《卧式车床数控化改造设计专训(ppt 88页)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卧式车床数控化改造设计专训(ppt 88页)（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、杭州电子科技大学机械工程学院 第八章 卧式车床数控化改造设计 机电一体化系统设计 1 设计任务 2 总体方案的确定 引言 第八章 卧式车床数控化改造设计 3 具体设计 机电一体化系统设计 一 引言 普通车床 如C616 C6132 C618 C6136 C620 C6140 C630等 是金属切削加工最常用的一类机床 当工 件随主轴回转时 通过刀架的纵向和横向移动 能加 工出内外圆柱面 圆锥面 端面 螺纹面等 借助成 型刀具 还能加工各种成形回转表面 机电一体化系统设计 图 C6140普通车床的结构布局 1 床脚 2 挂轮 3 进给箱 4 主轴箱 5 纵溜板 6 溜板箱 7 横溜板 8 刀架
2、9 上溜板 10 尾座 11 丝杠 12 光杠 13 床身 机电一体化系统设计 普通车床刀架的纵向和横向进给运动 是由主轴 回转运动经挂轮传递而来 通过进给箱变速后 由光 杆或丝杆带动溜板箱 纵溜板以及横溜板产生移动 进给参数依靠手工调整 改变参数时需要停车 刀架 的纵向进给和横向进给不能联动 切削次序需要人工 控制 卧式车床数控化改造设计 机电一体化系统设计 对普通车床 进行数控化改造 主要是将纵向 和横向进给系统 改成用微机控制 的 能独立运动 的进给伺服系统 将手动刀架换 成能自动换刀的 电动刀架 卧式车床数控化改造设计 机电一体化系统设计 题目 C6140普通车床数控化改造设计 任务
3、将一台C6140普通车床改造成经济型数控车 床 一 设计任务 机电一体化系统设计 一 设计任务 主要技术指标如下 1 床身上最大加工直径400 mm 2 最大加工长度1000 mm 3 X方向 横向 的脉冲当量 x 0 005 mm 脉冲 Z方向 纵向 z 0 01 mm 脉冲 4 X方向最快移动速度vxmax 3000 mm min Z方向 为vzmax 6000 mm min 5 X方向最快工进速度vxmaxf 400 mm min Z方向 为vzmaxf 800 mm min 6 X方向定位精度 0 01 mm Z方向 0 02 mm 机电一体化系统设计 7 可以车削柱面 平面 锥面与球
4、面等 8 安装螺纹编码器 可以车削公 英制的直螺纹与 锥螺纹 最大导程为24 mm 9 安装四工位立式电动刀架 系统控制自动选刀 10 自动控制主轴的正转 反转与停止 并可输出 主轴有级变速与无级变速信号 11 自动控制冷却泵的启 停 12 安装电动卡盘 系统控制工件的夹紧与松开 13 纵 横向安装限位开关 14 数控系统可与PC机串行通信 15 显示界面采用LED数码管 编程采用ISO数控代 码 一 设计任务 机电一体化系统设计 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式 进给 伺服系统的类型 数控系统CPU的选择 以及进给 传动方式和执行机构的选择等 二 总体方案的确定 1 普通车床数 控化改造
5、后应具有 单坐标定位 两坐 标直线插补 圆弧 插补以及螺纹插补 的功能 因此 数控系统 应设计成连续控制 型 机电一体化系统设计 二 总体方案的确定 2 普通车床经数控化 改造后属于经济型数控机 床 在保证一定加工精度 的前提下 应简化结构 降低成本 因此 进给伺服系统常 采用步进电动机的开环控 制系统 机电一体化系统设计 3 根据技术指标中的最大加工尺寸 最高控 制速度 以及数控系统的经济性要求 决定选用 MCS 51系列的8位单片机作为数控系统的CPU MCS 51系列 8位机具有功能多 速度快 抗 干扰能力强 性 价比高等优点 二 总体方案的确定 机电一体化系统设计 4 根据系统的功能要
6、求 需要扩展程序存储器 数据存储器 键盘与显示电路 I O接口电路 D A 转 换电路 串行接口电路等 还要选择步进电动机的驱 动电源以及主轴电动机的交流变频器等 二 总体方案的确定 机电一体化系统设计 5 为了达到技术指标中的速度和精度要求 纵 横向的进给传动应选用摩擦力小 传动效率高的滚珠 丝杠螺母副 为了消除传动间隙提高传动刚度 滚珠 丝杠的螺母应有预紧机构等 二 总体方案的确定 机电一体化系统设计 6 计算选择步进电动机 为了圆整脉冲当 量 可能需要减速轮副 且应有消间隙机构 二 总体方案的确定 机电一体化系统设计 7 选择四工位自动回转刀架与电动卡盘 选择螺纹编码器等 二 总体方案的
7、确定 机电一体化系统设计 1 主传动系统的改造方案 三 机械系统的改造设计方案 对普通车床进行 数控化改造时 一 般可保留原有的主 传动机构和变速操 纵机构 这样可减 少机械改造的工作 量 主轴的正转 反转和停止可由数 控系统来控制 机电一体化系统设计 提高车床的自动化程度 需要在加工中自动 变换转速 用2 速的多速电动机代替原有的单 速主电动机 当多速电动机仍不能满足要求时 用交流变频 器来控制主轴电动机 以实现无级变速 工厂使 用情况表明 使用变频器时 若工作频率低于 70Hz 原来的电动机可以不更换 但所选变频器 的功率应比电动机大 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 采用有
8、级变速时 可选用浙江超力电机有限公 司生产的YD系列7 5kW变极多速三相异步电动机 实 现2 档变速 三 机械系统的改造设计方案 采用无级变速时 应 加装交流变频器 推荐型 号为 F1000 G0075T3B 适配7 5kW电动机 生产厂 家为烟台惠丰电子有限公 司 机电一体化系统设计 为了提高加工效率 工件的夹紧与松开采用电动 卡盘 选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型 电动三爪自定心卡盘 卡盘的夹紧与松开由数控系 统发信控制 三 机械系统的改造设计方案 2 安装电动卡盘 机电一体化系统设计 3 换装自动回转刀架 为了提高加工精度 实现一次装夹完成多 道工序 将车床原有 的手动刀
9、架换成自动 回转刀架 选用常州 市宏达机床数控设备 有限公司生产的LD4B CK6140型四工位立式 电动刀架 实现自动 换刀需要配置相应的 电路 由数控系统完 成 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 4 螺纹编码器的安装方案 三 机械系统的改造设计方案 螺纹编码器又称主 轴脉冲发生器或圆光 栅 数控车床加工螺 纹时 需要配置主轴 脉冲发生器 作为车 床主轴位置信号的反 馈元件 它与车床主 轴同步转动 机电一体化系统设计 改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24 mm Z向的进给脉冲当量是0 01 mm 脉冲 所以螺纹编 码器每转一转输出的脉冲数应不少于24 mm 0 01 mm
10、脉冲 2400脉冲 考虑到编码器的输出有相位差为90 的A B相信 号 可用A B异或后获得2400个脉冲 一转内 这样编码器的线数可降到1200线 A B信号 另 外 为了重复车削同一螺旋槽时不乱扣 编码器还 需要输出每转一个的零位脉冲Z 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 基于上述要求 本例选择螺纹编码器的型号为 ZLF 1200Z 05V0 15 CT 电源电压 5V 每转输出 1200个A B脉冲与1个Z脉冲 信号为电压输出 轴头 直径15 mm 生产厂家为长春光机数显技术有限公司 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 螺纹编码器通常有两种安装形式 同轴安装和异
11、轴安装 同轴安装是指将编码器直接安装在主轴后端 与 主轴同轴 这种方式结构简单 但它堵住了主轴的通 孔 异轴安装是指将编码器安装在床头箱的后端 一 般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴 如果找不到同 步轴 可将编码器通过一对传动比为1 1的同步齿形 带与主轴联接起来 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 需要注意的是 编码器的轴头与安装轴之间必须 采用无间隙柔性联接 且车床主轴的最高转速不允许 超过编码器的最高许用转速 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 5 进给系统的改造与设计方案 三 机械系统的改造设计方案 1 拆除挂轮架所有齿轮 在此寻找主轴 的同步轴 安装螺纹编码器
12、2 拆除进给箱总成 在此位置安装纵向 进给步进电动机与同步带减速箱总成 3 拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条 在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺 母座与螺母座托架 4 拆除四方刀架与上溜板总成 在横溜 板上方安装四工位立式电动刀架 机电一体化系统设计 5 拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副 将滑动丝杆靠刻度盘一段 长216 mm 锯 断保留 拆掉刻度盘上的手柄 保留刻度 盘附近的两个推力轴承 换上滚珠丝杠副 6 将横向进给步进电动机通过法兰座 安装到横溜板后部的纵溜板上 并与滚珠 丝杠的轴头相联 7 拆去三杆 丝杆 光杆与操纵杆 更换丝杆的右支承 三 机械系统的改造设计方案 机电一体化系统设计 纵
13、横向进给传动部件的计算和选型主 要包括 确定脉冲当量 计算切削力 选 择滚珠丝杠螺母副 设计减速箱 选择步 进电动机等 以下详细介绍纵向进给机构 横向进给机构与纵向类似 在此从略 四 进给传动部件的计算和选型 机电一体化系统设计 1 脉冲当量的确定 四 进给传动部件的计算和选型 根据设计任务的要求 X方向 横向 的脉冲当量为 x 0 005 mm 脉冲 Z 方向 纵向 为 z 0 01 mm 脉冲 机电一体化系统设计 四 进给传动部件的计算和选型 2 切削力的计算 纵向车削力的计算 设工件材料为碳素结构钢 b 650 Mpa 选用刀具材料为硬质合金YT15 刀具几何参数为 主偏角kr 60 前
14、角 0 10 刃倾角 s 5 切削用量为 背吃刀量ap 3 mm 进给量f 0 6 mm r 切削速度vc 105 m min 机电一体化系统设计 四 进给传动部件的计算和选型 机电一体化系统设计 查表3 1 得 2795 1 0 0 75 0 15 查表 得 主偏角 r的修正系 0 94 刃倾角 前角和刀尖圆弧半径的修正系数值均为1 0 由经验公式 算得主切削力 2673 4 N 由经验 公式 1 0 35 0 4 算得纵向进给切削力 935 69 N 背向力 1069 36 N 四 进给传动部件的计算和选型 机电一体化系统设计 已知移动部件总重量G 1300 N 车削力 2673 4 N
15、1069 36 N 935 69 N 四 进给传动部件的计算和选型 3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 纵向 1 工作载荷Fm的计算 机电一体化系统设计 根据 的对应关系 可得 2673 4 N 1069 36 N 935 69 N 选用矩形 三角形组合滑动导轨 查表 取 1 15 0 16 代入Fm 得工作载荷 Fm 1712 N 四 进给传动部件的计算和选型 机电一体化系统设计 设车床Z向在承受最大切削力条件下最快的 进给速度V 0 8 m min 初选丝杠基本导程 Ph 6 mm 则此时丝杠转速 n 1000V Ph 133 r min 取滚珠丝杠的使用寿命T 15000 h 代入L0 60
16、 n T 106 得丝杠寿命系数 L0 119 7 单位为 106 r 四 进给传动部件的计算和选型 2 最大动载荷FQ的计算 查表3 30 取载荷系数fW 1 15 硬度系数fH 1 代入下式 得到最大动载荷 机电一体化系统设计 根据计算出的最大动载荷 查表3 33 选择启东润泽机床附件有限公司生产的 FL4006型滚珠丝杠副 其公称直径为40 mm 基本导程为6 mm 双螺母滚珠总圈 数为3 2 6 圈 精度等级取4级 额定动 载荷为13200 N 满足要求 四 进给传动部件的计算和选型 3 初选型号 机电一体化系统设计 将公称直径 40 mm 基本导程 mm 代入 arctan Ph d0 得丝杠螺 旋升角 2 44 将摩擦角 10 代入 tan tan 得传动效率 94 2 四 进给传动部件的计算和选型 4 传动效率 的计算 机电一体化系统设计 采取一端轴向固定 一端简支的方式 固定 端采取一对推力角接触球轴承 面对面组配 丝 杠加上两端接杆后 左 右支承的中心距离约为 a 1497 mm 钢的弹性模量 2 1 Mpa 查表 得滚珠直径 3 9688 mm 算得 丝杠底径d2
