第一篇:卧式车床数控化改造设计
浙江工业职业技术学院
毕业论文
(2016届)
(卧式车床数控化改造设计)
学生姓名 学
号
院
系 专
业 指导教师 完成日期
卧室车床数控化改造
摘要
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,对传统机械制造业装备进行改造,解决机械制造业中的一些技术问题,用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升,是我国制造业的发展方向。本课题是针对已报废的两台卧式床进行数控化改造,其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法,对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升,以解决目前设备老化所带来的问题。
本次设计着重对卧式车床的纵横向进给系统改造,并对纵横向进给伺服系统齿轮箱进行改造。本次设计作了下面的一些工作: 1机械部分采用了一级齿轮传动,以BF型步进电动机作为驱动源,以CBM/CDM滚珠丝杠作为重要元件,以便更好的实行软件控制;
2数控部分采用MCS-51中的8031作为主控芯片建立一套单片机应用系统。扩展I/O接口用8155芯片及外存储器,采用地址锁存和译码器。SolidWorks造型,包括软件的应用和对车床的实体建摸。
关键词 卧室车床 数控化 改造
目录
1. 绪
论................................................................................................................................1
2.1车床改造方案的选择.................................................................................................................5
2.1.1设计系统的选择...............................................................................................................5 2.1.2系统运用方式的确定......................................................................................................5 2.1.3伺服系统的选择...............................................................................................................5 2.2车床改造方案的确定.................................................................................................................7 3.机械计算部分.........................................................................................................................8
3.1选择脉冲当量...............................................................................................................................9 3.2计算切削力...................................................................................................................................9 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型.............................................................................................10
3.3.1纵向进给丝杠.................................................................................................................10 3.3.2横向进给丝杠.................................................................................................................14 3.4齿轮传动比的计算....................................................................................................................16
3.4.1纵向齿轮传动比计算....................................................................................................16 3.4.2横向齿轮传动比计算....................................................................................................16 4.微机控制部分..................................................................................................................16 4.1 总体设计.....................................................................................................................................16 4.2主控制器......................................................................................................................................17
4.2.1主控器的选择.................................................................................................................17 4.2.2 8031对片外存储器的选择......................................................................................18 4.2.3 8031并行I/O口扩展................................................................................................19
5.SolidWorks造型...................................................................................................................19
5.1 SolidWorks 软件介绍..............................................................................................................19 5.2 绘制草图.....................................................................................................................................22 5.3 装配体设计................................................................................................................................24 结
论......................................................................................................................................27 致
谢......................................................................................................................................28 参考文献..................................................................................................................................29 装配图与零件图......................................................................................................................30
1. 绪
论
随着我国制造业的发张,对很多零部件的精度要求越来越高,许多零件用普通车床很难加工,要求用数控机床加工。这就需要大量经费,对老设备进行改造是一条投资少见效快的途径,有许多工厂有C6140卧式车床,但无法完成精度高的工件加工,因此需对其进行数控化改造。
数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床,这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一个精密的机电一体化产品。是由精密机械部件(如滚珠丝杆、高精度导轨、精密轴承、主轴)和复杂电气部件(如数控系统、驱动装置和伺服电机以及精密测量系统)构成的一个完整的产品。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动作,按图纸要求的形状和尺寸,自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现代机床控制技术的发展方向,是一种典型的机电一体化产品。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下:
数控机床的系统组成框图
其工作原理是先根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求等条件,确定该零件的加工工艺过程、工艺参数,并按一定的规则形成数控系统能理解的加工程序。即:将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化;按标准的格式编制成零件加工程序单;然后将此加工程序输入到数控机床的数控装置中,并将输入到数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。确认无误后,再将被加工零件装夹好;对刀后,即可启动机床运行加工程序。在加工程序运行时,数控系统会根据加工程序的内容,发出各种控制命令,如启动主轴电动机,打开切削液、进行刀具轨迹计算、向特殊的执行单元发出数字位移脉冲和进行进给速度控制等。正常情况下,加工程序可直接运行到其结束。当改变加工零件时,在数控机床上只要改变加工程序,就可以继续加工新零件。
数控机床改造在国外以发展成一个新兴的工业部门。早在60年代已经开始迅速发展,并有专门企业经营这门业务,其发展的原因是多方面的。
首先是技术的原因,过去20年里,金属切削的基本原理变化不大,但社会的生产力的巨大发展,要求制造技术向自动化和精密化前进。而刀具材料和电子技术却有很的大的进步,特别是微电子技术,电子计算机的技
术进步,反应出控制系统,它能帮助机床自动化又能提高加工精度,技术进步和高生产率的要求,精密加工的增多等,突出了旧机床技术改造技术的必要性和急迫性。
其次是经济上的原因。许多发达国家多做过系统的分析,如果旧机床设备以新设备更新,要付出很大的代价的,若利用“改造技术”,则节省大半资金,这种事半功倍的技术,不仅不浪费资金而切还为小企业技术改造开创了新路,而且对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。
再次是市场因素,目前许多国家设备所需的数控机床数量,按机床工业现状是无力及时提供的。机床“改造”就成为机床市场需要的补足手段。
最后是生产力的因素,在工业生产中,品种多小批量生产是现代化机械制造业的基本特征,只有相当大比重完成生产任务,不外乎选择通用机床、专业机床和数控机床,柔性制造系统,就工业复杂程度和一批工件所需要生产总成本比较中看出,数控机床最能适应这一需要。
我国是拥有300万机床国家。而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床,自动化程度不高,要想在近几年内大量用自动、半自动和精密机床更新现有设备,不论资金还是我国机床的能力是办不到的。因此应尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装,是我国现有设备改造自动化要求解决的课题。用这控制技术正是适应这一要求。它是建立在微电子现代技术和传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入了微机的应用,不但技术具有先进性,同时在应用此自动化改造方案,有较大的应用性和可调性,而且投资改造的费用低,一套经济型数控装置的价格仅是
全功能型数控装置的1/3到1/5拥护承担的起。从若干单位应用的实例可论证,投入使用后,成倍的提高了生产效率,取得了显著的经济效益。因此,我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上,再推出全功能型数控这条道路,适合我国经济、教育、生产水平,对于以后全动能型数控机床应用的准备阶段,为实现我国传统的机械制造的方向过度的重要内容。
CA6140机床是一种普通精度的及万能卧式机床,属于使用范围广的通用机床。这种机床的性能及质量较好。但结构复杂,自动化程序较低,是一种属于中型的普通机床,在各厂矿企业的应用很广。
为此,本次设计的任务是对CA6140卧式机床进行数控改造,利用微机对纵横向进给系统实行开环控制。驱动元件是利用步进电动机,传动系统利用滚珠丝杠。
2. 总体方案确定
2.1车床改造方案的选择
2.1.1设计系统的选择
在简易数控系统中,大多数是利用八位微处里机和单片机,近年来国有一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机,主要有MCS—48系列,CS-51系列,Mostek的3870,Motorolo公司的6801和6805。目前在国内用的较广,开发工具较齐的是MCS-51系列,这里选用MCS-51系列中的8031。
2.1.2系统运用方式的确定
数控系统按运动方式可分为点位控制系统,点位直线控制系统,轮廓控制系统,连续控制系统。车床是控制刀具以给定速率沿指定路线运动来加工工件轮廓复杂的零件,其个坐标轴的运动之间有着精确的出数关系,根据车床加工这一特点,采用连续控制系统比较合适,连续控制系统具有点位控制系统的功能,故定位方式采用增量坐标控制。2.1.3伺服系统的选择
伺服系统是实现位量伺服控制有开环、闭环和半闭环三种控制方式。开环控制的伺服系统存在着精度不能达到太高的基本问题,但是步进电机具有位移和输出脉冲的严格对应关系,使误差不能积累,转速和输出脉冲频率有严格的对映关系,而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大
小、环境条件的波动变化的特点,数据装置发出信号的流向是单向的,对移动部件如工作台的实际位置工件检测。并且伴随电子技术和计算机控制技术的发展,目前大多采用直流电动机或交流电动机作为执行元件。虽然闭环、半闭环对控制系统能够实现较高精确的位置伺副。由于反馈环节必须的技术条件要控制闭环系统的良好的稳态和动态性能,其难度也大为提高。
本设计是基于CA6140普通型的车床的经济化、数控化改造故采用步进电动机实现开环伺服系统。2.1.4执行机构传动式的确定
(1)导轨 由于普通型车床的改造精度要求的不高的开环系统,而滑动导轨定位精度和灵敏不需研磨措施可达到10um左右。能够满足改装后的要求,所以仍采用原机床的导轨。
(2)螺旋传动
原机床的丝杠属于滑动螺旋传动,主要缺点就是机械效率低,一般仅为30~60%,与改造后的精度相差很多。数控机床除了具有较高的定位精度外,还应良好的动态间应特征,滚珠丝杠副的特点,传动效率高,一般达到90%以上,通过预紧力可消除丝杠间隙,运动平稳,传动精
度高,有可靠性,磨损小,使用寿命长,但制造复杂,成本高。要使系统指令好,有能满足精度要求,本次改造采用滚动螺旋机构。
(3)齿轮传动
考虑步进电动机步距角和丝杠导程只能按标准选择,为达到0.001秒的分辨率的要求,纵、横向均采用错齿调隙的齿轮做减速运动。
2.2车床改造方案的确定
(1)保留原车床的主传动链。
为了保证机床加工螺纹的功能,在主轴外端安装一个YGM脉冲发生器,使其与主轴转速相一致是1:1的关系,用它来发出脉冲发生器,使微机处理机根据主轴的脉冲信号,使刀架通过丝杠的转角产生进给运动。(2)纵向进给机构的改造,拆除原机床的进给箱和溜板箱利用原机床的安装孔销钉孔安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置,两端仍利用原固定
方式,这样可减少改装工作量。
(3)横向进给机构的安装:保留原手动机构。用于微机进给和机床对零件操作,原有的支撑结构也保留,电动机、齿轮箱安装在机床后侧。
(4)纵、横向进给机构采用齿轮减速,并且用双齿轮错齿法消除间隙,双片齿轮间采用消除弹簧,布量成互为120的位置。当螺钉松开时,由于各个弹簧所受力不同而自动调节间隙,再用螺钉紧固。
纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩,以保持机床原外观,起到美化机床的效果,溜板箱上安装了纵向快速进给按钮,以适应机床调整时的操作需要和遇到意外时紧急处理。
3.机械计算部分
本次设计将一台CA6140普通机床改造成微机数控机床,采用MCS-51型系列单片机控制系统,步进电机开环控制,具有直线和圆弧插补功能,具有降速控制功能,其他设计参数如下: 最大回直径:
400 mm 电机功率:
7.5KW 快速进给:
纵向2.4m/min
横向1.2m/min 切削速度:
纵向0.5m/min
横向0.25m/min 定位精度:
0.015mm 移动部件重量:
纵向:800N
横向600N 加速时间:
30ms 机床效率:
0.8 3.1选择脉冲当量
根据机床精度要求脉冲当量,纵向0.01mm/脉冲,横向为0.005mm/脉冲
3.2计算切削力
3.2.1纵切外圆
1主切削力(Fz)计算由《金属切削原理》可知切削率:P:电机功率7.5Kw
n:主传动系统总效率取:η=0.78 Pc-切削功率Pc=0.78×7.5=5.85Kw
Pc又∵Pc=FzV
∴Fz=v
式中: V 切削速度 V=100m/min
FzPc/V=60×Pc×1000/v=3510N 3.2.2 横切端面
主切削力Fz, 可取纵切的1/2
Fz=1/2Fz1/2×3510=1755N 又Fx:Fz :Fy=1:0.4:0.25 Fx=0.4Fz=0.4×1755=702N Fy=0.25Fz=0.25×1755=438.75N Fx=0.25Fz=0.25×1755=877.5N Fy=0.4Fz=0.4×3510=1404N 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型
3.3.1纵向进给丝杠 1.计算进给牵引力Fm
纵向进给的综合型导轨
采用三角型或综合导轨:
Fm=kFx+f(Fz+G)
式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N): G-移动部件的重量(N)f—导轨上的摩擦系数,随导轨形式而不同
K考虑颠复力距影响的实验系数.f=0.16 则Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75N
2.计算最大动负载C
3C=LfwFm
选用滚珠丝杠副的直径d.时必须保证在一定轴向负载 作用下.丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀 现象.这个轴向负载的最大值称为该滚珠丝杠能承受的最大动
负载C可用C=3Lfw.Fm
60nTL=106
1000VSn=L0
公式中滚珠丝杠导程L=6mm.可取最高进给速度的(1/2~1/3)此处 VS=0.5×0.5=0.25m/min T: 使用寿命按15000h计算 L: 寿命以106转为1单位 Fw: 运转系数,按一般运转取 fw:12~1.5 取fw=1.3 10000.25N=6=42r/min 60nT604215000L=106=106=38小时
C=3L.fw.Fm C=338×1.3×1698.75=7508.47 3.滚珠丝杠螺母的选型
查<<精密机床配件系列>>-山东济宁
选取滚珠丝杠公称直径为φ40选用的型号为 CDM4006-2.5 其额定动载荷15470N,所用强度足够用
4.效率计算 tanrη=tan(r)
公式中摩擦角r=2°446,φ=10 公式中:r丝杠螺旋升角
r—摩擦角滚珠副的滚动摩擦系数 , f=0.003~0.004 R摩擦角约为10分 公式中:r螺旋角 CDM4006 r =2446
r:摩擦角取10分
tan244n=tan(24410)=94.24% 5.刚度验算
先画出纵向进给滚珠丝杠支承方式如图
图3—1纵向进给计算简图
最大牵引力为1698.75N, 支承间距L=1700mm 丝杠螺母及轴承均采用预紧,预紧力为最大牵引力为1698.75N.Fm.L0ΔL=EF
公式中: Fm工作负载(N)L.:滚珠丝杠L=6mm E:材料弹性模数对钢E=20.6×106(N/mm2)F:滚珠丝杠面积mm2
F=1/4πD2=1/4π×402=1256m 1698.736△L=20.61061256.00.394×104mm2
再算滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量δmm δ=0.394×10-4×L/6=0.011
对滚珠丝杠经过预拉拉伸,拉压刚度可提高4倍 其实际变量=1/4×0.011=2.75×10mm
33=0.00756mm<定位精度0.015mm
3.3.2横向进给丝杠
1.计算进给牵引力Fm 横向导轨为燕尾形导轨 其计算公式如下: Fm=KFx+f(Fz+2Fy+G)式中K:考虑颠复力矩的影响实验系数K=1.4 f:导轨上摩擦系数为f=0.2,G移动部件重量G=600N Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N 2.计算最大动负载(N)1000VS10000.250.54n=L0.==31.25 6031.2515000106L==28.125 3C=28.125×1.2×1629.3=5865.48N 3.选择滚珠丝杠螺母副
查<<精密机床配件系列>>丛书
山东济宁
选用滚珠丝杠为CDM2504-2.5 其额定的动载荷为6638 d=25mm d1=24.5mm 循环列数为1×2.5×2
Coa=16826 螺旋导程角
4r=arctanpD=arctan3.142
5r=2°55 选择精度等级为3级
4.传动效率的计算
tanr
η=tan(r)=tg2°55/tg(2°55+10)=0.945 5.刚度计算
横向进给丝杠方式,如图所示最大牵引力为2612.1N 支承间距 L=450mm 因丝杠长度较短不需要预紧
L=450
图3—2横向进给系统计算简图
1滚珠丝杠的拉伸或压缩变形量
FmL1629.34△L=EF=20.6106/4252=0.6448×104
滚珠丝杠经过预拉伸
=1/4×0.007254=0.0018 3=0.0054小于定位精度
定位精度为0.015
3.4齿轮传动比的计算
3.4.1纵向齿轮传动比计算
已确定纵向脉冲当量δ=0.01 ,滚珠丝杠导程L=6mm和步距角0.75, 可计算出i
360P3600.01i=b.L0=0.756=0.8 可选定齿轮的齿数为i=z1/z2=32/40 或20/25 d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70 3.4.2横向齿轮传动比计算
已确定横向脉冲当量δ=0.005mm/step,滚珠丝杠导程L=4mm 和步距角0.75 ,可计算出传动比i 360p3600.005i=b.L0=0.754=0.6 z1=21 ,z2=35
4.微机控制部分
在普通车床CA6140基础上加数控部分,以使其成为经济型数控机床,以完成较高的精度加工.4.1 总体设计
我国目前广泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通过扩展和I/O口扩展功能,实现对机床X,Z两个方向的控制.以及软硬的任务分配有:控制步进电
机脉冲发生和脉冲分配,数码显示的字符发生,键盘扫描管理既用硬件管理,又可用软件实现,此次采用若干方案:控制步进电机用的脉冲发生器用硬件.采用国产YB015环行分配器实现,字符发生及键盘扫描均有软件实现.4.2主控制器
4.2.1主控器的选择
近年来同外的一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种8位的单片微型端口及部分RAM于一体的功能很强的控制器。目前国内用得较广,开发工具较齐的是MCS—51系列包含三个产品:8031、8051和8751。三者的引脚完全兼容,仅在结构上有一些差异,主要是8031:8031是无ROM的8051,而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得较多的就是我所选用的8031。(1)8031型芯片: 1)单片机是集CPU,I/O端口及部分RAM一体的功能很强的控制器,8031基本特点如下: 1处理器CPU8位 2芯片内有时钟电位 3具有12 各字节RAM 4具有21特殊功能的存储器 5具有4 各I / O端口,32根I/O线
6可寻址64K外部数据存储器
7可寻址64K外部程序存储器 8具有两个16位定时/记时数量 9具有5 个中断位,配备两个优先级 10具有一个全功能窜行接口 11具有寻址能力,适宜逻辑计算
从以上论证可以看出,8031型芯片,功能几乎为一块Z80CPU,一块RAM,一块Z80CTC两块Z80PLO和一块Z80SLO处理的微机计算机.(2)8031芯片管脚的功能及其他功能
按引脚功能可分三类,即:其一:I/O口线:P、P1、P2、P3共4个8为口。其二:控制线:PSEN(片外取指令控制)、ALE(地址锁存控制)、EA(片外取存储器选择)、RESET(复位控制)。其三:电源及时钟:Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。4.2.2 8031对片外存储器的选择
1、EPRAM选择:
根据MCS—51单片机应用系统中常用的EPRAM芯片,确定存储器容量为16K。选择EPRAM的型号时,主要考虑的因素是读取速度,这决定着系统是否正确工作。根据CPU与EPRAM时序匹配要求,可选用2片2764程序存储器。
2、RAM选择:单片机的扩展RAM多选用静态RAM,根据容量要求和RAM与CPU的读写时序匹配的要求,这里选用大容量的RAM6264两片。
4.2.3 8031并行I/O口扩展
8031有四个8位口(I/O端口),但真正能够提供用户使用的只有P1口,因为P2 P0口通常用来传送外存储器的地址和数据,P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要扩充.以便他能和更多外联机工作.扩充方法有两种:
①借用外面RAM地址来扩充I/O端口;
②利用并行I/O接口芯片来扩充I/O端口.5.SolidWorks造型
5.1 SolidWorks 软件介绍
SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个三维机械设计CAD软件。SolidWorks全
面采用非全约束的特征建模技术,由于其设计过程的全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变.它既提供自底向上的装配方法,同时还提供自顶向下的装配方法,自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件,更加符合工程习惯.它具有独创性的“封套”功能,来分块处理复杂装配体.其具有的“产品配置”功能,可为用户设计不同“构型”的产品.它集成了设计、分析、加工和数据管理整个过程,所获得的分析和加工模拟结果成了产品模型的属性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。他还可以动态模拟装配过程,进行静态干涉检查,计算质量特征,如质心、惯性矩等。它将2D绘图和3D造型技术容为一体,能自动的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引线的零部件编号等技术资料,从而简化了工程图样的生成过程。SolidWorks同时有中英文两种界面选择,其先进的特征树结构使更加简便直接,而且它具有较好的开发性接口和功能扩展性,能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换、传送。
Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力,它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件,在人工干预下,将 AutoCAD 的图形转换成Solidworks三维实体模型。另一方面,Solidworks 软件对于熟悉Windows的用户特别易懂易用,它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件,可以集成到Solidworks软件中,从而为用户提供一体化的解决方案。
进入SolidWorks的操作界面如图:
图5—1
5.2 绘制草图
图5—2 利用独特的基于特征的零部件建模功能,可以使用拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和孔轻松创建设计。
■ 通过独特的对多个实体的特征及控制,加快零部件建模速度。
■ 通过动态编辑特征和草图,只需执行简单的拖放操作即可进行实时更改。
5.2.1 进入SolidWorks系统后,单击(标准工具栏)的新建,系统将弹出(新建SolidWorks文件)窗口。选择(零件)项,单击(确定)进入。然后在特征管理器中选择(前视基准面)为基准面,绘制草图。具体如图5—2所示。然后在利用拉伸功能就完成了主轴箱的设计,如图:
图5—3
从而生成主轴箱,实图下:
图5—4主轴箱
这就是主轴箱的设计过程,在CA6140设计过程中需要大量的零件如:刀架、导轨、顶尖等。
图5—5 顶尖
图5—6导轨床身
以上是顶尖、导轨床身的设计结果。
5.3 装配体设计
创建新的零部件时,可直接参照其他零部件并保持关系。设计具有成千上万个零件的大型装配体时可获得无可比拟的性能。可将零部件和特征拖放到适当的位置。
SolidWorks 提供完善的产品级的装配特征功能,以便创建和记录特定的装配体设计过程。实际设计中,根据设计意图有许多特征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的,设计零件时无需考虑的。在产品的装配图作好之后,零件之间进行配合加工比如:零件焊接、切除、打孔等功能。
SolidWorks 支持大装配的装配模式,拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、编辑零件装配体透明的功能。
SolidWorks提供两种装配体设计方法:
⑴由下而上的设计:首先绘制零件,然后将它们插入装配体中,并把这些零件按设计目的结合,完成装配。这是较常用的设计方法。当使用已建的零件来装配时,这种有下而上的方法较好。
⑵由上而下的设计:与由下而上的方法比,有上而下的设计不同之处在于:先从装配体开始,边装配边绘制零件。由一个零件的几何参数来定义其他的零件,或者产生在装配零件之后加工的加工特征。也可以从草图开始,定义固定零件位置、基准面等,然后参考这些定义来设计零件。
由两者比较来看,由下而上的设计中,由于零件皆为独立的设计,所以其间的关系和重新产生零件的操作较由上而下的设计更为简单,为此本次设计采用第一种方法。
在进入SolidWorks时,单击(标准工具)中的新建选择(装配体)进入装配体的工作窗口,然后通过配合使各个零件装在一起形成装配体, 所形成的装配体如图:
图5—9 卧式数控车床
结
论
通过此次毕业设计,使我对数控机床有了更加深刻的了解。了解了对普通车床进行简单数控改造的过程。知道如何将普通机床改造成简单经济型数控机床:分别将普通车床的丝杠、光杠改造成为滚珠丝杠;分别对机床的横向,纵向进行数控改造,采用步进电动机作为主传动力,采用微机控制。由于目前的水平将理论知识转为现实的生产力,还有一段距离,这就要求我们在今后工作和学习中不断钻研本专业知识,用知识去创造财富。牢记科学技术是第一生产力。
致
谢
本次研究论文在学校教研室、班主任、冯老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。由于能力有限,在整个设计过程中赵老师付出了很多心血,认真地查阅了设计过程中涉及的资料,逐一修改.又细心地帮助我改正,对此表示深挚的感谢。
在设计结尾阶段,我的同学和朋友们对我的设计和论文的书写给予很大的帮助。在此表示感谢。
再一次地感谢各位老师的辛勤指导。
参考文献
[1屈海军.C616型普通机床数控化改造.西安工业大学.2012.1.[2]张洪强.CA6136普通车床数控化改造.燕山大学.2012.5 [3]王国明.CA6140型车床的数控化改造.山东轻工业学院.2012.5 [4] 叶春宇.某型试验台液压加载系统研究.华中科技大学.2012.10 [5]佈和.高压气瓶专用螺纹数控机床电气设计.北京工业大学.2013.3 [6]曹静宇.面向专用机床钻铣数控系统设计.沈阳航空航天大学.2013.12 [7]马军.数控机床VMC850E的数控系统改造.电子科技大学.2014.6 [8]陈昌华.二维自动检测平台控制系统的设计与实现.南昌航空大学.2014.8 [9]董炫良.基于华中数控系统的普通铣床改造.通讯世界.2015.6 [10]韩红彪.卷筒折线绳槽的数控加工方法.矿山机械.2015.10
装配图与零件图
第二篇:毕业设计CAK6150普通车床的数控化改造(伺服系统的改造)说明书
目 录 引言...................................................................2 2 数控车床与数控介质.....................................................3 2.1 数控车床的组成.......................................................3 2.2 数控技术的发展......................................................4 3 数控改造方法及设计.....................................................5 3.1 数控机床在国内的前景.................................................5 3.2 机床数控改造.........................................................5 3.2.1机床改造的意义......................................................5 3.2.2 数控车床的性能和精度的选择.........................................6 3.2.3 车床数控改造方案选择...............................................7 4 伺服系统...............................................................8 4.1伺服系统的组成........................................................8 4.2 伺服系统的结构及分类.................................................8 4.2.1 进给伺服系统的现状与展望...........................................9 4.2.2 步进伺服系统.......................................................9 4.2.3 直流伺服系统.......................................................9 4.2.4 交流伺服系统......................................................10 4.2.5 直线伺服系统......................................................10 4.3 主轴伺服系统的现状及展望............................................11 4.3.1交流异步伺服系统...................................................11 4.3.2交流同步伺服系统...................................................11 4.3.3 电主轴............................................................12 4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。..................12 4.5 异步伺服驱动系统改造方案............................................13 结论....................................................................18 参考文献:..............................................................19 致 谢..................................................................20
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共 20 页 1 引言
作为机械制造业的重要基础装备,它的发展一直引起人们的关注,由于计算机技术的兴起,促使机床的控制信息出现了质的突破,导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床-数控机床的诞生和发展。计算机的出现和应用,为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。随着计算机的发展,数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用,同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目,并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品,它把刀具和工件之间的相对位置,机床电机的启动和停止,主轴变速,工件松开和夹紧,刀具的选择,冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上,然后将数字信息送入数控装置或计算机,经过译码,运算,发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件,加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比,其主要有以下的优点: 1.适应性强,适合加工单件或小批量的复杂工件;在数控机床上改变加工工件时,只需重新编制新工件的加工程序,就能实现新工件加工。2.加工精度高; 3.生产效率高; 4.减轻劳动强度,改善劳动条件; 5.良好的经济效益; 6.有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品,需求量逐年激增。我国数控机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步,特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。但是,国产数控机床与先进国家的同类产品相比,还存在差距,还不能满足国家建设的需要。我国是一个机床大国,有三百多万台普通机床。但机床的素质差,性能落后,单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右,差距太大,急待改造。旧机床的数控化改造,顾名思义就是在普通机床上增加微机控制装置,使其具有一定的自动化能力,以实现预定的加工工艺目标。随着数控机床越来越多的普及应用,数控机床的技术经济效益为大家所理解。在国内工厂的技术改造中,机床的微机数控化改造已成为重要方面。许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床,并取得了良好的经济效益。我国经济资源有限,国家大,机床需要量大,第 2 页
共 20 页 因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床,而我国的旧机床很多,用经济型数控系统改造普通机床,在投资少的情况下,使其既能满足加工的需要,又能提高机床的自动化程度,比较符合我国的国情。1984年,我国开始生产经济型数控系统,并用于改造旧机床。到目前为止,已有很多厂家生产经济型数控系统。可以预料,今后,机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。所以说,本毕业设计实例具有典型性和实用性。数控车床与数控介质
2.1 数控车床的组成
1、输入输出装置
输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期,输入装置为穿孔纸带,现已趋于淘汰;目前,使用键盘、磁盘等,大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数,故障诊断参数等),一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存,待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照,可帮助判断机床工作是否维持正常。
2、数控装置
数控装置是数控机床的核心与主导,完成所有加工数据的处理、计算工作,最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路,各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。
3、可编程控制器
即PLC,它对主轴单元实现控制,将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速;管理刀库,进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行控制;对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。
4、检测反馈装置
由检测元件和相应的电路组成,主要是检测速度和位移,并将信息反馈于数控装置,第 3 页
共 20 页 实现闭环控制以保证数控机床加工精度。
5、机床主机
数控机床的主体,包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。
2.2 数控技术的发展
随着科学技术不断发展,数控机床的发展也越来越快,数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。高性能:随着数控系统集成度的增强,数控机床也实现多台集中控制,甚至远距离遥控。高精度:数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高,而精度的保持性要好。高速度:数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性:数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展,将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化:数控机床要缩短周期和降低成本,就必然向模块化方向发展,这既有利于制造商又有利于客户。我国近几年数控机床虽然发展较快,但与国际先进水平还存在一定的差距,主要表现在:可靠性差,外观质量差,产品开发周期长,应变能力差。
为了缩小与世界先进水平的差距,有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究:
1.加大力度实施质量工程,提高数控机床的无故障率。2.跟踪国际水平,使数控机床向高效高精方面发展。3.加大成套设计开发能力上求突破。4.发挥服务优势,扩大市场占有率。5.多品种制造,满足不同层次的用户。
6.模块化设计,缩短 开发周期,快速响应市场。
数控机床使用范围越来越大,国内国际市场容量也越来越大,但竞争也会加剧,我们只有紧跟先进技术进步的大方向,并不断创新,才能赶超世界先进水平。
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共 20 页 3 数控改造方法及设计
3.1 数控机床在国内的前景
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间,现在我国机床数控化率不到3%。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展,所以必须大力提高机床的数控化率。本文以车床的数控改造为例,介绍了机床数控改造的方法,包括其结构的改造设计,性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。3.2 机床数控改造
3.2.1机床改造的意义
1)节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用,大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用,并可以利用现有地基。可靠。因原机床各基础件经过长期时效,几乎不会产生应力变形而影响精度。
2)性能稳定
3)提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而用而且可以缩短生产准备周期。
言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装,不仅节约了费 普通车床的数控化改造设计
机床的数控改造,主要是对原有机床的结构进行创造性的设计,最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表,其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而,现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可,也不是在传统机床的基础上,仅对局部加以改进而成(那些受资金等条件限制,而将传统机床改装成建议数控机床的另当别论)。传统机床存在着一些弱点,如刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等,难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产率以及使用寿命等要求。现代的数控技术,特别是加工中心,无
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共 20 页 论是其支承部件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构,还是整体布局、外部造型等都已经发生了很大变化,已经形成了数控机床的独特机械结构。因此,我们在对普通机床进行数控改造的过程中,应在考虑各种情况下,使普通机床的各项性能指标尽可能地与数控机床相接近。3.2.2 数控车床的性能和精度的选择
并不是所有的旧机床都可以进行数控改造,机床的改造主要应具备两个条件:第一,机床基础件必须有足够的刚性。第二,改造的费用要合适,经济性好。在改装车床前,要对机床的性能指标做出决定。改装后的车床能加工工件的最大回转直径以及最大长度、主电动机功率等一般都不会改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度以及粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。主要有下述性能和精度的选择需要在改装前确定。
1)轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。2)进给运动:
进给速度:Z向(通常为8~400mm/min);X向(通常为2~100 mm/min)。快速移动:Z向(通常为1.2~4m/min);X向(通常为1.2~3m/min)。脉冲当量:在0.025~0.005mm内选取,通常Z向为X向的2倍。
加工螺距范围:包括能加工螺距类型(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等),一般螺距在10mm以内都不难达到。
3)进给运动驱动方式(一般都选用步进电机驱动)。4)给运动传动是否需要改装成滚珠丝杠传动。
5)刀架是否需要配置自动转位刀架,若配置需要确定工位数。6)其他性能指标选择:
插补功能:车床加工需具备直线和圆弧插补功能。
刀具补偿和间隙补偿:为了保证一定的加工精度,一般需考虑设置刀补和间隙补偿
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共 20 页 功能。
显示:采用数码管还是液晶或者显示器显示,显示的位数多少等问题要根据车床加工功能实际需要确定,一般来说,显示越简单成本越低,也容易实现。
诊断功能:为防止操作者输入的程序有错和随之出现的错误动作,可在数控改造系统设计时加入必要的器件和软件,使其能指示出机床出现故障或者功能失效的部分等,实现有限的诊断功能。
以上是车床数控改造时需要考虑的一些通用性能指标,有的车床改造根据需要还会有些专门的要求,如车削大螺距螺纹、在恶劣的环境下工作的防尘干扰、车刀高精度对刀等,这个时候应有针对性的专门设计。3.2.3 车床数控改造方案选择
当数控车床的性能和精度等内容基本选定后,可根据此来确定改造方案。目前机床数控改造技术已经日趋成熟,专用化的机床数控改造系统所具备的性能和功能一般均能满足车床的常规加工要求。因此,较典型的车床数控改造方案可选择为:配置专用车床数控改造系统,更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。目前较典型的经济型专用车床数控改造系统具有下列基本配置和功能:
1)采用单片微机为主控CPU,具有直线和圆弧插补、代码编程、刀具补偿和间隙补偿功能、数码管二坐标同时显示、自动转位刀架控制、螺纹加工等控制功能。
2)配有步进电机驱动系统,脉冲当量或控制精度一般为:Z为0.01mm,X向为0.005mm(要与相应导程的丝杠相配套)。
3)加工程序大多靠面板按键输入,代码编制,掉电自动保护存储器存储;可以对程序进行现场编辑修改和试运行操作。
4)具有单步或连续执行程序、循环执行程序、机械极限位置自动限位、超程报警,以及进给速度程序自动终止等各类数控基本功能。
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共 20 页 4 伺服系统
4.1伺服系统的组成
伺服驱动系统(Servo System)简称伺服系统,是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电 机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量.(使用在机电系统中的伺服电机的转动惯量较大,为了能够和丝杠等机械部件直接相连。伺服电机有一种专门的小惯量电机,为了得到极高的响应速度。但这类电机的过载能力低,当使用在进给伺服系统中时,必须加减速装置。转动惯量反映了系统的加速度特性,在选择伺服电机时,系统的转动惯量不能大于电机转动惯量的3倍。)较大等特点,这类专用的电机称为伺服电机。当然,其基本工作原理和普通的交直流电机没有什么不同。该类电机的专用驱动单元称为伺服驱动单元,有时简称为伺服,一般其内部包括电流、速度和/或位置闭环。
伺服系统是以机械运动的驱动设备,电动机为控制对象,以控制器为核心,以电力电子功率变换装置为执行机构,在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角,将电能转换为机械能,实现运动机械的运动要求。具体在数控机床中,伺服系统接收数控系统发出的位移、速度指令,经变换、放调与整大后,由电动机和机械传动机构驱动机床坐标轴、主轴等,带动工作台及刀架,通过轴的联动使刀具相对工件产生各种复杂的机械运动,从而加工出用户所要求的复杂形状的工件。
作为数控机床的执行机构,伺服系统将电力电子器件、控制、驱动及保护等集为一体,并随着数字脉宽调制技术、特种电机材料技术、微电子技术及现代控制技术的进步,经历了从步进到直流,进而到交流的发展历程。数控机床中的伺服系统种类繁多,本文通过分析其结构及简单归分,对其技术现状及发展趋势作简要探讨 4.2 伺服系统的结构及分类
从基本结构来看,伺服系统主要由三部分组成:控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机(附图)。控制器按照数控系统的给定值和通过反馈装置检测的实际运行值的差,调节控制量;功率驱动装置作为系统的主回路,一方面按控制量的大小将电网中的第 8 页
共 20 页 电能作用到电动机之上,调节电动机转矩的大小,另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电;电动机则按供电大小拖动机械运转。4.2.1 进给伺服系统的现状与展望
进给伺服以数控机床的各坐标为控制对象,产生机床的切削进给运动。为此,要求进给伺服能快速调节坐标轴的运动速度,并能精确地进行位置控制。具体要求其调速范围宽、位移精度高、稳定性好、动态响应快。根据系统使用的电动机,进给伺服可细分为步进伺服、直流伺服、交流伺服和直线伺服。4.2.2 步进伺服系统
步进伺服是一种用脉冲信号进行控制,并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。其角位移与脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。如果停机后某些绕组仍保持通电状态,则系统还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数,如500步、1000步、50 000步等等,从理论上讲其步距误差不会累计。
步进伺服结构简单,符合系统数字化发展需要,但精度差、能耗高、速度低,且其功率越大移动速度越低。特别是步进伺服易于失步,使其主要用于速度与精度要求不高的经济型数控机床及旧设备改造。但近年发展起来的恒斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动和混合伺服技术,使得步进电动机的高、低频特性得到了很大的提高,特别是随着智能超微步驱动技术的发展,将把步进伺服的性能提高到一个新的水平。4.2.3 直流伺服系统
直流伺服的工作原理是建立在电磁力定律基础上。与电磁转矩相关的是互相独立的两个变量主磁通与电枢电流,它们分别控制励磁电流与电枢电流,可方便地进行转矩与转速控制。另一方面从控制角度看,直流伺服的控制是一个单输入单输出的单变量控制系统,经典控制理论完全适用于这种系统,因此,直流伺服系统控制简单,调速性能优异,在数控机床的进给驱动中曾占据着主导地位。
然而,从实际运行考虑,直流伺服电动机引入了机械换向装置。其成本高,故障多,维护困难,经常因碳刷产生的火花而影响生产,并对其他设备产生电磁干扰。同时机械
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共 20 页 换向器的换向能力,限制了电动机的容量和速度。电动机的电枢在转子上,使得电动机效率低,散热差。为了改善换向能力,减小电枢的漏感,转子变得短粗,影响了系统的动态性能。
4.2.4 交流伺服系统
针对直流电动机的缺陷,如果将其做“里翻外”的处理,即把电驱绕组装在定子、转子为永磁部分,由转子轴上的编码器测出磁极位置,就构成了永磁无刷电动机,同时随着矢量控制方法的实用化,使交流伺服系统具有良好的伺服特性。其宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应及四象限运行等良好的技术性能,使其动、静态特性已完全可与直流伺服系统相媲美。同时可实现弱磁高速控制,拓宽了系统的调速范围,适应了高性能伺服驱动的要求。
目前,在机床进给伺服中采用的主要是永磁同步交流伺服系统,有三种类型:模拟形式、数字形式和软件形式。模拟伺服用途单一,只接收模拟信号,位置控制通常由上位机实现。数字伺服可实现一机多用,如做速度、力矩、位置控制。可接收模拟指令和脉冲指令,各种参数均以数字方式设定,稳定性好。具有较丰富的自诊断、报警功能。软件伺服是基于微处理器的全数字伺服系统。其将各种控制方式和不同规格、功率的伺服电机的监控程序以软件实现。使用时可由用户设定代码与相关的数据即自动进入工作状态。配有数字接口,改变工作方式、更换电动机规格时,只需重设代码即可,故也称万能伺服。
交流伺服已占据了机床进给伺服的主导地位,并随着新技术的发展而不断完善,具体体现在三个方面。一是系统功率驱动装置中的电力电子器件不断向高频化方向发展,智能化功率模块得到普及与应用;二是基于微处理器嵌入式平台技术的成熟,将促进先进控制算法的应用;三是网络化制造模式的推广及现场总线技术的成熟,将使基于网络的伺服控制成为可能。4.2.5 直线伺服系统
直线伺服系统采用的是一种直接驱动方式(Direct Drive),与传统的旋转传动方式相比,最大特点是取消了电动机到工作台间的一切机械中间传动环节,即把机床进给传动链的长度缩短为零。这种“零传动”方式,带来了旋转驱动方式无法达到的性能指标,第 10 页
共 20 页 如加速度可达3g以上,为传统驱动装置的10~20倍,进给速度是传统的4~5倍。从电动机的工作原理来讲,直线电动机有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种方式;而从结构来讲,又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。目前应用到数控机床上的主要有高精度高频响小行程直线电动机与大推力长行程高精度直线电动机两类。
4.3 主轴伺服系统的现状及展望
主轴伺服提供加工各类工件所需的切削功率,因此,只需完成主轴调速及正反转功能。但当要求机床有螺纹加 工、准停和恒线速加工等功能时,对主轴也提出了相应的 位置控制要求,因此,要求其输出功率大,具有恒转矩段 及恒功率段,有准停控制,主轴与进给联动。与进给伺服 一样,主轴伺服经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动。随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展,现在又进入了交流主轴伺服系统的时代。
4.3.1交流异步伺服系统
交流异步伺服通过在三相异步电动机的定子绕组中产生幅值、频率可变的正弦电流,该正弦电流产生的旋转磁场与电动机转子所产生的感应电流相互作用,产生电磁转矩,从而实现电动机的旋转。其中,正弦电流的幅值可分解为给定或可调的励磁电流与等效转子力矩电流的矢量和;正弦电流的频率可分解为转子转速与转差之和,以实现矢量化控制。
4.3.2交流同步伺服系统
近年来,随着高能低价永磁体的开发和性能的不断提高,使得采用永磁同步调速电动机的交流同步伺服系统的性能日益突出,为解决交流异步伺服存在的问题带来了希望。与采用矢量控制的异步伺服相比,永磁同步电动机转子温度低,轴向连接位置精度高,要求的冷却条件不高,对机床环境的温度影响小,容易达到极小的低限速度。即使在低限速度下,也可作恒转矩运行,特别适合强力切削加工。同时其转矩密度高,转动惯量小,动态响应特性好,特别适合高生产率运行。较容易达到很高的调速比,允许同一机床主轴具有多种加工能力,既可以加工像铝一样的低硬度材料,也可以加工很硬很脆的合金,为机床进行最优切削创造了条件。
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共 20 页 4.3.3 电主轴
电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物,它将主 轴电动机的定子、转子直接装入主轴组件的内部,电动机的转子即为主轴的旋转部分,由于取消了齿轮变速箱的传动与电动机的连接,实现了主轴系统的一体化、“零传动”。因此,其具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点,并可改善机床的动平衡,避免振动和噪声,在超高速切削机床上得到了广泛的应用。
从理论上讲,电主轴为一台高速电动机,其既可使用异步交流感应电动机,也可使用永磁同步电动机。电主轴的驱动一般使用矢量控制的变频技术,通常内置一脉冲编码器,来实现厢位控制及与进给的准确配合。由于电主轴的工作转速极高,对其散热、动平衡、润滑等提出了特殊的要求。在应用中必须妥善解决,才能确保电主轴高速运转和精密加工。
4.4 交流电机和直流电机直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
无刷电机结构解析
结构上,无刷电机和有刷电机有相似之处,也有转子和定子,只不过和有刷电机的结构相反;有刷电机的转是线圈绕组,和动力输出轴相连,定子是永磁磁钢;无刷电机的转子是永磁磁钢,连同外壳一起和输出轴相连,定子是绕组线圈,去掉了有刷电机用
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共 20 页 来交替变换电磁场的换向电刷,故称之为无刷电机(Brushless motor)。
无刷电机简明运行原理
简单而言,依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形,在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心全转的磁场,这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动,电机就转起来了,电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关,更与无刷电机的控制性能有很大关系,因为输入的是直流电,电流需要电子调速器将其变成3相交流电,还需要从遥控器接收机那里接收控制信号,控制电机的转速,以满足模型使用需要。总的来说,无刷电机的结构是比较简单的,真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器,好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制,所以价格要比无刷电机高出很多。4.5 异步伺服驱动系统改造方案
异步机就是电机的转子转动的速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一致,有一个差值(不同步)。我们叫转差。这个转差与定子所产生的旋转磁场的转速的比率叫转差率。同步机与异步机的区别在于:从供电方面说,异步机只是在定子侧加上电压(也有转子上加电压的),而同步机要在定子和转子上都加上电压。也就是说异步机是单边励磁,同步机是双边励磁。从转速方面说,异步机的转速只与负荷大小有关(当然有一定的范围),而同步机的转速只与电网的频率有关。
从结构上说,同步电机与异步机转子的构造也不一样。异步机的转子是有夕钢片和铝条(或夕钢片和线圈组成),而同步机一般由数块磁钢和线圈组成(也有隐极式的不太一样)。当然还有许多差别,如工艺要求、设计问题等等.。异步机相对结构简单,制造方便,价格便宜,维护量少,调速范围较小,必需从电网吸取滞后的励磁电流,功率因数低。广泛应用于各种场合。但大多数用于电动机,作用于发电机的很少。
20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,世界各国已经
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共 20 页 商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有:
⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。
⑶惯量小,易于提高系统的快速性。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。
自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的In分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,称为永磁交流伺服系统。
到目前为止,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器,其中D系列适用于数控机床(最高转速为1000r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列适用于机器人(最高转速为3000r/min,力矩为0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。这样,只用了几年时间形成了八个系列(功率范围为0.05~6kW)较完整的体系,满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
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共 20 页 以生产机床数控装置而著名的日本法奴克(Fanuc)公司,在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁交流伺服电动机。L系列,有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商,例如:三菱电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
德国力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。
德国西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比,重量只有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最多的可供6个轴的电动机控制。
德国宝石(BOSCH)公司生产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。
美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器。后合并到AEG,恢复了Gettys名称,推出A700全数字化的交流伺服系统。
美国A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。I.D.(Industrial Drives)是美国著名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾生产BR-
210、BR-
310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗袛(Goldline)永磁交流伺服电动机,包括B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型)三大类,有10、20、40、60、80五种机座号,每大类有42个规格,全部采用钕铁硼永磁材料,力矩范围为0.84~111.2N.m,功率范围为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4(模拟型)、BDS5(数字型、含位置控制)和Smart Drive(数字型)三个系列,最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。
爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部,现合并到AEG,以生产直流伺
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共 20 页 服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。
法国Alsthom集团在巴黎的工厂生产LC系列(长型)和GC系列(短型)交流伺服电动机共14个规格,并生产AXODYN系列驱动器。
原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种铁心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,连续力矩范围为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩范围为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型控制器。
近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统,其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型,功率从0.03~5kW,共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率从0.75~4.5kW,共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5~5kW,有7种规格。
韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统,其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号,功率从15W~5kW。
现在常采用摴β时浠蕯(Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数,衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续(额定)力矩和转子转动惯量之比。
按功率变化率进行计算分析可知,永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D 的Goldline系列为最佳,德国Siemens的IFT5系列次之。
交流异步伺服通常有模拟式、数字式两种方式。与模拟式相比,数字式伺服加速特性近似直线,时间短,且可提高主轴定位控制时系统的刚性和精度,操作方便,是机床主轴驱动采用的主要形式。然而交流异步伺服存在两个主要问题:一是转子发热,效率较低,转矩密度较小,体积较大;二是功率因数较低,因此,要获得较宽的恒功率调速范围,要求较大的逆变器容量。
ADSD-AS系列是安迪公司自主研发、生产的交流异步伺服控制器。具有集成度高、第 16 页
共 20 页 体积小、可靠性高等一系列优点,可以方便的实现高精度铣削、车削、磨削等加工,比传统的变频器更胜一筹。
产品特点:
采用32位DSP为核心的控制单元,结合FPGA芯片的先进技术,实现高速高性能的控制。
根据负载整定PID高中低速和加减速参数,系统根据负载变化,自动调整增益。
功能齐全,支持位置控制模式,速度控制模式,转矩控制模式。
支持混合控制模式,可以随意动态切换。
操作灵活,可以按用户工艺要求,实现软PLC功能。可在线存储三套用户根据工艺要求编制的程序。
多种频率设定方式,模拟端子可以接受±10V、±2.65V、±20mA等范围信号。转速追踪启动与断电再恢复运行功能。
支持标准的RS485与Can Bus,符合RTU 通信协议。
人性化显示菜单,中文液晶显示,配以LED显示,同时显示3个状态参数。逆变模块(IGBT)温升监控功能,风扇调节可控,适时降低电机噪音和温升。完善的过流、过压、过热、欠压、过负载、编码器故障等保护机制。故障查询与记录功能,方便排除故障。
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共 20 页 结论
作为数控机床的重要功能部件,伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标。围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高,近年来发展了多种伺服驱动技术。可以预见随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展,具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点,并成为伺服系统的发展方向。
2010年3月,我开始了我的毕业论文工作,时至今日,论文基本完成。从最初的茫然不知,到慢慢的进入状态,再到对思路逐渐的清晰,整个写作过程难以用语言来表达。经过了几个月的写作,毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的感受,我感慨万千,在这次毕业设计的过程中,我拥有了难忘的回忆和收获。
3月初,我的论文题目定了下来,是:CAK6150普通车床的数控化改造。当开题报告定下来的时候,我便着手资料的收集,当时面对这真是有些茫然,不知如何下手。在与同学的交流后,终于使我对自己现在的状况有了一定的掌握。
当我终于完成了所有资料的收集整理后,整个人都很累,但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的,我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习,再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。
我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在今后的日子里,我仍然要不断地充实自己,争取在所学领域有所作为。脚踏实地,认真严谨,实事求是的学习态度,不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练,是对我实际能力的一次提升,也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。
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参考文献:
[1] 李明.数控机床.机械工业出版社,2000.6.[2] 李铁尧.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社,1989.[3] 罗永顺.普通机床数控化改造设计中关键问题的研究[J].机床与液压,2005 [4] 吴孜越.C620普通车床的数控化改造[J].机床与液压,2005 [5] 孟俊焕.经济型数控机床改造的优化方案研究[J].机床与液压,2005 [6] 赵云龙.数控机床及应用[M].北京:机械工业出版社,2001.[7] 秦曾煌.电工学(上册)第5版[M].北京:高等教育出版社,1999 [8] 邓则名,邝穗芳.电器与可编程控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,1999 [9] 吴道悌,王建华.电动学实验[M].北京:高等教育出版社,1995 [10] 编写组.机床设计手册(1,2.3)[M].北京:机械工业出版社,1978 [11] 李力,向敬忠.机械设计基础(近机.非机).清华大学出版社,2007 [12] 孙岩,陈晓罗,熊涛等.械设计课程设计.北京理工大学出版社,2007 [13] 徐锦康.机械设计.北京机械工业出版社,2003 [14] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京:机械工业出版社,2004 [15] 陆现柱.机械设计基础.学院出版社出版,2005
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致 谢
在此更要感谢我的导师和专业老师,是你们的细心指导和关怀,使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上,我不仅学到了扎实、宽广的专业知识,也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。
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第三篇:CA6140卧式车床法兰盘课程设计
设计思路
这次课程设计是通过PRO/E5.0软件实现的。PRO/E5.0是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广;它是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,设计人员可以采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。
本次综合课设我的设计题目CA6140车床法兰盘,创建思路是通过旋转工具创建零件,然后利用拉伸,倒角,倒圆角等创建其余特征,最终完成实体建模,并完成加工,攥写加工工序,刀具的选择等。
一、零件的分析
1、零件的作用
CA6140卧式车床上的法兰盘,为盘类零件,用于卧式车床上。车床的变速箱固定在主轴箱上,靠法兰盘定心。法兰盘内孔与主轴的中间轴承外圆相配,外圆与变速箱体孔相配,以保证主轴三个轴承孔同心,使齿轮正确啮合。主要作用是标明刻度,实现纵向进给。
2、零件的工艺分析
0.045法兰盘是一回转体零件,有一组加工表面,这一组加工表面以Φ200mm的孔为中心 ,0.120包括:Φ1000.34mm的外圆柱面及左端面, 尺寸为Φ450.017mm的圆柱面,Φ90mm的外圆柱面、右端面及上面的4个Φ9mm的透孔,Φ4500.6mm的外圆柱面及上面的Φ6mm,Φ4mm的孔, Φ90mm端面上距离中心线分别为34mm和24mm的两个平面。
并且其余加工面都与它有位置关系,可以先加工它的一个端面,再借助专用夹具以这个端面为定位基准加工另一端面,然后再加工孔到尺寸要求,再以孔定位加工各个表面。
3、制定工艺路线
工序 1 粗车Φ100端面及外圆柱面
工序 2 粗车Φ45端面及外圆柱面,粗车Φ90的端面及外圆柱面 工序 3 钻、粗绞Φ20的孔
工序 4 半精车Φ100的端面及外圆柱面,半精车Φ90的外圆柱面,车Φ100、Φ90外圆柱面上的倒角,车Φ20孔的左端倒角
工序 5 半精车Φ45的端面及外圆柱面,半精车Φ90的右端面,车3×2退刀槽,车
Φ45圆柱面两端的倒角,车Φ20 内孔的右端倒角
工序 6 精车Φ45的外圆,精车Φ90的右端面及外圆柱面 工序 7 精车Φ100的端面及外圆柱面 工序 8 成形车刀粗、半精、精车B面 工序 9 粗铣Φ90圆柱面上的两个平面
工序 10 半精铣Φ90圆柱面上离中心线34mm的平面 工序 11 半精铣Φ90圆柱面上离中心线24mm的平面 工序 12 精铣Φ90圆柱面上离中心线24mm的平面 工序 13 精磨Φ90圆柱面上离中心线24mm的平面 工序 14 磨Φ45外圆柱面 工序 15 钻4×Φ9透孔 工序 16 钻Φ4孔,铰Φ6孔 工序 17 抛光B面 工序 18 去毛刺 工序 19 刻线、刻字 工序 20 镀铬 工序 21 检验入库
4、工序尺寸及毛坯尺寸下: 1.4500.017mm外圆表面
毛坯:5 粗车外圆:3 半精车外圆:1.4 精车外圆:0.4 精磨外圆0.2 2.外圆表面Φ1000.120.34mm 毛坯:6 粗车外圆:4 半精车外圆:1.5 精车外圆:0.5 3.B面Φ4500.6mm
毛坯:4 粗车外圆:2 半精车外圆:1.5 精车外圆:0.54、B面中两个端面:
毛坯:3 粗车:2 半精车:0.8 精车:0.25.孔Φ200.0450mm 毛坯:20 钻孔:18 扩孔:1.7 铰孔:0.2 精铰:0.16.Φ90mm外圆
毛坯:6 粗车外圆:4 半精车外圆:1.5 精车外圆:0.50.127.Φ1000.34mm左端面
毛坯:3 粗车:2 半精车:0.8 精车:0.28、90mm右端面
毛坯:3 粗车:2 半精车:0.8 精车:0.20.0459、90mm圆柱面上离200mm孔中心线34mm的平面
毛坯:11 粗铣:10.3 半精铣:0.7
0.04510、90mm圆柱面上离200mm孔中心线24mm的平面
毛坯:21 粗铣:20.1 半精铣:0.7 精铣0.15 精磨:0.05
二、零件的创建过程:
由于零件是回转体零件,所以可以采用旋转来创建,创建如下图2-1所示的草绘:
图2-1草绘图样
然后单击旋转按钮,做如下图2-2的设置:
图2-2旋转设置菜单
单击打勾,完成旋转创建。创建后的模型如下图2-3:
图2-3零件旋转后模型
之后对零件进行倒角,如下图所示,单击倒角按钮,选中零件要倒角的两条边,进行倒角,倒角后如下图2-4所示:
图2-4 倒角后模型
参数设置如下图2-5:
图2-5 倒角设置
下一步骤为对零件进行倒圆角,参数设置如下图2-6:
图2-6倒圆角参数设置
倒角后如下图2-7所示:
图2-7倒圆角后模型
接下来对零件进行钻孔,采用拉伸来进行创建 草绘如下图样2-8:
图2-8拉伸草绘图样
选择拉伸操作,设置如下图2-9:
图2-9拉伸设置
单击勾,完成创建。
还是采用拉伸,创建零件的中心孔,草绘如下图2-10:
图2-10拉伸设置
设置如下2-11:
图2-11拉伸设置
单击勾完成。
之后,采用拉伸来进行创建,草绘如下2-12:
图2-12拉伸草绘图样
采用拉伸,设置如下图2-13:
图2-13拉伸设置
单击勾完成设置。
下一步为侧壁孔的创建;创建如下图2-14所示的两个平面DTM1和DTM2
图2-14 创建出的两个基准面
之后创建一条基准轴线,如图2-15所示:
图2-15 创建出的基准轴
选择拉伸一个直径4毫米的孔,之后拉升一个指定深度的6毫米的孔,设置分别如下图2-16和2-17:
图2-16 拉伸设置
图2-17拉伸设置
注:草绘平面DTM1平面。
最后进行零件上下端面孔的倒角,设置与上面倒角相同,此处省略。至此零件的创建全过程均完成。
三、零件的加工过程 粗车Φ100端面及外圆柱面
进行如下的创建,如图3-1,3-2所示
图3-1新建菜单
图3-2新文件选项
然后装配参照模型,把刚建好的零件装配进去,作为参照模型,再放置里选择缺省模式。装配好参照模型后,进行工件的创建,装配参照模型设置如下图3-3所示
图3-3装配设置
选择手动创建工件,之后根据确定的各部分的加工余量,选择旋转创建工件,创建好后的工件如下图3-4所示:
图3-4 工件模型
由于零件是回转体零件,所以采用车削,可以大大提高加工效率,根据工艺路线,先车该零件的大端面及圆柱面,过程如下:由于工件是回转的,在工件表面的回转中心点创建一个坐标系ACS0,作为加工的零点,其中,Z轴应为轴线方向。创建完坐标系后,设置如下图3-5
图3-5 机床及夹具设置
创建一个车床,设置机床,夹具,机床零点等,完成后单击车削轮廓按钮,草绘车削轨迹,如下图3-6所示:
图3-6车削轨迹 图3-7 车削设置选项
单击完成退出草绘平面,之后点击勾完成车削轮廓绘制。单击轮廓车削按钮,进行系列等设置如图3-7:
设置参数为下图,刀具设置为下图3-8:
图3-8刀具设置
加工参数设置如下图3-9所示:
图3-9车削参数设置
车床车削,主要需要设定切削进给、允许毛坯、允许Z坯件、主轴转数、刀具定向等。设置完成后单击“确定”完成。
刀具路径的设置如下图,单击“插入”选取草绘的刀具轨迹,如下图3-10所示
图3-10车削轨迹选取
单击“确定”完成。
之后即可进行屏幕演示,看加工过程是否正确,如果正确,则单击完成系列,完成车削过程的创建。如下图3-11所示
下一工步为车削大圆圆柱面,草绘轨迹如图3-12
图3-11菜单管理器图 图3-12车圆柱面车削轨迹
其余参数设置与车端面设置一样。
粗车Φ45端面及外圆柱面,粗车Φ90的端面及外圆柱面 车削轨迹及参数设置分别如下图3-13,3-14及3-15,3-16
图3-13车端面轨迹 图3-14 车圆柱面轨迹 车削参数设置如下,刀具同上一工序不变
图3-15车端面参数设置 图3-16车圆柱面参数设置
粗车Φ90的端面及外圆柱面的车削轨迹如下图3-17,3-18 图3-17 图3-18
参数设置如下图3-19及3-20
图3-19 车Φ90端面 图3-20 车Φ90端面
由于这些表面都需要粗车、半精车、精车,但是它们的车削轨迹都是同上不变的,只是参数设置不同,以上各端面或圆柱半精车参数如下图所示3-21——3-28所示:
图3-21半精车刀具参数
图3-22半精车Φ100端面参数设置 图3-23 半精车Φ100圆柱面面参数设置
图3-24半精车Φ45端面参数 图3-25半精车Φ45圆柱面参数
图3-26 精车Φ100端面及圆柱面参数
图3-27精车Φ45圆柱面 图3-28精车Φ45端面 车零件的B面,起车削轨迹如下图3-29及3-30所示
图3-29车B面轨迹一 图3-30车B面轨迹二 刀具及参数设置如下
图3-31 车B面刀具设置 半精车及精车B面参数设置
图3-33半精车B面参数
图3-32粗车B面参数设置
图3-34精车B面参数
钻、扩、粗铰、精铰Φ20的孔
由于钻的是中心孔,所以在车床上即可以实现加工,其需要设置的选项如下下图3-35所示:
图3-35系列设置 图3-36钻孔刀具设置 钻孔刀具设置如图3-36所示
坐标系选取位于Φ45端面中心的ASC1,其孔选择要加工孔的轴线,如下图3-37所示:
图3-37 加工的孔的轴线及参数
钻孔参数设置如下图3-38
图3-38 钻孔参数设置
至此,钻孔设置完成。扩孔,铰孔,精铰孔的刀具路径设置与钻孔相同,其参数及刀具设置如下3-39——3-44所示:
图3-39 扩孔刀具设置 图3-40扩孔参数设置 铰孔刀具及参数设置
图3-41 铰孔刀具设置 图3-42 铰孔参数设置
图3-43 精铰孔参数设置 图3-44 精铰孔参数设置 车Φ45圆柱面与Φ90端面间的退刀槽 草绘刀具轨迹如下图3-45
图3-45退刀槽车削轨迹 图3-46刀具参数
刀具及参数设置如图3-46及3-47所示
图3-47车退刀槽参数
屏幕演示看刀具运动正确后,点击完成系列退出系列设置。
铣90圆柱上的两个面,步骤如下,由于是铣端面,所以在车床上无法进行加工,需要换机床,即到铣床上进行加工。创建铣床的过程如下图3-48:
图3-48 操作设置
单击“文件”下方的所示
新建,然后单击按钮,进入到机床设置页面,如图3-49
图3-49 机床设置
然后再单击退出机床创建页面。,之后选择机床名称,机床类型为铣床,轴数为三轴,最后单击确定,由于铣削需要一个坐标系作为铣削的零点,因而需要先创建一个坐标系,如下图3-40所示:
图3-40 创建铣削坐标系
创建出的坐标系应使Z轴为需要铣削的平面的法线方向。
由于是平面,所以采用平面铣削的方式进行铣削。步骤如下:
图3-41 铣削系列设置 图3-42 铣削刀具设置
3-43铣削参数设置 3-45铣削平面
看刀具走刀轨迹是否正确,如果正确,则单击完成系列,退出铣削。进行下一个系列的设置。
下一个步骤仍然为铣削平面,由于上一步所建的坐标不符合要求,因此需要新建一个坐标,同样,Z轴正向为平面的法线方向,如下图3-46所示,图3-46新建坐标系
余下步骤仍与上一步铣削相同,粗铣半精铣参数设置如下图3-
47、3-48所示
图3-47 粗铣34端面参数设置 图3-48 半精铣34端面参数设置
和上面同样的方式,单击完成系列,完成系列设置。最后钻圆柱壁上的孔 步骤如下:
由于先前所创建的坐标ACS2满足钻孔要求,所以可以不用去创建新坐标,直接运用ASC2坐标即可。
单击钻孔命令按钮,之后进行系列设置,设置内容如下图3-49,参数设置如图3-50
图3-49 系列设置 图3-50参数设置 刀具设置如图3-51所示:
图3-51 刀具设置 图3-52 孔选取 坐标系及退刀平面的设置如图3-53所示
图3-53 坐标系击退刀面
单击完成系列,直径为4的孔加工系列完成。直径为6的孔加工过程与此相同,但参数设置及刀具设置如下图3-54及3-55
图3-54 刀具设置 图3-55 参数设置 至此,工件的加工过程完成。
四、后处理
单击菜单栏“工具”→“CL数据”→“编辑”,选择要进行后处理的NC系列如下图4-1所示
图4-1后处理菜单
选取一个NC系列,单击确定。之后“工具”→“CL数据”→“后处理”,选中刚才所保存的文件,单击打开,在弹出的菜单管理器中单击完成,如图4-2所示:
图4-2 菜单管理器 图4-3 后置处理器列表
在弹出的后置处理器列表中选取一项,系统即会进行后处理。之后关闭弹出的窗口,在所保存的文件夹下即会有后处理的文件,其中文件后缀名为tap的文件及为加工代码。
下面为程序的一些加工代码:粗车大圆端面的加工代码 % G71 O0001
S160M03 G00X70.Y0.Z-1.5M08 G01X.5F104.Z5.5 X70.M30 % 粗车大圆柱加工代码: % G71 O0002 S500M03 G00X51.5Y0.Z4.707M08 G01Z-17.793F250.X58.5 Z4.707 M30 % 车45圆柱加工代码: % G71 O0003 S320M03 G00X-24.Y0.Z-104.892M08 G01Z-56.5F179.2 X-31.Z-104.892
M30 % 钻孔、扩孔、铰孔加工代码: % G71 O0004 S400M03 G00X0.Y0.Z-117.M08 G80 G00Z-77.G81X0.Y0.Z-202.408R-77.F153.6 G80 M30 % % G71 O0005 S140M03 G00X0.Y0.Z-117.G80 G00Z-77.G81X0.Y0.Z-202.949R-77.F134.4 G80 M30 % %
G71 O0006 S140M03 G00X0.Y0.Z-117.G80 G00Z-77.G88X0.Y0.Z-197.R-77.F224.G80 M30 % % G71 O0007 S140M03 G00X0.Y0.Z-117.M08 G80 G00Z-77.G88X0.Y0.Z-197.R-77.F224.G80 M30 % 粗铣24端面的加工代码: % G71 O0008 N0010T1M06 S210M03
G00X10.5Y-38.066 G43Z15.H01M08 Z5.G01Z-.8F1.76 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z4.2 G01Z-2.6 X-9.5 Y-29.607 X10.5
Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z2.4 G01Z-4.4 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23
X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z.6 G01Z-6.2 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5
Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-1.2 G01Z-8.X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-3.G01Z-9.8 X-9.5
Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-4.8 G01Z-11.6 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23
X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-6.6 G01Z-13.4 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5
Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-8.4 G01Z-15.2 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-10.2
G01Z-17.X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-12.G01Z-18.8 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689
X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-13.8 G01Z-20.6 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532
X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-15.6 G01Z-22.4 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.40
G00Y-38.066 Z-17.4 G01Z-24.2 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148 X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z5.G00Y-38.066 Z-19.2 G01Z-25.1 X-9.5 Y-29.607 X10.5 Y-21.148
X-9.5 X-9.532Y-12.689 X10.5 Y-4.23 X-10.652 Y4.23 X10.5 Y12.689 X-9.532 X-9.5Y21.148 X10.5 Y29.607 X-9.5 Y38.066 X10.5 Z15.M30
心得体会
本次的综合性实验课程设计任务跟以往不同,而是更加严谨,按照生产要求,构建一个实实在在的零件实体,从三维建模,绘制工程图,到NC加工序列的生成,每一步都是自己结合已学知识独立完成,使我受益匪浅。
这次课程设计的任务是利用大型三维设计软件PRO/E 5.0进行实体建模和工程图绘制,之后根据零件的工艺过程进行数控加工。我加工的零件是CA6140车床的法兰盘,根据图纸,创建出零件来。在做该课程设计中,我也遇到过问题,体会到了自身的不足和知识的匮乏。它提醒了我,在今后的学习或是工作中都要时刻保持一颗谦虚的心,要多学习以充实自己,锻炼自己,扩展自己的知识面。本次课程设计让我们对PRO/E软件有了一个感性的认识,同时也让我们提前接触了一些企业所用的正规工程图纸的信息,让我们对本专业所学知识在实际中的应用有了一定的认识,我想我会继续学习有关知识,为将来找到好的工作而努力。
在此感谢所有的老师同学所给以帮助,希望通过本次课设,我们都能有一个
更大的进步!
参考文献
[1] 肖乾、张海、周大陆、周新建编.Pro/Engineer wildfire3.0中文版实用教程.中国电力出版社
[2] 肖乾、周慧兰、唐晓红、付伟、康永平编.Pro/Engineer wildfire3.0中文版模具设计与制造实用教程.中国电力出版社
[3]翟瑞波 主编.数控加工工艺.北京理工大学出版社
[4]李益民 主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社
第四篇:赛弗卧式车床工作总结
赛弗工作总结
2013年3月13进驻二分厂恒温车间,赛弗卧车由于花盘的锁紧功能的故障导致正在上活的转子跌落,砸伤加工导轨。由于赛弗卧车是厂里的重要的不可替代的关键资源。于是开展的紧急的修理工作,使这台关键机床能在最快的时间内恢复工作。钳工一班在机修分厂的各级领导支援下两个月完成了对赛弗卧车的修理工作。以下是对赛弗卧车修理过程的几部分。
一.修前检查:1主轴径跳:近端0.001 远端0.004
2上母线0.01
3侧母线0.18
4刀架导轨与工件导轨的平行度
侧 0.75--0.86
5刀架导轨与工件导轨的平行度
上-3.6---2.4
6刀架十字滑座的锤子度
+0.02
7尾座
端跳 0.005
圆锥跳
0.01
二,修理:
1,拆除外围设施。包括排屑器,中心架,花盘卡爪
2,平刀架导轨。通过测量,转子的跌落对刀架导轨的精度也造成了严重的影响,由于工件导轨的测量是通过刀架导轨的基础上来测量的,所以必须把第一基准保证。通过精度高的电子水平仪对刀架导轨进行了精平。这样就能保证工件导轨的正确性。
3,加垫铁。由于工件导轨被转子砸的非常严重,中间部分已经断裂和严重下陷。原装的垫铁已经砸坏了,于是尝试加自制垫铁看能否把导轨中间下陷部分抬升。由于导轨是两根,第一次的垫铁长度短了,通过打表测量只够抬升一根导轨于是加以改进,增长垫铁长度这样便能同时把两根导轨一起抬升。
4,制作工装来调整工件导轨的侧面平行度
图1
图2
由于图一采用的是木头加千斤顶加工装的模式,由于基础件的能量不足,对导轨不起作用。通过改进,加强基础件的能量。图二通过方箱加千斤顶的配合就能起到调整导轨的作用。
5,对侧面和正面断裂处进行加固处理。由于侧面和工件导轨的床身都已经断裂,首先对床身断裂处钻止裂孔。起到裂纹不继续扩大的作用,然后再通过铣波形键和加钢板进行加固
6,对工件导轨断裂处加工字键进行加固。通过重一分厂铣键工师傅的支援,凭着其过人的技能铣出了非常精确的键槽,对我们后期的配键起到了关键性作用,大大的缩短了工期。
7,做顶桩。由于导轨断裂,其拉紧力大大受到影响,虽然进行了加固措施,但是为了机床的稳定性,做了7个顶桩(前后分别是2个,侧面3个)前后顶桩主要作用是使机床在加工过程中平衡尾座的顶力。侧面的顶桩是对机床起个拉力的作用。
8,精平工件导轨和床头箱。通过调整床头箱垫铁和自制垫铁。调整主轴的侧母和上母线的精度和导轨的平行度。最后钻侧面和正面固定板的销子孔定位。
9,做实验,检测工件导轨的两根平行导轨的受力情况。
由图可知,扁平杠作用在一根平行导轨上,打表测量另一根平行导轨的变化值。通过实验,最后结果是基本无变化,两根导轨受力均匀。
10,配刮导轨与中心架。通过学习,了解了转子加工时中心架的几个常用位置。对其几个固定位置进行了配刮。用了整整10天,人停机器不停的配刮,终于在规定时间内完成了导轨和中心架的配刮
11,尾座找正,及主轴箱和尾座的中心线找正。
12,安装中心架,卡爪
13,尾座顶尖硬度测试及安装找正。
三.试加工。
第五篇:CW6163B系列卧式车床常见故障检查及排除方法
CW6163B系列卧式车床常见故障检查及排除方法
一、安装试车时床头箱主轴不转
问题分析:
一般是用户在安装试车时将三相电源线接线端接错或油箱未加入机械油。
排除方法:调整三相电源线的接线端,使主电机符合使用说明书规定的转向或加入机械油达到油箱所标示的油位。
二、安装试车时溜板箱纵横向换向手柄无快速移动。
问题分析:
用户在安装调试过程中将三相电源线接错,使溜板箱的快速电机反转。
排除方法:调整三相电源线的接线端,使快速电机正转。
三、安装试车时切削工作精度超差不符合规定要求
问题分析:
一般是用户未按使用说明书规定进行安装调试,使车床安装水平精度超差,影响切削工作精度。
排除方法:重新调整车床的安装水平精度,达到使用说明书中合格证上要求的范围。
四、安装试车时切削时纵横向无自动走刀
问题分析:
一般是操作者未按使用说明书操作,将床头箱左、右旋换向手柄位置搬错位,使光杠旋转方向错导致无纵横向自动走刀。
排除方法:将床头箱左右旋换向手柄搬在正确位置。
五、安装试车时进刀箱基本螺距手柄处漏油
问题分析:
1、由于加入的机械油不符合使用说明书规定要求,标号过高,浓度过大导致进刀箱回油不畅,油面升高造
成漏油。
2、进刀箱内是否有其它异物导致回油不畅,油面升高造成漏油。
排除方法:更换机械油,清理异物使回油畅通。
六、使用中车床切削无力
问题分析:
1、油箱内机械油是否符合使用说明书所规定的机械油标号?
2、油箱内的机械油是否清洁,是否按使用说明书定期清洗油箱内的滤油器,更换机械油?机械油不清洁或标号不对将造成油箱内的滤油器堵塞导致机床液压系统不能正常工作,切削无力。
排除方法:清洗油箱内的滤油器更换机械油。
七、使用中床头箱Ⅰ轴漏油
问题分析:
1、油箱内的机械油是否 符合使用说明书所规定的机械油标号?
2、油箱内的机械油是否清洁,是否按使用说明书定期更换机械油和滤油器?油不清洁将造成床头箱Ⅰ轴分油环研烧导致漏油。
排除方法:更换油箱内的机械油和清洁滤油器,并且拆卸床头箱Ⅰ轴,更换分油环。
八、使用中床头箱运转时噪音特别大
问题分析:
1、油箱内的机械油是否符合使用说明书所规定的机械油标号?
2、油箱内的机械油是否清洁,是否按使用说明书定期更换机械油和清洗滤油器?油不清洁将造成床头箱Ⅰ轴上的106、109、208轴承或Ⅲ轴上的209轴承损坏导致床头箱运转时噪音特大。
排除方法:更换油箱内的机械油和清洁滤油器,并且拆卸床头箱Ⅰ轴或Ⅲ轴更换所损坏的轴承。
九、使用中床头箱运转时冒烟
问题分析:
1、油箱内的机械油是否符合使用说明书所规定的机械油标号?
2、油箱内的机械油是否油质差:如柴机油或汽机油、再生油。
3、操作者是否按使用须知进行正确操作?如利用反车制动床头箱主轴,上述三种情况都会将Ⅰ轴离合器摩擦片烧坏导致床头箱运转时冒烟。
排除方法:更换油箱内的机械油,并且拆卸Ⅰ轴离合器,更换摩擦片,装配时要调整适当,并按使用须知进行正确操作。
十、使用中床头箱主轴转向变速手柄打不动
问题分析:
一般是操作者利用反车刹车,使床头箱Ⅲ轴花键出现微量扭曲变形导致三联滑移齿轮受到阻滞。
排除方法:拆卸床头箱Ⅲ轴,修整花键和三联滑移齿轮花键孔,使Ⅲ轴与三联滑移齿轮配合滑移自如、灵活,并按作用须知正确操作。
十一、使用中切削时纵横向走刀联锁
问题分析:
一般是溜板箱右处位置的纵横向手柄座内6089垫片松动。
排除方法:拆开纵横向手柄座,将M6X16的螺丝加弹簧垫圈拧紧,紧固6089垫片。
十二、使用中切削时纵向或横向走刀失灵
问题分析:
一般是操作不当导致溜板箱内的纵向拨叉或横向拨叉断。
排除方法:拆卸溜板箱更换拨叉,拨叉调整到原位,并按使用须知正确操作。
十三、使用中挂轮的胶木齿轮打齿损坏
问题分析:
一般是操作不当或三杠支架缺润滑油,使床身尾端的三杠支架孔与丝杠、光杠轴头配合处研烧抱死,增大运转负荷。
排除方法:操作者要按使用说明书规定操作车床,修磨丝杠或光杠与支架孔达到规定的配合间隙