最新CA6136普通机床的数控化改造技术贺广东.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateCA6136普通机床的数控化改造技术贺广东济南大学毕业设计(论文)统一格式自动生成模板山东英才学院毕业设计题 目 CA6136普通机床的数控化改造技术专 业 机电一体化工程 姓 名 贺广东 指导教师 二O O九年十二月三十日 -目 录第一章 绪论41.1 数控机床和改造的必要性41.1.1数控机床概述41.1.2数控机床在工业中的地位51.2数控改造的必要性51.2.
2、1机床与生产线数控化改造的市场51.2.2机床数控化改造的必要性6第二章 机械部分改造设计与计算82.1横向进给系统的设计与计算82.1.1横向进给系统的设计82.1.2横向进给系统的设计与计算82.2纵向进给系统的设计与计算102.2.1纵向进给系统的设计102.2.2纵向进给系统的设计计算10第三章 自动换位刀架的选用14第四章数 控机床电气控制系统154.1数控机床的电气控制原理154.2数控系统分析164.3经济型数控机床改造时数控系统选用174.4功率放大电路18第五章 步进电动机的选择195.1 步进电动机195.2步进电机选择的基本原则215.3纵向电机的计算与选择225.4横向
3、电机的计算与选择24总 结28参考文献29摘 要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高,对机械加工设备的加工精密程度也要求越来越高。而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。这已经越来越制约着当今工业的发展。而数控机床由于价格昂贵,且需要较高技术的加工工人。所以对机床进行自动化改造很是必要。本篇论文是在对普通卧式车床CA6136的基础上对其进行自动化改造。本人在搜索、查阅和研究大量有关资料的基础上,对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析,并描述了机床控制系统的设计。整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造,选用自动转位刀架,由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。整个控制系统以8
4、031型号的单片机为中心,通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。关键词:机床改造; 自动化机床; 控制系统AbstractWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common la
5、the have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in th
6、e foundation of the commonness horizontal lather CA6136 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of cont
7、rol of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for cen
8、ter, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key Words: Machinery Tool Reform; Lathes automatic; Servo system 第一章 绪论1.1 数控机床和改造的必要性1.1.1数控机床概述数控机床1946年诞生了世界上第一台电子计算机,这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比,起了质的飞跃,
9、为人类进入信息社会奠定了基础。6年后,即在1952年,计算机技术应用到了机床上,在美国诞生了第一台数控机床。从此,传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来,数控系统经历了两个阶段和六代的发展。数控(NC)阶段(19521970年)早期计算机的运算速度低,对当时的科学计算和数据处理影响还不大,但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统,被称为硬件连接数控(HARD-WIRED NC),简称为数控(NC)。随着元器件的发展,这个阶段历经了三代,即1952年的第一代-电子管。1959年的第二代-晶体管。1965年的第三代-小规模集成电路。计算机数控(CN
10、C)阶段(1970年现在)到1970年,通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件,从此进入了计算机数控(CNC)阶段(把计算机前面应有的通用两个字省略了)。到1971年,美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器,采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上,称之为微处理器(MICROPROCESSOR),又可称为中央处理单元(简称CPU)。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强,控制一台机床能力有富裕(故当时曾用于控制多台机床,称之为群控),不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处
11、理器速度和功能虽还不够高,但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件,故仍称为计算机数控。到了1990年,PC机(个人计算机,国内习惯称微机)的性能已发展到很高的阶段,可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机;1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于PC(国外称为PC-BASED)。还要指出的是,虽然国外早已改称为计算机数控(即CNC)了,而我国仍习惯称数控(NC)。所以我们日常讲的数控,实质上已是指计算机数控了。1.1.2数控机床在工业中的地位近年来我国企业的数
12、控机床占有率逐年上升,在大中企业已有较多的使用,在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台,比上年增长28.5%,机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。2001年,我国机床工业产值己进入世界第5名,机床消费额在世界排名上升到第3位,达47.39亿美元,仅次于美国的53.67亿美元,消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求,使我国机床的进口额呈逐年上升态势,2001年进口机床跃升至世界第2位,达24.06亿美元,比上年增长27。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工
13、机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等,普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。1.2数控改造的必要性1.2.1机床与生产线数控化改造的市场(1)机床数控化改造的市场我国目前机床总量380余万台,而其中数控机床总数只有11.34万台,即我国机床数控化率不到3。近10年来,我国数控机床年产量约为0.60.8万台,年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上,10年以下的机床中,自动/半自动机床不到20,FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占60以上)。可见我们的大
14、多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备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。(2)进口设备和生产线的数控化改造市场我国自改革开放以来,很多企业从国外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计,从19791988年10年间,全国引进技术改造项目就有18446项,大约165.8亿美元。这些项目中,大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因,设备或生产
15、线不能正常运转,甚至瘫痪,使企业的效益受到影响,严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后,有的消化吸收不好,备件不全,维护不当,结果运转不良。有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线,忽视软件、工艺、管理等,造成项目不完整,设备潜力不能发挥,有的甚至不能启动运行,没有发挥应有的作用。有的生产线的产品销路很好,但是因为设备故障不能达产达标;有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损。有的已引进较长时间,需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富,反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱,也是一批很大的存量资产,修好了就是财富。只要找出主要的技术难点,解决关键技术问题,就
16、可以最小的投资盘活最大的存量资产,争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。1.2.2机床数控化改造的必要性(1)微观看改造的必要性从微观上看,数控机床比传统机床有以下突出的优越性,而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力,可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量,因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化,而且是柔性自动化,从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力,可以将输入的程序记住和存储下来,然后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。数控机
17、床只要更换一个程序,就可实现另一工件加工的自动化,从而使单件和小批生产得以自动化,故被称为实现了柔性自动化。加工零件的精度高,尺寸分散度小,使装配容易,不再需要修配。可实现多工序的集中,减少零件 在机床间的频繁搬运。拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能,因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处。如:降低了工人的劳动强度,节省了劳动力(一个人可以看管多台机床),减少了工装,缩短了新产品试制周期和生产周期,可对市场需求作出快速反应等等。以上这些优越性是前人想象不到的,是一个极为重大的突破。此外,机床数控化还是推行FMC(柔性制造单元)、FMS(柔性制造系统)以及CIMS(计算机
18、集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。(2)宏观看改造的必要性从宏观上看,工业发达国家的军、民机械工业,在70年代末80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是,采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、FMC、FMS外,还包括在产品开发中推行CAD、CAE、CAM虚拟制造以及在生产管理中推行MIS(管理信息系统)、CIMS等等。以及在其生产的产品中增加信息技术,包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化),最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为
19、增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中,数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9,而日本在1994年已达20.8,因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。第二章 机械部分改造设计与计算2.1横向进给系统的设计与计算2.1.1横向进给系统的设计经济型数控改造的横向进给系统的设计比较简单,一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠,使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上,用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来,以保证其同轴度,提高传动精度。2.1.2横向进给系统的设计与计算由于横向进给系统的设计计算与纵向进给系统类似,所用
20、到的公式不详细说明,只计算结果。已知条件:工作台重(根据图纸粗略计算):=30=300时间常数: =25滚珠丝杠基本导程: =4行程: =190脉冲当量: =0.005距角: =0.750快速进给速度: =1(1) 切削力计算横向进给量为纵向的1/21/3,取1/2,则切削力约为纵向的1/2=5700=285()=2850()在切断工件时: =285=142.5()=1425()(2) 滚珠丝杠设计计算1)强度计算:对于矩型导轨: =+取 =1.1,=0.15则: =1.1142.5+0.15(285+30)=204()=2040()取 工件直径:=80 走刀量: =0.15 =15()寿命值
21、: =13.5最大动负荷: = =1.21204=582.89()=5829.9()根据最大动负荷值,选择滚珠丝杠的型号为左,其直径为32,导程为4,滚珠列数为5列,精度为级,额定动载荷是13000, 所以其强度符合要求。2)效率计算:摩擦角: =螺旋升角: =则传动效率: =0.9563)刚度验算:滚珠丝杠截面积: =3.14=7.06510-2滚珠丝杠受工作负载引起导程的变化量: =滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化量很小,可忽略,即=,所以,导程变形总误差为: =18.18()查表知级精度丝杠允许的螺距误差(1长)为25,故刚度足够。=5.6110-84)稳定性验算:由于选用滚珠丝杠的直径与原
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