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正文內(nèi)容

普通機床的數(shù)控化改造設計畢業(yè)論文-資料下載頁

2025-07-07 20:08本頁面

【導讀】指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除文中特別加以標注和。包含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。說明并表示了謝意。以贏利為目的前提下,學??梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重。要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明。的法律結果由本人承擔。

  

【正文】 = ?FJ = N m 由此可得: fT = ?20GfP η oη i = N m 同理可得, F0= mF /3= N,則: 0T = ?200PF η oη i = N m 由式可得: ???? ofa TTTT m a x N m 3)快速移動時所需力矩 快T ??捎上率降茫? 快T = 摩T = 0f TT? = N m 4)最大切削負載時所需力矩 切T ??捎上率角蟮茫? 切T = 0f TT? + ?2PFOX η oi= N m 從上面計算可以看出:快速空載啟動所需轉矩 T、快速移動時所需力矩 T 快 和最大切削負載是所需力矩 T 切 三種情況下,快速空載啟動時所需轉矩 T 最大,所以,以此項作為初選步進電機的依據(jù)。 步進電機的選擇 1)步進電機最高工作頻率可由式求得: maxf = 1000╳ 2/60╳ Hz= Hz 根據(jù)計算數(shù)據(jù),最大靜轉矩 maxjT = N m,快速空載啟動時所需轉矩 T= N m,步進電機最高工作頻率 maxf = Hz,選用步距角 。根據(jù) 以上數(shù)據(jù),選用 。 2) 。 表 217 型號 相數(shù) 額定電壓 /N 靜態(tài)電流 /A 步角距 ( O) 保持轉矩 最大靜轉矩 空載啟動頻率/Hz 空載運行頻率/Hz 110BF003 3 80 6 橫向步進電動機的計算與選擇 ( 1)負載轉動慣量計算。折算到電動機軸上的轉動慣量 FJ 可由上式求得: FJ = [+2)35( ? +]kg cm2= kg cm2 ( 2)各種工況下所需轉矩的計算 1)負載轉矩計算及最大靜轉矩選擇。根據(jù)能量守恒,可由上式求得: mT = )35( 26 6 3??? ?? ?? = m 若不考慮啟動時運動部件慣性的影響,則啟動轉矩可由上式(其中安全系數(shù)取 )求得: qT = m = N m 對于三相六拍步進電機最大靜轉矩 Tjmax可由式得: maxjT = qT / N m = N m 2)快速空載啟動時所需轉矩 T。因數(shù)控機床對動態(tài)性能要求較高,確定電動機最大靜轉矩時,應滿足快速空載啟動時所需轉矩 T 的要求。可結合上面用到的式子求得: T = maxaT + fT + 0T = N m 3)快速移動時所需力矩 快T 。由式求得: 快T = 摩T = fT +To = N m 4)最大切削負載時所需力矩 切T 。由式求得: 切T = [++ )35( 18 3??? ?? ?] N m = N m 從上面計算看:快速空載啟動時所需轉矩 T、快速移動時所需力矩 T 快 和最大切小禮服在時所需力矩 T 切 三種工況下,快速空載啟動時所需轉矩 T最大,所以,以此項作為初步選步進電機的依據(jù)。 ( 3) 步進電機的選型。步進電機的最高工作頻率可由式求得: maxf = 1000╳ 1/60╳ Hz = Hz 根據(jù)計算數(shù)據(jù),最大靜轉矩 maxjT = N m,快速空載啟動時所需轉矩 T= N m,步進電機最高工作頻率 maxf =,選用步距角 。根據(jù)以上數(shù)據(jù),選用 ,其主要參數(shù)見表 217所示。 驅動器的選擇 由 GSK980TA 數(shù)控裝置技術參數(shù)可知 , GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)適配的驅動裝置有: DF3A系列三相反應式步進電機驅動器、 DF3A 系列三相混合式步進電機驅動器、 DF3A 系列交流伺服。根據(jù)驅動器同時要和數(shù)控系統(tǒng)及 X、 Z 軸電動機匹配的原則, X、 Z軸選用的是反應式步進電機,所以在這里應選用 DF3A 系列三相反應式步進電機驅動器。 又因為在伺服系統(tǒng)的改造部分選用的是 110BF003 步進電機作為 X、 Z 軸的伺服電動機,所以選用 DF3A 系列中的 DF3A06 三相反應式步進電機驅動器作為連接系統(tǒng)和電動機的 驅動器。 (1) DF3A06 三相反應式步進電機驅動器的特點 1) 可 靠性高。數(shù)字技術和單片機的應用,使得驅動器線路簡單可靠;合理的結構設計,使得整機結構緊湊防護性能好。 2) 低速性能好。引入單片機進行軟環(huán)分及矢量細分,實現(xiàn) 1:1 平滑細分及 20 倍矢量細分,使得步進電機低速運行平穩(wěn),避免震蕩及失步。 3) 高速性能優(yōu)。輸入信號頻率不大于 250Hz,輸出電流頻率可達 15kHz。 4) 適用面廣。輸出電流 3~10A 可調(diào),可驅動 90BF、 110BF、 130BF 步進電機,輸出轉矩 2~ N m。 ( 1) DF3A 系列三相反應式步進電機驅動器技術參數(shù)。見表 218。 表 218 DF3A 系列 三相反應式步進電機驅動器技術參數(shù) 驅動器型號 DF3A03 DF3A04 DF3A05 DF3A06 DF3A08 DF3A10 適配電機 90BF 110BC380B 130BC380C 130BC380D 110BC380C 130BC380E 110BF 輸入電源 AC110V15%~+10%50/60Hz(MAX) AC220V15%~+10%50/60Hz3A(MAX) 輸出相電源 3A 4A 5A 6A 8A 10A 電動機最高轉速 不低于 1300r/min 工作環(huán)境 0~45Co, 0%~85%RH、不結露;無腐蝕、易燃易爆、導電性氣體、液體和粉塵 保存環(huán)境 20~80Co, 0%~85%RH、不結露 驅動方式 單高壓恒流斬波半橋方式 細分選擇 4位 DIP 開關上電前設定 1/5/10/20 細分 輸入脈沖方式 單脈沖方式: CP+DIR(脈沖 +方向);雙脈沖方式: CW+CCW(正傳脈沖+反轉脈沖) 脈沖頻率 不大于 250kHz 脈沖寬度 不小于 1us 換向間隔 不小于 10us 使能輸入 FREE 信號有效驅動 器有電流輸出、電動機受控 輸入信號電平 5V、 3~10mA, 12V 時串入 1kΩ電阻,輸入回路有電流時輸入有效 初始相位輸出信號 B 相位上電初始輸出相位,僅 B相輸出有效時, 輸出( NPN 型OC)有效;與 接通,吸入電流不大于 6A 電流,負載電壓不大于 24V。 保護功能 過流、短路保護;過熱保護;欠壓保護 報警輸出 FREE 無效或驅動器過流 /短路 /過熱 /欠壓保護時, ALM 信號輸出無效;FREE 有效、無報警時, ALM 與 接通,吸入電流不大于 100mA,負載電壓不大于 2V 狀態(tài)指示 綠色 LED: (電源指示) (、相電流指示) 紅色 LED: ALARM(報警指示,保護時有效時亮) 外形尺寸 284mm╳ 163mm╳ 82mm 質量 7 自動轉為刀架 自動換位刀架裝置因數(shù)控機床的形式、工藝范圍和刀具的種類與數(shù)量不同而具有不同形式。目前常用的自動轉位刀架和帶刀庫的自動換刀裝置是數(shù)控車床上最常用,也是最簡單的一種換刀裝置回轉刀架,通過回轉頭的旋轉分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀動作。自動轉位刀架也稱為轉塔式 刀架。 在 C6132 車床數(shù)控改造中,將原機床的普通手動轉位刀架替換成自動轉位刀架。自動轉位刀架由數(shù)控系統(tǒng)控制,效率高、工藝性能可靠。在這次改造中,根據(jù)所加工零件的工藝要求及機床控制方式,采用四方自動轉位刀架。 數(shù)控車床刀架的基本要求 數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具,在一定程度上,刀架的結構和性能體現(xiàn)了機床的設計和制造水平,所以有如下要求: 1) 轉位準確可靠,工作平穩(wěn)安全。 2) 按最短線路就近選擇,轉位時間短。 3) 應當滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、刀具儲存足夠、結構緊湊及安 全可靠等要求。 4) 防水、防屑,密封性能優(yōu)良。 5) 夾緊剛性高,適宜重負荷切削,回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度,以承受機床在切削加工時的切削抗力。 車床自動轉位刀架結構及工作原理 ( 1) 刀架結構圖。本設計采用的是常州宏大機床數(shù)控設備廠 LD4CK6132 立式轉位刀架,其大致尺寸如圖 28和表 219 所示:。 圖 28 自動轉位刀架尺寸圖 表 219 立式轉位刀架參數(shù) 型號 H1 H2 H3 A E E1 D D1 B 174 70 38 161 12 12 126 126 171 LD4CK6132 F C Φ L1 L2 L3 L4 Φ / 12 146 13 360 226 152 21 90 (2)自動轉位刀架工作原理。自動裝位刀架如圖 29 所示,為電動機經(jīng)彈簧安全離合器至蝸桿副帶動螺母旋轉,螺母抬起刀架使定位用的端齒盤的上盤與下盤分離,隨即帶動刀架旋轉到位。然后發(fā)出信號使電動機反轉鎖緊,完成刀架換位后,在進行切削 加工。一般情況下,回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架到位、刀架定位及壓緊。 其具體過程是:當微機發(fā)出換刀信號后,刀架控制器中間繼電器動作,電動機正傳 驅動蝸桿減速機構,蝸桿升降機構使上刀架上升,當?shù)都苌仙揭欢ǜ叨葧r,離合轉盤起作用,帶動上刀體旋轉。刀架上端的發(fā)信盤中對應每個刀位都安裝一個霍爾元件,當上刀位旋轉到莫一定刀刀位時,該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉過程中,發(fā)信盤不斷向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較,當兩信號相同時,說明上刀體以旋轉到所選刀位了。螺桿帶動上刀體下降,直至齒牙盤嚙合,完成定位,并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母,使刀架緊固。想數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉為信號,切斷電源,電動機停機,完成選刀過程。 刀架的安 裝 具體的安裝尺寸如圖 210 所示,該刀架安裝時,需要先拆除原機床的小滑板和刀架,然后把電動刀架置于中滑板上。此時,刀架高度應使車刀前面基本通過車床主軸軸心線,否則要在刀架下面加墊板,調(diào)整其高度。然后,卸掉刀架電動機風扇罩殼,逆時針方向轉動電動機,使上刀架相當于下刀體轉動 45o左右。打裝螺孔,再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中滑板固定。固定時應注意,將刀架的兩側面分別于車床縱向和橫向的進給方向平行,用墊板來調(diào)整其中心高度。使用前應試運轉,運裝時要達到輕松靈活、無噪聲的要求。 圖 29 刀架的安裝尺寸 8 編碼 器的選用和安裝 機床能否進行螺紋加工是主軸部分數(shù)控化改造的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)車床加工螺紋時,往往是通過交換齒輪組來完成的,加工不同的螺紋則需要不同的交換齒輪組,操作起來十分復雜。改造后的車床已拆掉原交換齒輪系統(tǒng),將主軸箱與進給箱之間的傳動鏈切斷,車床主運動和進給運動聯(lián)系起來,光電編碼器就是起這種聯(lián)系作用的。 在經(jīng)濟型數(shù)控車床上加工螺紋或絲杠時,需要配置光電編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件。它與車床主軸同步轉動,發(fā)出主軸轉位角位置變化信號輸送到數(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,從而控制機床步進 電機,實現(xiàn)準確加工螺紋的目的。所以 C6132 數(shù)控化改造設計中,主傳動系統(tǒng)中加裝一個觀點編碼器。 觀點編碼器的選用 根據(jù)前面所選擇的車床數(shù)控系統(tǒng) GSK980TA 的技術參數(shù)可知,主軸應加裝 1024P/r光電編碼器。結合脈沖編碼器對螺紋加工范圍、加工精度和車螺紋時步進電機運行頻率及主軸轉速的影響,以及加工常見多頭螺紋的需要,脈沖編碼器每轉進給脈沖應盡可能取較大值,再結合環(huán)境特性,最后根據(jù)機床主軸轉速不允許超過主軸脈沖發(fā)生器的最高允許轉速的原則,選擇長春三峰傳感技術有限公司生產(chǎn)的常規(guī)型實心軸光電編碼器 PIE1024G05C 編碼器,分辨率為 bf =1024P/r。該編碼器經(jīng)濟適用,力矩小,多規(guī)格,適應多種數(shù)控設備,其最高許用轉速為 5000r/min,遠大于車床主軸最高轉速20xxr/min。 PIE1024G05C 具體參數(shù)見表 220。 表 220 PIE1024G05C 具體參數(shù) 型號 實心軸 軸向負荷/N 徑向負荷/N 最高轉 / r/min 啟動力矩 N m 慣性力矩 N m r2 耐沖擊 PIE1024G05C Φ 8mm 10 20 5000 3?103 ?106 980m/s2 工作電壓 分辨率 輸出電路 輸出波形 出線方式 使用溫度 儲存溫度 防護溫度 質量 耐振動 E、 C、 F 輸出5~30V 驅動器輸出5V、 8V、12V 1024P/r 軸向 徑向 10~60oC IP54 50m/s2 ( 10~200Hz) 2t 編碼器的安裝 由于異軸安裝后不能加工穿出主軸孔的較長的工件的缺陷,所以本改造為使改造設計的車床具有加強的通用性,決定采用易軸安裝的方式來安裝編碼器。異軸安裝如圖 211 所示,通過無間隙柔性連接傳動方式,編碼器的引出軸通過傳動比為 1:1 的
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