CA6140普通車床數(shù)控化改造畢業(yè)論文

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1、 CA6140普通車床數(shù)控化改造 摘要在機(jī)械制造領(lǐng)域，機(jī)床是生產(chǎn)的母機(jī)，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用將變得很普及。而目前,很多企業(yè)還存在很多老舊的普通6140車床,這些普通車床已不適應(yīng)生產(chǎn)要求.如果將機(jī)床設(shè)備全部更新?lián)Q代,不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。通過數(shù)控化改造，不但可以使改造后的機(jī)床提高了生產(chǎn)率和加工精度，增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工范圍，還可以彌補(bǔ)定購新的數(shù)控機(jī)床交貨周期長的不足。本設(shè)計(jì)即為對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造。通過查看CA6140機(jī)床的有關(guān)資料，并且

2、參照了數(shù)控機(jī)床的改造經(jīng)驗(yàn)和從性價(jià)比出發(fā)，本次改造將不改造機(jī)床的主軸箱，保留原機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只對(duì)機(jī)床的橫、縱向進(jìn)給實(shí)施數(shù)控改造；對(duì)刀架進(jìn)行數(shù)控化改造。通過縱橫向進(jìn)給的數(shù)控聯(lián)動(dòng)和自動(dòng)換刀可以車削加工復(fù)雜形狀及螺紋溝槽等，提高其使用范圍，提高生產(chǎn)率和加工精度。 關(guān)鍵詞：CA6140車床 數(shù)控化改造 橫、縱向進(jìn)給 自動(dòng)換刀 目錄 第一章 緒 論 1 一、課題意義 1 第二章 機(jī)床數(shù)控化改造的一般方法 2 一、電氣控制改造 2 二、機(jī)械部分的數(shù)控改造 2 第三章 本設(shè)計(jì)方案 3 一、總體方案的確定

3、 3 二、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 3 三、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 4 四、控制系統(tǒng)的選用 14 五、光電編碼器的安裝 16 六、導(dǎo)軌的改造 17 七、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型 17 結(jié)束語 18 參考文獻(xiàn) 19 第一章 緒 論 一、課題意義 （一）、機(jī)床的數(shù)控改造 1.概述 隨著社會(huì)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對(duì)機(jī)床不僅要求較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速的適應(yīng)產(chǎn)品零件的變換。生產(chǎn)的需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速的發(fā)展起

4、來。 從第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世至今，世界上主要工業(yè)化國家的數(shù)控機(jī)床以進(jìn)入批量生產(chǎn)、機(jī)床的數(shù)控化率在不斷提高，到1988年，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控化率達(dá)到了70%。我國從開放搞活以來，加快了數(shù)控機(jī)床的數(shù)控化引進(jìn)，促進(jìn)了我國機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。各大企業(yè)不斷購進(jìn)數(shù)控機(jī)床擴(kuò)大在生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中在也不是鳳毛麟角，而是不斷提高普及率。這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控化改造是否必要？可從以下幾點(diǎn)說明。 2.數(shù)控改造的必要性 目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能，而且代替下的機(jī)床閑置起來的機(jī)床會(huì)有很大的浪費(fèi)。數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批、多變零件的加工問題

5、，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還是受到其他條件的限制。 （1）、數(shù)控機(jī)床的造價(jià)昂貴，一次性投資巨大，對(duì)中小企業(yè)是有余力而不足。 （2）、在國內(nèi)，訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)的急需。 （二）、數(shù)控改造的優(yōu)點(diǎn) 1、數(shù)控改造一般對(duì)普通機(jī)床某些部件做一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使機(jī)床具有數(shù)控加工能力。其改造的目的有以下幾點(diǎn)。 （1）、從提高資本效率出發(fā)，改造閑置的舊設(shè)備，發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價(jià)值。 （2）、為了提高生產(chǎn)效率進(jìn)行數(shù)控改造。 （3）、為了適應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)而進(jìn)行數(shù)控改造。 （4）、為了使技

6、術(shù)等級(jí)較低的工人也能加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品零件和提高生產(chǎn)效率而進(jìn)行數(shù)控改造。 （5）、為了減小整個(gè)設(shè)備投資計(jì)劃而進(jìn)行數(shù)控改造。 2、所以這些目的都圍繞一點(diǎn)，即提高機(jī)床的性能價(jià)格比，用較少的價(jià)格，得到較高的機(jī)床性能。因此數(shù)控改造具有以下的優(yōu)點(diǎn)。 （1）、對(duì)于現(xiàn)有的機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余的功能。 （2）、減少輔助加工的時(shí)間，提高機(jī)床的生產(chǎn)率。 （3）、降低對(duì)工人的技術(shù)等級(jí)要求。 （4）、數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有的機(jī)床設(shè)備。 （5）、數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。 第二章 機(jī)床數(shù)控化改造的一般方法 一、電氣控制改造 進(jìn)給傳動(dòng)的作用是接收數(shù)控系統(tǒng)指

7、令，經(jīng)放大后使刀具作精確的定位或按規(guī)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，加工出符合要求的零件。因此要求進(jìn)給傳動(dòng)有較高的定位精度和重復(fù)定位精度，響應(yīng)快，調(diào)速范圍寬，輸出功率大。 一般中小型機(jī)床的數(shù)控化改造多采用微機(jī)控制的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，這種方式簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安裝調(diào)試方便，但控制精度和速度較底。大型機(jī)床多采用伺服電機(jī)半閉環(huán)控制方式，控制精度和速度比開環(huán)控制方式高，但價(jià)格較高，維修較困難。 二、機(jī)械部分的數(shù)控改造 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分?jǐn)?shù)控改造主要是提高移動(dòng)部件的靈活性，減少或消除傳動(dòng)間隙。普通機(jī)床多采用普通的絲杠副。但普通絲杠副摩擦阻力大，傳動(dòng)效率底，動(dòng)靜摩擦系數(shù)相差大，底速容易出現(xiàn)爬行。采用滾珠絲杠副可滿足數(shù)控機(jī)

8、床的要求精度高，反應(yīng)快，無爬行。 第三章 本設(shè)計(jì)方案 一、總體方案的確定 本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車床進(jìn)行數(shù)控改造。保留原有主軸傳動(dòng)系統(tǒng)不變，為保持切削螺紋的功能，必須在主軸上安裝光電編碼器；利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用交流伺服電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。 二、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 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；采用一對(duì)降速齒輪降速。其傳動(dòng)順

9、序?yàn)殡姍C(jī)通過降速齒輪帶動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠帶動(dòng)工作部分進(jìn)給。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-1所示 圖3-1 滾珠絲杠的支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 橫向進(jìn)給絲桿傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩小，滑臺(tái)重量輕，工作行程短，因此杠采用一端固定一端自由的結(jié)構(gòu)，采用角接觸球軸承支撐。其結(jié)構(gòu)示意圖如3-2 圖3-2 縱向進(jìn)給中滑臺(tái)重量大，所需轉(zhuǎn)矩大，工作行程長， 因此采用一端固定一端游動(dòng)的支撐。其結(jié)構(gòu)如圖3-3 圖3-3 在齒輪傳動(dòng)過程中需要消除傳動(dòng)間隙，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要采用雙齒輪內(nèi)壓簧錯(cuò)齒間隙調(diào)整。其機(jī)構(gòu)如圖3-4所示 圖3-4 三、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算： 伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)

10、載和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，空載起動(dòng)及切削力矩計(jì)算，確定伺服電機(jī)。 （一）、縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、導(dǎo)程的確定 Vmax = 8m/s = 8000mm/s 取降速比 i = 2 根據(jù)公式計(jì)算導(dǎo)程 P= = = 8 2、確定降速齒輪中心距和齒輪直徑[1] 取小齒輪 z1=30 根據(jù)公式 i = 得 z2 = 60 分度圓直徑 模數(shù)m 取2 d1=mz1 = = 60mm d2=mz2 = = 120mm 中心矩 d == = 90mm 3、負(fù)載慣量的計(jì)算[2] 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 D1=60mm D2 =120mm 齒輪厚L=20m

11、m J1 = 0.77D14L10-4 == kg.m2 J2 = 0.77D24L10-4 == kg.m2 工作臺(tái)折算到絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jt= = kg.m2 絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》Js=0.01518 絲杠長度為1.4m Js== kg. m2 Jm===kg.m2 J==17.6 kg.m2 按中小型數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件 17.6

12、 額定轉(zhuǎn)矩 5.9N.m 最大轉(zhuǎn)矩 53N.m 4、馬達(dá)轉(zhuǎn)矩計(jì)算與選用[3] （1）、最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 T=Tat + Tf + T0 + Tt Tf ——折算到馬達(dá)軸上的摩擦力矩 T0——由于絲杠預(yù)緊引起的折算到馬達(dá)軸上的附加摩擦力矩 Tt——折算到馬達(dá)軸上的切削力矩 Tat——切削時(shí)折算到馬達(dá)軸上的切削負(fù)載力矩 Tat===1.5277N.m n=300r/min t = (3—4)tm tm時(shí)間常數(shù) 為9ms F0==730N 工作臺(tái)重量為730kg 滑動(dòng)摩擦系數(shù) 取0.1 Tf==0.581N.m 附加摩擦力矩 T

13、0= ==0.776N.m Famax 由于絲杠的預(yù)加載荷引起的 Tt= = 查CA6140說明書知道Ft=3000N =2.388 TN=0.581+2.388+0.776+1.5277=5.272N.m 所選電機(jī)額定 轉(zhuǎn)矩為5.9N 滿足額定轉(zhuǎn)矩要求 （2）、校核空載時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩TM TM=Tamax+Tf+T0 Tama=Jt.n=13.58 TM=13.58+0.581+0.776=14.937N.m 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為53N.m 最大空載轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩滿足要求 電機(jī)合適 5、滾珠絲杠的選取[4] 絲

14、杠的安裝方式為一端固定， 一端游動(dòng)絲杠有熱膨脹的余地，適用于較長的臥式絲杠安裝，固定端采用角接觸軸承，游動(dòng)端采用深溝球軸承。 確定滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào) 采用雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副型號(hào)為： FFZD 4008-5 基本參數(shù)為 公稱直徑 d0 = 40mm 導(dǎo) 程 PH=8 動(dòng) 載 荷 Ca =30.7kN 剛 度 K = 1580N/ 絲杠底徑 d2=34.9 絲杠的校核 d2m= L— 絲杠的長度 重復(fù)定位精度為 0.012/300mm 定位精度為 0.010mm 取其中的小值 L = 行程+

15、安全行程+余程+螺母長度的一半+支承長度的一半 = 行程+PH+4 PH+ PH+行程 =行程+PH =1.05m F0==109.5N d2m=15.2mm d2=34.9> d2m=15.2 滿足最小螺紋低徑要求 Cam= nm==500 nmax=2000 1/2=1000 nmin=0 Fm= Fmin=7=730N = Fmax=3800N =2276N Cam==25.52N Cam

16、統(tǒng)的開環(huán)增益 Ks的倒數(shù)ts是系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) Kt伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) Kt=0.57 Ke 電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ke=0.58 Kv0 速度環(huán) 開環(huán)增益 可調(diào)至 Kv0=（2~4）Ks RM 電機(jī)電阻 ts=9ms Ks==111.1 Kv0 = (2~4)Ks = 222.2 KR = = =31531 K/R= KR=48.5106N/m = 48.5N/ 滾珠絲杠螺母的接觸剛度 根據(jù)樣本手冊(cè)，KN=1580N/ 絲杠的拉壓剛度 最小拉壓剛度計(jì)算 KKmin =10-6 = 10-6==279.1 N/ 軸承的軸向剛度 Kr軸承型號(hào)為7006AC

17、 Kr=1.18 Fr 作用于軸承上的徑向載荷 接觸角 db 球徑 z ,i 滾動(dòng)體的列數(shù)和每列的滾動(dòng)體數(shù) Fa0預(yù)緊力為600N 查軸承樣本 Cr=14.5kN 取Fre= Cr/10=1450N Fr=Fre + Fa0ctg=1450+600ctg250=2736.7 Kr=1.18 =1.18 =143.52N/ 綜合剛度 k= = =45.2 N/ =7.74 滿足定位精度 定位精度為=7.74 滿足定位精度為mm要求 （二）、橫向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、導(dǎo)程的確定 Vmax = 4m/s = 4000mm/s 取

18、降速比 i = 2 根據(jù)公式計(jì)算導(dǎo)程 P= = =4 2、確定降速齒輪中心距 取小齒輪 z1=20 根據(jù)公式 i = 得 z2 = 40 分度圓直徑 模數(shù)m 取1.5 d1=mz1 = = 30mm d2=mz2 = = 60mm 中心矩 d == = 45mm 3、負(fù)載慣量的計(jì)算 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 D1=60mm D2 =90mm 齒輪厚L=20mm J1 = 0.77D14L10-4 == kg.m2 J2 = 0.77D24L10-4 == kg.m2 工作臺(tái)折算到絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jt= = kg.m2 絲杠折算到電機(jī)軸上的

19、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》Js=0.00094 絲杠長度為0.5m Js== kg. m2 Jm==kg.m2 J== kg.m2 按中小型數(shù)控機(jī)床慣量匹配條件 1.5421

20、的摩擦力矩 T0——由于絲杠預(yù)緊引起的折算到馬達(dá)軸上的附加摩擦力矩 Tt——折算到馬達(dá)軸上的切削力矩 Tat——切削時(shí)折算到馬達(dá)軸上的切削負(fù)載力矩 F0==330N 工作臺(tái)重量為730kg 滑動(dòng)摩擦系數(shù) 取0.1 Tf==0.1316N.m 附加摩擦力矩 T0= ==0.1086N.m Famax=1400 由于絲杠的預(yù)加載荷引起的 Tt= = 查CA6140說明書知道Ft==1000~1500N =0.398 TN=0.6382N.m 所選電機(jī)額定 轉(zhuǎn)矩為2.0N 滿足額定轉(zhuǎn)矩要求 校核空載時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩TM

21、 TM=Tamax+Tf+T0 Tamax=Jt.n=1.6063 TM=1.6063+0.1316+0.1086=1.8465N.m 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為16N.m 最大空載轉(zhuǎn)矩小于電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩滿足要求 電機(jī)合適 5、滾珠絲杠的選取 絲杠的安裝方式為一端固定， 一端懸浮，適用于較長的臥式絲杠安裝 固定端采用角接觸軸承 游動(dòng)端采用深溝球軸承 確定滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào) 采用雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠副型號(hào)為： FFZD 4004-3 基本參數(shù)為 公稱直徑 d0 = 20mm 導(dǎo) 程 PH = 4 mm 動(dòng) 載 荷 Ca =7.3kN 剛 度

22、K = 519N/ 絲杠底徑 d2 = 16.9 絲杠的校核 d2m= L— 絲杠的長度 重復(fù)定位精度為 0.012 定位精度為 0.010 取其中的小值 L = 行程+安全行程+余程+螺母長度的一半+支承才度的一半 = 行程+PH+4 PH+ PH+行程 =行程+PH =1.05m =0.47m 行程 = 0.47m F0==52.5N d2m=7.07mm d2=16.9> d2m=7.07 滿足最小螺紋低徑要求 Cam= nm==500 nmax=2000 1/2=500 nmin=0

23、Fm= Fmin=0=350N = Fmax=38001/4=950 N =750N Cam==6896.78N Cam

24、顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、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(chǔ)方式以及CF卡、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能、具有低價(jià)格、高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高等特點(diǎn)。 ◆最大聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為2軸。 ◆可選配各種類型的脈沖指令式驅(qū)動(dòng)單元。 ◆除標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板外，配置32路開關(guān)量輸入和24路開關(guān)量輸出接口、手持單元接口、主軸控制與編碼器接口。 ◆采用5.7//單色液晶顯示器（分辨率為320240）。全漢字操作界面、故障診斷與報(bào)警、加工軌跡圖形顯示和仿真，操作簡(jiǎn)便，易于掌握和使用。 ◆采用國際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)兼容，具

25、有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、螺紋切削、刀具補(bǔ)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(bǔ)償功能。 ◆內(nèi)置RS232通訊接口，輕松實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)據(jù)通訊。 ◆支持USB盤，存取程序方便快捷。 ◆支持以太網(wǎng)功能選擇，快速傳輸程序與數(shù)據(jù)。 ◆400KB用戶零件程序斷電存儲(chǔ)區(qū)（可采用CF卡另外擴(kuò)充），32MB RAM加工內(nèi)存緩沖區(qū)。 圖3-5 華中數(shù)控“世紀(jì)星”HNC-18xp/TD數(shù)控車床系統(tǒng)控制裝置 表3-1 GSK 928TC-2車床數(shù)控系統(tǒng)功能參數(shù) CNC功能 最大控制軸：2進(jìn)給軸+1主軸 聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：2軸 最小分辨率：

26、1微米 自動(dòng)加減速控制（直線/S曲線）參考點(diǎn)返回 坐標(biāo)系設(shè)定 加工過程圖形仿真顯示和實(shí)時(shí)跟蹤 M、S、T功能nMDI功能 內(nèi)部二級(jí)電子齒輪n加工過程圖形靜態(tài)仿真和實(shí)時(shí)跟蹤 簡(jiǎn)單車削循環(huán) 復(fù)合車削循環(huán) CNC編程 最小編程尺寸：0.001毫米、度 最大編程尺寸：99999.999 最大編程行數(shù)：20萬行 公/英制編程 絕對(duì)/相對(duì)指令編程 宏指令編程 子程序調(diào)用 工件坐標(biāo)系設(shè)定 直徑/半徑編程 自動(dòng)控制倒角（圓角、直角） 恒線速切削功能 插補(bǔ)功能 直線插補(bǔ)，最大3個(gè)軸 圓弧插補(bǔ) 螺紋切削 刀具補(bǔ)償功能 刀具長度補(bǔ)償 刀尖半徑補(bǔ)償 操作功能 5.7//TF

27、T彩色液晶顯示屏 防靜電薄膜編程面板與機(jī)床操作面板 PC標(biāo)準(zhǔn)鍵盤接口 手持單元（選件） 圖形顯示功能與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真 網(wǎng)絡(luò)通訊功能 進(jìn)給軸功能 無限旋轉(zhuǎn)軸功能 最高設(shè)定速度21000mm/min 進(jìn)給修調(diào)0%-150% 快移修調(diào)0%-100% 多種回參考點(diǎn)功能：?jiǎn)蜗?、雙向 主軸功能 主軸速度：可通過PLC編程控制（最大60000rpm） 主軸修調(diào)：從0%-150% 主軸速度和修調(diào)顯示 變速比和變速比級(jí)數(shù)可通過PLC編程控制 輔助功能 冷卻開/停n 自動(dòng)換刀 n主軸正反轉(zhuǎn) PCL功能 內(nèi)嵌式PLC 提供標(biāo)準(zhǔn)PLC例程 PLC狀態(tài)顯示 以上數(shù)控裝置特點(diǎn)及表3-2

28、所示功能參數(shù)，可以滿足本方案對(duì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)等伺服進(jìn)給交流伺服電機(jī)半閉環(huán)控制，達(dá)到經(jīng)濟(jì)型一般為分辨率10 p m，進(jìn)給快移速度8000"--"15000m m／min的性能，符合設(shè)計(jì)要求。 五、光電編碼器的安裝 主軸箱沒有改造，主軸的轉(zhuǎn)速和刀架進(jìn)給是沒有關(guān)聯(lián)的，為保持切削螺紋的功能，必須在主軸上安裝光電編碼器。光電編碼器在切削螺紋時(shí)可解決主軸旋轉(zhuǎn)與坐標(biāo)軸進(jìn)給的同步控制。光電編碼器與主軸傳動(dòng)比1：1，要求主軸轉(zhuǎn)一周工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，以保證切削螺紋的螺距準(zhǔn)確。 主軸光電編碼器安裝方式有兩種[6]：（1）同軸安裝；（2）異軸安裝。 同軸安裝，同軸安裝的兩種聯(lián)接方式，從傳動(dòng)聯(lián)結(jié)方

29、式分為剛性連結(jié)和柔性聯(lián)接，波紋管聯(lián)接為柔性聯(lián)接，橡膠套聯(lián)接為剛性聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與主軸直接聯(lián)接。但缺點(diǎn)是與主軸的聯(lián)接較困難，原主軸孔將被遮擋，無法進(jìn)行穿越主軸孔工件的加工。 異軸安裝，是通過齒輪或同步齒形帶聯(lián)接的兩種方式，齒輪聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，聯(lián)接方便，且成本低。但缺點(diǎn)是易引起同軸度誤差，制造和安裝精度要求較高，有時(shí)會(huì)造成信號(hào)失真，甚至造成編碼器的損壞。采用同步帶傳動(dòng)，可有效克服普通傳動(dòng)齒輪的缺點(diǎn),由于同步帶的柔性聯(lián)接，傳動(dòng)精度高，制造安裝方便。 目前市場(chǎng)上的數(shù)控車床光電編碼器很多，根據(jù)加工精度的要求，可選用廣西博盈達(dá)(原柏菱達(dá))數(shù)控設(shè)備有限公司(廣州數(shù)控成套設(shè)備經(jīng)銷商) 生產(chǎn)的數(shù)控車床主軸編

30、碼器B-ZXF。 六、導(dǎo)軌的改造 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌要有更高要求。普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，使用一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造時(shí)機(jī)床導(dǎo)軌也要進(jìn)行必要的改造。目前普通車床數(shù)控化改造，比較經(jīng)濟(jì)可行的方法是貼塑導(dǎo)軌[7]，即在金屬導(dǎo)軌滑動(dòng)面上貼上一層抗磨塑料軟帶（聚四氟乙烯軟帶），與之相配的金屬導(dǎo)軌滑動(dòng)面需磨削和淬火處理。 聚四氟乙烯軟帶一般貼在動(dòng)軌上。帶塑料層的滑動(dòng)導(dǎo)軌具有磨擦系數(shù)低，低速進(jìn)給時(shí)不爬行，且動(dòng)、靜磨擦系數(shù)差值小，有高的運(yùn)動(dòng)靈敏性；減振性好，具有良好的的阻尼性，高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)；耐磨性

31、好，有自潤滑作用，精度保持性好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、成本低等特點(diǎn)。 七、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的選型 臥式車床數(shù)控化應(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[8]。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制，一次裝夾可以加工幾道工序，效率高，工藝性能可靠，其原理圖如圖3-9所示。根據(jù)性價(jià)比原則，可采用南京大地?cái)?shù)控有限公司生產(chǎn)的LD4－ck0620四方刀架，如圖3-10所示。刀架安裝在原機(jī)床小刀架的位置上較為合適。刀架的動(dòng)作順序如下:電動(dòng)機(jī)(三相異步微型電動(dòng)機(jī))→減速機(jī)構(gòu)(蝸輪蝸桿)→上升機(jī)構(gòu) (螺旋機(jī)構(gòu))→刀架旋轉(zhuǎn)→電器信號(hào)確定(霍爾元件)→電機(jī)反轉(zhuǎn)→粗定位(反靠盤)→刀架下降→精定位→刀架鎖緊→換刀終了信號(hào)

32、→執(zhí)行加工程序。 圖3-9 圖3-10 LD4－ck0620四方刀架外形及結(jié)構(gòu)圖 LD4型系列立式電動(dòng)刀架采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)信轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位采用霍爾元件，使用壽命長。并且完全滿足刀架設(shè)計(jì)使用的要求，即A夾緊力在4000N 以上,B需要進(jìn)行四個(gè)方位的轉(zhuǎn)換選擇,C重復(fù)定位精度不大于0.005mm。 結(jié)束語 本設(shè)計(jì)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)和電機(jī)的選用校驗(yàn)是主要的設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有技術(shù)來選用現(xiàn)有控制系統(tǒng)，在本文只做簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)說明。 本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于改造成本相對(duì)較低，操控起來相對(duì)比

33、較簡(jiǎn)便，驅(qū)動(dòng)元件使用飼服電機(jī)側(cè)重于加工過程中數(shù)控進(jìn)給的精度和穩(wěn)定性，機(jī)床在改裝后整體上已能滿足普通車床改造后加工零件的精度要求。不足之出在于：1.機(jī)床改造部分不是很全面，比如主軸箱就沒進(jìn)行改造，因此在編程加工中如果需要換刀改變主軸轉(zhuǎn)速，在自動(dòng)換好刀之后，需要程序自動(dòng)暫停一下，進(jìn)行手動(dòng)變速之后才能繼續(xù)加工。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，得到了曾老師很大的幫助和指點(diǎn)，此表示真誠的感謝。 參考文獻(xiàn) [1]陳嬋娟主編.數(shù)控車床設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社,2006.2 [2]張勇，朱朝寬主編.車床數(shù)控化改造實(shí)例. 機(jī)械工業(yè)出版社，2012.4 P31～38 [3]秦大同,謝理陽主編.機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社,2013.3 P814～818 [4]張建民 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京：北京理工出版社 1996.8 P256～264 [5] 張勇，朱朝寬主編.車床數(shù)控化改造實(shí)例. 機(jī)械工業(yè)出版社2012.4 P22～25 [6]朱自勤主編.機(jī)床數(shù)控電氣控制技術(shù). 中國林業(yè)出版社，2006.1 P57～65 [7]文懷興,夏田編著.數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5 P238～239 [8]陳蔚芳,王宏濤主編.機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用. 科學(xué)出版社，2006.1 P314～316 21