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重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文范本 1 重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 機電數(shù)控改造類 批次 層次 專業(yè) 0902 本科 機械設(shè)計制造及自動 化 校外學(xué)習(xí)中心 山東淄博校外學(xué)習(xí)中心 學(xué)生姓名 李婷婷 學(xué)號 W08107398 一 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 CA6140 車床經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計 二 畢業(yè)設(shè)計 論文 工作時間 自 2009 年 9 月 3 日起至 2009 年 10 月 30 日止 三 畢業(yè)設(shè)計 論文 內(nèi)容要求 一 機電數(shù)控改造類畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容 1 設(shè)計已知條件 見附件中的參考題目 2 具體要求 采用開環(huán)伺服進給系統(tǒng) 進行縱向進給機構(gòu)的改造 橫向進給機構(gòu)的改造 具 體要求 1 計算切削力 2 機床主電機功率計算 3 進給伺服系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計 主要有三種方案 其一是由步進電機通過聯(lián)軸器方式傳遞給滾珠絲杠 其二是 由步進電機通過一對齒輪嚙合方式傳遞給滾珠絲杠 其三是由步進電機通過同步齒 形帶的方式傳遞給滾珠絲杠 可對上述三種方式比較后選擇其一 3 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 計算及選型 4 導(dǎo)軌的計算及選型 重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文范本 2 5 步進電機的計算及選用 二 畢業(yè)設(shè)計說明書及圖紙要求 要求撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 1 份 A4 紙 總頁數(shù)不少于 20 頁 說明書按封面 目錄 緒論 正文 結(jié)論 參考文獻的順序書寫 公式采用公式編輯器編輯 要求繪制數(shù)控車床橫向進給機構(gòu)裝配圖 1 張 2 號圖紙 縱向進給機構(gòu)裝配圖 1 張 2 號圖紙 四 編寫說明書 說明書內(nèi)容如下 1 目錄 2 設(shè)計任務(wù)書 3 總論或前言 4 設(shè)計總體要求及相關(guān)已知條件介紹 5 切削力的計算與分析 6 機床主電機功率計算 7 進給伺服系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計 對比分析 8 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 計算及選型 9 導(dǎo)軌的計算及選型 10 步進電機的計算及選用 11 設(shè)計小結(jié) 12 參考文獻 五 畢業(yè)設(shè)計參考資料 1 倪森壽 機電一體化工程專業(yè)課程實踐教程 M 合肥 合肥工業(yè)大學(xué)出版社 2007 2 張建民 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 M 北京 高等教育出版社 2001 3 尹志強 機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)書 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 六 格式要求 1 圖紙要求 按機械制圖國家標準繪制 裝配圖用 A2 圖紙 標題欄及基本幅面尺寸和圖框格 式按圖 1 圖 2 及表 1 所示 重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文范本 3 共 張 第 張 比 例重 量階 段 標 記年 月 日簽 名更 改 文 件 號分 區(qū)處 數(shù)標 記 標 準工 藝審 核 年 月 日 簽 名 標 準 化 簽 名 年 月 日 設(shè) 計 圖 樣 代 號 圖 樣 名 稱 材 料 標 記 重 慶 大 學(xué)網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院 圖 1 標題欄格式 表 1 基本幅面尺寸 幅面代號 A0 A1 A2 A3 A4 尺寸 LB 1894845 59420 207 2971 c 10 5 a 25 e 20 10標 題 欄標 題 欄 ccl 圖 2 圖框格式 2 計 算 書 計算書采用 A4 打印紙 60 頁以上的論文采用雙面打印 60 頁及其 60 頁以下論文采用單面打印 上邊距 2 5cm 下邊距 2 5cm 重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文范本 4 左邊距 3 0cm 右邊據(jù) 2 5cm 行距 1 5 倍 正文字體使用小四號字 宋體 一級標題使用四號字體 黑體 加粗 二級標 題使用小四號字體 黑體 加粗 三級標題使用小四號字體 宋體 加粗 序號 畢業(yè)設(shè)計 論文 各章節(jié)序號采用阿拉伯數(shù)字編碼 格式為 1 1 1 1 1 1 最多不超過 3 層 頁碼 阿拉伯數(shù)字進行編號 位于每頁頁底中部 3 公 式 用 word 中 公式編輯器 或 MathType 5 0 Equation 軟件完成 大小為 12pt 可以進行適當調(diào)整 位置居中max0 3517 485MkNm 226ql 重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文范本 5 附錄 機械設(shè)計制造及自動化 機電數(shù)控改造類方向 專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計各階段完成內(nèi)容明細表 進 度 計 劃平臺階 段名稱 平臺提 交時間 圖紙 Word 文檔 備注 畢業(yè)設(shè)計 第一階段 1 設(shè)計目的及背景 2 切削力的計算 3 機床功率的分析與計 算 4 傳動方案擬定與計算 5 滾珠絲杠螺母副的選 型與計算 6 開題報告 畢業(yè)設(shè)計 第二階段 縱向進給機構(gòu)裝配圖繪制 1 導(dǎo)軌的選型與計算 2 步進電機的選擇與計 算 畢業(yè)設(shè)計 第三階段 繪制橫向進給機構(gòu)裝配圖 1 整理設(shè)計說明書 2 參考文獻 提交畢業(yè)設(shè)計終稿 附件 畢業(yè)設(shè)計參考題目 題目 1 設(shè)計的題目 CA6140 車床經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計 2 設(shè)計目的 將 CA6140 普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床 要求車床有切削螺紋功能 縱向和橫向具 有直線和圓弧插補功能 系統(tǒng)分辨率縱向 0 01mm 橫向 0 005mm 3 設(shè)計參數(shù) 1 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 2 最大加工長度 1000mm 3 快進速度 縱向 2 4m min 橫向 1 2m min 4 最大切削進給速度 縱向 0 5m min 橫向 0 25m min 5 最小指令值 縱向 0 01mm pulse 橫向 0 005mm pulse 6 進給傳動鏈間隙補償量 縱向 0 15mm 橫向 0 075mm 7 電機功率 7 5kw
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1.前言
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％，F(xiàn)MC/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）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?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。
2設(shè)計總體要求及相關(guān)已知條件
2.1設(shè)計總體要求
采用開環(huán)伺服進給系統(tǒng)，進行縱向進給機構(gòu)的改造，橫向進給機構(gòu)的改造。具體要求：
（1）計算切削力
（2）機床主電機功率計算
（3）進給伺服系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計
主要有三種方案：其一是由步進電機通過聯(lián)軸器方式傳遞給滾珠絲杠；其二是由步進電機通過一對齒輪嚙合方式傳遞給滾珠絲杠；其三是由步進電機通過同步齒形帶的方式傳遞給滾珠絲杠?？蓪ι鲜鋈N方式比較后選擇其一。
（3）滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算及選型
（4）導(dǎo)軌的計算及選型
（5）步進電機的計算及選用
2.2相關(guān)已知條件
將CA6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床，要求車床有切削螺紋功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm，橫向:0.005mm。
設(shè)計參數(shù)：
1）最大加工直徑 在床面上400mm 在床鞍上210mm
2）最大加工長度 1000mm
3）快進速度 縱向 2.4m/min 橫向1.2m/min
4）最大切削進給速度 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min
5）最小指令值
縱向 0.01mm/pulse
橫向 0.005mm/pulse
6）進給傳動鏈間隙補償量
縱向0.15mm 橫向0.075mm
7）電機功率 7.5kw
3 切削力分析與計算
3.1車削抗力分析與計算
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：
（1）
由<<金屬切削原理>>知:
Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4
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 （2）
=1.151340+0.04(5360+909.8)
=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。
4 機床主電機功率計算
4.1主軸的變速范圍
主軸能實現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍Rn，即，數(shù)控機床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。
則 =113r/min
這里nj為電動機的額定轉(zhuǎn)速
該機床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為：
主軸電機的功率是：7.5kw
初選主軸電機的型號
選主軸電機的型號為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)型號為1HP6167-4CB4，連續(xù)負載PH/KW=14.5，間歇負載（60%）/kw=17.5kw,短時負載（20min）/kw=19.25kw,額定負載n/r.min=5000，最大轉(zhuǎn)速nmax/r/min=8000,額定轉(zhuǎn)矩277N.m,慣性矩0.206/kg.m
4.2主軸電機的校核
電動機恒功率調(diào)速范圍：
所以所選電動機型號的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。
5傳動方案擬定與計算
5.1減速器箱體的設(shè)計
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，我在步進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。
由任務(wù)書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
6滾珠絲杠螺母副的選擇與計算
6.1型號選擇
1) 最大工作載荷計算
由于導(dǎo)向為貼塑導(dǎo)軌，則：k=1.4 f ′=0.05 ，F(xiàn)l為工作臺進給方向載荷，
Fl=2144N； Fv=5360N；Fc=1340N；G=60kg；t=15000h，
最大工作載荷：F m=kFl+ f ′(Fv+2Fc+G)
=1.42144+0.05(5360+21340+9.875)
=3452.6N
2)最大動負載的計算
v橫=1400r/min 0.79mm/r = 1106 mm/min
n橫絲= v橫1/2 / L。縱=11061/2 / 5 =110.6r/min
L=60nt/10=1106110.615000 /10=99.54
C =fmFm=99.541.53352.6=23283.8N
初選滾珠絲杠型號為:CD50×6-3.5-E
其基本參數(shù)為 Dw =3.969mm ，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51
6.2滾珠絲杠的計算
1)傳動效率計算
η=tg λ/tg (λ+φ)=tg2°11′/tg(2°11′+10′)=93%
2)剛度驗算
1絲杠的拉壓變形量
δ1=±FmL/EA = ±3352.6320/20.610π252 =± 0.0026mm
2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量
δ2
=0.0013
= 0.0099mm
在這里 Fyj===1118N
Z=dm/Dw=3.1450/3.969=39.56
ZΣ=39.563.51=138.48
絲杠的總變形量
δ=δ1+δ2=0.0026+0.0099=0.0125mm<0.015mm
查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。
7導(dǎo)軌的選型與計算
導(dǎo)軌除應(yīng)具有臥式車床導(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。一般機床導(dǎo)軌材料多為200灰口鑄鐵，機床改造時可在原床鞍下滑面經(jīng)機械加工后貼一層聚四氟乙烯軟帶，聚四氟乙烯軟帶與鑄鐵配合時，有良好的減磨性能，可有效地防止機床爬行。此外，床鞍與床身、中滑板與小滑板應(yīng)接觸均勻，接觸面不應(yīng)少于70％，接觸點數(shù)不應(yīng)少于10點／cm2，應(yīng)嚴格按標準檢查。運行時不許有爬行現(xiàn)象，這是保證加工精度和一致性的關(guān)鍵因素之一。
8步進電機的選擇與計算
8.1 縱向步進電機的選擇
8.1.1 確定系統(tǒng)的脈沖當量
脈沖當量是指一個進給脈沖使機床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量，它是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。因此，脈沖當量應(yīng)根據(jù)機床精度的要求來確定，CA6140的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當量為0.01mm/脈沖 ~ 0.005mm/脈沖。
8.1.2步距角的選擇
根據(jù)步距角初步選步進電機型號，并從步進電機技術(shù)參數(shù)表中查到步距角θb ，三種不同脈沖分配方式對應(yīng)有兩種步距角。步距角θb 及減速比 i與脈沖當量δp 和絲杠導(dǎo)程 L0 有關(guān)。初選電機型號時應(yīng)合理選擇θb及i, 并滿足：
θb ≤(δpi360)/L0
由上式可知：
θb ≤δpi360/L0=3600.011/10=0.36°
初選電機型號為:90BYG5502具體參數(shù)如表1所示
表1 步進電機選型參數(shù)表
縱向電機
步距角
相數(shù)
驅(qū)動電壓
電流
90BYG5502
0.36
5
50V
3A
靜轉(zhuǎn)矩
空載起動頻率
空載運行頻率
轉(zhuǎn)動慣量
重量
5N.m
2200
≥30000
40 kg.cm
4.5kg
圖1 電機簡圖
8.1.3矩頻特性：
=J=J10(N.cm)
由于：nmax=(r/min)
則： Mka=J(N.cm)
式中：J為傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm）；ε為電機最大角加速度（rad/s）；nmax為與運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（r/min）；t為運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間（s）;vmax為運動部件最大快進速度（mm/min）；δp為脈沖當量（mm/脈沖）；θb為初選步進電機的步距角[（o）步]，對于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為J=(kg.cm),對于鋼材，材料密度為7.810(kg.cm)，則上式轉(zhuǎn)化為J=0.78DL10(kg.cm)，式中：Mc為圓柱體質(zhì)量（kg）；D為圓柱體直徑（cm），JD為電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，可由資料查出。
(1)絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js
Js=Js/i，i為絲杠與電機軸之間的總傳動比
由于i=1
則： Js=0.78DL10=0.78(6.3)17010=208.9( kg.cm)
(2)工作臺質(zhì)量折算
工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量慣量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動量
JG:JG=（）M( kg.cm),式中：L0為絲杠導(dǎo)程（cm）；M為工作臺質(zhì)量（kg）；由于L0=1cm，M=90kg。
則 ： JG=（）M=90=2.28( kg.cm)
1）一對齒輪傳動
小齒輪裝置在電機軸上轉(zhuǎn)動慣量不用折算，為J1.大齒輪轉(zhuǎn)動慣量J2折算到電機軸上為=J2()
2）兩對齒輪傳動
傳動總速比i=i1i2,二級分速比為i1=z2/z1和i2=z4/z3.于是，齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量為J1,齒輪2和3裝在中間軸上，其轉(zhuǎn)動慣量要分別折算到電機軸上，分別為J2()和J3().齒輪4的轉(zhuǎn)動慣量要進行二次折算或以總速比折算為：
=J4()()
因此，可以得到這樣的結(jié)論：在電機軸上的傳動部件轉(zhuǎn)動慣量不必折算，在其他軸上的傳動部件轉(zhuǎn)動慣量折算時除以該軸與電機軸之間的總傳動比平方。
由于減速機構(gòu)為一對齒輪傳動，且第一級i=1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動慣量如下：
n=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mm
S=27mm 則:J45=0.786.7510=4.371 kg.cm
n=40,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J40,其分度圓直徑d=401.5=60mm
S=27mm 則:J40=0.78610=2.73kg.cm
n=30,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J30,其分度圓直徑d=301.5=45mm
S=27mm 則:J30=0.784.510=0.964 kg.cm
n=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mm
S=30mm 則:J45=0.786.7510=4.9538 kg.cm
n=50,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J50,其分度圓直徑d=501.5=75mm
S=30mm 則:J50=0.787.510=7.548 kg.cm
n=60,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J60,其分度圓直徑d=601.5=90mm
S=30mm 則:J60=0.78910=15.66 kg.cm
兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動慣量為:
J輸入=0.781.81310=0.106 kg.cm ; L=130mm
J輸出=0.782.51310=0.396 kg.cm ; L=130mm
查表得：
JD=4 kg.cm
綜上可知：
J=JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45 =252.302 kg.cm
又由于 V =1.461600=2236mm/min
則： =252.30210=41.1N.cm
(3)力矩的折算：
1）空載摩擦力矩
=
式中：G為運動部件的總重力（N）； f′為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；i為齒輪傳動降速比；η為傳動系統(tǒng)總效率，一般取η=0.7~0.85；L。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。
由于G=9010=900N, f=0.05, i=1, η=0.85
則==8.4N.cm
2）M0附加摩擦力矩
M0=
式中：Fyj為滾珠絲杠預(yù)加負載，即預(yù)緊力，一般取1/3Fm;Fm為進
給牽引力（N）, η。為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取η?！?.9
得 Fyj=1/3Fm=1/31728.8=576.3N
又 L0=10mm，η=0.95
則 M0==96.6 N.cm
則 =++M0=41.1+8.4+96.6=140 N.cm
由于≤=λ
則所選步進電機為五相十拍的
經(jīng)表查得 ：λ=0.951
則 =1.67N.m<λ=0.955=4.75N.m
所以所選步進電機合乎要求
8.1.4據(jù)步進電機的矩頻特性計算加減速時間校核的快速性
T=(fn-f0)
式中：T為加減速時間，Jr和Jl分別為轉(zhuǎn)子，負載的轉(zhuǎn)動慣量（kg.m）
β為電機得步距角（°），Tcp,Tl為電機最大平均轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩（N.m）
f。,fn為起始加速時，加速終了時的頻率（Hz）
由于 Jr=0.410kg.m；Jl=0.0252 kg.m；β=0.36°；Tcp=5 N.m ；Tl=1.67 N.m
f0=2200Hz；fn=30000Hz
則 T=(30000-2200)=1.2s<1.5s
所以選此步進電機能滿足要求。
矩頻特性曲線
圖2 矩頻特性曲線
8.2 橫向步進電機的選擇
8.2.1步距角的確定
θb ≤δpi360/L0
L0=6mm，i=1，δp=0.005。
θb ≤0.3
初選電機型號為:110BYG5602
表2電機型號
橫向電機
步距角
相數(shù)
驅(qū)動電壓
電流
110BYG5602
0.3
5
80V
3A
靜轉(zhuǎn)矩
空載起動頻率
空載運行頻率
轉(zhuǎn)動慣量
重量
16 N.m
2500
≥35000
15kg.cm
16kg
圖3 電機簡圖
8.2.2距頻特性
(1)力矩的折算
1)空載摩擦力矩Mkf
=Gf′L0/2πηi；G=6010=600N； f′=0.05；L0=6mm；η=0.8。
==3.5(N.cm)
2)附加摩擦力矩 M0
M0= (N.cm)
Fyj=1/3Fm=1/33433.6=1144.5N
L0=6mm。
M0=
=115 N.cm
(2)轉(zhuǎn)動慣量的折算
1)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量
Js=0.78DL10
D=4cm L=26cm
Js=0.78DL10
=0.78(4)2610
=5.19 N.cm
2)工作臺轉(zhuǎn)動慣量
JG=M； L0=0.6cm；M=60kg；
JG=M=60=0.54( kg.cm)
(3)多脈沖減速裝置的轉(zhuǎn)動慣量折算
Z=30 d=mz=1.530=45mm
J=0.78D L10 =0.784.51.810 =0.58kg.cm
Z=40 d=mz=1.540=60mm
J=0.78D L10 =0.7861.810 =1.82kg.cm
Z=45 d=mz=1.545=67.5mm
J=0.78DL10 =0.786.751.810 =2.92kg.cm
Z=50 d=mz=1.550=75mm
J=0.78DL10 =0.787.51.810 =4.44kg.cm
Z=60 d=mz=1.560=90mm
J=0.78D L10 =0.7891.810 =9.2kg.cm
又由于 J輸入=0.106 kg.cm；J輸出=0.396 kg.cm；JD=15.8 kg.cm
則 J=Js+JG+JJ=58 kg.cm
Mka= J10
vmax=0.781600=1248mm/min
t=1.5s；δp=0.005；θb=0.3°
Mka=50=7.257N.cm
Mkq=Mka+Mkf+M0=7.527+3.5+115=125.7N.cm
又 Mkq≤λMjmax
步進電機為五相十拍λ=0.95 Mjmax=16N.m
Mkq=1.257N.m<0.9516=15.2N.m
所以此步進電機符合條件
(4)上升時間校核
t=(fn-f0)
Jr=1.5810 kg.m；Jl=5.810 kg.m；β=0.3；Tcp=16N.m。
Tl=1.257N.m；f0=2500Hz；fn=35000Hz
t= (35000-2500)=0.086s<1.5s
合乎要求
設(shè)計小結(jié)
這次課題設(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。接下來篩選出一系列有價值的資料，與同組同學(xué)不斷的討論、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(xí)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，除此之外，我還懂得了團結(jié)合作的重要性，知道了集體的力量！
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，做設(shè)計也是磨練決心與毅力的過程，面對復(fù)雜冗長的數(shù)據(jù)，打印長篇的論文，我也想過放棄，但想到它的意義我就又堅持了下來。做完了后，有一種豁然開朗的感覺，內(nèi)心激動無比，經(jīng)過了這次設(shè)計以后，我有信心，我也堅信只要努力、堅持，我們就能走好人生的每一步。
參考文獻：
[1] 倪森壽.機電一體化工程專業(yè)課程實踐教程[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2007.
[2] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2001.
[3] 尹志強.機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.
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重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)論文范本 重慶大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題目 CA6140 車床經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計 學(xué)生所在校外學(xué)習(xí)中心山東淄博校外學(xué)習(xí)中心 批次 層次 專業(yè) 0902 本科 機械設(shè)計制造及自動化 學(xué) 號 W08107398 學(xué) 生 李婷婷 指 導(dǎo) 教 師 江桂云 起 止 日 期 2009 09 03 至 2009 10 30
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學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
一、課題的目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）：
（1）設(shè)計題目：CA6140車床經(jīng)濟型數(shù)控改造設(shè)計
（2）設(shè)計意義
經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便，適合我國國情的裝有簡易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，常希望對原有舊機床進行改造，實現(xiàn)數(shù)控化、自動化。經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實的的生產(chǎn)實際，結(jié)合我國國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能降低價格。價格便宜、性能價格比適中是其最主要的特點，特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車床改造，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟型數(shù)控型系統(tǒng)對設(shè)備進行改造后，將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又能保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力，增強企業(yè)的競爭能力。
二、課題任務(wù)、重點研究內(nèi)容、實現(xiàn)途徑、條件：
（1）課題任務(wù)
將CA6140普通車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床，要求車床有切削螺紋功能，縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm，橫向:0.005mm
（2）課題重點研究內(nèi)容
其一是恢復(fù)原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復(fù)；其二是NC化，在普通來車床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成數(shù)控車床；其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復(fù)原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的NC系統(tǒng)以最新NC進行更新；其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
（3）實現(xiàn)途徑、條件
步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng)。該系統(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。
報告人簽名 李婷婷
日 期2009年9月20日
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摘 要
普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控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) 床身的改造，為使改造后的機床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機械故障的同時，應(yīng)充分考慮機床零部件的耐磨性，尤其是機床導(dǎo)軌。為此，本例中采用舊床身淬火并貼膜。
(2) 拖板的改造，拖板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對象，所以對其改造尤顯重要。這中間最突出一點就是選用滾珠絲杠代替滾動絲杠，提高了傳動的靈敏性和降低功率步進電機力矩損失。
(3) 變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對輸入和輸出軸以及減速齒輪進行設(shè)計，從而再對箱體進行改造。
(4) 刀架的改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復(fù)定位精度高，安全可靠。
通過對機床的改造并根據(jù)要求選用步進電機作為驅(qū)動元件，這樣改造后的機床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。
關(guān)鍵字：普通車床 數(shù)控改造 步進電機 經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)
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目 錄
1.前言……………………………………………………………………………………………1
2.設(shè)計總體要求及相關(guān)已知條件介紹……………………………………………2
2.1設(shè)計總體要求……………………………………………………………………………2
2.2相關(guān)已知條件……………………………………………………………………………2
3.切削力的計算與分析………………………………………………………………3
3.1切削力的分析與計算…………………………………………………………………………3
4.機床主電機功率計算…………………………………………………………………………4
4.1主軸的變速范圍…………………………………………………………………4
4.2主軸的電機校核……………………………………………………………………………4
5.進給伺服系統(tǒng)傳動方案的設(shè)計\對比分析………………………………………………4
5.1減速箱體的設(shè)計………………………………………………………………………………4
6.滾珠絲杠螺母副的設(shè)計\計算與選型………………………………………………5
6.1型號的選擇………………………………………………………………………………5
6.2滾珠絲杠的計算……………………………………………………………………6
7.導(dǎo)軌的計算及選型…………………………………………………………7
8.步進電機的計算及選用…………………………………………………………8
8.1縱向步進電機的選擇………………………………………………………………………8
8.2橫向步進電機的選擇………………………………………………………………………12
9.設(shè)計小結(jié)………………………………………………………………………………16
10.參考文獻………………………………………………………………………………16