2022卧式车床的数控化改造及尾座设计

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1、 兰州理工大学 毕 业 设 计（论 文）题 目：C6140型卧式车床数控化改造及液压尾座设计院 （系）： 专 业： 班 级： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 起止时间： 目 录摘要 2Abstract 3绪论 4第一章C6140车床进给伺服系统改造方案拟订61.1 总体方案拟定 61.2 C6140车床设计参数 7第二章 C6140车床进给伺服系统机械某些设计计算 82.1进给伺服系统机械某些改造方案82.2进给伺服机构机械某些设计计算92.3滚珠丝杠螺母副计算和选型、校核 92.4纵向及横向滚珠丝杠副几何参数142.5齿轮传动比计算 15第三章 C6140车床进给某些电机选用163.1纵向进

2、给步进电机计算 163.2横向进给步进电机计算 19第四章 液压尾座某些设计234.1 液压尾座研究背景和意义 234.2 液压尾座研究背景和意义 234.3 液压尾座设计 234.4 尾座精度设计 23总结25参照文献26道谢27外文资料及中文翻译28摘 要 数控机床在机械制造业中发挥着巨大作用,但数控机床一次性投资较大,对机床进行数控化改造不失为一良策。C6140车床主轴转速某些保存原车床手动变速功能,改造简朴易行,可减少劳动强度,提高生产效率。重要简介了经济型数控机床进给(纵向)伺服系统设计计算。论述了C6140一般数控车床主轴系统改善及机床控制系统改造。 本课题目在于设计出与数控卧式车

3、床C6140相匹配液压尾座系统。本课题将以数控卧式车床C6140液压尾座为研究对象，设计出符合数控卧式车床C6140液压尾座。 为了完毕本课题设计，在设计之前准备工作必要做好，一方面是收集和分析资料，波及国内外数控机床发呈现状及趋势；液压技术和液压传动系统基本资料；同等机床液压尾座图纸和资料等。另一方面是初步拟定液压尾座总体布局，波及配备形式、液压系统布置及选用液压能源及相应配套元件等。最后重要是有关尾座设计。C6140数控机床液压尾座设计重要内容是尾座体、套筒、顶尖、尾座孔系、尾座导轨，挠度、转角、液压缸内径及压板处螺栓直径、锁紧力计算及校核。其中选用莫氏4号锥度尾座顶尖，是运用莫氏锥度自身

4、构造特性来卡紧尾座顶尖，它解决了顶尖在工作时会浮现松动或转动现象。在套筒中设计了滑键槽和顶尖顶出孔，解决了顶尖在工作时会随套筒转动从而影响工件加工精度；还在套筒中设计了顶卸装置，便于顶尖拆卸。核心词：C6140车床 数控改造 滚珠丝杠 步进电动机 尾座 液压系统 液压缸 设计 校核Numerical Control Transform of C6140Common LatheAnd Design of C6140 CNC Machine Tailstock Hydraulic System AbstractThe NC machine plays a verygreat role in mec

5、hanical engineering. Although the investment needs a great deal of money，it is a good way to try digital modification for ordinary lathe. The spindle speed of C6140 remains the manual function of shifting gears. The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficien

6、cy. Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools. It also tells us howto improve the spindle and the control system of C6140 NC lathe. The main purpose of the research is based on C6140 CNC machine tools to design requirements，designed to match its hydraulic Tailsto

7、ck to meet the rotation accuracy，rigidity，temperature rise，and so on seismic requirements，to enhance the overall performance of machine tools.To accomplish this design，I collected and analysed the information before the design，including domestic and international development of CNC machine tools；hyd

8、raulic system of hydraulic technology and the basic information；equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information . Then is tentatively determined the overall layout of hydraulic Tailstock，including the allocation of form，layout and the hydraulic system of hydraulic energy，and select th

9、e appropriate matching components，such as. This was followed by the main Tailstock the design and calculation.The main design of C6140CNC machine tools is that the tailstock，top and the hole，the tailstock，and they are allowed to produce cantilever deflections corner，hydraulic cylinder bore diameter

10、and pressed the bolt in place，the locking force of the school. One of the nuclear option morse the cone at the end of the top and is using its own structure of the cone morse the nature of the top card up its tail，it addresses the top of the work that is coming loose. The turning or pivoting in the

11、design of cylinder and the top of a punch to the top of the work will turn to the influence of the processing of precision ;It was set in the design of the top of the device to the top down.Key words：The C6140 lathe；digital modification；ball screw；stepping motor； machine;tailstock;hydraulicsystem;hy

12、draulic cylinder inside diameter;design;examination绪 论随着社会生产和科学技术迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，一般机床已不能适应这些规定，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等长处。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械构造等多方面技术成果，是此后机床控制发展方向。一、数控机床产生数控机床最早是从美国开始研制。1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨叶轮廓用检查样板加工机床任务时，提出了研制数控机床初始设想。1949年，帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室

13、合伙，开始从事数控机床研制工作。并于1952年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理直线插补三坐标持续控制铣床。通过三年改善和自动编程研究，于1955年进入实用阶段。始终到20世纪50年代末，由于价格和技术因素，品种多为持续控制系统。到了60年代，由于晶体管应用，数控系统提高了可靠性且价格开始下降，某些民用工业开始发展数控机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用，并且逐渐推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断扩展应用范畴。二、数控机床发展自1952年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量等

14、有关技术发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后经历了五个发展阶段。第一代数控：1952-1959年采用电子管元件构成专用数控装置。第二代数控：从1959年开始采用晶体管电路NC系统。第三代数控：从1965年开始采用小、中规模集成电路NC系统。第四代数控：从1970年开始采用大规模集成电路小型通用电子计算机控制系统。第五代数控：从1974年开始采用微型电子计算机控制系统。目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往一般数控系统，形成了现代数控系统。它采用微型解决器及大规模或超大规模集成电路，具有很强程序存储能力和控制功能。这些控制功能是由一系列控制程序来实现。这些数控系统通用性很强，几乎

15、只需变化软件，就可以适应不同类型机床控制规定，具有很大柔性。随着集成电路规模日益扩大，光缆通信技术应用于数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠性明显提高，功能也更加完善。近年来，微电子和计算机技术日益成熟，它成果正在不断渗入到机械制造各个领域中，先后浮现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有这些高档自动化生产系统均是以数控机床为基本，它们代表着数控机床此后发展趋势。三、国内数控机床发展概况国内从1958年由北京机床研究所和清华大学等一方面研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，直到60年代末和70年代初，研制劈锥数控铣

16、床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同步，还开展了数控加工平面零件自动编程研究。1972-1979年是数控机床生产和使用阶段。例如：清华大学研制成功集成电路数控系统；数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究与应用；数控加工中心机床研制成功；数控升降台铣床和数控齿轮加工机床开始小批生产供应市场。从80年代初开始，随着国内开放政策实行，先后从日本、美国、德国等国家引进先进数控技术。上海机床研究所引进美国GE公司MTC-1数控系统等。在引进、消化、吸取国外先进技术基本上，北京机床研究所又开发出BSO3经济型数控系统和BSO4全功能数控系统，航空航天部706所研制出MNC864数控系统等。

17、进而推动了国内数控技术发展，使国内数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新奔腾。国内数控机床已跨入一种新发展阶段。四、数控机床发展趋势从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床重要发展趋势。对单台主机不仅规定提高其柔性和自动化限度，还规定具有进入更高层次柔性制造系统和计算机集成制造系统适应能力。在数控系统方面，目前世界上几种出名数控装置生产厂家，诸如日本FANCU，德国SIEMENS和美国A-B公司，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。它们数控系统都采用了16位和32位微机解决机、原则总线及软件模块和硬件模块构造，内存容量扩大到1MB以上，机床辨别率

18、可达0.1微米，高速进给可达100m/min,控制轴数可达16个，并采用先进电装工艺。在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模仿式向数字式方向发展，以运算放大器等模仿器件为主控制器正在被以微解决器为主数字集成元件所取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。五、数控机床改造意义数控机床改造在国外已发展成一种新兴工业部门，早在60年代已经开始迅速发展，其发展因素是多方面，重要有技术、经济、市场和生产上因素。国内是拥有300多万台机床国家。而这些机床又大多是近年累积生产通用机床，无论资金和国内机床制造厂能力都是办不到。因而，尽快将国内既有一某些一般机床实现自动化和精密化改装，是国内既有设

19、备技术改造迫切规定解决课题。用数控技术改造机床，正是适应了这一规定。它是建立在微电子现代技术与老式技术相结合基本上。在机床改造中引入微机应用，不仅技术上具有先进性，同步，在应用上比其她老式自动化改装方案，有较大通用性与可调性。并且所投入改造费用低，一套经济型数控装置价格仅为全功能数控装置1/3至1/5，顾客承当起。从若干单位成功应用实例可以证明，投入使用后，旳确成倍地提高了生产效率，减少了废品率，获得了明显技术经济效益。因而，国内提出从大力推广经济型数控这一中间技术基本上，再逐渐推广全功能数控这条道路，适合国内经济水平、教导水平和生产水平，已成为国内设备技术改造重要方向之一。同步，它还可以作为

20、全功能数控机床应用准备阶段，为此后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护、使用经验，并且也是实现国内老式机械制造技术朝机电一体化方向过渡重要内容之一第一章C6140车床进给伺服系统改造方案拟订1.1总体方案拟定C6140车床数控改造方案本文改造后构造是一种非常典型卧式车床数控改造构造，改造时拆除原机床纵向和横向丝杠光杠、溜板箱、挂轮箱挂轮、原手动刀架及手柄等部件，用滚珠丝杠替代原有一般丝杠、用电动刀架替代原有一般刀架。纵向和横向进给采用步进电动机及减速器驱动，横向步进电动机及减速器装置安装在机床床鞍后部，纵向步进电动机减速器装置安装在机床右端。由于被改装机床自身机械构造不是按数控机床规定设计，

21、其精度和刚度等性能指标往往不能满足数控机床规定，因而将一般机床改造为全功能数控机床，一味追求先进指标则会得不偿失，因此拟定总体方案原则应当是在满足生产需要前提下，对原机床尽量减少机械某些改动量，选用简朴易用数控系统，达到合理性价比。本次改造设计规定就是根据这一原则提出。根据设计规定、根据设计参数及机床数控改造理解，总体方案拟定如下：（1）系统运动方式与伺服系统选用由于改造后经济型数控机床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选用持续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度规定不高，为了简化构造、减少成本，采用步进电机开环控制系统。（2）.机械传动方式为

22、实现机床所规定辨别率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定传动精度和平稳度，尽量减少摩擦量力，选用滚珠丝杆螺母副。同步，为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷构造。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙构造。1.2 C6140车床设计参数根据型一般原始数据及数控改造设计规定，拟定重要如下： 最大加工直径： 车床身上： 400mm 车床鞍上： 210mm 最大加工长度： 1000mm 快进速度： 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min 脉冲当量： 纵向 0.01mm/step 横向 0.005mm/step 脉冲分派方式

23、： 逐点比较法 控制坐标数： 2 机床定位精度： 0.015 溜板及刀架重力： 纵向： 800N 横向： 600N 自动生降速性能： 有 起动加速时间： 30ms主电机功率： 7.5Kw 第二章机床进给伺服系统机械某些设计和计算2.1进给伺服系统机械某些构造改造设计方案2.1.1纵向进给机械构造改造方案拆除原机床进给像、溜板箱、滑动丝杠、光杠等，装上步进电机、齿轮减速箱和滚珠丝杠螺母副。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮间隙采用双薄片调隙方式。运用原机床进给箱安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。滚珠丝杆仍安顿在本来位置，两端仍采用原固定方式。这样可减少改装工作量，并由于滚珠

24、丝杠摩擦系数不不小于原丝杠，且外径比原先大，从而使纵向进给整体刚度只也许增大。 纵向进给机构都采用了一级齿轮减速。双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙。由于弹簧弹力很难适应负载变化状况。当负载大时，弹簧弹力显小，起不到消除间隙之目；当负载小时，弹簧弹力又显大，则加速齿轮磨损。因而，采用定期人工调节、螺钉紧固措施消除间隙。2.1.2横向进给机械构造改造方案 拆除原中拖板丝杆，安装滚珠丝杆副，为提高横向进给系统刚度，支承方式采用两端装止推轴承。步进电机、齿轮箱安装于机床后侧，为了使减速机构不影响走刀，同步消除传动过程冲击，减速机构采用二级传动，从动轮采用双薄片错位消除间隙。2.2进给伺服机构机械某些设

25、计计算此机床进给伺服系统运动及动力计算如下：2.2.1进择脉冲当量根据机床精度规定拟定脉冲当量，纵向:0.01mm/步，横向:0.005mm/步(半径)。2.2.1计算切削力（1）纵车外圆主切削力Fz(N)按经验公式估算:Fz=0.67Dmax1.5=0.67 x 4001.5 =5360按切削力各分力比例：Fz:Fx:Fy=l:0.25:0.4 Fx = 5360 x 0.25 = 1340Fy = 5360 x 0.4 = 2144（2）横切端面 主切削力Fz(N)可取纵切1/2: 此时走刀抗力为Fy(N)，吃刀抗力为Fx(N)。仍按上述比例粗略计算: Fz:Fy:Fx=1:0.25:0.

26、4 Fy=2680 x 0.25 = 670 Fx=2680 x 0.4 = 10722.3滚珠丝杠螺母副计算和选型滚珠丝杠螺母副设计一方面要选用构造类型：拟定滚珠循环方式，滚珠丝杠副预紧方式。构造类型拟定之后，再计算和拟定其她技术参数，波及：公称直径d0（丝杠外径d）、导程L0、滚珠工作圈数j、列数K、精度级别等。滚珠循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。我们在此选用螺旋槽式外循环：在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽两端钻出通孔，同螺母螺纹滚道相切，形成滚珠返回通道。为避免滚珠脱落，螺旋槽用钢套盖住。在通孔口设有挡珠器，引导滚珠进入通孔。挡珠器用圆钢弯成弧形杆，并焊上螺栓

27、，用螺帽固定在螺母上。它长处是：工艺简朴，螺母外径尺寸较小。缺陷是：螺旋槽同通孔不易连接精确，挡珠器钢性差、耐磨性差。滚珠丝杠副预紧措施有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等。2.3.1纵向进给丝杠（1）计算进给率引力Fm(N)纵向进给为综合型导轨： 式中： K考虑颠复力矩影响实验系数，综合导轨取K1.15; -滑动导轨摩擦系数:0.15-0.18; G -溜板及刀架重力：G = 800N。（2） 计算最大动负载c:式中:L0 滚珠丝杠导程，初选L0=6mm;vs最大切削力下进给速度，可取最高进给速度（1/21/3），此处vs0.6m/mi

28、n；fw运转系数，按一般运转取fw1.21.5；L寿命、以106转为1单位。（3）滚珠丝杠螺母副选型和校核可采用外循环螺纹调节预紧双螺母滚珠丝杠副，1列2.5圈，其额定动负载为16400N，精度级别选3级。传动效率计算式中：螺旋升角，W1L4O0b=2044摩擦角取10滚动摩擦系数0.0030.004（4）刚度验算一般滚珠丝杠比较细长，它刚度应当给与充足注重。先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图。最大牵引力为2530N。支承间距L=15OOmm丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷1/3。 图4-1、纵向进给系记录算简图 （4.1）丝杠拉伸或压缩变形量1根据Pm=2530N,Do=40

29、mm，查资料可查出L/L=l.2lO-5，可算出:1=L/L1500=1.210-51500=1.810-2(mm)由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高4倍。其实际变形量1 (mm)为: （4.2）滚珠与螺纹滚道间接触变形2查资料W系列1列2.5圈滚珠和螺纹滚道接触变形量Q 因进行了预紧， (4.3)、支承滚珠丝杠轴承轴向接触变形3采用8107型推力球轴承，d1=35mm，滚动体直径dQ=6.35mm，滚动体数量z=18,注意，此公式中Fm单位应为kgf因施加预紧力，故根据以上计算：定位精度（5）稳定性校核滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校

30、核。2.3.2横向进给丝杠（1）计算进给牵引力Fm:横向导轨为燕尾形，计算如下:（2）计算最大动负载c（3）选用滚珠丝杠螺母副查资料，W1L1列2.5圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为8800N，可满足规定，选定精度为3级。（4）传动效率计算（5）刚度验算横向进给丝杠支承方式如（2-1）图所示，最大牵引力为2425N，支承间距L=45Omm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。图（2-1）计算如下:(5.1)、丝杠拉伸或压缩变形量1 (mm)查图4-6，根据Fm2023N，D。=2Omm，查出L /L=5lO-5，可算出 图4-2、横向进给系记录算简图 (5.2)、滚珠与螺纹滚道间

31、接触变形2查资料：因进行了预紧2=1/2Q=0.5*8.5=4.25m(5.3)、支承滚珠丝杠轴承轴向接触变形3采用8102推力球轴承，dQ=4.763,z=12，d=l5mm考虑到进行了预紧，故综合以上几项变形量之和：显然此变形量已不不不小于定位精度规定，应当采用相应措施修改设计，因横向溜板空间限制，不合适再加大滚珠丝杠直径，故采用贴塑导轨减小摩擦力，从而减小最大牵引力。重新计算如下:从资料查出，当Fm=1155N时，L/L=2.4lO-52和3不变，则1230.01080.00430.00470.0198mm定位精度为0.lmm，故此变形量仍不能满足，如果将滚珠丝杠再通过预拉伸，刚度还可提

32、高四倍，则变形量可控制在规定范畴之内。从上面计算过程可以看出，设计过程要通过反复修改参数，反复计算才干达到满意成果。（6）稳定性校核计算临界负载其FK(N)式中： E材料弹性模量，钢:E20.61O6N/cm2I截面惯性矩（cm4）丝杠：，di为丝杠内径；L丝杠两支承端距离 (cm)；fZ-一丝杠支承方式系数，从表4-13中查出，一端固定，一端简支fZ =2.00（一般nk=2.54）此滚珠丝杠不会产生失稳。2.4纵向及横向滚珠丝杠副几何参数。其几何参数如下:名称 符号 公式 公称直径 35 20导程 6 5接触角 37 433钢球直径() 3.969 3.175滚道法面半径 2.064 1.

33、651偏心距 0.056 0.045螺纹升角 37 433螺杆外径 34 19.4螺杆内径 30.984 16.78螺杆纹接触直径 31.258 16.835螺母螺纹直径 39.365 23.212螺母内径 36.125 20.6352.5齿轮传动比计算2.5.1纵向进给齿轮箱传动比计算已拟定纵向进给脉冲当量p0.01滚珠丝杠导程L0=6mm，初选步进电机步距角0.750。可计算出传动比i可选定齿轮齿数为， 或2.5.2横向进给齿轮箱传动比计算已拟定横向进给脉冲当量pO.005，滚珠丝杠导程L05mm，初选步进电机步距角0.750可计算传动比i: 考虑到构造上因素，不使大齿轮直径太大，以免影响

34、到横向溜板有效行程，故此处可采用两级齿轮降速:因进给运动齿轮受力不大，模数m取2。有关参数如下表：齿数324024402025分度圆648048804050齿顶圆688452844454齿根圆597543753545齿宽（610）202020202020中心距726445第三章 C6140车床进给某些电机选用3.1纵向进给步进电机计算3.1.1等效传动惯量计算措施计算如下体现。传动系统折算到电机轴上总传动惯量J(kgcm2)可有下式计算：J=Jm+J1+（Z1Z2）2(J2+Js)+Gg(L02)2式中：Jm步进电机转子转动惯量(kgcm2)J1，J2齿轮Z1、Z2转动惯量(kgcm2)Js滚

35、珠丝杠传动惯量(kgcm2)参照同类型机床，初选反映式步进电机150BF，其转子转动惯量Jm=10(kgcm2)J1=0.78103d14L1=0.781036.422=2.6 kgcm2J2=0.78103d24L2=0.78103822=6.39 kgcm2Js=0.7810344150=29.952 kgcm2G=800N代入上式： J=Jm+J1+（Z1Z2）2(J2+Js)+Gg(L02)2 =10+2.62+(3240)2(6.39+29.592)+8009.8(0.62)2=36.355 kgcm2考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。JmJ=1036.355=0.275基本满足惯

36、量匹配规定。3.1.2电机力矩计算机床在不同工况下，其所需转距不同，下面分别按各阶段计算：A.迅速空载启动力矩M起在迅速空载起动阶段，加速力矩占比例较大，具体计算公式如下： M起=Mamax+Mf+Ma Mamax=J= Jnnax102/(60ta/2) = J2nmax102/(60ta)nmax=maxbp360将前面数据代入，式中各符号意义同前。 nmax=maxbp360=24000.75(0.01360)=500r/min 启动加速时间ta=30ms Mamax=J2nmax102/(60ta)=36.3552500102/(600.03)=634.5Ncm 折算到电机轴上摩擦力距

37、Mf： Mf=FOL02i=f(Pz+G)L0(2Z2Z1) =0.16(5360+800)0.6(20.81.25)=94 Ncm 附加摩擦力距M0 MO=FPOL0(102)/2i=13FtL0(102)(2Z2Z1) =1325300.6(10.92)( 20.81.25) =805.30.19=15.3Ncm上述三项合计： M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8NcmB迅速移动时所需力矩M快。M快=Mf+M0=94+15.3=109.3NcmC迅速切削负载时所需力矩 M切M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL02i =94+15.3+13400.6(

38、20.81.25) =94+15.3+127.96=237.26Ncm 从上面计算可以看出，M起、M快和M切三种工况下，以迅速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选步进电机根据。从下表查出，当步进电机为三相六拍时 =MqMjmax=0.951最大静力矩Mjmax=743.80.951=782Ncm按此最大静力矩从下表查出，150BF002型最大静转矩为13.72Nm。不不不小于所需最大静转矩，可作为初选型号，但还需进一步考核步进电机起动矩频特性和运营矩频特性。3.1.3计算步进电机空载起动频率和切削时工作频率 =4000 HZ=1000 HZ从表中查出150BF002型步进电机容许最高空载起动频

39、率为2800Hz运营频率为8000Hz,再从下表中查出130BF001型步进电机起动矩频特性和运营矩频特性曲线如图2-3，2-4所示。当步进电机起动时，f起=2500时，M=100Ncm,远远不能满足此机床所规定空载起动力矩（782Ncm）直接使用则会产生失步现象，因此必要采用升降速控制（用软件实现），将起动频率降到1000Hz时，起动力矩可增长到588.4Ncm，然后在电路上再采用高下压驱动电路，还可将步进电机输出力矩扩大一倍左右。当迅速运动和切削进给时，130BF001型步进电机运营矩频特性完全可以满足规定。3.2横向进给步进电机计算3.2.1等效传动惯量计算横向传动系统折算到电机轴上总转

40、动惯量J可由下式计算 J=Jm+J1+（Z1Z2）2(J2+J3)+Z3Z(J+J)+Gg(L02)2式中各符号意义同前，其中J1=0.78103d14L1=0.781034.822=0.83kgcm2J2=0.78103d24L2=0.78103842=6.4 kgcm2J3=0.78103d24L3=0.78103442=0.4 kgcm2J4=0.78103d24L4=0.78103542=0.98 kgcm2Js=0.781032445=0.56kgcm2G=600nJm=4.7 （初选反映式步进电机为110BF）代入上式为： J=Jm+J1+（Z1Z2）2(J2+J3)+Z3Z(J+

41、J)+Gg(L02)2 =4.7+0.83+(2410)2(6.4+0.4)+(2025)2(0.98+0.56)+60010(0.52)2 =8.42kgcm2考虑到步进电机与传动系统惯量匹配问题JmJ=4.78.42=0. 558基本满足惯量匹配规定3.2.2电机力矩计算A.迅速空载起动力矩M M起=Mamax+Mf+MaMamax=J= Jnnax102(60ta2) = J2nmax102(60ta)式中： nmax=maxbp360 =12000.75(0.005360)=500r/min ta=30msMamax=J2nmax102(60ta)=8.422500102(600.03

42、)=147Ncm折算到电机轴上摩擦力矩MfMf=FOL02i=f(Pz+G)L0(2Z2Z1) =0.2(2680+600)0.50.48(20.8)=31.3Ncm附加摩擦力矩M0 MO=FPOL0(102)2i=13FtL0(102)(2Z2Z1) =1320230.50.48(10.92)( 20.8) =6.1Ncm上述三项合计： M起=Mamax+Mf+Ma=147+31.3+6.1=184.4NcmB迅速移动时所需力矩M快。M快=Mf+M0=31.3+6.1=37.4NcmC.最大切削福载时所需力矩M切M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL02i =37.4+10720.50

43、.48(20.8)=88.6Ncm 由上面计算可以看出，M起、M快和M切三种工况下，以迅速空载起动所需力矩最大，故以此项作为选用步进电机根据。根据步进电机转矩Mq与最大静转矩Mjmax关系可知，当步进电机为三相六拍时：=MqMjmax=0.866最大静力矩Mjmax=184.40.866=213Ncm查BF反映式步进电机技术参数得，110BF003型步进电机最大静转矩为7.84Nm。不不不小于所需最大静转矩，可作为初选型号，但必要进一步考核步进电机起动矩频特性和运营矩频特性。3.2.3计算步进电机空载起动频率和切削时工作频率Fk=1000Vmax60p =10002.4600.01=4000H

44、zFe=1000Vs60p =10000.6600.01=1000Hz由110BF003型步进电机技术参数可知其最高空载起动频率为1500Hz，运营频率为7000Hz。根据110BF003型电机起动距频特性和运营矩频特性曲线可以看出，当步进电机起动时F=1500Hz，M=98Ncm，不不小于机床所需起动力矩（184.4Ncm），直接使用会产生失步现象，因此必要采用升降速控制（用软件实现）。将起动频率降为1000Hz时，既可满足规定。当机床迅速起动和切削进给时，则完全满足运营矩频规定。 第四章 液压尾座某些设计液压尾座研究背景和意义 从20世纪中叶数控技术浮现以来，数控机床给机械制造业带来革命性

45、变化，近年来，由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨练磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使老式技术有了新发展，也使液压系统和元件质量、水平有一定提高。液压传动技术在数控自动化机床上应用也越来越广泛，并且也为机床工业自动化限度提高上起到了重要力量。尽管如此，走向21世纪液压技术不也许有惊人技术突破，应当重要靠既有技术改善和扩展，不断扩大其应用领域以满足将来规定。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制一种传动形式。运用有压液体经由某些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速以便以及易于

46、控制等长处，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。 据记录，世界各重要国家液压工业销售额占机械工业产值2%3.5%，而国内只占1%左右，这充足阐明国内液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔发展前景。液压气动技术具有独特长处，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等长处；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、构造简朴等长处，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因而，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或

47、某些取代液压传动。其重要因素是液压技术存在渗漏、维护性差等缺陷。为此，必要努力发挥液压气动技术长处，克服缺陷，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同步减少能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力永恒目旳，也是液压气动产品参与市场竞争与否取胜核心。今天，为了和最新技术发展保持同步，液压技术必要不断发展，不断提高和改善元件和系统性能，以满足日益变化市场需求。与世界上重要工业国家相比，国内液压工业还是相称落后，原则化工作有待于继续做好，优质化工作须形成声势，智能化工作则刚刚在准备起步，为此必要急起直追，才干迎头赶上。可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续

48、获得飞速发展，它在各个部门中应用越来越广泛。 在这样一种背景下，我课题选用为数控卧式车床C6140液压尾座设计，用以提高生产效率，产品质量，减少工人劳动强度及减少公司成本。此外，力求完毕课题之余，熟悉国内外数控技术及液压技术发展趋势,增强对如何发展民族数控机床产业感性结识。1.2液压系统发呈现状液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴技术。液压技术具有独特长处，如:功率重量比大；可以实现大范畴无级变速；体积小；频响高；压力、流量可控性好；可柔性传送动力；易实现直线运动等长处；并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统4。基于以上一系列长处，液压技术已经广泛应用于机床、工程机械、农业机械和其她

49、国民经济方面。以数控机床为代表数控设备生产与应用水平反映了一种国家机械与电子工业水平6。它推广应用对提高劳动生产率和产品质量，变化国内制造技术落后状况起着极为重要作用。液压技术是实现数字控制与机电液一体核心技术之一，世界各国对液压工业发展都予以很大注重。据记录，世界各重要国家液压工业销售额占机械工业产值2%-3.5%，而国内只占1%左右，这充足阐明国内液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔发展前景。一方面我们看下面表格可清晰看出国内国外液压技术发展状况。 表1.1 国内外液压发展方向国 外国 内高集成化、高功率、高密度高性能、高质量、高可靠性、系统成套机电一体化集成元件和系统低能耗、

50、低噪声、低振动、智能化自动控制元件和系统集成化、轻小型微型、多样化水基介质传动与控制技术机电一体化1.2.1、液压产品技术发展趋势：1、减少损耗，充足运用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量损失，必要解决下面几种问题：减少元件和系统内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统节流损失，尽量减少非安全需要溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和蓄能器回路。2、泄漏控制 泄漏控制波及：避免液体泄漏到外部导致环境污染和外部环境对系统侵害两个方面。此后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化元件

51、和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界此后努力重要方向之一。 3、污染控制 过去，液压行业重要致力于控制固体颗粒污染，而对水、空气等污染控制往往不够注重，此后应注重并解决。严格控制产品生产过程中污染，发展封闭式系统，避免外部污染物侵入系统；应改善元件和系统设计，使之具有更大耐污染能力。同步开发耐污染能力强高效滤材和过滤器。研究对污染在线测量；开发油水分离净化妆置和分离元件，以及开发能清除油中气体、水分、化学物质和微生物过滤元件及检测装置。 4、积极维护 开展液压系统故障预测，实现积极维护技术。必要使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统开发研究

52、，建立完整、具有学习功能专家知识库，并运用计算机和知识库中知识，推算出引起故障因素，提出维修方案和避免措施。 5、机电液一体化 机电液一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充足发挥液压传动动力大、惯性小、响应快等长处，其重要发展方向如下：液压系统将有过去电液系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同步对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现原则化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电液一体化需求，发展与计算机直接接口高频，低功耗电磁电控元件；液压系统流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵多种调节方

53、式，实现软启动、合理分派功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统调节、争端和维护。 6、液压CAD技术 充足运用既有液压CAD设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计闭环系统。下一种目旳是，运用CAD技术实现液压产品迅速设计，并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS），使液压设计与制造技术有一种突破性发展。 7、新材料、新工艺应用 新型材料使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压发展引起新奔腾。为了保护环境，研究采用生物降解迅速压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水基海水等介质

54、替代矿物液压油。锻造工艺发展，将增进液压元件性能提高，如锻造流道在阀体和集成块中广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和减少噪声，实现元件小型化。1.3论文重要研究内容 1、根据数控卧式车床C6140整体规定，设计出与其相相应液压尾座，使其满足诸如旋转精度等众多规定，以使其达到预想目。 2、收集和分析资料，波及液压技术和液压传动系统基本资料；同等机床液压尾座图纸和资料等。 3、初步拟定液压尾座总体布局，波及配备形式、液压系统布置及选用液压能源及相应附属元件等。 4、尾座某些设计及计算，波及尾座顶尖、套筒、尾座体设计，尾座孔系、尾座导轨设计，挠度、转角及压板处螺栓直径以及锁紧力计算及校核。 5、尾座精度拟定，波及尾座体表面粗糙度拟定、尾座与机床形位公差拟定、底面及立导向面形位公差拟定。 6、C6140数控车床液压系统。2.4尾座整体设计1、机床采用原则液压尾座，尾座套筒可编程控制，尾座体移动通过销轴由