CA6140車床進(jìn)行改造設(shè)計(jì),ca6140,車床,進(jìn)行,改造,設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 前言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高等院校培養(yǎng)目標(biāo)所不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)，是教學(xué)計(jì)劃中的一個(gè)有機(jī)組成部分，是培養(yǎng)我們學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，分析解決實(shí)際問題能力的重要一環(huán)。它與其它教學(xué)環(huán)節(jié)緊密配合，相輔相成，是前面各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)和發(fā)展。 機(jī)電一體化占據(jù)主導(dǎo)地位是制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)而制造展業(yè)是整個(gè)個(gè)學(xué)技術(shù)和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)，因此機(jī)電一體化在當(dāng)前激烈的國際政治、軍事、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中有舉足輕重的作用，受到工業(yè)國家極大重視。 CA6140車床進(jìn)行改造，讓我們綜合的運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程和其他有關(guān)先修課程的理論及生產(chǎn)實(shí)踐的知識(shí)去分析和解決機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，有效鍛煉我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及接口電路的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問題，同時(shí)鍛煉我們運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱資料等，培養(yǎng)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能，并使所學(xué)過的知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固和深化。 目 錄 一、計(jì)算切削力-------------------------------------------------3 二、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型----------------4 ⑴最大進(jìn)給力計(jì)算----------------------------------------------4 ⑵計(jì)算最大負(fù)載C-----------------------------------------------4 ⑶滾珠絲桿的選擇型號(hào)----------------------------------------5 ⑷傳動(dòng)效率計(jì)算-------------------------------------------------6 ⑸剛度驗(yàn)算-------------------------------------------------------6 ⑹穩(wěn)定校核-------------------------------------------------------8 ⑺滾珠絲桿的幾何參數(shù)----------------------------------------9 三、齒輪傳動(dòng)比計(jì)算和選擇-----------------------------------9 四、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選擇-----------------------------------10 (1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算----------------------------------------10 （2）刀架臺(tái)折算到絲杠的傳動(dòng)慣量--------------------------11 （3） 電機(jī)力矩的計(jì)算-------------------------------------------12 （4）計(jì)算電機(jī)空載起動(dòng)頻率-----------------------------------16 五, 設(shè)計(jì)小結(jié)-------------------------------------------------18 一． 計(jì)算切削力： CA614普通車床橫軸的脈沖當(dāng)量為0.005,刀具的補(bǔ)償量為0~~99.99mm,機(jī)床定位精度為±0.015.橫軸最大切削進(jìn)給速度為0.3/min,刀架最快移動(dòng)速度為1.2m/min. 按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算主Fz (n) 可用縱軸計(jì)算公式先算出縱軸的主切削力如下 縱切外圓： Fz=0.67Dmax1..5 (N) Dmax為最大加工直徑（mm） Fz（n）=0.67 Dmax1..5 =0.67 ×4001..5=5360（N） 而橫切削主力：F =0.5 F(n) ∴ F =0.5 ×5360 =2680（N） 計(jì)算走刀扛里抗力F ；吃刀抗力F 按以下比例： Fz：F：F =1 ： 0.25 ： 0.4 F=2680×0.25=670（N） F=2680×0.4=1072（N） 二， 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型。 （1）受力和穩(wěn)定性橫向刀架導(dǎo)軌選擇燕尾型導(dǎo)軌，所以，最大進(jìn)給力： F=K F+f(F+2 F+G) 上式中G為移動(dòng)件重量（N·cm），f為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌的形式而不同，K為考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 取K=1.4 ，f=0.2 ∴F=1.4×F+0.2（F +2 F+600） =1.4×670+0.2×（2680+2×1072+600） =2023（N） （2）計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C： 所謂的最大動(dòng)負(fù)載為當(dāng)所選絲杠副d 時(shí)，必須保證在一定的軸向負(fù)載作用下絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。 根據(jù)公式：C=fw F 上式中： L-----絲杠壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位, n=1000Vs／L Vs------為最大切削條件下的進(jìn)給速度（m／mm）， 可取最大進(jìn)給速度的0.5~0.33，即： Vs=0.3×0.5=0.15 L-----絲杠的導(dǎo)程（mm）取L=5mm（初選） T ---------機(jī)床的設(shè)計(jì)壽命（h），對(duì)于數(shù)控機(jī)床 取T=15000h f-----運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)說明書中的表3-5運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)表取f=1.5 ∴ n=1000Vs／L=1000×0.3×0.5=30 r／mm L===27 ∴ C=fF=×1.2×2023=7283 N （3）滾珠絲杠的選擇型號(hào)： 查閱《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可選用FYCD2005-2.5，1列2.5圏外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷為8630N,可滿足要求選用精度為3級(jí)。 (4)傳動(dòng)效率計(jì)算： η= 式中：----絲桿螺旋升腳 ------摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.003~~0.004 其摩擦角約等于10′。 η===0.965 （5）剛度驗(yàn)算: 最大進(jìn)給力率引力為2023N，支承間距L=500，絲杠螺母軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。 ①絲杠的拉伸或壓縮變形量δ1，查《機(jī)械設(shè)計(jì)寶典》圖3.23有：Fm=2023 N, D0=20 mm, δL/L=4.2×10-5 , δ1=δL/L×500=4.2×10-5×500=2.1×10mm 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊拉伸，所以，其拉壓剛度可以提高四倍， 其實(shí)際變形量δS為： δS=1/4×2.1×10-2=0.502×10-2 mm ②滾珠與螺紋道接觸變形量δ2，查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)圖表，w系列1列2.5圈滾珠和螺紋道接觸變形量δQ=8.5×10-3 因進(jìn)行了預(yù)緊， 故δ2=1/2×8.5×10-3=4.25×10-3 mm ③支軸滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形量δ3 ，采用8012型推力球軸承，d1=15 mm,滾動(dòng)體直徑=4.763 mm,滾動(dòng)體數(shù)量z=12 故δe=0.0024 Fm=202.3;d=4.763 ；Z=12 ∴δe=9.4×10 因施加預(yù)緊力故： δ3=1/2δe=1/2×9.4×10-3=4.7×10-3 綜合以上的幾項(xiàng)變形量之和： δ總=δS+δ2+δ3=（5.02+4.25+4.7）×10-3 δ總=1.397×10-2 而設(shè)計(jì)機(jī)床的定位精度為：±0.015 mm 因此，以上材料滿足要求。 ⑹穩(wěn)定性校核 計(jì)算臨界負(fù)載FK: FK = 上式中： E----絲杠彈性摸量，對(duì)于鋼 E=20.6×106 N/cm2 I----為截面慣性矩（cm4）,絲杠截面慣性矩 I=d41(d1為絲杠螺紋的底徑) L----絲杠兩支承端距離，單位cm. fz ------絲杠支承方式系數(shù)，兩端固定fz=4.0 I =d41=×16.7884=0.3899 FK == =123706 N nk ===61.1 >> [NK] (一般情況[NK]=2.5—4)，此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。 ⑺、橫向滾珠絲杠副的幾何參數(shù) 名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 FYC2D2005-2.5 螺紋滾道 公稱直徑 d 0 20 螺距 L 0 5 接觸角 β 4o33’ 鋼球直徑 d q 3.175 滾道發(fā)面半徑 R R=0.5 d q 2 d q 1.651 偏心距 E e =R-sinβ 0.045 螺紋升角 V v =arctan 4o33’ 螺杠 螺杠外徑 D d =d0-0.23 d q 19.5 螺杠內(nèi)徑 d 1 d 1 = d0 + 2e-2R 16.788 螺杠接觸直徑 dz dz= d0 - d qcosβ 16.865 螺母 螺母螺紋直徑 D D=d 0 -2e +2R 23.212 螺紋內(nèi)經(jīng) D 1 D1=d0 +(0.2~0.25)d 20.635 三、齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)比計(jì)算： 已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 δp=0.005mm , 滾珠絲杠導(dǎo)程L0 =5 m, 初步選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75o, 可計(jì)算出傳動(dòng)比: i = ==0.48 i ===0.48 ∴Z1=24 , Z2 = 50, 因進(jìn)運(yùn)動(dòng)齒輪受力不是很大，模數(shù) m ?。玻X輪有關(guān)參數(shù)如下： 齒 數(shù) 24 50 分度圓 d =mz 48 100 齒頂圓 da =d +2m 52 104 齒根圓 df =d - 2×1.25m 43 95 齒　寬 (6~10)m 20 20 中心距 a =(d1+d2)/2 124 四、進(jìn)步電機(jī)的計(jì)算和選型 (1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算： 計(jì)算簡(jiǎn)圖可參考《畢業(yè)設(shè)計(jì)寶典》一書圖3.2.4。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)的傳動(dòng)慣量Jε（kg*cm2） Jε = J1 +()2{(J2 +JS) +（）2 式中： J1、J2—齒輪Z1 、Z2 的傳動(dòng)慣量（kg*cm2） JS----滾珠絲杠傳動(dòng)慣量 由齒輪、軸、絲杠等圓柱體的慣量計(jì)算公式： J= =0.78×D4L×10-4（kg*cm2） M---圓柱體質(zhì)量kg D---圓柱體直徑cm L----圓柱體長度或厚度cm （2）刀架臺(tái)折算到絲杠的傳動(dòng)慣量： JG =()2=（）2 式中： v-----工作臺(tái)移動(dòng)速度cm/min n-----絲杠轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速r/min G----工作臺(tái)重量N g----重力加速度9.8m/s2 L0---絲杠導(dǎo)程cm ∴JG =（）2× =0.388 kg/cm2 JS =0.78×10-3×24×50=0.624 kg/cm2 J1 =0.78×10-3×4.84×2=0.828 kg/cm2 J2 =0.78×10-3×104×2 = 16.5 kg/cm2 因此，到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： Jε = J1 +()2{(J2 +JS) +（）2 =0.828 +0.482 [(15.6+0.624) + 0.388] =0.828 +0.23 ×16.612 =4.65 kg/m2 （3） 電機(jī)力矩的計(jì)算： 快速空載起動(dòng)時(shí)所需要力 M起 = Mamax + Mf +M0 (N*cm) 快速進(jìn)給所需要力矩 M快 = Mf +M0 (N*cm) 最大切削負(fù)載時(shí)所需要力矩 M切 = Mf +M0 +M t (N*cm) ①空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩Mamax為： Mamax= Jε×10-2 上式中： Jε----為轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 nmax---電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 （r/min） ta---運(yùn)動(dòng)部件從停止到起動(dòng)力速到最大進(jìn)給速度所需要時(shí)間 (ta = 0.03s) nmax =× (vmax運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度vmax=1200 mm/min,θb 為步進(jìn)電機(jī)步矩角0.75?，δp 為脈沖當(dāng)量，取δp=0.005mm/脈沖) nmax =×=×=500 r/min Mamax= Jε×10-2 =4.65××10-2– =118.6 N*cm ②摩擦力矩Mf 的計(jì)算： Mf== （N*cm） 式中：F0-------導(dǎo)軌的摩擦系力（N） FZ-----垂直方向的切削力 G-----為運(yùn)動(dòng)部件的總重量 f-----為導(dǎo)軌摩擦系數(shù),燕尾鑿導(dǎo)軌取f=0.2 i-----齒輪降速比，i= ==2.08 η----轉(zhuǎn)動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7--0.85 Mf = ==31.4 N*cm ③附加摩擦力矩M0的計(jì)算 M0 = (1-η02) （N*cm） FP0-----為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載（N）,一般取進(jìn)給引力的1/3 L0---為滾珠絲杠導(dǎo)程 cm η0---滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般η0大于等于0.9 因此 M0 = (1-η02) = (1-0.92) =6.175 N*cm ④折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩Mt Mt= N*cm = =51.3 N*cm 因此，快速空載起動(dòng)時(shí)所需要力 Mq = Mamax + Mf +M0 (N*cm) =118.6 + 31.4 +6.17 =156.2 N*cm 快速進(jìn)給所需要力矩 Mk = Mf +M0 (N*cm) =31.4 + 6.175 =36.6 N*cm 最大切削負(fù)載時(shí)所需要力矩 Mj = Mf +M0 +M t (N*cm) =31.4 +6.175 +51.3 =88.9 N*cm 從上面計(jì)算可以看出，Mq 、Mk 、 Mj 三 種工況 下，以快速空轉(zhuǎn)啟動(dòng)所需要力矩最大，以此項(xiàng)作選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 從設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表3—10 最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax與Mq 之間的關(guān)系中，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí) Mjmax= =164.2 N/cm =1.642 N*m 按轉(zhuǎn)矩從設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的附件三：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)的圖表中可以查出，90BF004 型的最大靜轉(zhuǎn)矩為2.45 N*m 大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為初選型號(hào)。 （4）計(jì)算電機(jī)空載起動(dòng)頻率： ①最大空載起動(dòng)頻率： fk == =4000 Hz 上式中 vmax ------運(yùn)動(dòng)部件最大快速進(jìn)給速度等于1.2 m/min δp------脈沖當(dāng)量橫軸 0.005mm/脈沖- ②切削時(shí)的最大工作頻率: fc== =500 Hz 上式中Vs-----最大切削進(jìn)給速度為0.15m/min ⑸校核步進(jìn)電機(jī) ①校核步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和慣量的匹配條件 為了使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度，通常要求滿足≤ 0.5 及 ≤ 4 式中：Mjmax--- 步進(jìn)電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩（N*m） ML------- 轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N*m) Jm------步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g/m2) Jε------轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子的等效慣量(g/m2) 所以 ==0.363 ≤ 0.5 ==1.9 < 4 復(fù)合校核要求的條件. ②校核起矩特性和運(yùn)動(dòng)矩頻特性: 根據(jù)以上算出的最大空載起動(dòng)頻率和切削時(shí)最大工作頻率在90BF004 的啟動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩特性的圖表,在步進(jìn)電機(jī)不失步的情況下查出所允許最大力矩Mdme 和Mdmk,與M起 和M切 的關(guān)系如下: M切 < Mdme M起 > Mdmk 因此,必須采用升降速措施, 采用高低壓驅(qū)動(dòng)功放電路,將步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)力矩再擴(kuò)大一倍左右,步進(jìn)電機(jī)能滿足使用. 五,畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改圖紙，每一個(gè)過程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。 通過這次實(shí)踐，我了解了冷凝器的用途及工作原理，熟悉了冷凝器的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。 20