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CA6140车床经济型数控改造设计(横向+纵向)【含3张CAD图纸+PDF图】

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CA6140 车床 经济型 数控 改造 设计 横向 纵向 CAD 图纸 PDF
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内容简介:
浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计(论文)开题报告课题名称: CA6140普通车床数控化改造 专 业: 机电一体化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 2008年 11 月 27 日1、课题研究的现状和意义课题背景1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,起了质的飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。6年后,即在1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国诞生了第一台数控机床。我国目前机床总量380余万台,而其中数控机床总数只有11.34万台,即我国机床数控化率不到3。近10年来,我国数控机床年产量约为0.60.8万台,年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上;10年以下的机床中,自动/半自动机床不到20,FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。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(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。美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(Retrofitting)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。研究意义企业要在当前市场需求多变,竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品,以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求,数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术,最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序,无需对机床作任何调整,因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。2、课题要解决的问题或研究的基本内容主要研究内容(1)纵向和横向滚珠丝杠的选型及校核。(2)床身部分改造。(3)齿轮减速箱的设计。(4)其他元件的选择。3、课题研究拟采用的手段和工作路线课程设计方法:1)独立思考,2)继承和创新设计时,要以现在的数控机床作为基本了解对象,深入了解现有数控机床的的现状,认真阅读参考现有的相关技术资料,继承或借鉴前人的设计经验和成果,但不能盲目地全盘抄袭,应根据具体的设计条件和要求,独立思考,大胆地进行改进和创新。只有这样,才能做出高质量的设计成果。3)全面考虑现有机床的精度.工艺性.经济性和维护性等方面要求机床任何零部件的机构和尺寸,除去考虑它的强度刚度外,还应 该综合考虑零件本身及整个部件的工艺性要求、经济性要求、使用要求等才能确定。4)使用标准和规范设计时应尽量使用标准和规范,这有利于零件的互换性和工艺性,同时也可减少设计工作量、节省设计时间,对于国家标准或部门规范,一般都要严格遵守和执行。设计中采用标准或规范的多少,是评价设计质量的一项重要指标。因此,在毕业设计中,凡是有国家标准和企业标准规范要求的,应该尽量采用。工作路线:1)设计准备了解设计任务书,明确设计要求、工作条件、设计内容的步骤;通过查阅有关设计资料,到数控机床操作场所参观实物征询操作人员的建议等,了解设计对象的性能、结构及工艺性;准备好设计需要资料、绘图工具;拟定设计计划等。2)机床部分装配图设计绘制机床装配图;进行起它的总体结构设计和部件设计。3)完成控制系统的部分连接控制电路图4)编制机床控制的程序5)绘制机床工作原理图绘出零件的必要视图、标注尺寸、公差及表面粗糙度;编写技术要求和标题栏等6)编写设计说明书写明整个设计的主要计算和一些技术说明4、课题研究计划进程一、二周:接受毕业设计课题,根据课题内容了解课题研究的现状,并进行实地考察,完成开题报告;三、四周:进行有关的计算。包括:工件最大加工直径的设定,滚珠丝杆,联轴器的设计计算.机床本体的设计.传动装置的计算.对刀装置的设计.电动机的选择。五八周:有关图纸的绘制。九周:对毕业设计进行检查、纠正、整理、综合;最后打印,交指导老师复查。5、课题成果设计说明书() 图纸() 产品或作品( ) 应用程序( ) 其它:指导教师意见:指导教师(签名):年 月 日 教研室主任意见:教研室主任(签名):年 月 日 浙江工贸职业技术学院毕业论文浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计(论文)课题名称:CA6140普通车床数控化改造 专 业: 机电一体化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 2009年4月30日摘要普通车床CA6140的数控化改造主要是在合理选择数控系统的前提下,然后再对普通车床进行适当的机械改造,改造的内容主要包括:(1) 机床导轨部分的改进,对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良好的耐摩擦、磨损特性,并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度,以减少导轨变形对加工精度的影响,要有合理的导轨防护和润滑。又因为贴塑比较实惠,效果优良。为此,本设计采用贴塑。(2) 机床进给部分的改造,机床的进给部分在加工精度方面起到决定性的作用,原来的进给主要是由滚动丝杠带动的,但因其功率损失过大,灵敏性不好,所以在数控化改造过程中必须改成滚珠丝杠。因为滚珠丝杠能大部分弥补滚动丝杠所带来的不足。(3)在电机与丝杠传动增加齿轮减速箱经济型数控车床的脉冲当量是一不可改变的值,为了实现多脉冲当量的任意选择,我们可在电机与滚珠丝杠间加一个减速机构,为了保证传动精度,数控机床上需要使用的精度等级较高的齿轮,在结构上要能达到无间隙传动,因而改造时,机床主要齿轮必须满足数控机床的要求,以保证机床加工精度。关键字:普通车床, 数控改造, 导轨, 进给,丝杠, 目录摘要2绪论4数控系统的介绍和选择62.1数控系统的介绍和选择6机械部分改造73.1主轴箱73.2机床导轨73.3机床进给机构的改造7滚珠丝杆副的设计与选择94.1 纵向滚珠丝杆副的选择与校核9齿轮减速箱的设计145.1齿轮减速箱箱体设计145.2轴承的选择195.3丝杠轴承的选择与校核20结束语24参考文献251.绪论数控机床与普通机床相比,增加了功能,提高了性能,简化了结构.较好地解决形状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。能获得稳定的加工质量和提高生产率,其应用越来越广泛,但是数控的应用也受到其他条件限制:(1)数控机床价格昂贵,一次性投资巨大,中小企业常是心有力而力不足;(2)目前,各企业都有大量的普通机床,完全用数控机床替换根本不可能,而且替代下的机床闲置起来又会造成浪费;(3)在国内,订购新数控机床的交货周期一般较长,往往不能满足生产急需。要较好的解决上述问题,应走通用机床数控改造之路。普通机床的改造就是在普通机床上增加微机数控装置,使其具有一定的自动化能力,以实现额定的加工工艺目标。这一工作早在20世纪60年代已经在开始迅速发展,并有专门企业经营这门业务。目前,国外已发展成为一个新兴产业部门,从美国、日本等工业化国家的经验看,机床的数控化改造也必不可少,如日本的大企业中有26%的机床经过数控化改造,中小企业则达74%。在美国有许多数控专业化公司为世界各地提供数控化改造业务。中国是拥有300多万台机床的国家,其中大部分是多年积累生产的普通机床,自动化程度低。要想在近几年用自动和精密设备更新现有机床,不论是资金还是中国机床制造厂的能力都是办不到的,因此,普通机床的数控化改造大有可为,它适合中国的经济水平、生产水平和教育水平,已成为中国设备技术改造的主要方向之一。机床数控化改造的优点:(1)改造闲置设备,能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能,提高了机床的使用价值,可以提高固定资产的使用效率;(2)适应多品种、小批量零件生产;(3)自动化程度提高、专业性强、加工精度高、生产效率高;(4)降低对工人的操作水平的要求;(5)数控改造费用低、经济性好;(6)数控改造的周期短,可满足生产急需。因此,我们必须走数控改造之路。普通车床(如C616,C618,CA6140)等是金属切削加工最常用的一类机床。普通机床刀架的纵向和横向进给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而来,通过进给箱变速后,由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好,改变参数时要停车进行操作。刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动,切削次序也由人工控制。对普通车床进行数控化改造,主要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统;刀架改造成为能自动换刀的回转刀架。这样,利用数控装置,车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数,切削次序和刀具都会按程序自动调节和更换,再加上纵向和横向进给联动的功能,数控改装后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件,并能实现多工序自动车削,从而提高了生产效率和加工精度,也能适应小批量多品种复杂零件的加工。2数控进给伺服系统控制方式的选取2.1数控进给伺服系统控制方式的的选择数控系统主要有三种类型,改造时,应根据具体情况进行选择。(1)步进电机拖动的开环系统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,故称该之为开环系统,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。 (2)异步电动机或直流电机拖动,光栅测量反馈的闭环数控系统该系统与开环系统的区别是:由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号,随时与给定值进行比较,将两者的差值放大和变换,驱动执行机构,以给定的速度向着消除偏差的方向运动,直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂,成本也高,对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度,更快的速度,驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求,决定是否采用这种系统。(3)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。当前生产数控系统的公司厂家比较多,国外著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司;国内公司如中国珠峰公司、北京航天机床数控系统集团公司选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。本设计选用上海通用数控公司KT400-T经济型车床数控系统。3机械部分的改造为了充分发挥数控系统的技术性能,保证改造后的车床在系统控制下重复定位精度,微机进给无爬行,使用寿命长、外型美观,机械部分作了如下改动3.1 主轴箱对于数控化改造来说,经济性很重要。因此能不动的地方尽量避免。为此主轴箱不予改动。3.2机床导轨对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良好的耐摩擦、磨损特性,并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度,以减少导轨变形对加工精度的影响,要有合理的导轨防护和润滑。增加耐磨性的方法有1,增加导轨的表面强度如:淬火;2,贴塑以降低摩擦系数。因为贴塑操作方便,不需要很复杂的操作,也不需要将导轨拿下,而且价格便宜,也能达到我们预先设想的效果,所以使用贴塑的方法对机床导轨改装。贴塑的方法:准备:粘贴场地需要、清洁无尘,环境温度10度以上,40度以下为宜,相对湿度75%。软带采用单面萘钠处理,深褐色一面为粘贴面,蓝绿色为工作面。裁剪:软带裁剪尺寸可案金属导轨粘贴面的实际尺寸适当放宽一些余量。配胶:专用胶必须随配随用。粘贴:软带刚粘在金属导轨时需要前后挪动下,使其全面接触。固化:固化在室温下进行,固化时间为24小时,固化压力为0.1mpa左右,加压必须均匀。加工:固化后先将工作台沿导轨方向推行,然后翻转,清除余胶切去软带的工艺余量并倒角。3.3机床进给机构的改造数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架进行运动,相比传统的普通车床有进给箱和交换齿轮,结构上大大的简化了。传动总体方案的确定(纵向、横向)微机光电隔离光电隔离电机电机横向进给纵向进给4滚珠丝杆副的设计计算及选择4.1滚珠丝杠副的计算及选择滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副具有与滚动轴承相似的特征。与滑动丝杠副或液压缸传动相比,有以下主要特点:(1) 传动效率高 运动平稳性好 可预紧 (2) 传动可逆性 与滑动丝杠副相比,滚动丝杠副突出的特点是具有运动的可逆性。正逆传动的效率几乎可高达98%。滚珠丝杠副具有运动的可逆性,但是没有象滑动丝杠副那样运动具有自锁性。因此,在某些机构中,特别是垂直升降机构中使用滚珠丝杠副时,必须设置防止逆转的装置。(3) 定位精度和重复定位精度高 由于滚珠丝杠副具有传动效率高,运动平稳,可预紧等特点,所以滚珠丝杠副在工作过程中温升较小,无爬行。并可消除轴向间隙和对丝杠进行预紧拉伸以补偿热膨胀,能获得较高的定位精度和重复定位精度。(4) 同步性好 用几套相同的滚珠丝杠副同时驱动相同的部件和装置时,由于反应灵敏,无阻滞,无滑移,其启动的同时性,运行中的速度和位移等,都具有准确的一致性,这就是所谓同步性好。纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核(1)最大工作载荷计算 滚珠丝杠上的工作载荷Fm (N) 是指滚珠丝杠副的在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力,也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。由于原普通CA6140车床的纵向导轨是三角形导轨,则用公式3-2计算工作载荷的大小。 (3-2)1)车削抗力分析 车削外圆时的切削抗力有Fx、Fy、Fz,主切削力Fz与切削速度方向一致,垂直向下,是计算车床主轴电机切削功率的主要依据。且深抗力Fy与纵向进给方向垂直,影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力Fx与进给方向平行且相反指向,设计或校核进给系统是要用它。 纵切外圆时,车床的主切削力Fz可以用下式计算: (3-3) =5360(N)由知: Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-4)得 Fx=1340(N) Fy=2144(N)因为车刀装夹在拖板上的刀架内,车刀受到的车削抗力将传递到进给拖板和导轨上,车削作业时作用在进给拖板上的载荷Fl、Fv和Fc与车刀所受到的车削抗力有对应关系,因此,作用在进给拖板上的载荷可以按下式求出:拖板上的进给方向载荷 Fl=Fx=1340(N)拖板上的垂直方向载荷 Fv=Fz=5360(N)拖板上的横向载荷 Fc=Fy=2144(N)因此,最大工作载荷 =1.151340+0.04(5360+909.8) =1790.68(N)对于三角形导轨 K=1.15 ,f =0.030.05,选f =0.04(因为是贴塑导轨),G是纵向、横向溜板箱和刀架的重量,选纵向、横向溜板箱的重量为75kg,刀架重量为15kg.(2)最大动载荷C的计算滚珠丝杠应根据额定动载荷Ca选用,可用式3-5计算:C=, (3-5) L为工作寿命,单位为10r,L=60nt/10;n为丝杠转速(r/min),n=;v为最大切削力条件下的进给速度(m/min),可取最高进给速度的1/21/3;L0为丝杠的基本导程,查资料得L。=12mm;fm为运转状态系数,因为此时是有冲击振动,所以取fm=1.5。V纵向=1.59mm/r 1400r/min=2226mm/minn纵向=v纵向1/2 /L。=22261/2 /12=92.75r/min L=60nt/10=6092.7515000 /10=83.5则 C= =1.51790.68=11740(N) 初选滚珠丝杆副的尺寸规格,相应的额定动载荷Ca不得小于最大动载荷C:因此有CaC=11740N.另外假如滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转下工作并受载,那么还需考虑其另一种失效形式-滚珠接触面上的塑性变形。即要考虑滚珠丝杠的额定静载荷Coa是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷Fm,一般使Coa/Fm=23.初选滚珠丝杠为:外循环,因为内循环较外循环丝杠贵,并且较难安装。考虑到简易经济改装,所以采用外循环。 因此初选滚珠丝杠的型号为CD638-3.5-E型,主要参数为Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,=219,圈数列数3.51 (3) 纵向滚珠丝杠的校核1)传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率为= tg/tg(+)= tg 219/tg(219+10)=92% (3-6)2)刚度验算 滚珠丝杠副的轴向变形将引起导程发生变化,从而影响其定位精度和运动平稳性,滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形,丝杠与螺母之间滚道的接触变形,丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。1_丝杠的拉压变形量11=FmL / EA (3-7)=1790.682280 / 20.610(31.5) = 0.0064mm2 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2 采用有预紧的方式,因此用公式 2= 0.0013 (3-8) = =0.0028mm在这里 =1/3Fm=1/31790.68=597NZ= dm/Dw=3.1463/4.763=41.53 Z=41.533.51=145.36丝杠的总变形量=1+2=0.0064+0.0028=0.0092mm4所以丝杠很稳定。因横向滚珠丝杆副的选择与纵向滚珠丝杆副的选择相同,所以本设计不做重复演算。选出纵向滚珠丝杆副的型号为:CD506-3.5-E其基本参数为 Dw =3.969mm ,=211,L。=6mm,dm=50mm,圈数列数3.51选横向滚珠丝杠型号为:CD506-3.5-E其基本参数为 Dw =3.969mm ,=211,L。=6mm,dm=50mm,圈数列数3.515齿轮减速箱的设计5.1 减速器箱体的设计一般机床数控改造后,经济型数控车床的脉冲当量是一不可改变的值,为了实现多脉冲当量的任意选择,我们可在电机与滚珠丝杠间加一个减速机构,下面即是对减速机构的设计过程。由资料中可知纵向和横向的脉冲当量分别为:纵向 0.01 0.008 0.005横向 0.005 0.004 0.0025为减少减速机构的体积设定中心距A=(z1+z2)m/2=67.5其中m=1.5 z1+z2=90(齿)则以横向脉冲计算为例 i=z1/z2=45/45时,则脉冲当量为0.005mm i=z1/z2=40/50时,则脉冲当量为0.004mm i=z1/z2=30/60时,则脉冲当量为0.0025mm因此纵向与横向的减速机构可以相同,为了降低成本将横纵减速器结构设置为一样。演算过程是取纵向输入轴。5.1.1轴的计算:(纵向输入轴)由公式:d =A (3-10)可初选轴的直径由于T=5N.m,由于采用的是45号钢,正火硬度为170-217HBS,扭曲疲劳极限-1=124,轴材料的许用切应力为45MPa则对于纵向输入轴:d输入= (3-11)=8.2mm在这里,d为轴的直径(mm),T为轴传递的转矩(N.mm), 为轴材料的许用切应力(MPa),则纵向输入轴轴径取18mm,输出轴轴径取25mm综上可知:纵向与横向可用一种减速机构。轴材料为45号钢,精度5级。5.1.2减速器箱体尺寸 a=67.5mm 下箱体壁厚 =0.025a+38 则=8上箱盖壁厚 =0.03a+38 则=8地角螺钉数目n 由于a250mm n=4地角螺钉直径 df=0.036a+12 取df=M8齿轮端面与内箱壁最小距离 2=8mm5.1.3减速齿轮第一对齿n45与n45啮合计算公式为:=1.6d=0.5(D2+D1) L=(1.21.5)d一般取l=bC=0.2b 但是不小于10R=0.5lN=0.5mn mn为模数。=(2.54)mn 但是不小于8mm 图3-1 齿轮结构图因此输入轴齿轮d=18mm=1.6d=28.8mm=67.5-3-7.5=57mm=0.5(57+28.8)=42.9mm=3.75mmda=67.5mmd。=0.25(57-28.8)=7.05mm=1.2d=21.6mmc=0.221.6=4.32mmr=0.5=2.16mmn=0.51.5=0.75为了更好得使输入轴与输出轴啮合且因D1=28.8d=18的原因会导致齿轮的刚度下降,采用图3-2形状,以下输出轴与输入轴均采用这种图B结构。 图3-2 齿轮结构图则由上列数据可知=21.6mm da=67.5mm d=18mm ha=mn=1.5mm hf=1.2mn=1.8mm输出轴用图3-2结构则由公式得 d=25mm=1.6d=40mm=0.5(57+40)=48.5mm=2.5 1.5=3.75mmda=67.5mmd。=0.25(57-40)=4.25mm=1.225=30mmc=0.2b30=10mmr=0.5c=5mmn=0.51.5=0.75mm第二对齿n=40与n=50啮合则输出齿轮d=25mm=1.5d=40mm=da-2mn-2。=75-21.5-23.75=64.5=0.5(D2+D1)=0.5(64.5+40)=52.25=(2.5-4)=2.51.5=3.75da=Z=1.550=75=1.2d=1.225=30r=0.5c=5c=0.2b=10(不小于10)n=0.51.5=0.75输入齿轮d=18ha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6da=2=1.540=60第三对齿n=30与n=60啮合时,输出齿轮d=25D1=1.6d=40Da=Z=601.5=90D2=Da-1.52-2。=90-3-7.5=79.5。=2.51.5=3.75D。=0.5(D2+D1)=0.5(40+79.5)=59.75d。=0.25(D2-D1)=(79.5-40)0.25=9.875=1.2d=1.225=30c=0.2b=0.230=10(不小于10)r=0.5c=5n=0.5mn=0.51.5=0.75输入齿轮d=18ha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6da=Z=1.530=45齿轮精度按:GB10095-88 6级精度 ,其适应于高速度下平稳回转并要求有最高效率和低噪音,传动效率为99%。减速器简图 图3-3 减速器简图5.2 轴承的选择5.2.1选型深沟球轴承GB276-82 图3-4 深沟球轴承(1)减速器输入端的轴承选择:d=18mm,则其型号为:, 深沟球轴承型号dDB额定动负荷C额定静负荷C。极限转速(脂润滑)1000803182651700N1050N19000r/min(2)减速器输出端的轴承选择:d=25mm则其型号为:, 深沟球轴承型号dDB额定动负荷C额定静负荷C。极限转速(脂润滑)1000805253772900N2000N15000r/min5.2.2 校核由于减速器轴的轴向载荷是经过60度推力轴承才输入减速器的所以轴向载荷Fa很小径向载荷基本也是由于安装方面误差所导致所以也很小。轴承合乎要求。5.3 丝轴承的选型与校核5.3.1滚珠丝杠用轴承的选型选用型号 7602025TVP的60推力角接触轴承 轴径 d=25mm 外径d=52mm 宽度B=15mm 球径Dw=6.35mm 球数Z=16 动载荷Ca=22000N 静载荷Coa=44000N 预加载荷500N 极限转速2600r/min5.3.2 校核大部分滚动轴承是由于疲劳点蚀而失效的。轴承中任一元件出现疲劳步剥落扩展迹象前院运转的总转数或一定转速下的工作小时数称为轴承寿命(指的是两个套圈间的相对转数或相对转速)。当量载荷对轴承寿命影响颇大。(1) 当量载荷滚动轴承若同时承受径向和轴向联合载荷,为了计算轴承寿命时在相同条件下比较,需将实际工作载荷转化为当量动载荷。在当量动载荷作用下,轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿命相同。当量动载荷P的计算公式是:P= (3-14)表3.2 轴承滚动当量动载荷计算的X,Y值轴承类型 Fa/Cor e 单向轴承双列轴承Fa/FreFa/FreFa/FreFa/FreX Y XY XYXY 角接触球轴承=150.0150.381 00.441.4711.65 0.722.390.0290.41.401.572.280.0580.431.301.462.110.0870.461.231.3820.120.471.191.341.930.170.501.121.261.820.290.551.021.141.660.440.561.001.121.630.580.561.001.121.63当量动载荷式中Fr为径向载荷,N;Fa为轴向载荷,N;X,Y分别为径向动载荷系数和轴向动载荷系数,可由上表查出。 上表中,e是一个判断系数,它是适用于各种X,Y系数值的Fa/Fr极限值。试验证明,轴承Fa/Fre或 Fa/Fre时其X,Y值是不同的。单列向心轴承或角接触轴承当Fa/Fre时,Y=0,P=Fr,即轴向载荷对当量动载荷的影响可以不计。深沟球轴承和角接触球轴承的e值随Fa/Cor的增大而增大。Fa/Cor反映轴向载荷的相对大小,它通过接触角的变化而影响e值。=0的圆柱滚子轴承与滚针轴承只能承受径向力,当量动载荷Pr=Fr;而=90的推力轴承只能承受轴向力,其当量动载荷Pa=Fa。 由于机械工作时常具有振动和冲击,为此,轴承的当量动载荷应按下式计算: P=fd(XFr+Yfa)冲击载荷系数fd由表3.3选取表3.3:载荷性质 机器举例fd平稳运转或轻微冲击电机,水泵,通风机,汽轮机1.01.2中等冲击车辆,机床,起重机,冶金设备,内燃机1.21.8强大冲击破碎机,轧钢机,振动筛,工程机械,石油钻机1.83.0由于轴承载荷与纵向载荷之比:=0.25C 此轴承合乎要求另外由于横向丝杠与纵向丝杠采用同一轴承,且载荷小于纵向,因此同理可验证其是合理的。结束语这次毕业设计总计费时一个多月,刚开始时不知从何下手,在老师的指导下到图书馆查阅相关资料。有关数控上的资料翻了数次,有参考了相关设计资料,终于知道了该怎么做。接下来选出一系列有价值的资料,向老师请教,终于完成了设计。在做设计的过程中,不但复习了所学过的知识点,还学到了新的知识,同时将所学到的知识充分的运用起来,做到了学以致用,还学会了查资料。当然,在此过程中也有许多不足之处,例如:知识的不全面,所学的还没有全部掌握,思维的狭隘等,让我在毕业前上了生动形象的一课。同时十分感谢王文深老师,是他多次牺牲假期时间为我们做毕业论文指导!使得我的论文可以答辩。参考文献1.吴振彪主编机电综合设计指导中国人民大学社.2000.2.余英良主编机床数控改造设计与实例机械工业出版社.1997.3.机床设计手册编写组编. 机床设计手册第一,三,四册. 械工业出版社.1998.4.明兴祖主编数控加工技术化学工业出版社.2001.5.胡占齐,杨莉主编机床数控技术 机械工业出版社.1999.6.王先逵主编机械制造工艺学 机械工业出版社.2002.7.邱宣怀主编机械设计高等教育出版社.2002.8.黄调,赵松年主编机电一体化技术基础及应用机械工业出版社.1999.25浙江工贸职业技术学院汽车与机电工程系毕业设计(论文)任务书课题名称:CA6140普通车床数控化改造 专 业: 机电一体化 班 级: 机电0603 姓 名: 郭志伟 学 号: 06121331 指导教师: 王文琛 2008年11月20日1、课题内容与要求课题摘要普通车床CA6140的数控化改造主要是在合理选择数控系统的前提下,然后再对普通车床进行适当的机械改造,改造的内容主要包括:(1) 机床导轨部分的改进,对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良好的耐摩擦、磨损特性,并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度,以减少导轨变形对加工精度的影响,要有合理的导轨防护和润滑。又因为贴塑比较实惠,效果优良。为此,本设计采用贴塑。(2) 机床进给部分的改造,机床的进给部分在加工精度方面起到决定性的作用,原来的进给主要是由滚动丝杠带动的,但因其功率损失过大,灵敏性不好,所以在数控化改造过程中必须改成滚珠丝杠。因为滚珠丝杠能大部分弥补滚动丝杠所带来的不足。(3)在电机与丝杠传动增加齿轮减速箱经济型数控车床的脉冲当量是一不可改变的值,为了实现多脉冲当量的任意选择,我们可在电机与滚珠丝杠间加一个减速机构,为了保证传动精度,数控机床上需要使用的精度等级较高的齿轮,在结构上要能达到无间隙传动,因而改造时,机床主要齿轮必须满足数控机床的要求,以保证机床加工精度。要求: 1) 设计说明书一份。2) 利用画图要求视图完整。绘图数量折合成零号图纸不少于二张。内容:1) 数控技术与数控机床有关文献的研读与综述。2) 伺服进给机构改造计算。3) 齿轮减速箱的设计。4) 滚珠丝杠轴承的选型与校核。2、课题参考文献1.吴振彪主编.机电综合设计指导.中国人民大学社.2000.2.余英良主编.机床数控改造设计与实例.机械工业出版社.19973.机床设计手册编写组编. 机床设计手册第一,三,四册. 械工业出版社.1998.4.明兴祖主编.数控加工技术.化学工业出版社.2001.5.胡占齐,杨莉主编.机床数控技术. 机械工业出版社.1999.6.王先逵主编.机械制造工艺学. 机械工业出版社.2002.7.邱宣怀主编.机械设计.高等教育出版社.20023、课题任务进度安排第一、二周:完成毕业设计的开题报告第三 周:有关装配图的完成第四、五周:进行有关的计算第六 周:完成零件图第七 周:设计毕业书编辑和课题答辩幻灯片制作 教研室主任意见: 教研室主任(签名): 年 月 日外文文献译文数控机床改造1 数控系统发展简史及趋势 1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,起了质的飞跃,为人类进入信息社会奠定了基础。6年后,即在1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.1 数控(NC)阶段(19521970年) 早期计算机的运算速度低,对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC)。随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,即1952年的第一代-电子管;1959年的第二代-晶体管;1965年的第三代-小规模集成电路。 1.2 计算机数控(CNC)阶段(1970年现在) 到1970年,通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件,从此进入了计算机数控(CNC)阶段(把计算机前面应有的通用两个字省略了)。到1971年,美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上,称之为微处理器(MICROPROCESSOR),又可称为中央处理单元(简称CPU)。 到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强,控制一台机床能力有富裕(故当时曾用于控制多台机床,称之为群控),不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高,但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为计算机数控。 到了1990年,PC机的性能已发展到很高的阶段,可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。 总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机;1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC(也就是为PC-BASED)。 1.3 数控未来发展的趋势 1.3.1继续向开放式、基于PC的第六代方向发展 基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点,更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机,来处理人机界面、编程、联网通信等问题,由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面,将普及到所有的数控系统。远程通讯,远程诊断和维修将更加普遍。 1.3.2向高速化和高精度化发展 这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。 1.3.3向智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展,数控系统的智能化程度将不断提高。 (1)应用自适应控制技术 数控系统能检测过程中一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统运行状态的目的。 (2)引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验,加工的一般规律和特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统。 (3)引入故障诊断专家系统 (4)智能化数字伺服驱动装置 可以通过自动识别负载,而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行。 2 机床数控化改造的必要性 2.1 微观看改造的必要性 从微观上看,数控机床比传统机床有以下突出的优越性,而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 2.1.1 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。 由于计算机有高超的运算能力,可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量,因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 2.1.2 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37倍。 由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记住和存储下来,然后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序,就可实现另一工件加工的自动化,从而使单件和小批生产得以自动化,故被称为实现了柔性自动化。 2.1.3 加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要修配。 2.1.4 可实现多工序的集中,减少零件 在机床间的频繁搬运。 2.1.5 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工。 2.1.6 由以上五条派生的好处。 如:降低了工人的劳动强度,节省了劳动力(一个人可以看管多台机床),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。 以上这些优越性是前人想象不到的,是一个极为重大的突破。此外,机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 2.2 宏观看改造的必要性 从宏观上看,工业发达国家的军、民机械工业,在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是,采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外,还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM、虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术,包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化),最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。 3 数控化改造的内容及优缺 3.1 数控改造业的兴起 在美国、日本和德国等国家,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。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(Remanufacturing)业。从事再生业的著名公司有:Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd(得宝)服务集团、US设备公司等。在日本,机床改造业称为机床改装(Retrofitting)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。 3.2 数控化改造的内容 机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点: 其一是恢复原功能,对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复; 其二是NC化,在普通机床上加数显装置,或加数控系统,改造成NC机床、CNC机床; 其三是翻新,为提高精度、效率和自动化程度,对机械、电气部分进行翻新,对机械部分重新装配加工,恢复原精度;对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新; 其四是技术更新或技术创新,为提高性能或档次,或为了使用新工艺、新技术,在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新,较大幅度地提高水平和档次的更新改造。 3.3 数控化改造的优缺 3.3.1减少投资额、交货期短 同购置新机床相比,一般可以节省6080的费用,改造费用低。特别是大型、特殊机床尤其明显。一般大型机床改造,只花新机床购置费用的1/3,交货期短。但有些特殊情况,如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱,往往改造成本提高23倍,与购置新机床相比,只能节省投资50左右。 3.3.2机械性能稳定可靠,结构受限 所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件,而不是那种焊接构件,改造后的机床性能高、质量好,可以作为新设备继续使用多年。但是受到原来机械结构的限制,不宜做突破性的改造。 3.3.3熟悉了解设备、便于操作维修 购买新设备时,不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然,可以精确地计算出机床的加工能力;另外,由于多年使用,操作者对机床的特性早已了解,在操作使用和维修方面培训时间短,见效快。改造的机床一安装好,就可以实现全负荷运转。 3.3.4可充分利用现有的条件 可以充分利用现有地基,不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。3.3.5可以采用最新的控制技术可根据技术革新的发展速度,及时地提高生产设备的自动化水平和效率,提高设备质量和档次,将旧机床改成当今水平的机床。4 数控系统的选择数控系统主要有三种类型,改造时,应根据具体情况进行选择。4.1 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。 4.2 异步电动机或直流电机拖动,光栅测量反馈的闭环数控系统 该系统与开环系统的区别是:由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号,随时与给定值进行比较,将两者的差值放大和变换,驱动执行机构,以给定的速度向着消除偏差的方向运动,直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂,成本也高,对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度,更快的速度,驱动功率更大的特性指标。可根据产品技术要求,决定是否采用这种系统。 4.3 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。 当前生产数控系统的公司厂家比较多,著名公司的如德国SIEMENS公司、日本FANUC公司。 选择数控系统时主要是根据数控改造后机床要达到的各种精度、驱动电机的功率和用户的要求。 5 数控改造中主要机械部件改装探讨 一台新的数控机床,在设计上要达到:有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小,传动无间隙;功率大;便于操作和维修。机床数控改造时应尽量达到上述要求。不能认为将数控装置与普通机床连接在一起就达到了数控机床的要求,还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求,才能获得预期的改造目的。 5.1 滑动导轨副 对数控车床来说,导轨除应具有普通车床导向精度和工艺性外,还要有良好的耐摩擦、磨损特性,并减少因摩擦阻力而致死区。同时要有足够的刚度,以减少导轨变形对加工精度的影响,要有合理的导轨防护和润滑。 5.2 齿轮副 一般机床的齿轮主要集中在主轴箱和变速箱中。为了保证传动精度,数控机床上使用的齿轮精度等级都比普通机床高。在结构上要能达到无间隙传动,因而改造时,机床主要齿轮必须满足数控机床的要求,以保证机床加工精度。 5.3 滑动丝杠与滚珠丝杠 丝杠传动直接关系到传动链精度。丝杠的选用主要取决于加工件的精度要求和拖动扭矩要求。被加工件精度要求不高时可采用滑动丝杠,但应检查原丝杠磨损情况,如螺距误差及螺距累计误差以及相配螺母间隙。一般情况滑动丝杠应不低于6级,螺母间隙过大则更换螺母。采用滑动丝杠相对滚珠丝杠价格较低,但难以满足精度较高的零件加工。 滚珠丝杠摩擦损失小,效率高,其传动效率可在90%以上;精度高,寿命长;启动力矩和运动时力矩相接近,可以降低电机启动力矩。因此可满足较高精度零件加工要求。 5.4 安全防护 必须以安全为前提。在机床改造中要根据实际情况采取相应的措施,切不可忽视。滚珠丝杠副是精密元件,工作时要严防灰尘特别是切屑及硬砂粒进入滚道。在纵向丝杠上也可加整体铁板防护罩。大拖板与滑动导轨接触的两端面要密封好,绝对防止硬质颗粒状的异物进入滑动面损伤导轨。6 数控改造几个实例 6.1 用SIEMENS 810M改造X53铣床 2001年,用德国西门子810M数控系统、611A交流伺服驱动系统对公司的一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、PLC程序的编制与调试、机床大修,最后是整机的安装和调试。铣床改造后,加工有效行程X/Y/Z轴分别为880/270/280 mm;最大速度X/Y/Z轴分别为5000/1500/800 mm/min;手动速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/500 mm/min;机床加工精度达到0.001mm。机床的三坐标联动可完成各种复杂曲线或曲面的加工。 6.2 用GSK980T和交流伺服驱动系统改造C6140车床 2004年,GSK980T数控系统、DA98交流伺服单元及4工位自动刀架对电机分厂的一台C6140车床X、Z两轴进行数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的两轴在机械上采用了滚轴丝杆及同步带传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修及整机的安装和调试。车床改造后,加工有效行程X/Z轴分别为390/730 mm;最大速度X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;手动速度为400mm/min;手动快速为X/Z轴分别为1200/3000 mm/min;机床最小移动单位为0.001mm。 6.3 用SIEMENS 802S改造X53铣床 2004年,用德国西门子802S数控系统、步进驱动系统对公司的另一台型号为X53的铣床进行X、Y、Z三轴数控改造;保留了原有的主轴系统和冷却系统;改造的三轴在机械上采用了滚轴丝杆及齿轮传动机构。整个改造工作包括机械设计、电气设计、机床大修,最后是整机的安装和调试。铣床改造后,加工有效行程X/Y/Z轴分别为630/240/280 mm;最大速度X/Y/Z轴分别为3000/1000/600 mm/min;手动进给速度X/Y/Z轴分别为2000/800/500 mm/min;最小移动单位为0.001mm。 外文文献原文The Numerical Control Engine Bed Transforms1 numerical control system development summary brief history and tendency In 1946 the first electronic accounting machine was born in the world, this indicated the humanity created has been possible to strengthen and partially to replace the mental labor the tool. It with the humanity these which in the agriculture, the industry society created only is strengthens the physical labor the tool to compare, got up the quantitive leap, entered the information society for the humanity to lay the foundation. After 6 years, in 1952, computer technology applied to the engine bed , the first numerical control engine bed were born in US. From this time on, the traditional engine bed has had the archery target change. Since nearly half century, the numerical control system has experienced two stages and six generation of development. 1.1 Numerical control (NC) stage (1952 1970) The early computer operating speed is low, was not big to then science computation and the data processing influence, but could not adapt the engine bed real-time control request. The people can not but use numeral logic circuit to build to become an engine bed special purpose computer to take the numerical control system, is called the hardware connection numerical control (HARD-WIRED NC), Jian Chengwei numerical control (NC). Along with the primary device development, this stage has had been through repeatedly three generations, namely 1952 first generation of - electron tube; 1959 second generation of - transistor; 1965 third generation - small scale integration electric circuit. 1.2 Computer numerical control (CNC) stage (in 1970 present) In 1970, the general minicomputer already appeared and the mass production. Thereupon transplants it takes the numerical control system the core part, from this time on entered the computer numerical control (CNC) the stage (which should have computer in front of the general two characters to abbreviate). In 1971, American INTEL Corporation in the world first time the computer two most cores part - logic units and the controller, used the large scale integrated circuit technology integration on together the chip, called it the microprocessor (MICROPROCESSOR), also might be called the central processing element (to be called CPU). The microprocessor is applied to 1974 in the numerical control system. This is because minicomputer function too strong, controlled an engine bed ability to have wealthily (therefore once uses in controlling the multi- Taiwan engine bed at that time, called it group control), was inferior to used the microprocessor economy to be reasonable. Moreover then small machine reliability was not ideal. The early microprocessor speed and the function although insufficiently are also high, but may solve through the multi-processor structure. Because the microprocessor is the general-purpose calculator core part, therefore still was called the computer numerical control. In 1990, PC machine (personal computer, domestic custom had called microcomputer) the performance has developed to the very high stage, may satisfiedly take the numerical control system core part the request. The numerical control system henceforth entered based on the PC stage. In brief, the computer numerical control stage has also experienced three generations. Namely 1970 fourth generation of - minicomputer; 1974 five dynasties - microprocessor and 1990 sixth generation - (overseas was called PC-BASED) based on PC. Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC).Also must point out, although overseas already renamed as the computer numerical control (namely CNC), but our country still the custom called the numerical control (NC). Therefore we daily say numerical control, the materially already was refers to computer numerical control. 1.3 the numerical control future will develop tendency 1.3.1 open style continues to, to develop based on the PC sixth generation of direction The software and hardware resources has which based on PC are rich and so on the characteristic, the more numerical controls serial production factory can step onto this path. Uses PC machine to take at least its front end machine, processes the man-machine contact surface, the programming, the associationQuestion and so on net correspondence, undertakes the numerical control duty by the original system. PC machine has the friendly man-machine contact surface, will popularize to all numerical controls system. The long-distance communication, the long-distance diagnosis and the service will be more common. 1.3.2 approaches and the high accuracy development This is adapts the engine bed to be high speed and the high accuracy direction need to develop. 1.3.3 develops to the intellectualized direction Along with the artificial intelligence in the computer domain unceasing seepage and the development, the numerical control system intellectualized degree unceasingly will enhance. (1) applies the adaptive control technology The numerical control system can examine in the process some important information, and the automatic control system related parameter, achieves the improvement system running status the goal. (2) introduces the expert system instruction processing The skilled worker and experts experience, the processing general rule and the special rule store in the system, take the craft parameter database as the strut, the establishment has the artificial intelligence the expert system. (3) introduces the breakdown to diagnose the expert system (4) intellectualized numeral servo drive May through the automatic diagnosis load, but the automatic control parameter, causes the actuation system to obtain the best movement.2 engine bed numerical control transformation necessity 2.1 microscopic looks at the transformation the necessity From on microscopic looked below that, the numerical control engine bed has the prominent superiority compared to the traditional engine bed, moreover these superiority come from the computer might which the numerical control system contains. 2.1.1 may process the traditional engine bed cannot process the curve, the curved surface and so on the complex components.Because the computer has the excellent operation ability, may the instant accurately calculate each coordinate axis instant to be supposed the movement physiological load of exercise, therefore may turn round the synthesis complex curve or the curved surface.2.1.2 may realize the processing automation, moreover is the flexible automation, thus the efficiency may enhance 3 7 times compared to the traditional engine bed.Because the computer has the memory and the memory property, may the procedure which inputs remember and save, then the order which stipulated according to the procedure automatic carries out, thus realization automation. The numerical control engine bed so long as replaces a procedure, may realize another work piece processing automation, thus causes the single unit and the small batch of production can automate, therefore is called has realized flexible automation. 2.1.3 processings components precision high, size dispersion degree small, makes the assembly to be easy, no longer needs to make repairs.2.1.4 may realize the multi- working procedures centralism, reduces the components in engine bed between frequent transporting. 2.1.5 has auto-alarm, the automatic monitoring, automatic compensation and so on the many kinds of autonomy function, thus may realize long time nobody to safeguard the processing. 2.1.6 advantage which derives by above five. For example: Reduced workers labor intensity, saved the labor force (a person to be possible to safeguard the multi- Taiwan engine bed), reduced the work clothes, reduced the new product trial manufacturing cycle and the production cycle, might to the market demand make rapid reaction and so on. Above these superiority are the predecessor cannot imagine, is an extremely significant breakthrough. In addition, the engine bed numerical control carries out FMC (flexible manufacture unit), FMS (flexible manufacture system) as well as CIMS (computer integration manufacture system) and so on the enterprise becoming an information based society transformation foundation. The numerical control technology already became the manufacturing industry automation the core technology and the foundation technology. 2.2 great watches the transformation the necessity From on macroscopic looked that, the industry developed country armed forces, the airplane weapon industry, in the end of the 70s, at the beginning of the 80s started the large-scale application numerical control engine bed. Its essence is, uses the information technology to the traditional industry (including the armed forces, airplane weapon industry) carries on the technological transformations. Except that uses outside the numerical control engine bed, FMC, FMS in the manufacture process, but also includes in the product development carries out CAD, CAE, CAM, the hypothesized manufacture as well as carries out MIS in the production management (management information system), CIMS and so on. As well as increases the information technology in its production product, including artificial intelligence and so on content. Because uses the information technology to the country foreign troops, the airplane weapon industry carries on the thorough transformation (to call it becoming an information based society), finally causes them the product in the international military goods and in the goods for civilian use market the competitive power greatly is the enhancement. But we in the information technology transformation tradition industry aspect compared to the developed country to fall behind approximately for 20 years. Like in our country engine bed capacity, numerical control engine bed proportion (numerical control rate) to 1995 only then 1.9%, but Japan has reached 20.8% in 1994, therefore every year has the massive mechanical and electrical products import. This also on from on macroscopic explained the engine bed numerical control transformation necessity.3 the numerical control transformation content and superiorly lacks 3.1 Transformation industry starting In US, Japan and Germany and so on the developed country, their engine bed transforms took the new economical growth profession, thrives abundantly, is occupying the golden age. As a result of the engine bed as well as the technical unceasing progress, the engine bed transformation is the eternal topic. Our countrys engine bed transformation industry, also enters from the old profession to by the numerical control technology primarily new profession. In US, Japan, Germany, have the broad market with the numerical control technological transformations engine bed and the production line, has formed the engine bed and the production line numerical control transformation new profession. In US, the engine bed transformation industry is called the engine bed regeneration (Remanufacturing) industry. Is engaged in the regeneration industry famous company to include: The Bertsche engineering firm, the ayton engine bed company, Devlieg-Bullavd (are valuable) serves the group, the US equipment company and so on. The American valuable company has set up the company in China. In Japan, the engine bed transformation industry is called the engine bed to reequip (Retrofitting) industry. Is engaged in the reequipment industry famous company to include: Big indentation project group, hillock three mechanical companies, thousand substitute fields labor machine company, wild engineering firm, shore field engineering firm, mountain this engineering firm and so on.3.2 Numerical control transformation content The engine bed and the production line numerical control transformation main content has following several points: First is extensively recovers the function, to the engine bed, the production line has the breakdown partially to carry on the diagnosis and the restoration; Second is NC, the addend reveals the installment on the ordinary engine bed, or adds the numerical control system, transforms the NC engine bed, the CNC engine bed; Third is renovates, for increases the precision, the efficiency and the automaticity, to the machinery, the electricity partially carries on renovates, reassembles the processing to the machine part, extensively recovers the precision; Does not satisfy the production request to it the CNC system to carry on the renewal by newest CNC; Fourth is the technology renews or the technical innovation, for enhances the performance or the scale, or in order to use the new craft, the new technology, carries on the big scale in the original foundation the technology to renew or the technical innovation, the great scope raises the level and the scale renewal transformation. The new electrical system transforms after, how carries on the debugging as well as the determination reasonable approval standard, also is the technology preparatory work important link. The debugging work involves the machinery, the hydraulic pressure, the electricity, the control, and so on, therefore must carry on by the project person in charge, other personnel coordinate. The debugging step may conform to simplicity to numerous, from infancy to maturity, carries on from outside to in, after also may the partial overall situation, after first the subsystem the3.3 The numerical control transformation superiorly lacks 3.3.1 reduced investment costs, the date of delivery are shortWith purchases the new engine bed to compare, may save 60% 80% expense generally, the transformation expense is low. Large-scale, the special engine bed especially is specially obvious. The common large-scale engine bed transforms, only spends the new engine bed purchase expense 1/3, the date of delivery is short. But some peculiar circumstances, like the high speed main axle, the tray automatic switching unit manufacture and the installment too requires a lot of work, costs a great deal of money, often transforms the cost to enhance 2 3 times, with purchases the new engine bed to compare, only can economical invest about 50%. 3.3.2 machine capability stable are reliable, the structure is limited Uses foundation and so on lathe bed, column all is heavy but the firm casting component, but is not that kind of welding component, after the transformation engine bed performance high, the quality is good, may take the new equipment continues to use many years. But receives the original mechanism the limit, not suitably makes the unprecedented transformation. 3.3.3 familiar understood the equipment, is advantageous for the operation service When purchases the new equipment, did not understand whether the new equipment can satisfy its processing request. The transformation then otherwise, may precisely calculate the engine bed the processing ability; Moreover, because many years use, the operator already understood to the engine bed characteristic, uses and services the aspect to train the time in the operation short, effective is quick. The transformation engine bed as soon as installs, may realize the capacity load revolution. 3.3.4 may fully use the existing condition May fully use the existing ground, does not need to like buys when the new equipment such to have reto construct the ground. 3.3.5 may use the newest control technology enhances the production equipment the automated level and the efficiency, improves the equipment quality and the scale, alters to the old engine bed now the horizontal engine bed.4 numerical control system choice When the numerical control system mainly has three kind of types, the transformation, should act according to the special details to carry on the choice. 4.1 Step-by-steps the open system which the electrical machinery drives This system servo drive mainly is step-by-steps the electrical machinery, the power step-by-steps the electrical machinery, the battery solution pulse motor and so on. Entering sends out which by the numerical control system for instruction pulse, after the actuation electric circuit control and the power enlargement, causes to step-by-step the electrical machinery rotation, through gear vice- and ball bearing guide screw vice- actuation executive component. So long as the control command pulse quantity, the frequency as well as the circular telegram order, then may control the executive component movement the displacement quantity, the speed and the heading. This kind of system does not need the physical location and the velocity feedback which obtains to the input end, therefore called it the open system, this system displacement precision mainly decided in step-by-steps the electrical machinery angular displacement precision, transmission part and so on gear guide screw pitches the precision, therefore the system displacement precision is low. This system structure simple, debugging service convenient, work reliable, cost low, is easy to reequip successfully. 4.2 The asynchronous motor or the direct current machine drive, diffraction grating survey feedback closed loop numerical control system This system and the open system difference is: Physical location feedback signal which by position detector set and so on the diffraction grating, induction synchromesh obtains, carries on the comparison as necessary with the given value, two interpolations enlargements and the transformation, the actuation implementing agency, by the speed which assigns turns towards the elimination deviation the direction movement, until assigns the position and the feedback physical location interpolation is equal to the zero. The closed loop enters for the systemEnters for the system complex in the structure compared to the split-ring, the cost is also high, requests strictly to the environment room temperature. The design and the debugging is all more difficult than the open system. But may obtain compared to the split-ring enters for a system higher precision, quicker speed, actuation power bigger characteristic target. May act according to the product specification, decided whether uses this kind of system. 4.3 The direct current servo electrical machinery drives, encoder feedback semi-closure link numerical control system Half closed-loop system examination part installs in among passes in the moving parts, indirectly surveys the executive component the position. It only can compensate a system ring circuit interior part of part the error, therefore, its precision compared to closed-loop system precision low, but its structure and the debugging all compares the closed-loop system to be simple. In makes the angular displacement examination part and the speed examination part and the servo electrical machinery time a whole then does not need to consider the position detector set installs the question. The current production numerical control system company factory quite are many, overseas famous company like German SIEMENS Corporation, Japanese FANUC Corporation; Native corporation like China Mount Everest Corporation, Beijing astronautics engine bed numerical control system group company, Central China numerical control company and Shenyang upscale numerical control country engineering research center. When choice numerical control system mainly is each kind of precision which the engine bed must achieve after the numerical control transformation, actuates the electrical machinery the power and users request.5 in the numerical control transformation the main mechanical part reequips the discussion A new numerical control engine bed, must achieve in the design that, Has the high static dynamic rigidity; Movement vice- between friction coefficient small, the transmission is ceaseless; The power is big; Is advantageous for the operation and the service. When engine bed numerical control transformation should meet the above requirements as far as possible. Cannot think the numerical control installment and the ordinary engine bed connects in has met the numerical control engine bed requirements together, but also should carry on the corresponding transformation to the major component to enable it to achieve the certain design request, can obtain the anticipated transformation goal. 5.1 skids guide rail Said to the numerical control lathe that, the guide rail besides should have the conventional lathe guidance precision and the technology capability, but also must have good bears the friction, the attrition characteristic, and the reduction but sends the dead area because of the friction drag. At the same time must have the enough rigidity, by reduces the guide rail to distort to processes the precision the influence, must have the reasonable guide rail protection and the lubrication. 5.2 gear The common engine bed gear mainly concentrates in the headstock and the gear box. In order to guarantee the transmission precision, on the numerical control engine bed uses the gear precision class is all higher than the ordinary engine bed. Must be able to achieve the ceaseless transmission in the structure, thus transforms time, the engine bed main gear must satisfy the numerical control engine bed the request, by guarantees the engine bed processing precision. 5.3 skids the guide screw and the ball bearing guide screw The guide screw transmission relates directly to the transmission chain precision. The guide screw selects mainly is decided requests and drives the torque request in the job precision. Is not used by job precision request Gao Shike skids the guide screw, but should inspect the original guide screw attrition situation, like the pitch error and the pitch accumulative error as well as matches the nut gap. The ordinary circumstances skid the guide screw to be supposed not to be lower than 6 levels, the nut gap oversized then replaces the nut. Uses skids the guide screw relative ball bearing guide screw price to be low, but satisfies the precision high components processing with difficulty. The ball bearing guide screw rubs loses slightly, the efficiency is high, its transmission efficiency may above 90%; Precision high, the life is long; When start moment of force and movement the moment of force approaches, may reduce the electrical machinery to start the moment of force. Therefore may satisfiedly compare the high accuracy components processing request.5.4 safe protection The effect must take the security as a premise. Transforms in the engine bed must take the corresponding measure according to the actual situation, cuts noticeable. The ball bearing guide screw vice- is the precision part, when the work must take strict precautions against the dust is specially the scrap and the hard sand grains enters the roller conveyer. On longitudinal guide screw also coca overall sheet iron safety mask. The big carriage with skids two end surfaces which the guide rail contacts to have to seal, prevented absolutely the flinty granulated foreign matter enters the sliding surface damage guide rail.Sixth, After the engine bed electrical system transformation, to operates, the programmers inevitably brings the new request.
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本文标题:CA6140车床经济型数控改造设计(横向+纵向)【含3张CAD图纸+PDF图】
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