CA6140型车床的经济型数控改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 目录 . 1 . 3 . 3 . 4 . 6 3. 车床改造的结构特点 . 7 . 7 轨副 . 7 装电动卡盘 . 7 冲发生器 . 7 . 8 械部分的改造 . 8 . 9 . 10 . 10 雨校核步骤 . 10 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 . 14 . 16 1）纵向齿轮及转矩的有关计算 . 16 2)横向齿轮及转矩的有关计算 . 20 5. 步进电动机的计算与选型 . 23 进电动机选用的基本原则 . 23 进电动机的选折 . 24 . 24 床主运动电机的确定 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 轴的变速变速范围 . 26 选主轴电机的型号 . 27 轴电 机的校核 . 27 7. 微机控制系统硬件电路设计 . 28 制系统的功能要求 .件电路的组成 . 28 计说明 . 31 8安装调整中应注意的问题 . 31 珠丝杠副的特点 . 31 珠丝杠螺母副的选择 . 32 珠丝杠螺母副的调整 . 32 轴器的安装 . 32 轴脉冲发生器的安装 . 32 结论 . 35 参考文献 . 36 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 徐州工程学院毕业设计任务书 系部 : 机电工程学院 专业年级 : 04数控机床应用及维护 学生姓名 : 任务下达日期 :2007 年 4月 13日 毕业设计日期 : 2007 年 4月 13日至 2007年 6 月 日 毕业设计题目 :普通车床的数控改造 毕业设计主要内容和要求 : (1)要求 : 1) 设计说明书一份， 20000字，打印成册。 2) 利用画图，要求视图完整。绘图数量折合成零号图纸不少于三张。 (2)内容 : 1） 数控技术与数控机床有关文献的研读与综述。 2） 伺服进给机构设计计算。 3） 主轴交流伺服电机的选型与校核。 4） 减速箱体的设计。 5） 滚珠丝杠轴承的选型与校核。 6） 微机控制系统硬件电路设计。 7） 车床改造的结构特点。 8） 安装调整中应注意的问题 系主任签字： 指导教师签字： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 徐州工程学院毕业设计指导老师评阅书 指导老师评语 ( 基础理论及基本技能的掌握 ; 独立解决实际问题的能力 ;研究内容的理论依据和技术方法 ; 取得的主要成果及创新点 ; 工作的态度及工作量 ; 总体评价及建议成绩 ; 存在问题 ; 是否同意答辩等 ): 成绩 : 指导老师签字 : 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 徐州工程学院毕业设计评阅教师评阅书 评阅老师评语 ( 选题的意义 ; 基础理论及基本技能的掌握 ; 综合运用所学知识解决实际问题的能力 ; 工作量的大小 ; 取得的主要成果及创新点 ;写作的规范程度 ; 总体评价及建议成绩 ; 存在问题 ; 是否同意答辩等 ): 成绩 : 评阅老师签字 : 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 徐州工程学院毕业设计评阅教师评阅书 评阅老师评语 ( 选题的意义 ; 基础理论及基本技能的掌握 ; 综合运用所学知识解决实际问题的能力 ; 工作量的大小 ; 取得的主 要成果及创新点 ;写作的规范程度 ; 总体评价及建议成绩 ; 存在问题 ; 是否同意答辩等 ): 成绩 : 评阅老师签字 : 年 月 日 答 辩 情 况 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 摘要 提 出 问 题 回 答 问 题 正确 基本正确 有一般性错误 有原则性错误 没有回答 答辩委员会评语及建议成绩 : 答辩委员会主任签字 : 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 : 学院领导小组负责人 : 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 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。为此，本例中采用旧床身淬火并贴膜。 (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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 39 页 目录 1 3 3 4 7 8 8 8 9 9 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 12 13 1）纵向齿轮及转矩的有关计算 14 2)横向齿轮及转矩的有关计算 15 4. 步进电动机的计算与选型 20 进电动机选用的基本原则 20 进电动机的选折 21 22 轴的变速变速范围 22 选主轴电机的型号 22 轴电机的校 核 22 23 制系统的功能要求 23 件电路的组成 23 计说明 23 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 39 页 27 轨副 27 装电动卡盘 27 冲发生器 27 8安装调整中应注意的问题 28 珠丝杠螺母副的选择 28 珠丝杠螺母副的调整 28 轴器的安装 28 轴脉冲发生器的安装 28 结论 29 参考文献 30 1 绪论 数控机床与普通机床相比 ,增加了功能 ,提高了性能 ,简化了结构 决买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 39 页 形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受 到其他条件限制：（ 1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；（ 2）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，而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费 ；（ 3）在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（ 4）通用数控机床对某一类具体生产项目有多余功能。 要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路。 普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标。这一工作早在 20 世纪 60 年代已经在开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务。目前，国外已发展成为一个新兴产业部门， 从美国、日本等工业化国家的经验看，机床的数控化改造也必不可少，如日本的大企业中有 26%的机床经过数控化 改造，中小企业则达 74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务 。中国是拥有 300 多万台机床的国家，其中大部分是多年积累生产的普通机床，自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新 现有机床，不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，普通机床的数控 化改造大有可为，它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平，已成为中国设备技术改造的主要方向之一。 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 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，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 39 页 2 设计要求 体方案设计要求 总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的 选择， 以及传动方式和执行机构的选择 等。 （ 1） 普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能，还 要求能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 39 页 统。 （ 2） 车床数控化改装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，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。 （ 3） 根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用 8 位微机。在 8 位微机中， 51 系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的 性价比，因此，可选 51 系列单片机扩展系统。 （ 4） 根据系统的功能要求，微机数控系统中除了 ，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、 I/O 接口电路；包括能输入 加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。 （ 5） 设计自动回转刀架及其控制电路。 （ 6） 纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝 杠 螺母副组成，其 传动比应满足机床所要求的分辨率。 （ 7） 为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦 小、传动效率高的滚珠丝 杠 螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚 度和消除间隙，齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。 （ 8） 采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。 总体方案设计图如下 图（ 2）所示： 进给伺服系统总体方案方框图如图（ 3）所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 39 页 加 工 工 件 形 状编程手 工 输 入 计算机 磁带控制计算机功率放大器车床步进电机变速箱变速箱步进电机工件图 （ 2 ） 数 控 车 床 改 造 的 总 体 方 案 示 意 图微机光电隔离光电隔离功率放大功率放大 3 ） 经 济 性 数 控 车 床 进 给 伺 服 系 统 方 案 框 计参数 设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。 现列出 式车床的技术数据： 名称 技术参数 在床身上 400件最大直径 在刀架上 210文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 39 页 顶尖间最大距 离 650;900;1400;1900制螺纹 10 种 ) 加工螺纹范围 英制螺纹 t/m 20 种 ) 模数螺纹 1 种 ) 径节螺纹 t/m 74 种 ) 最大通过直径 48锥度 莫氏 6# 主轴 正转转速级数 24 正转转速范围 101400r/转转速级数 12 反转转速范围 14向级数 64 进给量 纵向范围 r 横向级数 64 横向范围 r 滑板行程 横向 320向 650;900;1400;1900大行程 140架 最大回转角 90 刀 杠 支承面至中心的距离 26 杠 截面 B H 25 25尖套莫氏锥度 5# 尾座 横向最大移动量 10文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 共 39 页 外形尺寸 长宽高 2418 1000 1267度 作精度 圆柱度 200:面度 300面粗糙度 m 主电动机 动机功率 总功率 造设计参数如下 : 最大加工直径 在床面上 400床鞍上 210大加工长度 1000进速度 纵向 向 大切削进给速度 纵向 向 板及刀架重力 纵向 800N 横向 600N 代码制 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 39 页 脉冲分配方式 逐点 比较法 输入方式 增量值、绝对值通用 控制坐标数 2 脉冲当量 纵向 冲 横向 冲 机床定位精度 具补偿量 给传动链间隙补 偿量 纵向 向 动升降速性能 有 （ 1） 原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量 ，以降低成本 缩短改造周期。 （ 2）机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保正 安装、调试、拆卸方便， 需经常调整的部位调整应方便。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 共 39 页 3 进给伺服系统机械部分设计与计算 给系统机械结构改造设计 进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、 进给箱、溜板箱、溜板 刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一 种方案： 挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。 进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机 与齿轮减速箱总成 丝 杠 、光 杠 和操作 杠 拆去，齿轮箱连接滚珠丝 杠 ，滚珠丝 杠 的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。 溜板箱部分：全部拆除，在原来安装滚珠丝 杠 中间支撑架和螺母以及部分操 作按钮。 横溜板箱部分：将原横溜板的丝 杠 的、螺母拆除，改装横向进给滚珠丝 杠 螺 母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝 杠 相连。 刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。 给伺服系统机械部分的计算与选型 进给 伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量、计算切削力 滚珠丝 杠 螺母副的设计、计算与选型、齿轮 传动计算、步进电机的计算和选型等。计算简图如下图所示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 共 39 页 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 一个基本参数。因此 ,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为 技术参数中，要求纵向脉冲当量 向脉冲当量为 向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择雨校核步骤 （ 1） 最大工作荷载计算 滚珠丝杠的工作载荷 N）是指滚珠丝杠副的在驱动工作台时滚珠丝 杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走到抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。 由于原普通 床的纵向导轨是三角形导轨，则用公式 3算 工 作载荷的大小。 FL+f() （ 3 1） 车削抗力分析 车削外圆时的切削抗力有 切削力 垂直向下，是计算机床主轴电机切削功率的主要依据。切深抗力 纵向进给垂直，影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力 进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系统是要用它。 纵切外圆时，车床的主切削力 （ 3 =5360(N) 由金属切削原理知： x: （ 3 得 340(N) 144(N) 因为车刀装夹在拖板上的刀架内，车刀受到的车削抗力将传递到进给拖板和导轨买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 20 页 共 39 页 上，车削作业时作用在进给托板的载荷 所受到的车削抗力有对应关系。 因此，作用在进给托板上的载荷可以按下式求出： 托板上的进给方向载荷 x=1340(N) 托板上的垂直方向载荷 z=5360(N) 托板上的横向载荷 y=2144(N) 因此，最大工作载荷 FL+f() =1340+(5360+90 =) 对于三角形导轨 K=f= f=为是贴塑导轨 )， 纵向横向溜板箱和刀架的重量，选纵向横向溜板箱的重量为 75架重量为 15（ 2） 最大动载荷 滚珠丝杠应根据额定动载荷 用式 3 C= （ 3 位为 10r， L=6010;r ,n=1000v L0;最大切削力条件下的进给速度（ m ,可取最高进给速度的 1/2 1/3;资料得 2mm;运转状态系数，因为此时有冲击振动，所以取 r 1400r/226mm/1/2/226 1/2/12= L=6006=60 15000/106= C= 1740（ N） 初选滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷 得小于最大载荷 C;因此有 C=11740N 另外例如滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转下工作并受载，那么还需考虑其另一种失效形式 要考虑滚珠丝杠的额定静载荷m,一般使 m=2 3. 初选滚珠丝杠为：外循环，因为内循环较外循环丝杠贵，并且较难安装。考虑到简易经济改装，所以采用外循环。 因此初选滚珠丝杠的型号为型 主要参数为 o=8mm,3 =2， 圈数列数 1 （ 3） 纵向滚珠丝杠的校核 1） 传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率为 = / + )=(2+10)=92% （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 21 页 共 39 页 2） 刚度验算 滚珠丝杠副的轴向变形将引起导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性，滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形，丝杠和螺母之间滚道的接触变形，丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。 1 丝杠的拉压变形量 1 1= A （ 3 = 2280/10 ( = 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2 采用有预紧的方式， 因此用公式 2= （ 3 =2 =这里 1/3 97N Z= w=63/ =1=丝杠的总变形量 = 1+ 2= 所以丝杠很稳定。 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 （ 1）型号选择 1）最大工作载荷计算 由于导向为贴塑导轨，则： k=1.4 f=1 为工作台进给方向载荷， 141N,360N,340N,G=60kg,t=15000h, 最大工作载荷： Fm=f() =2144+360+2 1340+75) =）最大动载荷的计算 1400r/r=1106mm/1/2/1106 1/2/4=6060 15000/106= 初选滚珠丝杠型号为： 基本参数为 =2mm,0数列数 1 (2) 横向滚珠丝杠的校核 1）传动效率 计算 = + )=(2+10)=93% 2) 刚度验算 1. 丝杠的拉压变形量 1= L/ 320/104 252= 2= =2 =这里 m/3=1118N Z= w=50/ =1=杠的总变形量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 23 页 共 39 页 = 1+ 2=表知 所选丝杠合格 （ 3） 滚珠丝 杠 螺母副的精度等级： 数控机床根据定位精度的要求通常选用 1精度的滚珠丝 杠 ， 1 度丝 杠 的行程公差数值如表（ 2）所示： 项目 符号 有效行程lm/度等级 1 2 3 4 5 目标行程公差 315 6 8 12 16 23 315400 7 9 13 18 25 400500 8 10 15 20 27 500630 9 11 16 22 30 行程变动量公差 315 6 8 12 16 23 315400 6 8 12 17 25 400500 7 10 13 19 26 500630 7 11 14 21 29 任意 300行程变动量 6 8 12 16 23 2 行程变动量 p 4 5 6 7 8 表（ 2）滚珠丝 杠 行程公差 / m 轮有关计算 (1)纵向齿轮及转矩的有关计算 1） 有关齿轮计算，由前面的条件可知： 工作台重量： W=8000N(根据图纸粗略计算 ) 滚珠丝 杠 的导程 : 2距角 : =： m/以 ,变速箱内齿轮的传动比 i= = = = （ 3 齿轮的有关参数选取如下 : 2 , 0 ,模数 m=2宽 b=20 压力角 =20 齿轮的直径 d1= 32=64mm d2= 40=80文档就送您 纸全套， Q