cw6163设计正文.doc

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1、CW6163型卧式车床数控化改造的总体设计及尾座设计 - 26 -绪论数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床（C6163车床）数控化改造不失为一种较好的良策。本文针对目前国内企业现状，提出简易型经济数控改造思路和设计方法供数控技术人员参考.C6163车床主要用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工。其数控改造后数控系统控制的对象有:主轴正反转控制

2、、主轴变速；刀架的纵向和横向进给运动控制，刀具的选择控制、四个刀位自动换刀控制；冷却泵、润滑泵的启停控制；脉冲编码器的加装等。根据C6163普通车床的自身特点及相关资料，确定总体的改造方案。机床改造项目主要有：拆掉手动刀架和小拖板后装上数控刀架；拆掉普通丝杠、光杠进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；主轴后端增加一个光电编码器；采用波纹管联轴器进行连接。第一章、数控机床的特点、现状及发展趋势1.1数控机床的特点数控机床是一种高效自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。数控机床具有普通车床难以具备的特点。正因为它的这些特点，使它在制造业中得到日益广泛的应用。 1、具有广泛的适应性和较大的灵活性，

3、能适应不同零件的自动加工。在数控机床上加工零件，一般借用通用工装夹具，很少采用专用工装夹具；当改变被加工零件时，除更换刀具外，只需更改零件程序，而且编程工作可以离线进行或边编程边加工。因而可大大缩短生产周期，有利于产品更新换代。2、具有高的生产效率。数控机床主机在结构设计上做了较大的改变，加工是可以采用大切屑用量，加之换刀等辅助动作的自动化，与普通机床相比数控机床的生产率可以提高23倍。尤其是对一些复杂零件的加工，其生产率可提高十几倍甚至几十倍。3、具有高的加工精度，稳定的加工质量。由于数控机床是按照编写的零件加工程序自动加工，因而可以避免人为因素带来的误差。另外，由于数控机床的结构设计采用了

4、必要的措施以及机电结合的特点，使其本身精度比较高，而且又能利用软件进行精度校正和补偿。因此，不但加工精度高，而且质量稳定。4、能够完成普通机床难以完成或不能完成的复杂型面加工，如复杂型面模具、发动机叶片等。5、工序集中，一机多用。数控机床，特别是带有自动换刀装置的加工中心，一次装夹后几乎可以完成零件的全部加工。一台数控机床可以代替数台普通机床，节省了劳动力以及工序间运输、测量和装卡等辅助时间，同时也节省了厂房面积。6、使生产环境得到改善，并可大大地减轻操作者的劳动强度。7、可以实现精确的成本核算和生产进度安排；可以大大减少在制品的数量，加速流动资金周转。因而有利于生产效率的提高。8、是实现柔性

5、自动加工的重要设备，使发展生产和计算机辅助制造(CAM)的基础。1.2 数控机床的现状我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有 1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。据初步统计，近年来数控机床产量持续地以年均增长超过30%的速度快速增长。2004 年其产量达 52000 台以上，同比年增长40%，数控机床的消费量约74000 台，同比年增长32%。在数控机床的技术水平方面，由于市场需

6、求的拉动，中高档数控机床的开发也取得了较大的进展，在五轴联动、复合加工、高速加工、超精加工和数字化设计等一批关键技术上取得了突破，并形成了一批中档数控机床产业化基地。但是，另一方面进口的数控机床数量也在逐年同步增加，而且进口数控机床消费额的增长趋势更快。2004年数控机床的进口数量同比年增长30%，而进口消费额的增长却达52%，从而导致国产数控机床在国内市场消费额总额所占比例已不足30%。之所以出现这一现象，其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效精密和高性能大重型数控机床需求增长，要依靠进口解决。 从上世纪80 年代起，我国机床制造业的发展虽有起伏，但对数控技术和数控机床一直给予较大的关

7、注，已具有较强的市场竞争力。在中、高档数控机床方面，与国外一些先进技术与产品仍存在较大差距，效率、精度和可靠性等方面均有明显差距，相当欧洲在上世纪90 年代中期水平，大部分处于技术跟踪阶段。1.3 数控机床的发展趋势随着科学技术的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件加工质量的要求也越来越高。随着社会对产品多样化需求的增强，产品品种增多，产品更新换代加速。这使得数控机床在生产中得到广泛的应用，同时也对数控机床的数控系统、伺服驱动系统及主机结构提出更高的要求。尤其是随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成制造系统的兴起和不断成熟，对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制技术的应用提出

8、了更高的要求。归纳起来，数控机床的发展体现在以下几个方面：高速度、高精度化现代机床CNC系统多采用32位CPU，并向64位CPU发展，并且采用多微处理器并行技术，使运算速度和数据处理能力得到很大的提高。如FAND CF-1、FM-1、FS15系统，SIEMENS800系列的840C系统等，其主CPU都采用64位机，使插补运算和快速进给功能大为增强。64位简化指令集（RISC）微处理器告诉系统的采用，使运算速度成倍增加，使复杂形状零件的告诉、高精度加工成为可能。与高性能CNC系统相配合，现代数控机床采用了交流数字伺服驱动系统。伺服驱动系统的位置、速度和电流环都实现了数字化，并采用现代控制理论，实

9、现了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服驱动。由于新型CNC系统和伺服驱动系统的采用，使数控机床的进给速度和分辨率力得到很大提高，在100240 m /min的进给速度下其位移分辨力可达1m在24m/min的进给速度下其位移分辨力可达0.1m，在2.4m/min的进给速度下其位移分辨力可达0.01m.现代数控机床还充分利用CNC系统的补偿功能（如反向间隙补偿功能、螺距误差补偿功能及热补偿功能等）来提高其加工精度和动态性能。更高的可靠性由于现代机床CNC系统的模块化、标准化、通用化和系列化。便于组织批量生产，有利于保证产品质量。现代CNC系统大量采用大规模或超大规模集成电路，采用专用芯片及混合式集

10、成电路，提高集成度，减少了元器件数量，降低了功耗，从而提高了可靠性。通过完善的故障诊断功能，实现对系统内硬、软件及外部设备的故障诊断和报警。利用报警提示及时排除故障；利用监测技术，对发生超程、刀具损毁、过热、干扰、断电等各种意外自动进行相应保护，从而保证了数控机床可靠的工作。3、更完善的自动编程技术由于多维处理器并行技术的采用，使数控编程从离线编程发展到在线编程，即所谓的“前台加工，后台编程”。通过会话自动编程系统，不仅实现了在线零件加工程序的编制，还可以根据机床性能、工件材料及零件加工要求自动选择刀具及最佳切削用量，生成工艺路线，并实现切削仿真，大大提高了对复杂型面编程的效率。4、更高的通信

11、功能为了适应自动化技术的不断发展，适应工厂自动化规模越来越大的要求，为了使数控机床更易于进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的控制网络中，机床数控系统的接口数据交换能力和通信能力在不断加强。目前，已通过配置的RS-232RS-422串行接口实现了对伺服、计算机的数据交换。通过网络接口可以方便的实现网络连接。如SIEMENS公司的Sinumeric850/880系统设置有SINEC H1网络接口和MAP网络接口，通过网络接口可将数据系统连接到SIEMENS的SINEC H1网络和MAP工业局域网中。FANUC公司的FANUC15系统也配置了类似的网络接口，为了便于接入工业局域网，还可配置MAP3

12、.0接口板。5、智能化计算机软、硬件技术的发展，人工智能技术的发展促进了机床数控系统智能化的进程。机床数控系统的智能化主要体现在：（1）将适应控制应用于数控系统中，构成适应数控系统（ACNC System）。在适应数控系统中，把精细的程序的控制和连续的适应调节结合起来，使系统的运用达到最优。其主要的追求目标是：保护刀具和工件，适应材料的变化；改善尺寸控制，提高加工精度，保持稳定的质量；寻求最高的生产率和最低的成本消耗；简化零件程序的编制，降低对操作人员经验和熟练程度的要求等。（2）故障诊断的智能化，即数控系统内置实时诊断软件，在数控机床整个工作过程中进行故障诊断并指导故障的排除。一旦发生故障，

13、除采用停机措施，利用CRT进行故障报警，提示故障发生的部位和原因外，还可与利用“冗余”技术，自动使故障模块脱机，接通备用模块，以满足无人化工作环境的要求。在故障诊断中，除了采用专家系统外，还将模糊数学、神经网络应用其中，取得了良好的效果。(3) 刀具寿命自动监控检测技术的应用。即利用红外、声发射（AE）、激光的检测手段，对刀具和工件进行监控。发现工件超差，刀具损毁，及时报警、自动进行补偿或更给备用刀具，以确保产品质量。 6、数控系统的开放化 随着技术、市场、生产组织结构诸多方面的快速变化，对数控机床，特别是数控系统提出许多更新、更高的要求，如： (1) 为了适应不断出现的新加工需求，数控系统应

14、具用更强的软、硬件重构能力，而且重构成本要低，重构周期要短；（2）为了适应未来车间面向任务和订单的生产组织模式，使底层生产控制系统的集成更为简便、有效，必须改变数控系统封闭型的设计模式；（3）为了适应机床制造厂的不同需要，数控系统应该具有高度的模块化，可重新配置、修给、扩充和改装，机床制造厂家和用户可以方便地将自己的成熟技术集成到数控系统中； 为了适应新需要，寻求一种新的数控系统发展模式已成必然。美国、欧洲、日本针对数控系统所面临的问题和数控系统开放化的必然趋势，在自动化领域的开放式体系结构上做了不少的研究工作。第二章、数控机床改造的必要性及优点2.1 数控机床改造的必要性数控机床可以较好的解

15、决形状复杂、精密、小批几多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到了其它条件的限制。（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，不适用于中小型企业。 (2 ) 目前，各企业都用大量的普通机床，完全用数控机床代替不现实，投资巨大，而且代替下的机床会造成资源的浪费。（3）在国内购置一台数控机床的狡猾周期比较长，必能满足生产的急需。 要较好的解决上述问题，应该把普通机床进行数控化改造，在国外以发展成为一个新型的工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，并用专门企业经营这门业务。从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造是必不可少的，数控改造机床占有较大比例。如日本的

16、大企业中有26%机床经过改造，中小型企业则是74%。在美国有许多数控专业公司为世界各地提供数控改造业务。我国是拥有300多万台机床的国家，而这些机床有大量是多年累积生产的普通机床，自动化程度低，想要在近几年使用自动化程度高的数控机床，不论是资金还是我国机床厂都是办不到的。因此，普通机床的数控化改造大有可为。它适应我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方向之一。2.2 数控机床改造的优点数控机床改造一般是对普通机床某些部位做一定的改造，配上数控装置，从而使机床具有数控加工功能。器改造优点有： （1）从提高效率出发，改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新加功能，提高

17、机床的使用价值。 （2）适应多品种，小批量零件生产。 （3）自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。 （4） 降低对工人技术水平的要求。 （5）数控改造费用低，经济性好。 （6）数控改造周期短，可满足生产急需。第三章、CW6163型卧式车床数化改造的总体设计3.1 设计方案的确定利用数控装置对纵横进给系统进行开环控制，以步进电机为驱动元件，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架，对C6163普通车床进行技术改造就可以组成一个经济型数控车床，实现微机控制下的自动加工。改造后的车床把车床的主运动和进给运动分离开来。主电机的作用仅仅是带动工件旋转，而刀架的进给运动则是由步进电机直接带动

18、车床的纵横丝杠来实现。其改造后结构原理示意图如图3-1所示单片微型机接口接口接口光电耦合器光电耦合器主轴脉冲发生器功率放大器功率放大纵向步进电机横向步进电机变速箱变速箱滚珠丝杠滚珠丝杠交流控制电动机电动刀架图3-1 CW6163型车床的数控化改造结构原理图操作时，根据零件的加工工艺，按数控系统的规定的方式编制零件的加工程序，通过数控装置上的键盘输入微机，微机对加工程序处理后发出一系列脉冲信号，经过功率放大器放大后驱动2台步进电机，按规定的方向、速度和位移量，完成刀架纵横两个方向的进给，使车刀实现直线或圆弧的切削。在加工螺纹时，通过主轴脉冲发生器发生进给运动，从而加工出各种标准螺纹。换刀时，微机

19、发出换刀信号，刀架控制箱继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构，将上刀体上升至一定位置，带动刀体旋转到所选刀位，然后定位，完成换刀动作。3.2 机械部分改造的设计3.2.1 纵向进给系统的计算与设计纵向进给系统的设计 经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必像产品设计要求的那么高，而从改造方便，实用方面来考虑。一般都把步进电机放在纵向丝杠的右端，如图3-2所示。 图3-2数控改造的总体方案示意图2. 纵向进给系统的设计计算 已知条件： 工作台重量： W=750N 时间常数： T=

20、28ms 滚珠丝杠基本导程： =8mm 行程： S =700mm 脉冲当量： 步距角： =0.75/step快速进给速度： =2.5m/min(一) 切削力计算 由机床设计手册可知，切削功率 式中 N电机功率，查机床说明书，N=4kW； 主传动系统总效率，一般为0.60.7取K进给系统功率系数，取为K=0.96。则： =40.650.96=2.496 kW又因为 所以 式中 v切削线速度，取v=100m/min。主切削力 =61202.496/100=152.76（kg f）=1527.6（N）由金属切削原理可知，主切削力 查表得： =188kgf/=1880MPa =1 =0.75 =1则可

21、计算如表3-1所示： 表3-1 计算结果222333f（mm）0.20.30.40.20.30.4112515241891168722872837 当=1520N时，切削深度=2mm，走刀量=0.3mm，以此参数作为下面计算的依据。 从机床设计手册中可得知，在一般外圆车削时： =（0.10.6） =（0.150.7） 取： =0.5Fz=0.51520=760N =0.6Fz=0.61520=912N(二) 滚珠丝杠设计计算 A.滚珠丝杠副传动的特点：1)传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副传动的效率为=0.920.96，比常规的丝杠螺母副提高34倍（滑动丝杠效率为0.20.4）。因此，功率消耗

22、只相当于常规丝杠螺母副的1/41/3。2)给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空程死区，定位精度高，刚度好。3) 启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好。4) 有可逆性，可以从旋转运动换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主传动。5)磨损小，使用寿命长，精度保持好。6) 不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于重力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。7）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等原件的加工精度要求高，表面粗糙度之特别小，故制造成本高。B.滚珠丝杠副的精度与代号根据机械工业部标准滚珠丝杠副精度的规定，

23、滚珠丝杠副按其使用范围及要求分为六个等级，即C,D,E,F,G,H级，C级精度最高，其余一次逐级降低各种类型数控机床对滚珠丝杠副精度的要求如表3-2表3-2 滚珠丝杠 副精度要求表机 床 种 类坐 标 方 向XYZW开环系统数控压力机标准级标准级数控绘图机标准级标准级数控车床标准级精密级标准级数控磨机精密级精密级数控线切割机精密级精密级数控钻床标准级普通级标准级数控铣床标准级标准级标准级数控镗床精密级精密级精密级标准级数控坐标镗床精密级超精密级精密级超精密级精密级超精密级精密级自动换刀数控机床精密级超精密级精密级超精密级精密级超精密级标准级坐标镗床、螺纹磨床精密级超精密级精密级超精密级精密级超

24、精密级精密级仪表机床精密级超精密级精密级超精密级精密级超精密级普通机床、通用机床普通级普通级普通级 滚珠丝杠副的精度包括各元件的精度和装配后的综合精度，其中包括导程误差，丝杠大径对螺纹轴线的径向圆跳动，丝杠和螺母表面粗糙度，由预加载荷时螺母安装端面对丝杠螺纹轴线的圆跳动，有预加载荷时螺母安装端面对丝杠螺纹轴线的径向圆跳动以及滚珠丝杠公称直径尺寸变动量等。在开环数控机床和其他精度机床中，滚珠丝杠的精度直接影响定位精度和随动精度。对于闭环系统的数控机床，丝杠的制造误差使得它在工作时负载分布不均匀，从而降低承载能力和接触刚度，并使预紧力和驱动力矩不稳定，因此传动精度始终是滚珠丝杠的最重要的质量指标。

25、 C.综合导轨车床丝杠的轴向力： 式中 K=1.15， =0.150.18，取为0.16。则 P=1.15763.8+0.16（1527.6+800） =1250.8N1) 强度计算： 寿命值 取工件直径 D=80mm，查表得 =15000h 则： =10001000.3/3.14806=20r/min =602015000/=18最大动负载 Q= 查表得： 运转系数 =1.2 硬度系数 =1则 Q=1.211250.8=3933.6N 根据最大动负载Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取FB系列，滚珠丝杠直径选为32mm，型号为其额定动载荷是10689N，所

26、以强度足够用。2) 效率计算： 根据机械原理的公式，丝杠螺母副的传动效率为： 式中 摩擦角=10 螺旋升角=325则 =0.9533) 刚度验算： 滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量 式中 =6mm=0.6cm； E=20.6滚珠丝杠截面积 则 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略，即：。所以：导程变形总误差为 查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。4）稳定性验算： 由于机床原丝杠直径为32mm，支承方式不变，所以稳定性不存在问题，不在验算。(3) 齿轮及转矩的有关计算1) 有关齿轮计算传动比 故取 =32 =40m=2mm b=20mm =20 2)

27、转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量： 丝杠的转动惯量： 齿轮的转动惯量：电机转动惯量很小可忽略。因此，总的转动惯量： =3) 所需转动力矩计算：快速空载启动时所需力矩 +最大切削负载时所需力矩 +快速进给时所需力矩 + 式中 空载启动时折算到电机轴上的加速力矩； 折算到电机轴上的摩擦力矩； 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩； 切削时折算到电机轴上的加速度力矩； 折算到电机轴上的切削负载力矩。 当时 当时 =12.40824.88/9.60.025=0.1286 N.m=1.286kgf.cm当=0.8 =0.16时 =1.223=12.23当=0.9时预加载荷Po=

28、1/3则： =76.30.6/23.140.81.25=7.297kgf.cm=72.97N.cm所以，快速空载启动所需力矩 =21.5+1.223+0.462=23.185kgf.cm=231.85N.cm切削时所需力矩： =1.286+1.223+0.462+7.297 =10.268kgf.cm=102.68N.cm快速进给时所需力矩 =1.223+0.462=1.685kgf.cm=16.85N.cm由以上分析计算可知：所需最大力矩发生在快速启动时，3.2.2 横向进给系统的计算与设计1. 横向进给系统的设计 经济型数控改造的横向进给系统的设计比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝

29、杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高转动精度，如图2-2所示。2. 横向进给系统的设计计算 由于横向进给系统的设计计算与纵向类似，所用到的公式不在详细说明，只计算结果。已知条件：工作台重量： W=30kgf=300N时间常数： T=25ms 滚珠丝杠基本导程： =4mm左旋行程： S =190mm脉冲当量: p=0.005mm/step 步距角： =0.75/step快速进给速度： =1m/min(一)切屑力计算 横向进给量为纵向的1/2-1/3，取1/2，则切屑力为纵向的1/2。=1/2152.76=76.38kgf=763

30、.8N在切断工件时： （2）滚珠丝杠设计计算1)强度计算： 对于燕尾型导轨： 取K=1.4 =0.2则 P=1.438.19+0.2（76.38+30） =74.74kgf=747.4N寿命值 最大动负载Q=根据最大动负荷Q的值，可选择滚珠丝杠的型号。例如，滚珠丝杠参照汉江机床厂的产品样本选取系列，滚珠丝杠公称直径为20mm，型号为，其额定动负荷为5393N，所以强度足够用。2) 效率计算： 螺旋升角=338，摩擦角=10则传动效率由公式 得 3) 刚度验算：由公式（2-10）得滚珠丝杠受工作负载P引起的导程的变化量 =74.74100.44/3.1420.6=5.96cm滚珠丝杠受扭矩引起的

31、导程变化量很小，可忽略，即：所以，导程变形总误差为=100L/Lo=1005.96/0.4=14.9m/m 查表知E级精度丝杠允许的螺距误差（1m长）为15m/m，故刚度足够。4) 稳定性验算： 由于选用滚珠丝杠的直径与原丝杠直径相同，而支承方式由原来的一端固定、一端悬空，变为一端固定，一端径向支承，所以稳定性增强，故不再验算。(3) 齿轮及转矩有关计算1)有关齿轮计算传动比 故取 =20 2)转动惯量计算工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 丝杠的转动惯量 齿轮的转动惯量电机转动惯量很小可忽略，因此，总的惯量 3) 所需转动力矩计算 所以，快速空载启动所需转矩 =2.23+0.287+0.11

32、6=2.633kgf.cm=26.33N.cm切削时所需力矩： =0.1774+0.287+0.116+1.824 =2.40kgf.cm=24.04N.cm快速进给时所需转矩： =0.287+0.116=0.403kgf.cm=4.03N.cm以上计算可知：最大转矩发生在快速启动时3.3 电气部分改造的设计3.3.1 步进电机选用的基本原则合理选用步进电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下： 1.步矩角 步矩角应满足： 式中 传动比；系统对步进电机所驱动部件的最小转角。2.精度 步进电机的精度可用步矩误差或

33、积累误差衡量。积累误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用积累误差衡量精度比较实用。所选用的步进电机应满足 式中 步进电机的积累误差；系统对步进电机驱动部分允许的角度误差。3.转矩 为了使步进电机正常运行（不失步、不越步），正常启动并满足对转速的要求，必须考虑：1）启动力矩 一般启动力矩选取为： 式中 电动机启动力矩； 电动机静负载力矩。 根据步进电机的相数和拍数，启动力矩选取如表1-2所示。为步进电机的最大静转矩，是步进电机技术数据中给出的。在要求的运行频率范围内，电动机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机转动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩

34、之和。44.启动频率 由于步进电机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足：极限启动频率要求步进电机最高启动频率。3.3.2 纵向进给系统步进电机的确定为满足最小步矩要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知： 所以，步进电机最大静转矩为：4步进电机最高工作频率 综合考虑，查表选用110BF003型直流步进电机，能满足使用要求。3.3.3 横向进给系统步进电机的确定仍选用三相六拍工作方式，查表知： 所以，步进电机最大静转矩为： 步进电机最高工作频率 为了便于设计和采购，仍选用110BF003型直流步进电机，能满足使用要求。第四章 CW6163型

35、卧式车床数控化改造的尾座设计4.1 CW6163尾座功能 改造前机床尾座可用手柄移动尾座，使其沿床身导轨移动至所需位置上，并用两个压板1(如图4-1)和两个螺钉2及螺母3夹紧固定。但必须注意，手柄摆动方向与尾座移动方向相反。若利用尾座中心线与主轴中心线偏移加工锥型零件时，先松开螺母3和螺钉，利用两个螺钉5（图4-2），使尾座本体相对下座横向移动到所需位置，然拎紧螺钉和螺母3.把尾座本体调回原位时，使本体后面的标牌刻度线与下座上的标牌线对准即可。 A-A图4-1 尾座图图4-2 A向剖视图转动尾座上的手轮，可使尾座套筒纵向移动。当尾座套筒退回本体内接近极限位置时，丝杠断部可将顶尖顶出。向后（向床

36、体尾端）拉近手柄3（如图4-3），就可把尾座套筒夹紧固定在所需要的位置上。若加紧力不够时，可放松手柄3，松开螺钉1，旋动螺母2，进行调整，调完后拎紧螺钉1即可。 图4-3 尾座手轮4.2 尾座的液压改造4.2.1 CW6163尾座改造的必要性目前,普通车床上使用的尾座,都是人工摇动尾座螺杆手轮,实现支顶工件。在大批量车加工生产中,工人劳动强度大,生产效率低，难以提高企业的效益。数控车床改装液压系统可以平均提高生产效率为60%，降低人工劳动强度，每个人平均可以操作2-3台数控机床，将人工摇动螺杆尾座改为液压尾座很有必要性和实际意义。所以本次设计将针对CW6163车床尾座进行液压尾座的改装。预期改

37、装后可以在大批量生产中取得较好的效益。4.2.2 改造后液压尾座的原理改造后液压尾座（图4-4）是拆去原车床尾座装置中套筒、螺杆、螺杆手轮、螺母、端盖、导向键及套筒锁紧手柄的基础上，应运尾座体重新安装上油缸、顶针活塞杆21、端盖23、通孔螺柱（15、16、17）等组成。图4-4液压尾座图其工作原理如图4-5所示，电动机带动液压泵3工作，经过滤器2从油箱1中吸油，油液经液压泵输出进入油管后，通过换向阀6、节流阀11换向阀7进入液压缸左腔，推动活塞和活塞杆21（图4-4）向右移动，二液压缸右腔的油液经换向阀6和回油管回流到油箱。改变运动方向可将换向阀6的手柄5转换方向，就可以改变液压油进、出液压缸

38、的方向，液压缸活塞带动活塞和活塞杆向左运动，从而实现工作台的换向。顶尖的移动速度是由节流阀来调节的。改变节流阀开口量的大小，便可调节流入液压缸油液的流量，以控制顶尖的运动速度。液压泵输出的多余油液，经溢流阀和回油管溢回油箱。液压泵的输出压力由溢流阀4调节，其调节值应略高于液压缸的工作压力（由负载决定），以克服负载和油液流经换向阀6、节流阀11、换向阀7以及管道的压力损失。液压缸的工作压力不会超过溢流阀的调定值，因此溢流阀可以起到稳压和过载保护用通过调节溢流阀调压弹簧的压紧力，便可调节液压泵的输出压力。 图4-5 液压控制原理图总结数控机床是自动化加工必不可少的组成部分,根据我国的国情对旧机床进

39、行数控化改造不失为一条经济有效的途径。我国拥有机床300万台,其中大部分为通用机床,特别是地方中小型企业,普通设备拥有量巨大,数控改造的前景相当大。在对C6163车床的数控化改造设计中,用单片机作为中央微处理器较好。改造后大大提高原有机床的自动化程度和生产率,其成本仅为全功能数控机床的1/31/4。改造CW6163车床充分考虑到其实用性，操作方便，技术参数设置合理，极大地提高了加工效率。另外，该技术也可以用于其它车床，只需要根据相应机床的切削功率的大小，改变相应的驱动系统，就可以用于其它不同型号的普通车床，所以具有很好的推广前景。参考文献：1经济型数控系统设计 张新义主编 机械工业出版社2数控

40、车床设计 陈婵娟主编 化学工业出版社3自动化制造系统 机械工业出版社 4机械制造装备设计 冯辛安 机械工业出版社5机械制造技术基础(第二版) 张福润 徐鸿本 刘延林 华中科技大学出版社6数控技术课程设计 范超毅 赵天婵 吴斌方 华中科技大学出版社致 谢本次毕业论文，在指导教师的精心指导下，掌握了设备数控化改造的主要技术关键环节，对数控设备、数控技术有了更进一步的了解和掌握，了解了数控设备、数控技术的发展趋势，指明了以后的发展方向，必将为以后的学习和工作起到了很大的作用。本次毕业设计得到了指导教师胡老师精心指导,同时也得到了同行同学的关心和支持,使得本次毕业设计得以顺利地完成。在设计过程中,胡老

41、师也提出建设性的意见,给我们指出了问题,讲解数控设备,数控技术的发展趋势,提出了本次设计的规划思路和方向,使本课题得以按时完成,在这里对胡老师表示衷心的感谢!,也感谢机制及自动化专业的各位老师.1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8