一、設計任務
設計題目
c616型普通車床改造為經濟型數控車床。
1.1 設計要求
由於是對原有工具機進行經濟型數控工具機改造，因而在考慮具體方案時，基本原則是在滿足使用要求的前提下，降低成本。根據c616車床有關資料，確定總體方案。
採用控制器進行控制，控制選擇電機的輸出經齒輪減速後，帶動滾珠絲杆轉動，從而實現縱向、橫向進給運動。
圖1 c616車床
1.2 主要設計引數及技術指標
主要設計引數及技術指標如下。
機械部分：
工作台重量：w=960n
時間常數：t=30ms
滾珠絲杆基本導程：l0=9mm
行程：x=660mm y=320mm
脈衝當量：δp=5μm/step
步進角：a=0.850/step
步進電機通電方式：四相八拍
快速進給速度：vmax=2m/min
控制部分：
採用微控制器
軌跡控制採用數字積分法（dda）
步進電機的控制
二、總體方案設計
2.1 數控系統運動控制方式的確定
按照完成的加工製造任務，數控系統可分為點控制系統、點位直線控制系統和連續控制系統。於由要求c616車床能加工複雜輪廓零件，所以數控系統應該設計成連續路徑控制型。
2.2 伺服進給系統的選擇
數控工具機的伺服進給系統有開環、閉環之分。因為開環控制具有結構簡單、設計製造容易、控制精度較好、容易除錯、**便宜、使用維修方便等優點。所以，本設計決定採用開環控制系統。
圖2 開環控制系統
2.3 控制器的選擇
由於c616普通數控工具機經數控化改造後，實現控制效能的要求的控制演算法不是很複雜。所以以mcs-51系列的8位微控制器作為控制器，外擴儲存器、d/a轉換器、i/o介面電路、鍵盤、顯示器等組成改造後工具機的控制系統。
2.4 進給傳動機構
縱向進給機構的改造:拆去原有工具機的溜板箱、光槓、絲槓以及安裝機座，選用摩擦力小、傳動效率和傳動精度高的滾珠絲槓副，且由步進電機驅動。橫向進給也是換以步進電機驅動的滾珠絲槓副。
2.5 主傳動系統
保留主傳動系統，即保留原有的主傳動機構和變速操縱機構。但是主軸的正轉、反轉和停止由計算機控制。為了使工具機能夠加工螺紋，需要安裝能夠檢測主軸位置的編碼器。
編碼器既可以與主軸同軸安裝，即安裝在主軸的後端，也可以通過1:1的同步帶輪與主軸連線。
三、機械部分設計與計算
3.1縱向進給系統的設計計算
縱向進給已知引數：
工作台重量： w=960n
時間常數： t=30ms
滾珠絲槓基本導程： l0=9mm
行程s=640mm
脈衝當量p=5=0.005mm/step
步進角0.85°/step
快速進給速度： vmax=2mm/min
3.1.1切削力計算
由《工具機設計手冊》和相關資料可知，切削功率
式中 n——電機功率，查工具機說明書，n=4kw；
主傳動系統總效率，一般為0.6～0.7取η=0.65；
k——進給系統功率係數，取為k=0.96。
則又因為
所以式中 v——切削線速度，取v=100m/min,即v=1.67m/s,有
主切削力
由《工具機設計手冊》中可知，在一般外圓車削時：
fx =（0.1～0.6）fz fy=(0.15～0.7) fz
取：3.1.2 滾珠絲槓設計計算
計算進給率引力（）綜合導軌車床絲槓的軸向力:
式中 k=1.15，f′=0.15～0.18，取為0.16。
則計算最大動載荷負荷c 滾珠絲槓導程初選；取；t按15000h計算；取，；l以轉為一單位。
壽命值最大動負荷為
滾珠絲槓螺母的選型
根據滾珠絲槓的相關資料，可採用外迴圈螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲槓副1列2.5圈，其額定動載荷為10700n，精度取3級，公稱直徑32mm，所以強度足夠用。其結構如圖3所示。
圖3 滾珠絲槓螺母結構
傳動效率計算
傳動效率按式計算，取；摩擦角取10』,滾動摩擦因數一般為0.003~0.004，則帶入資料計算得
剛度驗算
絲槓的拉伸或壓縮變形量。滾珠絲槓受工作負載引起的導程的變化量按式計算，式中，，，取a為，帶入資料計算得
滾珠絲槓受扭矩引起的導程變化量很小，可以忽略。
有效行程為，所以
由於兩端採用推力球軸承，絲槓又進行了預拉伸，故其拉壓剛度可以提高四倍，其實際變形量引起絲槓總的變形量
滾珠與螺紋滾道間接觸變形。查閱資料可知，外迴圈螺紋，1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量為，因進行了預緊，有
支撐滾珠絲槓軸承的軸向接觸變形。採用51105型推力球軸承，滾動體直徑，滾動體數量z=14，軸向力，由公式可知，單位需換算成kgf,則，代入計算：
因施加預緊力，故
根據以上計算：
已知精度等級為3級。行程為660mm,查表知，允許絲槓行程變動量偏差為15，所以剛度足夠。
穩定性計算
由於工具機絲槓直徑為30mm,現選用的絲槓直徑為32mm,支承的方式不變，為一端固定、一端徑向支承，絲槓固定端安裝兩個8105型推力球軸承和乙個305型球軸承（外徑要和原裝配孔一致），支撐端安裝乙個3305型雙列角接觸球軸承，所以穩定性不存在問題，故不再驗算。
通常還需適當加大和工具機結合部件的接觸面積，以提高螺母座的區域性剛度和接觸強度，新設計的工具機在工藝條件允許時，常常把螺母座或支承座與工具機本體做成整體來增加剛度。
3.1.3 齒輪及轉矩有關計算
步矩角，導程，脈衝當量，齒輪傳動比：
可選定的齒數為
取=21， =50， =25， =45
表3-1齒輪傳動引數單位：mm）
轉動慣量計算
齒輪的轉動慣量：
工作台質量折算到絲槓軸上的轉動慣量：
電動機的轉動慣量很小可以忽略。
因此，總的轉動慣量：
所需轉動力矩計算
快速空載啟動時所需力矩：
最大切削負載時所需力矩：
快速進給時所需力矩：
式中 mamax ——空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；
mf ——折算到電機軸上的摩擦力矩；
m0 ——由於絲槓預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩；
mat ——切削時折算到電機軸上的加速度力矩；
mt ——折算到電機軸上的切削負載力矩。
當，時 ，有
當，時，有
當時預加載荷，則：
軸向最大切削力為向切削力，有
所以，快速空載啟動時所需力矩為
最大切削負載時所需力矩為
快速進給時所需力矩為
=16.85 n·㎝
由以上分析計算可知：所需最大力矩mmax發生在快速啟動時。
3.2 橫向進給系統的設計計算
橫向進給已知引數
工作台重量： w=960n
時間常數： t=30ms
滾珠絲槓基本導程：l0=9mm
行程s=320mm
脈衝當量p=5=0.005mm/step
步進角0.85°/step
快速進給速度： vmax=2mm/min
3.2.1切削力計算
橫向進給量為縱向的1/3~1/2，取1/2，則切削力約為縱向的1/2。
按經驗公式取：
3.2.2 滾珠絲槓設計計算
計算進給率引力（）燕尾導軌取k=1.4，f′取0.2，g=320n，代入資料計算得
計算最大動載荷負荷c 滾珠絲槓導程初選；取；t按15000h計算；取，；l以轉為一單位。
代入資料計算得
最大動負載為
滾珠絲槓螺母的選型跟據滾珠絲槓的相關資料，可採用外迴圈螺紋調整預緊的雙螺母滾珠絲槓副1列2.5圈，其額定動載荷為8800n，精度取3級，公稱直徑20mm。
傳動效率計算
傳動效率按式計算，取；摩擦角取10』,滾動摩擦因數一般為0.003~0.004，則帶入資料計算得
剛度驗算
絲槓的拉伸或壓縮變形量。滾珠絲槓受工作負載引起的導程的變化量按式計算，式中，，，取a為，帶入資料計算得
滾珠絲槓受扭矩引起的導程變化量很小，可以忽略。
有效行程為，所以
由於採用推力球軸承，絲槓又進行了預拉伸，故其拉壓剛度可以提高四倍，其實際變形量
珠與螺紋滾道間接觸變形。查閱資料可知，外迴圈螺紋，1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量為
，因進行了預緊，有
支撐滾珠絲槓軸承的軸向接觸變形。採用51105型推力球軸承，滾動體直徑，滾動體數量z=14，軸向力，由公式可知，單位需換算成kgf,則，代入計算
因施加預緊力，故
根據以上計算：
已知精度等級為3級。行程為320mm,查表知，允許絲槓行程變動量偏差為12，所以剛度足夠。
穩定性計算
由於工具機改造後的滾珠絲槓直徑與原來的絲槓直徑相同，而支承方式由原來的一端固定、一端懸掛變為一端固定（採用51104）、一端徑向支承（採用3304型雙列角接觸球軸承），穩定性增大，多以不再驗算。
3.2.3 有關齒輪計算
步矩角，導程，脈衝當量，齒輪傳動比：
可選定的齒數為
取=21， =50， =25， =45
表3-2 齒輪傳動引數單位：mm）
C616型普通車床改造為經濟型數控車床
畢業設計 設計 題目 c616型普通車床 改造為經濟型數控車床 系別 機械工程系 專業 機電一體化 班級 02機電 1 姓名 宋文娟 學號 110203110 指導老師 鄒壽南 完成時間 05年6月 目錄序言3 一 設計方案的確定4 一 設計任務4 二 總體設計方案的確定4 二 機械部分改造與設計4...
普通車床數控改造
摘要 企業要在當前市場需求多變，競爭激烈的環境中生存和發展就需要迅速地更新和開發出新產品，以最低 最好的質量 最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通工具機已不適應多品種 小批量生產要求，數控工具機則綜合了數控技術 微電子技術 自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量 高精度 形狀複雜 生產週期要...
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