套筒设计工艺（含全套CAD图纸）

毕业论文（设计）任务书
课题名称：套筒加工工艺与装备
分 院：机电与信息工程学院
专 业：数控技术及应用
指导教师：
二〇〇 年 月 日
一、毕业论文（设计）的目的与要求：
毕业论文（设计）是培养机械工程类专业学生应职应岗能力的重要实践性教 学环节，它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识，进行零件机械加工 工艺规程和工艺装备的设计。

其基本目的是：
（1） 培养工程意识。

（2） 训练基本技能。

（3） 培养质量意识。

（4） 培养规范意识。

设计的基本任务与要求
2、1、设计任务
（1） 设计一个中等复杂的零件的加工工艺规程；
（2） 设计一个专用夹具；
（3） 编写设计说明书。

2、2、设计基本要求
（1） 内容完整，步骤齐全。

（2） 设计内容与说明书的数据和结论应一致，内容表达清楚，图纸准确规 范，简图应简洁明了，正确易懂。

（3） 正确处理继承与创新的关系。

（4） 正确使用标准和规范。

（5） 尽量采用先进设计手段
3设计说明书的编写
说明书要求系统性好、条理清楚、语言简练、文字通顺、字迹工整、图例清 晰、图文并茂，充分表达自己的见解，力求避免抄书。

二、毕业论文（设计）的内容：
三、毕业论文（设计）进程的安排
序 号 论文（设计）各阶段名称 日 期 备 注
四、任务执行日期：
自_______年_______月_______日起，至________年_______月_______日止。

学 生（签字）__________
指导教师（签字）__________
分院院长（签字）__________
摘要
零件的加工工艺编制，在机械加工中占有非常重要的地位，零件工艺编制得 合不合理，这直接关系到零件最终能否达到质量要求；夹具的设计也是不可缺少 的一部分，它关系到能否提高其加工效率的问题。

因此这两者在机械加工行业中 是至关重要的环节。

套筒零件的主要加工表面为孔和外圆表面。

外圆表面加工根据精度要要求 可选择车削和磨削。

孔加工方法的选择比较复杂，需要考虑零件的结构特点、孔 径大小、长径比、精度和粗糙度要求以及生产规模等各种因素。

对于精度要求较 高的孔往往还要采用几种不同的方法顺次进行加工。

在机床上对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件 在机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件在正确位置上固定不动，这 一任务就是由机床夹具完成。

对于单件、小批量生产，应尽量使用通用夹具，这 样可以降低工件的生产成本。

但是由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧 时往往比较费时间，并且操作复杂，生产效率低，也难以保证加工精度，为此需 设计专用夹具。

关键词：工艺设计、基准选择、切削用量、定位误差
目 录
套筒工艺设计与工装设计
1 套筒工艺设计与工装设计的基本任务 (2)
2 套筒工艺设计与工装设计的设计要求 (2)
3 套筒工艺设计与工装设计的方法和步骤 (2)
3、1 生产纲领的计算与生产类型的确定 (2)
3、2 零件图审查 (2)
3、2、1 了解零件图的功用及技术要求 (2)
3、2、2 分析零件的结构工艺性 (2)
3、3 毛坯的选择 (2)
3、3．1毛坯的种类 (2)
3、3．2铸件制造方法的选择 (2)
3、3．3铸件的加工余量 (5)
3、3．4零件毛坯图 (6)
3．4定位基准的选择 (6)
3．5拟定工艺路线 (8)
3．5．1各部位加工方法和尺寸及公差 (8)
3．5．2确定工艺过程方案 (10)
4 电机的选择 (12)
4.1 纵向步进电机的选择 (13)
4.2 横向步进电机的选择 (16)
5 主轴交流伺服电机 (18)
5.1．主轴的变速范围 (21)
5.2初选主轴电机的型号 (22)
5.3主轴电机的校核 (23)
6元件的选择 (25)
6.1 SZGDBM01光电编码器 (28)
6.2数控刀架/AK21系列刀架：AK21160*4*4C (30)
结论 (31)
参考文献 (32)
1．基本任务：
（1）绘制零件工件图一张；
（2）绘制毛坯—零件合图一张；
（3）编制机械加工工艺规程卡片一套；
（4）编写设计说明书一份；
（5）收集和研究原始资料，为夹具结构设计做好技术准备。

（6）初步拟定夹具结构方案，绘制夹具结构草图，进行必要的理论计算和 分析。

选择最佳的夹具结构方案，确定夹具精度和夹具总图尺寸、公
差配合与技术要求。

（7） 绘制夹具总图和主要非标准件零件图，编写设计说明书。

（8）编制夹具特殊使用维护、操作、制造方面的说明或技术要求。

2．设计要求：
（1）应保证零件的加工质量，达到设计图纸的技术要求；
（2）在保证加工质量的前提下，尽可能提高生产效率；
（3）要尽量减轻工人劳动强度，必须考虑生产安全、工业卫生等措施；
（4）在立足本企业的生产条件基础上，尽可能采用国内外新技术、新工艺、 新装备；
（5）工艺规程应正确、完整、简洁、清晰；
（6）工艺规程应满足规范化、标准化要求；
（7）夹具设计保证工件的加工精度；
（8）提高生产效率；
（9）工艺性好；
（10）使用性好；
（11）经济性好。

3．方法和步骤：
3．1 生产纲领的计算与生产类型的确定
（1） 已知生产类型为中批量生产
（2） 工序适当集中，以减少设备数量，尽量采用通用设备。

关键工序必要时采
用专用设备。

（3） 采用专用夹具。

在确保质量的前提下，使生产具有较大的柔性。

3、2 零件图审查
3.2.1了解零件的功用及技术要求
零件是水平转盘的定心套筒。

外圆φ40m6 与该转盘的盘面内孔采用过渡配 合，并加平键连接避免转动；外圆φ35g6 与基准件内孔采用间隙配合，以保证 转盘绕基准件的轴向连接；孔φ22H7 用来安装校正心轴。

故此零件的主要技术 要求是孔和两段外圆的尺寸精度；两段外圆对内孔的同轴度；台阶端面对内孔圆 跳度。

该零件选用 40Cr 刚，是典型的轴用材料，综合机械性能良好，工艺性能 亦好，高频淬火45—50HRC。

3．2．2分析零件的结构工艺性
零件的加工表面要求较高的是：键槽轴段外圆表面f
0.025
0.009
40+
+ , 中间轴段外圆
表面
0.009
0.025 35
f-
- ，小孔直径
0.021
0 22
f+
， 螺纹外径 33 1.56
M g
´- 。

3．3 毛坯选择
3．3．1毛坯的种类
因为此零件毛坯形状简单，故选择锻件。

3．3．2铸件制造方法的选择
毛坯制造方法应与材料的工艺性、零件的结构形状及大小、生产类型及特点 以及工厂的现有条件相适应
毛坯种类 制造精度
（IT）
加工余量 原材料 工件尺寸
工件形状
普通模锻 11~15 一般 刚，锻铝，
铜等
小型 一般
表1­2各类毛坯的特点及应用范围
3．3．3铸件加工余量
根据表 1­11，1­14 该零件的表面加工余量为 2.0~2.5mm。

端面加工余量为 6mm。

3．3．4零件毛坯图
3．4 定位基准的选择
选孔为统一的精基准加工各段外圆和台阶端面， 能保证各主要表面有较高的 相互位置精度。

工件不长， 选外圆为粗基准比较方便。

为了保证终加工余量均匀， 中间工序还应以孔和外圆互为基准进行加工。

3．5 拟定工艺路线
3．5．1各部位加工方法和尺寸及公差
加工 工序 加工 工序经济精度 粗糙度 工序尺寸及
公差
公差等级 公差级
毛坯
IT15
530.6
f ± 粗车 2.0 IT12 300 12.5 0 0.3 51 f -
左端 轴颈
半精车 1.0
IT9 62
6.3
0 0.062
50 f - 毛坯
IT15
530.6
f ± 粗车 18.6 IT12 250 12.5 0
0.25
34.4 f - 螺纹 轴径
半精车 1.4
IT9 62
6.3
0 0.062
33 f - 毛坯
IT15 530.6
f ± 粗车
16.25 IT12
250
12.5
0 0.25
36.75 f - 半精车 1.4 IT9 62 6.3 0 0.062 35.35 f - 半精磨 0.2 IT9 62 0.8 0 0.062 35.15 f - 中间 轴径
中间 轴径
精磨 0.15
IT6 16
0.2
0 0.016
35 f - 毛坯 IT15 530.6
f ± 粗车
11.25 IT12 250 12.5 0 0.25 41.75 f - 半精车
1.4 IT9
62
6.3
0 0.062 40.35 f - 半精磨 0.2 IT9 62 0.8 0 0.062
40.15 f - 键槽 轴径
精磨 0.15 IT6 16 0.4 0 0.016 40 f - 钻孔
20.5 IT13 270 12.5 0.27 0 20.5 f + 半精磨 1.5 IT7 21 0.4 0.021 0 22 f + 钻孔 20.5 IT12 180 6.3 0.18 0
22 f + 小孔及 大孔
半精磨
1
IT9
52
3.2
0.052 0
23 f 键槽
铣
4.175
IT9
39
6.3
端面 铣 3.5 IT9 87 6.3 80 3．5．2确定工艺过程方案
方案一：
工序Ⅰ 备料
工序II 精锻
工序III 正火
工序IV 锯头
工序V 铣端面
工序VI 粗车
工序VII 调质
工序VIII 车螺纹轴径及中间轴径
工序IX 调头车大端轴径及键槽轴径
工序X 车退刀槽
工序XI 倒角
工序XII 车螺纹
工序X III 钻小孔
工序X IV 钻大孔
工序X V 铣键槽
工序X VI 粗精磨轴径
工序X VII 粗精磨孔
方案二：
工序Ⅰ 备料
工序II 精锻
工序III 正火
工序IV 锯头
工序V 铣端面
工序VI 粗车
工序VII 调质
工序VIII 车螺纹轴径及中间轴径
工序IX 调头车大端轴径及键槽轴径
工序X 车退刀槽
工序XI 倒角
工序XII 车螺纹
工序X III 铣键槽
工序X IV 钻小孔
工序X V 钻大孔
工序X VI 粗精磨轴径
工序X VII 粗精磨孔
经过比较，我选择方案二，因为钻孔后该套筒零件的孔壁变薄，铣键槽因 夹紧力、切削力和切削热等因素的影响容易产生变形。

确定工艺路线为：备料­­­­­锻造­­­­­­正火­­­­­­铣端面­­­­­­粗加工­­­­­­调质 ­­­­­半精加工­­­­­车螺纹­­­­­­铣花键­­­­­­钻孔­­­­­­精加工­­­­­­精磨。

具体划分为 以下四个阶段：
1） 加工准备阶段 工序1­3为加工准备阶段，毛坯的制造和正火。

2） 粗加工阶段 工序 4­7 为粗加工阶段，这个阶段可以用大的切削量 除去大部分的余量，将毛坯加工到接近图纸要求的形状，只留下少量加工余量给 后续工序，同时安排调质处理，使工件机械性能满足使用要求。

3） 半精加工阶段 工序8­15为半精加工阶段，在这个阶段主要为精加 工做好准备，对与要求低的表面可以达到图纸要求。

4） 精加工阶段 工序 16­17 为精加工阶段，在这个阶段，所有表面加 工到图纸要求。

套筒加工工艺过程
序 号 工序
名称
工序简图 加工设
备
1 备料
2 精锻 立式精
锻机
3 热处
理
正火
4 锯头
5 铣端
面
铣床
6 粗车 普通车
床
CA6140 7 热处
理
调质45—50HRC
8 车螺
纹轴
径及
中间
轴径 普通车 床
CA6140
9 调头
车大
端轴
径及
键槽
轴径 普通车 床
CA6140
10 车退
刀槽 ，
倒角
3x?30
3x0.5
M 33x 1.5­6g
普通车 床CA6140
11 车螺
纹
3x?30
3x0.5
M 33x 1.5­6g
普通车 床CA6140
12 铣键
槽
22
4
36
8
铣床
X50A
13 钻小
孔
20.5
钻床
Z518
14 钻大
孔
23
25
R 0
.5
钻床
Z518
15 车小
孔倒 角
22H 7
1×45°
0.4
普通车
床CA6140
16 粗精
磨轴 径
外磨床 M120
17 粗精
磨孔
22H 7
1×45°
0.4
内磨床 M2110
3．6 机床及工艺装备的选择 3．6．1选择机床
该零件为中批量生产，采用高效机床。

1）粗车为粗加工，精度等要求不高，宜采用精度不高的旧机床，本工序 选择通用卧式车床。

2）半精车，主要是为精加工作准备，宜采用精度较好的卧式车床。

3）磨床采用外磨床M120和内磨床M2110。

4）铣键槽采用X50A 铣床。

3．6．2 选择夹具
1） 粗车，半精车，可采用通用夹具。

2） 铣键槽采用专用夹具。

3．6．3选择刀具
车刀：外圆粗加工车刀尺寸参数：
0 6 g = ， 0 a =6 ， 0
60 g k = ， 0
5 S l =- ， 0
' 10 g k = ，
刀杆尺寸16×25 2
mm
外圆半精加工车刀尺寸参数：
0 8 g = ， 0 8 a = ， 0 60 g k = ， 0
5 S l = ， '0
5 g k
= 刀杆尺寸16×25 2
mm
切槽工具：采用硬质合金刀具YT15，直接将刀具加工成宽3mm 的形状。

铣 刀：键槽铣刀，三面刃铣刀，端面铣刀。

钻
头：锥柄麻花钻 φ20.5 GB1438­­85
螺纹车刀：专用螺纹车刀 砂 轮：粗磨PA40K, 精磨 W A80L. 铣
刀：φ8键槽铣刀
3．6．4
选择量具
1）粗加工，半精加工可选用通用量具： 游标卡尺
2）精加工工序为零件完工尺寸，精度要求高，若用通用量具，需选用 比较仪，指示表，使用不便。

故宜选用专用量具： 外圆选用卡规， 测量时要注意从相互垂直的两个方向测量。

键槽的尺寸公差测量可采用塞规， 形位公差测量可采用三座标测量仪
3．7 确定各工序切削用量及时间定额
以半精车大端轴径为例说明： 3．7．1 0.5,0.3,110/min p mm f v m ¶=== 10001000110 686.9/min 3.1451
w v n r d p ´ =
== ´ 取n=710r/min,则 3.1451450
1.9/ 100060
100060
w d n
v m s
p ´´ =
=
= ´´ 实 3．7．1时间定额计算公式：
()(1)
100
d j f T T T a b g
++ =++
其中：
d T -单件时间定额。

j T -基本时间。

f T -辅助时间。

a -工作地点技术服务时间对工序时间比值的百分数。

b -工作地点组织服务时间对工序时间比值的百分数。

g -身体需要时间对工序时间比值的百分数。

123
1 2 3 0.5 0.3 2 2.2886 tan 60 3 5
6 2.288635
0.0765
7100.3
0.10706min p p
j d l l l l nf
a mm
mm
f r a l l l T T +++ =
= = =+= = = +++ =
= ´ = j 。

T 4.1 纵向步进电机的选择 4.1.1 确定系统的脉冲当量
脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量， 它是衡量数控机 床加工精度的一个基本技术参数。

因此， 脉冲当量应根据机床精度的要求来确定， CA6140 的定位精度为±0.015mm，因此选用的脉冲当量为 0.01mm/脉冲 ~ 0.005mm/脉冲。

4.1.2 步距角的选择
根据步距角初步选步进电机型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角 θb ，三种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。

步距角 θb 及减速比 i 与脉 冲当量δp 和丝杠导程 L0 有关。

初选电机型号时应合理选择θb 及i, 并满足：
θb ≤(δp ´i ´360)/L0
（4-1）
由上式可知：
θb ≤δp ´i ´360/L0
=360´0.01´1/10 =0.36°
初选电机型号为:90BYG5502具体参数如表4.1 所示
表4.1：
纵向电机 步距角 相数 驱动电压 电流 90BYG5502 0.36 5 50V 3A 静转矩 空载起动频率 空载运行频率 转动惯量 重量 5N.m
2200
≥30000
40 kg.cm 2
4.5kg
图4-1 电机简图
4.1.3 矩频特性：
ka M =J åe =J å
t
n 60 max
2p ´10 2 - (N.cm) 由于：nmax= 360
max p b
v d q (r/min)
则： Mka=J å
- ´ ´ ´ 2 10 60 360 max 2 p
t b
v d q p (N.cm) 式中：J å 为传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量 （kg.cm 2 ）;ε为电机最大角加速度（rad/s 2 ）;nmax 为与运动部件最大快进 速度对应的电机最大转速（r/min）;t 为运动部件从静止启动加速到最大快进速 度所需的时间（s）;vmax 为运动部件最大快进速度（mm/min）; δp 为脉冲当量 （mm/脉冲）；θb 为初选步进电机的步距角[（º）步]，对于轴、轴承、齿轮、 联轴器，丝杠等圆柱体的转动惯量计算公式为 J= 8 2
McD (kg.cm 2 ),对于钢材，
材料密度为 7.8´10 3 - (kg.cm 3 ),则上式转化为 J=0.78D 4 L ´10 3 - (kg.cm 2 ),式 中：Mc 为圆柱体质量（kg）;D 为圆柱体直径（cm），JD 为电动机转子转动惯量，
可由资料查出。

(1)丝杠的转动惯量Js
Js=Js/i 2 ，i 为丝杠与电机轴之间的总传动比 由于i=1
则: Js=0.78D 4 L ´10 3
- =0.78(6.3) 4 170´10 3 - =208.9( kg.cm 2 )
(2)工作台质量折算
工作台是移动部件，其移动质量惯量折算到滚珠丝杠轴上的转动量
JG:JG= （ p
2 。

L ） 2 M( kg.cm 2 ),式中： L。

为丝杠导程 （cm） ;M 为工作台质量 （kg） .
由于L。

=1cm,M=90kg
则 ： JG=（ p 2 。

L ） 2 M
= 2 ) 14
. 3 2 1 ( ´ ´90 =2.28( kg.cm 2 )
1）一对齿轮传动
小齿轮装置在电机轴上转动惯量不用折算，为 J1.大齿轮转动惯量 J2 折算
到电机轴上为 2 2i
J =J2( 2 1
z z ) 2
2）两对齿轮传动
传动总速比i=i1´i2,二级分速比为i1=z2/z1 和i2=z4/z3.于是，齿轮1的 转动惯量为J1,齿轮2 和3装在中间轴上，其转动惯量要分别折算到电机轴上，
分别为J2( 2 1z z ) 2 和J3( 2
1
z z ) 2 .齿轮4的转动惯量要进行二次折算或以总速比折
算为：
2
4i J =J4( 2 1z z ) 2 ( 4 3z z ) 2
（4-2）
因此，可以得到这样的结论：在电机轴上的传动部件转动惯量不必折算，在 其他轴上的传动部件转动惯量折算时除以该轴与电机轴之间的总传动比平方。

由于减速机构为一对齿轮传动，且第一级 i=1,则可分别求出各齿轮与轴的 转动惯量如下：
n=45,m=1.5的转动惯量J45,其分度圆直径d=45´1.5=67.5mm S=27mm 则:J45=0.78´6.75 4 ´10 3 - =4.371 kg.cm 2
n=40,m=1.5的转动惯量J40,其分度圆直径d=40´1.5=60mm S=27mm 则:J40=0.78´6 4 ´10 3 - =2.73kg.cm 2
n=30,m=1.5的转动惯量J30,其分度圆直径d=30´1.5=45mm S=27mm 则:J30=0.78´4.5 4 ´10 3 - =0.964 kg.cm 2
n=45,m=1.5的转动惯量J45,其分度圆直径d=45´1.5=67.5mm S=30mm 则:J45=0.78´6.75 4 ´10 3 - =4.9538 kg.cm 2 n=50,m=1.5的转动惯量J50,其分度圆直径d=50´1.5=75mm S=30mm 则:J50=0.78´7.5 4 ´10 3 - =7.548 kg.cm 2
n=60,m=1.5的转动惯量J60,其分度圆直径d=60´1.5=90mm S=30mm 则:J60=0.78´9 4 ´10 3 - =15.66 kg.cm 2
两输入输出轴的转动惯量为:
J 输入=0.78´1.8 4 ´13´10 3 - =0.106 kg.cm 2 ;
L=130mm
J 输出=0.78´2.5 4 ´13´10 3 - =0.396 kg.cm 2
; L=130mm
查表得：
JD=4 kg.cm 2
综上可知：
J å =JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45
（4-3）
=252.302 kg.cm 2
又由于 V =1.46´1600
=2236mm/min
则：Mka=252.302´ 01
. 0 5 . 1 60 360 36
. 0 2336 14 . 3 2 ´ ´ ´ ´ ´ ´ ´10 2 - =41.1N.cm
(3)力矩的折算：
1）Mkf 空载摩擦力矩
Mkf=
i
2 'ph 。

L f G ´ ´ （4-4） 式中：G 为运动部件的总重力（N）； f´为导轨摩擦系数；i 为齿轮传动降速 比； η为传动系统总效率， 一般取η=0.7~0.85； L。

为滚珠丝杠的基本导程 （cm）。

由于G=90´10=900N, f=0.05, i=1, η=0.85
则Mkf =
1 85 . 0 14 . 3
2 1
05 . 0 10 90 ´ ´ ´ ´ ´ ´ =8.4N.cm
2）M。

附加摩擦力矩
M。

=
i
2ph 。

FyjL (1-η。

2 ) （4-5）
式中：Fyj 为滚珠丝杠预加负载，即预紧力，一般取1/3Fm;Fm 为进 给牵引力（N）, η。

为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取η。

≥0.9
得 Fyj=1/3Fm=1/3´1728.8=576.3N 又 L。

=10mm ， η=0.95
则 M。

=
1 95 . 0 14 . 3
2 1
3 . 576 ´ ´ ´ ´ =96.6 N.cm
则 kq M = ka M + kf M +M。

=41.1+8.4+96.6=140 N.cm 由于 kq M ≤ mq M =λ jmax
M 则所选步进电机为五相十拍的 经表查得 ：
λ=0.951 则
kq M =1.67N.m<λ jmax
M =0.95´5 =4.75N.m
所以所选步进电机合乎要求
4.1.4 据步进电机的矩频特性计算加减速时间校核的快速性
T= )
( 3 . 57 ) ( Tl Tcp Jl Jr - + b
(fn-f0) （4-6）
式中：T 为加减速时间，Jr 和Jl 分别为转子，负载的转动惯量（kg.m 2 ） β为电机得步距角（°），Tcp,Tl 为电机最大平均转矩，负载转矩（N.m） f。

,fn 为起始加速时，加速终了时的频率（Hz） 由于 Jr=0.4´10
3
- kg.m 2
Jl=0.0252 kg.m 2 β=0.36°
Tcp=5 N.m Tl=1.67 N.m f0=2200Hz fn=30000Hz
则 T= ´ - ´ ´ ´ + ´ - - )
4 . 1
5 ( 3 . 57 3
6 . 0 ) 10 2 . 25 10 4 . 0 ( 3
3 (30000-2200)
=1.2s<1.5s
所以选此步进电机能满足要求。

矩频特性曲线
4.2 横向步进电机的选择 4.2.1 步距角的确定
θb ≤δp ´i ´360/L。

(4-7）
L。

=6mm , i=1 , δp=0.005
\ θb ≤0.3
初选电机型号为:110BYG5602 横向电机
步距角
相数
驱动电压
电流
110BYG5602 0.3 5 80V 3A 静转矩 空载起动频率 空载运行频率 转动惯量 重量 16 N.m
2500
≥35000
15kg.cm 2
16kg
图4-2 电机简图
4.2.2 距频特性
(1)力矩的折算
1)空载摩擦力矩 Mkf
kf M =Gf´L。

/2πηi
G=60´10=600N f´=0.05 L。

=6mm
η=0.8
\ kf M =
1 8 . 0 28 . 6 6
. 0 05 . 0 10 60 ´ ´ ´ ´ ´ =3.5(N.cm)
2)附加摩擦力矩 M。

0 M =
i FyjL ph
2 0
(1-η。

2 )(N.cm) Fyj=1/3Fm=1/3´3433.6=1144.5N L。

=6mm
\ M。

=
1 95 . 0 28 . 6 6
. 0 5 . 1144 ´ ´ ´ =115 N.cm
(2)转动惯量的折算
1)滚珠丝杠的转动惯量
Js=0.78D 4 L ´10 3
- Q
D=4cm L=26cm \ Js=0.78D 4 L ´10 3
- =0.78(4) 4 26´10 3
-
=5.19 N.cm 2
2)工作台转动惯量
JG= 2
2 ( ） 。

p
L M
（4-8）
L。

=0.6cm
M=60kg
\ JG= 2
2 ( ） 。

p
L M
= 2
14
. 3 2 1 ） （ ´ ´60 =0.54( kg.cm 2 )
(3)多脉冲减速装置的转动惯量折算
Z=30 d=mz=1.5´30=45mm
J=0.78´D ´L ´10 =0.78´4.5´1.8´10 =0.58kg.cm 2
Z=40 d=mz=1.5´40=60mm
J=0.78´D ´L ´10 =0.78´6´1.8´10 =1.82kg.cm 2
Z=45 d=mz=1.5´45=67.5mm
J=0.78´D ´L ´10 =0.78´6.75´1.8´10 =2.92kg.cm 2
Z=50 d=mz=1.5´50=75mm
J=0.78´D ´L ´10 =0.78´7.5´1.8´10 =4.44kg.cm 2
Z=60 d=mz=1.5´60=90mm
J=0.78´D ´L ´10 =0.78´9´1.8´10 =9.2kg.cm 2
又由于 J 输入=0.106 kg.cm 2
J 输出=0.396 kg.cm 2 JD=15.8 kg.cm 2
则
J å =Js+JG+JJ =58 kg.cm 2
Mka= J å
pt
b
V d q p ´ ´ ´ 360 60 max 2 ´10 2
-
vmax=0.78´1600=1248mm/min t=1.5s δp=0.005 θb=0.3°
Mka=50´
5
. 1 005 . 0 360 60 10 3 . 0 1248 28 . 6 2
´ ´ ´ ´ ´ ´ - =7.257N.cm Mkq=Mka+Mkf+M0
=7.527+3.5+115=125.7N.cm
又 Mkq≤λMjmax
步进电机为五相十拍λ=0.95 Mjmax=16N.m Mkq=1.257N.m<0.95´16=15.2N.m 所以此步进电机符合条件
(4)上升时间校核
t= ) ( 3 . 57 ) ( Tl Tcp Jl Jr - + b
(fn-f0) Jr=1.58´10 3 - kg.m 2 Jl=5.8´10 3 - kg.m 2 β=0.3d Tcp=16N.m Tl=1.257N.m f0=2500Hz fn=35000Hz \
t= )
257 . 1 16 ( 3 . 57 3 . 0 ) 10 8 . 5 10 58 . 1 ( 3 3 - ´ ´ ´ + ´ - - ´ (35000-2500)
=0.086s<1.5s 合乎要求
5 主轴交流伺服电机
5.1．主轴的变速范围
主轴能实现的最高转速与最低转速之比称为变速范围Rn,
即Rn=nmax/nmin,数控机床的工艺范围宽， 切削速度与刀具， 工件直径变化很大， 所以主轴变速范围很宽。

由于 Nmax=1800 nmin=14
Nmax/nj=2nj/nmin （5-1）
则 nj=
2 14
1800´
=113r/min
这里nj为电动机的额定转速
该机床主轴要求的恒功率调速范围Rn为：
Rn=nmax/nj （5-2）
=1800/113=15.9
主轴电机的功率是：7.5kw
5.2 初选主轴电机的型号
选主轴电机的型号为：SIMODRIVE 系列交流主轴驱动系统型号为 1HP6167-4CB4，连续负载 PH/KW=14.5，间歇负载（60%）/kw=17.5kw,短时负载 （20min）/kw=19.25kw,额定负载n/r.min 1- =5000，最大转速nmax/r/min=8000, 额定转矩277N.m,惯性矩0.206/kg.m 2
晶体管PWM变频器型号为6SC6058-4AA02
5.3 主轴电机的校核
电动机恒功率调速范围：
Rn=nmax/nmin
=8000/500
=16
所以所选电动机型号的调速范围满足主轴所要求的调速范围。

6 元件的选择
6.1 SZGDBM01 光电编码器
6.1.1 概述
SZGDBM01 光电编码器，是常用的位移、角位移、长度、深度等机械量的检 测器件，广泛用于化工、冶金、能源、轻工、纺织、电子、机械、汽车等行业。

6.1.2：主要技术性能
SZGDBM01的分类方法
6.2 数控刀架/AK21 系列刀架：AK21160*4*4C 安装图及尺寸：
型 号 A B C L
1 L
2
H
1
H X X
1
y h Ф
1
Ф
2
M H
3
H
4
N
AK21160×4 126 126 146 441 225 219 70 160 170 112 30.5 13 20 82 / / 44 AK21160×4C 117 126 146 388 273 217 70 160 170 114 32 13 20 60 / / 32 主要参数：
序号 项 目
AK21160×4´4C
1 刀台方(mm) 160
2 工位数(个) 4
3 装刀基面高(mm) ≥70
4 装刀基准孔高(mm) /
5 单工位转位时间(s) 3.24
6 刀架转速(r/min) 17
7 最大切向力矩(N .m) 500
8 最大颠覆力矩(N .m) 1250
9 重复定位精度(mm) 0.005
10 毛重(Kg) 38
11 净重(Kg) 30
12 箱体尺寸(mm) 560×400×353
结论
这次毕业设计持续的时间为 16 周，时间相对于我们以前搞设计来说是非常 非长的。

这次我毕业设计的题目是：把普通车床设计成为经济型数控车床。

刚刚 接受到这个题目的时候，感觉很难，因为以前从来没有接触过这方面的设计，头 脑里一个最基本的概念都没有，后来老师给我们大体上讲了一下基本过程，再经 过我们两个星期的研究，终于有一点眉目，搞清楚了什么是脉冲当量，什么是滚 珠丝杠等等，还有我们为什么要改造那些这些机构。

经过几个星期资料搜集，包 括车床的说明书等等，设计并进入了正式的轨道。

在生活逐渐自动化的今天，对加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要 求，因此对机床等加工设备提出了很高的要求。

以前单一的靠手工操作的机床， 在很大程度上已经不能满足现代化的要求，数控机床的改造已经成为一种必要。

但这次机床的改造是在原有的机床上换掉部分零部件， 使它具有数控机床的基本 功能，如不用手工操作能自动控制进给量等。

但又考虑到改造成的是经济型数控 车床，所以在选材等方面，必须考虑到经济这一重要问题。

因此在这次设计中有 些选型可能精度不是很高，但是考虑到经济这一个重要的前提，就选择了相对比 较实惠的型号。

因为我们以前的基础知识掌握得不牢固，在这次设计中确实是遇到了很多的 问题，但在这过程中，我们又学会了很多东西，在以前的小设计中，有些能马马 虎虎过去的问题，就糊里糊涂过去了，可这次是一切正规化，不能有半点含糊， 因此压力又大了很多，但是只要有一个明确的目标，乐在其中，特别是把以前学 过的知识又温习了一下，而且把很多门课程都串联在一起，形成一个大的框架， 这样确实是有一种豁然开朗、焕然一新的感觉。

通过这最后的毕业设计，我从一开始的只要完成任务的心态到后来的主动去 学习，去努力的学习态度，这是一个不小的进步，并且把以前学过的知识融会贯 通， 看到了自己的许多不足之处。

老师在我们设计中也给我们提出了很高的要求， 它要求我们每一个零部件都要按照标准去查手册。

另外， 我们也学会了互相帮助， 互相学习，合作的团体精神，严格要求自己，形成严谨治学的学习态度，这将会 带到我们以后的工作中去。

参考文献
１． 吴振彪主编．机电综合设计．指导．中国人民大学出版社.2000．
２． 余英良主编．机床数控改造设计与实例．机械工业出版社．1997． ３． 《机床设计手册》编写组编．机床设计手册第一，三，四册．机械工业出 版社．1998．
４． 明兴祖主编．数控加工技术．化学工业出版社．2001．
５． 胡占齐，杨莉主编．机床数控技术．机械工业出版社．1986．
６． 黄调，赵松年主编．机电一体化技术基础及应用．机械工业出社．1999． ７．杨有君主编．数字控制技术与数控机床．机械工业出版社．1999．
８．王先逵主编．机械制造工艺学．机械工业出版社．2002．
９．廖念钊，古莹庵主编．互换性与技术测量．中国计量出版社．2000．
10. 中国机械工程学会，中国设计大典编委会 李壮云主编．《中国机械设计大
典》第五卷 江西科学技术出版社，2002．
11．陈碧秀等主编．实用中小电机手册。

辽宁科学技术出版社．2000．
12 王槐德主编. <<机械制图新旧标准代换教程>>.中国标准出版社.2003.
13 普通CA6140车床的说明书.
14 The Numerial Control Engine Bed Trasforms.
15 邱宣怀主编.<<机械设计>>.高等教育出版社.2002.
16 薛严成<公差配合与技术测量>>.上海科学技术出版社.1999.。