CA6140車床進(jìn)行改造設(shè)計(jì)

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)競爭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 最大進(jìn)給力計(jì)算-4計(jì)算最大負(fù)載C-4滾珠絲桿的選擇型號(hào)-5傳動(dòng)效率計(jì)算-6剛度驗(yàn)算-6穩(wěn)定校核-8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099.99mm,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=26800.25=670（N） F=26800.4=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（Ncm），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=0.2F=1.4F+0.2（F +2 F+600） =1.4670+0.2（2680+21072+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=1000VsLVs-為最大切削條件下的進(jìn)給速度（mmm）， 可取最大進(jìn)給速度的0.50.33，即：Vs=0.30.5=0.15L-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=15000hf-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=1000VsL=10000.30.5=30 rmm L=27 C=fF=1.22023=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：=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=0.0030.004 其摩擦角約等于10。=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。絲杠的拉伸或壓縮變形量1，查機(jī)械設(shè)計(jì)寶典圖3.23有：Fm=2023 N, D0=20 mm, L/L=4.210-5 , 1=L/L500=4.210-5500=2.110mm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S為：S=1/42.110-2=0.50210-2 mm滾珠與螺紋道接觸變形量2，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Q=8.510-3因進(jìn)行了預(yù)緊，故2=1/28.510-3=4.2510-3 mm支軸滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形量3 ，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e=0.0024 Fm=202.3;d=4.763 ；Z=12e=9.410因施加預(yù)緊力故：3=1/2e=1/29.410-3=4.710-3 綜合以上的幾項(xiàng)變形量之和：總=S+2+3=（5.02+4.25+4.7）10-3總=1.39710-2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。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=20.6106 N/cm2I-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=4.0I =d41=16.7884=0.3899FK = =123706 Nnk =61.1 NK(一般情況NK=2.54)，此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。、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 020螺距L 05接觸角4o33鋼球直徑d q3.175滾道發(fā)面半徑RR=0.5 d q 2 d q 1.651偏心距Ee =R-sin 0.045螺紋升角V v =arctan4o33螺杠螺杠外徑Dd =d0-0.23 d q19.5螺杠內(nèi)徑d 1d 1 = d0 + 2e-2R16.788螺杠接觸直徑dzdz= d0 - d qcos16.865螺母螺母螺紋直徑DD=d 0 -2e +2R23.212螺紋內(nèi)經(jīng)D 1D1=d0 +(0.20.25)d20.635三、齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)比計(jì)算：已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p=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 = =0.48i =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 取，齒輪有關(guān)參數(shù)如下：齒 數(shù)2450分度圓d =mz48100齒頂圓da =d +2m52104齒根圓df =d - 21.25m4395齒寬(610)m2020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J（kg*cm2）J = 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= =0.78D4L10-4（kg*cm2）M-圓柱體質(zhì)量kgD-圓柱體直徑cmL-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/minn-絲杠轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速r/minG-工作臺(tái)重量N g-重力加速度9.8m/s2 L0-絲杠導(dǎo)程cmJG =（）2 =0.388 kg/cm2JS =0.7810-32450=0.624 kg/cm2J1 =0.7810-34.842=0.828 kg/cm2J2 =0.7810-31042 = 16.5 kg/cm2因此，到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J = 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)空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速力矩Mamax為：Mamax= J10-2上式中：J-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,b 為步進(jìn)電機(jī)步矩角0.75，p 為脈沖當(dāng)量，取p=0.005mm/脈沖)nmax =500 r/minMamax= J10-2=4.6510-2=118.6 N*cm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=0.2i-齒輪降速比，i= =2.08-轉(zhuǎn)動(dòng)鏈總效率，一般可取0.7-0.85Mf = =31.4 N*cm附加摩擦力矩M0的計(jì)算 M0 = (1-02) （N*cm）FP0-為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載（N）,一般取進(jìn)給引力的1/3L0-為滾珠絲杠導(dǎo)程 cm 0-滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般0大于等于0.9 因此 M0 = (1-02) = (1-0.92) =6.175 N*cm 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩MtMt= 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310 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：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 p-脈沖當(dāng)量橫軸 0.005mm/脈沖- 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校核步進(jìn)電機(jī)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) J-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.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 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