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机电一体化课程设计-C6140普通车床数控化改造设计.doc机电一体化课程设计-C6140普通车床数控化改造设计.doc -- 6 元

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机电一体化课程设计合肥工业大学1课程设计说明书C6140普通车床数控化改造设计专业机电一体化工程(本)姓名准考证号课程名C6140普通车床数控化改造设计指导教师日期2011年七月十一日八月一日机电一体化课程设计合肥工业大学2第一节设计任务........................................................................................................31.1设计任务............................................................................................................3第三节总体体方案的确定..........................................................................................42.1总体体方案的确定..............................................................................................4第三节主传动系统的改造方案...................................................................................53.1主传动系统的改造方案.......................................................................................53.2换装自动回转刀架..............................................................................................53.3螺纹编码器的安装方案.......................................................................................5第四节进给传动部件的计算和选型..............................................................................74.1脉冲当量的确定..................................................................................................74.2切削力的计算.....................................................................................................74.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型(纵向)...............................................................74.4同步带减速箱的设计(纵向).............................................................................94.5步进电动机的计算和选型(纵向).....................................................................114.6同步带传递功率的校核.....................................................................................17第五节绘制进给传动机构的装配图............................................................................175.1绘制进给传动机构的装配图..............................................................................17第六节控制系统硬件电路设计...................................................................................186.1控制系统硬件电路设计.....................................................................................18第七节步进电动机驱动电源的选用........................................................................217.1步进电动机驱动电源的选用..............................................................................21第八节控制系统的部分软件设计...............................................................................218.1控制系统的部分软件设计..................................................................................21机电一体化课程设计合肥工业大学3第一节设计任务1.1设计任务题目C6140普通车床数控化改造设计任务将一台C614普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下(1)床身上最大加工直径400mm(2)最大加工长度1000mm(3)X方向(横行)的脉冲当量0.005/脉冲,Z方向(纵向)的脉冲当量0.01/脉冲(4)X方向最快移动速度vmax3000mm∕min,Z方向为vmax6000mm∕min(5)X方向最快工进速度vmax400mm∕min,Z方向为vmax800mm∕min(6)X方向定位精度±0.01mm,Z方向定位精度±0.02mm(7)可以车削柱面,平面,锥面与球面等(8)安装螺纹编码器,可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹,最大导程为24mm(9)主动控制主轴的正转,反转与停止,并可输出主轴有级变速与无极变速信号(10)安装四工位立式电动刀架,系统自动控制选刀(11)自动控制冷却泵的起与停(12)安装电动卡盘,系统控制工件的夹紧与松开(13)纵,横安装限位开关(14)数控系统可与PC机串行通信(15)显示界面采用LED数码管,编程采用ISO数控代码。机电一体化课程设计合肥工业大学4第三节总体体方案的确定2.1总体体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运行方式,进给伺服系统的类型,数控系CPU的选择,以及进给传动方式和执行机构的选择等。(1)普通数控车床数控化改造后应具有单坐标定位,两坐标直线插补,圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此,数控系统应设计成连续控制型。(2)普通数控车床数控化改造后属于经济型数控机床,在保证一定加工精度的前提下,应简化结构,降低成本。因此,进给伺服系统常采用步进电动机的开环系统。(3)根据技术指标中的最大加工尺寸,最高控制速度,以及数控系统的经济性要求,决定选用MCS51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS51系列8位机具有功能多,速度快,抗干扰能力强,性/价比高等优点(4)根据系统的功能要求,需要扩展程序存储器,数据存储器,键盘与显示电路,I∕O接口电路,D∕A转换电路,串行接口电路等还要选择步进电动机的驱动电动以及主轴电动机的交流变频器。(5)为了达到技术指标中的速度和精度要求,纵,横向进给传动应选择摩擦力小,传动效率高的滚珠丝杠螺母副为了消除传动间隙提高传动刚度,滚珠丝杠螺母应有预紧机构等。(6)计算选择步进电动机,为了圆整脉冲当量,可能需要减速齿轮副,且应有消间隙机构。(7)选择四工位自动回转刀架与电动卡盘,选择螺纹编码器等。机电一体化课程设计合肥工业大学5第三节主传动系统的改造方案3.1主传动系统的改造方案对普通车床进行数控化改造时,一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构,这样可减少机械改造的工作量。主轴的正转.反转和停止可由数控系统来控制。若要提高车床的自动化程度,需要在加工中自变换转速,可用24档的多速电动机代替原有的单速主电动机当多速电动机仍不能满足要求时,可用交流变频器来控制主轴电动机以实现无级变速(工厂使用情况表明,使用变频时,若工作频率低于70Hz,原来的电动机可以不更换,但所选变频器的功率要比电动机大)。本例中,当采用有级变速时,可选用浙江超力电机有限公司生产的YD系列7.5KW变极多速三相异步电动机,实现24档变速当采用无级变速时,应加装交流变频器,推荐型号为F1000G0075T3H,适配7.5KW电动机,生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。2.安装电动卡盘为了提高加工效率,工件的夹紧与松开采用电动卡盘,选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。3.2换装自动回转刀架为了提高加工精度,实现一次装夹完成多道工序,将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架,选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4BCK6140型四位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路,由数控系统完成。3.3螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时,需要配置主轴脉冲发生器,作为车床主轴位置信号的反馈元件,它与车床主轴同步转动。本例中,改造后的车床能够加工的最大螺纹导程24mm,Z向的进给脉冲当机电一体化课程设计合肥工业大学6量是0.01∕脉冲所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24∕0.01mm/脉冲2400脉冲。考虑到编码器的输出有相位差为90°的A、B相信号,可用A、B异或后获得2400个脉冲一转内,这样编码器的线数可降到1200线(A、B信号)。另外,为了重复车削同一螺纹槽时不乱扣,编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。基于上述要求,本例中选择螺纹编码器的型号为ZLF1200Z05Z015CT。电源电压5V,每转输出1200个A∕B脉冲与1个Z脉冲,信号为电压输出,轴头直径15mm,生产厂家为长春光机数显技术有限公司。螺纹编码器通常有两种安装形式同轴安装和异轴安装。同轴安装时指将编码器直接安装在主轴后端,与主轴同轴,这种方式机构简单,但它堵住了主轴的通孔,异轴安装时是指将编码器安装在床头箱的后端,一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴,如果找不到同步轴,可以将编码器通过一对传动比为11的同步齿形带与主轴连接起来,需要注意的是,编码器的最高允许转速。5.进给系统的改造与设计方案(1)拆除挂轮架所有齿轮,在此寻找的同步轴,安装螺纹编码器。(2)拆除进给箱总成,在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。(3)拆除溜板箱总成与快刀的齿轮齿条,在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座和螺母座垫架。(4)拆除四方刀架与上溜板总成,在横溜板上方安装四位工位立式电动机刀架。(5)拆除横溜板下的滑动丝杠螺母副,将滑动丝杠靠刻度盘一段(见图一)锯断保留,拆掉刻度盘上的手柄,保留刻度盘附近的两个推力轴承,换上滚珠丝杠副。(6)将横向进给步进电动机通过法兰座安装到横溜板后部的纵溜板上,并与滚珠丝杠的轴头相连。(7)拆去三杆(丝杆、光杆与操纵杆),更换丝杆的右支承。改造后的横向、纵向进给传给系统见图一、图二。机电一体化课程设计合肥工业大学7第四节进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杆螺母副、设计减速箱、选择步进电动机。4.1脉冲当量的确定根据设计任务的要求,X方向(横向)的脉冲当量为δx0.005∕脉冲,Z方向(纵向)为δz0.005∕脉冲。4.2切削力的计算纵向切削力的详细计算过程。设工件材料为碳素机构钢,σb650MPa刀具材料为硬质合金YT15刀具几何参数为主偏角060rK,前角γ0100,刃倾角λs-50切削用量为pa3mm背吃刀量,进给量f0.6mm∕r,切削速度cv105m∕min。查表101,得FCG2795,xFC1.0,FCy0.75,FCn﹣0.15。查表103,得主偏角Kr的修正系数krFCK0.94刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数值均为1.0。由经验公式(102),算得主切削力acF2673.4N。由经验公cFFfpF10.350.4,算得纵向进给切削力Ff935.69N,背向力pF1069.36N。4.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型(纵向)(1)工作载荷F的计算已知移动部件总重量G1300N车削力cF2673.4N,pF1069.36N,Ff935.69N。如图1020所示,根据zFcF,yFpF,xFFf的对应关系,可得zF2673.4,yF1069.36N,xF935.69N。选用矩形-三角形组合滑动导轨,查表1029,得K1.15,μ0.16代人FmKFX+μ(zF+G),得工件载荷F≈1712N。
编号:201311211231319329    大小:450.50KB    格式:DOC    上传时间:2013-11-21
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liyun上传于2013-11-21

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