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C618數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  • 資源ID:5791640       資源大?。?span id="0arikht" class="font-tahoma">338.33KB        全文頁數(shù):24頁
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C618數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目: C618數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)中心: 包頭市學(xué)習(xí)中心 學(xué) 號: 090F27143008 姓 名: 賈旭 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 指導(dǎo)教師: 李毅軍 2016 年 8 月 16 日 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)教師指導(dǎo)意見表學(xué)生姓名: 賈旭 學(xué)號:090F27143008專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: C618數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師意見:(請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義;文獻(xiàn)資料的掌握;所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性;寫作規(guī)范和邏輯性;文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。) 選題符合本專業(yè)方向。經(jīng)多次修改論文撰寫格式、圖標(biāo)注及內(nèi)容等基本符合地大本科論文撰寫要求。內(nèi)容敘述條理較清晰、層次較分明并具有一定的邏輯性;語言表達(dá)較為流暢。文獻(xiàn)運(yùn)用、圖的引入恰當(dāng)、準(zhǔn)確,對文章文字?jǐn)⑹銎鸬秸f明、佐證的作用。 不足之處:表標(biāo)注不規(guī)范,文章重點(diǎn)不夠突出,缺乏新意,因而創(chuàng)新性不足。指導(dǎo)教師結(jié)論: 合格 指導(dǎo)教師姓名李毅軍所在單位呼和浩特職業(yè)學(xué)院指導(dǎo)時(shí)間2016.7.1010.4中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評閱教師評閱意見表 學(xué)生姓名: 賈旭 學(xué)號:090F27143008專業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: C618數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 評閱意見:(請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義;文獻(xiàn)資料的掌握;所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性;寫作規(guī)范和邏輯性;文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。)修改意見:(針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格,并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評閱成績 (百分制): 評閱結(jié)論: (同意答辯、不同意答辯、修改后答辯)評閱人姓名所在單位評閱時(shí)間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:本人所呈交的本科畢業(yè)論文C618數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出,論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成,不包含他人成果及使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范,沒有侵權(quán)行為,并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。 論文作者(簽字):賈旭 日期:2016年8月16日中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘 要隨著我國科技不斷發(fā)展,社會工業(yè)生產(chǎn)以迅猛的速度進(jìn)入了信息化時(shí)代。在生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域競爭激烈的情況下,高質(zhì)量、性能好、低價(jià)格、耗能低的機(jī)械產(chǎn)品,已經(jīng)成為競爭的有利手段。為了能更好地解決機(jī)床工業(yè)上一些生產(chǎn)過程復(fù)雜性、零件產(chǎn)品精密性、單件生產(chǎn)多元性等問題,數(shù)字控制機(jī)床的產(chǎn)生已經(jīng)成為必然趨勢。從而提升了企業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量水平,達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化的目的。本課題對C618臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造,實(shí)現(xiàn)微機(jī)對車床的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制,并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動單位為0.01/脈沖,橫向最小運(yùn)動單位0.005 /脈沖,主運(yùn)動實(shí)現(xiàn)自動變速,刀架改造成自動控制的自動轉(zhuǎn)位刀架,能自動的切削螺紋。關(guān)鍵詞:傳動系統(tǒng);伺服進(jìn)給系統(tǒng);數(shù)控機(jī)床;改造設(shè)計(jì) 目 錄一、緒論1(一)課題背景1(二)機(jī)床數(shù)控化改造的必要性2二、改造設(shè)計(jì)分析4 (一)數(shù)控車床工作原理及組成4(二)數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn) 4(三)設(shè)計(jì)任務(wù)4(四)機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)5(五)車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)6三、主傳動系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)7(一)選擇脈沖當(dāng)量7(二)計(jì)算切削力7(三)滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型7(四)傳動比計(jì)算10(五)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型11(六)同步帶傳動設(shè)計(jì)14結(jié)論15致謝16參考文獻(xiàn)17一、緒論(一)課題背景一個(gè)國家數(shù)控機(jī)床的水平和擁有量是衡量其工業(yè)現(xiàn)代化程度、衡量國家綜合競爭力的重要指標(biāo),而數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)正是數(shù)控系統(tǒng)。雖然我國在低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,但在中高檔的數(shù)控系統(tǒng)方面還處于劣勢地位。兩年前,日本法那克公司和德國西門子公司在中國以12000臺和7000臺的銷售數(shù)量,基本壟斷了中國中高檔數(shù)控系統(tǒng)市場。目前,這種中高檔數(shù)控機(jī)床“空芯化”現(xiàn)象已經(jīng)有所改變。中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會提供的數(shù)字顯示,過去五年來,我國數(shù)控機(jī)床行業(yè)科研攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)化等方面取得了一批階段性成果。全行業(yè)平均每年完成科研項(xiàng)目100項(xiàng)以上。目前全行業(yè)擁有的近500項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)中,一半以上采用國際標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)初步建起了產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合、國內(nèi)外結(jié)合的新型技術(shù)開發(fā)體系,已建立起國家超精密機(jī)床工程技術(shù)研究中心、國家精密工具工程技術(shù)研究中心、國家高效磨削工程技術(shù)研究中心、國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心、國家高檔數(shù)控工程研究中心等尖端科研中心,經(jīng)認(rèn)定的國家級企業(yè)技術(shù)中心達(dá)15家。近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升,在大中企業(yè)已有較多的使用,在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中,除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外,大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài),并且相當(dāng)部分處于使用效率不高,管理方式落后的狀態(tài)。 2001年,我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名,機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位,達(dá)47.39億美元,僅次于美國的53.67億美元,消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求,使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢,2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位,達(dá)24.06億美元,比上年增長27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等,普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升,在大中企業(yè)已有較多的使用,在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機(jī)床中,除少量機(jī)床以FMS模式集成使用外,大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài),并且相當(dāng)部分處于使用效率不高,管理方式落后的狀態(tài)。 2001年,我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值已進(jìn)入世界第5名,機(jī)床消費(fèi)額在世界排名上升到第3位,達(dá)47.39億美元,僅次于美國的53.67億美元,消費(fèi)額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求,使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢,2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位,達(dá)24.06億美元,比上年增長27.3%。 近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等,普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。(二)機(jī)床數(shù)控化改造的必要性1、微觀角度看改造的必要性從微觀上看,數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性,而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。1)可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力,可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動的運(yùn)動量,因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。2)可以實(shí)現(xiàn)加工的自動化,而且是柔性自動化,從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高7倍。 由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲能力,可以將輸入的程序記住和存儲下來,然后按程序規(guī)定的順序自動去執(zhí)行,從而實(shí)現(xiàn)自動化。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序,就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動化,從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動化,故被稱為實(shí)現(xiàn)了"柔性自動化"。3)加工零件的精度高,尺寸分散度小,使裝配容易,不再需要"修配"。4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中,減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。5)擁有自動報(bào)警、自動監(jiān)控、自動補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能,因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。6)由以上五條派生的好處。如:降低了工人的勞動強(qiáng)度,節(jié)省了勞動力(一個(gè)人可以看管多臺機(jī)床),減少了工裝,縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期,可對市場需求作出快速反應(yīng)等等。2、宏觀角度看改造的必要性從宏觀上看,工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍、民機(jī)械工業(yè),在70年代末、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改(稱之為信息化),最終得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年。如我國機(jī)床擁有量中,數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1.9,而日本在1994年已達(dá)20.8,因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。數(shù)控化改造的市場空間機(jī)床的數(shù)控制化改造是一個(gè)方興未的行業(yè),從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)字上看前途應(yīng)該是十分光明的,例如:在美國,日本和德國等發(fā)達(dá)國家,它們的機(jī)床改造人作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè),生意盎然,正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)床改造是一個(gè)永恒的課題。我國的機(jī)床改造業(yè),也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)所以不難看出:1)國內(nèi)的市場我國目前機(jī)床總量380余萬臺,而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺,即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3。近10年來,我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺,年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機(jī)床役齡10年以上的占60以上;10年以下的機(jī)床中,自動/半自動機(jī)床不到20,F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動和半自動機(jī)床占60以上)??梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床,而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長,從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力,直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益,影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。2)進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場我國自改革開放以來,很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),從19791988年10年間,全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng),大約165.8億美元。這些項(xiàng)目中,大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因,設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),甚至癱瘓,使企業(yè)的效益受到影響,嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后,有的消化吸收不好,備不全,維護(hù)不當(dāng),結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良;有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備、儀器、生產(chǎn)線,視軟件、工藝、管理等,造成項(xiàng)目不完整,設(shè)備潛力不能發(fā)揮;有的甚至不能啟動運(yùn)行,沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用;有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好,但是因?yàn)樵O(shè)備故障能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo);有的因?yàn)槟芎母摺a(chǎn)品合格率低而造成虧損;有的已引進(jìn)較長時(shí)間,需要進(jìn)行技術(shù)更新。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富,反而消耗著財(cái)富。這些不能使用的設(shè)備、生產(chǎn)線是個(gè)包袱,也是一批很大的存量資產(chǎn),修好了就是財(cái)富。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn),解決關(guān)鍵技術(shù)問題,就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn),爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。這也是一個(gè)極大的改造市場。二、改造設(shè)計(jì)分析 (一)數(shù)控車床工作原理及組成數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí),首先應(yīng)編制零件的加工程序,這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置,再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動的變化、起停,進(jìn)給運(yùn)動的方向、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動作,使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作,從而加工出符合要求的零件。數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控機(jī)床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置(CNC)、伺服驅(qū)動及位置檢測、輔助控制裝置、機(jī)床本體等四部分組成。(二)數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn) 1)機(jī)床有足夠高的轉(zhuǎn)速和大的功率,以適應(yīng)高效率加工的需要;2)主軸轉(zhuǎn)速的變換迅速可靠,一般能自動變速;3)主軸應(yīng)有足夠高的剛度和回轉(zhuǎn)精度;4)主軸轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)很廣,如對鋁合金材料的高速切削,幾乎沒有上限的限制,主軸最高轉(zhuǎn)速取決于主傳動系統(tǒng)中傳動元件的允許極限(如主軸軸承允許的極限轉(zhuǎn)速),而最低轉(zhuǎn)速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工材料的要求來確定。(三)設(shè)計(jì)任務(wù)1、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度,能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中的各種誤差,消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。2、數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成,硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有:1)可以全部自己設(shè)計(jì)制作;2)可以采用單板機(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制;3)可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動。在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中,由于第一種設(shè)計(jì)周期較長且不經(jīng)濟(jì),同時(shí)質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以本課程設(shè)計(jì)將采取第三種方案。(四)機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì) 1、設(shè)計(jì)(1)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動軌跡可分為:點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置,而對于運(yùn)動軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。由C618車床要加工復(fù)雜輪廓零件,所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。(2)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。1)閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度,能補(bǔ)償機(jī)械傳動系統(tǒng)中的各種誤差,消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。2)半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬,過載能力強(qiáng),又采用反饋控制,因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是,采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜,設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn),技術(shù)難度較大。3)開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路,因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差,但其結(jié)構(gòu)簡單,易于調(diào)整,所以常用于精度要求不高的場合。經(jīng)過上序比較,由于所改造的C618車床的目標(biāo)加工精度要求不高,所以決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中,由于第一種設(shè)計(jì)周期較長且不經(jīng)濟(jì),同時(shí)質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以本課程設(shè)計(jì)將采取第三種方案。2、設(shè)計(jì)(1)主傳動部分的改造設(shè)計(jì)將原機(jī)床的主軸電動機(jī)換成變頻調(diào)速電動機(jī),無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動分離,主軸電動機(jī)的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。(2)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除。縱向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動機(jī)作為驅(qū)動元件經(jīng)一級齒輪減速后,由滾珠絲杠傳動。(3)其它部件的改造刀架部分:拆除原手動刀架和小拖板,安裝由微機(jī)控制的四工位電動機(jī)刀架,該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后,確定的C618的車床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的總體方案示意圖如圖所顯:C618車床的主軸轉(zhuǎn)速部分采用了變頻調(diào)速交流異步電機(jī),有級變速部分采用電磁離合器控制機(jī)構(gòu);車床的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動,經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動,齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動,從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動;刀架改成由微機(jī)控制,經(jīng)電機(jī)驅(qū)動的自動轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能,需安裝主軸脈沖發(fā)生器。(五)車床的數(shù)控改造設(shè)計(jì)改造后的C618數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)的作用就是產(chǎn)生不同的主軸切削速度以滿足不同的加工條件要求。1、對主傳動系統(tǒng)的基本要求1)有較寬的調(diào)速范圍,可增加數(shù)控機(jī)床加工適應(yīng)性,便于選擇合理切削速度使切削過程始終處于最佳狀態(tài)。2)有足夠的功率和扭矩,使數(shù)控加工方便實(shí)現(xiàn)低速時(shí)大扭矩,高速時(shí)恒功率,以保證加工高效率。3)有足夠的傳動精度,各零部件應(yīng)具有足夠精度、剛度、抗振性,使主軸運(yùn)動高精度,從而保證數(shù)控加工高精度。4)噪聲低,運(yùn)動平穩(wěn),使數(shù)控機(jī)床工作環(huán)境良好、宜人。2、主傳動系統(tǒng)的變速方式(1)采用變速齒輪傳動采用少數(shù)幾對齒輪降速,用液壓撥叉自動變速,電機(jī)主軸仍為無級變速,并實(shí)現(xiàn)主軸的正反啟動、停止、制動。該方式扭矩大,噪聲大,一般用于較低速加工。(2)采用同步齒形帶傳動采用直流或交流主軸伺服電機(jī),由同步齒形帶傳動至主軸,該方式主軸箱及主軸結(jié)構(gòu)簡單,主軸部件剛性好;傳動效率高、平穩(wěn)、噪聲小;不需潤滑;但由于輸出扭矩小,低速性能不太好,在中檔機(jī)床中應(yīng)用較多。(3)采用主軸電機(jī)直接驅(qū)動亦稱一體化主軸、電主軸,由主軸電機(jī)直接驅(qū)動,電機(jī)、主軸合二為一,主軸為電機(jī)的轉(zhuǎn)子。該方式處理好散熱、潤滑非常關(guān)鍵,一般應(yīng)用于高速機(jī)床。三、主傳動系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)(一)選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量:縱向: 0.01mm/步; 橫向:0.005mm/步(半徑)。(二)計(jì)算切削力1、縱車外圓主切削力FZ(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估算:FZ=0。67Dmax1。5=0。67*4001。5=5360 按切削力各分力比例: FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 F X=53600.25=1340 FY=53600.4=21442、橫切端面主切削力FZ(N)可取縱切的0.5 FZ=0.5FZ=2680此時(shí)走刀抗力為FY(N),吃刀抗力為Fx(N)。仍按上述比例粗略計(jì)算: FZ/FX/FY=1/0.25/0.4 FY=26800.25=670 FX=26800.4=1072(三)滾珠絲桿螺母副的計(jì)算和選型1、縱向進(jìn)給絲桿(1)計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm(N)縱向進(jìn)給為綜合型導(dǎo)軌 Fm=KFx+f(Fz+G) =1.1581340+0.16(5360+800) =2530 式中 K考慮顛復(fù)力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù),綜合導(dǎo)軌取K=1.15; f滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù):0.150.18; G溜板及刀架重力:G=800N(2)計(jì)算最大動負(fù)荷C C=3LfWFM L=60nt/106 N=1000Vs/Lo 式中 Lo滾珠絲桿導(dǎo)程,初選L=6mm; Vs最大切削力下的進(jìn)給速度,可取最高進(jìn)給速度的(1/21/3),此處Vs=0.6m/min T使用壽命,按15000h; fw運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù),按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取F=1.21.5; L壽命、以106為一單位。n=1000Vs/Lo=10000.60.5/6=50r/minL=60NT/106=606015000/106=45C=3LfwFm=3451.22530=10798.7N(3)滾珠絲桿螺母副的選型查閱表,可用W1L400b外循環(huán)螺紋調(diào)整預(yù)緊的雙螺母滾珠絲桿副,1列2.5圈,其額定動負(fù)載為16400N,精度等級按表4-15選為3級(大致相當(dāng)老標(biāo)準(zhǔn)E級)。(4)傳動效率計(jì)算=tg/tg(+)試中螺旋升角,W1L400b=244摩擦角10滾動摩擦系數(shù)0.003-0.004=tg/tg(+) =tg244/tg(244+10)=0.94(5)剛度驗(yàn)算最大牽引力為2530N。支撐間距L=1500mm螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊,預(yù)緊力為最大軸向負(fù)荷的1/3。A. 絲杠的拉伸或壓縮變形量1根據(jù)Pm=2530N,D0=40mm,查出L/L=1.210-5可算出:1=L/L1500=1.210-51500=1.810-2由于兩端采用向心推力球軸承,且絲桿又進(jìn)行了預(yù)拉伸,故其拉壓剛度可以提高4倍。其實(shí)際變形量 1(mm)為:1=0.2510-2B滾珠與螺紋滾道間接觸變形qW系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量q :q=6.4m因進(jìn)行了預(yù)緊, 2 =0.5q =0.56.4=3.2mC支承滾珠絲桿軸承的軸向接觸變形3采用8107型推力球軸承,d1=35mm,滾動體直徑dq=6.34mm,滾動體數(shù)量Z=18,c=0.00243Fm2/(dqZ2) =0.002432532/(6.35182)注意,此公式中Fm單位為kgf應(yīng)施加預(yù)緊力,故3=0.5=0.50.0075=0.0038mm根據(jù)以上計(jì)算:= 1+2+3 =0.0045+0.0032+0.0038 =0.0115mm定位精度(5)穩(wěn)定性校核滾珠絲桿兩端推力軸承,不會產(chǎn)生產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。2、橫向進(jìn)給絲桿1)計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm橫向?qū)к墳檠辔残?,?jì)算如下:Fm=1.4Fy+f(Fz+2Fx+G) =1.4670+0.2(2680+21072+600)2023N(2)計(jì)算最大動負(fù)荷C n=1000V3/L0=10000.30.5/5=30 L=60nT/106=603015000/106 C=3LfwFm=3271.22030=7283N(3)選擇滾珠絲杠螺母副從附錄A表3中查出,W1L20051列2.5圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠副,額定動載荷為8800N,可滿足要求,選定精度為3級。(4)傳動效率計(jì)算=tg/tg(+)=tg433/tg(433+10)=0.965(5)剛度驗(yàn)算橫向進(jìn)給絲杠支承方式如圖所示,最大牽引力為2425N,支承間距L=450mm,因絲杠長度較短,不需預(yù)緊,螺母及軸承預(yù)緊。計(jì)算如下:A.絲杠的拉伸或壓縮變形量1(mm)查圖4-6,根據(jù)Fm=2032N,D0=20MM,查出L/L=5105 可算出1= L /LL=4.2105 450=1.89102mm顯然系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸,以提高剛度 故 =0.251=4.7103B.滾珠與螺紋滾道間接觸變形查資料(機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例M1版,)。 q=8.5m因進(jìn)行了預(yù)緊 2=0.5q=0.58.5=4.25mC.支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形采用8103型推力球軸承,dq=5Z=13d=17mmc=0.00243Fm2/(dqZ2)=0.00243202.3/5132=1.3103 考慮到進(jìn)行了預(yù)緊,故 3=0.5 c=0.51.3103=6.5104綜合以上幾次變形量之和得:=123=4.7103+4.25103/+ =0.00960.015(定位精度 )(6)穩(wěn)定性校核滾珠絲杠兩端推力軸承,不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象不需作穩(wěn)定性校核。(四)傳動比計(jì)算1、縱向進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算已確定縱向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 p =0.01,滾珠絲杠導(dǎo)程L0=6mm,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75??捎?jì)算出傳動比i i=360p / bL 0 =3900.01/0.756=0.8可選定齒輪齒數(shù)為: I=Z1/Z2 Z1=32,Z2=40 ,或Z1=20,Z2=252、橫向進(jìn)給齒輪箱傳動比計(jì)算已確定橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量p =0.005,滾珠絲杠導(dǎo)程L0=5mm,初選步進(jìn)電機(jī)步距角0.75??捎?jì)算出傳動比iI=360p / bL 0=3600.005/0.755=0.48考慮到結(jié)構(gòu)上的原因,不使大齒輪直徑太大,以免影響到橫向溜板的有效行程,故此處可采用兩級齒輪降速:i=Z1Z2/Z3Z4=34/55=2420/4025Z1=24,Z2=40,Z3=20,Z4=25因進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大,模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)參照下表:齒數(shù)324024402025分度圓D=mz648048804050齒頂數(shù)da=d+2m688452844454齒根數(shù)df=d-21.25m597543753545齒寬(6-8)m202020202020中心距A=(d1+d2)/2726445(五)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型1、縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)計(jì)算(1)等效傳動慣量計(jì)算方法計(jì)算如下,傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動慣量J(kgcm2)可有下式計(jì)算:J=Jm+J1+(Z1/Z2)2(J2+Js)+G/g(L0/2)2式中:Jm步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量(kgcm2)J1,J2齒輪Z1、Z2的轉(zhuǎn)動慣量(kgcm2)Js滾珠絲杠傳動慣量(kgcm2)參考同類型機(jī)床,初選反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)150BF,其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Jm=10(kgcm2)J1=0.78103d14L1=0.781036.422=2.6 kgcm2J2=0.78103d24L2=0.78103822=6.39 kgcm2Js=0.7810344150=29.952 kgcm2G=800N代入上式:J=Jm+J1+(Z1/Z2)2(J2+Js)+G/g(L0/2)2 =10+2.62+(32/40)2(6.39+29.592)+800/9.8(0.6/2)2=36.355 kgcm2考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。Jm/J=10/36.355=0.275基本滿足慣量匹配的要求和運(yùn)行矩頻特性。2、計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時(shí)的工作頻率Fk=1000Vmax/60p =10002.4/600.01=4000HzFe=1000Vs/60p =10000.6/600.01=1000Hz從表中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載起動頻率為2800Hz運(yùn)行頻率為8000Hz,再從有關(guān)手冊中查出150BF002型步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時(shí),f起=2500時(shí),M=100Ncm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動力矩(782Ncm)直接使用則會產(chǎn)生失步現(xiàn)象,所以必須采用升降速控制(用軟件實(shí)現(xiàn)),將起動頻率降到1000Hz時(shí),起動力矩可增加到5884Ncm,然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路,還可將步進(jìn)電機(jī)輸出力矩?cái)U(kuò)大一倍左右。當(dāng)快速運(yùn)動和切削進(jìn)給時(shí),150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行矩頻特性完全可以滿足要求。(2)電機(jī)力矩計(jì)算機(jī)床在不同的工況下,其所需轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計(jì)算:A.快速空載啟動力矩M起在快速空載起動階段,加速力矩占的比例較大,具體計(jì)算公式如下: M起=Mamax+Mf+Ma Mamax=J= Jnnax102/(60ta/2) = J2nmax102/(60ta)nmax=maxb/p360將前面數(shù)據(jù)代入,式中各符號意義同前。nmax=maxb/p360=24000.75(0.01360)=500r/min 啟動加速時(shí)間ta=30ms Mamax=J2nmax102/(60ta)=36.3552500102/(600.03)=634.5Ncm 折算到電機(jī)軸上的摩擦力距Mf: Mf=FOL0/2i=f(Pz+G)L0/(2Z2/Z1) =0.16(5360+800)0.6/(20.81.25)=94Ncm 附加摩擦力距M0MO=FPOL0(1-02)/2i=1/3FtL0(1-02)/(2Z2/Z1) =1/325300.6(1-0.92)/( 20.81.25) =805.30.19=15.3Ncm上述三項(xiàng)合計(jì):M起=Mamax+Mf+Ma=634.5+94+15.3=743.8NcmB快速移動時(shí)所需力矩M快。M快=Mf+M0=94+15.3=109.3NcmC快速切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M切M切=Mf+M0+Mt=Mf+M0+ FOL0/2i=94+15.3+13400.6/(20.81.25) =94+15.3+127.96=237.26Ncm 從上面計(jì)算可以看出,M起、M快和M切三種工況下,以快速空載起動所需力矩最大,以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。從有關(guān)手冊機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例M查出,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí) =Mq/Mjmax=0.951最大靜力矩Mjmax=743.8/0.951=782Ncm按此最大靜力矩從有關(guān)手冊中查出,150BF002型最大靜轉(zhuǎn)矩為13.72Nm。大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩,可作為初選型號,但還需進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動矩頻特5.2.3計(jì)算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時(shí)的工作頻率Fk=1000Vmax/60p =10002.4/600.01=4000HzFe=1000Vs/60p =10000.6/600.01=1000Hz由110BF003型步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其最高空載起動頻率為1500Hz,運(yùn)行頻率為7000Hz。根據(jù)110BF003型電機(jī)的起動距頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線可以看出,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動時(shí)F=1500Hz,M=98Ncm,小于機(jī)床所需的起動力矩(184.4Ncm),直接使用會產(chǎn)生失步現(xiàn)象,所以必須采用升降速控制(用軟件實(shí)現(xiàn))。將起動頻率將為1000Hz時(shí),既可滿足要求。當(dāng)機(jī)床快速起動和切削進(jìn)求。進(jìn)給時(shí),則完全滿足運(yùn)行矩頻要求。(六)同步帶傳動設(shè)計(jì)同步齒形帶的選擇和校核:在車床改造時(shí)中,步進(jìn)電動機(jī)與四缸傳動副之間裝有減速機(jī)構(gòu),通過減速機(jī)構(gòu)可得到所需的脈沖當(dāng)量和增大的驅(qū)動力矩。減速機(jī)構(gòu)采用同步齒形帶傳動機(jī)構(gòu),同步齒形帶傳動相對齒輪傳動是一種新型的帶傳動,其利用同步帶的齒型與帶輪的輪齒傳遞運(yùn)動,無相對滑動,無噪聲,無需潤滑,傳動精度和效率高,同步帶傳動的帶速高達(dá)4080m/s.傳遞功率可達(dá)100KW,傳動比可達(dá)1020,傳動效率98%。因此在這次數(shù)控改造中我們采用同步齒形帶來傳遞運(yùn)動。由設(shè)計(jì)計(jì)算分析得各參數(shù)如下:(1)模數(shù):根據(jù)表,m=4;(2)齒數(shù):查表選z=18;(3)帶輪節(jié)圓直徑為:d=75;(4)帶速為:V=200mm/s;(5)中心距為:則210a<600取a=500;(6)帶長為:L=300;(7)小帶輪嚙合齒數(shù):a=60;(8)帶寬:c=120。結(jié)論 根據(jù)自動化制造系統(tǒng),可行性論證使用戶建造自動化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告,是上級主管部門審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。同樣,在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法,普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行,即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題分析,企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo),改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析,改造后車床的實(shí)施計(jì)劃,結(jié)論等。本改造設(shè)計(jì)是對普通車床C618進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計(jì)中,采用的是廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T型數(shù)控系統(tǒng),加上兩臺伺服電機(jī),兩套滾珠絲杠副和相配的傳動部分以及齒輪副,一臺變頻調(diào)速電動機(jī),四個(gè)電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會超過15萬元。因此,對普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國國情,是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實(shí)用性。致謝緊張的論文設(shè)計(jì),在和老師的指導(dǎo)下共同努力下結(jié)束了,這次設(shè)計(jì)使我們在原來的理論基礎(chǔ)上增加了實(shí)踐性的知識,同時(shí)我也感受到了要想成為一名數(shù)控改造設(shè)計(jì)師需要付出更多的努力。在本次設(shè)計(jì)中,我們參考書進(jìn)行論文的設(shè)計(jì)文字和圖片進(jìn)行補(bǔ)充、修改和完善,使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳水平,比較完善了內(nèi)容,而且清晰明了??梢姅?shù)控機(jī)床加工中已從研究階段走向了實(shí)用階段。這次設(shè)計(jì)得到李毅軍老師的指導(dǎo)和幫助,向他表示衷心的感謝,這次設(shè)計(jì)數(shù)控畢業(yè)論文在實(shí)際生活中的重要性,以后我一定要加倍努力學(xué)習(xí),為將來打下牢固的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)1.李福生.實(shí)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊M.北京北京出版社1993. 2.龔炳錚.機(jī)電一體化技朮應(yīng)用實(shí)例M.北京機(jī)械工業(yè)出版社1994.3.林其駿.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)M.北京中國科學(xué)技術(shù)出版社1991.4.李恩林?jǐn)?shù)控技術(shù)原理及應(yīng)用北京國防工業(yè)出版社2006.5.顧冠群萬德均.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊.江西科學(xué)技術(shù)出版社.1995.6.張新義主編.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社1993. 7.張建民唐水源馮淑華.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì).高等教育出版社2001. 8.張根保.自動化制造系統(tǒng)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005. 9.王潤孝.先進(jìn)制造系統(tǒng)M.陜西:西北工業(yè)大學(xué)出版社.2001. 10.趙汝家.先進(jìn)制造系統(tǒng)導(dǎo)論M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2002.11.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)上海交通大學(xué)編上海:上海交通大學(xué)出版社1986. 12.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊上/下冊機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1986. 13.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編 上海:上??茖W(xué)技術(shù)出版社 1979.14.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)大連工學(xué)院戴曙主編 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1989. 17

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