【正文】 裝訂要求 一畢業(yè)設(shè)計封面全系統(tǒng)一格式 二畢業(yè)設(shè)計評閱書全系統(tǒng)一格式 三評分標準全系統(tǒng)一格式 四畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書指導教師下發(fā) 五畢業(yè)設(shè)計明細表全系統(tǒng)一格式 六目錄 七畢業(yè)設(shè)計正文 八設(shè)計圖紙 九畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 十參考資料 注說明書用 A4 開紙打印或書寫畢業(yè)設(shè)計正文字數(shù)不少于 15 萬含空格 八畢業(yè)設(shè)計課題審批表 審批具體意見 審查部門負責人意見 專業(yè)負責 人 時 間 年 月 日 學術(shù)負責人 時 間 年 月 日 目 錄 第 1 章 前言 1 11 問題提出 1 12 普通車床數(shù)控化改造的好處 1 13 機床數(shù)控化改造的意義 2 第 2 章 改造總體方案 3 21 CA6140 車床介紹 3 CA6140 車床組成圖 3 CA6140 改造參數(shù) 4 22 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容 4 第 3 章 機械部分改造 7 31 主傳動系統(tǒng) 7 系統(tǒng)的介紹 7 主軸脈 沖發(fā)生器 7 32 進給傳動系統(tǒng) 7 縱向進給的改造與計算 7 橫向進給的改造與計算 11 導軌 15 第 4 章 輔助裝置 16 41 刀架的改造與安裝 16 第 5 章 數(shù)控部分 19 51 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 19 52 數(shù)控系統(tǒng)的介紹 19 操作面板 19 軟件操作界面 21 系統(tǒng)參數(shù) 21 53 伺服驅(qū)動 22 54 伺服電機 24 第 6 章 機床的安裝與調(diào)試 25 61 數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試 25 參數(shù)設(shè)置 25 外 部狀態(tài)檢查 28 伺服電機安裝調(diào)試 30 接通伺服電源 31 連接機床調(diào)試 31 參數(shù)的設(shè)置與系統(tǒng)的調(diào)試 34 其他參數(shù)設(shè)置及傳動鏈注意事項 34 62 電氣 PLC 的調(diào)試 34 63 安裝調(diào)試的注意事項 35 元器件清單 36 畢業(yè)設(shè)計圖紙 38 致謝 42 參考文獻 43 第 1 章 前言 116140 存在以下幾個問題 1 車床整體太破舊機床磨損嚴重加工精度達不到要求 2 車床電氣元件老化連接線不穩(wěn)固 3 普通車床加工存在局限性不能實現(xiàn)現(xiàn)代多種零件的加工 4 隨著機床的發(fā)展機床也變成 了數(shù)控化人性化效益化而普通車床實現(xiàn)一人操作多臺機床不能自動化控制 故據(jù)上述問題普通車床即將面臨淘汰因此普通車床的改造勢在必行 12 普通車床數(shù)控化改造的好處 1 有利于普通車床的再次利用 經(jīng)改造后的車床能夠再次利用能夠達到生產(chǎn)要求實現(xiàn)數(shù)控化人性化效益化 2 有利于企業(yè)技術(shù)的提高成本的節(jié)約 數(shù)控機床與普通機床相比有很大的優(yōu)勢數(shù)控機床具有高度柔性加工精度高加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠生產(chǎn)率高改善勞動條件利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化而普通機床精度低效率低適合批量較小精度要求不高零活類零件它投資較數(shù)控低但對工人的操作技能要求較高因此工資水 平高 3 有利于企業(yè)經(jīng)濟開支的節(jié)約 數(shù)控化改造一般用戶都能承擔的起這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開辟了新路也對實力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力由于新型機床價格昂貴一次性投資巨大如果把舊機床設(shè)備全部用新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巨大浪費若采用數(shù)控技術(shù)對舊機床加以改造和購買機床相比則可省 50 以上的資金一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能裝置的 13 到 15 4 有利于數(shù)控化市場的擴大 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的需要而改造的數(shù)控機床能夠適應市場對產(chǎn)品多樣化和高 精度的要求因此得到了用戶廣泛的應用機床的數(shù)控化改造已成為滿足市場需求的主要補充手段對中小型企業(yè)來說是十分理想的選擇 13 機床數(shù)控化改造的意義 1 節(jié)省資金機床數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省 60 左右的費用大型及特殊設(shè)備尤為明顯一般大型機床改造只需花新機床購置費的 13 即使將原機床的結(jié)構(gòu)進行徹底改造升級也只需花費購置新機床 60 的費用并可以利用現(xiàn)有地基 2 性能穩(wěn)定可靠因為機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度 3 提高生產(chǎn)效率機床數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高 3至 5倍對復雜零件而言難度越高功效提高得越多并且可以不用或少用工裝不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期 第 2 章 21 CA6140 車床介紹 CA6140 車床組成圖 1CA6140 車床的基本組成如圖 21 所示 2 車床的參數(shù) 普通 CA6140 車床的主要參數(shù)如表 21 所示 表 21 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 400 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 mm 220 最大工件長度 mm 75010001500 主軸內(nèi)孔通孔直徑 mm 52 主軸孔前端錐度 莫氏 6 號 刀架縱向的快速移動速度 mm ≥ 45mmin 刀架橫向的快速移動速度 mm ≥ 19mmin 床身導軌長度 340 主軸轉(zhuǎn)速 9～ 1600 電機功率 75 CA6140 改造參數(shù) CA6140 數(shù)控化改造后應達到的參數(shù)如表 22 最大加工直徑 在床面上 400mm 在橫刀架以上 210mm 最大加工長度 1000mm 快進速度 縱向 24mmin 橫向 12mmin 最大切削進給速度 縱向 05mmin 橫向 025mmin 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 主電機功率 75KW 控制坐標數(shù) 2 最小指令值脈沖當量 縱向 001mm 脈沖 橫向 0005mm 脈沖 進給傳動鏈間隙補償量 縱向 015mm 橫向 0075mm 22 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容 1 改造要求 車床 6140 主要用于對中小型軸類盤類及螺紋零件的加工加工這些零件工藝上要求機床應 能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)不同切削速度的主軸變速 刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進給運動并具有在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具的功能 加工螺紋時應保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀架移動一個加工螺紋的螺距或?qū)С? 數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要 普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動完成機械加工任務(wù)提高車床的加工 精度和生產(chǎn)效率在考慮改造具體方案時所遵循的原則是在滿足需要的前提下對原有車床盡可能減少改動以降低改成本 1 機械部分 精度恢復和機械傳動部分的改進隨著機床使用的役齡的增加機床的機械傳動部件如導軌絲杠軸承等都有不用程度的磨損因此機床改造過程中的首要任務(wù)是對舊機床進行類似于通常的機床大修以恢復機床精度達到新機床的制造標準 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率采用伺服電機齒輪減速再傳動絲杠為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性盡量減小摩擦力選用滾珠絲杠螺母副以及滾動導軌同時為提高傳動剛度和消除間隙采用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副機 構(gòu)齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu) 保留原有的主傳動系統(tǒng)和變速機構(gòu)由于添加了自動加工螺紋功能因此在主傳動軸上安裝一個脈沖發(fā)生器這樣既保留了機床原有的功能又降低了改造工作量如果要自動改變切削速度可采用交流變頻調(diào)速這樣改造成本較高本次改造主傳動系統(tǒng)不做任何改動 2 進給傳動系統(tǒng) 為保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和機床加工精度取消原機床的滑動絲桿螺母副選用摩擦小傳動效率高的滾珠絲桿螺母副并應用預緊機構(gòu)以提高傳動剛度和消除間隙 當機床加工精度要求不是很高尤其是對于開環(huán)控制系統(tǒng)一般不作導軌改造調(diào)整改造可 大為降低改造成本 輔助裝置指的是數(shù)控機床的一些必須的配套部件如冷卻系統(tǒng)排屑裝置采用原有的冷卻和排屑裝置自動換刀裝置傳動機構(gòu)等 1 對刀架部分的改造通過將原機床的手動轉(zhuǎn)位刀架替換成自動轉(zhuǎn)位刀架來實現(xiàn)換刀切削自動轉(zhuǎn)位刀架最常見的形式是螺旋型四工位刀架由數(shù)控系統(tǒng)直接控制效率高工藝性能可靠 拆除原機床的機械傳動機構(gòu)用伺服電機經(jīng)齒輪機構(gòu)減速驅(qū)動滾珠絲桿帶動刀架縱向或橫向運動在伺服電機轉(zhuǎn)矩足夠大構(gòu)件許可時可以不用減速驅(qū)動機構(gòu)由伺服電機直接與絲桿副相連 在這里我使用電控柜裝置在進行機床數(shù)控化改造時原機床的電器控制部分一般 只能報廢重新按數(shù)控化改造要求進行設(shè)計制作數(shù)控機床的強電控制部分設(shè)計中要特別注意的是數(shù)控系統(tǒng)各接口信號的特點和形式要相配并且在設(shè)計過程中應盡量簡化強電控制線路實物圖如下所示 圖 21 電柜箱 1 圖 22 電柜箱 2 4 數(shù)控部分 1 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機床數(shù)控化改造的核心數(shù)控改造的目的是要求機床穩(wěn)定可靠運轉(zhuǎn)故障率低 伺服驅(qū)動 伺服驅(qū)動系統(tǒng)用于控制 X和 Y軸的伺服電機的轉(zhuǎn)速從而控制進給兩達到高精度的加工零件這里我們采用和華中數(shù)控系統(tǒng)匹配的驅(qū)動器 HSV160B 和 GK6 系列交流永磁伺服電機 5 整體調(diào)試 整機聯(lián)接調(diào) 試舊機床上述各個部件的改造過程完成后就可對組裝后改造機床各個部件進行調(diào)試一般先對電氣控制部分進行調(diào)試看單個動作是否正常然后再進行聯(lián)機調(diào)試階段 第 3 章 機械部分改造 31 主傳動系統(tǒng) 系統(tǒng)的介紹 主軸電機采用車床原有的三相異步電動機在主傳動軸上安裝一個脈沖發(fā)生器這樣既保留了機床原有的功能又降低了改造工作量本次改造主軸電動機不做任何改動為了保證車螺紋時嚴格的運動關(guān)系在主軸箱上安裝脈沖發(fā)生器通過主軸脈沖發(fā)生器數(shù)控系統(tǒng)伺服電機的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈刀架縱向進給一個螺紋導程的車螺紋運動 主軸 脈沖發(fā)生器 為了加工螺紋或絲杠需要配置主軸及脈沖發(fā)生器作為車床位置信號的反饋元件它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號輸送給數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進行計算處理從而控制機床縱向橫向伺服電機運轉(zhuǎn)實現(xiàn)加工螺紋的目的根據(jù)實際需要在這里我選用海德 ISC58150021 增量編碼器ISC58150021 增量編碼器技術(shù)參數(shù)如表 31 所示 表 31 ISC58150021 增量編碼器技術(shù)參數(shù) 輸出波形 方波 電源電壓 DC5 或 512V1224V 消耗電流 ≤150mA 工作濕度 3085 無結(jié)霜 響 應頻率 0～ 120KHZ 電源電壓 9806ms 載空比 05T177。北京兵器工業(yè)出版社 1999 余良英編著178。現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術(shù)178。 7 螺桿外徑 40 螺桿內(nèi)徑 36125 螺桿紋接觸直徑 37258 螺母螺紋直徑 45365 螺母內(nèi)徑 42125 2 縱向進給的計算 縱向進給滾珠絲杠必須采用三點式支承形式伺服電機的布置可放在絲杠的任一端在左端設(shè)計一個專用軸承支承座而在絲杠托架處布置伺服電機和減 速齒輪如上圖 32 1已知條件工作臺重量 W 2300N加速時間常數(shù) t 25s滾珠絲杠基本導程 L0 6mm快速進給速度 v 98mmin 由《機床設(shè)計手冊》可知切削功率 PC Pη K 公式 31 式中 P 電動機功率查機床說明書 P 4kw η主傳動系統(tǒng)總效率一般為 075～ 08