普通车床数控化改造——进给系统及刀架设计毕业设计说明书

唐 山 学 院 毕 业 设 计

切削力Fc：

Fc=CFcapXFcfYFcVcnFcKFc （3-3）

进给力Ff：

Ff=CFapXfYVcnKFffFfFfFf（3-4）

背向力Fp：

Fp=CFpapXFpfYFp （3-5）

式中，ap —背吃刀量(mm)

VcnFpKFp f —进给量(m/r) Vc —切削速度(m/min)

根据厂家提供CA6140的参数，然后以Q235钢为加工材料，进行设计计算。加工零件的最大直径d=400mm，主轴最大转速n=1400r/min，刀具选择YT5和YTl5硬质合金焊接式车刀。

(1)粗车时

刀具选择YT5，对于长径比小于200:1，背吃刀量ap=3.5mm，进给量f =O.35～O.65m/r，切削速度Vc =60～75m/min。

查《机械工程手册》第二版“机械制造工艺设备(二)表1.2-2得：CFc=2650；

XFc=1；YFc=0.75；nFc=-0.15；KFc=1；CFf=2880；XFf=1；YFf=0.5；nFf=-0.4；KFf=1。

机床主轴转速：

取工件毛坯直径d=410mm，切削速度Vo =70m/min，则主轴转速n：

n=1000Vc1000×70==54.38 r/minπdπ×410查CA6140机床主轴转速系列，可选主轴转速n为63r/min。 则可计算出切削力Fc、进给力Ff、背向力Fp 的值 切削力Fc：

进给力Ff：

Fc=CFc apXFcfYFcVcnFcKFc =2650×3.5×0.50.75×70-0.15×1=2887.85 NFf=CFf apXFffYFfVcnFfKFf =2880×3.5×0.50.5×70-0.4×1=1267.26 N10

唐 山 学 院 毕 业 设 计

背向力Fp：

(2)精车时 计算机床主轴转速

取工件直径d=400mm，切削速度Vc=140m/min，则主轴转速n

n=1000Vc1000×140==111.45 r/minπdπ×400Fp=CFp apXFpfYFpVcnFpKFp =1950×3.50.9×0.50.6×70-0.3×1=1073.78 NPm=10-3FcVc=10-3×2887.85×70÷60=3.41 KWPm3.41==4.56 KW<7.5 KWηm0.75切削功率Pm ： 主传动电动机功率PE ：

PE=即CA6140普通车床提供的主传动电机功率7.5KW满足粗车要求。

查CA6140机床主轴转速系列，可选主轴转速n为125r/min 则可计算出切削力Fc、进给力Ff、背向力Fp 的值

切削功率Pm：

(3)计算结果的比较

粗车和精车时切削力Fc、进给力Ff、背向力Fp的计算结果见表3-l所示。

表3-l Fc、 Ff、Fp 计算结果

车削 类型 粗车 精车

工件直径

Fc=2650×2×0.60.75×140-0.15×1=1698.23 NFf=2880×2×0.60.5×140-0.4×1=597.74 NFp=1950×20.9×0.60.6×140-0.3×1=600.27 NPm=10-3FcVc=10-3×1698.23×140÷60=3.96 KWPE=Pm3.96==5.28 KW<7.5 KWηm0.75主传动电机功率PE：

即CA6140普通车床提供的主传动电机功率7.5KW满足精车要求。

ap (mm)

3.5 2

f (m/r)

0.5 0.6

Vc (m/min)

70 140

n

(mm)

410 400

(r/min)

63 125

Fc(N) Ff(N) Fp(N)

2888 1698

1267 598

1073 600

11

唐 山 学 院 毕 业 设 计

经比较，粗车时的切削力比精车时大，因此本系统数控化改造设计计算按照粗车时的切削参数进行。

2. 纵向滚珠丝杠设计计算

滚珠丝杠副已经标准化，因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择

[7～8]

。

(1)计算纵向滚珠丝杠轴向力F

综合车床导轨对滚珠丝杠的作用可算得纵向滚珠丝杠轴向力F :

F=KFf+f'(Fc+Fp+G) (3－6)

式中，f’—当量摩擦系数，对正常润滑的滑动导轨，三角形和矩形导轨,f’=O.15～O.18。K —倾覆力矩影响系数，三角形和矩形导轨K =1.1～1.15。则

F =1.15×1267.26+0.18×(2887.85+1073.78+1470)=2435.00 N(2)寿命计算 寿命系数Kh：

查得，Lh =l5000h。

转速系数Kn：

基本额定载荷Ca:

Kh=3Lh315000==3.11500500式中Lh—滚动螺旋副的寿命，从《机械传动装置设计手册》上册表10.2～25

Kn=333.3333.3==0.81n63KhCa≥ KF KH KL F Kn 3.11 =×1.5×1×1×2435=6.31 KN 0.81 (3—7)

式中，KF、KH、KL—分别为载荷系数、硬度系数、短行程系数，对中等冲击，从《机械传动装置设计手册》上册表10—26、10—27、10—28查得， KF =1.2～1.5，取值1.5；硬度最大为60HRC时KH 取值1.0；行程系数最小为1是KL 取值1.0。

(3)选择滚珠丝杠的型号

根据计算的基本额定载荷Ca≥6.31KN，查《机械零件设计手册》上册表G18—4，选择滚珠丝杠的型号CDM4006—5—P4，即外循环端盖式双螺母垫片预紧右旋滚珠丝

12

唐 山 学 院 毕 业 设 计

杠副，其公称直径为Φ40mm，导程为6mm，滚珠列数为2.5x2列，精度等级为4级(一般数控机床精度等级为4级)，额定动载荷为28772N。其结构简图如图3.2所示,具体参数见表3-2所示。

图3.2 CDM滚珠丝杠结构简图

表3-2 CDM4006-5-P4型滚珠丝杠的具体参数

公称直径 基本导程 钢球直径 丝杠外径 螺纹底径

d0 40

Ph 6

Dw 3.969

d 40

d1 35.1

额定载荷（KN） 动载荷Ca 28.8

静载荷C0a 95.9

刚度（N/μm） 2191

螺母安装连接尺寸

D 71

D3 110

D4 90

B 15

D5 9

D6 15

h 9

M M6

A 3

C 7

L 138

L1 54

(4)滚珠丝杠的强度计算

滚珠丝杠主要受切削工件时所产生的轴向力F和转矩T，而弯矩主要分布在机床导轨上，作用到滚珠丝杠上的弯矩较小。

按照第三强度理论有：

ζ=(4F)2+4(T3)2πd10.2d1(3—8)

转矩T根据滚珠丝杠步进电机选择计算(见后3)得，T=20 N2m。

ζ=( =(4F2T2)+4()πd120.2d134×24352202)+4×()=5. 27 MPa23π×35.10.2×35.113