2022年毕业设计方案新 .pdf

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1、柳 州 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文CA6132 普通车床数控化改造学生姓名所 在 系机电工程系班级07 级设备 2 班专业设备维修与管理指导教师张映红2009 年 11月 28 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 33 页II / 33 柳州职业技术学院毕业设计论文）任 务 书机电工程系 系 班学生学号一、毕业设计论文）题目 ：二、毕业设计论文）工作规定进行的日期：2009 年 7 月 25 日起至 2009 年 10 月 5 日止三、毕业设计论文）进行地点：四、任务书的内容：目的：任务：工作日程安排：设计 论文

2、）要求 ：主要参考文献：学生开始执行任务书日期 200 年 月 日学生送交毕业设计论文）日期： 200 年 月 日指导教师签名：教研室主任签名：年月日 年月日学生签名：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 33 页I / 33 目 录摘要 I1 引言 12 数控机床简介 23 机床数控化改造的意义44 CA6132普通车床数控化改造54.1 问题的提出 54.2改造的主要内容54.3机械部分的改造64.3.1主传动系统的改造64.3.2滚珠丝杠和伺服电机的选择计算8433伺服驱动器的选用：164.3.4刀架部分的改造19

3、4.4数控部分的改造 214.5检验、调试 255.结束语 266.参考文献 27精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 33 页II / 33 摘 要数控机床 Numerical control machine tools）是一种利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的机床。它是一种典型的机电一体化产品。而目前我国机床数控化率且不足3%，与美国、日本、德国等发达国家还存在很大差距。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高、供货期长等问题，因此为了提高产品的竞争力，必须大力提高机床的数控化率。本文以CA613

4、2 普通车床的数控化改造为例，介绍了机床数控化改造的方法，包括其结构的设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。关键词：数控；改造；车床精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 33 页III / 33 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 33 页1 / 33 1 引言进入 21 世纪,我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入WTO 后激烈的市场竞争的压力。据调查显示到目前为止我国数控机床总数已达13 万台左右，

5、但是我国机床数控化率且不到 3%，故大力提高机床的数控化率将促进我国制造业在国际上的竞争地位。本文主要通过对CA6132 普通车床的数控化改造的设计学习，介绍了机床数控化改造的基本方法，包括结构的选用，性能与精度的选择以及最后实施改造的内容的确定。由于本人也是初学者，知识水平以及实践经验有限，文中难免存在错误和疏漏之处，敬请老师和同学能给予批评指正。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 33 页2 / 33 2数控机床简介数字控制机床 Numerical Control Machine Tools）简称数控机床，这是一种将数字

6、计算机技术应用于机床的控制技术。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、高效能的自动化机床，是典型的机电一体化产品。数控机床一般由下列几个部分组成：1）主机，它是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件，是用于完成各种切削加工的机械部件。2）数控装置，是数控机床的核心，相当于人的大脑，它包括硬件印刷电路板、CRT 显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数

7、字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。3）驱动装置，它是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动系统、伺服驱动系统、主轴电机及伺服电机等。它在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线以及曲面的加工。4）辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。5）编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。与普通机床相比，数控机床

8、有如下特点：1）加工精度高，具有稳定的加工质量；2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 33 页3 / 33 3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；4）机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高一般为普通机床的 3-5 倍）；5）机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。数控机床的优点：1）数控机床能缩短生产准备时间，增加切屑加工时间的比率；2）使用数控机床进行生产，加工的零件精度高，产品质量稳

9、定,从而有效的提高了产品在市场上的竞争力；3）数控机床具有广泛的适应性和较大的灵活性，因此能够完成很多普通机床很难完成或者根本不能加工的、具有复杂型面、要求高精度的零件的加工；4）许多数控机床如加工中心具有自动换刀功能，使零件一次装夹之后就能够完成多个加工部位的加工，实现了一机多用，大大节省了设备和厂房面积；5）生产者可以对生产成本进行预算，并对生产进度进行合理的安排，以达到提高经济效益的目的；6）应用数控机床进行生产，减轻了工人的劳动强度，提高了工人工作的环境质量，增加了工人的生产积极性，促进了生产，提高了生产效率。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

10、- - - -第 8 页，共 33 页4 / 33 3机床数控化改造的意义制造技术和自动化水平的高低已成为一个国家或地区经济发展水平的重要标志，而其中最具代表性的就是数控机床。目前，我国是机床生产大国，但不是机床制造强国，国产机床的发展仍然难以支撑国民经济和国防军工的需要。与世界先进水平相比差距仍然十分明显。因为一方面我国普通机床保有量大，要将普通机床淘汰掉是不经济的，也是不现实的；另一方面，从我国目前生产状况来看，仍然以生产普通机床为主。然而，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、精度低、成本高、供货期长等缺点，从而使产品在国际、国内市场上缺乏竞争力，这将直接影响一个企业的生产效益

11、以及生存和发展。所以大力提高机床的数控化率已迫在眉睫，有很大的意义，而且普通机床的数控化改造将会长期存在，并会不断的发展。机床数控改造的意义：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。2）性能稳定可靠。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。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。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不

12、仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。4）可以采用最新的控制技术。可以根据技术革新的发展速度及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改造为具有当今水平的机床。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 33 页5 / 33 4CA6132普通车床数控化改造4.1 问题的提出数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资

13、较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。因此为了今后在工作中能尽快的熟悉使用数控技术对机床进行数控化改造，本次毕业设计我选择对CA6132 普通车床进行数控化改造，通过这次设计以提高自己在数控技术应用方面的能力。4.2 改造的主要内容本次改造的普通车床型号为CA6132 如下图，其有关参如下，基本参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 33 页6 / 33 床身上最大回转直径mm 340 刀架上回转直径 mm 180 二顶尖间距离 mm 750 主轴通孔直径 mm 50 主轴头

14、形式ISO 720/II NO.6/ISO 702/IIINO.6 床身导轨宽度 mm 400 床身导轨硬度 HRC 52 主电机功率 kW 4 主轴转速范围 r/min 30-1600 根据以上参数以及改造的相关要求对其进行数控化改造，主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计。由于对经济型数控机床的加工精度要求不高。P-电动机额定功率 (kW。I-变频器额定电流 (A。I-电动机额定电流 (A. 所以我们现在选用安川Varispeed G7 系列变频器 400V 级中的 CIMR-G7A45P5为我们所用的变频器。2）编码器的选择：由于车削加工过程常常会遇到螺纹加工，所以要在主轴上连接一旋

15、转编码器供加工螺纹使用。旋转编码器与车床主轴之间用弹性元件联结，具体用波纹管联结。通过对比，选用上海恒祥光学电子有限公司的S70 系列增量型旋转编码器。其相关资料如下，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 33 页8 / 33 外径: 70实心轴）轴径: 8 D型口连接方式:插座侧出电压:DC524V 分辨率:105000P/R 输 出 形 式 : 集 电 极 开 路 、 电 压 、 长 线 和 推 拉 输 出 防 护 等 级 :IP54 安装形式：轴向固定4.3.2滚珠丝杠和伺服电机的选择计算为了提高传动效率和产品的加工精

16、度，纵、横向传动全部用滚珠丝杠。由于本次改造的是经济型数控机床，其结构简单、价格便宜，调试、维护方便，一般用于精度不高的经济型数控机床，并且本次改造的机床主要用于粗加工及半精加工。为降低改造成本，决定采用伺服半闭环控制方式对X 轴横向）和 Z轴和最大切削转速(或转速 来计算 , 即Pc=10或Pc=式中 F- 主主切削力 (N。- 切削速度 n-主轴转速 (r/min 设按最大切削速度来计算，取=100m/min，则主切削力Fz=N ）=1843.2Fz Fz=(0.150.7Fz Fx=0.5Fz=0.5 1843.2921.6N Fy=0.6Fz=0.6 1843.2=1105.92N (

17、2滚珠丝杆设计计算滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副的设计归为滚珠丝杠副型号的选择。1）计算作用在丝杠上的最大动负荷：首先根据切削力和运动部件的重精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 33 页10 / 33 量引起的进给抗力，计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命值计算出丝杠副应能承受的最大动载荷。式中工作负载 (N指数控机床工作时实际作用在滚珠丝杆上的轴向力。运转系数，一般运转系数取 1.21.5，有冲击的运转取 1.52.5；硬度系数，为60HRC时，为 1；为1。 G 寿命(以转为单位 1，如 1.5则为 150

18、万转。寿命 G 可按下式计算： G=式中 n滚珠丝杠的转速 (r/min。 T使用寿命时间 (h,数控机床 T 取 15000h。工作负载的数值可用机床设计手册中进给牵引力的实验公式计算，对于三角形或综合导轨=k+(+W 式中、切削分力； W移动部件的重力 (800N； k考虑颠覆力矩影响的系数，k=1.15；导轨上的因数，=0.150.18，取=0.16。则=1.15921.6+0.16(184302+800N=1482.752N 当机床以线速度v=100m/min,进给两=0.3mm/r,车削直径D=80mm 的外圆时，丝杠的转速 n=r/min 则 G=万转=17.91万转根工作负载、寿

19、命 G，取=12，=1，计算出滚珠丝杆副承受的最大动负荷=1.211482.752N=4655.3N 由 F查滚珠丝杠的产品样本或机床设计手册, 选择丝杠的型号 . 现在我们参照江苏天安机械有限公司的滚珠丝杠的产品样本, 选择滚珠丝杠的直径为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 33 页11 / 33 32mm ，型号为 CDM3206-2.5-P3 ，其额定动载荷是14022N ，强度足够用。参数技术 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 33 页1

20、2 / 33 2）效率计算：根据机械原理，丝杠螺母副的传动效率为式中螺纹的螺旋升角，该丝杠为325 摩擦角，约等于。则=0.953 3刚度验算：滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用，将引起基本导程L的变化，因滚珠丝杠扭时引起的导程变化量很小，可忽略不计，故工作负载引起的导程变化量L 为L = 式中 E弹性模量，对于钢， E=20.610 N/c； S 滚 珠 丝 杠 截 面 积 按 丝 杠 螺 纹 底 径 确 定 d， 若 d=2.77cm） ， 则精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 33 页13 / 33 S=6.03c。

21、其中，“ +”用于拉伸时，“”用于压缩时。则L =丝杠 1m 长度上导程变形总量误差为=11.78因 3级精度丝杠允许的螺距误差为15，故此丝杠的精度足够。3） 确 定 齿 轮 传 动 比根据 系统 的脉 冲当 量， 选步 进电 动机 的 步 距 角，则取齿轮齿数,齿轮模数 m=2m m,齿轮传动时效率4）佩服电机的选择1）负载传动惯量估算折算到伺服电机轴上的传动惯量可按下式估算式中-折算到电动机轴上的转动惯量齿轮的转动惯量 ）齿轮的转动惯量 ）丝杠的转动惯量 ）估算参数。对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算式中 D圆柱零件的直径 cm） L-_零件轴向长度 cm）所以，精选学习资

22、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 33 页14 / 33 负载转动惯量2）负载转矩计算及最大静转矩选择根据能量守恒定律，电动机等效负载转矩若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩取安全系数为 0.3，则因为数控机床对动态性能要求较高，确定电动机最大静转矩时应满足快速空载起动时所需转矩 T 的要求。式中空载快速起动时所需的转矩N。克服摩擦所需转矩 ）。-丝杠预紧所引起的折算到电动机轴上的附加转矩=1.9403伺服电机的最高工作频率Hz=55.56Hz 根据计算综合考虑 ,查表选用 Star系列 130ST-M06025H型伺服电

23、机。5）横向进给系统的设计计算已知条件：工作台重量W=300N，时间常数t=25ms,滚珠丝杠基本导程L =4mm左旋），快速进给速度=1m/min。由于横向进给系统的设计计算与纵向类似，故计算过程略。选择滚珠丝杠型号CDM2004LH-2.5-P3。减速齿轮Z =18, Z =30。伺服电机型号为 110ST-M0403H. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 33 页16 / 33 433伺服驱动器的选用：根据改造的要求选用的两个伺服电机，X 轴方向只是使刀具切入工件，受力较小，所以选用型号为DA98-12-110ST

24、-M04030H 驱动器配 X 轴；Z 轴方向处于进给方向，受力大，应选用型号为DA98-16-130ST-M07720H 驱动器配 Z 轴精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 33 页17 / 33 驱动器的安装要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 33 页18 / 33 再选用由上海大江电器有限公司杨子民器厂生产的BS-200三相隔离变压器为伺服驱动器提供电源。变压器外形与安装尺寸图如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总

25、结 - - - - - - -第 23 页，共 33 页19 / 33 车床的机械结构改造要求：具体改造如下：纵向进给机构的改造，拆除原车床的进给箱，利用原车床进给箱的安装孔和销孔安装齿轮箱体，滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置，两端采用原固定方式，这样可减小改装现场，安装时注意用百分表校验丝杠与导轨的平行度，拖板与导轨的垂直度，由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而使纵向进给整体刚性略优于以前；横向进给机构改造，保留原手动机构，用于调整操作，原有的支撑结构也保留，将原来的丝杠换成滚珠丝杠，滚珠丝杠仍然安装在原丝杠位置，两端采用原来的安装方式，安装时注意用百分表校验丝杠与导轨的垂直度；伺服电机、齿轮

26、箱体安装在中拖板的后侧，纵、横向伺服电机都采用一级齿轮减速器11）与滚珠丝杠连接。4.3.4刀架部分的改造为了能实现自动换刀，选用适合车床用的四工位数控电动刀台，具体选择常达机床数控设备有限公司的LD4HAK20 ）电动刀架。其工作原理及特点：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 33 页20 / 33 LD4 型系列电动刀架采用蜗杆副传动，螺杆锁紧无触点霍尔元件发信的工作原理，具有转位快，定位精度高，刚性好的优点。是普遍采用的经济型产品。图形、尺寸、参数如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

27、- - - - - - -第 25 页，共 33 页21 / 33 具体改造：拆除原刀架和小拖板，换上数控电动刀架。选用欧姆龙的 d4n 型限位开关保护车床外型如图4.4 数控部分的改造本次改造为经济性改造，一般国产的数控系统就能满足要求，为了降低成本选用广州数控设备有限公司的GSK980TD 车床数控系统，其相关参数如下，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 33 页22 / 33 1.GSK 980TD车床数控系统产品特点：? X 、Z二轴联动、 m级插补精度，最高速度16m/min可选配 30m/min）?内置式 PL

28、C ，可实现各种自动刀架、主轴自动换档等控制，梯形图可编辑、上传、下载； I/O 口可扩展 、通讯、用户输入16 点/ 输出 16 点、四档主轴自动换档( 仅 1、2 档有档位检测 、液压卡盘、液压尾座、 48 工位电动刀架 ( 单向选刀等功能。注：斜体字表示的功能为标准PLC梯形图定义的 I/O 口功能 ( 与 GSK980TA兼容 3. 选配功能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 33 页23 / 33 快速：最高快速移动速度30M/分钟进给最高 15M/分钟）I/O 扩展：增加用户输入16 点/ 输出 16 点XS4

29、1 、XS42接口）后盖接线图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 33 页24 / 33 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 33 页25 / 33 4.5 检验、调试车床改造完后需要进行检验和调试，具体是：在手动方式下分别点动X、Z 方向，检查伺服电机的运动状况是否正常。手动四方刀架进行换刀测试，检查换刀动作是否正常。将机床回零，对刀，写一段程序，试切、加工零件，看精度及性能是否能达到要求。用螺纹加工程序，检查加工出来的螺纹是否符合加工要求。经过上

30、述步骤的检验和调试后，本次对CA6132 普通车床进行经济型数控化改造也就完成了，机床可以投入正常运行了。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 33 页26 / 33 结束语通过这次毕业设计，我学到很多知识，很多书本上都不曾学到过的知识，我们作为学生不仅要学习理论知识，更重要的是要学会理论与实践相结合，这样我们的知识才会有用武之地。在改造中，指导老师张映红老师给予了我很大的帮助。老师不仅为我提供资料，而且对于改造中出现的疑问，也及时解答和指导，使我的毕业设计得以顺利完成。在此，谨向颜代书老师表示衷心的感谢。由于本人知识水平及

31、实践经验有限，在文中肯定存在许多不足，恳请各位老师批评指正。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 33 页27 / 33 参考文献1 夏凤芳 .数控机床 .北京：高等教育出版社， 2005 2 张建民等 .机电一体化系统设计 .北京：北京理工代数学出版社，2007 3 吴国经，杨中力，蒋建强.数控机床故障诊断与维修.北京：电子工业出版社，2004 4 张超英，罗学科 .数控机床加工工艺、编程及操作实训.北京：高等教育出版社，2003 5 刘又午主编 .数字控制机床 .上海:上海科学技术出版社 ,1990 6 张新义等编 .经

32、济型数控机床系统设计 .北京:机械工业出版社 ,1994 7 江苏天安机械有限公司；CDM 系列滚珠丝杠副技术参数说明书8 CA6132 普通车床说明书9 上海恒祥光学电子有限公司；S70系列增量型旋转编码器技术参数说明书10广州数控设备有限公司； GSK980TD 车床数控系统使用说明书11罗永顺主编机床数控化改造技术。北京：机械工业出版社，2007 关 键 词: 普通车床数控技术改造根据普通车床进行经济型数控化改造的技术要求，提出了车床改造的设计方案和工作原理，对改机床的数控装置提出了以80C-196 为处理器的设计方案。完成了数控装置的系统配置。对机床的机械传动进行了系统的改造设计，在保证精度、控制成本的前提下对机械传动与驱动控制部分的误差提出了软件补偿的措施。最终对车床的数控系统、机械传动与控制驱动部分作了作了系统的校正，达到了车床数控改造的目标。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 33 页28 / 33 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 33 页