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机械机床毕业设计35CA6140普通车床进行数控改造设计

机械机床毕业设计35CA6140普通车床进行数控改造设计
机械机床毕业设计35CA6140普通车床进行数控改造设计

一、绪论

1.1引言

随着社会生产和科学技术的迅速发展,机械产品的性能和质量不断提高,产品的更新换代也不断加速,因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率,而且应能迅速地适应产品零件的变换。生产的需要促使了数控机床的产生,随着电子技术,特别是计算机技术的发展,数控机床迅速的发展起来。

从第一台数控机床(1952年美国)问世至今,机床的数控化率在不断的提高。世界各工业国家已普遍生产和应用,日本生产机床的数控化率在1988年就已达到70%。

我国从开放搞活以来,加快了数控机床技术的引进,促使我国的机床数控技术的普及和发展。当前普遍应用的微型计算机数控机床,它综合了电子技术、计算机技术、自动化技术、测量技术和机械制造等方面的最新成果,是一种灵活高效的自动化机床,是机电一体化的典型产品之一。各大企业不断设置数控机床扩大再生产和替换陈旧设备。数控机床的普及率不断提高,这种情况下,普通机床的数控改造是否必要可从以下几点说明。

数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件的加工问题,能够稳定的加工质量和提高生产效率,但是应用数控机床还是受到其他条件的限制。

⑴数控机床价格昂贵,一次性投资巨大,对中小企业常是力不从心。

⑵目前各企业都有大量的普通机床,完全用数控机床替换根本不可能,而且替代的机床闲置起来又造成浪费。

⑶国内订购新数控机床的交货周期一般较长,往往不能满足生产需要。

⑷通过数控机床对具体生产有多余功能。

要较好地解决上述问题,应走普通车床数控改造之路,从一些工业化国的经验者,机床的数控改造也必不可少,数控改造机床占有较大比例。如:日本的大企业中有近30%的机床经过数控改造,中小企业则是70%以上。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供机床数控改造服务。我国作为机床大国-为了提高机床的数控化率对普通机床进行数控改造不失为一种良策。一些发达国家如德国、美国、日本等就非常重视对旧机床的改造,而且已形成了一个完善的产学研结合的改造体系。由于技术的不断进步,机

床改造已成为一个永恒的课题。我国应在这方面加大宣传力度,走出一条适合我国国情的机床的数控改造之路。机床数控改造节省资金,同购置新机床相比一般可节省60%~80%的费用,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3 即使将原机床的结构进行彻底改造升级,也只需花费购买新机床60%的费用,并可以利用现有地基。性能稳定可靠,因原机床各基础件经过长期时效,几乎不会产生应力变形而影响精度。机床经数控改造后,即可实现加工的自动化,效率可比传统机床提高3-7倍。对复杂零件而言,难度越高,功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费用,而且可以缩短生产准备周期。因此,普通机床的数控不但存在的必要,而且大有可为,尤其对一些中小企业更是如此。

1. 2机床数控改造的目的

设备是企业发展生产技术和实现经营目标的物质基础。设备的技术性能和技术状态不但直接影响产品质量,还关系工时、材料和能源的有效利用,同时对企业的经济效益也会产生深远影响。设备的技术改造和更新直接影响企业的技术进步、产品开发和市场开拓。因此,从企业产品更新替代、发展品种、提高质量、降低能耗,提高劳动生产率和经济效益的实际出发,进行充分的技术分析,有针对性的用新技术改造和更新现有设备,是提高企业素质和市场竞争力的一种有效方法。

据全国工业普查的统计资料介绍,截止到2000年底,数量较多涉及面较宽的金属加工机床的拥有量约为384万台,其中役龄在6~ 15年约为153. 2万台,约占39. 9%,役龄在16a以上约为133. 7万台,约占34. 8%。这表明我国工业制造业的装备,乃至各行各业的设备仍有相当大数量比较落后,有待改造或更新。鉴于此,采用数控技术对普通机床进行数控改造,尤其适合我国机床拥有量大,生产规模小的具体国情。

1. 3数控系统的产生和发展

1. 3. 1数控系统的出现和发展

第二次世界大战后,美国为革新飞机制造业中用于仿形机床的靠模和样件的加工设备,开始研制新型机床。1952年,美国帕森斯公司与麻省理工学

院伺服机构实验室合作,研制成功第一代数控系统。用于三坐标立式铣床。其插补装置采用脉冲乘法器,整个控制装置由真空管组成。1959年,晶体管元件问世,数控系统中广泛采用晶体管和印制板电路,从此数控系统进入第二代。 1965年,出现了小规模集成电路,由于其体积较小,功耗低,抗干扰能力较强,使数控系统的可靠性得到进一步提高,数控系统发展到第三代。上述三代数控系统均为硬接线数控系统,称为普通数控系统o随着计算机技术的发展,出现了以小型计算机替代专用硬接线装置,以控制软件实现数控功能的计算机数控系统,使数控系统进入第四代。1970年前后,美国英特尔公司首先开发和使用了四位微处理器,1974年美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统,由于中、大规模集成电路的集成度和可靠性高、价格低廉,所以微处理器数控系统得到了广泛应用。这就是微机数控系统,从而使数控系统进入了第五代。现代数控系统为了进一步扩展功能,增强实时控制能力和可靠性,常采用多微处理器结构,由多个微处理器构成功能模块,各功能模块之间的互连与通信,或采用共享总线结构,或采用共享存贮器结构。

1.3.2数控系统的发展趋势

1、向高速度、高精度发展

现代机床数控系统多采用32位CPU和多CPU并行技术,使运算速度得了很大的提高。与高性能数控系统相配合,现代数控机床采用了交流数字伺服系统。伺服电机的位置、速度和电流环都实现了数字化。数控系统的联动轴数多达9个,使机床可以加工较复杂的空间线型或型面。

2、可靠性的提高

由于现代数控系统的模块化、通用化和标准化,便于组织批量生产,故可保证产品质量。现代数控系统大量采用大规模集成电路,采用专用芯片及混合式集成电路,提高了集成度,减少了元器件数量,提高了可靠性。

3、采用自动程序编制技术

现代数控系统利用其自身很强的存贮及运算能力,把很多自动编程功能植入数控系统。在一些新型的数控系统中,还装入了小型工艺数据库,使得数控系统不仅具有在线零件程序编制功能,而且可以在零件程序编制过程中,根据机床性能,工件材料及零件加工要求,自动选择最佳刀具及切削用量。

1.4 CA6140的数控改造

本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机数控系统改造纵、横向进给系统,进行开环控制,纵向脉冲当量0.01mm/脉冲,横向为0.005mm/脉冲。驱动元件采用直流步进电机,传动系统采用滚珠丝杠。

1.4.1数控系统的选择

数控系统是机床的核心,在选择时,要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑,尽量选用名牌产品。根据被改机床的结构、性能及被加工零件的精度来选择数控系统。既要功能相匹配,又要尽量减少过剩的数控功能。这样一方面可避免资金浪费,另一方面也可避免因数控系统复杂而增加的故障率。

目前数控系统主要有三种类型:步进电机拖动的开环系统;异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统;交 / 直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统,其伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该系统位移精度较低,但结构简单、调试维修方便、质量稳定可靠、成本低、抗干扰性能强、对环境室温要求不高,易改装成功。适用于精度要求一般的中小型机床的改造,也是目前数控改造中应用最为广泛的一种。异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统控制精度高,但在结构上比开环进给系统复杂,工作量大,成本也高,调试困难,一般不采用。交 / 直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统,其精度介于前二者之间,结构与调试都较闭环系统简单,适用于控制精度要求较高的大、中型机床的改造。

总体方案确定为用MCS——51系列单片机对数据进行计算处理,由I/O 接口输出步进脉冲,经一级齿轮减速,带动滚珠丝杠转动,从而实现纵横向进给运动。示意图如图1所示。

图1

由于设计的是经济型车床的改造,所以在考虑具体的方案时,其本原则是在满足需要的前提下,对于机床尽可能减少改动量,以降低成本。

8031单片机在数控改造应用较普通,各种应用软件较多,系统开发较容易,且其价格低廉,抗干扰性强,可靠性高,速度快,指令系统的效率高,体积小,最适宜用来开发简易和小型专用的数控装置。

1.4.2 CPU和存储器

由于8031无片内程序存储器,需要扩展外部程序存储器,同时,8031内部只有128字节的数据存储器,也不能满足控制系统的要求,故扩展了两片2764的程序存储器和一片6264数据存储器。8031芯片的P0和P2用来传送外部存储器的地址和数据,P2口传送高八位地址,P0口需传送低八位地址和数据,所以要采用74LS373地址锁存器,锁存低八位地址,ALE作为选通信号。8031芯片的P2和74LS373送出的P0口低八位地址共同组成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址线,A0~A7低八位接74LS373的输出,A8~A12接8031芯片的P2.0~P2.4,系统采用全地址译码,两片2764芯片片选信号CE分别接74LS138译码器的Y0和Y1,系统复位后程序从0000H开始执行。6264的片选信号CE也接74LS138译码器的Y2(单片机扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址)、8031芯片控制信号PSEN接2764的OE引脚,读写控制信号WR和RD分别接6264芯片的WE和OE,以实现外部数

据存储器的读写。由于8031芯片内没有ROM故EA须接地。

1.4.3 I/O接口电路

由于8031只有P1和P3口部分能提供用户作为I/O口使用,不能满足输入输出口的需求,因而系统扩展了两片8155可编程输入输出接口电路。8155的片选信号CE分别接74LS138的Y3和Y4,74LS138译码器的三个输入端A、B、C分别接到8031的P2.5、P2.6、P2.7。I/O接口与外设的联接是这样安排的:8155(1)芯片的PA0~PA5为面板上的选择开关;PB0~PB7是各种运行的点动控制;PC0~PC3发出刀位信号,控制刀架电机回转,到达指定的刀位,刀架夹紧之后,发出换刀回答信号,经8155(1)的PB5输入计算机,控制刀架开始进给。8155(2)芯片的PA0~PA7为Z、X向电机输出驱动脉冲,PB0~PB3是键盘扫描输入,PB4~PB7的输出是X!Y向的限位控制,PC0~PC5是显示器的位选信号,显示器的段选信号由8031的P110~P117控制。

1.4.4 其它部件的选择

直流步进电动机参照《金属切削机床设计简明手册》选取。滚珠丝杠选取FD系列,北京机床厂产品。为内循环双螺母垫片预进,其优点是结构简单,装卸方便、刚度高。

纵向进给机构的改造。拆除原机床的进给箱和溜板箱,在原机床进给箱处安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置,采用原固定方式。

横向进给机构改造。拆除原手动机构,用于微进给和机床刀具对零件操作,原有的支承结构也保留。步进电机、齿轮箱体安装在机床后侧。

纵横向进给机构都采用了一级齿轮减速,调隙齿轮用于消除齿轮传动中的间隙,以提高数控机床进给系统的驱动精度。

在原溜板箱处安装纵、横向快速进给按钮和急停按钮,以适应机床调整时的操作需要和遇到意外情况时的紧急处理需要。

CA6140车床数控改造总布置图如图6所示。

二、数据参数的选择及其计算

2.1 纵向进给系统得设计计算

工作台重量:80kg

时间常数:T=25ms

滚珠丝杠导程:S=6mm

行程:L=1200 mm

脉冲当量:ζ=0.018mm/step

步距角:θ=0.75°/step

快速进给速度:Vmax=2m/min

加工最大直径:θ=400 mm

加工最大长度:1000 mm

溜板及力架重力:800N

刀架快段速度:2.4 m/min

最大进给速度:0.6 m/min

主电机功率:7.5KW

起动加速时间:30 ms

机床定位精度±0.015 mm

2.1.1 选择脉冲当量:

根据机床精度要求确定,纵向0.01mm/步。

2.1.2 计算切削力:

①纵车外圆;

由文献可知切削功率Nc=Nηk式中:

N——电动机功率7.5KW

η——主动系统总功率一般为0.6~0.7 取η=0.65 K——进给系统功率系数:取0.96

Nc=NηK=7.530.6530.96=4.68KW

又因Nc=FzV/6120 有Fz=6120Nc/V

式中V——切削速度取100m/min

主切削力Fz=612034.68/100=286.416kgf=2806.88N

由参考文献二可知,主切削力

Fz=C Fz2a p X Fz2f Y Fz2k Tfz

查表:C fz=188kgf mm

X Fz=1 Y FZ=0.75 K Tfz=1

当Fz=283.7 kgf时,切削深度a p=3mm,走刀量f=0.4 mm,此参数作为下边计算用,由参考文献一得一般外圆车削时Fx=(0.1~0.6) Fz Fy=(0.15~0.7)Fz

Fx=0.5 Fz=0.53286.416=143.208 kgf=1403.44 N

Fy=0.6 Fz=0.63286.416=171.8496 kgf=1684.1 N

②横切端面:

主切削力Fz′(kgf)可取纵切的1/2

Fz=′Fz31/2=143.208 kgf=1403.44 N

取Fx′=0.6 Fz′=0.63143.208=85.9248 kgf=842.06 N

Fy′=0.5 Fz=0.53143.208=71.604 kgf=701.72 N

2.1.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型:

纵向进给丝杠

①计算进给率引力Fm(N)

纵向进给为综合导轨Fm=KFx+f′(Fz+G)

式中K——考虑颠覆力矩影响的实验系数综合导轨取K=1.15

f′——滑动导轨摩擦系数0.15~0.18,取0.16

G——溜板及力架重力:800 N

Fm=KFx+f′(Fz+ G)=1.1531403.44+0.16(2806.88+800)=2191.06 N

②计算最大的负载C

C= Fm 2fw2L1/3其中L=60nT/10 n=1000Vs/L0

其中L0——滚珠丝杠导轨。初选L0=6 mm

Vs——最大切削力F的进给速度可取最高进给速度的(1/2~1/3),此外Vs=0.6m/min。

T——使用寿命按15000h

f w——运转系数。按一般运转取f w=1.2~1.5。

L——寿命以106转为1单位。

N=1000Vs/ L0=100030.630.5/6=50r/min

L=60nT/10=60350315000/10=45

C= Fm 2fw2L1/3=451/331.232191.06=9352.04 N

③滚珠丝杠螺母副的选型。

据北京机床研究所滚珠丝杠产品的样本选取丝杠直径θ40,选用型号为FD4036—132—3其额定动载荷为163000 N,精度等级E级,强度够用。

④传动效率计算

η=tgδ/tg(γ+θ) γ—螺旋升角2 °44′

η=tgγ/ tg(γ+θ)= tg2 °44′/ tg(2 °44′+10′)=0.94

⑤刚度计算:

滚珠丝杠受工作负载Fx引起的导程L0的变化量ΔL1= Fm Fm/E F

其中:ΔL1——在工作负载Fx作用下引起每一导程的变化量mm)Fm——工作负载即进给率引力N

L0——滚珠丝杠的导程(mm)

E——材料弹性模数对钢E为20.63104(N/ mm2)

S——滚珠丝杠截面积(内径)(mm2)

S=π(d′/2)2d′=d0+2e-2Rs=36.3789

S=π(d′!/2)2=(36.379/2) 233.14=10.38mm

其中Rs=(0.51~0.56)Pw=1.836

e=0.707(Rs-Dw/2)=0.025

故ΔL = Fm L0/E F=2191.0630.6/20.63106310.38=6.1428310-6cm

滚珠丝杠受扭转引起的导程变化量ΔL2 ΔL2= L0θ/2π+θ很小,忽略不计。所以ΔL=ΔL1+ΔL2=ΔL1

Δ=100ΔL / L0=100/0.636.1428310-6=10.238μm

查表知E纹精度丝杠允许误差15μm

10.238μm<15μm刚度够

⑥稳定性校核:

滚珠丝杠两端用推力球轴承,支承基本不变,稳定性不存在问题。

2.1.4 齿轮及步进电机的有关计算:

设计计算公式均来自参考文献一

①纵向传动有关齿轮计算,传动比i

i=θL0/360ζp=0.7536/36030.01=1.25

L0——滚珠丝杠导程θ——步距角ζp——脉冲当量

故取Z1=32 Z2=40 m=2mm b=18 α=20°d1=mZ1=64mm d2= mZ2=80mm dα1=d1+2ha*=68mm dα2=84mm

df1=d1-2hf=59mm df2=75mm d=d1+d2/2=72mm

②纵向步进电机计算

传动惯量的计算

(Ⅰ)工作台质量折算到电机轴上的转动惯量

J1=(180δp/πθ) 22W=(18030.001/3.1430.75)2380

=0.468kgf2cm2

(Ⅱ)丝杠转动惯量

J2=7.8310-434.043150.0=29.95kg2cm2

(Ⅲ)齿轮的转动惯量

J3=7.8310-436.4431.8=2.355kg2cm2

J4=7.8310-438.0431.8=5.75kg2cm2

(Ⅳ)电机转动惯量很小可以忽略

总的转动惯量为J

J=1/22(J2+J4)+J1+J3=1/1.252(29.95+5.75)+2.355+0.468

=22.586kg2cm2

所需转动力矩计算

<1>快速空载启动时所需力矩M起

M起=Mamax+Mf+M0

<2>最大切削负载时所需力矩

M=Mat+Mf+M0+Mt

<3>快速进给时所需力矩M= Mf+M0

式中Mamax——空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩

Mf——折算到电机轴上的摩擦力力矩

M0——由于丝杠预紧所引起,折算到电机轴上的附加摩擦

力力矩

Mat——切削时折算到电机轴上的加速度力矩

Mt——折算到电机轴上的切削负载力矩

Ma=J2n/9.6T310-4N2m

当n=nt时,Ma=Mamax

nmax =Vmax2i/s=200031.25/6=416.7r/min

Mmax=22.5863416.7/9.630.025310-4=40.0138kgf2cm

当n=nt时,Ma= Mat s---导程6mm

nt=ni2f2i/s=1000310030.431.25/3.1438036=33.17r/min

Mat=22.58333.17/9.630.025310-4=0.3112N2m=3.175kgf2cm

Mf=F02S/2πηi=f′WS/2πηi

当η=0.8,f′=0.16时

Mf=0.1638030.6/233.1430.8325=1.223kgf2cm M0=P02S/2πηi(1-η02)

η0=0.9,预加载荷P0=1/3F X,则

M0=F X2S/6πηi(1-η02)=143.20830.63(1-0.92)/633.1430.83

1.25=0.866kgf2cm

Mt=F X2S/2πηi=143.20830.6/233.1430.8

31.25=13.68kgf2cm

所以,快速空载启动所需力矩

M=Mamax+Mf+M0=40.0138+1.223+0.866=42.10kgf2cm

切削时所需力矩

M=Mat+Mf+M0+M0=3.175+1.223+0.866+13.68=18.95kgf2cm

快速进给时所需力矩:

M= Mf+M0=1.223+0.866=2.089kgf2cm

从以上数据分析,所需最大力矩Mmax发生在快速启动时。

<4>步进电机最高工作效率

fmax=Vmax/60δp=2000/6030.01=3333.3Hz

<5>步进电机的选择

对于工作方式为三相六拍的步进电机

Tmax=Mmax/0.6=42.10/0.866=48.6kgf2cm

查表选用110BF003型直流步进电机,其最大静转矩是800N2cm=48.6kgf2cm

该电机在3333.3Hz下启动远达不到所需要的转矩42.1kgf2cm,所以采

用高低压功放电路,并在程序设计中有速度控制子程序以免启停时发生失步现象。其矩频特性满足实际需要的转矩。

2.2 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。所用的公式不在详细说明

工作台重量:30kg

时间常数:T=25ms

滚珠丝杠导程:S=6mm

行程:L=226mm

脉冲当量:δp=0.005mm/step

步距角:θ=0.75°/step

快速进给速度:Vmax=1m/min

加工最大直径:θ210mm

刀架快移速度:1.2m/min

最大进给速度:0.3m/min

主电机功率:7.5kw

2.2.1 切削力计算:

横向进给量为纵向的1/3~1/2,取1/2。则切削力约为纵向的1/2

Fz=1/23286.416kgf=143.208kgf

在切断工件时Fy=0.6Fz=0.63143.208=85.925kgf

Fx=0.5Fz=0.53143.208=71.604kgf

2.2.2 滚珠丝杠设计计算:

①强度计算

对于燕尾型导轨P=kFx+f′(Fz+W+2Fy)

取k=1.4 f′=0.2 则

F m=1.4371.604+0.23(143.2+30+2385.925)=169.26kgf

n=1000Vcs/L0=30r/min

X寿命值:L=60ntT/10 6则

L=603n3T/106=60330315000/106=27

Q=271/331.23169.26=609.33=5971.4N

根据北京机床厂滚珠丝杠产品,选取滚珠丝杠公称直径为θ25,型号FD2535——132——3LH 其额定动载荷为23100N,所以强度足够。

②效率计算

螺旋开角r=3°39′摩擦角θ=10′

η=tgr/tg(r+θ)=tg3°39′/tg(3°39′+10′)=0.956

③刚度验算

横向丝杠支撑方式如下图4,最大牵引力为169.25kgf,支撑间距

L=450mm

滚珠丝杠受工作负载P引起的导程L0的变化量为:

d=d0+2e-2Rs=25+230.0230.63530.707-230.5230.635

=21.96mm

ΔL1=PL0/E2F

其中L0=5mm E=20.63106N/cm2

F=π(d/2)2=3.79cm2

ΔL1=169.2539.830.5/20.6310633.79

=10.62310-6滚珠丝杠受扭距引起的导称变化量很小,可以忽略,故

Δ=ΔL131/ L0=21.3μm/m

三级精度丝杠允许误差为15μm,所以刚度不够,滚珠丝杠直径亦不加大,采用贴塑导轨减小摩擦力,从而减小牵引力,则

Q=1.4371.6+0.043(143.208+30+2385.925)

=114.5kgf

ΔL=114.0539.830.5/20.6310633.79=7.16310-6

Δ=7.16310-6/0.5=14.32μm/m

此时刚度够用

④稳定性计算

由于选用的丝杠直径和以前机床的丝杠的直径相同,所以稳定性不存

在问题。

2.2.3 齿轮及步进电机的有关计算:

传动比:i=θ2s/36030.005=0.7535/36030.005=2.08

取Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm α=20°d1=48mm d2=100mm d1=52mm d2=104mm d f1=43mm

d f1=95mm d=74mm

②转动惯量计算

工作台质量折算到电机轴上的转动惯量

J2=(18030.005/3.1430.75)2330=0.0438kgf2cm2

丝杠转动惯量

JS=7.83-432.54345=1.37kg2cm2

齿轮的转动惯量

Jz1=7.83-434.8432=0.828 kg2cm2

Jz2=7.83-4310432=15.6 kg2cm2

电动机转动惯量忽略,总转动惯量

J=1/223(JS+JZ2)+ JZ1+ JS

=1/2.0823(1.371+15.6)+0.8281+0.0438

=4.79kg2cm2

③所需转动力矩计算

nmax=Vi/5=100032.08/5=416r/min

Mmax=J3nmax310-4/9.6T=4.793416310-4/9.63

0.025=0.83N2m=8.47kgf2cm

nt=n+i/s=1000Vfi/πDs=1000310030.1532.08/3.1438035=24.84 r/min

Mat=4.79324.84310-4/9.630.025=0.0495 N2m=0.506 kgf2cm

Mf=F0 S/2πηi=F’WS/2πηi=0.233030.5/233.1430.832.08

=0.287 kgf2cm

M0=Fr S(1-η02)/ 2πηi=85.92530.5(1-0.92)/233.1430.832.08

=0.781 kgf2cm

Mt= Fr S/2πηi=85.92530.5/233.1430.832.08=4.111 kgf2cm

快速空载起动所需转矩

M启= Mamax+ Mf+ M0

=8.47+0.287+0.781=9.538 kgf2cm

切削时所需转矩

M切= Mat+M+ M0+ Mt

=0.506+0.287+0.781+4.111=5.685 kgf2cm

快速进给时所需转矩

M快=Mf+M0=0.287+0.781=1.068kgf2cm

所需最大转矩发生在快速启动时

Mamax=9.538kgf2cm

④步进电机最高工作效率

fmax=Vmax/60δp=1000/6030.005=3333.3Hz

⑤步进电机的选择

fe=1000Vs/60δp=100030.5/6030.005=1666.7Hz

对于工作方式为三相六拍的步进电机

Jmax=Mmax31/0.866=9.538/0.866=11.014kgf2cm

仍选用110FB003型步进电机,便于设计和采购,同样也用高低压功放电路和速度控制子程序,防止失步。

2.3 自动刀架的设计

经济型数控车床一般都配有四工位自动回转刀架,它是据微机数控系统改造传统机床设备的需要,同时兼顾刀架机床上能够独立控制的需要而设计的。现有自动回转刀,其结构主要有插销式和端齿盘式。由于刀架生产厂家无一标准,因此,结构、尺寸各异。由于目前使用较多的是端齿盘式四工位自动刀架,所以就选用端齿盘式四工位自动刀架。

从自动转位刀架的工作原理可知,这类刀架由控制系统直接控制,刀架能自动完成抬起,回转,选位,下降定位和压紧这样一系列的动作。下面依次讨论刀架要完成上述过程的设计原理。

刀架的抬起,利用螺纹传动将旋转运动变成轴向直线运动,从而达到抬起刀架的目的,在这种情况下完成这一功能的丝杠要竖直安放。在刀架的抬起过程中要防止刀架转动这可通过设计一个带有斜面的粗定位销和定位销槽的配合来完成,并使斜面间摩擦力产生的阻力矩,大于上述转动摩擦力矩。

2.3.1 刀架的回转和选位

刀架由一个微电机通过传动系统来带动刀架的转动,轴线是竖直的而转速比起微电机来要慢的多,由于电机空间条件限制必须卧式安装,因此两者的转动轴线互相垂直或异面垂直,蜗轮蜗杆传动比较适合于这场合刀架从抬起变成转动的动作原理是:当刀架抬起到特定位置时由一个正在旋转的拨块带动刀架转动,因此刀架的抬起运动和转动由同一传动系统来先后完成。

刀架转过一定角度后要选位看一看转到这个位置的刀具是否符合加工要求,这一切是由于微机程序来实现具体的说当刀架转动此位置时程序自动地将改位置的编码与所需刀具编码加以比较,若相同,该刀具就选定此位,否则再移动,重复上述过程。

每次转过的角度大小,由刀架的面体数量来确定由于设计的四工位刀架每次转360/4=90度刀架编码分别位00,01,10,11。刀架编码信号的发出是由于装在随刀架一起转动的微机电源开关来实现的微机开关的触头朝外它的开头状态由一个内表面凸轮来控制凸轮实际上是只有一定半径差的两个内圈弧表面微动开关触头与小半径差的两个内圆弧表面接触开关便接通与大半径内圆弧表面接触开关便中断与此对应的信号分别是0和1所需要的微动开关数目等于编码的位数即四方刀架有两个微动开关,另外刀架编码信号并非刀架转到此位置时才发出的而是提前发出的当刀架转到某个刀位时粗定位开关发信号,停转微机进行编码比较,根据比较结果,或刀架选定此位,或继续转动,粗定位开关的通断控制也是由一个类似于表面凸轮的定位槽来完成了刀架的下降定位和压紧。

刀架选定位置后斜面插入斜面槽中使之粗定位然后微机控制使微电机反转由于斜面销的棘轮作用,刀架不跟随转只是下降再由精定位元件来精定位。

精定位元件选用端面齿盘来精定位齿盘齿廓部分的形状精度可以从工艺上严加控制再经过反复对研,即可得到很高的精度,由于端面齿盘定位位多齿接触,接触面积大因此它还有接触刚度好,定位尺寸稳定性好和寿命长等特点,此外这种元件允许刀架下降时有一定角度误差。

定位完毕需要压紧刀架才能安全可靠地工作,压紧力是由刀架下降到底后微电机继续转动产生,压紧力大小应是切削力大小两倍以上而且应能调整,当压紧力达到调整数值时使微电机停转且始终能保持这一压力直到下一动作循环的开始。

2.3.2 减速机构的设计计算

本减速机构设计成告诉级齿轮传动的一级直齿圆柱齿轮减速器。由《经济型机床数控系统设计》(张新义主编,北京:机械工业出版社,1994.7 第六章P335表6-32和表6-33已知电机功率为120w电机转速为1400r/min 工作可靠>30000次取为40000次换刀时间(270)为3.9s)设传动比为i=μ=4.6 1.选择材料

刀架为一般工作器,选常用材料及热处理, 40cr表面淬火齿面硬度48-55HRC取中间值52HRC

计算许用应力

选用齿面精度等级为5级精度(GB10095-58)初选小齿轮齿数Z1=19 大齿轮齿数Z2=i*Z1=4.6*19=87.4 取Z2=88 实际齿数比μ=Z2/Z1=88/19=4.632 齿数比误差为|M理-M实|/M理=|4.632-4.6|/4.6=0.007%在允许范围内

2.按齿面接触疲劳强度设计

计算公式按式(6-6)

d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Z e*Z h*Zε/[ζ]H)2}?

(1)确定计算参数

T1=9.55310⒍P1/n1=9.55310⒍30.16/1400N.mm=1.09310⒉N.mm

按齿数z1=19,z2=88查表6-15得εα1=0.741 εα2=0.845

则εα=εα1+εα2=0.741+0.845=1.586 因是直齿轮εβ=0

故εγ=εα=1.586

查表6-7假设KaFt/b<100N.mm 取Kα=1.3

据表6-6因为载荷稳定电机驱动Ka=1.0

据表6-9悬臂布置,取齿宽系数ψd=0.5

据图6-11查得Kβ′=1.26 试选Kvt=1.05(下标t表示试选)

由式(6-2)K=KA3KV3Kα3Kβ=131.0531.2631.3=1.72

由表(6-8)查得Ze=189.8Mpa

由表(6-10)查得齿轮接触疲劳强度极限(大小齿轮硬度相同)

δhlim=1500Mpa

计算应力循环次数

N1=1400/603400034.4=4.1310⒍

N2=4.1310⒍/4.632=8.9310⒌

由图6-32查得Zn1=1.6 Zn2=1.6(不允许出现点蚀)

由6-11取安全系数Sh=1.50

由图6-24工作硬化系数Zw=1.0

许用接触应力

[δ]H1=δHlim3Zn13Zw/Sh=150031.631/1.5=1600mpa

[δ]H2=δHlim3Zn13Zw/Sh=150031.631/1.5=1600mpa

因为6-16 [δ]H1=[δ]H2=1600Mpa,所以[δ]H=1600Mpa

由图6-16查得Zε=0.89

(2)计算

d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[ζ]H)2}?=13.61

重新校核,动载荷系数,齿轮速度

V=πd1n1/(6031000)=π313.4131400/(6031000)=0.98m/s /100=0.98319/100=0.1562m/s

V

Z1

查图6-8得Kr=1.01与假设相差较大

修正:d1=(Kv/Kvt)?3d1t=(1.01/1.05) ?313.41=13.24mm 模数m=d1/Z=13.24/19=0.7mm

按表6-3取标准模数m=1mm

因此求得d1=mz1=1319=19mm

d2=mz2=1388=88mm

b=ψd3d1=0.5319=9.5

圆整取大齿轮宽度 b2=13mm 小齿轮宽度 b1=10mm

校核原设计KA3Ft/b<100N.mm

查表6-7

Ft=2T1/d=2310.93102/19=1.153102N

KA3Ft/b=1.03115/13=38.3N.m<100N.mm

符合原设计

3.校核齿根弯曲疲劳强度

计算公式

δF=2KT1/bd1m3YF23YS23Yε≤[δ]F

查表6-20⒆得齿形系数 YFα1=2.85, YFα2=2.22

查图6-21⒇得应力修正系数 YSα1=1.54, YSα2=1.78

查图6-10(21)得弯曲疲劳强度极限(大小齿轮硬度相同)δFlim=1000mpa

取SF=2 (表6-11)(22)

Yx=1(由图6-26(23)因M <5)

查图6-25(24)YN1=YN2=2.5

[δ]F1=[δ]Flim3YN13YX/SF=100032.531/2=1250MPa

[δ]F2=1250Mpa

比较

YFα13YFα1/[δ]F1=2.5531.548/1250=0.004

YFα23YFα2/[δ]F2=2.2231.78/1250=0.003

小齿轮较软应该按小齿轮校核弯曲疲劳强度查图6-22(26)得重合度系数Yε=0.71

δF2=2KT1/bd1m3Yfa23YSA23Yε=231.7199310.914310?/103193132.2231.7830.71=55.43Mpa<[δ]F1=1250Mpa

所以弯曲疲劳强度足够

4.几何尺寸计算(按《金属切削机床设计简明手册》)

(1) 分度圆直径

d1=mz1=1319=19mm

d2=mz2=1388=88mm

(2) 齿顶高

ha=ha*3M3=131=1mm

(3) 齿根高

hf=(ha*+c*)M=1.2531=1.25mm

(4) 齿高

h=ha+hf=1+1.25=2.25mm

(5) 齿顶圆半径

da1=d1+2ha=19+2=21mm

da2=d2+2ha=88+231=90mm

(6) 齿根圆半径

df1=d1-2hf=19-231.25=16.5mm

df2=d2-2hf=88-231.25=85.5mm

(7) 中心距

a=1/2(d1+d2)=1/2(16.5+85.5)=51mm

(8) 齿宽

b2=13 b1=15

2.3.3 蜗杆传动的设计计算

已知电动功率为120w,所设计的减速器齿轮的齿面精度为5级,传动效率为 98.5%以上取η=99%蜗杆的应力循环系数为N1=60

1.选择材料

蜗杆用40Cr表面淬火,硬度45-55HRC蜗轮用铸锡青铜ZCUSN10P1砂模铸造。

2.确定蜗杆头数z1及蜗杆齿数i

i=30 取z1=1则z2=z1*i=1330=30

3. 按蜗杆齿面接触疲劳强度进行设计计算

(1)确定作用在蜗轮上的转距T2 按第三节推荐值取η=0.7 T2=9.5531063P2/η2

=9.55310630.1630.730.99/3034.6

=69074N.mm

(2)确定载荷系数K

在定载荷下工作未定载荷下工作有冲击,取K

β=1

设蜗轮圆周速度为V2≤3m/s 取Kv=1.05

K=kβ3Kv=131.05=1.05

(3) 确定许用应力[δ]H, 查表7-5,

基本许用应力[δ]VH=200Mpa,应力循环次数N=60n2tN,

设此蜗轮蜗杆每日工作8小时工作寿命10年,每年工作260天。

则N=6031400/138383260310=1.263107

寿命系数Zn=(107/N)??=(107/1.263107)??=0.93

许用接触应力 [δ]H=ZH[δ]OH=0.973200=194Mpa

(4)计算模数m以及蜗杆分度圆直径d1

铸锡青铜与蜗杆配对时ZE=160(MPA)?

由式(7-9)得 m2d1≥9KT2(ZE/Z2)[δ]H)2

=931.05379074.363(150/303194)2

=570mm3

由表7-2 取m=5,d1=63,q=12.6 ,m2d1=1575 mm3

(5)验算蜗杆圆周速度v2

v2=πZ2Mn2/60310003π3223531400/101/6031000m/s =0.08<3m/s

取Kv=1.05是合适的。

数控机床毕业设计板式样

项目5 型腔加工训练一 训练目的 ●根据工艺要求掌握内型腔和封闭凹槽加工方案。 ●合理选用刀具及合理的切削用量。 ●运用环切法切削内型腔。 ●掌握内型腔的加工刀具、走刀路线、去除余量的方法和编程技巧。任务1 工艺分析及理 1.零件图样的分析 零件图 图1-5-1

毛坯图 图1-5-2 如图1-5-1所示,零件材料为硬铝,切削性能较好,加工部分由内型腔和岛内型腔构成,图中主要尺寸注明公差要考虑精度问题。零件毛坯100mm×120mm ×20mm的方料,已完成上下平面及周边侧面的加工,如图1-5-2所示。 2.选择加工机床 用立式三坐标数控铣床或加工中心较为合适。机床型号:XK6325(FANUC-oi MC系统)或VMA600。这里选用VMA600加工中心。 3.加工工艺分析 本零件在加工中心上一次装夹即可完成所有加工内容,故确定一道工序,四个工步完成零件加工。 工步一用φ16的高速钢键槽铣刀环切法粗铣十字形凹槽。侧面留单边余量0.1mm。深度留0.1mm精加工余量。 工步二用φ16的高速钢立铣刀环切法精加工十字形凹槽到图纸尺寸要求。 工步三用φ8的高速钢键槽铣刀粗铣方形凹槽,侧面留单边余量0.1mm。深度方向留0.1mm精加工余量。 工步四用φ8的高速钢立铣刀精铣方形凹槽到图纸尺寸要求。 4.走刀路线 工步一环切法粗铣十字形凹槽。走刀路线如图1-5-3。从A(-10,0)点下

至切削深度,按A→C→D→E→F→H→I→J→K→M→N→L→P→Q→R →S→T→Z→D→E →F→H→B→O的路线进给,从O(0,0)点抬刀。 图1-5-3 粗铣十字形凹槽走刀路线 工步二环切法精铣十字形凹槽。走刀路线如图1-5-3所示。从A(-10,0)点下至切削深度,A→C建立左刀补,C→E直线切入,按E→F→H→I→J→K→M →N→L→P→Q→R →S→T→Z→D→E →F→H的路线进给,H→B直线切出,从B →O取消刀补,O点抬刀。 工步三粗铣封闭方型凹槽,方型凹槽内轮廓走刀路线(经旋转45度角后得到)如图1-5-4。O(0,0)→A(0,-40)建立左刀补,A点下刀至切削深度,按A→B→C→D→E→F→H→I→J→A的路线进给,A点抬刀,A→O点取消刀补。 方型凹槽外轮廓走刀路线(经旋转45度角后得到)如图1-5-4。O(0,0)→K(0,-40)建立右刀补,K点下刀至切削深度,按K→M→N→U→V→W→Q→P →S→K的路线进给,K点抬刀,K→O点取消刀补。

CA6140普通车床数控化改造设计

目录 第一章设计任务 (5) 1.1题目: (5) 1.2 任务 (5) 第二章总体方案的确定 (6) 第三章机械系统的改造设计方案 (7) 3.1主轴系统的改造方案 (7) 3.2安装电动卡盘 (7) 3.3换装自动回转刀架 (8) 3.4螺纹编码器的安装方案 (8) 3.5进给系统的改造与设计方案 (9) 第四章进给传动部件的计算和选型 (10) 4.1脉冲当量的确定 (10) 4.2切削力的计算 (10) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (11) 4.4同步带减速箱的设计 (12) 4.5步进电动机的计算与选型 (13) 4.6同步带传递效率的校核 (16) 第五章绘制进给传动机构的装配图 (18) 第六章控制系统硬件电路设计 (21) 第七章步进电动机驱动电源的选用 (22) 第八章容总结 (29) 参考文献 (30) 摘要

我国目前机床总量为380万余台,而其中数控机床总数只有11.34万台,这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床,而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点,因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了,这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况,大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的,只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说,能充分发挥设备的潜力,改造后的机床比传统机床有很多突出优点,由于数控机床的计算机有很高的运算能力,可以准确的计算出每个坐标轴的运动量,加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记忆和存储下来,然后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序,就可以实现另一工件的加工,从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样,要重新了解机床操作和维修,也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,操作和维修方面培训时间短,见效快。另外,数控改造可以充分利用现有地基,不必像购入新机那样需要重新构筑地基,还可以根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备的自动化水平和档次,将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础,不但技术上具有先进性,同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性,且投入费用低,用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益,已成为我国设备技术改造中主要方向之一,也为我国传统机械制造技术朝机电一体化技术方向过渡的主要容之一。

C6140车床数控改造毕业设计论文

毕业设计任务书 毕业设计题目:经济型C6140车床数控改造

内容和要求:内容:司服进给系统的校核计算和微机数控系统硬件电路设计,完成普通C6140车床的数控化改造及相关图纸。 技术要求:利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制,纵向(Z向)脉冲当量为0.01mm/脉冲,横向(X向)脉冲当量为0.005mm/脉冲,驱动采用步进电机,传动系统采用滚珠丝杠,刀架采用自动转位刀架。 工作质量要求:方案设计合理,理论计算准确,结构设计合理,图纸图面清楚,投影正确,标注完整,设计及绘图过程符合国家要求等。 软硬件条件:个人计算机;参考书;AutoCAD(或其他绘图条件) 指导教师(签字):年月日

机床作为机械制造业的重要基础装备,它的发展一直引起人们的关注,由于计算机技术的兴起,促使机床的控制信息出现了质的突破,导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床-数控机床的诞生 和发展。计算机的出现和应用,为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。用经济型数控系统改造普通机床,在投资少的情况下,使其既能满足加工的需要,又能提高机床的自动化程度,比较符合我国的国情。到目前为止,已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料,今后,机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。 关键词:机床, 数控机床, 伺服进给系统, 单片机

1.前言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 数控机床和数控技术 (1) 1.3 数控机床的特点 (2) 1.4 数控机床的发展 (3) 2.总体方案的设计 (4) 2.1 设计任务与要求 (4) 2.1.1 课程设计的目的 (4) 2.1.2 课程设计的主要技术参数 (4) 2.2.3 课程设计的内容 (5) 2.2.4 课程设计的要求 (5) 2.2.5 课程设计的图纸 (5) 2.2 总体方案的设计 (5) 2.2.1 数控系统运动方式的确定 (5) 2.2.2 伺服进给系统的改造设计 (6) 2.2.3 数控系统的硬件电路设计 (6) 3.伺服进给系统的计算 (8) 3.1 确定系统脉冲当量 (8) 3.2 切削力的计算 (8) 3.2.1 纵车外圆 (8) 3.2.2 横切端面 (8) 3.3 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9) 3.3.1 纵向进给丝杠 (9) 3.3.2 横向进给丝杠......................................... .11 3.3.3 纵向和横向滚珠丝杠螺母副几何参数..................... .14

车床数控化机械部分的改造设计

车床数控化机械部分的改造设计 发表时间:2018-12-26T12:35:56.377Z 来源:《防护工程》2018年第27期作者:王德顺 [导读] 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展,机械加工业也在快速发展。 济宁市技师学院山东省济宁市 272000 摘要:近几年,我国生产制造行业得到了迅速的发展。在生产制造业发展过程中数控机床的市场需求也不断增加,对于普通机床的改造成为时代发展的主要趋势。在实际普通车床数控化改造过程中,电极参数选择不精确、数控系统功能不合理等问题频繁发生,影响了普通车床数控化改造的精确度。因此为了保证改造后数控机床的应用效率,对具体改造过程进行进一步分析非常必要。 关键词:普通车床;机械结构;数控化改造 车床是机械加工业中必不可少的加工工具。随着我国经济的迅速发展,机械加工业也在快速发展,数控车床逐渐取代了原本的普通车床,但是,普通车床仍然在使用。因为数控车床的价格比较高,很多企业无法负担,所以,需要对普通车床的机械结构进行数控化改造,以增强普通车床的自动加工能力,提高加工精度。通过对某型号普通车床机械结构进行数控化改造,提高普通车床的加工精度。 一、车床数控化改造的必要性 相比较于传统机床,通过数控机床,能够对繁琐复杂的零件开展加工工作;能够显著提高机床工作效率,确保机床加工自动化月柔性自动化的实现;数控机床所加工的零件具有非常高的精准度,尺寸计算能力更强,有利于安装与配置工作的开展,不需要开展有关修配工作;能够集中起多个工序,降低零件的搬运频率;能够自主开展有关报警监控与补偿等工作等等;使工人劳动强度得到显著降低,有效缩减新产品试制与生产周期。与此同时,在企业信息化改造过程中,机床数控化发挥着重要的基础作用,数控技术既是制造业自动化的核心技术,更是其重要的基础技术。 二、车床数控化改造的特点 1、车床改造方案的制定,是通过车床中存在的问题来进行的。在改造车床的过程中,具有较强的针对性,确保符合有关生产的要求与规定。在改造旧车床数控化过程中,大多数基础件与很多传动部分无需进行更换,应当将这些零部件予以高效利用,在减少原材料与资金费用开支的同时,能够有效缩短改造时间,确保生产工作的迅速开展。 2、通常情况下,车床大型构件的制造运用的是铸铁,相比较于新铸件其稳定性更加突出,只需对中小型部件开展修复或更换工作即可。应当满足多品种、小批量零件生产的需要,扩大车床应用范围。通过车床数控化改造,能够实现生产设备自动化水平与能力的提升,强化设备质量。此过程中,更加需要注入科学技术的力量,让科学技术的应用促进车床数控化的改造,以促进改造目的的实现。 三、机床精度、质量检测与调试 1、精度调试。普通车床机械部分数控化改造后,必须进行精度调试。数控车床精度主要体现在:主轴跳动、刀塔精度、丝杠精度三方面可以用主轴千分表测量主轴精度、刀塔两项精度;跳动、圆度精度不合格的通过主轴卡头重新装配或车卡头来实现精度调整; X、Z 轴丝杠精度可通过调节伺服电机的齿轮比及精修丝杠和调节反向间隙及刀塔装配位置调整,反向间隙调试时要选用千百分表;进行几何精度调试时,可选择用角尺,平尺,千分表;当进行定位误差调试时,必须用激光干涉仪对定位精度进行测量,然后,根据情况进行适当的补偿,可以大大提高机床的定位精度和加工精度。重复定位精度不合格,要通过调整丝杠和丝杠母间隙或更换丝杠和轴承。精度调试是一个比较复杂的过程,一般是机械和电气部分都改造好后再调试。不同的机型调试也有差异,要根据机型特点进行调试,一般都要反复调几次,直到调好为止。 2、质量检测与调试 (1)质量检测。质量检验指机床性能和功能的检验,普通车床数控化改造后,机床性能检验项目主要有主轴性能、进给性能、机床噪声、润滑等。主轴性能有手动操作、手动数据输入方式(MDA);进给性能有手动操作、手动数据输入方式(MDA)、软硬限位、回原点;数控功能检验项目有准备功能、辅助功能、操作功能、显示功能等方面。 (2)检测与调试。质量检测与调试包括空运转检测调试、动作检测调试、功能检测调试及试切削检测调试等。空运转检测调试:让机床主运动由低、中、高运转,观察主轴轴承温度是否稳定,再输入程序做连续运动,如果正常可连续运转不少于48h。动作检测调试:按数控系统安装手册进行主轴变挡指令调试,检测各轴正负两个方向的超程。功能检测调试:用指令对机床的功能进行调试,检查动作的灵活性和功能的可靠性。然后做进给坐标超程、手动数据输入、位置显示、程序暂停、程序删除、回基准点,程序序号显示和检索、直线插补、直线切削循环、刀具位置补偿、螺距补偿、锥度切削循环、螺纹切削循环、圆弧切削循环、间隙补偿等功能的可靠性、动作灵活性等调试。试切削检测调试:把事先准备好的零件程序输入系统,进行试切削加工,检测机床数控化改造后的加工性能和精度的稳定性。 四、车床数控化改造 1、普通车床床身导轨的改造。我国大部分普通车床的床身材料为铸铁,在进行数控化改造时,为了提高床身导轨的精度,可以在铸铁导轨上粘贴塑料软带。塑料软带能够提高车床导轨的润滑性,使导轨上的主刀行进得更加流畅,从而保证车床的加工精度。在改造过程中,也可以将传统的铸铁导轨改造为滚动导轨,滚动导轨的摩擦系数比较小,不会影响机械加工的几何精度。 2、滚珠丝杠的改造。滚珠丝杠主要是由滚珠、丝杠、回珠管等构成的,它可以将车床机械部件的回转运动转化为直线运动。普通车床中的滚珠丝杠可以提高车床的传动效率,使车床刀轴的行进过程更加平稳。因为滚珠丝杠在运行过程中不会产生较大的振动,所以,不会产生过大的摩擦阻力。对滚珠丝杠进行数控化改造时,需要测量滚珠丝杠的齿差缝隙、丝杠转速和滚珠直径等,以保证改造完成后车床不会出现直线行进失稳的情况。 3、主轴传动系统的数控化改造。普通车床的主轴是由电动机带动皮带使主轴旋转。在数控化改造时,尽量不要破坏原本的主轴箱,主要改造电机的变速系统。因此,可以用双速或者四速电动机代替原本的电动机,以增强主轴传动系统的传动能力。在改造过程中,可以在主轴传动系统中增加脉冲编码器,标记主轴运行的初始位置,为主轴传动编码,让主轴每转动一圈编码器自动调整一次主轴刀具的位置。一般情况下,脉冲编码器安装在主轴箱中,并与电动机的传动齿轮1∶1 连接,从而实现主轴与编码器的同步运行。 4、车床进给系统的数控化改造。在改造进给系统时,需要加装步进电机,并在进给系统的步进电机上安装减速器。减速器通过连接装

CA6140普通车床的数控化改造毕业设计论文

摘要 普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下,然后再对普通车床进行适当的机械改造,改造的内容主要包括: (1) 床身的改造,为使改造后的机床有较好的精度保持性,除尽可能地减少电器和机械故障的同时,应充分考虑机床零部件的耐磨性,尤其是机床导轨。 (2) 拖板的改造,拖板是数控系统直接控制的对象,所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠,提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。 (3) 变速箱体的改造,由于采用数控系统控制,所以要对输入和输出轴以及减速齿轮进行设计,从而再对箱体进行改造。 (4) 刀架的改造,采用数控刀架,这样可以用数控系统直接控制,而且刀架体积小,重复定位精度高,安全可靠。 通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件,这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。 关键字:普通车床数控改造步进电机经济型数控系统数控刀架

一绪论 我国数控机床的研制是从1958年开始的,经历了几十年的发展,直至80年代后引进了日本、美国、西班牙等国数控伺服及伺服系统技术后,我国的数控技术才有质的飞跃,应用面逐渐铺开,数控技术产业才逐步形成规模。 由于现代工业的飞速发展,市场需求变的越来越多样化,多品种、中小批量甚至单件生产占有相当大的比重,普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新替换,不仅资金投入太大,成本太高,而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。如今科学技术发展很快,特别是微电子技术和计算机技术的发展更快,应用到数控系统上,它既能提高机床的自动化程度,又能提高加工精度,所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造。 机床数控化改造的优点:(1)改造闲置设备,能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能,提高了机床的使用价值,可以提高固定资产的使用效率;(2)适应多品种、小批量零件生产;(3)自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高;(4)降低对工人的操作水平的要求;(5)数控改造费用低、经济性好;(6)数控改造的周期短,可满足生产急需。因此,我们必须走数控改造之路。 普通车床(如C616,C618,CA6140)等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来,通过进给箱变速后,由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好,改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动,切削次序也由人工控制。 对普通车床进行数控化改造,主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统;刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样,利用数控装置,车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数,切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换,再加上纵向和横向进给联动的功能,数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件,并能实现多工序自动车削,

数控技术毕业设计

毕业设计 标题︰轴类零件工艺设计学生姓名︰ 系部︰机械工程系专业︰数控技术 班级︰ 指导老师︰ 校外指导老师︰

目录 摘要 (4) 1.绪论 (5) 1.1数控技术的现状与发展趋势 (5) 2. 零件工艺分析 (6) 2.1零件的用途 (6) 2.2零件图工艺分析 (6) 2.3零件毛坯及材料的选择 (7) 3.加工设备及辅助工具的选择 (9) 3.1机床的选择 (9) 3.2刀具的选择 (9) 3.3量具的选择 (10) 3.4夹具的选择 (10) 4.拟定工艺方案 (11) 4.1加工工序的划分 (11) 4.2加工顺序的确定 (11) 4.3加工路线的确定 (12) 4.4零件定位基准的确定 (14) 4.5装夹方式的确定 (15) 4.6工作坐标原点与换刀点的确定 (16) 5.切削用量选择 (17) 5.1背吃刀量的确定 (17) 5.2主轴转速的确定 (17) 5.3进给速度的确定 (19) 6.切削液的选择 (20)

7.工艺文件的制定及程序编制 (21) 7.1数控加工工艺卡 (21) 7.2刀具卡 (22) 7.3程序编制 (23) 8.机械加工精度及零件表面质量 (31) 8.1机械加工精度 (31) 8.2零件表面质量 (31) 结论 (33) 参考文献 (34) 附录 (35) 后记 (36)

摘要 数控加工工艺是数控编程与操作的基础,合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床效能的前提条件。因此本文主要是对轴类零件的数控加工工艺进行分析,详细地阐述了轴类零件的加工工艺分析及制定加工方案的整个设计过程。该轴类零件的结构特点是由圆柱、圆弧、椭圆弧、螺纹、槽等组成内外表面的回转体。零件的加工过程是首先用粗基准定位,加工出精基准表面;然后采用精基准定位,加工零件的其他表面。工艺路线的拟订是制订工艺规程的关健,它与定位基准的选择有密切关系。其次在机床、刀具、夹具切削用量的选择中,着重考虑到其对零件的加工的因素,为工艺设计节省了大量的时间。提高了设计效率。本文内容大致介绍了数控技术的发展趋势、对零件加工工艺步骤分析以及数控编程等。利用计算机辅助设计-AuToCAD绘制椭圆轴的二维图,用G代码指令进行手工编程并制定了相关的工艺文件,最后对机械加工精度及零件表面质量进行分析。 关键词:数控技术、轴类零件、工艺设计、程序编制

CA6140机床的数控化改造毕业设计论文

CA6140机床的数控化改造 一、市场研究与需求分析 目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间,现在我国机床数控化率比较低。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展,所以必须大力提高机床的数控化率。 机床数控改造的意义: 1)节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用,并可以利用现有地基。 2)性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效,几乎不会产生应力变形而影响精度。 3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。 二、CA6140车床数控系统总体设计方案 数控技术是先进制造技术的核心,是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容:系统运动方式的确定,伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定,计算机系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案,进行综合分析、比较和论证,最后确定一个可行的总体方案。 1、设计任务 对CA6140普通车床进行数控化改造的车床能进行生产加工,其加工质量和精度(误差万≤o.03ram)达到或超过改造前车床出厂时的水平,接近同档次数控车床的水平,数控改造的车床其生产效率、安全性超过改造前普通车床出厂时的水平。 2.2总体方案确定 2.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控铣床应具有定位、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,由于在铣削加工中,要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系,即刀具以给定的速率相对于工件沿加工路径运动,所以不能选用点位系统,因为点位控制系统要求工件相对于刀具移动过程中不进行切削。因此,应选用连续控制系统。 1.确定伺服系统 1)小型机床都采用步进电机驱动系统。这种系统价格低,结构简单,安装调试和维修都非常方便,但控制精度和速度较低。 2)大、中型机床则都采用可控硅直流伺服系统和PWM直流伺服系统。这两种系统控制精度高、调速范围宽、快速性好,容易实现半闭环控制,但价格较高,维修较困难。 2.数控系统 数控系统的控制方式有三种:开环、闭环和半闭环方式。选择哪种控制方式,需根据具情况确定。 1)一般小型机床的数控化改造多半采用开环控制方式。数控系统多数为以单板机为主控制单元的简易数控系统。因该类机床本身价格低廉,而该控制方式投资少,安装调试方便,

C6140普通车床数控化改造设计方案

C6140普通车床数控化改造设计方 案 有11.34万台,这说明我国机床数控化率不到3%。我们大多数制造业和企业的生产、加工设备大多数是传统机床,而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高等缺点,因此这些产品在国际、国市场上缺乏竞争了,这直接影响了企业的生存和发展。所以必须提高机床的数控化率。 对于我国的实际情况,大批量的购置数控机床是不现实也是不经济的,只有对现有的机床进行数控改造。数控改造相对于购置数控机床来说,能充分发挥设备的潜力,改造后的机床比传统机床有很多突出优点,由于数控机床的计算机有很高的运算能力,可以准确的计算出每个坐标轴的运动量,加工出较复杂的曲线和曲面。其计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记忆和存储下来,然后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序,就可以实现另一工件的加工,从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不象购买新机那样,要重新了解机床操作和维修,也不了解能否满足加工要求。改造可以精确计算出机床的加工能力,另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,操作和维修方面培训时间短,见效快。另外,数控改造可以充分利用现有地基,不必像购入新机那样需要重新构筑地基,还可以根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备的自动化水平和档次,将机床改造成当今水平的机床。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础,不但技术上具有先进性,同时在应用上比其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性,且投入费用低,用户承担得起。由于自投入使用以来取得了显著的技术经济效益,已成为我国设备技术

数控机床毕业设计论文设计

题目数控机床的组成加工原理与工艺 系部:机电工程系 专业:机电一体化 指导老师: 班级: 学生:

目录 绪论 (1) 第一章数控车床的基本组成和工作原理 (4) 1.1 任务准备 (4) 1.1.1 机床结构 (4) 1.2 工作原理 (6) 1.3 数控车床的分类 (6) 1.4 数控车床的性能指标 (7) 1.5 数控车床的特点 (8) 第二章数控车床编程与操作....... . (10) 2.1 数控车床概述 (10) 2.1.1数控车床的组 (10) 2.1.2数控车床的机械构成 (11) 2.1.3数控系统 (11) 2.1.4数控车床的特点 (12) 2.1.5数控车床的分类 (13) 2.1.6数控车床(CJK6153)的主要技术 (13) 2.1.7数控车床(CJK6153)的润滑 (13) 2.2 数控车床的编程方法 (13) 2.2.1设定数控车床的机床坐标系 (13) 2.2.2设定数控车床的工件坐标系 (14) 第三章数控车床加工工艺分析 (20) 3.1 零件图样分析......................................... (20) 3.2 工艺分析 (21) 3.3 车孔的关键技术 (21)

3.4 解决排屑问题 (21) 3.5 加工方法 (22) 第四章当前数控机床技术发展趋势 (24) 4.1 是精密加工技术有所突破 (24) 4.2 是技术集成和技术复合趋势明显 (24) 结束语 (25) 参考文献 (26)

绪论 数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作数控折弯 机并加工零件。 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成,它是数控机床的大脑。与普通机床相比,数控机床有如下特点:●加工精度高,具有稳定的加工质量; ●可进行多坐标的联动,能加工形状复杂的零件;●加工零件改变时,一 般只需要更改数控程序,可节省生产准备时间;数控折弯机 ●机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量,生产率高(一般为普通机床的3~5倍);●机床自动化程度高,可以减轻劳动强度;●对操作人员的素质要求较高,对维修人员的技术要求更高。数控机床一般由下列几个部分组成:●主机,他是数控机床的主题,包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。数控机床●数控装置,是数控机床的核心,包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件,用于输入数字化的零件程序,并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。●驱动装置,他是数控机床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时,可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 ●辅助装置,指数控机床的一些必要的配套部件,用以保证数控机床的运行,如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头,还包括刀具及监控检测装置等。●编程及其他附属设备,可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来,数控机床在制造工业,特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用,数控技术无论在硬件 和软件方面,都有飞速发展。

数控机床自动润滑系统毕业设计

江西城市职业学院2011届毕业设计 题目:数控机床自动润滑系统设计 分院:机电工程学院 班级:数控08—1班 学号: 080744080104 学生姓名: XXXX 起讫日期: 指导教师:职称: 教研室主任: 审核日期:

数控机床自动润滑系统 摘要 机床润滑系统的设计、调试和维修保养,对于提高机床加工精度、延长机床使用寿命等都有着十分重要的作用。但是在润滑系统的电气控制方面,仍存在以下问题:一是润滑系统工作状态的监控。数控机床控制系统中一般仅设邮箱釉面监控,以防供油不足,而对润滑系统易出现的漏油、油路堵塞等现象,不能及时做出反应。二是设置的润滑循环和给油时间单一,容易造成浪费。数控机床在不同的工作状态下,需要的润滑剂量是不一样的,如在机床暂停阶段就比加工阶段所需要的润滑油量要少。针对上述情况,在数控机床电气控制系统中,对润滑控制部分进行了改进设计,时刻监控润滑系统的工作状况,以保证机床机械部件得到良好的润滑,并且还可以根据机床的工作状态,自动调整供油、循环时间,以节约润滑油。 数控机床中润滑系统为间歇供油工作方式。因此,润滑系统中的压力采用定期检查方式,即在润滑泵每次工作以后检查。如果出现故障,如漏油、油泵失效、油路堵塞,润滑系统内的压力就会突然下降或升高,此时应立即强制机床停止运行,进行检查,以免事态扩大。油面过低以往习惯的处理方法是将“油面过低”信号与“压力异常”报警信号归为一类,作为紧急停止信号。一旦PMC系统接收到上述信号,机床立即进入紧急停止状态,同时让伺服系统断电。但是,与润滑系统因油路堵塞或漏油现象而造成“压力异常”的情况不同,如果润滑泵油箱内油不够,短时间不至于影响机床的性能,无需立即使机床停止工作。但是,出现此现象后,控制系统应及时显示相应的信息,提醒操作人员及时添加润滑油。如果操作人员没有在规定时间内予以补充,系统就会控制机床立即进入暂停状态。只有及时补给润滑油后,才允许操作人员运行机床,继续中断的工作。针对“油面过低”信号,这样的处理方法可以避免发生不必要的停机,减少辅助加工时间,特别是在加工大型模具的时候。在设计时,我们将“油面过低”信号归为电气控制系统“进给暂停”类信号,采用“提醒——警告——暂停,禁止自动运行”的报警。一旦油箱内油过少,不仅在操作面板上有红色指示灯提示,在屏幕上也同时显示警告信息,提醒操作人员。如果该信号在规定的时间内没有消失,则让机床迅速进入进给暂停状态,此时暂停机床进行任何自动操作。操作人员往油箱内添加足够的润滑油后,只需要按“循环启动”按钮,就可以解除此状态,让机床继续暂停前的加工操作。 该系统采用PLC进行控制。正常情况下,按下启动按钮,润滑电动机M立即运行,20S

CA6140普通车床微机数控化改装设计

摘要 针对大多数企业,具有数量众多和较长使用寿命的普通机床,其加工精度较低、不能批量生产,自动化程度不高,自适应性差,但考虑投资成本,产业的连续性,又不能马上被淘汰。 数控机床作为机电液气一体化的典型产品,能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题,加工质量稳定,生产效率较高。 购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高,许多企业在短时间内无法实现,这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机床数控化改造,不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径,提升企业竞争力,在我国成为制造强国的进程中,占有一席之地。本文的主要内容有: 1.对普通车床数控化改造经济性评价详细论证,确定普通车床数控化改造方案; 2.对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计,支承方式的设计与轴承型号选择,步进电机选择等进行了详细研究; 3.对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较,根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号,提出选择方法; 4.根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造CJK6140-A的数控系统对比分析,形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术图; 5.为保持切削螺纹的功能,仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型,脉冲发生器直接与主轴间连接方法,并形成了相应的技术图; 6.拆卸普通机床,甩掉原有进给箱等,对主传动系统的进行大修,滑板贴塑与铲刮调试,对机床相关部件和参数进行测绘、测量; 7.绘出相应的零件图和装备图; 8.给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。 关键词:普通车床、数控、改造

ABSTRACT Most enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision, can not adapt to mass production, low automatization and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprise’s production. As a representative production of mechanical, electronic, hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much. Enterprises’equipment updating step are counteracted severly. So General lathe's numerically controlled reforming is a quick way that costs less, improve production precision and efficiency, and it can improve enterprises’competitive power. So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country.The main contents is: 1. The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum’s synthesize adjudicate principle. 2. The ball screw’s type, assembling, supporting, bearing type, and stepping motorof feeding system is designed. 3. The import and domestic NC systems were compared carefully, brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming. 4. The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140’s electricity control system and principle with the reforming CJK6140-A’s NC system. 5. In order to protect the function of cutting a screw ,we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis, and draw out a techniquediagram. 6. Disassembled the lathe, throw away the old feeding system, repaired the main driving system ,covered plastics on sliding surface, shoveling or scraping and testing, counted or measured the parts of the lathe. 7. Draw out parts diagrams and assemble diagram. 8 .Methods of installing and testing of general purpose lathe’s numerically controlled reforming were put forward.

数控机床改造设计

毕业设计任务书 机电工程系 一、设计课题名称:CA6140车床的数控化改造 二、指导教师: 三、设计要求: 采用数控装置和伺服装置,对CA6140车床进行数控化改造。要求能进行车削数控加工,达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选择合理,控制系统设计简单可靠,保护措施完备。 四、设计依据: CA6140车床控制要求、电气原理图及相关参数;数控装置型号规格参数;伺服装置型号规格参数; 常用低压控制电器型号规格参数。 五、参考资料: 熊光华主编2数控机床2北京:机械工业出版社;2002 廖兆荣主编2机床电气自动控制2北京:化学工业出版社;2003 王爱玲主编2现代数控机床结构与设计2北京:兵器工业出版社;1999 余良英编著2机床数控改造设计与实例2北京:机械工业出版社;1998 白恩远主编2现代数控机床伺服及检测技术2北京:国防工业出版社;2002 袁任光编著2交流变频调速器选用手册2广州:广东科技出版社,2002 曾毅等编著2变频调速控制系统的设计与维护2济南:山东科学技术出版社,2002 编写组编2机床设计手册第5卷上、下册2北京:机械工业出版社,1979 李荣生主编2电气传动控制系统设计指导2北京:机械工业出版社,2004 姜德希编2机床电气线路图册2北京:中国农业出版社, 编写组编著2工厂常用电气设备手册上、下册2北京:中国电力出版社,1997 六、设计内容进度及工作量 (一)设计内容和进度要求 序号进度要求设计内容

1 1周了解车床传动、控制、加工性能,分析国内外数控车床的结构、控制和加工要求。 经过分析、比较、计算,确定改造总体方案。 2 0.5周 对进给、主轴传动系统进行分析计算,选择拖动电动机并确定传动系统 改造方案。 1周完成进给、主轴传动系统改造图。 3 0.5周选择伺服装置 0.5周完成伺服系统控制设计,并完成伺服系统控制原理图。 4 0.5周选择数控装置。 5 1周完成电气原理图草图和电气安装接线图草图。 0.5周完成电气原理图和电气安装接线图。 6 0.5周伺服系统调试设计。0.5周数控装置调试设计。0.5周机床安装及调试设计。 7 2周编写设计说明书。 8 1周毕业设计答辩准备及答辩。 (二)工作量 设计说明书:数控化改造总体方案设计;机械部分改造设计;伺服装置选型;伺服系统控制设计;数控装置选型;电气控制系统设计;机床安装与调试设计。 图纸:机械改造图;伺服系统控制原理图;电气安装接线图;电气原理图;元器件清单; 七、说明书的格式和装订要求 (一)毕业设计封面(全系统一格式) (二)毕业设计评阅书(全系统一格式) (三)评分标准(全系统一格式) (四)毕业设计任务书(指导教师下发) (五)毕业设计明细表(全系统一格式)

普通车床的数控化改造设计

普通车床的数控化改造设计 摘要 对普通车床进行数控化改造,主要是将纵向和横向进给系统改造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统,将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样,利用CNC装置,车床就可以按预先输入的加工程序进行切削加工。由于切削参数,切削次序和刀具选择都可以由程序控制和调整,再加上纵向进给和横向进给联动的功能,数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件,并能实现多工序自动切削,从而提高生产效率和加工精度,还能适应小批量,多品种复杂零件的加工。 本设计主要对横向进给系统的数控改造,其中包括一般的铸铁导轨改成贴塑导轨,把螺纹丝杠改成滚珠丝杠,一把的异步电动机改成伺服电动机(步进电动机),最后把手动刀架改造成有伺服电动机驱动能自动换刀的刀架。这样改造后的数控车床就能满足自动加工和一般的加工精度。 关键词:进给伺服系统,回转刀架,滚珠丝杠,导轨

目录 前言 (1) 第1章横向进给传动链的设计计算 (6) 1.1 主切削力及其切削分力的计算 (6) 1.2 导轨摩擦力的计算 (6) 1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 (7) 1.4 确定进给传动链的传动比i和传动级数 (7) 1.5 滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 (7) 第2章滚珠丝杠螺母副的承载能力校验 (10) 2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷 F的校验 (10) c 2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速 n的校验 (10) c 2.3 滚珠丝杠螺母副的额定寿命的校验 (11) 第3章计算机械传动系统的刚度 (12) 3.1 计算机械传动系统的刚度 (12) (13) 3.2 计算滚珠丝杠螺母副的扭转刚度K φ 第4章驱动电动机的选型与计算 (14) 4.1 计算折算到电动机轴上的负载惯量 (14) 4.2 计算折算到电动机轴上的负载力矩 (14) 4.3 计算折算到电动机轴上的加速力矩 T (15) ap 4.4 计算纵向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩16 4.5 选择驱动电动机的型号 (16) 第5章机械传动系统的动态分析 (18) 5.1 计算丝杆—工作台纵向振动系统的最低固有频率 ω (18) nc 5.2 计算扭转振动系统的最低固有频率 ω (18) nt 第6章机械传动系统的误差计算与分析 (19) 6.1 计算机械传动系统的反向死区? (19) 6.2 计算机械传动系统由综合拉压刚度变化引起的定位误差 δ (19) k max 6.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差 (19)

CA6140普通车床数控化改造

目录 摘要 (ⅰ) Abstract (ⅱ) 绪论 (1) 第一章 CA6140车床微机数控系统总体设计方案的拟订 (3) 1-1 总体方案确定 (3) 1-2 设计X—Y数控工作台及其控制系统 (4) 第二章 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算 (5) 2-1 脉冲当量的选择 (5) 2-2 切削力的计算 (5) 2-3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6) 2-4 齿轮传动比的计算 (14) 2-5 步进电机的计算与选型 (15) 2-6 设计绘制进给伺服系统机械装配图 (19) 第三章 CA6140 车床微机数控系统硬件电路的设计 (20) 3-1 单片机微机数控系统电路设计内容 (20) 3-2 MCS-51 系列单片机简介 (21) 3-3 存储器扩展电路的设计 (28) 3-4 I/O 接口电路及辅助电路设计 (37) 3-5 典型零件加工程序设计 (46) 总结 (49) 参考文献 (50) 致谢 (51) 外文资料及中文翻译 (52)

绪论 随着社会生产和科学技术的迅速发展,机械产品日趋精密复杂,且需频繁改型,普通机床已不能适应这些要求,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优点。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结构等多方面的技术成果,是今后机床控制的发展方向。 一、数控机床的产生 数控机床最早是从美国开始研制的。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的加工机床任务时,提出了研制数控机床的初始设想。1949年,帕森斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作,开始从事数控机床的研制工作。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的直线插补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究,于1955年进入实用阶段。一直到20世纪50年代末,由于价格和技术原因,品种多为连续控制系统。到了60年代,由于晶体管的应用,数控系统提高了可靠性且价格开始下降,一些民用工业开始发展数控机床,其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用,而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等,使数控技术不断的扩展应用范围。 二、数控机床的发展 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相关技术的发展,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的专用数控装置。 第二代数控:从1959年开始采用晶体管电路的NC系统。 第三代数控:从1965年开始采用小、中规模集成电路的NC系统。 第四代数控:从1970年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 第五代数控:从1974年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前,第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统,形成了现代数控系统。它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路,具有很强的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的。这些数控系统的通用性很强,几乎只需改变软件,就可以适应不同类型机床的控制要求,具有很大的柔性。随着集成电路规模的日益扩大,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,可靠性显著提高,功能也更加完善。 近年来,微电子和计算机技术的日益成熟,它的成果正在不断渗透到机械制造的各个领域中,先后出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。所有这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础,它们代表着数控机床今后的发展趋势。 三、我国数控机床的发展概况 我国从1958年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床,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,研制的劈锥数控铣床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同时,还开展了数控加工

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