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浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機電工程系 畢業(yè)設(shè)計 論文 開題報告 課題名稱 CA6140普通車床數(shù)控化改造 專 業(yè) 機電一體化 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2008年 11 月 27 日 1 課題研究的現(xiàn)狀和意義 課題背景 1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機 這表明人類創(chuàng)造了可增 強和部分代替腦力勞動的工具 它與人類在農(nóng)業(yè) 工業(yè)社會中創(chuàng)造 的那些只是增強體力勞動的工具相比 起了質(zhì)的飛躍 為人類進入 信息社會奠定了基礎(chǔ) 6 年后 即在 1952 年 計算機技術(shù)應(yīng)用到了 機床上 在美國誕生了第一臺數(shù)控機床 我國目前機床總量 380 余萬臺 而其中數(shù)控機床總數(shù)只有 11 34 萬臺 即我國機床數(shù)控化率不到 3 近 10 年來 我國數(shù)控機床年 產(chǎn)量約為 0 6 0 8 萬臺 年產(chǎn)值約為 18 億元 機床的年產(chǎn)量數(shù)控 化率為 6 我國機床役齡 10 年以上的占 60 以上 10 年以下的 機床中 自動 半自動機床不到 20 FMC FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈 指可數(shù) 美國和日本自動和半自動機床占 60 以上 可見我們的 大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn) 加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床 而 且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機床 用這種裝備加工出來的產(chǎn) 品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長 從而在 國際 國內(nèi)市場上缺乏競爭力 直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品 市場 效益 影響企業(yè)的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機床的數(shù)控化率 在美國 日本和德國等發(fā)達國家 它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增 長行業(yè) 生意盎然 正處在黃金時代 由于機床以及技術(shù)的不斷進 步 機床改造是個 永恒 的課題 我國的機床改造業(yè) 也從老的行 業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè) 在美國 日本 德國 用數(shù) 控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場 已形成了機床和生產(chǎn)線 數(shù)控改造的新的行業(yè) 在美國 機床改造業(yè)稱為機床再生 Remanufacturing 業(yè) 從事再生業(yè)的著名公司有 Bertsche 工 程公司 ayton 機床公司 Devlieg Bullavd 得寶 服務(wù)集團 US 設(shè)備公司等 美國得寶公司已在中國開辦公司 在日本 機床改造 業(yè)稱為機床改裝 Retrofitting 業(yè) 從事改裝業(yè)的著名公司有 大隈工程集團 崗三機械公司 千代田工機公司 野崎工程公司 濱田工程公司 山本工程公司等 研究意義 企業(yè)要在當前市場需求多變 競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需 要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品 以最低價格 最好的質(zhì)量 最短的 時間去滿足市場需求的不斷變化 而普通機床已不適應(yīng)多品種 小 批量生產(chǎn)要求 數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術(shù) 微電子技術(shù) 自動檢 測技術(shù)等先進技術(shù) 最適宜加工小批量 高精度 形狀復(fù)雜 生產(chǎn) 周期要求短的零件 當變更加工對象時只需要換零件加工程序 無 需對機床作任何調(diào)整 因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求 2 課題要解決的問題或研究的基本內(nèi)容 主要研究內(nèi)容 1 縱向和橫向滾珠絲杠的選型及校核 2 床身部分改造 3 齒輪減速箱的設(shè)計 4 其他元件的選擇 3 課題研究擬采用的手段和工作路線 課程設(shè)計方法 1 獨立思考 2 繼承和創(chuàng)新 設(shè)計時 要以現(xiàn)在的數(shù)控機床作為基本了解對象 深入了解現(xiàn)有 數(shù)控機床的的現(xiàn)狀 認真閱讀參考現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)資料 繼承或借 鑒前人的設(shè)計經(jīng)驗和成果 但不能盲目地全盤抄襲 應(yīng)根據(jù)具體的 設(shè)計條件和要求 獨立思考 大膽地進行改進和創(chuàng)新 只有這樣 才能做出高質(zhì)量的設(shè)計成果 3 全面考慮現(xiàn)有機床的精度 工藝性 經(jīng)濟性和維護性等方面要求 機床任何零部件的機構(gòu)和尺寸 除去考慮它的強度剛度外 還應(yīng) 該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求 經(jīng)濟性要求 使用 要求等才能確定 4 使用標準和規(guī)范 設(shè)計時應(yīng)盡量使用標準和規(guī)范 這有利于零件的互換性和工藝性 同時也可減少設(shè)計工作量 節(jié)省設(shè)計時間 對于國家標準或部門規(guī) 范 一般都要嚴格遵守和執(zhí)行 設(shè)計中采用標準或規(guī)范的多少 是 評價設(shè)計質(zhì)量的一項重要指標 因此 在畢業(yè)設(shè)計中 凡是有國家 標準和企業(yè)標準規(guī)范要求的 應(yīng)該盡量采用 工作路線 1 設(shè)計準備 了解設(shè)計任務(wù)書 明確設(shè)計要求 工作條件 設(shè)計內(nèi)容的步驟 通 過查閱有關(guān)設(shè)計資料 到數(shù)控機床操作場所參觀實物征詢操作人員 的建議等 了解設(shè)計對象的性能 結(jié)構(gòu)及工藝性 準備好設(shè)計需要 資料 繪圖工具 擬定設(shè)計計劃等 2 機床部分裝配圖設(shè)計 繪制機床裝配圖 進行起它的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和部件設(shè)計 3 完成控制系統(tǒng)的部分連接控制電路圖 4 編制機床控制的程序 5 繪制機床工作原理圖 繪出零件的必要視圖 標注尺寸 公差及表面粗糙度 編寫技術(shù)要 求和標題欄等 6 編寫設(shè)計說明書 寫明整個設(shè)計的主要計算和一些技術(shù)說明 4 課題研究計劃進程 一 二周 接受畢業(yè)設(shè)計課題 根據(jù)課題內(nèi)容了解課題研究的現(xiàn)狀 并進行實地考察 完成開題報告 三 四周 進行有關(guān)的計算 包括 工件最大加工直徑的設(shè)定 滾珠 絲桿 聯(lián)軸器的設(shè)計計算 機床本體的設(shè)計 傳動裝置的計算 對刀裝 置的設(shè)計 電動機的選擇 五 八周 有關(guān)圖紙的繪制 九周 對畢業(yè)設(shè)計進行檢查 糾正 整理 綜合 最后打印 交指 導(dǎo)老師復(fù)查 5 課題成果 設(shè)計說明書 圖紙 產(chǎn)品或作品 應(yīng)用程序 其它 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師 簽名 年 月 日 教研室主任意見 教研室主任 簽名 年 月 日 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機電工程系 畢業(yè)設(shè)計 論文 課題名稱 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 專 業(yè) 機電一體化 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2009 年 4 月 30 日 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 2 摘要 普通車床 CA6140 的數(shù)控化改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下 然后再對普通車床進 行適當?shù)臋C械改造 改造的內(nèi)容主要包括 1 機床導(dǎo)軌部分的改進 對數(shù)控車床來說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外 還要有良好的耐摩擦 磨 損特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時要有足夠的剛度 以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影 響 要有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑 又因為貼塑比較實惠 效果優(yōu)良 為此 本設(shè)計采用貼塑 2 機床進給部分的改造 機床的進給部分在加工精度方面起到?jīng)Q定性的作用 原來的進給主要是由滾動絲杠帶動的 但因其功率損失過大 靈敏性不好 所以在數(shù)控化改造過程中必須改成滾珠絲杠 因為滾珠絲 杠能大部分彌補滾動絲杠所帶來的不足 3 在電機與絲杠傳動增加齒輪減速箱 經(jīng)濟型數(shù)控車床的脈沖當量是一不可改變的值 為了實現(xiàn)多脈沖當量的任意選擇 我們可 在電機與滾珠絲杠間加一個減速機構(gòu) 為了保證傳動精度 數(shù)控機床上需要使用的精度等級較 高的齒輪 在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙傳動 因而改造時 機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要 求 以保證機床加工精度 關(guān)鍵字 普通車床 數(shù)控改造 導(dǎo)軌 進給 絲杠 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 目錄 摘要 2 緒論 4 數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇 6 2 1 數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇 6 機械部分改造 7 3 1 主軸箱 7 3 2 機床導(dǎo)軌 7 3 3 機床進給機構(gòu)的改造 7 滾珠絲桿副的設(shè)計與選擇 9 4 1 縱向滾珠絲桿副的選擇與校核 9 齒輪減速箱的設(shè)計 14 5 1 齒輪減速箱箱體設(shè)計 14 5 2 軸承的選擇 19 5 3 絲杠軸承的選擇與校核 20 結(jié)束語 24 參考文獻 25 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 4 1 緒論 數(shù)控機床與普通機床相比 增加了功能 提高了性能 簡化了結(jié)構(gòu) 較好地解決形狀 復(fù)雜 精密 小批量及形狀多變零件的加工問題 能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和提高生產(chǎn) 率 其應(yīng)用越來越廣泛 但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制 1 數(shù)控機床價格昂 貴 一次性投資巨大 中小企業(yè)常是心有力而力不足 2 目前 各企業(yè)都有大量的 普通機床 完全用數(shù)控機床替換根本不可能 而且替代下的機床閑置起來又會造成浪 費 3 在國內(nèi) 訂購新數(shù)控機床的交貨周期一般較長 往往不能滿足生產(chǎn)急需 要較好的解決上述問題 應(yīng)走通用機床數(shù)控改造之路 普通機床的改造就是在普通 機床上增加微機數(shù)控裝置 使其具有一定的自動化能力 以實現(xiàn)額定的加工工藝目標 這一工作早在 20 世紀 60 年代已經(jīng)在開始迅速發(fā)展 并有專門企業(yè)經(jīng)營這門業(yè)務(wù) 目 前 國外已發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)部門 從美國 日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗看 機床 的數(shù)控化改造也必不可少 如日本的大企業(yè)中有 26 的機床經(jīng)過數(shù)控化改造 中小企業(yè) 則達 74 在美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為世界各地提供數(shù)控化改造業(yè)務(wù) 中國是擁有 300 多萬臺機床的國家 其中大部分是多年積累生產(chǎn)的普通機床 自動化程度低 要想 在近幾年用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機床 不論是資金還是中國機床制造廠的能力都 是辦不到的 因此 普通機床的數(shù)控化改造大有可為 它適合中國的經(jīng)濟水平 生產(chǎn) 水平和教育水平 已成為中國設(shè)備技術(shù)改造的主要方向之一 機床數(shù)控化改造的優(yōu)點 1 改造閑置設(shè)備 能發(fā)揮機床原有的功能和改造后的新 增功能 提高了機床的使用價值 可以提高固定資產(chǎn)的使用效率 2 適應(yīng)多品種 小批量零件生產(chǎn) 3 自動化程度提高 專業(yè)性強 加工精度高 生產(chǎn)效率高 4 降低對工人的操作水平的要求 5 數(shù)控改造費用低 經(jīng)濟性好 6 數(shù)控改 造的周期短 可滿足生產(chǎn)急需 因此 我們必須走數(shù)控改造之路 普通車床 如 C616 C618 CA6140 等是金屬切削加工最常用的一類機床 普通 機床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來 通過進給箱變速 后 由光杠或絲杠帶動溜板箱 縱溜箱 橫溜板移動 進給參數(shù)要靠手工預(yù)先調(diào)整好 改變參數(shù)時要停車進行操作 刀架的縱向進給運動和橫向進給運動不能聯(lián)動 切削次 序也由人工控制 對普通車床進行數(shù)控化改造 主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改為用微機控制的 能獨 立運動的進給伺服系統(tǒng) 刀架改造成為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架 這樣 利用數(shù)控裝置 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進行切削加工 由于加工過程中的切削參數(shù) 切削 次序和刀具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換 再加上縱向和橫向進給聯(lián)動的功能 數(shù)控改 裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件 并能實現(xiàn)多工序自動車削 從而 提高了生產(chǎn)效率和加工精度 也能適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 6 2 數(shù)控進給伺服系統(tǒng)控制方式的選取 2 1 數(shù)控進給伺服系統(tǒng)控制方式的的選擇 數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型 改造時 應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇 1 步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng) 系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機 功率步進電機 電液脈沖馬達等 由數(shù)控 系統(tǒng)送出的進給指令脈沖 經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后 使步進電機轉(zhuǎn)動 通過齒 輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件 只要控制指令脈沖的數(shù)量 頻率以及通電順序 便 可控制執(zhí)行部件運動的位移量 速度和運動方向 這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位 置和速度反饋到輸入端 故稱該之為開環(huán)系統(tǒng) 該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進電 機的角位移精度 齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度 所以系統(tǒng)的位移精度較低 該系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 調(diào)試維修方便 工作可靠 成本低 易改裝成功 2 異步電動機或直流電機拖動 光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是 由光柵 感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位 置反饋信號 隨時與給定值進行比較 將兩者的差值放大和變換 驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu) 以 給定的速度向著消除偏差的方向運動 直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零 為止 閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜 成本也高 對環(huán)境室溫要求嚴 設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難 但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度 更快的速度 驅(qū)動功率更大的特性指標 可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求 決定是否采用這種系統(tǒng) 3 交 直流伺服電機拖動 編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上 間接測量執(zhí)行部件的位置 它只能補 償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差 因此 它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低 但是它的結(jié) 構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單 在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一 個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題 當前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多 國外著名公司的如德國 SIEMENS 公司 日本 FANUC 公司 國內(nèi)公司如中國珠峰公司 北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司選擇數(shù) 控系統(tǒng)時主要是根據(jù)數(shù)控改造后機床要達到的各種精度 驅(qū)動電機的功率和用戶的要 求 本設(shè)計選用上海通用數(shù)控公司 KT400 T 經(jīng)濟型車床數(shù)控系統(tǒng) 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 3 機械部分的改造 為了充分發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)性能 保證改造后的車床在系統(tǒng)控制下重復(fù)定位精度 微機進給無爬行 使用壽命長 外型美觀 機械部分作了如下改動 3 1 主軸箱 對于數(shù)控化改造來說 經(jīng)濟性很重要 因此能不動的地方盡量避免 為此主軸箱不 予改動 3 2 機床導(dǎo)軌 對數(shù)控車床來說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外 還要有良好的耐 摩擦 磨損特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時要有足夠的剛度 以減少導(dǎo)軌變 形對加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑 增加耐磨性的方法有 1 增加導(dǎo)軌 的表面強度如 淬火 2 貼塑以降低摩擦系數(shù) 因為貼塑操作方便 不需要很復(fù)雜的操作 也不需要將導(dǎo)軌拿下 而且價格便宜 也能達到我們預(yù)先設(shè)想的效果 所以使用貼塑的方法對機床導(dǎo)軌改裝 貼塑的方法 準備 粘貼場地需要 清潔無塵 環(huán)境溫度 10 度以上 40 度以下為宜 相對濕度 75 軟帶采用單面萘鈉處理 深褐色一面為粘貼面 藍綠色為工作面 裁剪 軟帶裁剪尺寸可案金屬導(dǎo)軌粘貼面的實際尺寸適當放寬一些余量 配膠 專用膠必須隨配隨用 粘貼 軟帶剛粘在金屬導(dǎo)軌時需要前后挪動下 使其全面接觸 固化 固化在室溫下進行 固化時間為 24 小時 固化壓力為 0 1mpa 左右 加壓 必須均勻 加工 固化后先將工作臺沿導(dǎo)軌方向推行 然后翻轉(zhuǎn) 清除余膠切去軟帶的工藝 余量并倒角 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 8 3 3 機床進給機構(gòu)的改造 數(shù)控車床是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀架進行運動 相比傳統(tǒng)的 普通車床有進給箱和交換齒輪 結(jié)構(gòu)上大大的簡化了 傳動總體方案的確定 縱向 橫向 微機 光電隔 離 光電隔離 電機 電機 橫向進給 縱向進給 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 9 4 滾珠絲桿副的設(shè)計計算及選擇 4 1 滾珠絲杠副的計算及選擇 滾珠絲杠副的特點 滾珠絲杠副具有與滾動軸承相似的特征 與滑動絲杠副或液壓缸傳動相比 有以 下主要特點 1 傳動效率高 運動平穩(wěn)性好 可預(yù)緊 2 傳動可逆性 與滑動絲杠副相比 滾動絲杠副突出的特點是具有運動的可逆性 正逆?zhèn)鲃拥男蕩缀蹩筛哌_ 98 滾珠絲杠副具有運動的可逆性 但是沒有象 滑動絲杠副那樣運動具有自鎖性 因此 在某些機構(gòu)中 特別是垂直升降機構(gòu) 中使用滾珠絲杠副時 必須設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)的裝置 3 定位精度和重復(fù)定位精度高 由于滾珠絲杠副具有傳動效率高 運動平穩(wěn) 可 預(yù)緊等特點 所以滾珠絲杠副在工作過程中溫升較小 無爬行 并可消除軸向 間隙和對絲杠進行預(yù)緊拉伸以補償熱膨脹 能獲得較高的定位精度和重復(fù)定位 精度 4 同步性好 用幾套相同的滾珠絲杠副同時驅(qū)動相同的部件和裝置時 由于反應(yīng) 靈敏 無阻滯 無滑移 其啟動的同時性 運行中的速度和位移等 都具有準 確的一致性 這就是所謂同步性好 縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 1 最大工作載荷計算 滾珠絲杠上的工作載荷 Fm N 是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受 的軸向力 也叫做進給牽引力 它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體重力和作用在 導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力 由于原普通 CA6140 車床的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌 則用公式 3 2 計算工作載荷的 大小 3 2 GFvfKlm CA6140 普通車床數(shù)控化改造 10 1 車削抗力分析 車削外圓時的切削抗力有 Fx Fy Fz 主切削力 Fz 與切削速度方向一致 垂直向 下 是計算車床主軸電機切削功率的主要依據(jù) 且深抗力 Fy 與縱向進給方向垂直 影 響加工精度或已加工表面質(zhì)量 進給抗力 Fx 與進給方向平行且相反指向 設(shè)計或校核 進給系統(tǒng)是要用它 縱切外圓時 車床的主切削力 Fz 可以用下式計算 3 3 FzFzXynzpCf 5360 N 由 知 Fz Fx Fy 1 0 25 0 4 3 4 得 Fx 1340 N Fy 2144 N 因為車刀裝夾在拖板上的刀架內(nèi) 車刀受到的車削抗力將傳遞到進給拖板和導(dǎo)軌 上 車削作業(yè)時作用在進給拖板上的載荷 Fl Fv 和 Fc 與車刀所受到的車削抗力有對 應(yīng)關(guān)系 因此 作用在進給拖板上的載荷可以按下式求出 拖板上的進給方向載荷 Fl Fx 1340 N 拖板上的垂直方向載荷 Fv Fz 5360 N 拖板上的橫向載荷 Fc Fy 2144 N 因此 最大工作載荷 GFvfKlm 1 15 1340 0 04 5360 90 9 8 1790 68 N 對于三角形導(dǎo)軌 K 1 15 f 0 03 0 05 選 f 0 04 因為是貼塑導(dǎo)軌 G 是縱向 橫向溜板箱和刀架的重量 選縱向 橫向溜板箱的重量為 75kg 刀架重量為 15kg 2 最大動載荷 C 的計算 滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷 Ca 選用 可用式 3 5 計算 C 3 5 fmFL3 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 L 為工作壽命 單位為 10 r L 60nt 10 n 為絲杠轉(zhuǎn)速 r min n v 為66 Lv10 最大切削力條件下的進給速度 m min 可取最高進給速度的 1 2 1 3 L0 為絲杠的基 本導(dǎo)程 查資料得 L 12mm fm 為運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 因為此時是有沖擊振動 所以取 fm 1 5 V 縱向 1 59mm r 1400r min 2226mm min n 縱向 v 縱向 1 2 L 2226 1 2 12 92 75r min L 60nt 10 60 92 75 15000 10 83 5 6 6 則 C 1 5 1790 68 11740 N fmFL335 8 初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格 相應(yīng)的額定動載荷 Ca 不得小于最大動載荷 C 因此有 Ca C 11740N 另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)下工作并受載 那么還需考慮其另 一種失效形式 滾珠接觸面上的塑性變形 即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷 Coa 是否充 分地超過了滾珠絲杠的工作載荷 Fm 一般使 Coa Fm 2 3 初選滾珠絲杠為 外循環(huán) 因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴 并且較難安裝 考慮到 簡易經(jīng)濟改裝 所以采用外循環(huán) 因此初選滾珠絲杠的型號為 CD63 8 3 5 E 型 主要參數(shù)為 Dw 4 763mm L 8mm dm 63mm 2 19 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 3 縱向滾珠絲杠的校核 1 傳動效率計算 滾珠絲杠螺母副的傳動效率為 tg tg tg 2 19 tg 2 19 10 92 3 6 2 剛度驗算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化 從而影響其定位精度和運動平穩(wěn)性 滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形 絲杠與螺母之間滾道的接觸變形 絲杠 的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 1 絲杠的拉壓變形量 1 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 12 1 FmL EA 3 7 1790 68 2280 20 6 10 31 5 0 0064mm 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2 采用有預(yù)緊的方式 因此用公式 2 0 0013 3 8 32 DwFyjZm 3 26 1458 7906 401 0 0028mm 在這里 1 3Fm 1 3 1790 68 597NyjF Z dm Dw 3 14 63 4 763 41 53 Z 41 53 3 5 1 145 36 絲杠的總變形量 1 2 0 0064 0 0028 0 0092mm 4 所以絲杠很穩(wěn)定 因橫向滾珠絲桿副的選擇與縱向滾珠絲桿副的選擇相同 所以本設(shè)計不做重復(fù)演算 選出縱向滾珠絲桿副的型號為 CD50 6 3 5 E 其基本參數(shù)為 Dw 3 969mm 2 11 L 6mm dm 50mm 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 選橫向滾珠絲杠型號為 CD50 6 3 5 E 其基本參數(shù)為 Dw 3 969mm 2 11 L 6mm dm 50mm 圈數(shù) 列數(shù) 3 5 1 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 14 5 齒輪減速箱的設(shè)計 5 1 減速器箱體的設(shè)計 一般機床數(shù)控改造后 經(jīng)濟型數(shù)控車床的脈沖當量是一不可改變的值 為了實現(xiàn) 多脈沖當量的任意選擇 我們可在電機與滾珠絲杠間加一個減速機構(gòu) 下面即是對減 速機構(gòu)的設(shè)計過程 由資料中可知縱向和橫向的脈沖當量分別為 縱向 0 01 0 008 0 005 橫向 0 005 0 004 0 0025 為減少減速機構(gòu)的體積設(shè)定中心距 A z1 z2 m 2 67 5 其中 m 1 5 z1 z2 90 齒 則以橫向脈沖計算為例 i z1 z2 45 45 時 則脈沖當量為 0 005mm i z1 z2 40 50 時 則脈沖當量為 0 004mm i z1 z2 30 60 時 則脈沖當量為 0 0025mm 因此縱向與橫向的減速機構(gòu)可以相同 為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣 演算過程是取縱向輸入軸 5 1 1 軸的計算 縱向輸入軸 由公式 d A 3 10 3 5 T3np 可初選軸的直徑 由于 T 5N m 由于采用的是 45 號鋼 正火硬度 為 170 217HBS 扭曲疲勞極限 1 124 軸材料的許用切應(yīng)力為 45MPa 則對于縱向輸入軸 d 輸入 3 3 5 T 11 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 3450 8 2mm 在這里 d 為軸的直徑 mm T 為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 N mm 為軸材料的許用切 應(yīng)力 MPa 則縱向輸入軸軸徑取 18mm 輸出軸軸徑取 25mm 綜上可知 縱向與橫向可用一種減速機構(gòu) 軸材料為 45 號鋼 精度 5 級 5 1 2 減速器箱體尺寸 a 67 5mm 下箱體壁厚 0 025a 3 8 則 8 上箱蓋壁厚 0 03a 3 8 則 81 1 地角螺釘數(shù)目 n 由于 a 250mm n 4 地角螺釘直徑 df 0 036a 12 取 df M8 齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離 2 8mm 5 1 3 減速齒輪 第一對齒 n45 與 n45 嚙合 計算公式為 1 6d1D 0 5 D2 D1 0 L 1 2 1 5 d 一般取 l b C 0 2b 但是不小于 10 R 0 5l N 0 5mn mn 為模數(shù) 2 5 4 mn 但是不小于 8mm CA6140 普通車床數(shù)控化改造 16 圖 3 1 齒輪結(jié)構(gòu)圖 因此輸入軸齒輪 d 18mm 1 6d 28 8mm1D 67 5 3 7 5 57mm2 0 5 57 28 8 42 9mm0 3 75mm da 67 5mm d 0 25 57 28 8 7 05mm 1 2d 21 6mml c 0 2 21 6 4 32mm r 0 5 2 16mml n 0 5 1 5 0 75 為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因 D1 28 8 d 18 的原因會導(dǎo)致齒輪的剛度 下降 采用圖 3 2 形狀 以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖 B 結(jié)構(gòu) 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 3 2 齒輪結(jié)構(gòu)圖 則由上列數(shù)據(jù)可知 21 6mml da 67 5mm d 18mm ha mn 1 5mm hf 1 2mn 1 8mm 輸出軸用圖 3 2 結(jié)構(gòu) 則由公式得 d 25mm 1 6d 40mm1D 0 5 57 40 48 5mm0 2 5 1 5 3 75mm da 67 5mm d 0 25 57 40 4 25mm 1 2 25 30mml c 0 2b 30 10mm r 0 5c 5mm n 0 5 1 5 0 75mm 第二對齒 n 40 與 n 50 嚙合 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 18 則輸出齒輪 d 25mm 1 5d 40mm1D da 2mn 2 75 2 1 5 2 3 75 64 52 m 0 5 D2 D1 0 5 64 5 40 52 250 2 5 4 2 5 1 5 3 75 mn da Z 1 5 50 75 1 2 d 1 2 25 30l r 0 5c 5 c 0 2b 10 不小于 10 l n 0 5 1 5 0 75 輸入齒輪 d 18m ha 1 5 hf 1 8 1 2d 21 6l da 2 1 5 40 60mn 第三對齒 n 30 與 n 60 嚙合時 輸出齒輪 d 25 D1 1 6d 40 Da Z 60 1 5 90n D2 Da 1 5 2 2 90 3 7 5 79 5 m 2 5 1 5 3 75 D 0 5 D2 D1 0 5 40 79 5 59 75 d 0 25 D2 D1 79 5 40 0 25 9 875 1 2d 1 2 25 30l 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 c 0 2b 0 2 30 10 不小于 10 r 0 5c 5 n 0 5mn 0 5 1 5 0 75 輸入齒輪 d 18m ha 1 5 hf 1 8 1 2d 21 6l da Z 1 5 30 45mn m 齒輪精度按 GB10095 88 6 級精度 其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效 率和低噪音 傳動效率為 99 減速器簡圖 圖 3 3 減速器簡圖 5 2 軸承的選擇 5 2 1 選型 深溝球軸承 GB276 82 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 20 圖 3 4 深溝球軸承 1 減速器輸入端的軸承選擇 d 18mm 則其型號為 深溝球軸 承型號 d D B 額定動 負荷 C 額定靜 負荷 C 極限轉(zhuǎn)速 脂潤滑 1000803 18 26 5 1700N 1050N 19000r min 2 減速器輸出端的軸承選擇 d 25mm 則其型號為 深溝球軸 承型號 d D B 額定動 負荷 C 額定靜 負荷 C 極限轉(zhuǎn)速 脂潤滑 1000805 25 37 7 2900N 2000N 15000r min 5 2 2 校核 由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過 60 度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷 Fa 很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小 軸承合乎要求 5 3 絲軸承的選型與校核 5 3 1 滾珠絲杠用軸承的選型 選用型號 7602025TVP 的 60 推力角接觸軸承 軸徑 d 25mm 外徑 d 52mm 寬度 B 15mm 球徑 Dw 6 35mm 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 球數(shù) Z 16 動載荷 Ca 22000N 靜載荷 Coa 44000N 預(yù)加載荷 500N 極限轉(zhuǎn)速 2600r min 5 3 2 校核 大部分滾動軸承是由于疲勞點蝕而失效的 軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴展 跡象前院運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)稱為軸承壽命 指的是兩個套圈間 的相對轉(zhuǎn)數(shù)或相對轉(zhuǎn)速 當量載荷對軸承壽命影響頗大 1 當量載荷 滾動軸承若同時承受徑向和軸向聯(lián)合載荷 為了計算軸承壽命時在相同條件下比 較 需將實際工作載荷轉(zhuǎn)化為當量動載荷 在當量動載荷作用下 軸承壽命與實際聯(lián) 合載荷下軸承的壽命相同 當量動載荷 P 的計算公式是 P 3 14 raFyf 表 3 2 軸承滾動當量動載荷計算的 X Y 值 單向軸承 雙列軸承 Fa Fr e Fa Fr e Fa Fr e Fa Fr e 軸承類型 Fa Cor e X Y X Y X Y X Y 0 015 0 38 1 47 1 65 2 39 0 029 0 4 1 40 1 57 2 28 0 058 0 43 1 30 1 46 2 11 0 087 0 46 1 23 1 38 2 0 12 0 47 1 19 1 34 1 93 0 17 0 50 1 12 1 26 1 82 0 29 0 55 1 02 1 14 1 66 0 44 0 56 1 00 1 12 1 63 角 接 觸 球 軸 承 15 0 58 0 56 1 0 0 44 1 00 1 1 12 0 7 2 1 63 當量動載荷式中 Fr 為徑向載荷 N Fa 為軸向載荷 N X Y 分別為徑向動載荷 系數(shù)和軸向動載荷系數(shù) 可由上表查出 上表中 e 是一個判斷系數(shù) 它是適用于各種 X Y 系數(shù)值的 Fa Fr 極限值 試驗證 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 22 明 軸承 Fa Fr e 或 Fa Fr e 時其 X Y 值是不同的 單列向心軸承或角接觸軸承當 Fa Fr e 時 Y 0 P Fr 即軸向載荷對當量動載荷的影響可以不計 深溝球軸承和角接 觸球軸承的 e 值隨 Fa Cor 的增大而增大 Fa Cor 反映軸向載荷的相對大小 它通過接 觸角的變化而影響 e 值 0 的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力 當量動載荷 Pr Fr 而 90 的 推力軸承只能承受軸向力 其當量動載荷 Pa Fa 由于機械工作時常具有振動和沖擊 為此 軸承的當量動載荷應(yīng)按下式計算 P fd XFr Yfa 沖擊載荷系數(shù) fd 由表 3 3 選取 表 3 3 載荷性質(zhì) 機器舉例 fd 平穩(wěn)運轉(zhuǎn)或輕微沖 擊 電機 水泵 通風機 汽輪機 1 0 1 2 中等沖擊 車輛 機床 起重機 冶金設(shè)備 內(nèi)燃 機 1 2 1 8 強大沖擊 破碎機 軋鋼機 振動篩 工程機械 石油鉆機 1 8 3 0 由于軸承載荷與縱向載荷之比 0 25C 此軸承合乎要求 另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承 且載荷小于縱向 因此同理可驗證其是 合理的 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 24 結(jié)束語 這次畢業(yè)設(shè)計總計費時一個多月 剛開始時不知從何下手 在老師的指導(dǎo)下到圖 書館查閱相關(guān)資料 有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次 有參考了相關(guān)設(shè)計資料 終于知道 了該怎么做 接下來選出一系列有價值的資料 向老師請教 終于完成了設(shè)計 在做設(shè)計的過程中 不但復(fù)習了所學(xué)過的知識點 還學(xué)到了新的知識 同時將所 學(xué)到的知識充分的運用起來 做到了學(xué)以致用 還學(xué)會了查資料 當然 在此過程中也有許多不足之處 例如 知識的不全面 所學(xué)的還沒有全部 掌握 思維的狹隘等 讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課 同時十分感謝王文深老師 是他多次犧牲假期時間為我們做畢業(yè)論文指導(dǎo) 使得 我的論文可以答辯 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 參考文獻 1 吳振彪主編 機電綜合設(shè)計指導(dǎo) 中國人民大學(xué)社 2000 2 余英良主編 機床數(shù)控改造設(shè)計與實例 機械工業(yè)出版社 1997 3 機床設(shè)計手冊 編寫組編 機床設(shè)計手冊第一 三 四冊 械工業(yè)出版社 1998 4 明興祖主編 數(shù)控加工技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2001 5 胡占齊 楊莉主編 機床數(shù)控技術(shù) 機械工業(yè)出版社 1999 6 王先逵主編 機械制造工藝學(xué) 機械工業(yè)出版社 2002 7 邱宣懷主編 機械設(shè)計 高等教育出版社 2002 8 黃調(diào) 趙松年主編 機電一體化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用 機械工業(yè)出版社 1999 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車與機電工程系 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 課題名稱 CA6140 普通車床數(shù)控化改造 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電 0603 姓 名 郭志偉 學(xué) 號 06121331 指導(dǎo)教師 王文琛 2008 年 11 月 20 日 1 課題內(nèi)容與要求 課題摘要 普通車床 CA6140 的數(shù)控化改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下 然后再對普通車床進行適當?shù)臋C械改造 改造的內(nèi)容主要包括 1 機床導(dǎo)軌部分的改進 對數(shù)控車床來說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外 還要有 良好的耐摩擦 磨損特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時要有足夠的 剛度 以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑 又因為貼塑比較實惠 效果優(yōu)良 為此 本設(shè)計采用貼塑 2 機床進給部分的改造 機床的進給部分在加工精度方面起到?jīng)Q定性的作用 原來的進給主要 是由滾動絲杠帶動的 但因其功率損失過大 靈敏性不好 所以在數(shù)控化 改造過程中必須改成滾珠絲杠 因為滾珠絲杠能大部分彌補滾動絲杠所帶 來的不足 3 在電機與絲杠傳動增加齒輪減速箱 經(jīng)濟型數(shù)控車床的脈沖當量是一不可改變的值 為了實現(xiàn)多脈沖當量 的任意選擇 我們可在電機與滾珠絲杠間加一個減速機構(gòu) 為了保證傳動 精度 數(shù)控機床上需要使用的精度等級較高的齒輪 在結(jié)構(gòu)上要能達到無 間隙傳動 因而改造時 機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求 以保證 機床加工精度 要求 1 設(shè)計說明書一份 2 利用畫圖要求視圖完整 繪圖數(shù)量折合成零號圖紙不少于二張 內(nèi)容 1 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機床有關(guān)文獻的研讀與綜述 2 伺服進給機構(gòu)改造計算 3 齒輪減速箱的設(shè)計 4 滾珠絲杠軸承的選型與校核 2 課題參考文獻 1 吳振彪主編 機電綜合設(shè)計指導(dǎo) 中國人民大學(xué)社 2000 2 余英良主編 機床數(shù)控改造設(shè)計與實例 機械工業(yè)出版社 1997 3 機床設(shè)計手冊 編寫組編 機床設(shè)計手冊第一 三 四冊 械工業(yè)出 版社 1998 4 明興祖主編 數(shù)控加工技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2001 5 胡占齊 楊莉主編 機床數(shù)控技術(shù) 機械工業(yè)出版社 1999 6 王先逵主編 機械制造工藝學(xué) 機械工業(yè)出版社 2002 7 邱宣懷主編 機械設(shè)計 高等教育出版社 2002 3 課題任務(wù)進度安排 第一 二周 完成畢業(yè)設(shè)計的開題報告 第三 周 有關(guān)裝配圖的完成 第四 五周 進行有關(guān)的計算 第六 周 完成零件圖 第七 周 設(shè)計畢業(yè)書編輯和課題答辯幻燈片制作 教研室主任意見 教研室主任 簽名 年 月 日 浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 摘要 普通車床 CA6140 的數(shù)控化改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下 然后再對普通車床進 行適當?shù)臋C械改造 改造的內(nèi)容主要包括 1 機床導(dǎo)軌部分的改進 對數(shù)控車床來說 導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通 車床導(dǎo)向精度和工藝 性外 還要有良好的耐摩擦 磨損 特性 并減少因摩擦阻力而致死區(qū) 同時要有足夠的剛度 以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響 要有合理的導(dǎo)軌防護和潤滑 又因 為貼塑比較實惠 效果 優(yōu) 良 為此 本設(shè)計采用貼塑 2 機床進給部分的改造 機床的進給部分在加工精度方面起到?jīng)Q定性的作用 原來的 進給主要是由滾動絲杠帶動的 但因其功率損失過大 靈敏性不好 所以在數(shù)控化改造過程中必須改成滾珠絲杠 因為滾珠絲杠 能大部分彌補滾動絲杠所帶來的不足 3 在電機與絲杠傳動增加齒輪減速箱 經(jīng)濟型數(shù)控車床的脈沖當量是一不可改變的值 為了實現(xiàn) 多脈沖當量的任意選擇 我 們可 在電機與滾珠絲杠間加一個減速機構(gòu) 為了保證傳動精度 數(shù)控機床上需要使用的精度等級較 高的齒輪 在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙傳動 因而改造時 機床主要 齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求 以保證機床加工精度 關(guān)鍵字 普通車床 數(shù)控改造 導(dǎo)軌 進給 絲杠 CA6140普通車床數(shù)控化改造 2 目錄 摘要 2 緒論 4 數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇 6 2 1數(shù)控系統(tǒng)的介紹和選擇 6 機械部分改造 7 3 1主軸箱 7 3 2機床導(dǎo)軌 7 3 3機床進給機構(gòu)的改造 7 滾珠絲桿副的設(shè)計與選擇 9 4 1 縱向滾珠絲桿副的選擇與校核 9 齒輪減速箱的設(shè)計 14 5 1齒輪減速箱箱體設(shè)計 14 5 2軸承的選擇 19 5 3絲杠軸承的選擇與校核 20 結(jié)束語 24 參考文獻 25