CA6150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 题 目： 床数控化改造设计 姓 名： 班级学号： 指导教师： 摘 要 教务处 第 I 页 摘 要 目前，我国拥有 300 多万台机床， 是生产和使用机床最多的国家之一 , 但现有机床大多数服役年龄较长 设备陈旧落后 想在短时期内大量地更新现有设备，无论从资金还是国内机床制造厂的生产能力都很难做到。对于机床进行数控化改造投资少，见效快，是机械制造厂挖掘技改的一条成功之路。 对 其 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍。加工零件的精度高，尺寸分散度小，拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能。降低了工人的劳动强度，节省了劳动力，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个 永恒 的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术 为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生业。从事再生业的著名公司有： 程公司、 床公司、 宝）服务集团、 国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。 由于数控机床具有自动化程度高加工精度高 ,质量稳定 ,便于生产管理现代化等特点 也是制造业 现代化的必然趋势 而且会造成原有设备的闲置和浪费 . 我国的再制造技术研究起步较晚 即能充分利用原有的旧设备资源 ,减少浪费又能够以较小的代价获得性能先进的设备 ,满足现代化生产的要求 . 关键词 流伺服电机 ;精度修复 ;润滑 ;数控系统 务处 第 页 t 00 of is of of of of If in a of to or be to of is a on to to so it be by of of be to 7 of to so In of as a in a As is a s to to In to a of In as to in a Po in as of in 务处 第 页 a of of of is of If of of is My to to be to to of 录 教务处 第 1 页 目 录 摘 要 . I . 1 章 设计方案的论证 . 8 控系统的选择 . 8 珠 丝杠 螺母副与电机的连接 . 8 第 2 章 机械部分的改造 . 10 机床进行恢复精度 . 10 向滚珠丝杠副和伺服电机的选择和计算 . 10 珠丝杠 副支撑方式的选择 . 10 度选择 . 11 杠导程 P 的确定 . 11 据类比法初步确定丝杠规格 . 11 载能力校核 . 12 削力的计算 . 12 擦阻力 计算 . 13 载能力 校核 . 13 流伺服电机选择计算 . 14 减速时扭矩初步确定 伺服 电机型号 . 14 高转速校核 . 15 机轴上的负载惯量 校核 . 16 向滚珠丝杠副和伺服电机的选择和计算 . 16 珠丝杠副支撑方式的选择 . 16 度选择 . 16 杠导程 P 的确定 . 16 据类比法初步确定丝杠规格 . 17 载能力校核 . 17 擦阻力 计算 . 17 载能力 校核 . 18 杆稳定性校核 . 18 杠刚度的校核 . 19 流伺服电机选 择计算 . 19 减速时扭矩初步确定 伺服 电机型号 . 19 高转速校核 . 21 机轴上的负载惯量 校核 . 21 板箱纵横向滚珠丝杠和导轨润滑 . 21 过从厂家所得到的技术资料画纵向和横向 滚珠丝杠 装配图 . 21 向和 Z 向 滚珠丝杠 装配图的设计过程 . 21 目 录 教务处 第 2 页 轴箱和 拖板箱 的改造 . 22 全防护 . 22 第 3 章 数控系统的加装 . 23 控系统的发展趋势 . 23 势之一：数控系统向开放式体系结构发展 . 23 势之二：数控系统向软数控方向发展 . 23 势之三：数控系统控制性能向智能化方向发展 . 24 势之四：数控系统向网络化方向发展 . 24 势之五：数 控系统向高可靠性方向发展 . 25 势之六：数控系统向复合化方向发展 . 25 势之七：数控系统向多轴联动化方向发展 . 26 流 伺服电机 驱动的车床数控系统的选择 . 26 京航天数控系统有限公司最新推出的 控系统 的性能 . 27 统简介 . 27 统特点 . 27 统性能 . 27 统简介 . 28 控自动换刀刀架的 选择 . 29 器原理图 . 29 第 4 章 结论 . 31 参考文献 . 32 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附录 1 . 34 目 录 教务处 第 3 页 目 录 教务处 第 4 页 目 录 教务处 第 5 页 目 录 教务处 第 6 页 目 录 教务处 第 7 页 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 8 页 第 1 章 设计方案的论证 数控系统的选择 方案 1 步进电机拖动的开环系统 该系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动 ，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序，便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。 方案 2 交 /直流伺服电机拖动，编码器反馈的半闭环数控系统 半闭环系统检测元件安装在中间传动件上，间接测量执行部件的位置。它只能补偿系统环路内部 部分元件的误差，因此，它的精度比闭环系统的精度低，但是它的结构与调试都较闭环系统简单。在将角位移检测元件与速度检测元件和伺服电机作成一个整体时则无需考虑位置检测装置的安装问题。 根据数控改造后机床要达到较高的精度， 快速定位 X 轴 5m/Z 轴 10m/小移动单位 X 轴 Z 轴 且 ， 直流伺服电机有电刷和换向器，必须定期的维修，而交流伺服电机采用全封闭无刷机构，不需要定期的维修 ， 交流伺服电机 比直流伺服电机有更优越的性能 以， 方案 3比较合适 。 滚珠 丝杠 螺母副与电机的连接 方案 1 采用齿轮连接 这种方法可以降低丝杠工作台在系统中所占的比重，提高进给系统的快速性。可利用伺服电机高速底转矩的特性。在开环系统中还起到机械和电器的匹配作用。但是，传动装置结构简单降低传动效率增加噪声。传动级数的增加必将带来传动部件间隙和摩擦的增加，从而影响进给系统的性能。传动齿轮副的存在，在开环和半闭环系统中，将影响加工精度。 方案 2 采用连轴器连接直接连接 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 9 页 这是一种最简单的连接，这种形式具有扭转刚度。传动机构本身无间隙。传动精度。而且结构简单。安装方便。在输 出扭矩要求在 15 综上所素，由于 床属于中小型机床，控制系统采用半闭环，为了提高机床精度方案 2 较合适。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 10 页 第 2 章 机械部分的改造 对机床进行恢复精度 机床经长期使用后，会不同程度地在机械、液压、润滑、清洁等方面存在缺陷，所以首先要进行全面保养。 更 换主轴的齿轮和轴承 。 根据 当前国内外成品数控机床的导轨采用淬硬的合金钢材料，其耐磨性比普通铸铁导轨高 5 至 10 倍。据此，在改造中利用 床身 ，采用 承钢淬硬到 成对称三角行导轨和矩形导轨，对称三角行导轨在垂直载荷的作用下，磨损能自动补偿，不产生间隙，故导向精度高。压板还有间歇调整装置。矩形导轨结构简单，制造检验和修理方便，导轨较宽，承载能力大，刚度高，应用广泛。三角行导轨和矩形导轨组合它间有两种导轨优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。用螺钉和粘剂固定在铸铁床身上。粘接前的导轨工作表面采用磨削加工，表面粗糙度 提高粘接强度。 最后 ，应对机床作一次改前的几何精度、尺寸精度测量，记录在案 。 伺服电机的选择和计算 滚珠丝杠副支撑方式的选择 图 图 向 支撑方式 单列圆锥滚子轴承这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能也好。所以 择一对 单列圆锥滚子轴承。 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 11 页 精度选择 滚珠丝杠的精度直接影响数控机床 的定位精度 ,在滚珠丝杠精度参数中 ,其导程误差对机床定位精度影响最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意 300程变动量 1/2,在最后精度验算中确定。初选 X 向三级。 丝杠导程 丝杠导程的选择一般根据设计目标快速进给的最高速度为 服电机的最高转速电机与丝杠的传动比 i 来确定 ,基本丝杠导程应满足式 : i （ 式中： 000mm/ 000r/i=1 P=5000/3000= 床改造中取 P 4， 5， 6， 8。 所以取 P=4 根据类比法初步确定丝杠规格 关于 根据类比法： 2*K 式中 新选滚珠丝杠公称直径 25 所以 5*0据工作台 杠的螺纹长 350计需要初选滚珠丝杠总长00珠丝杠的滚珠内循环方式时滚珠循环的回路短 、 流畅性好 、 效率高 、 螺母的径向尺寸较小。选用 双螺母齿差预紧 式可实现定量调整即可进行精密调整，使用中调整非常方便。 为了使滚珠丝杠副运转灵活，延长使用寿命，必须考虑充足的润滑条件。 汉江丝杠厂 已在螺母法兰外圆上考虑了润滑油孔，供顾客使用。 所以初选 汉江丝杠厂 生产的 列 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 12 页 承载能力校核 切削力的计算 车床 的用途不同，切削 条件 和切削用量就不同，因此切削力就不同。對于 专门 用途的车床 改造， 应根据 其切削用量按切削力 计算 公式 计算 切削力。 对于变动工作用量的车床改造，用经验公式计算切削力。本车床属于变动工作用量的车床改造，所以用经验公式 切削力之比为公式 削力方向如图 c=5 （ : .（ 式中， D 为车床床身上的最大回转直径 ( 垂直向的切削力（ N） 进给方向上的分力（ N） 吃刀方向上的分力（ N） 图 削力方向 D=500(001 5 = f=c=p=c= 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 13 页 摩擦阻力 溜板箱与导轨为滑动摩擦，摩擦系数 u（ 02）取 u=主切削力压向导轨，则由式 G+ *u （ 式中 001=（ 200*10+*承载能力 校核 由式 算丝杠的 最大动载荷 Q Q= （ 式中 L 为滚珠丝杠的寿命系数（单位为 1* 610 ） L=60610 其中 H） ,（普通车床为 5000 10000，数控机床及其他机电一体化设备及装置仪器为 15000，航空机械为 1000）所以取 T=15000，奠基最大转速 N=3000 为硬度系数（ 58 时为 于 55 时为 为 50时为 45 时为 为 8，所以 1.0 载荷系数（平稳或轻冲击时为 大冲击时为 床属于中等冲击所以 Q= 2 0 7 2 *0/15000*3000*60 63 ）（ =据 汉江丝杠厂 生产的 列 杠额定载荷8639 Q(所以满足使用 ) 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 14 页 交流伺服电机选择计算 由于交流伺服电机比直流伺服电机有更优越的性能、得到越来越广泛的应用。在选择电机时应考虑满足以下五项要求。以使交流伺服电机的工作性能得以充分发挥。 加减速时扭矩初步确定 伺服 电机型号 (1) 求 等效到电机轴上的转动惯量 里选用快速定位速度 5m/000r/00杠的转动惯量 41L 4_10 =42 *40* 4_10 = =4_10 （ m ） 设电机转子的 转动惯量为4_10 （ m ） 则等效到 电机轴上的转动惯量为： =241 *200*(5/3000)2 + 4_10 （ m ） (2) 丝杠摩擦阻力矩的计算。 由于丝杠承受轴向载荷，又由于采取了一定的预紧措施，故滚珠丝杠会产生摩擦阻力矩。但由于滚珠 丝杠的效率高，其摩擦阻力矩相对于其他负载力矩小的多，故一般不与考虑。 (3) 等效负载转矩 。 = 0/*1 i= 03000/5* =m) (4)启动惯性阻力矩 以最不利于电机启动时的快进速度计算，设启动加速或制动时间为 t= ,取加速曲线为等加（减）速梯形曲线，故角加速度为 t （ 60/3000*2 m =314（ 1/s） 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 15 页 m=1/ 2/1s ） T=m =4_10 *m) (5) 电机 输出轴上总负载转矩的计算 T =T+ （ T =m) (6)上述计算均没考虑机械系统的传动效率，并且在车削时，由于材料的不均匀等因素的影响，会引起负载转矩突然增大，为避免计算上的误差以及负载转矩突然 增大等引起加工误差，可以适当考虑安全系数。安全系数一般在 安全系数 K=择机械传动总效率 = 1T =KT / =选三菱公司生产的 3（ 号 (与之相配的伺服放大器型号 )其额定转矩为 m)大于 1T ， 所以满足要求。 最高转速校核 快速行程的电机转速必须严格限制在电机的最高转速之内。 * 310 （ 式中 N 电机最高转速 , r/ 快速行程中电机转速 , r/ m 工作台 (或刀架 ) 快速行程速度 , m/i 系统传动比 , i= N 电机 /P 丝杠螺距 , 3000， V m =5， i=1， P=4 N=（ 5/4） * 310 =1250 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 用 纸 教务处 第 16 页 所以满足要求。 电机轴上的负载惯量 校核 转换到电机轴上的负载惯量 负载惯量应限制在 电机惯量之内 3（ 号电机转动惯量 4_10 （ m ） 则等效到电机轴上的转动惯量为： =4_10 （ m ） 4_10 * 所以满足要求。 滚珠丝杠副支撑方式