C6140卧式车床数控化改造设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 机电一体化 课程设计 说明书 设计题目： 式车床数控化改造设计 班级：班 设计者： 学号： 指导教师： 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 目录 1 设计任务 . 3 2 设计要求 . 6 体方案设计要求 . 6 计参数 . 7 . 8 3 进给伺 服系统机械部分设计与计算 . 9 给系统机械结构改造设计 . 9 给伺服系统机械部分的计算与选型 . 9 定系统的脉冲当量 . 9 向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 . 9 向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 . 步进电动机的计算与选型 . 17 进电动机选用的基本原则 . 17 距角 . 精度 . 转矩 . 启动频率 .进电动机的选择 . 17 6140 纵向进给系统步进电机的确定 . 向进给系统步进电机的确定 . 电动刀架的选择 . 18 6 控制系统硬件电路设计 . 19 制系统的功能要求 . 19 件电路的组成： . 19 路原理图 . 19 轴正反转与冷却泵启动梯形图 . 错误 !未定义书签。 7 总结 . 21 8参考文献 . 21 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 1 设计 任务 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 设计任务 :将一台 式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径 460) 最大加工长度 1150) X 方向（横向）的脉冲当量 冲， Z 方向（纵向）脉冲当量 冲 4) X 方向最快移动速度 100mm/Z 方向为 000mm/) X 方向最快工进速度 70mm/Z 方向为 30mm/) X 方向定位精度 Z 方向 ) 可以车削柱面、平面、 锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为 25) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变速信号 10) 自动控制冷却泵的起 /停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与 串行通讯 13) 显示界面采用 码管，编程采用相应数控代码 2 设计要求 作性能好，并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明，将其改造为数控机床，无论是经济上还是技术都是确实可行了。一般说来，如果原有车床的工作性能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同时具有 数控控制和原机床操作的性能，而且在加工精度，加工效率上都有新的突破。 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01.0x02.0z买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 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。 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。 由机械加工工艺手册表 列出 式车床的技术数据如下： 名称 技术参数 在床身上 400件最大直径 在刀架上 210尖间最大距离 650;900;1400;1900制螺纹 1工螺纹范围 英制螺纹 t/m 2数螺纹 节螺纹 t/m 1大通过直径 48锥度 莫氏 6 号 主轴 正转转速级数 24 正转转速范围 10 1400r/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 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 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 号 尾座 横向最大移动量 10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 460床鞍上 210大加工长度 1150进速度 纵向 6000mm/向 3100mm/大切削进给速度 纵向 730mm/向 370mm/板及刀架重力 纵向 800N 横向 600N 脉冲当量 纵向 冲 横向 冲 定位精度 纵向 向 它要求 （ 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 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 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，保证 安装、调试、拆卸方便，需经常调整的部位调整应方便。 3 进给伺服系统机械部分设计与计算 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。改造的方案如下： 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。 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。 定系统的脉冲当量 纵向： 冲 由设计要求可知：脉冲当量 横向： 冲 向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 （ 1）切削力的计算 由机床设计手册得 d k 其中 为传动件的额定功率 主电机的额定功率， .5 主传动系统总功率，一般为 =k 进给系统功率系数，取 k=： 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 又因为： 1060 6120 式中 切削速度，取 00m/切削力 =机电一体化系统设计课程设计指导书可知主切削力 于一般切削情况： ， ， 88 2=18802的计算结果如下： 为便于计算 ,所以取 切削深度 ，走刀量 f=，为以下计算以此为依据。 由机床设计手册得，在一般外圆车削时， y (z 取 z ) ) （ 2）滚珠丝杠的设计计算 由经济型数控机床总设计，综合车床导轨丝杠的轴向力得 P=f（ ） 其中 K=, f = 取 f =(00)=) 1 强度计算 寿命值 1060 1000LD ) 3 3 3 4 4 4 f( ) z(N) 文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 由机床设计手册得 5000h, 0L=12 D=80 10(r/10150001060 =9 最大动负 Q=3 其中 运载系数 度系数 Q=39 1=) 根据最大动力负载荷 表选择滚珠丝杠的型号为 4，查表得数控车床的纵向精度为 型号为 4 E 1800 640，其额定载荷是 44400N 2 效率计算 根据机械原理得，丝杠螺母副传动效率为 =)( 械原理得 一般为 8 12取 =10 即：摩擦角 =10，螺旋升角（中径处） r=3 则 = )01523(52300 3 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载 2 = E=106N/ 2 滚珠丝杠横截面积 F=(2d) =（248） 2 2)（ d 为滚珠丝杠外径） 则 210 6 =10机床设计手册， 1800螺丝长度）为 15um/m ，因此，丝杠的刚度符合要求。即刚度足够。 稳定性验算 由于原机床杠径为 30 ，现选用的滚珠丝杠为 50 ，支承方式不变。所以，稳定性不成问题，无需验算。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 （ 3） 齿轮及转矩的相关计算 1）有关齿轮的计算 传动比 i=360其中 表示步驱角， z 表示脉冲当量 i=齿数 2, 0 模数 m=2 啮合角为 200 齿轮齿宽 b=20 d1= 32=64 d2= 40=80mm 2 (32+2)=68 (40+2)=84mm a=2 21 =28064=72 2）转动惯量的选择 工作台质量折算到电机轴上的转动惯量 z180 )2W=()2 80= 2=杠的转动惯量 1054 180= 2=轮的转动惯量 10( 2= 2=1084 2= 2=于电机的转 动 惯量很小，一般可忽略不记 所以总的转动惯量为 J 总 =21i ( ( 2= 2 3） 所需转动力矩的计算 快速空载启动时所需力矩 M=f+ 最大切削负载时所需力矩 M=f+t 快速进给时所需力矩 M=O 式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩。 折算到电机轴上的摩擦力矩。 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。 切削时折算到电机轴上的加速度力矩。 折算到电机轴上的切削负载力矩。 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 10中 T= 当 n=a lo 2 76.0(r/ 10m=nt=1000 = = 10f=2=2当 =f =， =O=6(1当 =加荷 1O=2)1(31 24131 2 =t=231 = =以，快速空载启动所需力矩 M 快空 =f+削时所需力矩 M 切 = f+t=速进给时所需力矩 M 快速 =O=以上计算可得 所需最大力矩 生快速启动时 快空 = 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 （ 1）切削力的计算 横向进给量约为纵向的2131,取横向切削力约为纵向切削力的21买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 1F 纵 z=21 切断工件时 纵 z= 2）滚珠丝杠的设计计算 1 强度计算 对于燕尾型导轨 P=f（ ） 其中 K=, f =(00)=n= =12r/命值 1060610150001260 =大动负载 Q=3中 Q=3 1 据最大动负载荷的值 ,可选择滚珠丝杠的型号 ,其公称直径为 40 ,型号为定动负载荷为 21100W，所以强度够用。 2 效率计算 根据机械原理得，丝杠螺母副传动效率为 =)( 械原理得 一般为 8 12取 =10 即：摩擦角 =10，螺旋升角（中径处） r=3 则 = )01383(3830 = 3 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载， =F 2d） 2 =（2 其中 = 10=为滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量 L= 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 即导程变化总误差为 =L=110 10. m 查表知 5um/n ，所以刚度足够。 4 稳定性验算 由于原机床杠径为 30 ，现选用的滚珠丝杠为 40 ，支承方式不变。所以，稳定性不成问题，无需验算。 （ 3）齿轮及转矩的相关计算 1）有关齿轮的计算 传动比 i=360其中 表示步 驱角，x表示脉冲当量 i=齿数 0, 3 模数 m=2 啮合角为 200 齿轮齿宽 b=20 d1= 30=60 d2= 63=126mm 2 (30+2)=64 (65+2)=130mm a=2 21 =212664=93 2）转动惯量的选择 工作台质量折 算到电机轴上的转动惯量 x180)2W=()2 30= 2=杠的转动惯量 1044 64= 2 齿轮的转动惯量 1064 2= 2 10 4 2= 2 由于电机的转 动 惯量很小，一般可忽略不记，所以总的转动惯量为 J 总 =21i ( ( 2 3） 所需转动力矩的计算 快速空载启动时所需力矩 M=f+ 最大切削负载时所需力矩 M=f+t 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 快速进给时所需力矩 M=O 式中 空载启动时折算到电机轴上的加速度力矩。 折算到电机轴上的摩擦力矩。 由于丝杠预紧所引起，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。 切削时折算到电机轴上的加速度力矩。 折算到电机轴上的切削负载力矩。 10中 T= 当 n=a lo 0 77.7(r/4 10m=nt=1000 =1000 = 10m=f=2=2当 =f =， =m MO=6(1当 =加荷 1O=2)1(31 2 =m Mt=231 = =m 所以，快速空载启动所需力矩 M 快空 =f+m=削时所需力矩 M 切 = f+t=m=速进给时所需力矩 M 快速 =O=m=以上计算可得，所需最大力矩 快空 =文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 4 步进电动机的计算与选型 合理选用步进电动机是比较复杂的问题，需要根据电动机在整个系统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。现仅就选用步进电机最基本的原则介绍如下： 距角 步距角应满足 错误 !未找到引用源。 i 传动比 系统对步进电动机所驱动部件要求的最小转角 度 步进电动机的精度可以用步距误差或累积误差衡量，累积误差是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差的最大值，用累积误差衡量精度比较实用，所选用的步进电动机应满足： m i s 式中， m s 矩 为了使步进电动机正常运转（不失步，不越步）正常启动并满足对转速的要求，必须考虑以下条件 启动力矩，一般启动力矩选取为 电机启动力矩 电机静负载力矩 在要求在运行频率范围内，电机运行力矩应大于电动机的静载力矩与电动机的转动惯量（包含负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 动频率 由于步进电动机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的增大而降低， 因此，相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足： m 式中 6140 纵向进给系统步进电机的确定 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 =满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查 表知： 以步进电动机最大静转矩 66.0 误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 =. m 步进电动机最高工作频率： 误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。=合考虑，查表选用 90直流电动机，能满足使用要 求。 6140 横向进给系统步进电机的确定 未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 =满足最小步距要求，电动机选用三相六拍工作方式，查表知： 以步进电动机最大静转矩 66.0 误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用 源。 =m 步进电动机最高工作频率： 误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。=合考虑，查表选用 90直流电动机，能满足使用要求。 5 电动刀架的选择 自动转位刀架的设计是普通机床数控化改造的关键。它要求刀架要具有抬起、回转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求高，但它保持了原本床工件最大回转直径的条件下，提供选用的多把刀的可能性。 电动刀架的安装较方便，只要将 原车床上的刀架拆下将电动刀架装即可，但要注意两点： 1) 电动刀台的两侧面应与车床的横向进给方向平行。 2) 电动刀台与系统的连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后面，再沿车床后导轨下方拉出的铁丝滑线，走线到系统。其好处在于：避免走线杂乱无章，而使得加工时切屑、冷却液以及其它杂物磕碰电动刀架系统。 综合各方面因素，选用常州武进机床数控设备厂生产的 机床型号 位数 4 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 电机功率（ W） 7500 电机转速 1400r/紧力 1 切体尺寸 152 152 下刀体尺 161 171 配车床型号 复定位精度 作可靠性 30000 次 换刀时间 90 ） 180 ） 270 ） 6 控制系统硬件电路设计 1) 接收操作面板的开关与按钮信号 2) 接收车床限位开关信号 3) 接收螺纹编码器信号、电动卡盘加紧信号、电动刀架刀位信号 4) 控制 X（ 90 Z（ 90步进电动机的驱动器 5) 控制主轴的正反转与停止信号 6) 控 制切削液泵起动和停止 7) 控制电动卡盘的加紧与松开 8) 与 串行通信（可选） 后面所画大图采用系列单片机组成的控制系统硬件电路原理图。电路的组成如下： （ 1）光电编码器 （ 2）三菱编程器 64001 （ 主机 32 入 /32 出继电器输出 ） （ 3） 4） 0 5） 口光电隔离器 （ 6）主轴电机 （ 7）液压泵电机 （ 8）数控面板 （ 9） 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 刀架转向刀架脉冲刀架转向刀架脉冲刀架台电机驱动器轴转向轴脉冲轴转向轴脉冲轴驱动器轴驱动器主 轴正 转 反 转 冷却泵 刀架台光电编码器卡盘夹紧卡盘松开主轴正转主轴反转冷却泵照明灯风扇电机轴正限位轴负限位轴正限位轴负限位卡盘夹紧卡盘松开1 号 刀 具2 号 刀 具3 号 刀 具4 号 刀 具轴脉冲 轴脉冲轴转向轴转向电磁离合器?确定 点负清除速度对刀回原点 换刀录制 保存检索圆弧螺纹直线锥面自动手动 点动步进F X 2 N - 6 4 M R - 0 0 1轴 轴买文档就送全套 纸 扣扣交流 41