CA6140數(shù)控改造設計【全套CAD圖紙+畢業(yè)答辯論文】

買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 摘 要 數(shù)控機床在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，但數(shù)控機床一次性投資較大，對機床進行數(shù)控化改造不失為一良策。 本設計利用數(shù)控裝置對 主傳動系統(tǒng)部分 采用交流調頻主軸電動機經帶輪及分級齒輪變速箱驅動主軸，通過變頻器和齒輪變速箱實現(xiàn)分段無級變速；進給系統(tǒng)采用步進電機通過減速后驅動滾珠絲杠運動，在縱向進給系統(tǒng)中通過一級齒輪減速后驅動滾珠絲杠，在橫向進給系統(tǒng)中通過二級齒輪減速驅動滾珠絲杠；刀架改為自動轉位刀架 (四工位 )從而實現(xiàn)自動換刀；通過 列 8051 單片機對數(shù)據(jù)進行計 算處理，由 I/O 接口輸出步進脈沖信號控制進給速度和行程；為了保持切削螺紋的功能，要在主軸外端或其它適當部位裝上脈沖發(fā)生器；將車床的手動尾座改造成為可控電動尾座。 本次設計的數(shù)控改造為經濟適用型，改造簡單易行，可降低勞動強度，提高生產效率。主要介紹了經濟型數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)設計計算。闡述了向進給系統(tǒng)的改造設計及計算。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 關鍵詞： 床；數(shù)控改造；滾珠絲杠；步進電動機 C a in a of it is a to of is it C NC of a of C of C by to by a in to 4 051 to be / O to In to of to of or be 文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 of C of a C C of 錄 第一章 概述 . 1 言 . 9 濟型數(shù)控改造的實際意義 . 9 術分析 . 9 濟分析 . 9 場分析 . 10 產分析 . 10 合分析 . 10 控機床的基本結構及工作原理 . 10 . 12 加工工藝方法分類 . 12 控制運動的方式分類 . 12 驅動裝置的特點分類 . 12 控機床的特點及應用范圍 . 14 控機床的加工特點 . 14 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 . 15 第二章 經濟型車 床數(shù)控改造總體方案的確定 . 16 . 16 . 16 第三章主傳動系統(tǒng)設計 . 18 . 18 . 18 . 19 傳動系統(tǒng)的主軸電動機的選型 . 19 . 20 . 21 . 26 第四章伺服進給系統(tǒng)的結構設計與計算 . 28 . 28 . 29 . 29 進電機的驅動放大電路 . 32 . 35 . 36 計參數(shù) . 36 . 37 向進給滾珠絲杠螺母副的計算和選型 . 37 . 40 . 41 . 44 . 44 . 44 向進給滾珠絲杠螺母副的計算和選型 . 44 . 46 . 49 珠絲杠的安裝 . 52 . 52 . 52 . 55 第五章自動回轉刀架的設計 . 57 . 57 . 57 . 58 . 58 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第六章電動尾座的設計 . 62 . 62 . 62 的選擇 . 62 . 62 第七章 主軸編碼器的設計 . 65 7 1編碼器工作原理 . 65 7 2主軸編碼器的安裝 . 66 第八章數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)設計 . 67 . 67 算機數(shù)控（ 統(tǒng)的簡介 . 68 . 68 統(tǒng)的組成 . 69 . 71 微處理機與多微處理機結構 . 71 . 72 . 73 . 73 . 76 . 78 . 79 統(tǒng)的數(shù)據(jù)段歷程 . 79 總體流程 . 79 動軌跡的插補原理 . 81 動軌跡插補的概念 . 81 動軌跡插補的方法 . 81 點比較法 . 82 結論 . 88 參考文獻 . 89 致謝 . 90 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第一章 概述 言 由于現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，普通機床已越來越不能滿足現(xiàn)代加工工藝及提高勞動生產率的要求。如果設備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大，成本太高，而且原有設備的閑置又將造成極大的浪費。所以最經濟的辦法就是進行普通機床的數(shù)控改造，這樣既可以提高生產率，改善加工工藝，還可以減少資金投入，采用此方法對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。 濟型數(shù)控改造的實際意義 目前，各企業(yè)一般都有不少普通車床，完全用數(shù)控車床加以替換根本不可能。解決這個問題，必須走普通車床數(shù)控改造之路。日本大企業(yè)中有 26%的機床經過數(shù)控化改造，而中小企業(yè)則占 74%;美國有許多數(shù)控專業(yè)化公司為用戶提供數(shù)控改造服務。我國擁有 300 萬臺機床，其中大量的是通用車床。因此，普通車床的數(shù)控改造，大有可為。 數(shù)控改造一般是指對普通車床某些部位作一定的改造，配上數(shù)控裝置，從而使車床具有數(shù)控加工能力。 術分析 在過去的幾十年里，金屬切削機床的基本動作原理變化不大。如今科學技術發(fā)展很快，特別是微 電子技術、計算機技術的發(fā)展更快。應用到機床控制系統(tǒng)上，它既能提高機床的自動化程度，又能提高加工的精度，有些企業(yè)已在這方面做了有益的嘗試。實踐證明，改造后的機床滿足了技術發(fā)展的需要，提高了生產率和產品精度，增大了設備適應能力和型面加工范圍。 濟分析 由于新型機床價格昂貴，一次性投資巨大，如果把舊機床設備全部以新買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 型機床替換，要花費大量的資金，而替換下的機床又會閑置起來造成浪費，若采用數(shù)控技術對舊機床加以改造，和購買新機床相比，則可以節(jié)省 50 以上的資金。一套經濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置 的 1 3到 l 5，一般用戶都能夠承擔得起，這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術改造開創(chuàng)了新路，也對實力雄厚的大型企業(yè)產生了較大的吸引力。 場分析 據(jù)國內資料統(tǒng)計，訂購新的數(shù)控機床的交貨周期一般較長，往往不能滿足用戶需要。因此機床的數(shù)控改造就成為滿足市場需求的主要補充手段。 產分析 在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，多品種、中小批量甚至單件生產占有相當大的比重。若要完成這些生產任務，不外乎選擇通用機床、專用機床或數(shù)控機床，其中數(shù)控機床是最能適應這種生產需要的。 合分析 從上述分析中不難 看出，數(shù)控技術用于機床改造是建立在微電子現(xiàn)代技術與傳統(tǒng)技術相結合的基礎上，具有可靠性高、柔性強、易于實現(xiàn)機電一體化、經濟性可觀等優(yōu)點。為此，在舊有機床上進行數(shù)控改造可以提高機床的使用性能，降低生產成本，用較少的資金投入而得到較大的經濟效益。 控機床的基本結構及工作原理 數(shù)控機床加工零件的工作過程分以下幾個步驟實現(xiàn)： （ 1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式編寫程序。 （ 2）所編程序指令輸入機床數(shù)控裝置中。 （ 3）數(shù)控裝置對程序（代碼）進行翻譯、運算之后，向機床各個坐標的伺服 驅動機構和輔助控制裝置發(fā)出信號，驅動機床的各運動部件，并控制所需要的輔助運動。 （ 4）在機床上加工出合格的零件。 下面對其各組成部分加以介紹。 1輸入裝置 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 數(shù)控加工程序可通過鍵盤，用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)。還可由編程計算機用 采用網絡通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。 零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工，另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置內部的存儲器，加工時再從存儲器中逐段調出進行加工。 2數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞。數(shù)控裝置從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經過數(shù)控裝置它的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。 零件的輪廓圖形往往由直線、圓弧或其他非圓弧曲線組成，刀具在加工過程中必須按零件形狀和尺寸的要求進行運動，即按圖形軌跡移動。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起點和終點坐標值等數(shù)據(jù)，不能滿足要求。因此要進行軌跡插補，也就是在線段的起點和終點坐標值之間進行“數(shù)據(jù)點的密化”，求出一系列中間點的坐標值，并向相應坐標輸出脈沖信號，控制各坐標軸 （即進給運動各執(zhí)行部件）的進給速度、進給方向和進給位移量等。 3驅動裝置和檢測裝置 驅動裝置接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅動機床的移動部件，以加“出符合圖樣要求的零件。驅動裝置包括控制器（含功率放大器）和執(zhí)行機構兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動機作為執(zhí)行機構。 檢測裝置將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置中。數(shù)控裝置將反饋回來的實際位移量值與設定值進行比較，控制驅動裝置按指令設定值運動。 4輔助控制裝置 輔助控制裝置的主要作用 是接收數(shù)控裝置輸出的開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運算，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉位分度等開關輔助動作。 現(xiàn)廣泛采用可編程控制器（ 數(shù)控機床的輔助控制裝置。 5機床本體 數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等 組成。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 控機床的分類 加工工藝方法分類 1金屬切削類數(shù)控機床 有數(shù)控車床、銑床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和加工中心等。 2特種加工類數(shù)控機床 數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。 3板材加工類數(shù)控機床 數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。 4非加工設備，如數(shù)控多坐標測量機、自動繪圖機及工業(yè)機器人等。 控制運動的方式分類 1點位控制數(shù)控機床 機床移動部件只能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定 位，在移動和定位過程中不進行任何加工。 如：數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。 2點位直線控制數(shù)控機床 機床移動部件不僅要實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確移動定位，而且要控制工作臺以一定的速度沿平行坐標軸方向進行直線切削加工。主要有簡易數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等。 3輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床不僅可完成點位及點位直線控制數(shù)控機床的加工功能，而且能夠對兩個或兩個以上坐標軸進行插補，因而具有各種輪廓切削加工功能。 常用的數(shù) 控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。輪廓控制系統(tǒng)的結構要比點位直線控制系統(tǒng)更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制。 驅動裝置的特點分類 1開環(huán)控制數(shù)控機床 其控制系統(tǒng)不帶反饋裝置，通常使用功率步進電動機為伺服執(zhí)行機構。 開環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單，成本較低。不能進行誤差校正，步進電動機的失步、買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機床，特別是簡易經濟型數(shù)控機床。 2半閉環(huán)控 制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角度檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的調試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，使結構更加緊湊。 3閉環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制數(shù)控機床的特點是在機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 4混合控制數(shù)控機床 將以上三類數(shù)控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數(shù)控機床?；旌峡刂茢?shù)控機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床。混合控制系統(tǒng)又分為兩種形式： （ 1）開環(huán)補償型控制方式。其特點是基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，另外附加一個校正電路。通過裝在工作臺上的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差。 （ 2）半閉環(huán)補償型控制方式。其特點是用半閉環(huán)控制方式取得高速度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。 控機床的特點及應用范圍 控機床的加工特點 1加工精度高 目前數(shù)控機床的脈沖當量普遍達到了 0 001 且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償。數(shù)控機床的加工精度由過去的 0 01 高到 0 005 位精度 90 年代初中期已達到 0 005 2對加工對象的適應性強 在數(shù)控機床上改變加工零件時，只需重新編制（更換）程序，輸入新的程序后就能實現(xiàn)對新零件的加工。 3自動化程度高，勞動強度低 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 數(shù)控機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的 ,操作者 除了操作面板、裝卸零件、關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行外，其他的機床動作直至加工完畢，都是自動連續(xù)完成，不需要進行繁重的重復性手工操作，勞動強度與緊張程度均可大為減輕，勞動條件也得到了相應的改善。 4生產效率高 數(shù)控機床能有效的減少機動時間與輔助時間，每一道工序都能選用最有利的切削用量，選用了很高的空行程運動時間。因而消耗在快進、快退、和定位的時間比一般機床少得多。 5良好的經濟效益 在單件、小批量生產的情況下，可以節(jié)省工藝裝備費用、輔助生產工時、生產管理費用及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經濟 效益。 用數(shù)控機床加工零件，能準確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些特點都有利于使生產管理現(xiàn)代化。 控機床的應用范圍 數(shù)控機床最適合加工具有以下特點的零件： （ 1）多品種小批量生產的零件； （ 2）形狀結構比較復雜的零件； （ 3）精度要求高的零件； （ 4）需要頻繁改型的零件； （ 5）價格昂貴，不允許報廢的關鍵零件； （ 6）需要生產周期短的急需零件； （ 7）批量較大，精度要求高的零件。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第二章 經濟型車床數(shù)控改造總 體方案的確定 計任務 (1)采用 準語言，絕對 /增量方式混合編程。 (2)連續(xù)方式控制 X, (3)脈沖當量 :0. 005沖 ;沖。 (4)快速定位速度 :lm/Z 軸為 3m/ (5)最大編程尺寸 :士 9999. 998 位數(shù)碼管。 (6)最大加工速度 :直線為 1. 5m/弧為 0. 6m/ (7)螺紋加工 :公制 0. 25 12制 3牙 /吋。 (8)數(shù)控系統(tǒng)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各 8 體數(shù)控改造方案設計 本次設計屬于經濟型數(shù)控化改造，基本原則是在滿足使用要求的前提下對機床的改動盡可能少 ,以降低成本。總體方案為： 本設計利用數(shù)控裝置對 通車床進行控制 ,主傳動系統(tǒng)部分 采用交流調頻主軸電動機經帶輪及分級齒輪變速箱驅動主軸，通過變頻器和齒輪變速箱實現(xiàn)分段無級變速；進給系統(tǒng)采用步進電機通過減速后驅動滾珠絲杠運動，在縱向進給系統(tǒng)中通過一級齒輪減速后驅動滾珠絲杠，在橫向進給系統(tǒng)中通過二級齒輪減速驅動滾珠絲杠；刀架改為自動轉位刀 架 (四工位 )從而實現(xiàn)自動換刀；通過 051 單片機對數(shù)據(jù)進行計算處理，由 I/了保持切削螺紋的功能，要在主軸外端或其它適當部位裝上脈沖發(fā)生器；將車床的手動尾座改造成為可控電動尾座。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 第三章主傳動系統(tǒng)設計 述 主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應具有一定的轉速和一定的變速范圍，并能方便地實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和和制動。 主傳動 系統(tǒng)包括電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件，相比普通車床的主傳動系統(tǒng)在結構上比較簡單，因為變速功能由主軸電動機的無級調速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構，只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)用以擴大電動機無級調速的變速范圍。 控機床主傳動系統(tǒng)的特點 與普通機床比較，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)具有下列特點： 1) 轉速高、功率大。使數(shù)控機床能進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。 2) 變速范圍寬。一般 00,以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。 3) 主軸變速迅速可靠。數(shù)控機床的變速是按照 控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。 主軸組件的耐磨性高，使傳動系統(tǒng)具有良好的精度保持性。 1) 主軸具有一定的轉速和足夠的轉速范圍、轉速級數(shù)，能夠實現(xiàn)運動的開停、變速、換向和和制動。 2) 主電動機具有足夠的功率，全部機構和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。 3) 主傳動的有關結構，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗振性，熱變形和噪聲要小，傳動效率要高，以滿足機床的工作性能要求。 4) 操縱靈活可靠，調整維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。 5) 結構 簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經濟性要求。 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 傳動系統(tǒng)的配置方式 傳動系統(tǒng)的主軸電動機的選型 數(shù)控機床的調速是按照控制指令自動執(zhí)行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。在主傳動系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動機和直流主軸電動機無級調速系統(tǒng)。為了擴大調速范圍，適應低速大轉矩的要求，也經常應用齒輪有級調速和電動機無級調速相結合的調速方式。我們選用交流主軸電動機配以齒輪變速箱實現(xiàn)分級無級調速。 由于交流調速電機體積小，轉動慣性小，動態(tài)響應快，沒有電刷，能達到的最高轉速比同功率的直流電動機 高，磨損和故障也少。在中小功率領域已占優(yōu)勢，故本次設計選用交流調速電動機。通過調節(jié)供電頻率的辦法調速。功率特性見下圖： 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 主軸電動機在額定轉速時輸出全部功率和最大轉矩，隨著轉速的變化，功率和轉矩將發(fā)生變化。在 額定轉速至最低轉速為恒轉矩速度范圍，在額定轉速至最高轉速為恒功率速度范圍。恒功率的速度范圍只有 1： 3的速度比。當電動機速度超過某一定值之后，其功率 速度曲線又會向下傾斜，不能保持恒功率。 流主軸電機的調速 交流主軸電動機屬于交流感應電動機 ,當定子三相繞組通上交流電時 ,將建立起旋轉磁場 ,其主磁通 其值為 60f1/p (r/式中 p 旋轉磁場極對數(shù) 感應電動機轉子的轉數(shù) 買文檔就送全套 紙 扣扣交流 414951605 含全套 紙和論文 答辯精 品 n= 1=601 轉差數(shù) ,s= 上式可知，調速方法可分為兩類。第一類是改變同步轉數(shù) 分為兩種方法，一是改變電動機極對數(shù) p。由于 p 是整數(shù)，所以只能得到級差很大的有級調速，不能滿足數(shù)控機床的要求；二是改變電動機的供電頻率 得到平滑的無級 調速，是一種高效型交流調速，范圍寬，精度高。第二類是不改變同步轉速的調