C6140型普通車(chē)床改造數(shù)控機(jī)床-橫向縱向改造含6張CAD圖
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目 錄第一章 設(shè)計(jì)方案的確定- 9 -一、總體設(shè)計(jì)方案的確定- 9 -二、機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算- 10 -(一)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型- 10 -(二) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算- 15 -第二章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇- 19 -一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用原則- 19 -二、步進(jìn)電機(jī)的選型- 20 -(一)C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定- 20 -(二)C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定- 20 -(三)110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)- 20 -(四)110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)- 21 -第三章 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型- 21 -第四章 電動(dòng)刀架的選型- 22 -第五章 編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗? 23 -一、機(jī)床改造參數(shù)的選擇- 23 -(一)車(chē)床縱向運(yùn)動(dòng)由Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制- 23 -(二)車(chē)床橫向運(yùn)動(dòng)由X向步時(shí)電動(dòng)機(jī)控制- 23 -二、程序設(shè)計(jì)- 23 -(一)數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定- 23 -(二) 編程參數(shù)說(shuō)明- 23 -參考文獻(xiàn)- 27 -體會(huì)- 28 -0 引言回顧即將過(guò)去的20世紀(jì),人類(lèi)取得的每一項(xiàng)重大科技成果,無(wú)不與制造技術(shù),尤其與超精密加工技術(shù)密切相關(guān)。在某種意義上,超精密加工擔(dān)負(fù)著支持最新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要使命。超精密加工技術(shù)在航天運(yùn)載工具、武器研制、衛(wèi)星研制中有著極其重要的作用。有人對(duì)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)及盟國(guó)武器系統(tǒng)與超精密加工技術(shù)的關(guān)系做了研究,發(fā)現(xiàn)其中在間諜衛(wèi)星、超視距空對(duì)空攻擊能力、精確制導(dǎo)的對(duì)地攻擊能力、夜戰(zhàn)能力和電子對(duì)抗技術(shù)方面,與超精密加工技術(shù)有密切的關(guān)系。可以說(shuō),沒(méi)有高水平的超精密加工技術(shù),就不會(huì)有真正強(qiáng)大的國(guó)防。超精密車(chē)床要求其數(shù)控系統(tǒng)具有高編程分辨率(1nm)和快速插補(bǔ)功能(插補(bǔ)周期0.1ms)?;赑C機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)的主從式硬件結(jié)構(gòu)是超精密數(shù)控的潮流,如美國(guó)的NAN OPATH和PRECITECHS ULTRAPATH TM都采用了這一結(jié)構(gòu)。數(shù)控系統(tǒng)的硬件運(yùn)動(dòng)控制模塊(PM AC)開(kāi)發(fā)應(yīng)用越來(lái)越廣泛,使此類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和可重構(gòu)性得到提高。我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的YH1型數(shù)控系統(tǒng)采用ASW824工業(yè)一體化PC工作站為主機(jī),用ADSP2181信號(hào)處理器模塊構(gòu)成高速下位伺服控制器。模塊化、構(gòu)件化是超精密車(chē)床進(jìn)入市場(chǎng)的重要技術(shù)手段,如美國(guó)ANORAD公司生產(chǎn)各種主軸、導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)臺(tái),用戶(hù)可根據(jù)各自的需要組成一維、兩維和多維超精密運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)和車(chē)床。研制超精密車(chē)床時(shí),布局就顯得非常關(guān)鍵。超精密車(chē)床往往與傳統(tǒng)車(chē)床在結(jié)構(gòu)布局上有很大差別,流行的布局方式是“T”型布局,這種布局使車(chē)床整體剛度較高,控制也相對(duì)容易,如Pneumo公司生產(chǎn)的大部分超精密車(chē)床都采用這一布局。模塊化使車(chē)床布局更加靈活多變,如日本超硅晶體研究株式會(huì)社研制的超精密車(chē)床,用于車(chē)削超大硅晶片,采用三角菱形五面體結(jié)構(gòu),用于提高剛度;德國(guó)蔡司公司研制了4軸精密車(chē)床AS100,用于加工自由形式表面,該車(chē)床除了X、Z和C軸外,附加了A軸,用于加工自由表面時(shí)控制砂輪的車(chē)削點(diǎn)。此外,一些超精密加工車(chē)床是針對(duì)特殊零件而設(shè)計(jì)的,如大型高精度天文望遠(yuǎn)鏡采用應(yīng)力變形盤(pán)加工,一些非球面鏡的研拋加工采用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)(CCOS)加工,這些車(chē)床都具有和通用車(chē)床完全不同的結(jié)構(gòu)。由此可見(jiàn),超精密車(chē)床的結(jié)構(gòu)有其鮮明的個(gè)性,需要特殊的設(shè)計(jì)考慮和設(shè)計(jì)手段。為保證超精密車(chē)床有足夠的定位精度和跟蹤精度,數(shù)控系統(tǒng)必須采用全閉環(huán)結(jié)構(gòu),高精度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是進(jìn)行全閉環(huán)控制的必要條件。雙頻激光干涉儀具有高分辨率(如ZYGO AX10MTM 2/20分辨率為1.25nm)與高穩(wěn)定性,測(cè)量范圍大,適合作車(chē)床運(yùn)動(dòng)線位移傳感器使用。但是雙頻激光干涉儀對(duì)環(huán)境要求過(guò)于苛刻,使用和調(diào)整非常困難,使用不當(dāng)會(huì)大大降低精度。根據(jù)我們的使用經(jīng)驗(yàn),德國(guó)Heidenhain公司生產(chǎn)的光柵尺更適合超精密車(chē)床運(yùn)動(dòng)檢測(cè),如該公司LI P401,材料長(zhǎng)度220mm,分辨率為2nm,采用Zerodur材料制成幾乎達(dá)到零膨脹系數(shù)(0.1ppm/k),動(dòng)靜尺間隙為0.60.1mm,對(duì)環(huán)境要求低,安裝和使用方便,如Nanoform2500和Opt imum2400超精密車(chē)床都使用了Heidenhain光柵尺。在數(shù)控軟件方面,開(kāi)放性是一個(gè)發(fā)展方向。國(guó)外有關(guān)開(kāi)放性數(shù)控系統(tǒng)的研究有歐共體的OS ACA、美國(guó)的OMAC和日本的OSEC。我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)在此基礎(chǔ)上提出了構(gòu)件化多自由度運(yùn)動(dòng)控制軟件,可根據(jù)車(chē)床成形系統(tǒng)的布局任意組裝軟件,符合車(chē)床模塊化發(fā)展的方向。1.序言課題簡(jiǎn)介:本課題是圍繞將普通機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床展開(kāi)設(shè)計(jì)的,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是指價(jià)格低廉、操作使用方便,適合我國(guó)國(guó)情的裝有簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)的高效自動(dòng)化機(jī)床。中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn),常希望對(duì)原有舊機(jī)床進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、自動(dòng)化。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的的生產(chǎn)實(shí)際,結(jié)合我國(guó)國(guó)情,在滿(mǎn)足系統(tǒng)基本功能的前提下,盡可能降低價(jià)格。價(jià)格便宜、性能價(jià)格比適中是其最主要的特點(diǎn),特別適合在設(shè)備中占有較大比重的普通車(chē)床改造,適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控型系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造后,將提高產(chǎn)品加工精度和批量生產(chǎn)的能力,同時(shí)又能保持“萬(wàn)能加工”和“專(zhuān)用高效”這兩種屬性,提高設(shè)備自身對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代的應(yīng)變能力,增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。利用微機(jī)改造現(xiàn)有的普遍車(chē)床,主要應(yīng)該解決的問(wèn)題是如何將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)給和手工控制的刀架轉(zhuǎn)位,進(jìn)給改造成由計(jì)算機(jī)控制的刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位以及自動(dòng)進(jìn)給加工車(chē)床,即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的改造是非常有必要的。數(shù)控機(jī)床可以很好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量及多變零件的加工問(wèn)題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率,但是數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用也受到其他條件的限制。如:數(shù)控機(jī)床價(jià)格昂貴,一次性投資巨大等,因此,普通車(chē)床的數(shù)控改造,大有可為。它適合我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平,已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。現(xiàn)我選用CA6140普通車(chē)床為例進(jìn)行數(shù)控改造。 第一章 設(shè)計(jì)方案的確定C6140型普通車(chē)床是一種加工效率高,操作性能好,并且社會(huì)擁有量較大的普通型車(chē)床。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明,將其改造為數(shù)控機(jī)床,無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。一般說(shuō)來(lái),如果原有車(chē)床的工作性能良好,精度尚未降低,改造后的數(shù)控車(chē)床,同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能,而且在加工精度,加工效率上都有新的突破。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)C6140普通型車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造,用微機(jī)對(duì)縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)可采用開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制,開(kāi)環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動(dòng)等缺點(diǎn),但其成本較低,經(jīng)濟(jì)性較好,車(chē)床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動(dòng)原件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)傳動(dòng)主要有:滑動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)和滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)兩種,經(jīng)比較分析:前者傳動(dòng)效率及精度較低,后者精度和效率高,但成本高,考慮對(duì)車(chē)床的性能要求,故采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀,因此采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。一 總體設(shè)計(jì)方案的確定由于是對(duì)車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造,所以在考慮具體方案時(shí),基本原則是在滿(mǎn)足使用前提下,對(duì)同床的改動(dòng)盡可能少,以降低成本。根據(jù)這一原則,決定數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制;傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng);驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī);數(shù)控系統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng);刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。這樣車(chē)床既保留原有功能,又減少了改造數(shù)量。二 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算將普通車(chē)床改造成數(shù)控機(jī)床,除了增加控制系統(tǒng)外,機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造,其中包括:縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型,以及自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型。(一)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型1、經(jīng)濟(jì)數(shù)控車(chē)床的改造,采用步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)縱向進(jìn)給,有兩種方案:一種是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母固定在溜板箱上;第二種是縱絲杠固定、電機(jī)安裝在溜板箱上,驅(qū)動(dòng)螺母?jìng)鲃?dòng)。對(duì)于車(chē)床的改造而言,采用第一種方案顯然簡(jiǎn)單易行。所以步進(jìn)電機(jī)的布置,可放在絲杠的任意一端。從改裝方便,實(shí)用等方面考慮,所以將步進(jìn)電機(jī)放在絲杠的左端。2、縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,已知條件:工作臺(tái)重量:W=80kgf=800N時(shí)間常量: T=25ms行 程: s=640mm步 驅(qū) 角: 2=0.75o/step快速進(jìn)給速度:Vmax=2m/ms脈沖當(dāng)量: 8p=0.01mm/8tep(1)切削力的計(jì)算由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得公式 No=Nd (公式一)其中 NO 為傳動(dòng)件的額定功率Nd主電機(jī)的額定功率,見(jiàn)使用說(shuō)明書(shū)得:Nd=4.5 kw 從電機(jī)到所計(jì)算的傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率(不含軸承的效率)從電機(jī)到傳動(dòng)軸經(jīng)過(guò)皮帶輪和齒輪兩種傳動(dòng)件傳動(dòng),所以=n1n2 由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得n1 =0.96 n2=0.99所以:=0.960.99=0.9504 取 =0.95即N=40.95=3.8(kw)又因?yàn)橹鱾鲃?dòng)系統(tǒng)效率一般為0.60.7 之間,所以取0.65所以NC(進(jìn)給效率)=3.80.65=2.47(kw)由機(jī)械加工工藝手冊(cè)得Pm= 9.8 (公式二)式中Vs 切削速度,設(shè)當(dāng)其為中等轉(zhuǎn)速,工件直徑為中等時(shí),如D=40mm時(shí),取Vs=100m/min主切削力FZ = =151.164(Rgf)=1511.64N由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得主切削力FZ=CFzapxfxfyfzkfz(經(jīng)驗(yàn)公式) CFzapxfx fyfz kfz (公式三)對(duì)于一般切削情況,切削力中的指數(shù)xfx1FZ=0.75 Kfz0CFZ=188kg/2=1880MpaF2的計(jì)算結(jié)果如下:ap()222333f()0.20.30.40.20.30.4Fz(N)10515241891168122872837為便于計(jì)算,所以取Fz=1511.7N,以切削深度ap=2走刀量f=0.3為以下計(jì)算以此為依據(jù)。由機(jī)械床設(shè)計(jì)手冊(cè)得,在一般外圓車(chē)削時(shí),F(xiàn)x(0.10.6)FZFy(0.150.7)Fz取Fx=0.5 Fz Fy=0.6FzFx=0.51511.7=755.9(N)Fy=0.6 Fz=0.61511.7=907.0(N)(2)滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算由經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床總設(shè)計(jì),綜合車(chē)床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得P=RGx+f(Fz+w) (公式四)其中R=1.15 , f=0.150.18 取f=0.16P=1.15755.9+0.16(1511.7+800) =1239.2(N)強(qiáng)度計(jì)算壽命值Li= (公式五)ni= (公式六)由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得Ti=15000h,原機(jī)床絲杠螺距為60, D=80ni= =19.920(r/min)Li=18最大動(dòng)負(fù)Q=PfwfH (公式七)其中 運(yùn)載系數(shù)fw=1.2硬度系數(shù)Fh=1Q=1.21239.21 =3897.1(N)根據(jù)最大動(dòng)力負(fù)載荷Q的值,查表選擇滾珠絲杠的型號(hào)為W50103.51,查表得數(shù)控車(chē)床的縱向精度為B級(jí),左旋即型號(hào)為W50103.51/B9001000其額定載荷是3970N效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)得,絲杠螺母副傳動(dòng)效率為= (公式八)由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)得4一般為812取4=10即:摩擦角4=10,螺旋升角(中徑處)r=3O25則= =0.953 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程變化量L1= (公式九)其中 LO=10=1E=20.6106N/2滾珠絲杠橫截面積 F=() d為滾珠絲杠外徑 =()23.14 =18.47(2) 則L1=3.25610-63.27um查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè),B級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差(900螺絲長(zhǎng)度)為25nm/m ,因此,絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。穩(wěn)定性驗(yàn)算由于原機(jī)床杠徑為30,現(xiàn)選用的滾珠絲杠為50,支承方式不變。所以,穩(wěn)定性不成問(wèn)題,無(wú)需驗(yàn)算。齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算此齒輪為普通減速器的齒輪且減速器為一般機(jī)器,沒(méi)有特殊要求,從降低成本,減小結(jié)構(gòu)尺寸和易于取材的原則出發(fā),決定小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì),齒面硬定為217255HBS。大齒輪選用45正火,齒面硬度169217 HBS。傳動(dòng)比i=其中2表示步驅(qū)角,89表示脈沖當(dāng)量i=2.1取齒數(shù)z1=30, Z2=63 模數(shù)m=2mm, 嚙合角為200,小齒輪齒寬為25,大齒輪齒寬20。d1=mz1=230=30d2=mz2=263=126da1=m(z1+2)=2(30+2)=64a=93齒輪傳動(dòng)精度計(jì)算齒輪圓周速度VV=4.2(m/s)根據(jù)齒輪圓周速度和對(duì)噪音的要求確定齒輪精度等級(jí)側(cè)隙分別為:小齒輪:8GJ大齒輪:8FL傳動(dòng)慣量的選擇工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=()2W =()280 = 0.467kg. 2絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js=7.810-4D4L1=7.8-4(50)414.9 =7.26(kg. 2)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JZ1=7.810-4(60)42=2.02(kg. 2)JZ1=7.810-4(126)42=39.32(kg. 2)由于電機(jī)的傳動(dòng)慣量很小,一般可忽略不記所以總的傳動(dòng)慣量為 J總=(Js+Jz2)+Jz1+J1 =(7.26+39.32)+2.022+0.467 =14.50(kg. 2) =145.0(N. 2)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M=Mmamx+Mf+MO (公式十二)最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt (公式十三)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩 M=Mf+MO (公式十四)式中Mmamx 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。 Mf 折算到電機(jī)軸上的磨擦力矩。 MO 由于絲杠預(yù)緊所引起,折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。 Mat 切削時(shí)折算到電機(jī)軸上的加速度力矩。Mt 折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩。Ma=10-4(N.m)其中T=0.025 (公式十五)當(dāng)n=nmax時(shí),Mamax=Ma nmax=400(r/min)Mamat=10-4=24.17(kgf.cm) =241.7(N.cm)nt= =25.08(r/min)Mat=10-4=1.51(kgf.cm) =15.1(N.cm)Mf=當(dāng)=0.8,f=0.16時(shí),Mf=1.213(kg.cm) =12.13(kg.cm)MO=(1-o2)當(dāng)=0.9時(shí),預(yù)加荷PO=FxMO= =0.40334.03(N.cm)Mt= =6.368(kg.cm)=63.68(N.m)所以,快速空載啟動(dòng)所需力矩M快空= Mamax+Mf+MO 241.7+1.213+4.03 =257.86(N.cm)切削時(shí)所需力矩M切= Mat+ Mf+ MO +Mt=15.1+12.13+4.03+63.69=94.95(N.cm)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M快速= Mf+MO =12.13+4.03=16.16(N.cm)由以上計(jì)算可得所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動(dòng)時(shí)Mamax= M快速=257.86(N.cm)(二) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)數(shù)控車(chē)床改造的橫向進(jìn)給系統(tǒng)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。(2) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,已知條件工作臺(tái)重量:W=30kgf=300N時(shí)間常量:T=25ms行 程:s=190mm步 驅(qū) 角:2=0.75度/step脈沖當(dāng)量:8p=0.005mm/step快速進(jìn)給速度:Vmax=2m/min切削力的計(jì)算橫向進(jìn)給量約為縱向的,取則橫向切削約為縱向切削力Fz=F縱z=1511.64=755.82(N)在切斷工件時(shí) Fy=0.6 F縱z=0.6755.82=453.492(N)(3) 滾珠絲杠的計(jì)算強(qiáng)度的計(jì)算對(duì)于燕尾型導(dǎo)軌 P=Kfy+f(Fz+W)其中,K=1.4,f=0.2P=1.4453.492+0.2(755.82+300)=846.05(N)壽命值Li=13.5 最大動(dòng)負(fù)載Q=fwfr1p 其中 fw(運(yùn)載系數(shù))=1.2fh(硬定系數(shù))=1Q=1.21846.05=2417.4(N)根據(jù)最大動(dòng)負(fù)載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號(hào),其公稱(chēng)直徑為35,型號(hào)為W3508-3.51/B左190290,額定動(dòng)負(fù)載荷為2520W,所以強(qiáng)度夠用。效率計(jì)算=r(螺紋升角)=3O38 4(磨擦角)=10=0.956剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載,P引起的導(dǎo)程變化量 L1=F=()2其中為滾珠絲杠的外徑=()23.14 =9.0746 L1 = =3.6210-6() 因?yàn)闈L珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化化量L2很小,可忽略不計(jì),即L=L1,即導(dǎo)程變化總誤差為=L=3.6210. -6=4.52(min/m)查表知B級(jí)精度絲杠允許的螺矩誤差(在300之內(nèi))為15um/n ,所以剛度足夠。穩(wěn)定性驗(yàn)算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等,而支承方式由原來(lái)的一端固定,一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?,一端徑向支承,所以穩(wěn)定性增強(qiáng),故不再驗(yàn)算。、齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計(jì)算減速器為一般機(jī)器,沒(méi)有什么特殊要求,從降低成本,減小結(jié)構(gòu)、尺寸和易于取材等原則出發(fā),決定小齒輪選用45鋼、調(diào)質(zhì),齒面硬度為217255HBS;大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169217HBS傳動(dòng)比 i =其中8表示步驅(qū)角;8P表示脈沖當(dāng)量i=所以,取Z1=30,Z2=99M=2mm,嚙合角為20小齒輪齒寬為25mm;大齒輪齒寬為20mm。d1=mZ1=230=60d2=mZ2=299=198da1=m(Z1+2)=2(30+2)=64da2=m(Z2+2)=2(99+2)=202a=齒輪傳動(dòng)精度計(jì)算齒輪圓周速度VV=根據(jù)圓周速度和對(duì)噪音的要求確定齒輪精度等級(jí)及側(cè)隙分別為:小齒輪:8GJ大齒輪:8FL、傳動(dòng)慣量計(jì)算工作臺(tái)質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的傳動(dòng)慣量J1=0.04378(Kg.cm2)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:JS=7.810-4D4L1=7.810-43.5413.3=1.556(.2)齒輪的傳動(dòng)的慣量JZ1=7.810-4D4M=7.810-4642=2.02(.2)JZ2=7.810-4D4M=7.810-4(198)22=239.76(.2)由于電機(jī)傳動(dòng)慣量很小,可以忽略不計(jì),因此總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J= (JS+JZ2)+JZ1+J1= (1.556+239.76)+2.022+0.04378 =24.22(.2)所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算nmax=Mamax=4.16(N.m)nt =43.79(r/min)Mat=0.4419(N.m)Mf= 其中,f=0.2 =0.8時(shí)Mf=0.029(N.m)M0=0.13860.0139(N.m)Mt=2.19(kgf.cm)0.219(N.m)所以,快速空載啟動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩M=Mamax+Mf=Mo=4.16+0.029+0.0139=4.2079(N.m)切削的所需力矩M切=Mat+Mf+Mo+Mt=0.4419+0.029+0.0139+0.219=0.6938(N.m)快速啟動(dòng)時(shí)所需力矩M快進(jìn)= Mf+Mo=0.029+0.0139=0.0429(N.m)即最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動(dòng)時(shí) 即 Mamax=4.2079(N.m)第二章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用原則合理選用步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問(wèn)題,需根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況,經(jīng)過(guò)分析后才能正確的選擇。(一),步距角應(yīng)滿(mǎn)足:=式中i傳動(dòng)比amin系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)所驅(qū)動(dòng)部件的最小轉(zhuǎn)角(二) 精度步進(jìn)電機(jī)的精度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(mǎn)足。QmiQs式中Qm步進(jìn)電機(jī)的積累誤差。Qs系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分允許的角度誤差。(三)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(mǎn)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Mq式中Mq電機(jī)啟動(dòng)力矩ML0電機(jī)靜負(fù)載力矩在要求在運(yùn)行頻率范圍內(nèi),電機(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)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)引起的慣性矩之和。(四) 啟動(dòng)頻率由于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率隨負(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(mǎn)足:fifopm其中fi極限啟動(dòng)頻率fopm要求步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率二步進(jìn)電機(jī)的選型(一)C6140縱向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定Mq= 取參數(shù)為0.4=644.6(N.m)為了滿(mǎn)足最小步距要求,電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式。查手冊(cè)得知:Mq/Mjm=0.866,所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為fmax=3333.3(HZ)綜合考慮,查表選用110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)能滿(mǎn)足使用要求。(二)C6140橫向進(jìn)給系流步進(jìn)電機(jī)的確定Mq=電動(dòng)機(jī)選用三相六拍工作方式查手冊(cè)得Mq/mjm=0.866Mjm=1.215(N.m)步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率fmax=綜合考慮,查表選用110BF004型直流步進(jìn)電機(jī),能夠滿(mǎn)足使用要求。(三)110BF003型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)率110BF00330.758067.84(80)1500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式重量外徑長(zhǎng)度軸徑700046.06(4.7)0.37三相六拍611016011參考價(jià)原型號(hào)350BFG090811(四)110BF004型直流步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動(dòng)率110BF00430.753044.9(50)500運(yùn)行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量線圈電阻分配方式重量外徑長(zhǎng)度軸徑34.3(3.5)0.76三相六拍5.511011011參考價(jià)原型號(hào)350BFG09041111第三章經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)選型用數(shù)控機(jī)床工工件時(shí),首先應(yīng)編制零件加工程序。這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入數(shù)控裝置,再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主動(dòng)的變速、啟動(dòng)、停止、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向速度和位移量,以及刀具選擇交換,工件裝夾和冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)關(guān)等動(dòng)作,使刀具與被加工零件以及其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、運(yùn)行軌跡和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行工作,從而達(dá)到加工出符含合要求零件的目的。C6140數(shù)控車(chē)床改造后聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為二軸聯(lián)動(dòng)且傳動(dòng)精度要求比較高,主要有A850CNC系統(tǒng)和JWK兩種系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)實(shí)際比較分析,JWK系統(tǒng)的核心是MCS-51系列的8031單片微機(jī),其采用ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼編程,能自動(dòng)完成車(chē)削端面、內(nèi)外圓、倒角等功能,并配有完備的S、T、M功能。該系統(tǒng)爾采用模塊化設(shè)計(jì),內(nèi)部有計(jì)算機(jī)等四種模塊。更換維修方便快速。A850CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,集成度高,工藝先進(jìn),性能穩(wěn)定,可維修性很大。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要,以及數(shù)控系統(tǒng)的要求,經(jīng)過(guò)實(shí)際比較分析,選用JWK系列。其中又以JWK-15T型系統(tǒng)應(yīng)用最廣、功能較強(qiáng)、操作使用更方便。所以,決定使用JWK-15T型數(shù)控系統(tǒng)。JWK-15T主要性能參數(shù)如下:生產(chǎn)廠家南京微分電機(jī)廠江南機(jī)床數(shù)控工程公司型 號(hào)JWK-15T用戶(hù)容量24K設(shè)定單位X=0.005,Z=0.01控制軸數(shù)X、Z聯(lián)動(dòng)軸數(shù)二軸編程尺寸9999.99快速(X/Z)向3/6m/minG功能M00M09,M20M29,M97M99S功能S01S04,S05S10T功能T、XT8X步進(jìn)電機(jī)110BF003工作電源220V10% 50HZ控制精度1步功耗W360環(huán)境溫度040相對(duì)濕度80%(25)外形尺寸(mm)340400200系流重量(kg)17第四章 電動(dòng)刀架的選型自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計(jì)是普通機(jī)床,數(shù)控改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各方面要求不,但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下,提供選用的多把刀的可能性。電動(dòng)刀架的安裝較方便,只要將原車(chē)床上的刀架拆下將電動(dòng)刀架裝即可但要注意兩點(diǎn):1) 電動(dòng)刀臺(tái)的兩側(cè)面應(yīng)與車(chē)床的橫向進(jìn)給方向平行。2) 電動(dòng)刀臺(tái)與系統(tǒng)的連線建議如下安裝:沿橫向工作臺(tái)右側(cè)面先走線到車(chē)床后面,再沿車(chē)床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線,走線到系統(tǒng)。其好處在于:避免走線雜亂無(wú)章,而使得加工時(shí)切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動(dòng)刀架系統(tǒng)。綜合各方面因素,選用常州武進(jìn)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型系列四工位自動(dòng)刀架。機(jī)床型號(hào)C6140刀位數(shù)4電機(jī)功率(W)120電機(jī)轉(zhuǎn)速1400r/min夾緊力1切體尺寸152152下刀體尺161171LD4-I型刀架技術(shù)指標(biāo)配車(chē)床型號(hào) C6140重復(fù)定位精度0.005mm工作可靠性30000次換刀時(shí)間902.9(秒)1803.4(秒)2703.9(秒)第五章 編制零件工序及數(shù)控程序?qū)嵗粰C(jī)床改造參數(shù)的選擇(一)車(chē)床縱向運(yùn)動(dòng)由Z向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制110BF003型直流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套絲杠螺距為10泳沖當(dāng)量:0.01改造后的泳沖當(dāng)量:0.01(二)車(chē)床橫向運(yùn)動(dòng)由X向步時(shí)電動(dòng)機(jī)控制110BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套絲杠螺距為8脈沖當(dāng)量:0.05改造后的脈沖當(dāng)量:0.05二程序設(shè)計(jì)(一)數(shù)控機(jī)床參數(shù)及約定脈沖當(dāng)量:X向(橫向)為0.05Z向(縱向)為: 0.01坐標(biāo)原點(diǎn)為:0點(diǎn)加工起點(diǎn)為:A點(diǎn)安裝方法:零件裝夾于床頭主軸與尾座頂尖之間。采用專(zhuān)用芯軸方式定位。使用方法:專(zhuān)用組合車(chē)刀、切刀加工工序說(shuō)明:此工序?yàn)榫?chē)加工,零件外部形狀尺寸全部成型。零件各部分尺寸預(yù)留精車(chē)余量0.81.2(二) 編程參數(shù)說(shuō)明加工編程中以球頭車(chē)刀圓心與加工起點(diǎn)相重合187外圓處侄角計(jì)算,見(jiàn)圖一。因?yàn)锳O1=R=2所以BC=22sin45=0.585784CD=O1O=BC/sin45=0.828O2E=10.828=0.17202F=03F=2+0.172=2.172見(jiàn)立體圖3、編制程序JWK-15T型數(shù)控裝置零件加工程序如下:NO10NO20N030N040N050N060N070N080N090N110F140N120N130N140N150N160N170F140N180G92M03 G04G01X38、48G04G01G04G01G03G04G01G04G01G021G02G04X300 Z76F2.0X44 F400F80 F2.0X42、48 F80F2.0V4 W4 F140 N100 G04 F2.0V17.52 W-22 I46.48 K-22 F2.0X76 F100F2.0W-8 F100F2.0V6 W-3 I6 K0 F2.0N190N200N210N220N230N240N250N260N270N280N290N300N310N320N330N340N350N360N370N380N390N400G01G04G01G04G01G01G04G01G04G01G04G01G01G04G01G04G01T22G04G01G04G01X188.98 F80F2.0V4.344 W-2.172 F100G04 F2.0W-28.828 F100X187 F80F2.0V2 W-1 F100F2.0X57 F100F2.0W-5 F80X201 F260F2.0W52 F260F2.0W4 F80F2.0X73 F260F2.0X66 F80N410N420N430N440N450N460N470N480N490N500N510N520G04G01G04G01G04G01G04G01T01G01Z76M02F2.0X60 F80F2.0X58 F80F2.0X201 F260F2.0V108 W32 F300X300 F100 參考文獻(xiàn)1、實(shí)用數(shù)控加工技術(shù) 作者實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)編委會(huì)出版社:北京、兵器工業(yè)出版社 1995年2、實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè) 作者實(shí)用數(shù)控加工技術(shù)編委會(huì)出版社:北京出版社 1993年3、機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 作者:余英良出版社:機(jī)械工業(yè)出版社 1998年4、數(shù)控加工程序編制 作者:范炳炎出版社:航空工業(yè)出版社 1992年5、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者:張新義出版社:機(jī)械工業(yè)出版社 1994年6、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 作者:機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)出版社:機(jī)械工業(yè)出版社 1979年7、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 作者:李恒權(quán)出版社:青島海洋大學(xué)出版社 1993年8、數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè) 作者:李福生出版社:北京出版社 1996年9、AutoCAD習(xí)題精解 作者:姜勇出版社:人民郵電出版社 2000年10、機(jī)床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用 作者:李宏勝出版社:高等教育出版社 2001年11、機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)作者:李益民體 會(huì)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們四年學(xué)知識(shí)的一次總結(jié)和應(yīng)用,是對(duì)我們自身能力的一次檢驗(yàn),通過(guò)這次檢驗(yàn),能讓我們知道自己的不足,在以后的工作生活中,不斷的改進(jìn)、學(xué)習(xí)、以原野高自己的綜合能力。四年專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí),其間也做過(guò)課程設(shè)計(jì),對(duì)所學(xué)課程進(jìn)行過(guò)知識(shí)的系統(tǒng)運(yùn)用,但各課程綜合運(yùn)用較少。本次設(shè)計(jì),讓我們對(duì)四年的知識(shí)有了總體的綜合運(yùn)用,提高了我們綜合能力和靈活運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論的能力。各科之間的聯(lián)系有了清晰的認(rèn)識(shí)。機(jī)械專(zhuān)業(yè)雖然是一門(mén)很成熟的專(zhuān)業(yè),然而對(duì)我們來(lái)說(shuō),我們懂得知識(shí)還很有限。要在這方面有所提高。我們還必須在基礎(chǔ)理論上下功夫,以理論聯(lián)系實(shí)際,才能使我們的知識(shí)有一個(gè)量變到質(zhì)變的飛躍。以后的學(xué)習(xí)道路還很長(zhǎng),人生就是在不斷地學(xué)習(xí)中提高自己,而畢業(yè)設(shè)計(jì)也給了我們自信,讓我們相信以后會(huì)做得更好。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,由于首先接觸這燈課題的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)的資料準(zhǔn)備不足,時(shí)間的緊迫可能在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)很大的問(wèn)題。盡管在指導(dǎo)老師的全力指導(dǎo)下,錯(cuò)誤也再所難免,這樣,讓我有了一次知識(shí)的重新積累。- 26 -CA6140型普通車(chē)床是一種加工效率高,操作性能好,并且社會(huì)擁有量較大的普通型車(chē)床。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明,將其改造為數(shù)控機(jī)床,無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實(shí)可行了。一般說(shuō)來(lái),如果原有車(chē)床的工作性能良好,精度尚未降低,改造后的數(shù)控車(chē)床,同時(shí)具有數(shù)控控制和原機(jī)床操作的性能,而且在加工精度,加工效率上都有新的突破。本設(shè)計(jì)主要是對(duì)CA6140普通型車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造,用微機(jī)對(duì)縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)可采用開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制,開(kāi)環(huán)控制雖然有不穩(wěn)定、振動(dòng)等缺點(diǎn),但其成本較低,經(jīng)濟(jì)性較好,車(chē)床本身所進(jìn)行的加工尺寸是粗、半精加工。驅(qū)動(dòng)原件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)傳動(dòng)主要有:滑動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)和滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)兩種,經(jīng)比較分析:前者傳動(dòng)效率及精度較低,后者精度和效率高,但成本高,考慮對(duì)車(chē)床的性能要求,故采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。刀架性能要求是準(zhǔn)確快速的換刀,因此采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。一 總體設(shè)計(jì)方案的確定由于是對(duì)車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造,所以在考慮具體方案時(shí),基本原則是在滿(mǎn)足使用前提下,對(duì)同床的改動(dòng)盡可能少,以降低成本。根據(jù)這一原則,決定數(shù)控系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制;傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng);驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī);數(shù)控系統(tǒng)采用JWK型系統(tǒng);刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。這樣車(chē)床既保留原有功能,又減少了改造數(shù)量。二 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算將普通車(chē)床改造成數(shù)控機(jī)床,除了增加控制系統(tǒng)外,機(jī)械部分也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改造,其中包括:縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型,以及自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型。技術(shù)參數(shù)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,已知條件:工作臺(tái)重量:W=80kgf=800N時(shí)間常量: T=25ms行 程: s=640mm步 驅(qū) 角: 2=0.75o/step快速進(jìn)給速度:Vmax=2m/ms脈沖當(dāng)量: 8p=0.01mm/8tep橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,已知條件工作臺(tái)重量:W=30kgf=300N時(shí)間常量:T=25ms行 程:s=190mm步 驅(qū) 角:2=0.75度/step脈沖當(dāng)量:8p=0.005mm/step快速進(jìn)給速度:Vmax=2m/min
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編號(hào):12802271
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上傳時(shí)間:2020-05-24
40
積分
- 關(guān) 鍵 詞:
-
c6140
普通
車(chē)床
改造
數(shù)控機(jī)床
橫向
縱向
cad
- 資源描述:
-
C6140型普通車(chē)床改造數(shù)控機(jī)床-橫向縱向改造含6張CAD圖,c6140,普通,車(chē)床,改造,數(shù)控機(jī)床,橫向,縱向,cad
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