臥式車床c6140數(shù)控化改造設計畢業(yè)論文

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文檔簡介

1、　　臥式車床C6140數(shù)控化改造設計　　目錄　　摘要……………………………………………………………………………………1　　第1章緒論…………………………………………………………………………1　　1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡

2、史…………………………………………………………1　　1.2數(shù)控機床現(xiàn)狀………………………………………………………………2　　1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢……………………………………………………… 3　　1.4機床數(shù)控化改造的必要性………………………………………………… 4

3、1.5主要技術指標………………………………………………………………4　　第2章華中HNC-21數(shù)控車削系統(tǒng)介紹……………………………………………4　　第3章普通車床的數(shù)控改造可行性論證…………………………………………11　　3.1技術可行性…………………………………………………………………11</p&g

4、t;　　3.2機床本身……………………………………………………………………11　　3.3加工對象分析………………………………………………………………12　　3.4市場可供性…………………………………………………………………12　　第4章總體方案的確定……………………………………………………

5、………12　　4.1總體方案設計要求…………………………………………………………12　　4.2設計參數(shù)……………………………………………………………………13　　第5章進給傳動部件的計算和選型………………………………………………16　　5.1 脈沖當量的確定………………

6、……………………………………………16　　5.2 切削力的計算………………………………………………………………17　　5.3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型（縱向）……………………………………17　　5.3.1 工作載荷Fm的計算……………………………………………………17

7、　5.3.2 最大動載荷FQ的計算…………………………………………………17　　5.3.3 初選型號………………………………………………………………17　　5.3.4傳動效率η的計算……………………………………………………18　　5.3.5 剛度的驗算……………………………………………………………18</p

8、>　　5.3.6 壓桿穩(wěn)定性校核………………………………………………………18　　5.4 步進電動機的計算與選型(縱向) ………………………………………18　　5.4.1 計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量Jeq……………………18　　5.4.2 計算加在步進電動機轉軸上的等效負載轉

9、矩Teq…………………19　　5.4.3步進電動機最大靜轉矩的選定………………………………………21　　5.4.4步進電動機的性能校核………………………………………………21　　5.5 主軸交流伺服電機的計算與選型…………………………………………22　　5.5.1主軸的變

10、速范圍………………………………………………………22　　5.5.2初選主軸電機的型號…………………………………………………22　　5.5.3主軸電機的校核………………………………………………………22　　第6章繪制進給伺服系統(tǒng)的機械裝配圖…………………………………………22<p&g

11、t;　　第7章元件的選擇…………………………………………………………………23　　結論…………………………………………………………………………………24　　致謝…………………………………………………………………………………25　　參考文獻……………………………………………………………………………26</p

12、>　　臥式車床C6140數(shù)控化改造設計　　摘要中國是一個傳統(tǒng)的機械制造大國，但其裝備水平落后，特別是一些老的機械制造廠大多還是比較舊的機床，遠遠不能滿足加工的要求。針對目前制造業(yè)的技術裝備現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)機械制造業(yè)裝備進行改造，解決機械制造業(yè)中的一些技術問題，用現(xiàn)代先進技術對舊的設備進行改造和提升，是我國制造業(yè)的發(fā)展方向。本課題是針對己報廢的C6140普通廢舊車床進行數(shù)

13、控化改造，其現(xiàn)實意義在于如何尋找一種可行的、有推廣價值的設備改造方法，對傳統(tǒng)機械制造行業(yè)的技術裝備進行技術提升，以解決目前設備老化所帶來的問題。　　本設計說明書包括：概論、總體設計方案的擬定和驗證、主傳動部分的改造設計、伺服進給系統(tǒng)的改造設計、自動轉位刀架的選擇設計、編碼盤安裝部分的結構設計等幾個部分。改造后的機床，主運動實現(xiàn)自動變速，縱向、橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)控控制，并要求達到縱向最小運動單位為

14、0.01mm /脈沖，橫向最小運動單位0.005mm/脈沖，刀架要是自動控制的自動轉位刀架，要能自動切削螺紋。　　關鍵詞:機床改造數(shù)控技術進給系統(tǒng) 滾珠絲杠自動刀架 　　第1章緒論　　1.1數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史

15、　　1946 年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6 年后，即在 1952 年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 　　1.1.1 數(shù)控（ NC

16、）階段（ 1952 ～ 1970 年）　　早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路 “搭”成一臺機床專用計算機作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即 1952 年的第一代——電子管；1959年的第二代——晶體管； 1965 年的第三代——小規(guī)模集成電路。 </p

17、>　　1.1.2 計算機數(shù)控（CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在）　到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數(shù)控（CNC)階段（把計算機前面應有的“通用”兩個字省略了）。到1971年，美國 INTEL 公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件——運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROC

18、ESSOR),又可稱為中央處理單元（簡稱CPU)。　　到1974年微處理器被應用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數(shù)控。　　到了1990年，PC機(個人計算機，國內(nèi)習慣稱微機）的性能已發(fā)展

19、到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進入了基于 PC 的階段。　　總之,計算機數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即 1970 年的第四代　　1.2數(shù)控機床現(xiàn)狀　　近年來我國企業(yè)的數(shù)控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以F

20、MS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。　 　　2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進入世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39億美元，僅次于美國的53.67億美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24.06億美元，比上年增長27

21、.3%。 　　近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。　　1.2.1國內(nèi)數(shù)控機床狀況分析　　1. 新產(chǎn)品開發(fā)有了很大突破，技術含量高的產(chǎn)品

22、占據(jù)主導地位。 　　例如：全長33公里的上海磁懸浮快速列車線，是“十五”期間國家重點建設項目，其中組成列車線的2550根軌道梁是整個工程的最關鍵部分，對加工軌道梁的精度提出了相當高的要求。沈陽機床集團機床股份有限公司中捷友誼廠以工期6個月、標的6200萬元在磁懸浮軌道專用數(shù)控機床項目公開招標中折桂，并于當年8月底將一次性驗收合格的8臺數(shù)控鏜銑床組成的軌道梁生產(chǎn)線一次試車成功，目前這套銑鏜加工中心

23、已加工出軌道梁1100根，確保了軌道梁的加工精度和速度，為實現(xiàn)年底試車打下了良好的基礎。 　　2. 數(shù)控機床產(chǎn)量大幅度增長，數(shù)控化率顯著提高。 　　2001年國內(nèi)數(shù)控金切機床產(chǎn)量已達1.8萬臺，比上年增長28.5%。金切機床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 　　3. 數(shù)控機床

24、發(fā)展的關鍵配套產(chǎn)品有了突破。 　　近年來通過政府的支持，數(shù)控機床配套生產(chǎn)得到了快速發(fā)展。如北京航天機床數(shù)控系統(tǒng)集團公司建立了具有自主知識產(chǎn)權的新一代開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺；煙臺第二機床附件廠開發(fā)了為數(shù)控機床配套的多種動力卡盤和過濾排屑裝置；濟南第二機床集團公司的數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控落地鏜銑床及數(shù)控鍛壓設備等30多個系列100多個品種的數(shù)控配套產(chǎn)品。　　1.2

25、.2國外數(shù)控機床狀況分析　　1. 國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床　　1998年世界機床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控　　化率達70%，我國為60%。目前世界數(shù)控機床消費趨勢己從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設備為主。<p

26、>　　2. 國外數(shù)控機床的網(wǎng)絡化　　隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常的管理部門(人、財、物、產(chǎn)、供、銷)或設計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設備—數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡或信息化就必然成為制造

27、業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例;第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車間的底層之間及底層與上層之間通訊的暢通無阻。以FANUC和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商己在幾年前推出了具有網(wǎng)絡功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的R

28、S232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)提供了基本條件。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。　　1.3數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢　　1.3.1數(shù)控未來發(fā)展的趨勢 1. 繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向發(fā)展　　基于 PC 所具有的開放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會走

29、上這條道路。至少采用 PC 機作為它的前端機，來處理人機界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔數(shù)控的任務。 PC 機所具有的友好的人機界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠程通訊，遠程診斷和維修將更加普遍。 2. 向高速化和高精度化發(fā)展　　這是適應機床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 3. 向智能化方向發(fā)展　　隨著人工智能在計算機領域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。

30、?。?1 ）應用自適應控制技術　　數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關參數(shù)，達到改進系統(tǒng)運行狀態(tài)的目的。 　　（ 2 ）引入專家系統(tǒng)指導加工　　將熟練工人和專家的經(jīng)驗，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（ 3 ）引入故障診斷專家系統(tǒng) （ 4 ）智能化數(shù)字伺服驅動裝置　　可以通過自動識別負載，

31、而自動調(diào)整參數(shù)，使驅動系統(tǒng)獲得最佳的運行。　　1.4 機床數(shù)控化改造的必要性　　隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展,數(shù)字控制技術的高度成熟,數(shù)控機床在制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用,特別是近幾年來應用比例越來越大,有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量,使得人們對其有了更清楚的認識,但由于產(chǎn)品零件的類型、形狀、尺寸和用途的差異很大,零件的加工批量相差懸殊,其質(zhì)量和精度的要求也有顯著的不

32、同,因此制造業(yè)需要不同類型的數(shù)控機床,在同一類型數(shù)控機床中需要高、中、低檔不同層次的數(shù)控機床,購買新的數(shù)控機床是提高數(shù)控化率的途徑,對舊機床進行數(shù)控化改造,也是提高數(shù)控化率的重要途徑。我國現(xiàn)有400多萬臺數(shù)控機床,數(shù)控機床占有量約占2%,這些機床的結構一般比較陳舊,操作部分復雜,控制系統(tǒng)落后,但如果把這些落后機床全部閑置或淘汰,全部購買新的數(shù)控機床去代替,必然耗費巨額資金,顯然不符合我國國情,因此,用數(shù)控這一高新技術對現(xiàn)有機床進行數(shù)控化

33、改造,是一條符合國家急需與產(chǎn)業(yè)政策且又可行的途徑,于是人民為了降低采購數(shù)控設備的成本,開始嘗試將機械尚有70%以上殘留價值的一部分普通機床進行數(shù)控化改造,使老設備煥發(fā)青春,為企業(yè)作出更大的貢獻。而近幾年,美、日、德等先進工業(yè)國,在大量制造數(shù)控機床的同時,十分重視對機床進行數(shù)控化改造,　　1.5 主要技術指標　　1. 床身上最大加工直徑400mm；<

34、/p>　　2. 最大加工長度1000mm；　　3. X方向(橫向)的脈沖當量為0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）脈沖當量為0.01mm/脈沖；　　4. X方向最快移動速度Vxmax=3000/min，Z方向為Vzmax=6000mm/min；　　5. X方向最快工進速度Vxmaxf=

35、400mm/min，Z方向為Vzmaxf=800mm/min；　　6. X方向定位精度±0.01mm，Z方向±0.02mm；　　7. 可以車削柱面、錐面與球面等； 　　8. 安裝螺紋編碼器，可以車削米/英制的直螺紋與錐螺紋，最大導程為24mm；　　9.

36、安裝四工位立式電動刀架，系統(tǒng)控制自動選刀；　　10. 自動控制主軸的正轉、反轉與停止，并可輸出主軸有級變速與無級變速信號；　　11. 自動控制冷卻泵的起/停；　　12. 安裝電動卡盤，系統(tǒng)控制工件的加緊與松開；　　13. 縱、橫向安裝限位開關；&

37、lt;p>　　14. 數(shù)控系統(tǒng)可與PC機串行通信；　　15. 顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用ISO數(shù)控代碼。　　第2章華中HNC-21數(shù)控車削系統(tǒng)介紹　　“世紀星” HNC-21數(shù)控系統(tǒng)采用先進的開放式體系結構，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置8.4//彩色液品顯示屏和通用工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、

38、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于一體，采用電子盤程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價格、高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點。　　□最大聯(lián)動軸數(shù)為3軸。　　□可選配各種類型的脈沖式交流伺服驅動系統(tǒng)（HSV-16系列全數(shù)字交流伺服驅動單元）。　　□除標準機床控制面板外，配置4

39、0路開關量輸入和32路開關量輸出接口、手持單元接口、主軸控制與編碼器接口。還可擴展20路輸入/16路輸出。　　□采用7.5//彩色液晶顯示器（分辨率為640x480），全漢字操作界面、障診斷與報警、加工軌跡圖形顯示和仿真，操作簡便，易于掌握和使用。　　□采用國際標準G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動編程系統(tǒng)兼容，具有直線插補、圓

40、;　　弧插補、螺紋切削、刀具補償、宏程序、恒線速切削等功能。　　□反向間隙和單、雙向螺距誤差補償功能。　　□內(nèi)置RS232通訊接口，輕松實現(xiàn)機床數(shù)據(jù)通訊。　　□32MB Flash RAM(可擴充至2GB)程序斷電存儲， 32MB RAM加工內(nèi)存緩沖區(qū)。</p&

41、gt;　　系統(tǒng)選件　?、佘涷寙卧?lt;/b>　　□全密封結構　　□3.5//標準軟盤驅動器　　□標準PC鍵盤轉接口<p

42、>　　□RS232、以太網(wǎng)轉接口　　②DNC單元　　□全密封結構　　□標準PC鍵盤轉接口　　□RS232、以太網(wǎng)轉接口　　③以太網(wǎng)

43、　　□10MB/100MB速度自適應　　□支持NT/NOVELL網(wǎng)絡　　□支持文件網(wǎng)絡傳輸　　④手持單元　　□手搖脈

44、沖發(fā)生器　　□坐標選擇　　□倍率選擇　　□緊急停止按鈕　　□手持使能按鈕&l

45、t;p>　?、葺斎?輸出端子板　?、蘩^電器輸出端子板　　系統(tǒng)配置　　□程序緩沖區(qū)：32MB　　□零件程序和斷點保護區(qū)：基本32MB，可擴展至2GB（選件

46、）　　□進給軸接口類型：脈沖接口（HSV-16系列）　　□主軸驅動單元接口　　□主軸編碼器接口　　□開關量輸入輸出接口：40輸入/32輸出，可擴展20輸入/16輸出（選件）

47、　　□手持單元接口　　□軟驅單元接口　　□RS232接口　　□以太網(wǎng)接口（選件）　　□標準PC鍵盤接口

48、　　□手持單元（選件）　　□軟驅單元（選件）　　□I/Q端子板（支持NPN和PNP型開關量）(選件)　　CNC功能

49、　□最大控制軸數(shù)：6進給軸 1主軸　　□聯(lián)動軸數(shù)：3軸　　□最小分辨率：1微米　　□最大移動速度：24米/分鐘（與驅動單元、機床相關）　　□直線、圓弧、螺紋功能　　□自動加減速控制（直線/拋物

50、線）　　□參考點返回　　□坐標系設定　　□MDI功能　　□M、S、T功能　　□

51、加工過程圖形靜態(tài)仿真和實時跟蹤　　□內(nèi)部二級電子齒輪　　□簡單車削循環(huán)　　□復合車削循環(huán)　　CNC編程

52、;　　□編程最小單位：0.001毫米、度　　□最大編程尺寸：99999.999　　□最大編程行數(shù)：20億行　　□公/英制編程　　□絕對/相對指令編程

53、□宏指令編程　　□子程序調(diào)用　　□工件坐標系設定　　□直徑/半徑編程　　□自動控制倒角（圓角、直角）<p&g

54、t;　　□恒線速切削功能　　編輯　　□后臺編輯（選件）　　□字符查找與替換　　□文件刪除及拷貝<

55、/b>　　顯示　　□中文菜單功能　　□圖形顯示　　□狀態(tài)顯示<b&

56、gt;　　□當前位置顯示　　□程序顯示　　□程序錯誤顯示　　□操作錯誤顯示　　□坐標軸設置顯示<

57、;/p>　　□主軸速度及修調(diào)　　□進給速度及修調(diào)　　□快速進給及修調(diào)　　□自診斷功能<

58、b>　　插補功能　　HNC-21　　□直線插補　　□螺紋切削　　□圓弧插補

59、　　□螺旋線插補　　□正弦線插補　　刀具補償　　□刀具長度補償　　□刀尖半徑補償

60、　　參考點功能　　□參考點位置設定　　□參考點開關偏差設定　　□回參考點快移速度設定　　□回參考點定位速度設定

61、　　數(shù)據(jù)交換　　□RS232　　□以太網(wǎng)（選件）　　□3.5//軟驅（選件）　　操作

62、;　　□7.5//彩色液晶顯示屏　　□防靜電薄膜編程面板與機床操作面板　　□PC標準鍵盤接口　　□手持單元（選件）　　□圖形顯示功能與動態(tài)實時仿真&l

63、t;p>　　□網(wǎng)絡通訊功能（選件）　　操作方式　　□自動　　□單段　　□MDI<p&

64、gt;　　□點動　　□步進增量進給　　□手搖增量進給　　□手動/自動回參考點　　□進給保持 &l

65、t;p>　　□重新對刀　　□空運行　　□保存斷點/返回斷點　　2-1 HNC-21數(shù)控系操作面板　　坐標軸監(jiān)視

66、　　□機床坐標系顯示　　□工件坐標系顯示　　□跟蹤誤差顯示　　□剩余進給顯示　　□進給速度顯示<

67、/b>　　□主軸速度顯示　　□指令位置顯示　　□實際位置顯示　　□工件坐標系原點顯示　　□運

68、動軌跡顯示　　進給軸功能　　□無限制旋轉軸功能　　□最高設定速度16000 mm/min　　□進給修調(diào)0%到150%　　□快移修調(diào)0%

69、到150%　　□每分鐘進給/每轉進給　　□多種回參考點功能：單向、雙向　　□快移、進給加減速設定　　□最大跟蹤誤差設定　　輔助功能

70、　　□主軸正反轉　　□自動換刀　　□冷卻開/停　　主軸功能　　□主軸速度：可通過PLC編程控制（最大9

71、9999 rpm）　　□主軸修調(diào)：從0%到150%　　□主軸速度和修調(diào)顯示　　□變速比和變速比級數(shù)可通過PLC編程控制　　□編碼器接口　　□螺紋功能<

72、;/p>　　□主軸定向　　PLC功能　　□內(nèi)嵌式PLC　　□提供標準PLC例程　　□PLC狀態(tài)顯示</b&

73、gt;　　安全功能　　□坐標軸軟極限保護　　□斷電保護區(qū)　　□加工斷點保存/斷點恢復　　□參數(shù)備份

74、與恢復　　□參數(shù)權限保護　　□加工統(tǒng)計　　技術規(guī)格　　□輸入電源：AC24V 50W DC24V≥50W或者DC24V≥100

75、W　　□AC電源頻率：50Hz　　□安裝方式：控制柜內(nèi)　　□運行、儲存環(huán)境（如下表）　　□光電隔離開關量輸入接口（40位），可擴展20位　　□光電隔離開關量輸出接口（32位），可擴展16位

76、　　輸出電流范圍0-100mA　　輸出電壓范圍DC24V　　□主軸模擬量輸出接口　　分辨率：12位　　輸出電壓：DC10V或0- 10V　　□主軸編碼器輸入接口<

77、p>　　方波差分接收　　□手搖脈沖發(fā)生器輸入接口，TTL電平輸入　　□進給軸脈沖輸出接口/HSV-16伺服接口（最大6個）差分輸出，包括脈沖及方向信號，高　　脈沖頻率2MHZ　　□進給軸碼盤

78、反饋輸入接口（最大6個）　　RS422差分輸入 2-2 HNC-21數(shù)控系統(tǒng)整體結構圖　　第3章普通車床的數(shù)控改造可行性論證　　3.1技術可行性　　機床改造的技術可行性論證就是對機床改造在技術

79、上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護角度論證.具體的應從機床本身、加工對象的要求和市場可供性三方面分析。　　3.2機床本身　　能否進行機床數(shù)控化改造主要取決于機床本身的條件,如:機床磨損程度、剛度以及機床的技術壽命等。　　(1) 機床磨損程度、剛度。C6140是1995年5

80、月出廠，主要用于教學實習，機床本身折合使用年限小于5年，機床幾何精度仍等于原新機床的精度。普通機床結構上有先天性不足，剛度低、抗振性差、滑動摩擦阻力較大及傳動元件存在間隙等。改造中將有目的改造其中部分結構，以滿足數(shù)控機床最基本的要求。　　(2) 技術壽命的計算?，F(xiàn)在數(shù)控機床以其高自動化、高精度化、高速化及復合化的發(fā)展趨勢，數(shù)控化率逐年提高，大有取代普通機床的趨勢，而且數(shù)控機床的數(shù)控裝置（CNC）

81、技術壽命一般為2～3年，數(shù)控技術發(fā)展迅猛。故為了改善原機床性能、滿足教學和加工要求，對原機床進行數(shù)控化改造，同時也延長了原機床的技術壽命。　　3.3加工對象分析　　機床的加工對象分析主要涉及被加工對象的幾何參數(shù)及公差要求。零件的幾何形狀決定了所選數(shù)控系統(tǒng)應具備的功能，公差范圍決定了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、脈沖當量。<

82、;/p>　　改造后的數(shù)控車床，主要用于教學實習，其加工范圍為車外圓、內(nèi)孔、螺紋、錐形體、球體、切槽、切斷等及帶有復雜型面的卡盤類零件。加工精度要求小于0.01mm，現(xiàn)在市場上出售的一般經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當量為0.005mm～0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術上是可行的。　　3.4市場可供性&

83、lt;p>　　所謂市場可供性就是研究市場是否能夠方便及時地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應。機床數(shù)控化改造計劃實施應有本地區(qū)機電一體化供應的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術咨詢服務。就本機床改造而言，市場上已建立了一套機電一體化配套產(chǎn)品代理機構，對于C6140改造而言市場可供性好。　　綜上所述，對原機床進行數(shù)控化改造符合技術可行性要求。&

84、lt;p>　　第4章總體方案的確定　　4.1總體方案設計要求　?。?）臥式車床數(shù)控化改造后應具有單坐標定位,兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。　?。?）臥式車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)

85、常采用步進電動機的開環(huán)系統(tǒng)。　?。?）為了達到技術指標中的速度和精度要求，縱、橫向的進給傳動應選用摩擦力小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動間隙、提高傳動剛度，滾珠絲杠的螺母應有消間隙機構。　　（4）計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需要減速輪副，且應有消間隙機構。　　（5）采用貼塑導軌，以減小導

86、軌的摩擦力。　?。?）選擇四工位自動回轉刀架，選擇螺紋編碼器等。　　總體方案設計圖如下圖4-1所示：　　進給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖4-2所示：　　4.2設計參數(shù)　　設計參數(shù)包括車床的部分技

87、術參數(shù)和設計數(shù)控進給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。　　現(xiàn)列出C6140臥式車床的技術數(shù)據(jù)：　　名稱技術參數(shù) 　　在床身上 400mm

88、　　工件最大直徑　　在刀架上 210mm　　頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm　　宋制螺紋 mm

89、 1---12(20種)　　加工螺紋范圍英制螺紋 t/m 2---24(20種)　　模數(shù)螺紋 mm 0.25---3(11種)　　徑節(jié)螺紋 t/m7---96(24種)　　最大通過直徑

90、 48mm　　孔錐度莫氏6#　　主軸正轉轉速級數(shù) 24　　正轉轉速范圍10—1400r/min　　反轉轉速級數(shù) 12　　反轉轉速范圍14-

91、--1580r/min　　縱向級數(shù)64　　進給量縱向范圍0.028---6.33mm/r　　橫向級數(shù)64　　橫向范圍0.014---3.16mm/r<p&g

92、t;　　滑板行程橫向320mm　　縱向650;900;1400;1900mm　　最大行程140mm　　最大回轉角 ±90°　　刀架刀杠支承面至中心的距離26mm　　刀杠截面B×

93、;H25×25mm　　頂尖套莫氏錐度5#　　尾座　　橫向最大移動量±10mm　　外形尺寸長×寬×高2418×1000×1267mm

94、　　圓度 0.01mm　　工作精度圓柱度200:0.02　　平面度0.02/φ300mm　　表面粗糙度Ra1.6---3.2μm　　主電動機7.5kw　　電動機功率

95、;　　總功率7.84kw　　改造設計參數(shù)如下:　　最大加工直徑在床面上 400mm　　在床鞍上210mm　　最大加工長度 1

96、000mm　　快進速度縱向2.4m/min　　橫向1.2m/min　　最大切削進給速度縱向0.5m/min　　橫向0.25m/min　　溜板及刀架重力縱向800N

97、　　橫向600N　　代碼制ISO　　脈沖分配方式逐點比較法　　輸入方式增量值、絕對值通用　　控制坐標數(shù) 2<

98、/p>　　脈沖當量縱向0.01mm/脈沖　　橫向0.005mm/脈沖　　機床定位精度±0.015mm　　刀具補償量 0mm---99.99mm　　進給傳動鏈間隙補償量縱向0.15mm&l

99、t;/p>　　橫向 0.075mm　　自動升降速性能有　　第5章進給傳動部件的計算和選型　　縱、橫向進給傳動部件的計算和選型主要包括：確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、選擇步進電動機等。以下詳細介紹縱向進給機構，橫向進給機構與縱向類似，在此從略。<

100、;/p>　　5.1 脈沖當量的確定　　根據(jù)設計任務的需要，X方向（橫向）的脈沖當量為δx=0.005mm/脈沖，Z方向（縱向）為δz=0.01mm/脈沖。　　5.2 切削力的計算　　假設工件材料為碳素結構鋼，δb=650MPa；選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15；刀具幾何參數(shù)為：主偏角Κr

101、=60°，前角ｒ。=10°，刃傾角λZ=-5°；切削用量為：背吃刀量αp=3mm，進給量f=0.6mm/r，切削速度νC=105m/min。　　由《金屬切削原理》查表3-1得：CFC=2795,xfc=1.0，yfc=0.75，nfc=-0.15。　　查表3-3得：主偏角Κr的修正系數(shù)KkrFc=0.94；刃傾角、前角和刀尖

102、圓弧半徑的修正系數(shù)值均為1.0。　　由經(jīng)驗公式：　　主切削力Fc=CFc.aPxFc.fyFc.vcnFc.KFc (1)　　背向力 FP=CFP.aPxFO.fyFO.vcnFO.KF0 (2)　　進給力 Ff=CF

103、f.aPxFf.fyFf.vcnFf.KFf (3)　　算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗公式Fc：Ff：Fp=1:0.35:0.4，算得縱向進給切削力Ff=935.69N，背向力=1069.36N。　　5.3 滾珠絲杠螺母副的計算和選型（縱向）　　5.3.1 工作載荷Fm的計算

104、 　　已知移動部件總重G=1300N；車削力Fc=2673.4N，F(xiàn)p=1069.36N,Ft=935.69N。根據(jù)Fz=Fc，F(xiàn)y=Fp，F(xiàn)x=Ff的對應關系，可得：Fz=2673.4N，F(xiàn)y=1069.36N，F(xiàn)x=935.69N。　　選用矩形—三角形組合滑動導軌，由公式Fm=K

105、Fx+μ（Fz+G），取K=1.15，μ=0.16，代入Fm=KFx+μ(Fz+G)，得工作載荷Fm≈1712N。　　5.3.2 最大動載荷FQ的計算　　設本車床Z向在承受最大切削力條件下最快的進給速度v=0.8m/min，初選絲杠基本導程Ph=6mm，則此時絲杠轉速n=1000v/Ph≈133r/min。　　取

106、滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入Lo=60nT/106，得絲杠壽命系數(shù)Lo=119.7（單位為：106r）　　取載荷系數(shù)fW=1.15，再取硬度系數(shù)fH=1，代入式FQ= fWFHFm，求得最大動載荷FQ≈9703N。　　5.3.3 初選型號　　根據(jù)計算出的最大動載荷，查FL系列滾珠絲杠副有關參數(shù)，選擇

107、啟東潤澤機床附件有限公司生產(chǎn)的FL4006型滾珠絲杠副。其公稱直徑為40mm，基本導程為6mm，雙螺母滾珠總圈數(shù)為3x2圈=6圈，精度等級取4級，額定動載荷為13200N，滿足要求。　　5.3.4傳動效率η的計算　　將公稱直徑d0=40mm，基本導程為6mm，代入λ=arctan[Ph/(πdo)]，得絲杠螺旋升角λ=2°44″。將摩擦角φ=1

108、0′，代入η=tanλ/ tan(λ+φ)，得傳動效率η=94.2%。　　5.3.5 剛度的驗算　?。?）縱向滾珠絲杠副的支承，采取一端軸向固定，一端簡支的方式，固定端采取一對推力角接觸球軸承，面對面組配。絲杠加上兩端接桿后，左、右支承的中心距離約為a=1497mm；鋼的彈性模量E=2.1x105MPa；查FL系列滾珠絲杠副有關參數(shù)得Dw=3.968

109、8mm，算得絲杠底徑d2=公稱直徑do-滾珠直徑Dw=36.0312mm，則絲杠截面積S=πd22/4=1019.64mm2。　　忽略δ1=±±中的第二項，算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量δ1=Fm/3(ES) ≈0.01197mm。　?。?）根據(jù)公式Z=（πdo/Dw）-3，求得單圈滾珠數(shù)目Z=29；該型號絲杠為雙

110、螺母，滾珠總圈數(shù)為3x2=6，則滾珠總數(shù)量Z∑=29x6=174。滾珠絲杠預緊時，取軸向預緊力FYJ=Fm/3≈571N。則由式 δ2=0.0013，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2≈0.00117mm。　　因為絲杠加有預緊力，且為軸向負載的1/3，所以實際變形量可減少一半，取δ2=0.000585mm。　?。?）

111、將以上算出的δ1和δ2代入δ總=δ1+δ2，求得絲杠總變量（對應跨度1497mm）δ總=0.012555mm=12.555μm。　　查行程偏差和變動量表知，4級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)行程的變動量允許16μm，而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠，總的變形量δ總只有12.555μm，可見絲杠剛度足夠。　　5.3.6 壓桿穩(wěn)定性校核</

112、p>　　根據(jù)式Fk=≥Fm計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查絲杠支承系數(shù)表，取支承系數(shù)k=2；由絲杠底徑d2=36.0312mm，求得截面慣性矩I=πd24/64≈82734.15mm4；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式Fk=≥Fm，得臨界載荷Fk≈51012N，遠大于工作載荷Fm（1712N），故絲杠不會失穩(wěn)。<p&

113、gt;　　綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。　　5.4 步進電動機的計算與選型(縱向)　　5.4.1 計算加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量Jeq　　已知：滾珠絲杠的公稱直徑do=40mm，總長（帶接桿）l=1560mm，導程Ph=6mm，材料密度ρ=7.85x10-3Kg.cm3；縱向移動部件總重量G=13

114、00N；同步帶減速箱大帶輪寬度28mm，節(jié)徑54.57mm，孔徑30mm，輪外徑42mm，寬度14mm；小帶輪寬度28mm，節(jié)徑45.48mm，孔徑19mm，輪外徑29mm，寬度12mm；傳動比i=1.2。　　查常用轉動慣量計算表，可以算得各個零部件的轉動慣量如下（具體計算過程從略）：滾珠絲杠的轉動慣量Js=30.78 Kg.cm2；床鞍折算到絲杠上的轉動慣量Jw=1.21 Kg.cm2；小帶輪

115、的轉動慣量Jz1=0.95 Kg.cm2；大帶輪的轉動慣量Jz2=1.99 Kg.cm2。在設計減速箱時，初選的縱向步進電動機型號為130BY5501，從永磁感應式步進電動機的技術參數(shù)表查得該型號電動機轉子的轉動慣量Jm=33 Kg.cm2。　　則加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量為：　　Jeq=Jm+Jz1+(Jz2+Jw+Js)/i2=57.55Kg

116、.cm2　　5-1電動機簡圖　　5-2永磁感應式步進電動機的技術參數(shù)表　　5.4.2 計算加在步進電動機轉軸上的等效負載轉矩Teq　　分快速空載啟動和承受最大工作負載兩種情況進行計算。　　1.

117、快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩Teq1　　由式Teq1=Tamax+Tf+To可知，Teq1包括三部分：快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩Tamax、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩Tf、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩To。以為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)To=(FYJPh/2πηi)(1-ηo2) 式可知，To相對于Tamax和Tf很小，可以忽

118、略不計。則有：　　Teq1=Tamax+Tf (4)　　根據(jù)Tamax=Jeqε=2πJeqnm/60ta式，考慮縱向傳動鏈的總效率η，計算快速空載啟動時折算到電動機轉軸上的最大加速轉矩：　　Tamax=（2πJeqnm/60ta）. 1/η (5)　　式中nm---

119、-對應縱向空載最快移動速度的步進電動機最高轉速，單位為 r/min；　　ta ----步進電動機由靜止到加速至nm所需的時間，單位為s。　　其中：　　nm=Vmaxα/360°δ (6)　　式中Vmax----縱向空載最

120、快移動速度，任務書指定為6000mm/min；　　α ----縱向步進電動機步矩角，為0.72°；　　δ ----縱向脈沖當量，本例δ=0.01mm/脈沖。　　將以上各值代入式nm=Vmaxα/360°δ，算得nm=1200r/min。　　設步進電動機

121、由靜止到加速至nm轉速所需時間Ta=0.4s，縱向傳動鏈總效率η=0.7；　　則由式Tamax=（2πJeqnm/60ta）.1/η求得：　　Tamax=2πx57.55x10-4x1200/60x0.4x0.7 N.m≈2.58N.m　　由式Tf=F擦Ph/2πηi可知，移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦

122、轉矩為：　　Tf=μ（Fc+G）Ph/2πηi (7)　　式中μ----導軌的摩擦因數(shù)，滑動導軌取0.16；　　Fc----垂直方向的工作負載，空載時取0；　　η----縱向傳動鏈總效率，取0.7。　　則由式Tf=μ（Fc+G）

123、Ph/2πηi，得：　　Tf=0.16x(0+1300)x0.006/2πx0.7x1.2 N.m≈0.24 N.m　　最后由式Teq1=Tamax+Tf，求得快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩為：　　Teq1=Tamax+Tf=2.82 N.M 　　2. 最大

124、工作負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩Teq2　　由式Teq2=Tf+Tt+To可知，Teq2包括三部分：折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩Tt、移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩Tf、滾珠絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩To。To相對于Tt和Tf很小，可以忽略不計。則有：　　Teq2=Tf+Tt (8)&

125、lt;p>　　其中，折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩Tt由式子Tt= Ff Ph/2πηi 計算。本例中在對滾珠絲杠進行計算的時候，已知進給方向的最大工作載荷Ff=935.69N，則有：　　Tt= Ff Ph/2πηi=935.69x0.006/2πx0.7x1.2 N.m=1.06 N.m　　再由式Tf=F擦Ph/2πηi計算承受最

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