高职毕业设计论文-车床的数控改造.doc

高级工大专班毕业设计（论文）题 目 车床的数控改造 姓 名 专 业 工业电气自动化 班 级 指导教师 日 期 目 录摘要11、数控机床改造的意义22、CA6140车床概述33、CA6140车床的传动系统分析.44、CA6140步进电动机的选择55、CA6140电气控制6设计心得 10参考文献 10摘要我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3%。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6%。我国机床役龄10年以上的占60%以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20%，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60%以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备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。物竞天择，一些不适应社会发展在机床必将被淘汰，所以实施机床的数控化改造是机械行业在必然趋势。通过搜集资料、实践研究等方法对机床就行改造即是用较少的成本去创造更高的价值。而这也将极大的推动中国机械行业的发展。经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：机床的数控化改造可以为企业带来可观的经济效益。关键字：机床;数控化;改造;意义一、 数控机床改造的意义（1）、机床现状我国是生产和使用机床最多国家之一,现有金属切削机床400万台左右，但现有的机床大多数服役年限较长,设备陈旧落后,功能严重不足,运运不能满足现代生产的需要。（2）、技术分析在过去的几十年,金属切削机床的基本动作是原理变化不大。如今科学技术发展很快,特别是计算机技术的发展，应用到机床控制系统上,不但能提高机床的自动化程度,而且能提高加工精度和表面质量。近年来,我国已经积极开展了对机床数控化再制造技术的研究,如武汉华中数控公司先后完成了50多家企业数百台设备的数控化在制造。实践证明。改造的机床满足了科学技术的发展需要,提高了生产效率和产品精度,增大了设备的适应能力和型面的加工范围(曲面、各种螺纹的加工等),利用日臻完善的经济型数控系统及配套部件改造现有的普通机床的技术条件已经成熟。（3）、市场分析国内资料分析,订购新的数控机床的交货周期一般较长,往往不能满足用户的需要,而改造的数控机床能够适应市场对产品多样化和高精度的要求。因此得到了用户广泛的应用,机床的数控化改造已成为满足市场需求的主要补充手段,对中、小型企业来说是十分理想的选择。（4）、经济分析由于新型机床价格昂贵,一次性投资巨大,如果把旧机床设备全部用新型机床替换。要花费大量的资金,而替换下的机床又会闲置起来造成巨大浪费,若采用数控技术对旧机床加以改造和购买机床相比,则可省50%以上的资金,一套经济型数控装置的价格仅为全功能装置的1/3到1/5。一般用户都能承担的起,这为资金紧张的中小型企业的技术改造开辟了新路,也对实力雄厚的大型企业产生了较大的吸引力。（5）、生产分析在现代机械制造工业中,中小批量甚至单件生产,个性化的产品占有相当大的比重,尤其是我国加入世贸组织后,成为世界性的加工基地,产品出口的增长迅速,从低附加值、劳动密集型产品逐步过度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的数控机床起了重要的作用。数控机床是最能适应这种生产需要的。（6）、重要性分析以数控机床为代表的现代基础机械是制造实现生产现代化的重要设备，数控技术水平的高低和机床的数控化率，数控设备的拥有量已成为衡量一个国家现代工业化水平的重要标志。（7）、综合分析数控技术用于机床的改造是建立在微电子技术与传统技术相结合的基础上，具有高可靠性、柔性强，易于实现机电一体化、经济性可观等特点。为此，在旧机床上进行数控化改造可以提高机床的使用性能、降低生产成本、用较少的资金投入而得到较大的经济效益。2、CA6140车床简介CA6140车床是一种机械结构比较复杂而电气系统简单的机电设备，是用来进行车削加工的机床。在加工时，通过主轴和刀架运动的相互配合来完成对工件的车削加工。车床的种类很多，按其用途和结构的不同，可分为卧式车床、落地车床、立式车床、仿形车床、转塔车床、多刀半自动车床、自动车床等。二、 CA6140车床概述1、机床的组成（1）、主轴箱 主轴箱1是一部件，由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动，也可以安装前尖顶通过拨盘带动工件旋转。（2）、刀架 四方刀架装在小滑板上，而小滑板装在中滑板上，纵滑板可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动，用来车外圆、镗内孔等。而中滑板相对于纵滑板作横向移动，用来带动刀具加工端面、切断、切槽等。小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给，用来车削内外短锥面。（3）、尾座 尾座3可沿其导轨纵向调整位置，其上可安装顶尖支撑长工件的后段以加工长圆柱体，也可以安装孔加工刀具加工孔。尾座可横向作少量的调整，用于加工小锥度的外锥面。（4）、进给箱 进给箱8内装有进给运动的传动及操作装置，通过改变进给量的大小，可改变所加工螺纹的种类及导程。 （5）、床身及床腿 床身4是机床的支承件，它安装在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件，并保证它们之间具有要求的相互准确位置。床身上面有纵向运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。（6）、溜板箱 溜板箱6与纵向滑板（床鞍）相连，溜板箱内装有纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。2、CA6140车床的主要技术参数，如表1。表1 CA6140车床的主要技术参数床身上最大工件回转直径400mm刀架上最大工件回转直径210mm最大工件长度1000mm主轴中心至床身平面导轨距离205mm最大车削长度650、900、1400mm主轴孔径48mm主轴转速正转（24级）101400r/min反转（12级）141580r/min刀架纵向及横向进给量各64种纵向一般进给量0.081.59mm小进给量0.0280.054mm加大进给量1.716.33mm横向一般进给量0.040.79mm小进给量0.0140.027mm加大进给量0.863.16mm刀架纵向快速移动速度4m/min车削螺纹范围米制螺纹（44种）1192mm英制螺纹（20种）224牙/in模数螺纹（39种）0.2548mm经节螺纹（37种）196牙/in主电动机功率7.5kw转速1450r/min快速电动机功率250kw转速2800r/min三、CA6140车床的传动系统分析CA6140车床的传动系统，由主运动传动系统、车螺纹进给传动系统组成。（一）、主运动传动系统1.传动路线表达式写传动路线表达式的方法是“抓两头带中间”，即将首件通过中间传动件将末端件联系起来，对于CA6140型卧式车床主运动传动链来说，即从主电动机经130mm带轮带动230mm带轮，从而带动轴，轴上有双摩擦离合器M1，M1向左结合，左边的z51、z56双联齿轮与轴一起转动，通过两对传动副 ，传动轴实现主轴正转。M向右结合，由z50与轴一起转动，z50通过轴z34传动轴上的z30实现主轴反转。M1处于中间，则轴空转，即不传动左边的z51和z56，也不传动右边的z50，轴的运动通过轴之前的三对传动副，传动轴，轴有两条路线可传动主轴，即通过 轴上的M，M向左滑移至z63与z50啮合，使得轴通过， 直接传动主轴轴，实现主轴高速转动，即为4501400r/min;若M向右结合，轴通过，传动轴，轴通过，传动轴，轴通过 传动轴（主轴）（二）、车螺纹进给传动系统CA6140型卧式车床的螺纹进给传动系统可车削米制，模数制，英制和径节制4种标准螺纹，另外还可以加工大导程螺纹，非标准螺纹及较精密螺纹以及右旋，左旋螺纹。车制螺纹时，刀架通过车螺纹传动链得到运动，两端件主轴，刀架之间必须保持严格的运动关系，即主轴每转一周，刀具移动一个被加工螺纹的导程L。车螺纹传动链运动平衡式为：=L 式中U为主轴至丝杠间全部传动机构的总传动比；L丝为机床丝杠的导程，CA6140型车床的丝杠导程L丝=12mm；L为工件螺纹的导程（mm）。（三）、纵向、横向进给机构车削内、外圆柱表面时，可使用机动的纵向进给车削端面时，可使用机动的横向进给。为了减少丝杠的摩孙和便于操作，保证螺纹传动链的精度，机动进给传动链不用丝杠及开合螺母传动。机动进给是由光杠XIX经溜板箱传动。从主轴VI至进给箱轴XVII上滑移齿轮Z28处于左位，使 脱开，从而切断进给箱与丝杠的联系。运动由齿轮副及联轴节传至光杠XIX，再由光杠通过溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮齿条机构或横向进给丝杠XXVII，使刀架做纵向或横向机动进给。溜板箱内的双向齿式离合器及分别用于纵、横向机动进给运动的接通、断开及控制进给方向。CA6140型卧式车床可以通过4种不同的传动路线来实现机动进给运动，从而获得纵向和横向进给量各64种。以同样传动路线传动时，横向进给量为纵向进给量的一半。1.纵向机动进给量(32种)2.横向机动进给量(64种)横向机动进给量为纵向机动进给量的一半。（四）、刀架的快速移动在CA6140车床上加工零件时，为了缩短辅助时间，提高生产效率：刀架可实现机动纵向、横向快速移动。按下快速移动按钮（点动控制），快速电机（0.25kw，2800rpm）经齿轮副13/29使轴XX高速转动，再经蜗杆副4/29及溜板箱内的转换机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动，快速移动的方向由溜板箱内的双向离合器M8及M9控制。四、步进电动机的选择1、计算负载惯量的意义惯量匹配条件：惯量匹配是指进给系统负载惯量与伺服电动机转子惯量相匹配。 条件是：14式中：伺服电动机转子的转动惯量（）可有伺服电动机技术手册查出。 J负载惯量（），即进给系统（传动轴、齿轮、工作台等）折算到伺服电动机上全部负载转动惯量。2、负载惯量的计算参考同类型机床，初步选用反应式步进电动机150BF002，其电动机转动惯量=10。传动系统折算到步进电动机轴上的等效转动惯量为：（1）、齿数Z、Z折算到步进电动机轴上的转动惯量为：（2）、丝杠折算到步进电动机轴上的转动惯量从表查得1m的丝杠的=15.45 J=15.451.5=23.175（3）、等效转动惯量为J=J+ =3.21+ (=22.5313、负载转矩计算及最大静转矩的选择机床在不同的共况下，其所需转矩不同，（1）、快速空载起动时所需转矩是：将已知数据代入，=500r/min考虑了电动机转子的转动惯量以后，传动系统折算的电动机轴上的总转动惯量 J=J+J=10+22.531=32.531M=567.77N 折算到电动机轴上的摩擦力矩=55.15 N.cm附加摩擦力矩=3.259N.cm则M=M+M+M=567.77N.cm+55.15N.cm+3.259N.cm=626.179N.cm（2）、快速移动时所需力矩MM=M+M=55.15N.cm+3.259N.cm=58.409N.cm（3）、最大切削负载时所需力矩M=M+M+=55.15N.cm+3.259 N.cm+134.14N.cm=192.549N.cm从上面计算看出M、M、M三种情况下，以快速空载起动时所需转矩最大，以此项作为初选步进电动机的依据。查资料得，步进电机为五项十帕时， 步进电动机最大静转矩=按次最大静力矩，150BF002型步进电机最大静转距为13.72大于所需最大静力矩，可作为出选型号。但还得考虑电机起动频率特性和运行矩频特性。五、 电气控制（一）电源如图9-10所示为机床电源配置。数控系统由隔离变压器T1提供AC200V电源，以免电网扰动对系统的影响。X轴和Z轴的驱动装置分别由机床变压器T2和T3提供AC80V电源。有条件的话，可采用两个稳压电源分别提供I/O直流+12V电压，以避免干扰对I/O信号的影响。整个系统的电源配置应注意接地的可靠性，因为接地的好坏直接影响到系统的抗干扰性和安全性。（二）I/O信号如图9-11 a、b分别为I/O1、I/O2的输入、输出信号定义。（三）主轴及刀架控制图9-12为主轴及刀架控制线路图。 进给驱动及步进电动机步进电动机采用110BYG550系统五相步进电动机，步距角0.36/0.72，其中，Z轴步进电动机转矩为12N.m，X轴为9N.m。步进驱动装置为KT300外观如图9-8所示，KT300性能指标见表9-1.数控系统KT400-T和步进驱动装置KT300及不进电动机的链接关系如图9-9所示。系统中，A1和A3端口与驱动装置的信号链接有两种方式，即正转、反转或公共脉冲加方向信号，两者取其一。主脉冲反馈信号有刘脉冲输出，即辨向脉冲A、A非、B、B非和零标志C、C非，其他电源0V和5V、屏蔽FRAME。设计心得在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础具体的来说，在课程设计中我知道了如何从接到一个新课题到一步一步分析，提出解决方案。再执行提出的方案，最后形成成果。也知道了如何在遇到难题时调动自己的知识储备来分析解决难题。还让我知道了怎样获取想要的急需的信息和知识。在做设计的过程中，我学会了熟练运用AutoCAD软件，并按时完成了所要完成的任务。通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，从而培养和提高学生独立工作能力，巩