c6160普通车床数控改造（横向与纵向进给）.doc
c6160普通车床数控改造（横向与纵向进给）【优秀含CAD图+说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共50页)
编号：18314569
类型：共享资源
大小：845.77KB
格式：RAR
上传时间：2019-04-28
上传人：hon****an
认证信息
个人认证
丁**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
25
积分
- 关 键 词：
-
优秀含CAD图+说明书
数控改造横向
数控车床纵向
纵向和横向进给
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
题目题目: C6160 普通车床数控化改造 (横向与纵向进给) 摘 要 伴随着科学技术的快速发展，数控机床已成为衡量一个国家机械制造工业水平 的重要标志。对普通机床进行数控改造，尤其适应我国机床拥有数量大，生产规模 小的具体国情。这样不但可以使改造后的机床满足技术发展的需求，提高生产率和 产品精度，增大设备适应能力和型面加工范围，还可弥补定购新的数控机床交货周 期长的不足。所以用此方法对我国中、小型企业来说是十分理想的选择。 在数控机床的逐渐普及的过程中，数控系统的价格不断降低，使得旧机床进行 数控化改造的优点更明显，促使越来越多的机械加工厂选择旧机床数控改造作为设 备更新的途径。世界各国，包括许多工业发达的国家相继成立了机床修复公司，翻 新公司或改造公司，承担旧机床数控改造的任务，并成功地改造了一些大型和重型 机床。 本文对 C6160 普通车床进行数控化改造进行了深入研究，主要在横向进给系统和纵 向进给系统俩方面进行改造。通过对原有主要技术参数、传动系统、机床关键部件 参数的计算，对原机床主传动和刀架系统结构进行数控化改造设计、对机床改造方 案的选择以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述。最终经过改造后的机床 已达到预期的功能和精度，完全能够达到预期效果。提高了原机床的生产效率，降 低了劳动强度，改造后的机床性能更加稳定可靠，可以有效提高工件加工精度和生 产效率。 关键词：普通车床；数控化改造；横向进给系统；关键词：普通车床；数控化改造；横向进给系统；纵向进给系统纵向进给系统 Abstract With the rapid development of science and technology, CNC machine tools have become an important symbol to measure the level of a countrys machinery manufacturing industry. NC transformation of ordinary machine tools, especially to adapt to Chinas large number of machine tools, small production scale of specific national conditions. It can not only make the machine modified to meet the needs of technology development, improve the productivity and increase the precision, adaptability and surface processing equipment, also can make up the order new NC machine short delivery period. Therefore, this method is very ideal for our medium and small enterprises. The popularity of CNC machine tools CNC system, continue to lower prices, because of the advantages of old CNC machine tools for the transformation of the more obvious, more and more mechanical processing plant selection of NC transformation of the old machine as a way of updating equipment. All over the world, including many developed countries have set up a machine repair, renovation company or transformation of the company, undertake the NC transformation of the old machine, and successfully transformed some large and heavy machine tool. In this paper, the NC transformation of C6160 lathe has been studied deeply, mainly in the main drive system and the electric tool rest. Through the calculation of the original main technical parameters, transmission system, key parts of the machine tool parameters, selection of NC transformation, and the performance of the machine tool after the transformation is more stable and reliable, and the machining accuracy and the production efficiency of the workpiece can be effectively improved. Key words: Centre lathe; Numerical control transformation; Surfacing feed; Longitudinal feed 目 录 第 1 章 概 论.1 1.1 数控系统发展简史.1 1.2 国内数控机床状况分析.1 1.3 数控系统的发展趋势.1 第 2 章 普通车床的数控改造和可行性论证.3 2.1 车床的数控改造.3 2.1.1 数控机床工作原理及组成3 2.1.2 设计内容及任务3 2.1.3 数控部分的设计与改造4 2.1.4 机械改造部分的设计4 2.2 可行性论证.4 第 3 章 总体设计方案的确定.7 3.1 总体设计方案.7 第 4 章 横向纵向进给系统的改造设计与计算.9 4.1 横向纵向进给系统的组成原理和要求.9 4.2 横向纵向进给系统进给机构的设计内容和设计计算.10 4.3 纵向进给系统的设计与计算.11 4.4 横向进给系统的设计与计算.18 第 5 章 数控系统的选择设计.25 5.1 典型机床数控装置的硬件组成.25 总 结.29 附 录.31 参考文献.41 致 谢.43 - 1 - 第 1 章 概 论 1.1 数控系统发展简史 世界上第一台计算机诞生于 1946,这表明人类创造了可以增强和部分取代脑力劳 动的工具。它与人类在农业和工业社会中所创造的工具相比,只做了一次质的飞跃,它 仅仅是加强体力劳动,为人类进入信息社会奠定了基础。6 年后,1952 年,计算机技术应 用于机床,第一台数控机床诞生于美国。从此,传统机床发生了质的变化。近半个世纪 以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.2 国内数控机床状况分析 1.2.1 国内数控机床现状 国产数控机床的地位近年来我国数控机床的占有率逐年增加,在大中型企业中有较 多的使用,在中小型企业甚至在个别企业中也被广泛使用。在这些数控机床中,除了少 量的机床集成在 FMS 模式之外,大多数机床处于单一的运行状态,有些机床处于低效 率和落后的管理状态。2001,中国机床工业产值已跃居世界第五位。世界机床消费量 上升到第三美元,高达 47 亿 3900 万美元,仅次于 53 亿 6700 万美元,消费量比去年增长 了 25%。但是,由于国产数控机床不能满足市场的需求,中国机床的进口量逐年增加。 2001,进口机床跃升至世界第二位,高达 24 亿 600 万美元,比上年增长 27.3%。近年来, 有数控车床、数控磨床、数控专用加工机床、数控剪板机、数控成形弯板机、数控 压铸机等。普通机床有钻床、锯床、插装机、拉丝机、组合机床、液压机、木工机 床等。数控机床出口品种主要以中低档为主。 1.2.2 中国数控机床的特点 (1)新产品开发取得重大突破,技术含量高的产品处于领先地位。 (2)数控机床的输出量显著增加,数控加工率显著提高。2001 年度国内数控切割机 床产量已达 1 万 8000 台,比上年增长 28.5%。黄金切削机床行业的数控率由 2000 的 17.4%提高到 2001 的 22.7%。 (3)数控机床开发的关键配套产品取得了突破性进展。 1.3 数控系统的发展趋势 (1)继续开发基于 PC 的开放、第六代的方向,基于开放、低成本、高可靠性、软 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 2 - 硬件资源丰富等方面,更多的 CNC 厂商将走上这条道路。以 PC 机为前端机,解决了人 机界面、编程、网络通信等问题。原来的系统承担数控任务。PC 机友好的人机界面 将扩展到所有 CNC 系统。远程通信、远程诊断和维护将变得更加普遍。 (2)发展高速、高精度是使机床适应高速、高精度的需要。 (3)随着智能化的发展,随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展,CNC 系统 的智能化程度将不断提高。自适应控制技术的应用可以检测过程中的一些重要信息, 并自动调整系统的相关参数,以改善系统的运行状态。介绍了以专家系统为指导的技 术工人和专家的经验、处理系统的一般规则和特殊规则,建立了以过程参数数据库为 支撑的人工智能专家系统。 故障诊断专家系统的引入通过自动识别负载来自动调节参数,使驱动系统能够获 得最佳的运行状态。 - 3 - 第 2 章 普通车床的数控改造和可行性论证 对于普通车床的经济型数控改造，在考虑总体设计方案时，应遵循的原则是： 在满足设计要求的前途下，对机床的改动应尽可能的少，以降低成本。 2.1 车床的数控改造 2.1.1 数控机床工作原理及组成 (1)数控机床工作原理： 在加工 CNC 机床零件时,应首先编制零件的加工程序,这是数控机床的工作指令。 加工程序输入到数控装置中,然后数控装置控制机床主运动的变化、升降运动、进给 运动的方向、速度和位移以及切换等运动。在切削刀具中,工件的开闭、夹紧和冷却 以及冷却和润滑,使刀具和工件等辅助装置严格按照工艺规程进行。编制了顺序、轨 迹和参数,对满足要求的零件进行加工。 (2)数控机床的组成: 数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四部分组成。数控 机床的组成图为图 2-1,数控机床的组成。 图 2-1 数控机床的组成图 2.1.2 设计内容及任务 普通车床(C6160)的数控化改造设计包括总体方案的确定和验证,机械改造部分的 设计计算(包括纵向和横向进给系统的设计和计算)、AU 的原理。改造后机床的主要 运动和传动系统图的设计,电机转速电机的控制电路的设计,以及电机的功率。磁力离 合器的设计计算。 本设计任务是对 C6160 卧式车床进行数控改造,实现车床的数控化。采用微机控 数控装置控制介质 测量装置 伺服系统机 床 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 4 - 制车床的纵向和横向进给系统,车床最小纵向运动单元为 0.01/脉冲,横向最小运动单元 0.00 5/脉冲,主运动自动改变,刀架应转换成 A。自动复位刀架,螺纹可自动切割。 2.1.3 数控部分的设计与改造 (1)数控系统运动方式的确定 数控系统根据轨迹可分为点位控制系统和连续控制系统。点控制系统只需要控 制刀具从一点移动到另一点的位置,并且在原理上不控制运动轨迹。连续控制系统可 以严格控制两个或两个以上坐标方向的位移。由于 C6160 车床必须加工复杂的轮廓 件,微机数控系统采用连续控制系统。 (2)伺服进给系统的设计与改造 数控机床伺服进给系统可分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。 闭环控制方案的优点是可以实现机床的精度,可以补偿机械传动系统中的误差,并且可 以消除间隙和干涉对加工精度的影响。但结构复杂,技术难度大,模式调整维护困难,成 本高。 半闭环控制系统由于速度范围宽、过载能力强、反馈控制能力强,比步进电机驱 动的开环控制系统好得多。然而,半闭环控制方式比开环更复杂,设计必须有其自身的 特点和技术难点。 开环控制系统中没有位置控制器和反馈电路,开环系统精度差,结构简单,易于调节,在 精度不高的情况下经常使用。比较后,由于 C6160 车床精度低,决定采用开环控制系统。 (3)数控系统硬件电路的设计 数控系统由硬件和软件两部分组成。硬件是控制系统的基础,其性能直接影响整 个数控系统的性能。在普通机床的经济型数控改造中,第一次设计周期长,不经济,质量 难以保证。第二个更不经济。所以没有课程设计需要第三小时计划。 2.1.4 机械改造部分的设计 进给机构的改造：将原机床的挂轮机构、进给箱、溜板箱、滑动丝杠、光杠等 全部拆除。纵向、横向进给以步进电动机作为驱动元件经一级齿轮减速后，由滚珠 丝杠传动。 2.2 可行性论证 根据自动化制造系统，可行性论证使用户建造自动化制造系统项目前所进 - 5 - 行的技术和经济性分析报告，是上级主管部门审定和批准立项的基本依据。同样， 在进行普通车床的经济型数控改造之前进行合理的、科学的可行性论证是必要的。 根据传统的论证方法，普通车床的经济型数控改造的可行性论证应围绕以下几 个方面进行，即企业生产经营现状及存在的问题分析，企业生产经营目标，改造的 基础条件、目标、技术方案、投资概算、效益分析，改造后车床的实施计划，结论 等。 由于本设计仅作为大学本科生的毕业设计，故在此，设计者仅对改造的投资概 算作一简要的可行性论证。 改造设计是对 C6160 车床进行经济型数控改造。在变换设计中,采用的是广由国 家数控设备厂生产的 GSK980T 数控系统,加上两个伺服电机,两套滚珠丝杠副及配套 传动部件,以及齿轮副、变频调速电机、四电磁离合器和齿轮副的主传动部分。这样, 改造设备和旧设备的造价不会超过 15 万元。因此,对适合中国国情的普通车床进行经 济型数控改造,提高国产机床的自动化程度和精密度是国内企业的有效选择。具有一 定的典型性和实用性。 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 6 - - 7 - 第 3 章 总体设计方案的确定 3.1 总体设计方案 在总体设计方案论证后,C6160 车床经济型数控改造总体方案如下图所示:C6160 车床主轴转速采用变频调速交流异步电机;变速部分采用电磁离合器控制机构,轿厢纵 向进给和横向进给运动采用步进电机驱动。运动由步进电机驱动,减速后驱动齿轮螺 杆驱动齿轮,实现纵向进给和横向进给运动,将刀架变为微机驱动的自动换位工具,由电 机驱动。为了保持螺纹切削功能,需要主轴脉冲发生器。 改造后的总体方案示意图如图 3-1 所示。 图 3-1 总体方案设计图 步进电动机 车床 加工工件 图纸 工件变速箱 数控程序 编制 变速箱 步进电动机 手工输入 或 计算机 控制计算机 功率放大器 存储装置 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 8 - - 9 - 第 4 章 横向纵向进给系统的改造设计与计算 横向纵向进给系统进给机构的设计是普通车床经济型数控改造的主要部分，如 果说 CNC 系统是数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么，伺服驱动系 统便是数控机床的“四肢”，是执行机构，它忠实而准确的执行由 CNC 系统发来的运 动命令。伺服控制系统是联接数控系统与机床的枢纽，其性能是影响数控机床的精 度、稳定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。 4.1 横向纵向进给系统的组成原理和要求 (1)横向纵向进给系统的组成原理 机床进给横向纵向进给系统主要由伺服驱动控制系统与机床进给机械传动机构 两大部分组成。机床进给机械传动系统通常由减速齿轮、滚珠丝杠、机床导轨和工 作台拖板等组成。对于伺服驱动控制系统，按其反馈信号的有无，分为开环和闭环 两种控制方式。对于开环横向纵向进给系统只能由步进电机驱动，它由步进电机驱 动电源和电动机组成。闭环横向纵向进给系统则分为直流电动机和交流电动机两种 驱动方式，并且是双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度 反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部 件，它由速度调节器、电流调节器以及功率驱动放大器等部分组成。位置环是由 CNC 装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成。根 据其位置检测信号所取部位不同，它又分为半闭环和全闭环两种。半闭环采用转角 位置检测装置，安装于滚珠丝杠端部，或直接与伺服电动机转子的后端相连(与伺服 电动机成一体)；对于全闭环系统需要采用直线位置检测装置，安装于机床导轨与工 作台拖板之间。通常伺服驱动控制单元与电动机由一个生产厂家配套提供(甚至包括 位置检测装置)。 (2)横向纵向进给系统的要求 横向纵向进给系统是把数控信息转化为机床进给运动的执行机构。为了保证机 床的加工质量和效率,机床对伺服系统具有“稳定、准、快、宽、满”的五个要求。它 反映了伺服驱动系统的五个性能指标。稳即稳定性,也就是要求系统有较好的抗干扰 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 10 - 性,电源、环境、负载等的波动对其影响不大。它具有调速性能强、机械过载能力强、 稳定性好、适应性好等特点,从而保证了工件加工的一致性。 准确性是必不可少的。为了保证加工质量,定位精度必须高于系统的定位精度。 数控机床是通过数控系统的指令自动完成整个加工过程的数控机床。它不像普通的 机床。在中间,操作者可以通过操纵手轮来测量工件并校正加工偏差。数控机床是由 加工程序一次完成的,因此进给系统的定位精度直接决定工件的加工精度,也是评价数 控机床的关键性能指标。 影响数控加工精度的主要因素有:CNC 系统的精度(主要取决于插补操作的精度)、 伺服系统的精度、机床的机械精度(如主轴、刀架、旋转精度等)。对工作台、刀具和 工件夹紧精度等方面进行了研究。伺服系统的精度起着重要的作用。 快速响应是快速的。事实上,机床进给伺服系统是一种高精度位置伺服系统。它 不仅要求较小的静态误差,而且需要快速的动态响应,其特点是起升和停止的短速度过 程和高加速度。 宽度是一个很宽的速度范围。通常,在数控机床的实际操作中,工作台的进给速度 需要满足两个指标:轻载快速接近定位速度(即编程指令 G00 的速度)、进刀速度(即 PRO 后面的 F 值所需的速度)。语法指导,如 G01、G02 等。 可提供足够的输出转矩或驱动功率。特别是,为了满足重型切削和高速切削的要 求,还要求系统具有相应的过载能力,以确保稳定性。 除了上述五个主要性能指标外,进给伺服系统还要求低温上升、噪声小、效率高、 体积小、价格低廉、控制方便、线性度好、可靠性高、维护方便、对温度和湿度要 求较高等等。 4.2 横向纵向进给系统进给机构的设计内容和设计计算 数控机床的横向纵向进给系统进给系统的控制方式有多种，如：开环控制闭环 控制以及半闭环控制。 正如总体设计方案论证中所说，本设计任务的精度要求不高，结合经济型改造 的特点，设计者采用以步进电机为驱动的开环控制方式来设计其横向纵向进给系统 进给系统。下面对开换系统的控制形式及特点加以简要分析。 (1)工作原理及控制特点 开环控制系统利用脉冲马达的伺服性能，即对应一定的脉冲，必定有一定的转 - 11 - 角，从而通过丝杠螺母机构使工作台移动一定的距离。 (2)定位精度 虽然开环控制系统很难保证较高的位置控制精度，对于影响定位精度的机械传 动装置的刚度、摩擦、惯量、间隙等的要求较高，一般在0.010.02mm 之间； 但对于经济型数控车床来说，定位精度要求并不高。 (3)稳定性 结构简单，调试方便，工作可靠，稳定性好。 4.3 纵向进给系统的设计与计算 (1)进给系统的设计内容 经济型数控车床的改造一般是将丝杠、光杠及安装座拆去，配上滚珠丝杠及相 应的安装装置，纵向驱动的步进电动机及减速箱安装在车床的车尾。书控车床通过 步进电动机经减速驱动滚珠丝杠，带动刀架左右移动。 纵向进给系统设计的主要内容有：滚珠丝杠副的设计计算及选择、减速比的确 定及减速箱的设计、步进电动机的选择等。 (2)纵向进给系统的设计计算 已知条件： 纵向脉冲当量 p=0.001mm/脉冲； 纵向最高进给速度 Vfymax=2m/min； C6160 车床工作台质量 w=100kg=1000N(根据图形尺寸粗略计算)； 时间常数 T=25ms 纵向进给切削力 Fz 的确定 根据机床设计手册查出 =35% (4-1) a df P P 式中：Pdf -进给系统所需电机功率 Pa -主传动电机功率 由前面的设计计算可知： Pa=11kw 取比例系数为 4% 则 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 12 - Pdf= Pa4%=0.44kw (4-2) 根据机床设计手册查出 Fy= (4-3) f dff V P6120 式中：f-进给系统效率，其范围为 0.150.20， 取 f =0.175 Vf-进给速度(m/min)，查实用机床设计手册可知： Vf=(1/21/3)Vfymax (4-4) 取 Vf=(1/2)Vfymax=1 m/min 则 FZ=4712.4 (N) 当 FZ=4712.4N 时，切削深度 ap=2mm，走刀量 f=0.3mm . 以此参数作为下面计算的依据，从实用机床设计手册中可知，在一般圆切 削时： =(0.10.6) (4-5) x F z F =(0.150.7) (4-6) y F z F =0.5=0.54712.4=2356.2() x F z FN =0.6=0.64712.4=2827.44() y F z FN (3)滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠在运行中受到轴向载荷,导致滚珠与滚道表面之间的接触应力。滚道表 面的接触点是交变接触应力。在这种交变应力作用下,在一定次数的应力循环次数后, 滚珠和滚道表面有疲劳损伤,导致滚珠丝杠失去工作性能,这是滚珠丝杠失效的主要形 式。在设计滚珠丝杠副时,必须保证在一定轴向载荷作用下,滚珠在 106 转后滚道上受 到滚珠压力,但不存在点蚀现象。此时轴向载荷可以是滚珠丝杠所能承受的最大动载 荷 Q。 滚珠丝杠已被标准化,因此滚珠丝杠的设计可以归结为滚珠丝杠模型的选择。 额定动载荷与计算动载荷 C 从实用机床设计手册中查得： - 13 - (4-7) d Hdh F f fff n C 式中：fh - 寿命系数 fd - 载荷性质系数 fH - 动载荷硬度系数 fn - 转速系数 Fd - 最大工作负载 (N) 根据实用机床设计手册可知： 选工作寿命: h =15000h,则 fh =3.107 (4-8) 3/1 ) 500 Lh ( 选载荷性质系数：fd =1.35； 选动载荷硬度系数：fH =1.0； 转速系数：fn = ； (4-9) 3/1 ) 3 . 33 ( n V =1000mm/min 根据上述选择的情况下,计算结果如表 5.1 所示; 表 5-1 动载荷计算 丝杠导程L0/mm121086 n =V/L0 (r/min)8303100125166.7 fn0.7370.6930.6940.584 c/n26883285903081333926 综合导轨车床丝杠的轴向力： (4-10)W)(FfkFF ZX 式中：K=1.15，f=0.150.18，取 0.16.得； =3623.6 (N) 1000)(4712.40.162356.215 . 1 F 寿命值： (4-11)18 10 150002060 10 t60n L 66 ii i 最大负载： C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 14 - (4-12)FffLQ Hw 3 i =11395.8 (N)6 .362312 . 118 3 查参考文献实用机床设计手册可选用 NL4510 型号的滚珠丝杠副,名义直径 为 45mm,丝杠导程为 10 mm, 螺旋角,滚珠例数为 3 系列,其额定动载荷为 34o 33300N,所以其强度够用。 支承方式：选用“单推单推”的支承方式。 效率计算； (4-13) )( tg tg 式中：-螺纹的螺旋升角 34o -摩擦角；所以=则：004 . 0 003 . 0 tg 45 13 (4-14)%97 )451334( 34 o o tg tg 经验表明：在数控化改造设计中，有普通丝杠换成滚珠丝杠，只要名义直径相 同，支承方式相同或有改善，其丝杠的强度，刚度和稳定性计算可以不计算，因为 采用类比法，改善后肯定合格。 (4)齿轮设计 齿轮传动比 i： (4-15) 517 . 4 01 . 0 360 105 . 1 360 0 p L i 式中；-步进电动机的步矩角，选为 1.50， 计算出 i5，因此可以选一级传动。 大小齿轮都采用 45 号钢调质，选小齿轮硬度为 260HB290HB，大齿轮硬度为 220HB250HB，精度选用六级，模数 m=2mm , 齿宽 b=20mm, 螺旋角 =，齿 0 20 数 Z1=18，齿数 Z2=75，则： (4-16)36182 11 mzd 150752 22 mzd - 15 - (4-17)93)( 2 1 21 dda 还应该校核齿轮表面接触疲劳强度，弯曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过 程略。 步进电动机的确定 步进电动机步矩角的选择； (4-18) 0 0 5 . 1 10 17 . 4 01 . 0 360 360 L i p 等效转动惯量的计算 惯量对运动特性有很大影响，对加速能力，加速时驱动力矩及动态的快速反应 有直接关系，因此核算转动惯量很有必要。 纵向横向纵向进给系统改进后等效转动惯量的简图如下： 图 5-1 改造后的纵向横向纵向进给系统等效转动惯量简图 等效步进电动机轴的转动惯量计算，采用下式： (4-19) 112 1 JJJJ i J zzs 式中：-工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 1 J -滚珠丝杠转动惯量 s J -齿轮 1 的转动惯量 1z J -齿轮 2 的转动惯量 2z J C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 16 - =100=0.146() (4-20) 1 JW P 2 180 2 5 . 114. 3 01. 0180 kgf 2 cm 滚珠丝杠转动惯量：=7.8 (4-21) s J 4 10 4 D 1 L =7.8140=45.741() 4 10 4 5.4kgf 2 cm 齿轮的转动惯量：=7.82=0.262() 1z J 4 10 4 6 . 3kgf 2 cm =7.82=78.975() 2z J 4 10 4 15kgf 2 cm 电动机转动惯量很小可忽略，因此总的转动惯量： = J 112 1 JJJJ i zzs = 146 . 0 262 . 0 975.78741.45 17 . 4 1 2 =7.58()=75.8kgf 2 cm)( 2 cmN 所需转动力矩计算： 折算到步进电动机轴的力矩可分为三种情况进行计算。 快速空载启动时所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 (4- 22) 最大切削负载时所需力矩： (4-23) M=Mat+Mf+M0+Mt 快速进给所需力矩 M=Mf+M0 (4-24) 式中：Mamax-空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩； Mf -折算到电机轴上的摩擦力矩； M0 -由丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的摩擦力矩； Mat-切削时折算到电机轴上的加速度力矩； Mt -切削时折算到电机轴上的切削负载力矩。 Ma=(Nm) (4-25) 4 10 6 . 9 T Jn 式中：T 为时间常数 T=0.025s - 17 - 当 n=nmax时，Mamax=Ma； nmax =834r/min (4-26) 10 17 . 4 2000 0 max L iV Mamax= 4 10 025 . 0 6 . 9 83458 . 7 ）（cm. 4 . 276)m.(764 . 2 NN 当 n=nt时，Mat=Ma； (4-27) 0 L fi 主 n nt = 10 17. 43 . 0100 =12.51 (r/min) 4 st 10 025 . 0 6 . 9 58. 7 M (4-28) i wLf M f 2 0 当 =0.8，f=0.16 时； 17 . 4 8 . 014 . 3 2 110016 . 0 f M =7.64(NCM) 当=0.9 时： 0 = (4-29) 0 M 2 0 0 1 6 i LFx = 2 9 . 01 17 . 4 8 . 014 . 3 6 1 7 . 282 =0.854()=8.54() kgfcmNcm M= (4-30) i LFx 2 0 = 17 . 4 8 . 014 . 3 2 1 7 . 282 =13.5()=135()kgfcmNcm 从而求得，快速空载启动所需力矩 M=Mamax+Mf+M0 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 18 - =276.4+7.64+8.54 =294.88 (NCM ) 切削时所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt =3.95+7.64+8.54+135 =155 ()Ncm 快速进给时所需力矩 M=Mf+M0 =7.64+8.54 =16.18 (NCM ) 由以上分析计算可知，所需最大力矩 Mmax发生在快速启动时，即： Mmax=294.88 (NCM ) 步进电动机的最大静转矩 Tjm 为。 (4-31) 866 . 0 4 . 0866 . 0 max0 TT Tjm 4 . 0866. 0 88.294 =851.3 (NCM ) 步进电动机的最高频率计算； (HZ) (4-32) 3 . 3333 01 . 0 60 2000 60 max max p V f 电动机采用三相六拍的工作方式，经综合考虑，选用 110BF003 型的直流步进电 动机能满足要求。 4.4 横向进给系统的设计与计算 (1)进给系统的设计内容 经济型数控车床改造的横向进给系统的设计比较简单，一般是步进电动机经减 速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电动机安装在大拖板上，用发兰盘将步 进电动机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。 横向进给系统设计的主要内容有：滚珠丝杠副的设计计算及选择、减速比的确 定及减速箱的设计、步进电动机的选择等。 (2)横向进给系统的设计计算 已知条件： 纵向脉冲当量 y=0.0005mm/脉冲； - 19 - 纵向最高进给速度 Vfymax=1m/min； C6160 车床工作台质量 w=40kg=4000N(根据图形尺寸粗略计算)； 时间常数 T=25ms 横向进给切削力 Fx的确定 根据机床设计手册可知； 横向进给量为纵向的 1/2-1/3 ，取 1/2，则切削力约为纵向的 1/2。 =0.54712.4=2356.2() (4-33) z FN =0.5=0.62356.2=1178.1() (4-34) x F z FN (3)滚珠丝杠的设计计算 滚珠丝杠在工作中承受轴向负载，使得滚珠和滚道型面间产生接触应力；对滚 道型面上某一点，是交变接触应力。在这种交变应力的作用下，经过一定的应力循 环次数后滚珠和滚道型面产生疲劳损伤，从而使得滚珠丝杠丧失工作性能，这是滚 珠丝杠破坏的主要形式。在设计滚珠丝杠副的时候，须保证能够它在一定的轴向负 载的作用下，在回转 106转后，滚道上虽然受滚珠压力，但不应有点蚀现象发生，此 时所能承受的轴向负载成为这种滚珠丝杠能承受的最大动负载 Q。 滚珠丝杠副已经标准化，因此滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠副型号的选择。 强度计算： W)(FfkFF ZX 式中：K=1.4；f=0.2,得； =2200.5 (N) (4-35)400)(2356.20.21178.14 . 1F 寿命值： (4-36)13.5 10 150001560 10 t60n L 66 ii i 最大负载： FffLQ Hw 3 i =6287.5 (N) (4-37)2200.512 . 113.5 3 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 20 - 查参考文献实用机床设计手册可选用 WD2004 型号的滚珠丝杠副,名义直径 为 20mm,丝杠导程为 4 mm ,螺旋角,滚珠例数为 3 系列,其额定动载荷为393o 7600N,所以其强度够用。 支承方式：选用“单推单推”的支承方式。 效率计算； )( tg tg 式中：-螺纹的螺旋升角 393o -摩擦角= 则： 10 (4-38)96 . 0 )10393( 393 o o tg tg 经验表明：在数控化改造设计中，有普通丝杠换成滚珠丝杠，只要名义直径相 同，支承方式相同或有改善，其丝杠的强度，刚度和稳定性计算可以不计算，因为 采用类比法，改善后肯定合格。 (4)齿轮设计 齿轮传动比 i： (4-39)53 . 3 005 . 0 360 45 . 1 360 0 p L i 式中：-步进电动机的步矩角，选为 1.50， 计算出 i5，因此可以选一级传动。 大小齿轮都采用 45 号钢调质，选小齿轮硬度为 260HB290HB，大齿轮硬度为 220HB250HB，精度选用六级，模数 m=2mm，齿宽 b=20mm，螺旋角 =，齿 0 20 数 Z1=20，齿数 Z2=66，则： (4-40)40202 11 mzd 132662 22 mzd (4-41)86)( 2 1 21 dda 还应该校核齿轮表面接触疲劳强度，弯曲疲劳强度。经校核均合格，其校核过 - 21 - 程略。 步进电动机的确定 步进电动机步矩角的选择； (4-42) 0 0 5 . 1 4 17 . 4 005 . 0 360 360 L i p 等效转动惯量的计算 惯量对运动特性有很大影响，对加速能力，加速时驱动力矩及动态的快速反应 有直接关系，因此核算转动惯量很有必要。 改造后的横向横向纵向进给系统等效转动惯量简图如下: 图 5-2 改造后的纵向横向纵向进给系统等效转动惯量简图 等效步进电动机轴的转动惯量计算，采用下式； (4-43) 112 1 JJJJ i J zzs 式中： -工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 1 J -滚珠丝杠转动惯量 s J -齿轮 1 的转动惯量 1z J -齿轮 2 的转动惯量 2z J =40 1 J 2 5 . 114 . 3 005. 0180 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 22 - =1.46()=0.0146()kgf 2 mmkgf 2 cm 滚珠丝杠转动惯量： =7.850=0.624() s J 4 10 4 2kgf 2 cm 齿轮的转动惯量： =7.82=0.4() 1z J 4 10 4 4kgf 2 cm =7.82=47.36() 2z J 4 10 4 2 . 13kgf 2 cm 电动机转动惯量很小可忽略，因此总的转动惯量： =J0146 . 0 4 . 0624 . 0 36.47 3 . 3 1 2 =4.82()=48.2 kgf 2 cm)( 2 cmN 所需转动力矩计算： 折算到步进电动机轴的力矩可分为三种情况进行计算。 快速空载启动时所需力矩： M=Mamax+Mf+M0 (4-44) 最大切削负载时所需力矩： M=Mat+Mf+M0+Mt (4-45) 快速进给所需力矩： Ma= NM (4-46) 4 10 6 . 9 T Jn 式中；T 为时间常数 T=0.025s 当 n=nmax时，Mamax=Ma； nmax = =833.25r/min (4-47) 4 3 . 31000 0 max L iV Mamax= 4 10 025 . 0 6 . 9 25.83382 . 4 =1.67(Nm)=167( Ncm) 当 n=nt时，Mat=Ma； =(5-48) 0 L fi 主 n nt 0 1000 DL Vfi = 46014 . 3 3 . 315 . 0 1001000 - 23 - =66.34 (r/min) Mat= 4 10 025 . 0 6 . 9 34.6682 . 4 =0.0348 (Nm)=3.48()Ncm (4-49) i wLf M f 2 0 当 =0.8，f=0.2 时； 3 . 38 . 014 . 3 2 04402 . 0 f M =0.193()=1.93()kgfcmNcm 当=0.9 时： 0 = (4-50) 0 M 2 0 0 1 6 i LFx = 2 9 . 01 3 . 38 . 014 . 3 6 4 . 0 8 . 117 =0.18()=1.8()kgfcmNcm = (4-51) t M i LFx 2 0 = 3 . 38 . 014 . 3 2 4 . 0 8 . 117 =2.84()=28.4()kgfcmNcm 从而求得，快速空载启动所需力矩 M=Mamax+Mf+M0(5-52) =16.7+0.193+0.18 =17.073()kgfcm 切削时所需力矩 M=Mat+Mf+M0+Mt (4-53) =0.348+0.193+0.18+2.84 =3.561 ()kgfcm 快速进给时所需力矩 M=Mf+M0(5-54) =0.193+0.18 C6160 普通车床数控化改造(横向与纵向进给) - 24 - =0.373()kgfcm 由以上分析计算可知，所需最大力矩 Mmax发生在快速启动时，即： Mmax=17.073()=170.73(Ncm)kgfcm 步进电动机的最大静转矩 Tjm 为。 (4-55) 866 . 0 4 . 0866 . 0 max0 TT Tjm 4 . 0866. 0 73.170 =490 (Ncm) 步进电动机的最高频率计算； (HZ) (4-56) 3 . 3333 005 . 0 60 1000 60 max max p V f 电动机采用三相六拍的工作方式，经综合考虑，选用 110BF003 型的直流步进电 动机能满足要求。 - 25 - 第 5 章 数控系统的选择设计 机床数控系统设计在应用工作中，软件设计是一个重要方面。实际设计与硬件 设计是不可分割的，二者必须结合, 哪些能由硬件完成，那些能由软件完成，在硬件 设计基本定型后，分工也就基本确定下来了，这时软件设计工作才开始进行。 软件设计工作，按其功能可分二类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的 功能，如步进电机控制，插补，误差补偿计算，反馈量的处理，零件加工程序，显 示输出等；另一类是监控软件，它是控制微机系统按预定的操作方式运转的程序， 它完成人机通信，并协调执行程序和操作者之间的关系，在软件系统中充当组织调 度的角色，如系统自检，初始化，处理键盘命令，处理揭开命令等。但执行软件和 监控软件没有明确的界限和固定的功能划分，。习惯上把键盘解释程序作为监控程 序，其它任务都分散在特定功能执行程序中，并由监控程序来调用必要的功能模块， 完成预定的任务。 在进行软件设计时，应从全局着眼，先将整个系统按功能分成一个一个的模块， 并为每一个执行模块定义，然后设计出每一个具体模块的程序，最后组成一个系统。 不仅整个系统的程序结构可具有模块化的特性，而且其模块内部有可以细分为小模 块。模块特性对测试很有利，功能扩充也很方便，要增加新功能，只要增加新模块 就能实现，象搭积分木一样。因此，这样的模块程序设计方法， 思路清晰，逻辑性 强，柔性较强 5.1 典型机床数控装置的硬件组成 CNC 系统(数控系统)是在硬件的支持下，通过运行软件来进行工作的。所以， CNC 装置的功能强弱首先取决于其硬件 8.2 典型 CNC 系统(数控系统)技术性能 在本设计中，设计者根据实际情况选择了广州数控设备厂的 GSK980T 数控系统。 其技术性能如表 8.1 所示；GSK980T
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号