CA6140普通車床微機(jī)數(shù)控化改裝設(shè)計(jì)(說(shuō)明書(shū)).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 1 頁(yè) 裝 訂 線 摘 要 針對(duì)大多數(shù)企業(yè) 具有數(shù)量眾多和較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床 其加工精度較低 不能批量生產(chǎn) 自動(dòng)化程度不高 自適應(yīng)性差 但考慮投資成本 產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性 又不能馬上被淘汰 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品 能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜 精密 批量 零件多變的問(wèn)題 加工質(zhì)量穩(wěn)定 生產(chǎn)效率較高 購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑 但是成本高 許多企業(yè)在 短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn) 這嚴(yán)重阻礙企業(yè)設(shè)備更新的步伐 為此把普通機(jī)床數(shù)控化改造 不失為一條投資少 提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的捷徑 提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力 在我國(guó)成 為制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中 占有一席之地 本文的主要內(nèi)容有 1 對(duì)普通車床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)詳細(xì)論證 確定普通車床數(shù)控化改造方案 2 對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的滾珠絲杠型號(hào)選擇與裝配設(shè)計(jì) 支承方式的設(shè)計(jì)與軸承型號(hào)選 擇 步進(jìn)電機(jī)選擇等進(jìn)行了詳細(xì)研究 3 對(duì)常用進(jìn)口數(shù)控裝置系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)數(shù)控裝置系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)比較 根據(jù)所改造的 性能和精度指標(biāo)來(lái)選配數(shù)控裝置系統(tǒng)和自動(dòng)刀架型號(hào) 提出選擇方法 4 根據(jù)普通車床 CA6140 電氣控制系統(tǒng)和原理圖與普通車床數(shù)控化改造 CJK6140 A 的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)比分析 形成普通車床數(shù)控化改造完整的電氣控制技術(shù)圖 5 為保持切削螺紋的功能 仔細(xì)研究了在主軸上安裝脈沖發(fā)生器的選型 脈沖 發(fā)生器直接與主軸間連接方法 并形成了相應(yīng)的技術(shù)圖 6 拆卸普通機(jī)床 甩掉原有進(jìn)給箱等 對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)行大修 滑板貼塑與 鏟刮調(diào)試 對(duì)機(jī)床相關(guān)部件和參數(shù)進(jìn)行測(cè)繪 測(cè)量 7 繪出相應(yīng)的零件圖和裝備圖 8 給出普通車床數(shù)控化改造的安裝 調(diào)試方法 關(guān)鍵詞 普通車床 數(shù)控 改造 ABSTRACT Most enterprises still have large amounts general purpose machine tools which have longevity of service low precision can not adapt to 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 2 頁(yè) 裝 訂 線 mass production low automatization and adaptability but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprise s production As a representative production of mechanical electronic hydraulic and pneumatic integration numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency and can solve problems such as complex structure high precision mass production part variety in machining Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency but it may not come true to many enterprises because it cost much Enterprises equipment updating step are counteracted severly So General lathe s numerically controlled reforming is a quick way that costs less improve production precision and efficiency and it can improve enterprises competitive power So it can takes its place in our way to a powerful manufacturing country The main contents is 1 The economical efficiency of the reform is evaluated in detail and the reforming scheme is maked according to misty optimum s synthesize adjudicate principle 2 The ball screw s type assembling supporting bearing type and stepping motorof feeding system is designed 3 The import and domestic NC systems were compared carefully brought up a choose method and selected the NC system and automatic tool rest according to the function and accuracy index of reforming 4 The complete electricity control diagram was drawn out according to the result of comparing CA6140 s electricity control system and principle with the reforming CJK6140 A s NC system 5 In order to protect the function of cutting a screw we carefully studied the impulse regulator and its connection with the principal axis and draw out a techniquediagram 6 Disassembled the lathe throw away the old feeding system repaired the main driving system covered plastics on sliding surface shoveling or scraping and testing counted or measured the parts of the lathe 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 3 頁(yè) 裝 訂 線 7 Draw out parts diagrams and assemble diagram 8 Methods of installing and testing of general purpose lathe s numerically controlled reforming were put forward Key words General purpose lathe Numerical control NC Reform 目目 錄錄 第一章 前言 6 1 1 問(wèn)題的提出 6 1 1 1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 6 1 1 2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 7 1 1 3 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 7 1 2 普通機(jī)床數(shù)控改造的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 8 1 2 1 微觀看改造的必要性 8 1 2 2 宏觀看改造的必要性 9 1 3 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng) 9 1 3 1 改造的市場(chǎng) 9 1 3 2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng) 10 第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)要求 10 2 1 設(shè)計(jì)要求 10 2 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造 11 2 3 主軸脈沖發(fā)生器 12 第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 14 3 1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 14 3 2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 14 3 2 1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 15 3 2 2 縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇與校核步驟 15 3 3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 19 3 3 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3 3 2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 20 3 3 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 22 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 4 頁(yè) 裝 訂 線 3 4 滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 23 3 5 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊 23 3 6 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除 25 3 6 1 采用減速箱的目的及注意事項(xiàng) 25 3 6 2 減少或消除空程的必要性和方法 25 第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì) 26 4 1 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 26 4 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 26 4 2 1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 26 4 2 2 CA6140 縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 27 4 2 3 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 28 第五章 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型 28 5 1 數(shù)控車床刀架的基本要求 28 5 2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 29 第六章 CA6140 普通車床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng) 29 6 1 數(shù)控車床及數(shù)控系統(tǒng)概述 29 6 1 1 機(jī)床主機(jī) 30 4 1 2 驅(qū)動(dòng)裝置 30 4 1 3 輔助裝置 30 4 1 4 數(shù)控裝置系統(tǒng) 31 4 1 5 編程裝置 31 6 2 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 31 6 2 1 控制系統(tǒng)的功能要求 31 6 2 2 硬件電路的組成 31 6 3 單板控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 6 3 1 硬件配置 32 6 3 2 貯存器空間分配 32 6 3 3 I O 口地址分配 32 6 3 4 光電隔離電路 33 6 4 8031 單片機(jī)簡(jiǎn)介 33 6 5 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 34 6 5 1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 34 6 5 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 34 6 6 譯碼電路設(shè)計(jì) 38 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 5 頁(yè) 裝 訂 線 6 7 其他輔助電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 38 6 7 1 8031 的時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘的產(chǎn)生方式 38 6 7 2 復(fù)位電路 40 6 7 3 越界報(bào)警電路 40 6 7 4 掉電保護(hù)電路 41 第七章 安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題 42 7 1 滾珠絲杠螺母副的選擇 42 7 2 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 42 7 3 聯(lián)軸器的安裝 42 7 4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 42 第八章 結(jié)束語(yǔ) 42 致謝 43 參考文獻(xiàn) 44 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 6 頁(yè) 裝 訂 線 第一章 前言 1 11 1 問(wèn)題提出問(wèn)題提出 數(shù)控車床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品 是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的加 工設(shè)備 在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用 能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜 精密 批量小 零件多變的加工問(wèn)題 且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定 生產(chǎn)效率較高 企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得生存 求得發(fā)展 就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以優(yōu)異 的質(zhì)量 低廉的成本 制造出合乎市場(chǎng)需要的 性能合適的產(chǎn)品 而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣 制造周期的快慢 生產(chǎn)成本的高低 又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響 購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑 但是成本太高 很多工廠在短時(shí) 間內(nèi)都無(wú)法有那么多的資金 這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐 同時(shí) 目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多 而且還具有較長(zhǎng)使用壽命的普通機(jī)床 由于普通機(jī) 床加工精度相對(duì)較低 不能批量生產(chǎn) 生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不高 生產(chǎn)自適應(yīng)性差 但考慮投資成本 產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期 又不能馬上淘汰 而改造現(xiàn)有舊機(jī)床 配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng) 把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床 是當(dāng)前許多企業(yè)對(duì)現(xiàn)有 設(shè)備改造換代的首選辦法 也是提高機(jī)床數(shù)控化率的一條有效途徑 不失為一條投 資少 提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量 提高生產(chǎn)效率的捷徑 使企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力 在我 國(guó)成為世界制造業(yè)中心及制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中 占有一席之地 1 1 1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備 它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注 由于計(jì)算 機(jī)技術(shù)的興起 促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破 導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行 柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展 傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革 各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó) 家投入巨資 對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā) 提出了全新的制造模式 在現(xiàn)代制造 系統(tǒng)中 數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù) 它集微電子 計(jì)算機(jī) 信息處理 自動(dòng)檢測(cè) 自動(dòng) 控制等高新技術(shù)于一體 具有高精度 高效率 柔性自動(dòng)化等特點(diǎn) 對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 7 頁(yè) 裝 訂 線 柔性自動(dòng)化 集成化 智能化起著舉足輕重的作用 目前 數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本 性變革 由專用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā) 展 在集成化基礎(chǔ)上 數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型 超小型化 在智能化基礎(chǔ)上 綜合 了計(jì)算機(jī) 多媒體 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速 高 精 高效控制 加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正 調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù) 實(shí)現(xiàn)了在線診斷 和智能化故障處理 在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上 CAD CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體 機(jī)床聯(lián) 網(wǎng) 實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工 長(zhǎng)期以來(lái) 我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu) CNC 只能作為非智能的 機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器 加工過(guò)程變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以固定參數(shù)形式事先設(shè)定 加工程序在實(shí) 際加工前用手工方式或通過(guò) CAD CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制 CAD CAM和 CNC 之間沒(méi)有反饋控制環(huán)節(jié) 整個(gè)制造過(guò)程中 CNC 只是一個(gè)封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行機(jī) 構(gòu) 在復(fù)雜環(huán)境以及多變條件下 加工過(guò)程中的刀具組合 工件材料 主軸轉(zhuǎn)速 進(jìn)給速率 刀具軌跡 切削深度 步長(zhǎng) 加工余量等加工參數(shù) 無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下 根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整 更無(wú)法通過(guò)反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正 CAD CAM中的設(shè)定量 因而影響 CNC 的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量 由此可見(jiàn) 傳 統(tǒng) CNC 系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu) 限制了 CNC 向多變量智能 化控制發(fā)展 已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過(guò)程 因此 對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行 1 1 2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 1 性能發(fā)展方向 1 高速高精高效化 速度 精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo) 由于采用了高速 CPU 芯片 RISC 芯片 多 CPU 控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng) 同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài) 靜態(tài)特性等有效措施 機(jī)床的高速高精高效化已大大提 高 2 柔性化 包含兩方面 數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性 數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì) 功能覆蓋面大 可裁剪性強(qiáng) 便于滿足不同用戶的需求 群控系統(tǒng)的柔性 同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不 同生產(chǎn)流程的要求 使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整 從而最大限度地發(fā)揮群 控系統(tǒng)的效能 3 工藝復(fù)合性和多軸化 以減少工序 輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工 正朝著多軸 多系列控制功能方 向發(fā)展 數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后 通過(guò)自動(dòng)換刀 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 8 頁(yè) 裝 訂 線 旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施 完成多工序 多表面的復(fù)合加工 數(shù)控技術(shù)軸 西 門子 880 系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá) 24 軸 4 實(shí)時(shí)智能化 早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境 其作用是如何調(diào)度任務(wù) 以確保 任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成 而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為 科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天 實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合 人工智能正向著具有實(shí)時(shí)響 應(yīng)的 更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展 而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的 更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā) 展 由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域 在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域 實(shí)時(shí)智能控制的研 究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展 自適應(yīng)控制 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 專家 控制 學(xué)習(xí)控制 前饋控制等 例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng) 故障診斷專 家系統(tǒng) 參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在高速加工時(shí)的 綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能 動(dòng)態(tài)前饋功能 在壓力 溫度 位置 速度控制等方面采用模糊控制 使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高 從而達(dá)到最佳控 制的目的 1 1 3 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng) 當(dāng)前開(kāi)發(fā)研究適應(yīng)于復(fù)雜制造過(guò)程的 具有閉環(huán)控制體系結(jié)構(gòu)的 智能化新一 代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)已成為可能 智能化新一代 PCNC 數(shù)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)智能技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) CAD CAM 伺 服控制 自適應(yīng)控制 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理及動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償 動(dòng)態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一 體 形成嚴(yán)密的制造過(guò)程閉環(huán)控制體系 1 2 普通機(jī)床數(shù)控化改造經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研 目前新的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車床 8 5 萬(wàn) 臺(tái) 普通新車床 CA6140 售價(jià) 3 8 萬(wàn) 臺(tái) 使用壽命 8 10 年 而已使用了 6 8 年的舊車床 CA6140 估價(jià) 0 5 萬(wàn) 臺(tái) 通過(guò)改造還可使用 4 6 年 普通車床 CA6140 每臺(tái)數(shù)控化改造所需價(jià)格大約 3 萬(wàn) 數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高 20 30 因此需要對(duì)普通車床的數(shù)控化改造進(jìn)行經(jīng) 濟(jì)性評(píng)價(jià) 設(shè)備現(xiàn)代化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn) 適應(yīng)生產(chǎn)的需要 改變 現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu) 包括更換新部件 新裝置 新附件等 改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能 使之全部或局部達(dá)到新設(shè)備的性能 1 2 1 微觀看改造的必要性 從微觀上看 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性 而且這些優(yōu)越性均來(lái) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 9 頁(yè) 裝 訂 線 自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力 1 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線 曲面等復(fù)雜的零件 由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力 可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn) 動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量 因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面 2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化 而且是柔性自動(dòng)化 從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3 7 倍 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力 可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來(lái) 然后 按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行 從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序 就 可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化 從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化 故被稱為實(shí)現(xiàn) 了 柔性自動(dòng)化 3 加工零件的精度高 尺寸分散度小 使裝配容易 不再需要 修配 4 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中 減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn) 5 擁有自動(dòng)報(bào)警 自動(dòng)監(jiān)控 自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能 因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間 無(wú)人看管加工 由以上五條派生的優(yōu)點(diǎn) 1 降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 2 節(jié)省了勞動(dòng)力 一個(gè) 人可以看管多臺(tái)機(jī)床 3 減少了工裝 縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期 4 可 對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等 以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的 是一個(gè)極為重大的突破 此外 機(jī)床數(shù)控 化還是推行 FMC 柔性制造單元 FMS 柔性制造系統(tǒng) 以及 CIMS 計(jì)算機(jī)集成制 造系統(tǒng) 等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ) 數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和 基礎(chǔ)技術(shù) 1 2 2 宏觀看改造的必要性 從宏觀上看 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍 民機(jī)械工業(yè) 在 70 年代末 80 年代初已開(kāi)始 大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床 其本質(zhì)是 采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 包括軍 民機(jī)械工業(yè) 進(jìn)行技術(shù)改造 除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床 FMC FMS外 還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 中推行 CAD CAE CAM 虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS 管理信息系統(tǒng) CIMS 等等 以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù) 包括人工智能等的含量 由于 采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍 民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造 稱之為信息化 最終使得他們 的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng) 而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn) 業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后 20 年 如我國(guó)機(jī)床擁有量中 數(shù)控機(jī)床的比重 數(shù)控化率 到 1995 年只有 1 9 而日本在 1994 年已達(dá) 20 8 因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品 進(jìn)口 這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 1 3 普通機(jī)床數(shù)控化改造市場(chǎng) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 10 頁(yè) 裝 訂 線 1 3 1 改造的市場(chǎng) 我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái) 而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11 34 萬(wàn)臺(tái) 即我國(guó) 機(jī)床數(shù)控化率不到 3 近 10 年來(lái) 我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0 6 0 8 萬(wàn)臺(tái) 年 產(chǎn)值約為 18 億元 機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6 我國(guó)機(jī)床役齡 10 年以上的占 60 以上 10 年以下的機(jī)床中 自動(dòng) 半自動(dòng)機(jī)床不到 20 FMC FMS等自動(dòng)化生 產(chǎn)線更屈指可數(shù) 美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60 以上 可見(jiàn)我們的大多數(shù) 制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn) 加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床 而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床 用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差 品種少 檔次低 成本高 供貨期長(zhǎng) 從而在國(guó)際 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力 直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn) 品 市場(chǎng) 效益 所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率 1 3 2 進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場(chǎng) 我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái) 很多企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)技術(shù) 設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 從 1979 1988 年 10 年間 全國(guó)引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有 18446 項(xiàng) 大約 165 8 億美元 這些項(xiàng)目中 大部分項(xiàng)目為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用 但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因 設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn) 甚至癱瘓 使企業(yè) 的效益受到影響 嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境 一些設(shè)備 生產(chǎn)線從國(guó)外引進(jìn)以后 有 的消化吸收不好 備件不全 維護(hù)不當(dāng) 結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良 有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè) 備 儀器 生產(chǎn)線 忽視軟件 工藝 管理等 造成項(xiàng)目不完整 設(shè)備潛力不能發(fā) 揮 有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行 沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用 有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好 但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo) 有的因?yàn)槟芎母?產(chǎn)品合格率低而造成虧損 有 的已引進(jìn)較長(zhǎng)時(shí)間 需要進(jìn)行技術(shù)更新 種種原因使有的設(shè)備不僅沒(méi)有創(chuàng)造財(cái)富 反而消耗著財(cái)富 這些不能使用的設(shè)備 生產(chǎn)線是個(gè)包袱 也是一批很大的存量資產(chǎn) 修好了就 是財(cái)富 只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn) 解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題 就可以最小的投資盤(pán)活最 大的存量資產(chǎn) 爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 這也是一個(gè)極大的改造市場(chǎng) 第二章 CA6140 普通車床數(shù)控改造總體方案的設(shè)計(jì)要求 2 1 總體方案 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型 計(jì)算機(jī)的選擇 以及傳動(dòng)方式和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的選擇等 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 11 頁(yè) 裝 訂 線 1 普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位 縱向和橫向的直線插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ)功 能 還要求能暫停 進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等 因此 數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng) 2 車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 在保證一定加工精度的前提下應(yīng) 簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 降低成本 因此 進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 3 根據(jù)普通車床最大的加工尺寸 加工精度 控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求 經(jīng) 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8 位微機(jī) 在 8 位微機(jī)中 MCS 51 系列單片機(jī)具有集成度 高 可靠性好 功能強(qiáng) 速度快 抗干擾能力強(qiáng) 具有很高的性價(jià)比 因此 可選 MCS 51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng) 4 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外 還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ) 器 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 I O 接口電路 包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán) 能 顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器 包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 此外 系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路 5 設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路 6 縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈 它們由步進(jìn)電機(jī) 齒輪副 絲杠螺 母副組成 其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率 7 為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性 選用摩擦小 傳動(dòng)效率高的 滾珠絲杠螺母副 并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu) 以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙 齒輪副也應(yīng)有消 除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu) 8 采用貼塑導(dǎo)軌 以減小導(dǎo)軌的摩擦力 9 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變 盡量減少改動(dòng)量 以降低成本縮短改 造周期 10 機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性 考慮正確的裝配順序 保正安裝 調(diào)試 拆卸方便 需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便 總體方案設(shè)計(jì)圖如 2 1 圖所示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 12 頁(yè) 裝 訂 線 2 2 設(shè)計(jì)要求 將 CA6140 普通車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 要求該車床具有切削螺紋的功能 縱向和橫向具有直線和圓弧插補(bǔ)功能 系統(tǒng)分辨率縱向 0 01mm 橫向 0 005mm 設(shè)計(jì)參數(shù)如下 最大加工直徑 500mm 大加工長(zhǎng)度 1000mm 絲桿長(zhǎng)度 1300 1500mm 溜板及刀架重力 橫向 700N 快進(jìn)速度 橫行 1 2m min 最大切削進(jìn)給速度 橫行 0 3m min 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量值 絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 2 定位精度 0 015mm 主電機(jī)功率 5 5kw 啟動(dòng)加速時(shí)間 30ms 自動(dòng)升降速性能 有 2 3 主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的改造 CA6140 型普通車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)都由主軸電機(jī)控制 而改造后的車 床則把主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分離開(kāi) 分別由各自的步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制 但是 為保證車床在車螺紋時(shí)主傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系 所以在拆掉進(jìn)給系統(tǒng)的 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 13 頁(yè) 裝 訂 線 同時(shí) 必須在主軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器 來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸傳動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系 同時(shí) 為了提高機(jī)床的精度和效率 用滾珠絲杠來(lái)代替原機(jī)床的光杠 并且采用單 獨(dú)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制 這樣不僅提高了機(jī)床的性能和精度 還提高了機(jī)床的使用性 能 1 機(jī)械部分的改造 首先拆去進(jìn)給箱 溜板箱 還要對(duì)車床的床鞍進(jìn)行部分的改造 拆去縱向小拖 板 橫向拖板 將絲杠換成滾珠絲杠 并且由一端驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制 2 刀架的改造 CA6140 普通車床的刀架不能滿足數(shù)改后的車床的性能和精度的要求 所以 必 須要換成數(shù)控自動(dòng)刀架 2 4 主軸脈沖發(fā)生器 為保持切削螺紋的功能 必須在主軸上安裝脈沖發(fā)生器 采用脈沖發(fā)生器直接 與主軸由無(wú)間隙傳動(dòng)聯(lián)軸器連接 達(dá)到傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 傳動(dòng)鏈短 傳動(dòng)剛度提 高 主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn) 發(fā)出兩路信號(hào) 每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)和一個(gè)同步 信號(hào) 經(jīng)隔離電路以及 I O 接口送給數(shù)控裝置 CNC 脈沖發(fā)生器及光柵編碼器安 裝位置如圖 光柵編碼器安裝位置 主軸脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理 脈沖發(fā)生器的組成部分包括白熾燈 聚光鏡 光柵盤(pán) 光闌板 光敏管及其光 電整形放大電路組成 光柵盤(pán)和光闌板都是玻璃材料制成 玻璃表面經(jīng)過(guò)研磨拋光 后用鍍膜法鍍上一層不透光的鉻層 透光條及用照相腐蝕法制成 在光柵盤(pán)上刻有 明暗條紋 有單條和 1024 個(gè)條兩組 當(dāng)平行光束經(jīng)過(guò)光柵盤(pán)時(shí) 在光柵盤(pán)的另一面 就產(chǎn)生明暗光帶 這光帶通過(guò)一個(gè)光闌狹縫 照在對(duì)應(yīng)的光敏管上 從而產(chǎn)生光電 脈沖信號(hào) 經(jīng)斯密特電路整形后輸出 單條紋的一組產(chǎn)生同步脈沖 每轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)脈 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 14 頁(yè) 裝 訂 線 沖 1024 條紋的一組通過(guò)光欄上兩個(gè)相位差 4 間距的狹縫 產(chǎn)生兩組每轉(zhuǎn) 1024 個(gè)脈沖組相差為 4 的脈沖序列 供給微機(jī)處理 借以判斷主軸正 反轉(zhuǎn) 且可以 從 1024 個(gè)脈沖中均勻地取出 F 個(gè)脈沖 作為中斷信號(hào)控制插補(bǔ)速度 實(shí)現(xiàn) F 進(jìn)給控 制的目的 脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理圖 第三章 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 3 1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架 進(jìn)給箱 溜板箱 溜板刀架 等改造的方案不是唯一的 以下是其中的一種方案 掛輪架系統(tǒng) 全部拆除 在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器 進(jìn)給箱部分 全部拆除 在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠 光杠和操作杠拆去 齒輪箱連接滾珠絲杠 滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾 座端原來(lái)裝軸承座的部分 溜板箱部分 全部拆除 在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作 按鈕 橫溜板箱部分 將原橫溜板的絲杠的 螺母拆除 改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母 副 橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連 刀架 拆除原刀架 改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成 3 2 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 15 頁(yè) 裝 訂 線 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括 確定脈沖當(dāng)量 計(jì)算切削力 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì) 計(jì)算與選型 齒輪傳動(dòng)計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等 計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示 圖 2 1 縱向進(jìn)給 圖 2 2 進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡(jiǎn)圖 3 2 1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量 它是衡量數(shù)控機(jī) 床加工精度的一個(gè)基本參數(shù) 因此 脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定 對(duì)經(jīng)濟(jì) 型數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō) 常采用的脈沖當(dāng)量為 0 01mm step 和 0 005mm step 在 CA6140 的 技術(shù)參數(shù)中 要求縱向脈沖當(dāng)量為 0 01mm step 橫向脈沖當(dāng)量為 p f 0 005mm step p f 3 3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單 一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾 珠絲杠 使刀架橫向運(yùn)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上 用法蘭盤(pán)將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床 大拖板連接起來(lái) 以保證其同軸度 提高傳動(dòng)精度 3 3 1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與縱向類似 所用到的公式不再詳細(xì)說(shuō)明 只計(jì) 算結(jié)果 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 16 頁(yè) 裝 訂 線 電機(jī)初步估算轉(zhuǎn)速為 1500r min 進(jìn)給速度 2 max V minm 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 可知 in V Ph max max 則 mm in V 07 1 25 1 1500 2000 max max 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 可查到滾珠絲杠的標(biāo)準(zhǔn)系列 初選 4 h Pmm 已知條件如下 工作臺(tái)重量 W 700N 脈沖當(dāng)量 0 005 mm step 步距角 0 75 astep 進(jìn)給速度 max 2 minVm 滾珠絲杠基本導(dǎo)程 0 4Lmm 滾珠絲杠行程 650Smm 1 削力計(jì)算 橫向進(jìn)給量為縱向的 取 則切削力約為縱向的 11 23 1 2 1 2 1 1909 44954 72 2 Z FN 在切斷工件時(shí) 0 50 5 954 72477 36 yZ FFN 3 3 2 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 1 強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌 yZ PKFfFW 取 K 1 4 0 2 f 則 1 4 477 360 2954 72300919 248PN 壽命值 6 60 10 ii i nT L 由以上條件 可以確定步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠齒輪傳動(dòng)比 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 17 頁(yè) 裝 訂 線 67 1 005 0 360 475 0 360 0 p L i 由于電機(jī)軸與滾珠絲杠之間是降速傳動(dòng) 則 max 13 1500900 min 5 nVr i 電m ax 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 可知 當(dāng)量轉(zhuǎn)速在之間變化時(shí) m V maxmin VV與 maxmin 2 m VV V 取為時(shí) 取 min V 1 minr 450 5 min m Vr 450 min m Vr 因此 66 6060450 15000 405 1010 ii i nT L 根據(jù) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 可知 最大動(dòng)負(fù)載為 3 3 405919 248 1 1 28161 42 iWH QL PffN 根據(jù)最大負(fù)載 Q 值 可選擇滾珠絲杠的型號(hào) 外循環(huán)插管埋入式雙螺母預(yù)緊式的 滾珠絲杠 型號(hào)為 2004 2 5 3 左 其中額定動(dòng)載荷為 14200N 所以強(qiáng)度夠用 2 效率計(jì)算 經(jīng)計(jì)算螺旋升角 摩擦角 2 30 10 則 2 30 0 926 2 3010 tgtg tgtg 3 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程的變化量 6 0 1 62 919 248 0 4 4 2 71 10 20 6 103 14 2 8964 PL Lcm EF 滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小 即 所以 導(dǎo)程變形總 2 L 1 LL 誤差為 6 100 2 71 106 78 0 4 m m 查表可知 3 級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差 1m 為 15 故剛度足夠 m m 4 穩(wěn)定性 由于選用的滾珠絲杠的直徑與絲杠直徑相同 而支承方式由原來(lái)的一端固定 一端懸空 變?yōu)橐欢斯潭?一端徑向支承 所以穩(wěn)定性增強(qiáng) 故不再驗(yàn)算 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 18 頁(yè) 裝 訂 線 3 3 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩有關(guān)計(jì)算 1 有關(guān)齒輪計(jì)算 傳動(dòng)比 0 0 75 45 1 67 360360 0 0053 p L i 故取 1 18Z 2 30Z 2m 20bmm 20a 1 36dmm 2 60dmm 1 40 a dmm 2 64 a dmm 48amm 2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 2 2 1 180 180 0 005 300 0439 3 14 0 75 p JWkg cm 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 442 7 8 103 2604 907 s Jkg cm 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 442 1 7 8 103 620 262 Z Jkg cm 442 2 7 8 10622 022 Z Jkg cm 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可忽略 因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 3 所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算 max max 0 5 2000 5 3 833 333 min 4 3 V nr L 44 max max 2 801 833 33 10109 73 9 69 6 0 025 a Jn MN cm T 0 1000 150 0 15 5 49 76 min 3 14 60 4 3 t n fi nr DL 主 4 2 801 49 76 100 58 9 6 0 025 at MN cm 000 0 2 30 0 4 3 0 0287 222 3 14 0 8 5 F Lf WL MfN cm ii 22 0 0 0 47 736 0 4 3 11 0 90 0144 6060 3 14 0 8 5 47 736 0 4 3 0 228 22 3 14 0 8 5 Y Y t F L MN cm i F L MN m i 所以 快速空載啟動(dòng)所需轉(zhuǎn)矩 2 2 211 2 13 4 9072 0220 2620 04392 801 5 sZZ JJJJJkg cm i 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 19 頁(yè) 裝 訂 線 max0 9 730 2870 144101 61 af MMMMN cm 切削時(shí)需力矩 0 0 580 2870 1442 2832 91 att MMMMN cm 快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 0 0 2870 1444 31 f MMMN cm 從上計(jì)算可 最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速進(jìn)給啟動(dòng)時(shí) max 101 61MN cm 3 4 滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí) 數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用 1 5 級(jí)精度的滾珠絲杠 1 5 級(jí) 度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示 精度等級(jí) 項(xiàng)目符號(hào) 有效行 程 lm mm 12345 315 68121623 315 40079131825 400 500810152027 目標(biāo)行程公差 ep 500 630911162230 315 68121623 315 40068121725 400 500710131926 行程變動(dòng)量公差 Vmp 500 630711142129 任意 300mm 內(nèi)行程變動(dòng) 量 V300p68121623 2 rad 內(nèi)行程變動(dòng)量 V2 p45678 3 5 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊方法 滾珠絲杠副的軸向間隙 是指負(fù)載時(shí)滾珠與滾道型面接觸的彈性變形所引起的 螺母位移量和螺母原有間隙的總和 滾珠絲杠副的軸向間隙直接影響其傳動(dòng)剛度和 傳動(dòng)精度 尤其是反向傳動(dòng)精度 因此 滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方面的進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)精度有要求外 對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和預(yù) 緊 通常采用雙螺母預(yù)緊方式 其結(jié)構(gòu)型式有三種 基本原理是使兩個(gè)螺母間產(chǎn)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 20 頁(yè) 裝 訂 線 軸向位移 以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的 1 墊片調(diào)隙式 圖 3 5 所示結(jié)構(gòu) 是通過(guò)改變墊片的厚度 使螺母產(chǎn)生軸向位移 這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單可靠 剛性好 但調(diào)整費(fèi)時(shí) 且不能在工作中隨意調(diào)整 圖 3 5 雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)圖 2 螺帽調(diào)隙式 圖 3 6 所示為利用螺帽來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊的結(jié)構(gòu) 兩個(gè)螺母以平鍵與外套相聯(lián) 鍵可 限制螺母在外套內(nèi)移動(dòng) 其中右邊的一個(gè)螺母外伸部分有螺紋 用兩個(gè)鎖緊螺帽 1 2 能使螺母相對(duì)絲杠作軸向移動(dòng) 這種結(jié)構(gòu)既緊湊 工作又可靠 調(diào)整也方便 故應(yīng)用較廣 但調(diào)整位移量不易精確控制 這種結(jié)構(gòu)既緊湊 工作又可靠 調(diào)整也 方便 幫應(yīng)用較廣 但調(diào)整位移量不易精確控制 因此 預(yù)緊力也不能準(zhǔn)確控制 圖 3 6 雙螺母帽式結(jié)構(gòu)圖 1 2 鎖緊螺帽 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 21 頁(yè) 裝 訂 線 圖 3 7 雙螺母齒差式結(jié)構(gòu)圖 3 齒差調(diào)隙式 圖 3 7 所示為齒差式調(diào)整結(jié)構(gòu) 在兩個(gè)螺母的凸緣上分別有齒數(shù)為 Z1 Z2的 齒輪 而且 Z1 Z2與相應(yīng)的內(nèi)齒圈相嚙合 內(nèi)齒圈緊固在螺母座上 預(yù)緊時(shí)脫開(kāi)內(nèi) 齒圈 使兩個(gè)螺母同向轉(zhuǎn)過(guò)相同的齒數(shù) 然后再合上內(nèi)齒圈 兩螺線的軸向相對(duì)位 置發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力 如果其中一個(gè)螺母轉(zhuǎn)過(guò) n 個(gè)齒時(shí)則 其軸向位移量為 Ph為絲杠導(dǎo)程 Z1為齒輪齒數(shù) 如兩齒輪沿同方向各轉(zhuǎn) 1 h n sP Z 過(guò) n 個(gè)齒時(shí) 其兩螺母間相對(duì)軸向位移量 Z2為另 21 1212 11 h h ZZnP snP ZZZ Z 一齒輪齒數(shù) 或 例如 當(dāng) n 1 Z1 99 Z2 100 12 21h sZ Z n ZZP 10 1 9900 h Pum 即兩個(gè)螺母在軸向產(chǎn)生 1的位移 這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 但調(diào)整準(zhǔn)確可靠 um 精度較高 除上述三種雙螺母加預(yù)緊力的方式外 還有單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊和單螺母鋼球 過(guò)盈預(yù)緊方式 3 6 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)齒輪間隙的消除 3 6 1 采用減速箱的目的及注意事項(xiàng) 為了保證步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)性能 要特別考慮負(fù)載慣性矩 當(dāng)所帶負(fù)載的慣性矩 增大時(shí) 由于步進(jìn)電機(jī)是按電磁鐵吸力原理來(lái)動(dòng)作 所以當(dāng)慣性矩增大到某一值時(shí) 就會(huì)使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生擅動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生啟動(dòng)不良效果 所以 使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)盡量選小 的負(fù)載 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中我們采用減速齒輪來(lái)聯(lián)結(jié)滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī) 以達(dá)到 改變慣性矩的目的 同時(shí) 應(yīng)該盡可能地消除配對(duì)齒輪之間的間隙 否則就會(huì)產(chǎn)生使運(yùn)動(dòng)滯后的指 示信號(hào)的誤差 對(duì)加工件的精度就會(huì)產(chǎn)生很大的影響 3 6 2 減少或消除空程的必要性和方法 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 22 頁(yè) 裝 訂 線 1 減少或消除空程的必要性 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度 除了機(jī)床的幾何精度 絲桿精度影響外 又受其本身因 素的影響 產(chǎn)生滯后現(xiàn)象而引起的間隙誤差 在這次設(shè)計(jì)改造過(guò)程中只能采用開(kāi)環(huán) 系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)不能對(duì)車床的誤差進(jìn)行修改 所以只能通過(guò)機(jī)械的方式對(duì)其各部分 傳動(dòng)誤差進(jìn)行修改 2 消除方法 本次設(shè)計(jì)采用雙片齒輪來(lái)達(dá)到消隙的目的 通常將一對(duì)齒輪的從動(dòng)齒制成兩片 其中一片固定在軸上 兩片之間裝有彈簧 彈簧力使兩片齒輪的齒廓分別與主動(dòng)齒 輪的齒廓貼緊 從而完全消除了齒側(cè)間隙 第四章 CA6140 數(shù)控改造步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)是受脈沖信號(hào)控制的 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和分配由軟件編程來(lái)完成 而 信號(hào)的放大由放大電路來(lái)完成 由于強(qiáng)弱信號(hào)的原因 我們?cè)诜糯箅娐非凹由瞎怆?耦合電路 以防止電源串路 4 1 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)的工作方式和一般電機(jī)的不同 是采用脈沖控制方式工作的 只有按 一定的規(guī)律對(duì)各相繞組輪流通電 步進(jìn)電機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng) 數(shù)控機(jī)床中采用的功率 步進(jìn)電機(jī)有三相 四相 五相 和六相等 工作方式有單 m 拍 雙 m 拍 三 m 拍及 2 m 拍 m 是電機(jī)的相數(shù) 所謂單 m 拍是指每拍只有一相通電 循環(huán)拍數(shù)為 m 雙 m 拍是指每拍同時(shí)有兩相通電 循環(huán)拍數(shù)為 m 三 m 拍是每拍有三相通電 循環(huán)拍數(shù) 為 m 拍 2 m 拍是各拍既有單相通電 也有兩相或三相通電 一般電機(jī)的相數(shù)越多 工作方式越多 由步距角計(jì)算可知 循環(huán)拍數(shù)越多 步距角越小 因此定位精度越高 另外 通電循環(huán)拍數(shù)和每拍通電相數(shù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性 穩(wěn)定性等都有很大的影響 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能有很大影響 為提高步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 工作頻率和穩(wěn)定性 可選用多相步進(jìn)電機(jī) 并采用 2 m 拍工作方式 4 2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 4 2 1 步進(jìn)電機(jī)選用的基本原則 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 23 頁(yè) 裝 訂 線 合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題 需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際工作情 況 經(jīng)過(guò)分析后才能正確選擇 現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機(jī)最基本的原則介紹如下 步距角 步距角應(yīng)滿足 mn a i 式中 傳動(dòng)比 i 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角 mn a 精度 步進(jìn)電機(jī)的精確可用步距誤差或積累誤差衡量 積累誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置 開(kāi)始 經(jīng)過(guò)任意步后 轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值 用積累誤差衡量 精度比較實(shí)用 所選用的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足 Qi 式中 步進(jìn)電機(jī)的積累誤差 m 系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差 s 轉(zhuǎn)距 為了使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行 不失步 不越步 正常啟動(dòng)并滿足對(duì)轉(zhuǎn)速的要求 必須考慮 啟動(dòng)力矩 一般啟動(dòng)力矩選取為 0 0 30 5 L M M 式中 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩 q M 電動(dòng)機(jī)靜負(fù)載力矩 0L M 在要求的運(yùn)行頻率范圍內(nèi) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行力矩應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的靜載力矩與電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 包括負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 引起的慣性矩之和 啟動(dòng)頻率 由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大而降低 因此相應(yīng)負(fù) 載力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的極限啟動(dòng)頻率應(yīng)滿足 top m ff 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 報(bào)告紙 共 40 頁(yè) 第 24 頁(yè) 裝 訂 線 式中 極限啟動(dòng)頻率 t f 要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率 op m f 4 2 2 CA6140 橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的確定 0 101 61 203 22 0 50 5 L q M MN cm 為了滿足最小步距要求 電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式 查表知 0 866 qjm MM 所以 步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為 jm M 203 23 234 67 0 8660 866 q jm M MN cm 步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 max max 2000 6666 6 6060 0 005 p v fHz 綜合考慮 查表選用 110BF003 型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 能滿足要求 第五章 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型 臥式車床數(shù)控化改造應(yīng)將原車床的普通手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架 自 動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制 效率高 工藝性能可靠 根據(jù)所加工零件的工藝要求 及車床控制方式確定自動(dòng)刀架的刀位數(shù)和刀架類型 5 1 數(shù)控車床刀架的基本要求 數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分 刀架用于夾持切削用的刀具 在一定 程度上 刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了車床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平 所以有如下要求 1 轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠 工作平穩(wěn)安全 2 按最短線路就近選擇 轉(zhuǎn)位時(shí)間短 3 重復(fù)定位精度高