數(shù)控機(jī)床改造方案-wenkub
2023-05-29 01:31:30 本頁面
【正文】 趨勢 37結(jié) 論 42致 謝 43參考文獻(xiàn) 441． 緒 論機(jī)床數(shù)控技術(shù)就是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)控制的專門技術(shù)，其中刀具與工件運(yùn)動(dòng)軌跡的自動(dòng)控制、刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的自動(dòng)控制是機(jī)床數(shù)字控制的最主要內(nèi)容。它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖如下：數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)組成框圖其工作原理是先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸和技術(shù)要求等條件，確定該零件的加工工藝過程、工藝參數(shù)，并按一定的規(guī)則形成數(shù)控系統(tǒng)能理解的加工程序。正常情況下，加工程序可直接運(yùn)行到其結(jié)束。首先是技術(shù)的原因，過去20年里，金屬切削的基本原理變化不大，但社會(huì)的生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，要求制造技術(shù)向自動(dòng)化和精密化前進(jìn)。再次是市場因素，目前許多國家設(shè)備所需的數(shù)控機(jī)床數(shù)量，按機(jī)床工業(yè)現(xiàn)狀是無力及時(shí)提供的。而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動(dòng)、半自動(dòng)和精密機(jī)床更新現(xiàn)有設(shè)備，不論資金還是我國機(jī)床的能力是辦不到的。在機(jī)床改造中引入了微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)具有先進(jìn)性，同時(shí)在應(yīng)用此自動(dòng)化改造方案，有較大的應(yīng)用性和可調(diào)性，而且投資改造的費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅是全功能型數(shù)控裝置的1/3到1/5擁護(hù)承擔(dān)的起。這種機(jī)床的性能及質(zhì)量較好。2． 總體方案確定在簡易數(shù)控系統(tǒng)中，大多數(shù)是利用八位微處里機(jī)和單片機(jī)，近年來國有一些主要的半導(dǎo)體制造廠家相繼生產(chǎn)了各種八位單片微型機(jī)，主要有MCS—48系列，CS51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)位量伺服控制有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)三種控制方式。由于反饋環(huán)節(jié)必須的技術(shù)條件要控制閉環(huán)系統(tǒng)的良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，其難度也大為提高。（2）螺旋傳動(dòng) 原機(jī)床的絲杠屬于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，主要缺點(diǎn)就是機(jī)械效率低，一般僅為30~60%，與改造后的精度相差很多。（1）保留原車床的主傳動(dòng)鏈。用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床對(duì)零件操作，原有的支撐結(jié)構(gòu)也保留，電動(dòng)機(jī)、齒輪箱安裝在機(jī)床后側(cè)。 本次設(shè)計(jì)將一臺(tái)CA6140普通機(jī)床改造成微機(jī)數(shù)控機(jī)床，采用MCS51型系列單片機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制，具有直線和圓弧插補(bǔ)功能,具有降速控制功能,其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下:最大回直徑: 400 mm電機(jī)功率: 快速進(jìn)給: 切削速度: 定位精度: 移動(dòng)部件重量: 縱向:800N 橫向600N加速時(shí)間: 30ms機(jī)床效率: 0 .8根據(jù)機(jī)床精度要求脈沖當(dāng)量,，1主切削力（Fz）計(jì)算由《金屬切削原理》可知切削率：P： n:主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率?。害?Pc切削功率Pc==又∵Pc=FzV ∴Fz=式中: V 切削速度 V=100m/minFzPc/V=60Pc1000/v=3510N 橫切端面 主切削力F, 可取縱切的1/2 F=1/2Fz1/23510=1755N又F: :F=1::==1755=702NF==1755=Fx==1755=Fy==3510=1404N1．計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm 縱向進(jìn)給的綜合型導(dǎo)軌 采用三角型或綜合導(dǎo)軌: Fm=kFx+ (Fz+G) （） 式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N):G移動(dòng)部件的重量(N)—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌形式而不同K考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù). f=則Fm=+(3510+800)=2．計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載C C=fwFm （）,在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕負(fù)載C可用C= （）L= （）n= （） 式中滾珠絲杠導(dǎo)程L=(1/2~1/3)此處VS==T: 使用壽命按15000h計(jì)算L: 壽命以106轉(zhuǎn)為1單位Fw: 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fw:12~ 取fw=N==42r/minL===38小時(shí)C=.C== 3．滾珠絲杠螺母的選型查精密機(jī)床配件系列山東濟(jì)寧選取滾珠絲杠公稱直徑為φ40選用的型號(hào)為 其額定動(dòng)載荷15470N,所用強(qiáng)度足夠用４．效率計(jì)算η= （）式中摩擦角r=2176。+)= 5．剛度計(jì)算橫向進(jìn)給絲杠方式, 支承間距L=450mm 因絲杠長度較短不需要預(yù)緊圖3—2橫向進(jìn)給系統(tǒng)計(jì)算簡圖1滾珠絲杠的拉伸或壓縮變形量△L===10滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉伸=1/4==已確定縱向脈沖當(dāng)量δ= ,滾珠絲杠導(dǎo)程L=,可計(jì)算出ii===可選定齒輪的齒數(shù)為i=z1/z2=32/40 或20/25d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70已確定橫向脈沖當(dāng)量δ=,滾珠絲杠導(dǎo)程L=4mm ,可計(jì)算出傳動(dòng)比ii=== z1=21 ,z2=35軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()由此式計(jì)算 =J+(z1/z2){Js+J2+G/g(L/2E)} （）式中:J—齒輪z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.J2—齒輪z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js—絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量G—工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量(N)L—絲杠的導(dǎo)程J1=10d1b = 102=J2=10d2b=1082=Js=07810DL=104170=G=800N代入式中J=+(32/40){++800/()}=電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)床在不同工況下,其所需要的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需要的力矩=Mmax+Mf+M0 （）式中:M起快速空載啟動(dòng)力矩()Mmax折算到電機(jī)軸上的加速力矩()Mf折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩()起動(dòng)加速時(shí)間ta=30msMmax=.e=10nmax=—傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()ε—電機(jī)最大角加速度nmax電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 (r/min)—脈沖當(dāng)量—步進(jìn)電機(jī)的步距角nmax===500r/minMmax==摩擦力矩Mf()Mf==F.—導(dǎo)軌摩擦力(N)了發(fā) G運(yùn)動(dòng)部件總重量(N)i —齒輪降速比按i=Z1/Z2計(jì)算η—傳動(dòng)鏈總效率一般η=~ Mf==附加摩擦力M0M0=式中 FP0滾珠絲杠預(yù)加載荷一般取1/3F mFm為進(jìn)給牽引力(N)L0—滾珠絲杠導(dǎo)程(cm)N—%M0==M0=∴=Mmax+Mf+M0=++=(2)快速移動(dòng)時(shí)所需力矩=M+M0M===(3)最大切削力負(fù)載時(shí)所需力矩 =M+M0+Mt Mt=式中 Fmax進(jìn)給方向上的切削力取Fx= Mt折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩() Mt=`=() =Mt+M0+Mt=++= 從上面可以看出, ,三種情況下,以快速空載時(shí) 所需力矩最大,以此項(xiàng)工作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù) (4)計(jì)算電機(jī)空載轉(zhuǎn)動(dòng)和切削堵的工作頻率fk===4000Hz ==1000=833Hz(5) 步進(jìn)電機(jī)的選擇 對(duì)于工作方式為五相十拍的步進(jìn)電機(jī) Mjmax== ，滿足其要求: (1).步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 橫向計(jì)算簡圖見滾珠絲杠選擇中的簡圖,傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī) 電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()可由此式計(jì)算:=J1+(z1/z2){JS+J2+G/g(L0/2π) }式中:J1齒輪z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2齒輪z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JS絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 G工作臺(tái)及工件等移動(dòng)部件的重量(N) L0絲杠的導(dǎo)程 J1=10d1L1=102= J2=10d2L1=1072= G=600N, Js=1045= =J1+(Z1/Z2){Js+J2+G/g(L0/2π)} =+(){++600/10()} =(2) 電機(jī)力矩的計(jì)算:機(jī)床在不同工況下其所需的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各段計(jì)算=Mmax+Mf+M0Mmax=.e=nmax===500r/minMmax==折算電機(jī)軸上的摩擦力力矩MfMf===附加摩擦力矩M0 M0=)=) ==Mmax=++=(3)快速進(jìn)給時(shí)所需力矩M快 =+M0 Mf== M0=1/3Fm/2paini(1n2)= =+=(4)最大切削負(fù)載所需力矩M切=Mf+M0+MtMt===Mf=== M切=++= 上面計(jì)算可以看出,和三種工況下,以最大切削負(fù)載所需力矩作為選用電機(jī)的依據(jù)當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)=/Mmax Mjmax=/=步進(jìn)電機(jī)三相四相五相六相3
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