數控車床的改造畢業設計-畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 環系統難，但是可以獲得比開環進給 系統更高的精度，更快的速度，驅動功率更大的特性指標，可根據產品技術要求決定是否采用這樣系統。 （ 3）交 /直流伺服電機拖動，編碼器反饋的半閉環數控系統，半閉環系統檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執行部件的位置，它只能補償系統環內部部分元件的誤差，因此它的精度比閉環系統的精度低，但是它的結構與調試都比閉環系統簡單。在將角位移檢測元 10 件的安裝問題，當前國內生產線數控系統的公司廠家比較多，如珠峰公司、北京航天機床數控系統集團公司、華中數控公司等。選擇數控系統時主要是依據數控改造后機床要達到的各種精度，驅動電機的功率和用戶的要求。 數控化改造中主要部件的改造探討 一臺新的數控機床，在設計上要達到：有高的靜動態剛度，運動幅之間的摩擦系數小，傳動無間隙，功率大，便于操作和維修，機床數控改造時，盡量達到上述要求，不能認為將數控裝置與普通機床連接在一起就達到了數控機床的要求，還應對主要部件進行相應的改造，使其達到一定的設計要求，才能得到預期的改造目的。 （ 1）滑動導軌幅對數控車床來說，導軌除應具有的普通車床的導向和工藝性外，還要有良好的耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區，同時要有足夠的剛度，以減少導軌變形對加工精度的影 響，要有合理的導軌防護和潤滑。 （ 2）齒輪幅一般機床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中，為了保證傳動精度，數控機床上使用的齒輪精度等級都比普通機床高，在結構上要能達到無間隙傳動，因而改造時，機床只要齒輪必須滿足數控機床的要求，以保證機床的加工精度。 （ 3）滑動絲杠和滾珠絲杠，絲杠的傳動直接關系到傳動鏈精度，絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和 0 拖動扭矩要求，以保證機床的加工精度，一般情況滑動絲杠不低于 6 級，螺母間隙過大則應更換螺母，采用滑動絲杠相對滾珠絲杠摩擦損失小、效率高，其傳動效率可在 90%以上，精度高 、壽命長，啟動力距和運動時力距相近，因此可以滿足較高精度、零件加工要求。 （ 4）安全防護 改造效果必須以安全為前提，在機床改造中，要根據實際情況采取相應的措施，滾珠絲杠是精密元件，工作時要嚴防灰塵，特別是切削及硬沙粒進入滾道，在縱向絲杠上也可以加整體鐵板防護罩，大托板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好，絕對防止硬質顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。 第二章 總體方案的制度與比較 一、車床數控化改造的實踐準備及資料收集 11 在車床數控化改造這個工程設計之前進行了畢業實習這一環節。在這期間，接觸了大量的數控化改造實例，使我對 車床數控化改造有了初步了解。在與工人師傅的交流中初步了解到他們對數控裝備的要求。 在工程設計課題接到手后，借閱了大量關于普通機床及數控機床的書籍，通過借閱這些書籍，了解了普通車床的基本性能參數及結構特點，通過與成型數控車床進行比較，明確了設計任務。 二、數控化改造方案的制定 通過閱讀資料及參觀成熟數控車床的結構設計，初步擬定以下三個總體改造方案。 一）方案一，此方案考慮到盡可能保留車床原有功能，減化改造量，做好以下幾個方面工作。 1. 機械部分改造：保留原車床的主傳動系統和變速操縱機構，也保留了原有車床的尾座及車 身部分，但為了減化操作量，將原車床的刀架換為電動刀架。為了便于加工螺紋和絲桿，避免加工螺紋或絲桿時發生亂扣現象，在主軸箱內配置了與主軸轉角位置變化信號，輸送給計算機處理。 拆除原進給箱中進給傳動鏈內容，改用步進電機作動力源，經齒輪減速組傳遞動力，驅動滾珠絲杠，帶動刀架作縱向進給，由此構成簡易的開環控制系統。 拆除原刀架，安裝電動刀架，以減少操作量，實現自動化控制。 2. 數控裝置的設計 此方案中采用 MCS51 系列中單片機作為核心芯片，設計了一個能夠實現圓弧插補和直線插補運算的數控系統，它能完成設計任務書 中要求的各項功能。 3. 方案一的初步評價 此方案保留了原有車床結構，進行了小部分改造。改造周期短，見效快、成本低是此方案的亮點，但其自動化控制程度低，一般適用于生產線上工序較穩定的零件的加工。 二）方案二 此方案改動量較大，主要做了以下幾點改造： ：要求主運動能實現自動變速，采用液壓拔叉和電磁 12 離合器實現自動變速。保留了原車床的尾座及床身部分。 采用電動刀架，實現轉位換刀，提高加工效率，減少輔助時間。 采用液壓尾座、液壓卡盤，實現工件的快速夾持，以利于提高生產率。 其他機械方面的改造與方案一相似，不再 贅述。 ：選用成熟的華中系統，實現軟硬件合理配置來實現控制功能。 此改造方案實現了車床的全自動化控制，無論是從提高生產率方面考慮，還是從減輕工人勞動強度方面考慮均有極大優勢。 但它對原車床改動量太大，必然使其改造周期延長，改造費用大幅上升，改造的經濟性下降，影響它的實施。 三）方案三 為進一步提高機床的性能，解決機械有級變速的附加問題，形成了方案三。除拆除主軸箱外，還須采用交流伺服電機作主電機替代原主電機，并配置相應的變頻調速裝置，以此實現寬范圍無極平滑變速，其它機械方面與 設計方案二相同。 方案三的初步評價 此方案對原車床的機械部分改動過大，拆除的部分過多，外購件太多，使得改造費用大幅上升，周期長、見效慢，使改造的經濟性下降，一般中小型企業不宜采用。 三、 C6150 臥式車床數控化改造總體方案的比較與選擇 此次設計是在普通車床上增加數顯裝置，增加數控系統，將其改造成 NC 車床。這設計到機械改造方面和數控系統的設置兩大方面的問題，并帶來附加的電氣與液壓控制系統的更改及設計問題。 綜合上述對三個總體方案的初步評價，方案一有以下幾方面的優勢： ： 方案一在機械方面保留了原車 床上大部分部件，這樣不僅保留了原車床的加工工藝范圍，并在配置了簡單數控系統的條件下，進一步擴大了加工工藝范圍，在低投入的情況下，達到了較好的改造經濟性。 適合于中小企業實現普通車床 NC 化。 13 方案一在數控配置上采用 MCS51 系列中 8031 單片機做成簡易數控系統，與機械方面對軟件控制系統的要求達成統一。二方案二方案三對數控系統的要求過高，可能造成數控資源閑置，降低改造經濟性。 對操作者而言，方案一機械部分改動較少，操作者熟悉原機床，便于操作維修，降低了對操作者的技術要求。由于多 年使用，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用時只需短時間培訓，縮短了培訓時間，見效快。 由于方案一在機械改造方面改造量小，外購件少，可降低改造費用，縮短改造周期，交貨期短，可滿足生產急需。 綜合上述優勢，選定方案一為 C6150 臥式車床數控化改造方案。 第三章機械部分改造設計與計算 一、縱向進給系統的設計與計算 已知條件： 工件工作臺重量： W=100kgf=1000N (根據圖紙粗略計算 ) 時間常數： T=25ms 滾珠絲杠基本導程： L0=6mm 行程： S=900mm 脈沖當量： 縱向 δp 1 =步距角： α =176。 /step 快速進給速度： Vmax=2m/ min ： 由《機床設計手冊》可知，切削功率 NC=Nη K 式中：電動機功率 N= η：一般為 ~ 取η = K：進給系統功率系數，取為 K= 則 NC= Nη K = = m i n/401 0 0 0 0 0 0 mDnV ????? ? 6120VFNc I? 14 又因為 由《金屬切削原理》可知，主切削力： FIKF IYfF IxpaF I=C F I 查表得： CFI=XFI=1 YFI= KFI=1 則再計算 FI 如表 71 所示： 表 1 FI 計算結果 ap(mm) 3 3 3 4 4 4 5 5 5 f(mm) FI(N) 2837 3352 3845 3182 5127 4785 5589 6408 當 FI= 時，切削深度 ap=5mm,走刀量 f=,以此參數作為下面計算的依據。 從《機床設計手冊》中可得知，在一般外圓車削時： Fx =(~) FI FY= (~) FI 取 Fx = FI= = FY= FI = = 由《經濟型數控機床系統設計》中式（ 63）知，綜合導軌車床絲杠的軸向力： P=KFx+F′ (FI +W) 式中 K= F′ = 取為 則 P= +(+1000) = 1) 強度計算： 壽命值： 取工件直徑 D=100mm,查表 66 得 Ti=15000h