《TJK6916落地镗床研制11[1].9.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TJK6916落地镗床研制11[1].9.doc（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、TJK6916数控落地镗床研制可行性分析报告1.项目简介德阳嘉龙机械制造有限公司，其前身是德阳扬嘉机械厂，始建于1958年，从1978年开始生产造纸烘缸及造纸机械产品。烘缸系列产品在1995年荣获中国新技术新产品交易博览会银奖，1996年荣获四川省乡镇企业科技明星企业。经过几十年的技术积淀， 具备了较强的生产加工能力和一定的技术研发能力。中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平落后，特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床，远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状，用现代先进技术对传统机械制造业装备进行提升，是我国制造业的发展方向。特别是作为中国重大技术装备制造业基地的德阳，
2、为三大企业配套的几百家中小企业的设备智能化程度还很低，迫切需要大型数控化设备。根据国家、地区产业结构调整、技术创新的变化以及经济建设的需要，结合本单位实际情况，借助四川工程职业技术学院在数控技术研究和应用方面的优势，开发TJK6916数控落地镗铣床，填补四川无生产该类设备的空白。2.项目研制内容数控落地镗床主要用于镗削大中型零件的孔，同时还可以完成钻、扩、铰、铣平面、轮廓加工等粗加工和精加工的工作；能保证大型工件一次安装，基本完成零件的加工，能有效地提高加工精度和工作效率，因此得到了广泛的应用。2.1 数控落地镗床总体设计在满足使用的条件下使设计的机床结构尽可能简单化是设计追求的目标。数控落地
3、镗床总体包括以下几大部分：立柱、滑座、主轴箱、工作台、床身、电气系统、数控系统、液压控制系统。数控落地镗床采用消隙齿轮和滚珠丝杆传动、伺服电机、编码器、光栅尺、CNC系统构成闭环、半闭环控制，达到设计的工作精度，同时机床操作人性化，外形美观大方。其外形见图2-1。图2-1落地镗床外形2.2 数控落地镗床技术参数数控落地镗床技术主要参数见表2-1。表2-1 数控落地镗床技术主要参数表镗轴转速Rpm2500无级镗轴直径mm160镗轴行程mm1200镗轴进给速度mm/min0.451500无级镗轴锥孔公制80#镗轴电机功率kw55方滑枕截面（长X宽）mm440440方滑枕行程mm800方滑枕进给速度
4、mm/min无级方滑枕与镗轴总行程mm2000滑座行程mm9500主轴箱垂直移动行程mm3000工作精度圆度mm0.01工作精度端面平面度mm0.012.3数控落地镗床机械设计TJK6916数控落地镗床机械部分的主要部件有工作台、立柱、主轴、方滑枕、滑座，其主要功能见表2-2数控落地镗床机械主要部件，传动原理见图2-2 TJK6916数控落地镗床传动原理图，机械传动采用了传动精度高、能消除传动间隙的双齿轮和滚珠丝杆传动。配合伺服电机、编码器、光栅尺、CNC系统构成闭环、半闭环控制，达到设计的工作精度。表2-2数控落地镗床机械主要部件序号部件名称功能备注1立柱支承主轴箱等,完成Y方向的运动滚珠丝
5、杆2滑座支承立柱, 完成X方向的运动齿轮齿条3方滑枕支承主轴, 完成W方向的运动滚珠丝杆4主轴安装刀具,完成主运动，同时可完成Z方向的运动滚珠丝杆5工作台工件的安装平台,装夹工件,工作台固定不动,以利于大型工件的安装和调试图2-2 TJK6916数控落地镗床传动原理图2.4数控落地镗床电气及NC系统2.4.1 NC方案概述1）TJK6916数控落地镗铣床有X轴、Y轴、W轴、Z轴四个运动，因此实际控制轴为4轴，为满足大型零件轮廓加工的需要，要保证其中任意3轴联动，且联动的轴可以由操作程序定义。2）机床的数控系统采用西门子80DSL3 型数控系统。西门子公司是全球最大的数控系统厂商，有几十年的数控
6、系统研发、生产经验，其产品在国内普遍使用，市场占有率达40%。采用西门子数控系统由以下优势： 技术成熟、可靠性高。 该品牌已经各生产企业被广泛认可，能够操作该系统的人员多，便于机床的推广。 西门子数控产品已经系列化，配置齐全，开放性好，使用灵活、便于机床的功能扩展和技术提升。 西门子公司已经在我国成立了完善的技术支持网络和售后服务体系，采用其产品可以得到较多的技术支持。该型机床在投入生产时可以根据用户的特殊需求配置不同品牌的数控系统。3）由于机床X轴采用齿轮、齿条传动，其精度较差，因此X轴需加装光栅尺作为位置反馈元件，构成闭环结构。其他各轴采用滚珠丝杆传动，精度可以满足要求。但从电机到滚珠丝杆
7、间有减速齿轮箱，因此除采用伺服电机的上的编码器作为反馈元件外，还须再丝杆上加装位置反馈编码器组成半闭环结构，以克服传动齿轮箱所产生的传动误差。4）该机床床身尺寸较大，为便于操作需配置电子手轮和手持操作单元。5）镗削加工时主轴转速较低，而扭矩很大，因此采用直流电动机作为主轴驱动设备，并保留齿轮减速机构，以保证低速扭矩，主轴转速反馈采用编码器。6）机床不配置刀库和自动换刀装置。该机床定位为经济型数控落地镗铣床，因此不配置自动换刀装置。7）系统具备各种固定加工循环，在线加工等功能。8）结合机床的加工功能，开发加工程序库，以满足各种典型结构工件的加工。2.4.2系统控制部分配置方案1）数控系统配置该型
8、机床定位于经济型数控机床，且联动轴数只有三轴，考虑到机床功能的进一步提升，因此系统数控系统选择西门子SINUMERIK 802DSL3系统，该系统除具有802D系统的全部功能外，还具有以下特点:l 配备先进的、高性能的SINAMICS S120交流伺服系统。l 10.4寸彩色TFT液晶显示器l 高容量CF卡，支持RS232、USB接口l 可控制6个轴，其中：4个进给轴、1个数字主轴（或模拟主轴） 、一个PLC轴，4轴联动。l 系统内置3MB零件程序存储器，采用CF卡时支持海量加工程序。l 100段预读缓冲区l 刀具寿命管理l 支持DIN标准和ISO编程语言l 2D零件程序模拟l PLC梯形图在
9、线显示l DNC在线加工功能。西门子802DSL3 型数控系统是西门子公司在802D系列数控系统的基础上研发的一种新型数控系统，其功能已经得到较大提升，配备先进的新型伺服驱动系统。其功能介于802D与840D之间，具有良好的性价比。SINAMICS S120交流伺服系统是西门子公司推出的新一代全数字交流数字伺服系统，其性能在611系列伺服驱动的基础上得到全面的提升。2）主轴系统配置由于该镗床主要用于加工大型零件，加工时主轴转速低速（每分钟几十转，甚至更低），且所承受切屑力大。为满足此要求，需要主轴拖动系统具有优越的低速性能，即要求主轴在低速时转速稳定，且扭矩大。另外镗、铣加工有需要机床主轴有很
10、广的调速范围，且在整个范围内输出扭矩要稳定。能满足以上要求的配置方案有以下三种： 主轴电机采用专用变频电机，驱动单元采用高性能矢量变频器。 采用专用主轴伺服单元和主轴伺服电机。 主轴电机采用直流电机，采用直流调速单元驱动。在以上三种方案中，第二种成本高，且部分功能浪费。考虑到机床主轴调速范围广，且对低速性能要求很高、过载能力强的特点，主轴驱动系统选择直流电机驱动+直流调速单元+编码器反馈的配置方案。电机采用上海南洋电机有限公司的Z4-160-11直流电机，功率33KW，最高转速2700转/分。直流调速单元采用欧陆590P全数字直流调速单元，输出电枢电流：165A。欧陆590系列全数字直流调速单
11、元的控制算法都由最新的高速16位微处理器（单片机）完成，控制软件的结构及微处理器的工作速度可保证所有控制回路的调节作用在主电路六个可控硅桥的转换时间之内完成，以保证电流环的的采样时间小于3.3ms（50Hz电源）或2.67ms（60HZ电源），速度环算法运算也可在此时间内完成，以获得优越的动态性能。其可逆装置，转矩（电流）反向时的无环流时间非常短（且可由软件设定，出厂时设定为1ms），使电流环封冲击负载具有优越的性能和响应。欧陆590P全数字直流调速单元具有如下特点：全数字化控制，性能稳定。调节范围宽四象限运行电流环具有自适应功能，即使在负载变化较大时，系统也能获得平稳的速度响应。完善的保护功
12、能，驱动器具有过流、过压、失磁、电机过热、功率模块过热、速度反馈丢失、电机堵转、晶闸管触发失败等保护，确保运行过程的安全。速度环的PI参数调节范围很大，且具有积分分离功能。 主要性能如下： 速比：优于100：1 稳态精度：测速电机反馈，优于0.1% 光码反馈，优于0.01%3）进给伺服进给伺服采用西门子SINAMICS S120伺服系统和IFT6系列交流伺服电机。SINAMICS S120 是西门子公司推出的全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一体的驱动控制系统，它不仅能控制普通的三相异步电动机，还能控制同步电机、扭矩电机及直线电机。其强大的定位功能将实现进给轴精确的绝对、相对定位。该驱动器采
13、用PROFIBUSDP或工业以太网连接，线路简单，工作可靠、稳定。IFT6系列交流同步是一种已经在西门子高性能数控系统中广泛使用的伺服电机，是一种性能优良且非常成熟的产品。四个轴的进给伺服电机的选择见表2-3进给伺服电机。表2-3 进给伺服电机序号轴号电机功率额定转速额定扭矩备注1X11.8KW150075Nm2Y8 KW200038Nm3Z8 KW200038Nm4W8 KW200038Nm在各轴的传动结构中，X轴采用齿条传动，且电机上有减速箱，传动精度不高，因此采用全闭环结构，X轴位置反馈元件采用直线光栅尺。光栅尺的分辨率为1微米。Y、Z、W轴由于采用滚珠丝杆传动，其传动精度较高，因此采用
14、半闭环结构，位置反馈采用编码器反馈。位置反馈编码器安装在减速机构的末端，以消除减速机构造成的误差。4）系统I/O配置系统配置MCPA模块，机床控制面板MCP不占用I/O模块的I/O点，因此整个机床配置1块PP72/48模块即可。5）其他配置手持操作单元，内装电子手轮、常用操作按钮等。由于机床体积较大，为便于操作特配置次部件。 MCPA模块，用于连接机床控制面板MCP，和主轴模拟量输出信号。配置该模块后可以使机床操作面板MCP不占用I/O的输入输出口，可以减少I/O模块的配置数量。 伺服控制板位置反馈板系统中伺服电机上的编码器将连接到伺服驱动器上，但由于各进给轴均安装有减速齿轮箱，为克服减速齿轮箱给进给轴产生的定位误差，因此在各轴减速箱的末端安装编码器用于位置反馈（其中X轴安装光栅尺）。2.4.3控制系统结构框图控制系统结构框图见图2-3 。802DSL键盘MCPMCPA主轴驱动单元主轴电机PP72/48驱动控制模块X轴驱动W轴驱动Y轴驱动Z轴驱动X轴电机Y轴电机Z轴电机W轴电机编码器通信接口手持单元位置反馈 图2-3 控制系统结构框图2.4.4系统配置清单系统配置清单见表2-4表2-4系统配置清单序号名称型号规格数量备注1数控系统802DSL31含电
