm， Y=260mm。加工材料為鑄鐵；最大工件重量 80Kg。 總體方案確定 系統(tǒng)的運(yùn)動方式與伺服系統(tǒng) 由于機(jī)床既能鉆削又能銑削加工，故應(yīng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。定位方式采用增量坐標(biāo)控制?？紤]到機(jī)床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動 XY工作臺。鉆頭上下運(yùn)動也由步進(jìn)電機(jī)通過減速裝置控制。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列中的 8031 單片機(jī)擴(kuò)展控制系統(tǒng)。 MCS51 單片機(jī) 的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性價比高。 控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤及顯示器、 I/O 接口及光電隔離電路、步進(jìn)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn)。顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)等信息。 改造后的 C616 的傳動方式 將一臺普通車床 C616 改造成一臺經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床，在縱向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造中，拆除原機(jī)床床的進(jìn)給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等，裝上步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱和滾珠絲杠螺一母副。為了提高支承剛度，采用向心推力球軸承對加止推軸承支承方式。齒輪間隙采用雙薄片 調(diào)隙方式。 利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷釘孔安裝齒輪箱體。滾珠絲桿仍安裝在原來的位置，兩端仍采用原固定方式 :這樣可減少改裝的工作量，并由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，且外徑比原先的大，從而使縱向進(jìn)給整體剛度只可能增大。 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)都采用一級齒輪減速。雙片齒輪間沒有加彈簧自動消除間隙。因?yàn)閺椈傻膹椓茈y適應(yīng)負(fù)載的變化情況。當(dāng)負(fù)載大時，彈簧彈力顯小，起不到消除間隙之日的 。當(dāng)負(fù)載小時，彈簧彈力又顯大，則加速齒輪的磨損。因此，采用定期人工調(diào)整、螺釘緊固的辦法消除間隙。 在橫向進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu)改造中，拆除原中拖板 絲桿，安裝滾珠絲桿副，為提高橫向進(jìn)給系統(tǒng)剛度，支承方式采用兩端裝止推軸承。步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱安裝于機(jī)床后側(cè)，為了使減速機(jī)構(gòu)不影響走刀，同時消除傳動過程的沖擊，減速機(jī)構(gòu)采用一級傳動，從動輪采用雙薄片錯位消除問隙。 考慮電機(jī)步距角和絲杠導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選取，為達(dá)到分辨率 的要求，以及考慮步進(jìn)電機(jī)負(fù)載匹配，采用齒輪減速傳動。 數(shù)控改造機(jī)械部分方案如下： 重慶大學(xué)?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 總體方案設(shè)計(jì) 重慶大學(xué)專科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)重點(diǎn)是進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 橫向進(jìn)給系統(tǒng) 工 作臺重量 NG 4001 ? 滾珠絲杠的導(dǎo)程 mmT 51 ? 行程 mmS 1901 ? 脈沖當(dāng)量 ?? 快速進(jìn)給速度 min/ mVx ? 切削進(jìn)給速度 min/ mvx ? 時間常數(shù) mst 200? 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 工作臺重量 NG 10002 ? 滾珠絲杠的導(dǎo)程 mmT 102 ? 行程 mmS 6402 ? 脈沖當(dāng)量 ?? 快速進(jìn)給速度 min/3mVz ? 切削進(jìn)給速度 min/ mvz ? 時間常數(shù) mst 200? 傳動計(jì)算 iT360??? 式中 —脈沖當(dāng)量；—? —步距角；—? —齒輪傳動比；—i —絲杠螺距?！猅 即 Ti ??360? 1 11 ????? Ti ? ? ； 2 22 ????? Ti ? ? 所以21ZZi? 式中 1Z —— 小齒輪， 2Z —— 大齒輪。 211 ??橫橫ZZi ； 212 ??縱縱ZZi 經(jīng)翻閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》和計(jì)算得 45,27 21 ?? 橫橫 ZZ ； 50,24 21 ?? 縱縱 ZZ 。 確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸 因?yàn)閭鬟f的扭矩較小，取模數(shù) mmm 1? ，齒輪有關(guān)尺寸見下表： Z 縱向 橫向 24 50 27 45 mZd? （ mm） 24 50 27 45 mdda 2?? （ mm） 26 52 29 47 mdd f ??? （ mm） mb )6~3(? （ mm） 5 5 5 5 2 21 dda ?? （ mm） 37 36 切削力的計(jì)算 由《金屬切削原理》知，車削時 重慶大學(xué)?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 縱車外圓 橫車外圓 主切削力 FznyxpFzz KvfaCF ? 切深抗力 FynyxpFyy KvfaCF ? 走刀抗力 FxnyxpFxx KvfaCF ? 式中 、進(jìn)給抗力；—主切削力、切深抗力—、 xyz FFF —切削深度；—pa ；取—進(jìn)給量—；—切削速度— rffmv /,m i n )/( ?—切削力修正系數(shù)?！?FxFyFz KKK 若加工工件材料為灰鑄鐵則： 查表得 主切削力zF 中 。0。92 ????? FzFzFzFzFz KnyxC 。 切深抗力yF 中 。0。54 ????? FyFyFyFyFy KnyxC 。 進(jìn)給抗力xF 中 。0。46 ????? FxFxFxFxFx KnyxC 。 rf /?取 所以 FznyxpFzz KvfaCF ? N4 3 9 ??????? FynyxpFyy KvfaCF ? N57 ??????? FxnyxpFxx KvfaCF ? N66 ??????? 滾珠絲杠的計(jì)算與選型 因?yàn)?C616 普通車 床使用的是三角形和矩形綜合導(dǎo)軌，由于本設(shè)計(jì)是把 C616車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，所以在本設(shè)計(jì)仍然采用 C616 普通車床自身導(dǎo)軌。由于傳統(tǒng)的導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)大，動摩擦系數(shù)隨速度的變化而變化，摩擦損失大，低速時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象而降低運(yùn)動部件的定位精度，因而本設(shè)計(jì)采用在原來的導(dǎo)軌上進(jìn)行貼塑（貼聚四氟乙烯塑料導(dǎo)軌軟帶）處理，使之具有摩擦特性好、耐磨性好、減震性好等優(yōu)點(diǎn)，其摩擦系數(shù) ~39。 ?f 。 機(jī)床絲杠進(jìn)給牽引力 ① 由于機(jī)床橫向采用的是燕尾形導(dǎo)軌 ，則 )2(39。 GFFfKFF yZXm ???? 式中 。 39。 ?? fK NGFFfKFF yZXm 1 0 5 8)4005772439()2( 139。1 ???????????? ② 由于機(jī)床縱向采用的是綜合性導(dǎo)軌，則 )(39。 GFfKFF ZXm ??? 式中 。 39。 ?? fK —切削分力—、 ZX FF —移動部件的重量?！狦 NGFfKFF ZXm 8 6 1)1 0 0 04 3 9( 6 )( 239。2 ????????? 疲勞強(qiáng)度計(jì)算 滾珠絲杠的當(dāng)量動負(fù)荷 mH FffLQ ?3? 式中 mF 為橫向或縱向的牽引力。 經(jīng)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得 當(dāng)其一般運(yùn)轉(zhuǎn)時，運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)~?wf ，本設(shè)計(jì)取?wf ；精度等級為 3 級時，精度系數(shù) 。 式中 ，其中 m in/ a x mVV xx ???? ； m in/ a x mVV zz ???? 又因?yàn)槭褂脡勖?15000hT? ，絲杠螺距 mm5t1 ? ， mm01t2 ? X向的最大進(jìn)給 min/ mvx ? ， Z 向的最大進(jìn)給 min/ mvz ? ?Hf61060nTL? tVn Max1000?重慶大學(xué)?？茖W(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)械部分設(shè)計(jì) m in/ a x mvv xx ???? ； m in/2 8 a x mvv zz ???? m i n/1 8 05 0 0 01 0 0 0 m a x1 rtVn x ???? m i n/14410 m a x2 rtVn z ???? )10(1 6 210 1 5 0 0 01 8 0601060 66611 轉(zhuǎn)????? TnL )10( 1 5 0 0 0144601060 66622 轉(zhuǎn)????? TnL 橫向絲杠的牽引力 GfFP zX 當(dāng)?? 式中 當(dāng)f —— 當(dāng)量摩擦系數(shù) , ?當(dāng)f NGfFP zX 4 4 54 0 1 3 94 1 1 ??????? 當(dāng) 縱向絲杠的牽引力 GfFP zZ 當(dāng)?? 式中 當(dāng)f —— 當(dāng)量摩擦系數(shù) , ?當(dāng)f 橫向最大動負(fù)載 縱向最大動負(fù)載 根據(jù)給 定的有效行程和經(jīng)濟(jì)成本的考慮， X 向選取 MISUMI 公司的BSX1205300， Z 向選取 MISUMI 公司的 BSX1510750。 精度等級 型式 指定單位 mm Y 螺旋方向 循環(huán)數(shù) 基本額定負(fù)載