XK715B数控铣床技术改造X向设计论文

目 录 一 设计题目 2 二 前言 3 三 机床改造 概述 及意义 4 四 X 向改造方案的确定 5 五 机床机械部分设计 6 六 数 控系统及伺服系统的改造 10 七 功能确定及分布 11 八 机床调试验收 12 九 结束语 16 十 参考文献 18 一 论文题目 控铣床技术改造 X 向 1. 设计任务 控铣技术改造 X 向 根据所给条件，完成 控铣 X 向改造设计工作 1） 已知条件： A、 主轴电机最大功率为 12扭矩 、 X 项运动不见自重 300动导轨，水平移动 (铸铁 2） 要求 A、 说明书部分 a、 X 想数控化改造方案的确定 (机械部分和系统部分 ) b、 相关计算过程及元件选用 c、 安装、调试过程说明 B、 图纸部分 a 、 X 想数控化改造总装图 b 、螺母座 支架 图 数控机床与普通机 床相比较的特点： 1 能完成很多普通机床难以加工、或者根本不能加工的复杂型面零 件的加工； 2 采用数控机床，可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量 ; 3 可以提高生产率，采用数控机床比普通机床可提高生产率 2 3 倍，对复杂零件的加工，生产率可提高十几倍甚至几十倍； 4 具有柔性，只需更换程序，就可适应不同品种及尺寸规格零件的自动加工； 5 大大减轻了工人的劳动强度。 可以看出，数控机床是一种高效率 、高精度、能保证加工质量，解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备。数控机床的广泛使用，将给机械制造业的生产方式、产品结构和产业结构带来深刻的变化，其技术水平高低和拥有量的多少，是衡量一个国家工业现代水平的重要标志。 二 前言 数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。 通洗床属于大型洗床，此车洗床在生产单位一般只进行单一零件的加工。其零件包含了复杂的型面，对于普通洗床来说加工难度大，加工出来的零件精度和表面粗糙度难以保证。由于机床本身仍可正常使用，为了满足零件的加工精度要求和提高零件加工生产率，故对此机床进行数控化改造利用原来的普通设备加工出符合工艺要求的复杂型面，这样即可节约购置新数控机床的成本，又能增加经济效益。 三 机床改造 概述 及意义 键槽、钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、曲面加工以及需要 。 由于该机床用的年限有点长，机床精度以严重下降，丝杠磨损严重。如果不行想改造，加工出来的零件各种精度都达不到要求。所以，应该对机床进行改造。 意义 ： 节省资金 机床的数控化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费购买新机床 60%的费用，并可以利用现有基地。 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。 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。 四 1 X 向改造方案的确定 方案的设计内容包括：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；数控控制系统的选择等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出改造的总体方案，并对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案。确定方案时，应仔细考虑机床与控制部分相互之间的各种要求，做出合理的设计。不仅要考虑各种高性能，自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术的先进性和经济 的合理性较好地统一起来。 根据要求，首先选择的方案是更换原丝杠为滚珠丝杠螺 母副，通过同步齿行带连接电机皮带轮 . 通过以上方案分析论证，最终确定总体改造方案为： 1） 控制系统的选择 根据 控铣床的外型特点及加工要求，分析将 对西门子数控系统的比较，确定选择西门子802D 控制系统，对该设备的 X 向 进行控制。 2) 伺服系统的选择 根据改造后该设备加工零件的精度要求，确定选择编码器半闭环控制系统。 3） 执行机构结构的选择 执行机构的结构选择 西门子 611服控制 电机。 4） 机械传动方式的确定 机械传动方式采用滚珠丝杠副 直接用联珠器与电机连接 和力的传递。 5） 机械精度的修复 机械精度的修复主要指 轨精度的修复及主轴回转精度的修复等。 6） X 向 导轨润滑装置 增加自动润滑装置润滑 X 向 导轨。 五 机床机械部分设计 1、 机械部分传动方式的确定 X 向进给机构改造。同样采用滚珠丝杠传动方式，基本保留原有的支撑结构 。 X 向进给机构都采用了滚珠丝杠传动方式，由于丝杠丝母之间本身就有消隙机构，故只须考虑消除丝杠的轴向窜动。 X 向伺服电机和滚珠丝杠全部加防护罩，以保持防尘和 机床的整体美观。 根据设计任务，系统应采用轮廓控制形式，控制系统硬件由微机部分、键盘、显示器、 I/O 接口及光电隔离电路、伺服电动机功率放大电路组成。 X 均采用伺服电动机 2、机械部分改造设计与计算 （ 1） X 向摩擦阻力的估算： X 向运动部件自重约： 300 G=000N X 向运动部件之间摩擦系数（铸铁对 塑料 ）： 向摩擦阻力； 000 50N （ 2） 切削力与切削功率计算 利用下面公式：切削功率 K P 电机功率 12 传动效率 功率系数 算切削功率得： 削功率应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或转速）来计算，即 60 或 n/9550 式中 主切削力（ N）； v 切削速度（ m/ T 切削转矩（ N 主轴转速（ r/ 取 v=400m/Q=60v=60 103/400=1296N 在一般铣床 时取 ： （ 3） X 向坐标运动 时的工作阻力 50+ （ 4） 克服总阻力所需 扭矩的计算 ： 根据公式 0c=550 得 X 向扭矩 T=955060n) =9550 60 = 总 = 故 X 向选 65电机 4、 联轴器的选择： 根据伺服电 机的转矩和轴径选择无间隙的联轴器。 5、 滚珠丝杠的选择 ： 采用原来的直径，尺寸不变，将原来的旧的换成新的。 6、 编码器： 编码器采用内置式，直接带在电动机里。 7、 轴承的选择 轴径 48,查机械手册得 ,选 7008轴承 ,轴承的材料选择处理后可达到 60 65提高接触疲劳强度，角接触球轴承，接触角 25（ 接触球轴承的特点：可用于承受径向和较大的轴向载荷，越大则可承受轴向力越大 轴承之间要减小预紧力，在连接件在承受工作载荷前就预加上的作 用力称为预紧力，如果预紧力越小，则会不可靠，如果预紧力越大，又会导致连接过载可能被拉断的可能。 8、 车床改造后的机械结构特点 X 向滚珠丝杠 采用的三点支撑方式，伺服电机一般都安装在床鞍的后面，远离操作者的一侧。伺服电机和滚 珠丝杠也是通过一个无键连接的联轴节连接起来的。丝杠的支撑利用原 床 子 的丝杠支撑位置，也采用 四对角接触 球轴承来支撑丝杠。丝母通过丝母座与 工作台 连接在一起，实现丝母带动 工作台 的横向运动 。 9安装调整中应注意的问题 利用垫片调整装置调整丝杠副的间隙时，应使调整后 产生的预紧力为丝杠副最大负载的为宜。在实际调整中，可以把铣床处于最大工作负载，使丝杠内部仍不产生间隙，或者间隙量小于两道，而且运动灵活。 调整角接触球轴承的间隙时，应使丝杠的轴向窜动不大于两道。在实际调整中，可以调整两个向心推力球轴承之间的内外隔环的厚度来调整轴承的游隙，进而消除丝杠的轴向窜动，以达到更高的传动精度。 滚珠丝杠副的制造精度要求高，加工工艺复杂，由专业工厂按系列化进行生产，因此，在改造时，要按厂家的生产标准进行选择，选择 到合适的丝杠后，在决定被改设备的其他相关部分的结构和尺寸。 六 数 控系统及伺服系统的改造 该机床改造中主轴电机采用原来的主轴电机，并采用微机控制其启动和停止，对机床轴轴进行伺服驱动，数控自动控制。因为本机床改装后为丝杠与伺服电机直接相连，所以间隙和噪音很小，并采用半闭环调速控制，控制比较精确。 数控系统采用西门子 802D 数控系统 . 改造工作的流程 ： 改造方案的总体设计，数控系统选型、订购。 系统柜设计制作。 数控系统和电气系统用柜内原件线路安装到位。 数控系统和电气系统连线。 伺服电机、限位开关、润滑油泵电机、主轴电机、冷却液 电机，照明等与系统的连接。 电机和机床连接盖板的设计。 梯形图编写，机床参数确定。 调试、试切、验收零件。 交接。 数控系统改造方案设计应遵循以下原则： 功能改造后的机床应具有何种功能。目前市场上可购置的数控系统基本上能满足用户的绝大部分功能需要，但有些特殊功能需要在定货时加以声明，例如数字仿行功能、自动测试功能等。并以功能需求出发来订购数控系统和伺服系统。 一般进口设备仍用进口系统改造，国产设备仍用国产系统改造。根据功能确定点数。根据经常存储的零件加工程 序的数量确定存储器的容量。根据机床大小，进给速度，吃刀量、零件材料来确定电机功率。 资金投入是应考虑投入产出比例及周期 。 改造前机床精度应有一定的要求，精度太低就没有必要改造，可考虑更新。 习惯制定改造方案时应考虑改 造前后操作编程的可持续性，对面板的设计和屏幕的位置要考虑操作者的习惯。对数控系统品牌的选择要考虑使用单位的一致性，以达到培训、维护等方面的便利。 七 功能确定及分布 一台改造以后的数控机床的功能有两类。一类是数控系统制造商提供的功能。早期的数控机床是通过键盘命令形式，而现代的数控机床则主要通过软键菜单形式提供，例如零件加工程序输入、 编辑、存储功能、图形功能、刀补以及坐标零点设置功能，调用一个零件加工程序准备切削加工等等。另一类功能是机床厂家或系统集成商根据数控系统制造商提供的窗口二次开发后形成的功能。它主要通过机床操作面板和可编程控制器软件提供。例如启动、停止、自动操作按钮、速率超调、主轴启停、冷却润滑开关等等。对最终用户而言，往往没有必要去分清到底是哪一类功能。应该说第一类功能是死的，而第二类功能是活的，是可以删减的。 数控化改造是对一台旧机床的改造，它离不开原机床的环境，不是一种从零开始的过程。在这种背景下，考虑功能的分布 必须顾及原有的环境。 考虑的因素如下： （ 1）人机工程 改造后的机床应方便操作、环境友好。因此应该将机床的操作面板及显示屏安排在最合理的位置。 （ 2）节省开支 在实现功能的基础上，尽量采用原有的机构和部件。 （ 3）照顾习惯 在设计新的机床面板时，应尽量考虑保持原机床操作按钮的功能设置，有时需要保留一些手动按钮以方便操作人员使用。 八 机床调试验收 新的电气系统改造完以后，怎样进行调试以及确定合理的验收标准，也是技术准备工作的重要一环。调试工作涉及机械、电气、控 制、传感等，因此必须由项目负责人进行，其它人员配合。调试步骤可从简到繁，从小到大，从外到里进行，也可先局部后全局，先子系统后整系统进行。验收标准是对新系统的考核，制 一般应预先将数控系统，接口电路脱机运行，机械及液压气动装置也应单独运行，在确定无误后，才能联机调试。调试时应遵守先手动后自动，先空运行后试切的原则。调试合格后，要按设计要求进行负荷切削实验和各项精度指标的考核，直至加工出合格的产品为止。然后交付使用单位。 机床安装、系统各参数按要求设置完成之后，在机电联调时还需完成各种动作试验、功能试验、空运转、负 荷试验，检验机床数控化改造后是否满足要求。 1 调试步骤与验收标准的确定 定时必须实事求是，过高或过低的标准都会对改造工作产生负面影响。标准一旦确定下来，不能轻易修改，因为它牵涉到整个改造工作的各个环节。 2 调试 调试必须按事先确定的步骤和要求进行。调试人员应头脑冷静，随时记录，以便发现和解决问题。调试中首先试安全保护系统灵敏度，防止人身、设备事故发生。调试现场必须清理干净，无多余物品；各运动坐标拖板处于全行程中心位置；能空载试验的，先空载后加载；能模拟试验的，先模拟后实动； 能手动的， 先手动后自动。 3 验收及后期工作 验收工作应聘请有关的人员共同参加，并按已制定的验收标准进行。改造的后期工作也很重要，它有利于项目技术水平的提高和使设备尽早投产。 改造后机床主要精度如下： （ 1）几何精度 序号 检验项目 允差 主轴箱垂直移动的垂直度 a 在机床的横向垂直平面内 b 在机床的纵向垂直平面内 a、 在 300侧长度上为 b、 在 300侧长度上为 10025 2 工作台面对主轴箱垂 直移动的垂直度 a 在机床的横向垂直平面内 a、 00 b 在机床的纵向垂直平面内 b、 00 3 工作台面的平面度 在 1000长度内为 作台长度增加 1000 允 值增加 最大允差值为 部公差：在任意 300 测量长度上为 工作台面对工作台移动 a、在 300侧长度上为 平行度 b、在 300侧长度上为 5 主轴端部的跳动 a、 主轴锥孔轴线的径向跳动 a、靠近主轴端 b 主轴端面 300 a、 b、 主轴旋转轴线对工作台的垂直度 a 在机床的横向垂直平面内 b 在机床的纵向垂直平面内 b 00 a、 00 b、 00 （ 2） 位置精度 项目 名 称 允 差 1 定位 精度 X 向 300 向 Z 向 2 重复位精度 X 向 向 Z 向 验收及后期工作包括： 机床机械性能验收 经过机械修理和改造以及全面保养，机床的各项机械性能应达到要求，几何精度应在规定的范围内。 电气控制功能和控制精度验收 电气控制的各项功能必须达到动作正常，灵敏可靠。控制精度应用系统本身的功能与标准计量器具 (如激光干涉仪、坐标测量仪等 )对照检查，达到精度范围之内。同时还应与改造前机床的各项功能和精度作出对比，获得量化的指标差。 试件切削验收 可以参照国内外有关数控机床切削试件标准，在有资格的操作工、编程人员配合下进行试切削。试件切削可验收机床刚度、切削力、噪声、运动轨迹、关联动作等，一般不宜采用产品零件作试件使用。 图纸、资料验收 机床改造完后，应及时将图纸 (包括原理图、配置图、接线图、梯形图等 )、资料 (包括各类说明书 )、改造档案 (包括改造前、后的各种记录 )汇总、整理、移交入档。保持资料的完整、有效、连续，这对该设备的今后稳定运行是十分重要的。 总结 每次改造结束后应及时总结，既有利于提高技术人员的业务水平，也有利于整个企业的技术进步。 机床检验高，须将机床安置在适当的基础上，调整安装水平。将工作台 、 滑座和主轴箱分别置于行程的 中间位置，在工作台中央位置放置水平仪，水平仪在纵向和横向的读数就不超过 000。 九 结束语 在整个机床的改造过程中涉及到许多测试、调试问题，在硬件设备改造安装好 后 ，需对机床的机械部分进行调整，对插补（直线、圆弧），反向间隙补偿参考点 增益 等参数进行反复调试，试切工件 对参数进行整体优化完全满足生产质量与精度要求生产稳定运行。 通过上述方案改造的 控铣床 ，加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便。本次改造最大的收获是：通过老师的指导，巩固