C616车床经济型数控化的改造.doc

课程设计说明书 设计题目：C616车床经济型数控化的改造 学 院：河北理工大学机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 指导教师： 2011年1月14日 目 录 一、序言 3 二、设计题目 4 三、机械设计部分 5 四、电气部分 13 五、课程设计小结 30 六、参考文献 31 序言 面对日趋激烈的竞争形势，企业只有不断开发适销对路的新产品，才能保持其旺盛的生命力，而具有高精密、柔性化、高效率的特点的现代化自动化制造系统是企业开发和创新产品的保证。我国是一个工业化相对落后的地区。虽拥有大量的机械加工设备，但还不能适应制造业的多品种、小批量的生产方式。所以，加工中心数控系统等加工设备为大多数制造商所青睐，但不菲的价格成为企业创新的瓶颈。 目前，在机械加工工业中，绝大多数是日式机床，如果改用微机控制，实现机电一体化的改造，会使机床适应小批量、多品种复杂零件的加工，不但能提高加工精度和生产率，而且成本低、周期短，适合我国国情，有利于我国加工业的发展。 设计题目：C616车床经济型数控化的改造 设计内容： 设计采用步进点击伺服机构的开环机床数控系统，控制对象为机床进给系统的X、Z向工作台。 总体方案设计包括机械、电器、微机部分的选择与设计。 机械部分：对纵向进给系统进行机械结构设计，并画出纵向进给系统的装配图。 设计一步进电机驱动电路包括环形分配程序设计，光电耦合器和功放电路的设计及其与微机的接口电路。画出驱动电路图。 软件设计。 机械部分设计 一．机电一体化对接卸部分的要求 1．低摩擦导轨（滚动摩擦）精密丝杠（滚珠丝杆）。 2．无传动间隙（用丝杠螺母副消除间隙）。 3．高刚度。 4．高谐振频率。 5．低惯量（以提高稳定性和响应特性）。 二．设计已知条件 1．工作台质量 W=800N 2．启动加速时间 50ms 3．脉冲当量 =0.01mm/step 4．快速进给速度 =2m/min 5．工作台行程 640mm 6．滚珠丝杠基本导程 =6mm 7．步进电机步距角 α=0.75°/step 三．机械设计计算 1．切削力计算 有《金属切削原理》可知，v的单位用m/min，而Fz的单位用kgf，Pm可按下式计算：Pm=FzV/6120(KW) Fx消耗在进给运动中的功率，相对与Fz所消耗的功率来说一般很小，1%~2%，因此可忽略。 又，因为 Pm=Pe Pe：机床电机功率，查机床书说明可知 Pe=4KW ：电机到主轴传动机构的机械效率：取0.75 则 Pm=4*0.75=3KW 普通车床加工工件时，当采用硬质合金刀具时，其最小和最大切削速度为100m/min和600m/min，取v=100m/min。则 Fz=6120Pm/v=6120*3/100=183.6kgf=1800N 当刀具Kr=45°，忍倾角=0°，前角=15°时，Fz、Fx、Fy之间有以下近似关系： Fy=（0.4~0.5）Fz Fx=（0.3~0.4）Fz 取 Fx=0.4Fz=0.4×1800=720N Fy=0.5Fz=0.5×1800=900N 2．丝杠所受轴向力的计算： 查《机电一体化系统设计手册》知： 对于三角形综合导轨的车床丝杠的轴向工作负载 Fa=KFx+（Fz+G） 式中：Fx、Fz——切削分力 G——移动部件的重量 ——导轨上的摩擦系数 K——考虑颠覆力矩影响的实验系数 其中，对于三角形或综合导轨 K=1.15，=0.15~0.181 丝杠所受轴向力Fa=KFx+（Fz+G） =1.15×720+0.16（1800+800） 强度计算： 寿命值 L=60T/ 式中：：丝杠转速，T：使用寿命系数，对于数控机床 T=15000h ====20r/min 式中：为主运动转速， v=1000m/min 切削速度。 f=0.3mm/r 为进给量。 D=80mm为被切削工件直径。 =6mm 为丝杠导程 则： L=60T/=60×20×15000/=18 最大动载荷，由《机电一体化系统设计》查得： = ——寿命值 L=18 载荷系数 =1.2（平稳或轻度冲击） 硬度系数 =1（HRC58） 则最大动载荷=N 查《机电一体化技术手册》 丝杠型号：2506-2.5 有关参数：中径=25mm 大径d=24.5mm 导程=6mm 螺旋角=4°22′ 滚珠直径=3.175mm 螺母长度=86mm 额定动载荷=9610N 易知，则 强度符合要求。 刚度验算： 因扭矩M引起的导程变形量很小