CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造.doc
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1、天津大学成人高等教育本科毕业设计论文1天津大学毕业设计(论文)任务书题目CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造完成期限2010年8月23日至2010年12月24日学院_机械工程学院_指导教师_专业_机械工程及自动化_职称_学生系主任_接受任务日期_2010823_批准日期2010823CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造2一、原始依据(资料)CA6140卧式车床的技术数据工件最大直径在床身上400MM在刀架上210MM最大加工长度750、1000、1500、2000MM加工螺纹范围公制螺纹MM11220种英制螺纹T/M22420种模数螺纹MM025311种径节螺纹T/M79624
2、种主轴最大通过直径48MM孔锥度莫氏6正转转速级数24正转转速范围101400R/MIN反转转速级数12反转转速范围141580R/MIN进给量纵向级数64纵向范围0028633MM/R横向级数64横向范围0014316MM/R滑板行程横向320MM纵向650、900、1400、1900MM刀架最大行程140MM最大回转角90刀杠支承面至中心的距离26MM刀杠截面BH2525MM尾座顶尖套莫氏锥度5横向最大移动量10MM外形尺寸长宽高241810001267MM工作精度圆度001MM圆柱度200002平面度002/300MM表面粗糙度RA1632M电动机功率主电动机75KW总功率784KW横向
3、进给机构改造的设计依据最大加工直径在床面上400MM在床鞍上210MM快进速度横向24M/MIN最大切削进给速度横向08M/MIN定位精度0015MM起动加速时间30MS脉冲当量001MM/脉冲天津大学成人高等教育本科毕业设计论文3溜板及刀架重力横向600N代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式绝对、增量控制坐标数2自动升降速性能有CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造4主要参考资料1张新义主编,经济型数控机床系统设计,北京机械工业出版社,19932高钟毓主编,机电一体化系统设计,北京机械工业出版社,2000,P1725、P92933虞洪述主編,机械制图,西安西安交通大学出版社,19
4、97,P2083234赵松林、张奇鹏主编,机电一体化机械系统设计,北京机械工业出版社,19965楼建勇主编,数控机床与编程,天津天津大学出版社,19986戴曙主编,金属切削机床,北京机械工业出版社,1999年7杨可桢、程光蕴主编,机械设计基础,北京高等教育出版社,19898吴宗泽、罗圣国主编,机械设计课程设计手册,北京高等教育出版社,19989李洪主编,实用机床设计手册,辽宁辽宁科学技术出版社,1999,P79186410李斌主编,数控加工技术,北京高等教育出版社,2001,P111吴国华主编,金属切削机床,北京机械工业出版社,1995年,P2325、P24212李秀珍、曲玉峰主编,机械设计基
5、础,北京机械工业出版社,1999,P11813李金伴、马伟民主编,实用数控机床技术手册,北京化学工业出版社,2007,P12915214林其骏主编,数控技术与应用,北京机械工业出版社,1995,P13、P5669、P14616015曹巧媛主编,单片机原理及应用,北京电子工业出版社,1997,P13015016陆剑中、孙家宁主编,金属切削原理与刀具(第2版),北京机械工业出版社,1997,P5217郝忠军、雷晓玲主编,综合作业指导书,北京机械部工程师进修大学电气学院出版社,1995,P538518胡旭兰,CA6140车床进给系统的数控改造,广州机床与液压,2004,NO3,P16719孙国浩、左
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7、业设计论文5二、设计内容和要求设计要求1、CA6140数控车床横向进给机构的装配图(A0图纸一张)2、横向进给机构的部分零件图(A4图纸一张)3、数控车床进给系统的控制电路图(A1图纸一张)4、设计说明书(19万余字)一份5、答辩PPT文件一个6、光盘一张设计内容主要内容是CA6140型普通车床横向进给机构的数控化改造,包括绪论的编写,进行了国内外有关资料的搜集,确定了系统的脉冲当量,进行了滚珠丝杠螺母副的选型与参数计算,齿轮传动比计算,进给传动系统的刚度校核,驱动电机的选型计算,滚珠丝杠轴承的选型与校核,等效转动惯量计算,电机力矩计算,计算了步进电机的空载起动频率和切削时的工作频率,步进电动
8、机的选择,标准件的选择和控制电路的设计等。进行了横向进给机构和部分零件图的绘制,还进行了改造后控制电路的绘制。其中关键部分是横向进给机构改造的设计计算、步进电机的选型计算和控制电路的设计。CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造6设计(论文)进度计划表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名12010823201095调研、收集资料、写开题报告完成22010962010926整理资料、拟订论文初稿完成3201092720101017绘制横向进给系统装配图完成42010101820101031绘制零件图完成5201011120101121绘制电路图完成6201011222010
9、1212编辑并整理论文或说明书完成72010121320101224修改并装订论文,准备答辩完成指导教师批准日期年月日签名天津大学成人高等教育本科毕业设计论文7摘要我本次的毕业设计主要是针对CA6140型普通车床的横向进给机构进行经济型数控改造,在合理选择数控系统的前提下,然后再对普通车床进行适当的机械传动和控制电路的改造,改造的主要内容包括拖板的改造,拖板是数控系统直接控制的对象,所以对其改造尤显重要。这中间最突出一点就是选用滚珠丝杠代替原来丝杠,提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。选用滚珠丝杠时进行了相关计算,根据计算出来的结果选用标准的滚珠丝杠,从而降低改造的成本。变速箱体的改
10、造,由于采用数控系统控制,所以要对轴和减速齿轮重新设计并且进行了有关的计算,保证与步进电机的步进角相配,从而对箱体进行改造。床身的改造,为使改造后的机床有较好的精度保持性,除尽可能地减少电器和机械故障的同时,应充分考虑机床零部件的耐磨性,尤其是机床导轨。为此,本设计中采用旧床身淬火并贴塑的方案。刀架的选择,选用标准的数控刀架,这样可以用数控系统直接控制,而且刀架体积小,重复定位精度高,安全可靠,同时成本也比较低。驱动元件的选择,根据改造的经济性要求选用步进电机作为驱动元件,同时进行相关参数的计算,这样改造后的机床能基本满足加工要求和改造的经济性。控制电路的选择,本次设计采用MCS51系列单片机
11、组成控制系统的电路,也是从改造的经济性要求上出发的。关键字横向进给机构步进电机滚珠丝杠控制电路CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造8目录第一章绪论111课题背景1111数控的发展史1112数控化改造的现状212机床改造的内容及意义3121研究意义3122主要研究内容及技术路线313机床的经济型数控化改造主要解决的问题5第二章设计要求621总体方案设计要求622设计参数723其它要求9第三章进给伺服系统机械部分设计与计算1031进给系统机械结构改造设计10311拖板部分10312溜板箱部分1032进给伺服系统机械部分的计算与选型11321确定系统的脉冲当量11322车削抗力分析和滚珠丝杠
12、副的特点11天津大学成人高等教育本科毕业设计论文9323横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤1233齿轮传动比计算1734滚珠丝杠轴承的选型与校核18341滚珠丝杠用轴承的选型18342滚珠丝杠用轴承的校核18第四章步进电动机的计算与选型2241步进电动机选用的基本原则2242步进电动机的选择23421等效转动惯量计算23422电机力矩计算24423计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率2643步进电机的选取27第五章减速器箱的设计2851减速器箱体的设计28511传动轴的计算28512减速器箱体尺寸2852标准件的选用29521轴承的选择29522轴承的校核29523平键的选用2953
13、轴承盖的设计30CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造10第六章微机控制系统硬件电路设计3261控制系统的功能要求3262硬件电路的组成3263设计说明32第七章主要部件安装及调整的注意事项3571滚珠丝杆3572导轨副3573数控车床刀架3574编码盘的安装36结论37参考文献38致谢40天津大学成人高等教育本科毕业设计论文1第一章绪论11课题背景111数控的发展史20世纪40年代以来,喷气飞机和导弹工业发展迅速,原来的加工设备已经无法承担加工航空工业需要的制造精度较高的复杂形状零件。1948年美国PARSONS公司与空军签订合同,发展一种柔性的控制系统,希望装备有这种控制系统的机床能
14、在规定的精度下得到最高生产率,在变更加工零件时工夹具的变换不要太花费时间,并且适合于中、小批量生产。PARSONS公司将研制此控制系统的任务,交给了美国麻省理工学院(MIT)。在1952年,MIT研制成功了三坐标数控系统,并且在CINCINNATE铣床上装备了这种控制系统,在美国诞生了第一台数控机床。10世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业,促使机械加工工业跨入一个新的“现代化”的历史发展阶段,从而给国民经济的产业结构带来了巨大的变化。数控机床不但是机械工业的重要基础装备,而且是汽车、石化、电子等支柱产业生产现代化的主要手段,也是世界第三次产业革命的一个重要内容。10在1959
15、年3月,由美国卡耐特雷克公司(KEANEYTRECKERCORP)开发出来了加工中心。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具,根据穿孔带的指令自动选择刀具,并通过机械手将刀具装在主轴上,对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种,不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心,还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。在20世纪60年代,英国MOLINS公司的工程师大卫威廉逊(DAVIDWILLIAMSON)首先提出了“柔性制造系统”(FLEXIBLEMANUFACTURINGSYSTEMFMS)的概念之后
16、,美、欧、日等也相继进行开发及应用。211974年以后,随着微电子技术的迅速发展,微处理器直接用于数控机床,使数控的软件功能加强,发展成计算机数字控制机床(简称为CNC机床),进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。80年代,国际上出现了14台加工中心或车削中心为主体,再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元(FLEXIBLEMANUFACTURINGCELLFMC)。这种单元投资少,见效快,既可单独长时间少人看管运行,也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。目前,FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展,从中小批量加工向大批量加工发展。CA6140普通车床横向进给机构
17、的数控化改造2在我国,数控技术与装备的发展亦得到了高度重视,从1958年开始研制数控机床,到70年代末生产了4108台数控机床,其中86是数控线切割机床。80年代初以来,随着我国实行改革、开放政策,引进了日本、美国等先进的数控技术,开始批量生产数控系统和伺服系统,使我国数控机床在质量和性能上有了很大的提高。10近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域,以PC平台为基础的国产数控系统,已经走在了世界前列。我国利用稀土永磁材料的优势,开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元,将可有效解决现有电主轴存在的问题,形成具有中国特色的新一代电主轴产品。112数控化改造的现状我国
18、目前机床总量380余万台,但是其中数控机床总数只有1134万台,只占我国机床总量的3。近10年来,我国数控机床年产量约为0608万台,年产值约为18亿元。但是机床的年产量的数控化率只为6。我国机床役龄10年以上的占60以上;10年以下的机床中,自动/半自动机床不到20,柔性制造系统生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60以上)。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是非数控的机床,而且半数以上是役龄在10年以上的老旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在互换性差、产品单一、档次低、成本高、供货期长的问题,从而在国内、外市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的经济效益,影响企
19、业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。但是,数控机床价格较贵,一次性投资大,不易被中小型企业所接受;各企业又都拥有大量的普通机床,用数控机床替换下来的旧机床又会造成浪费,而将普通机床进行数控化改造可以说是一条经济实用之路。24我国近几年内需要数控化改造的普通设备10万台以上,旧数控机床在4000台以上,这将是一个能提供几十亿到上百亿元的广阔市常因此在机械制造业中,尤其在机床制造行业中,应该充分利用自己的技术特长,去迅速占领市场,为国民经济的迅速发展做出自己的行业贡献。在美国、德国和日本等发达国家,将机床改造作为新的经济增长行业,生意盎然,正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步,机
20、床改造是个“永恒“的课题。在美国、日本、德国等老牌工业强国中,用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场,已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在德国,从事机床改造的著名的公司有HELLWIG公司、LETNSTATT公司等。在美国,机床改造业称为机床再生业,从事再生业的著名公司有DEVLIEGBULLAVD(得宝)服务集团、US设备公司等,并且美国得宝公司已在中国开办公司。在日本,机床改造业称为机床改装业,从事改装业的著名公司有大隈工程集团、千代田工机公司等。我国的机床改造业,也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。从事天津大学成人高等教育本科毕业设计论文3机床改造的公司有沈阳金切机床有限
21、公司、北京鼎信合力数控成套设备有限公司等。12机床改造的内容及意义121研究意义节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省6080的费用,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的13。即使将原机床的结构进行彻底改造升级,也只需花费购买新机床60的费用,并可以利用现有地基。性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效,几乎不会产生应力变形而影响精度。提高生产效率。机床经数控改造后,即可实现加工的自动化,效率可比传统机床提高37倍。对复杂零件而言,难度越高,功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费用,而且可以缩短生产准备周期。23企业的需求。企业要在当前市场需求
22、多变,竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品,以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求,数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术,最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序,无需对机床作任何调整,因此能很好地满足产品柔性加工要求。在原有机床基础上进行改造,和新的数控机床相比较。工人更容易上手。培训时间短,培训费用少。25122主要研究内容及技术路线CA6140型普通车床进给系统的数控化改造方向的确定。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控
23、机床的发展,一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床,具有柔性加工的基本功能,操作维修方便。数控系统的选择数控系统是机床的核心,在选择时,要对其性能、经济性及维修服务等进行综合考虑,尽量选用名牌产品。根据被改机床的结构、性能及被加工零件的精度来选择数控系统。既要功能相匹配,又要尽量减少过剩的数控功能。这样一方面可避免资金浪费,另一方面也可避免因数控系统复杂而增加的故障率。目前数控系统主要有三种类型步进电机拖动的开环系统;异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统;交/直流伺服电机拖动编码器反馈的半CA6140普通车床横向进给机构的数控化改造4闭环数控系统。其中步进电机拖
24、动的开环系统,其伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。该系统位移精度较低,但结构简单、调试维修方便、质量稳定可靠、成本低、抗干扰性能强、对环境室温要求不高,易改装成功。适用于精度要求一般的中小型机床的改造,也是目前数控改造中应用最为广泛的一种。异步电机或直流电机拖动光栅测量反馈的闭环数控系统控制精度高,但在结构上比开环进给系统复杂,工作量大,成本也高,调试困难,一般不采用。交/直流伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统,其精度介于前二者之间,结构与调试都较闭环系统简单,适用于控制精度要求较高的大、中型机床的改造。机械部分改造机床数控改造后应达到较高的静动态刚度,为此要求运动
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