CA6140普通车床纵向进给和横向走刀系统的改造（全套含CAD图纸）

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 摘 要 由于现代工业的快速发展，市场需求越来越多品种、多样化，单件和中小批量生产具有很大的比重，一般的机床已经越来越无法满足现代的加工工艺及提高劳动生产率的要求。假如设备全都更新换代，不仅投入资金很大，成本高，而且原有的设备闲置着也将造成极大的浪费。现如今科学技术的发展很快，特别是计算机技术，微电子技术的发展。如果应用到数控系统上，不但能提高机床的自动化程度，还能提高加工精度，因此最经济的办法是进行普通机床的数控改造。 关键词： 数控 ；自动化；车床 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 ue to of is a to of If is is is of is to it of of so is 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 目录 目录 目录 . 3 1 绪论 . 4 控机床的产生 . 4 控机床的发展 . 4 控机床的发展趋势 . 4 控机床进给系统改造的意义 . 5 体方案确定 . 5 2 卧式车床简介及电路分析 . 6 卧式车床简介 . 6 床对电力拖动的要求 . 6 制线路特点与电气线路概述 . 7 式车床电路分析 . 7 3 车床进给伺服系统机械部分改造设计 . 9 给伺服机构机械部分的设计计算 . 9 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 9 件选型 . 15 4 床的 制 . 20 统计 . 20 选择 . 21 制过程分析 . 22 序设计 . 22 序仿真调试 . 25 总结 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 全套图纸加 Q 401339828买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 1 绪论 控机床的产生 数控机床是从美国开始发展， 1948 年，美国帕森斯公司在直升机叶片轮廓与加工机床检查型号的任务中，提出了制造数控机床的想法，在 1949 年开始研究并制造数控机床，世界上第一台数控机床出现于 1952 年。经过三年的改进和自动编程技术的进步，在 1955年开始可以实用。到二十世纪 50 年代末，因为价格及技术方面的原因，大多为连续控制的系统。在 60 年代，因为晶体管的应用，数控系统的稳定性提高了，可靠性也变高了，价格开始下降，让一些民用企业也用上了数控机床。数控技术不仅得到了机床应用 ，并逐步扩展到焊接机，切割机等，不断地扩大应用数控技术范围。 控机床的发展 1952 年开始，因为美国成功研制出了第一台数控机床，计算机技术，电子技术，等各种相关技术开始快速发展，数控机床也在不断的发展和升级，经历了五个发展阶段。 目前，第五代的数控系统已经基本取代了传统的数控系统，建立起了现代数控系统。数控机床有很强的适应性，只要改变软件就可以变成各种不同的机床，具有很大的灵活性。随着集成电路，光通信技术等高级技术应用到数控装置，数控系统的体积在不断缩小，价格也慢慢下降，功能渐渐完善。 在最近的几 年里，计算机技术和微电子技术愈发成熟，在机械制造的各个方面都有出现，它们代表了未来的趋势。 控机床的发展趋势 从数控机床的技术水平看，精度高，灵活性好，速度快，自动化程度高和功能多是数控机床的一个重要发展方向。一台主机不仅需要提高灵活性和自动化程度，也要求有进入柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 在数控系统中，有 16 位和 32 位的微处理器，标准总线、软件模块和硬件模块的结构，存储器容量已扩大到超过 1床分辨率为 米，高达 100 米 /分的高速进给速度，控制轴的数量可以多达 16 个，还 采用了电气设备的先进技术。 在驱动系统中，随着 动系统的发展迅速，交流传动已从模拟向数字发展，以差分放大器等模拟器件为主要部件的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件取代，克服了温度漂移、零点漂移等弱点。 控机床进给系统改造的意义 进给运动是由数字信号控制的，是位置精度和工件轮廓加工精度和进给运动传递精度，灵敏度，稳定性的直接对象，因此，在传输结构的设计中，需要达到减少摩擦，提高精度等目的。 数控机床的伺服驱动器的进给运动，采用无级调速。近年来，由于伺服电机和控制单元的性能的提高，大量的数控 机床进给驱动系统都 直接将 滚珠丝杠与伺服电机相 连接。齿轮齿条副或 者 蜗杆蜗条副或 者 滚珠丝杠螺母副的作用是实现 从 旋转到直线的运动形式转换 。 总体方案要考虑车床数控系统的运动方式、进给的伺服系统的改造以及 选择等。 （ 1）数控系统应该设计成连续控制类型 （ 2）普通机床的数控改造，在保证基本性能的情况下，应该尽量简化结构，降低成本。 （ 3）根据改造任务的要求，选用 伺服电机来进行改造 （ 4）根据系统功能要求，还需要伺服驱动器对电机进行伺服控制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 2 卧式车床简介及电路分 析 卧式车床的结构具有典型车床布局，它的加工范围很广，通用性程度很高，适合于中小型轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、以及各种环槽、成型面、端面；能车削常用的米制、英制、模数制以及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距的螺纹、非标准螺距以及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花、压光等工作。 主电机 成主轴的切削运动和刀架的进给运动的驱动，电动机采用直接起动的方式起动，可正反不同方向旋转，并可进行正反不同方向的电气停车制动，还具有点动的功能。 电动机 动冷却泵，在加工时提供切削液，用直接起停方式，并可连续工作，也具有点动功能。 快速移动电动机 动机可以根据使用者需要，手动控制起停。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 控制线路的特点： 控制线路有起动和停止按钮。主电路、控制电路和照明电路都用了隔离开关。三台异步电动机都采用直接起动控制线路，并用热继电器做过载保护。控制线路采取了电气措施，来防止电源短路事故。 电气线路概述： 主电路由三台三相异步交流电动机和其附属电路元件组成。三台三相异步电动机 都采用接触器直接起动。 主轴电机，功率为7500w，由交流接触器 制起停，热继电器 过载保护电器。 冷却泵电动机，功率为 125w，由交流接触器 制，热继电器 过载保护电器。 快速移动电动机，功率为250w，由交流接触器 制。主电路的电源电压为 隔离开关 电源引入开关，熔断器 短路保护电器。控制线路的电源电压为 明电压为 36v。 主电路分析 主电路有三台电动机，用隔离开关 380v 的三相 电源引入。主电路的接线分成三个部分：第一部分用交流接触器 制电动机 二部分用交流接触器 制电动机 三部分用交流接触器 制电动机 了保证主电路的正常运行， 保证安全问题，主电路中还设置了短路保护环节及过载保护环买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 节。 控制电路分析 控制电路可分成主电动机 却泵电动机 速进给电动机 控制电路和照明电路、控制电路工作指示灯等控制电路部分。 按下按钮 触器线圈通电，常开主触头闭合，电动机 电。同时，并联在按钮 端的常开辅助触头也闭合。当松开按 钮 ，因为常开辅助触头是闭合的，所以 触器线圈仍旧保持通电状态，而保证了电动机 续运转。 要令电动机 止运转，可以按下停止按钮 断线圈源，常开主触头与辅助触头都断开，电动机 控制电路都断电，电动机停止运行。 按下按钮 触器线圈通电，电动机 电。当松开 接触器 圈断电，电动机 止运行。 在电动机 行的情况下合上开关 触器 圈通电，电动机 电。断开开关 触器 圈断电，电动机 止运行。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 3 车床进给 伺服系统机械部分改造设计 1、进择脉冲当量 根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向 ，。 2、计算切削力 （ 1）纵车外圆 主切削力 )按经验公式来估算 : =x 5360 按切削力的各分力比例 : x:Fy=l:x = 5360 x 1340 5360 x 2144 （ 2）横切端面 主切削力 Fz(N)可取纵切的 1/2 倍 : 268021 F 此时走刀抗力为 Fy(N)，吃刀抗力为 Fx(N)。仍按 上述比例粗略计算 : Fz:Fy:Fx=1:y=2680 x 670 Fx=2680 x 1072 1、纵向进给丝杠 （ 1）计算进给率引力 ) 纵向进给是综合型导轨： 2530)8005360( K考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取 K 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 f G G = 800N。 （ 2）计算最大动负载 c: （ 4 61060 01000s式中 : 滚珠丝杠导程，初选 最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（ 1/2 1/3） ，此处 运转系数，按一般运转取 L 寿命、以 106转为 1 单位。 i n/（ 3）滚珠丝杠螺母副的选型和校核 可采用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副结构， 1 列 额定动载荷为 16400N，精度等级为 3 级。 传动效率计算 )( tg （ 4 式中： 螺旋升角， 2044 摩擦角取 10滚动摩擦系数 10442( 442)( 0 0 tg （ 4）刚度验算 一般滚珠丝杠比较细长，它的刚度应该给与充分重视。 先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图。最大牵引力为2530N。支承间距 L=15杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 为最大轴向负荷的 1/3。 图 4向进给系统计算简图 （ 杠的拉伸或压缩变形量 1 根据 530N,0查资料可查出 L/L=算出 : 1= L/L 1500=101500=10-2(由于两端都采用了滚动轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4 倍。其实际变形量 1 ( : 211 （ 珠与螺纹滚道间接触变形 2 查资料 列 滚珠和螺纹滚道接触变形量 Q 因进行了预紧， (支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 3 采用 8107 型推力球轴承， 5动体直径 动体数量 z=18, 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 )( 223 22 注意，此公式中 位应为 施加预紧力，故 根据以上计算： 1 3 3 4 定位精度 （ 5）稳定性 校核 滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象也不需要作稳定性校核。 2、横向进给丝杠 （ 1）计算进给牵引力 F m: 横向导轨为燕尾形，计算如下 : 023)600107222680(2( （ 2）计算最大动负载 c （ 3）选择滚珠丝杠螺母副 查资料， 外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为 8800N，可满足要求，选定精度为 3 级。 （ 4）传动效率计算 10334( 334)( 0 0 tg （ 5）刚度验算 横向进给滚珠丝杠支承方 式如图 4示，最大牵引力是2425N，支承的间距为 L=450为丝杠长度较短，不需要预紧，只有螺母及轴承预紧。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 计算如下： (丝杠的拉伸或压缩变形量 1 (查图 4据 Fm 2023N， D。 =2出 L /L=5 算出 251 图 4向进给系统计算简图 (滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 查资料： 因进行了预紧 2=1/2 Q=支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 采用 8102 推力球轴承， z=12， d=(0 0 9 20 0 2 0 2 23 22 考虑到进行了预紧，故 0 综合以上几项变形量之和 : 7 4 4 8 显然这个变形量已经大于定位精度的要求，所以应该采取相应买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 的措施来修改设计，但因横向溜板空间的限制，不应该再加大滚珠丝杠直径，故而采用贴塑导轨来减小摩擦力，从而减小了最大牵引力。重新计算 如下 : 1 5 5)6001 0 7 222 6 8 0(2(从资料查出，当 1155N 时， L/L=1 2 和 3 不变，则 1 2 3 位精度为 此变形量仍不能满足，需要将滚珠丝杠再经过预拉伸，提高四倍刚度，变形量可控制在要求的范围之内。 21 从上面的计算过程可以看出，滚珠丝杠的设计过程要经过反复修改参数，并且反复计算才 能达到满意的结果。 （ 6）稳定性校核 计算临界负载其 ) 22L K 式中： E 材料弹性模量，钢 :E 1 截面惯性矩（ 杠： 4164 ， 丝杠内径； （ 4 L 丝杠两支承端距离 ( 表 4查出，一端固定，一端简支 （一般 4） 此滚珠丝杠不会产生失稳。 名称 符号 公式 3506120051公称直径 0d 35 20 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 导程 0L 6 5 接触角 3 7 4 33 钢球直径 ( ) 道法面半径 心距 e s ( 纹升角 00 3 7 4 33 螺杆外径 d 34 杆内径 1d 201 杆纹接触直径 c qZ 母螺纹直径 D 20 效传动惯量计算 传动系统折算到电机轴上的总传动惯量 kg有下式计算： 1+（ 2 (s)+G g(2 )2 （ 5 式中： 步进电机转子转动惯量 (kg齿轮 转动惯量 (kg滚珠丝杠传动惯量 (kg初选伺服电机 转子转动惯量 kg10 3 10 3 2=2.6 kg2=10 3 10 3 82 2=kgs=10 3 44 150=kg=800N 代入上式： 1+（ 2 (s)+G g(2 )2 =32 40)2 (800 2 )2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 =kg虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。 本满足惯量匹配的要求。 机力矩计算 机床在不同的工况下，其所需转距不同： 矩 M 起 在快速空载起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下： M 起 =f+ = J 10 2/(60 ) = 2 10 2/(60 b p 360 将前面数据代入，式中各符号意义同前。 b p 360=2400 (360)=500r/动加速时间 0 2 10 2/(60 =2 500 102/(60 =算到电机轴上的摩擦力距 2 i=f() (2 =(5360+800) (2 94 N 加摩擦力距 O= 02)/2 i=1 3 02) (2=1 3 2530 (1 ( 2 =述三项合计 ： M 起 =f+4+ 快速移动时所需力矩 M 快。 M 快 =0=94+快速切削负载时所需力矩 M 切 =0+f+2 i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 =94+340 (2 =94+上面计算可以看出， M 起、 M 快和 M 切三种工况下，以快速空载起动所需力矩最大，以此项作为初选伺服电机的依据。 按此最大静力矩查出， 最 大静转矩为 m。大于所需最大静转矩，可作为初选型号。 算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率 kf=601000 =4000 HZ ef=601000=1000 表中查出 伺服电机允许的最高空载起动频率为5000行 频率为 3000 当快速运动和切削进给时， 伺服电机运行矩频特性完全可以满足要求。 2 横向电机计算 效传动惯量计算 横向传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量 J 可由下式计算 1+（ 2(3)+(+Gg(2 )2 （ 5 式中各符号意义同前，其中 10 3 10 3 2=2=10 3 10 3 84 2=6.4 kg3=10 3 10 3 44 2=0.4 kg4=10 3 10 3 54 2=kgs=10 3 24 45=600n 初选伺服电机为 代入上式为： 1+（ 2(3)+(+Gg(2 )2 =24 10)2(20 25)2(600 10(2 )2 =虑到伺服电机与传动系统惯量的匹配问题 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 . 190 基本满足惯量匹配要求 机力矩计算 M=f+（ 5 = J 10 2 (60 2 ) = 2 102 (60 式中 ： b p 360 =1200 (360)=500r/0 2 102 (60 =2 500 102 (60 =147N 算到电机轴上的摩擦力矩 f=2 i=f() (2 =(2680+600) (2 =加摩擦力矩 O= 02) 2 i=1 3 F t 02) (2 =1 3 2023 (1 ( 2 =述三项合计 ： M 起 =f+47+ 快速移动时所需力矩 M 快。 M 快 =0= 切 M 切 =0+f+2 i =072 (2 =上面计算可以看出 , M 起、 M 快和 M 切三种工况下，以快速空载起 动所需力矩最大，故以此项作为选择伺服电机的依据。 查伺服电机技术参数得， m。大于所需最大静转矩，可作为初选型号。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率 00060 p =1000 60 000e=100060 p =1000 60 000 伺服电机的技术参数可知其最高空载起动频率为 6000行频率为 3000 当机床快速起动和切削进给时 ，则完全满足运行矩频要求。 3 硬件选型 向进给电动机： 机额定功率 定转矩 m，额定电流 定转速 3000r/5 横向进给电动机： 机额定功率 750w，m，额定电流 定转速 3000r/4纵向电机驱动器： 驱动器 驱动器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 4 床的 制 控制电路主要是对电动机 控制和对电 路的电流检测的控制。五个电动机的主电路， 取代不了的，继续用原来的主电路。机床的照明电路，可以通过外部电路来解决，不需要通过 制。所以只需要研究控制电路部分的 统计 序列号 名称 符号 口 1 急停按钮 0 2 转按钮 1 3 转按钮 2 4 止按钮 3 5 动按钮 4 6 止按钮 5 7 动按钮 6 8 给按钮 7 9 退按钮 10 10 给按钮 11 11 退按钮 12 12 热继电器 13 13 热继电器 14 14 照明开关 15 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 15 转 4 16 转 5 17 动 6 18 动 7 19 服驱动器 0 20 服驱动器 2 21 服驱动器 1 22 服驱动器 3 23 照明 灯 10 由控制电路部分可知，需要输入信号 14 个，输出信号 9 个。因为该控制电路的输入和输出信号全都是开关量，所以只需要根据 I/需输入、输出的点数应不少于 14+9 个。所以用 40V 或 输入、输出数为 16、 14，已足够该控制电路使用。 I/O 接线 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 通过 I/O 分配和 I/O 接线可知 控制过程如下： （ 1） 电机 转（反转）：按下 线圈 电主触头闭合 电正转（反转） 止：按下 圈 电主触头分离 电停止运转 （ 2） 却泵 动：按下 圈 电线圈 电 作 止：按下 圈 电线圈 电 止 （ 3） 速电机 动：按下 圈 电 作 止：松开 圈 电 止 （ 4） 向进给电机 转（反转）：按下 伺服驱动器输出正转脉冲（反转脉冲） 电正转（反转） （ 5） 向进给 电机 转（反转）：按下 伺服驱动器输出正转脉冲（反转脉冲） 电正转（反转） 通过上述 制过程的分析，我们可绘制出 序设计的梯形图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 梯形图的指令程序为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 转 转 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 转 动 转 动控制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 动控制 动控制 照明开关 买文档就送您 纸全套， Q 号