车床数控化改造设计

车床数控化改造设计0引言其与超精密加工技术密切相关。在某种意义上，超精密加工担负着支持最新科学发现和发明的重要使命。超精密加工技术在航天运载工具、武器研制、卫星研制中有着极其重要的作用。有人对海湾战争中美国及盟国武器系统与超精密加工技术的关系做了研究，发现其中在间谍卫星、超视距空对空攻击能力、精确制导的对地攻击能力、夜战能力和电子对抗技术方面，与超精密加工技术有密切的关系。可以说，没有高水平的超精密加的国防。超精密车床要求其数控系统具有高编程分辨率(1nm)和快速插补功能(插补周PCDSP精密数控的潮流，如美国的NANOPATH和PRECITECH'SULTRAPATHTM都采用了这一结构。数控系统的硬件运动控制模块(PMAC)开发应用越来越广泛，使此类数控系统的可靠性和可重构性W模块化、构件化是超精密车床进入市场的重要技术手段，如美国ANORAD公司生产各种主轴、导轨和转台，用户可根据各自的需要组成一维、两维和多维超精密运动控制平台和车床。研制超精密车床时，布局就显得非常关键。超精密车床往往与传统车床在结构布局上有很大差别，流行的布局方式是“T”型布局，这种布局使车床整体刚度较化使车床布局更加灵活多变，如日本超硅晶体研究株式会社研制的超精密车床，用于车采用三角菱形五面体结构，用于提高刚度；德国蔡司公司研制了4轴精于加工自由表面时控制砂轮的车削点。此外，一些超精密加工车床是针对特殊零件而设用应力变形盘加工，一些非球面镜的研抛加工采用计算机控制光学表面成形技术(CCOS)加工，这些车床都具有和通用车床完全不同的结高精度运动检测是进行全闭环控制的必要条件。双频激光干涉仪具有高分辨率(如ZYGOAX10MTM2/20分辨率为)与高稳定性，测量范围大，适合作车床运动线位移传感器环境要求过于苛刻，使用和调整非常困难，使用不当会大制成几乎达到零膨胀系数(k)，动静尺间隙为±，对环境要求低，安装和使用方便，OSACA、美国的OMAC和日本的OSEC。我国国防科技大学在此基础上提出了构件化多自是指型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、自动化。经济型数控机床系统就是结合现实的的生产实际，结合我国国情，在满足系统基本功能的前提度和批量生产的能力，同时又能保持“万备自身对产品更新换代的应变能力，增强应该解决的问题是如何将机械传动的进给和手进行数控机床的改造是非常有必要的。数控机床可以很好地解决形状复杂、精密、题。能够稳定加工质量和提高生产效率，但是数控机床的运资巨大等，因此，普通车它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国第一章设计方案的确定能良好，精度尚未降低，改造后的数控车床，同行的加工尺寸是粗、半精加工。驱动原件采用步进者精度和效率高，但成本高，考虑对车床的性能要求，故总体设计方案的确定考虑具体方案时，基本原则是在满足使用前提下，对同床的改动尽可能少，以降低成本。根据这一原则，决定数控系统采用开环控传动；驱动元件采用步进电动机；数控系统采用JWK型系统；刀架采用自动转位刀架。这样车床既保留原有功能，又减少了改造数量。二机械部分的改造设计与计算(一)纵向进给系统的设计选型控车床的改造，采用步进电动驱动纵向进给，有两种方案：一种是步进电机驱动丝杠螺母固定在溜板箱上；第二种是纵丝杠固定、电机安装在溜板箱上，驱动螺母传动。对于车床的改造而言，采用第一种方案显然简单易行。所以步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。从改装方便，实用等方面考虑，所以将步进电机放在丝杠台重量：W=80kgf=800Nnn(1)切削力的计算其中N—为传动件的额定功率Oη—从电机到所计算的传动轴的传动效率(不含轴承的效率)动件传动，所以12由《机床设计手册》得n=1=2又因为主传动系统效率一般为~之间，所以取CFZVssZpp= ap(㎜)222333 Fz(N)10515241891168122872837 由《机械床设计手册》得，在一般外圆车削时，Fx≈(~)FZFy≈~FzyFzN(2)滚珠丝杠的设计计算力得P=RGx+f′(Fz+w)Rf取f′=P800)(公式五)(公式六)Q=3LiPffwH效率计算根据《机械基础》得，丝杠螺母副传动效率为η=tgrtg(r+4)由《机床设计手册》得4一般为8′~12′取4=10′即：摩擦角4=10′，螺旋升角(中径处)r=3O25′刚度验算滚珠丝杠受工作负载P引起的导程变化量中中O滚珠丝杠横截面积2则△L1=士1239.11B许的螺距误差(900㎜螺丝长度)为nmm符合要求。即刚度足够。④稳定性验算由于原机床杠径为Φ30㎜，现选用的滚珠丝杠为Φ50㎜，支承方式不变。所以，齿轮及转矩的相关计算此齿轮为普通减速器的齿轮且减速器为一般机器，没有特殊要求，从降低成本，减小结构尺寸和易于取材的原则出发，决定小齿轮选用45钢调质，齿面硬定为217~dmz2×30=30d2=mz2=2×63=126a===93齿轮传动精度计算齿轮圆周速度V：传动惯量的选择兀2动惯量动惯量i21M=Mmamx+Mf+MOOM=Mf+MO (公式十二)(公式十三)(公式十四)—MO—Mt—折算到电机轴上的切削负载力矩。3OO=1000VfintDo==1=O=≈==所以，快速空载启动所需力矩M快空=Mamax+Mf+MO=切削时所需力矩M切=Mat+Mf+M+MtO++=快速进给时所需力矩O(1)横向进给系统的设计进给系统一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠,使刀架横(2)横向进给系统的设计计算，已知条件1111横向进给量约为纵向的~,取则横向切削约为纵向切削力232211P)fw(运载系数)=效率计算r(螺纹升角)=3O38′4(磨擦角)=10′==tg(3o38+10)刚度验算EF20.6106FEF20.6106F22=△L1=±846.050.8inm稳定性验算原来的一端固定，一端悬齿轮及转矩的相关计算减速器为一般机器，没有什么特殊要求，从降低成本，减小结构、尺寸和易于取材钢正火、齿面硬度为169~217HBS=8P)(180根0.05)2=112i1211maxL800Mat=Jhlt=Mf=0.2300.82=≈()Mt=FnL0=45.350.8=≈()===第二章步进电动机的选择用原则，步距角应满足：α=aminiamin最小转角(二)精度步进电机的精度可用步距误差或积累误差衡量。积累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，用积累误差衡量精度比(三)转距为了使步进电机正常运行(不失步、不越步)正常启动并满足对转速的要求，必须①启动力矩，一般启动力矩选取为MMq≥l0M动惯量(包含负载的转动惯量)引起的惯性矩之和。(一)C6140纵向进给系流步进电机的确定=(二)C6140横向进给系流步进电机的确定M4.2079M4.2079Mjm=Mq=(三)110BF003型直流步进电机主要技术参数电电压相电流最大转矩最高空载启动率806(80)1500线圈电阻分配方式重量外径长度三相六拍6110160BFG90811电机型号相数步驱角3(四)110BF004型直流步进电机主要技术参数电机型号电机型号相数步驱角电压相电流最大转矩最高空载启动率110BF0043304(50)500线圈电阻线圈电阻分配方式BFG11重量外径第三章经济型数控系统选型用数控机床工工件时，首先应编制零件加工程序。这是数控机床的工作指令。将加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主动的变速、启动、停止、进给运动的方向速度和位移量，以及刀具选择交换，工件装夹和冷却润滑的开关等动作，使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、运行轨迹和运行参数进行工倒角等功能，并配有完备的S、T、M功能。该系统尔采用模块化设计，内部有计算机等WK南京微分电机厂江南机床数控工程公司号JWK-15TZX、Z±快速(X/Z)向M00~M09，M20~M29，M97~M99S01~S04，S05~S10T、X~T8XV0HZ环境温度0~40℃系流重量(kg)17外形尺寸(mm)第四章电动刀架的选型转、下降、定位和压紧这一系功能。尽管其结构复杂，各方面要求不，但它保持了原本连线建议如下安装：沿横向工作台右侧面先走线到车床后床数控设备厂生产的LD4-I型系列四工位自动刀41≤ 第五章编制零件工序及数控程序实例的选择(一)车床纵向运动由Z向步进电动机控制(二)车床横向运动由X向步时电动机控制(一)数控机床参数及约定脉冲当量：X向(横向)为㎜Z向(纵向)为：㎜用芯轴方式定位。使用方法：专用组合车刀、切刀加工工序说明：此工序为精车加工，零件外部形状尺寸全部成型。零件各部分尺寸预留精车余量~㎜，1BCsin1223OONNNNNNNNNNNNNMX8X8VW4W-22W-8F140N100G04K-22W-3I6