机床数控化改造.docx
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1、 三门峡职业技术学院 课程论文设计( 机床数控装置与调试)题目:CA6140机床数控化改造设计学生姓名: 学 号: 系 部: 专业名称: 班级名称: 指导教师: 完成日期: 年 月 日摘 要针对大多数企业,具有数量众多和较长使用寿命的普通机床,其加工精度较低、不能批量生产,自动化程度不高,自适应性差,但考虑投资成本,产业的连续性,又不能马上被淘汰。数控机床作为机电液气一体化的典型产品,能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题,加工质量稳定,生产效率较高。购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高,许多企业在短时间内无法实现,这严重阻碍企业设备更新的步伐。为此把普通机
2、床数控化改造,不失为一条投资少、提升产品质量及生产效率的捷径,提升企业竞争力,在我国成为制造强国的进程中,占有一席之地。本文的主要内容有:1对普通车床数控化改造经济性评价详细论证,确定普通车床数控化改造方案;2对进给系统的滚珠丝杠型号选择与装配设计,支承方式的设计与轴承型号选择,步进电机选择等进行了详细研究;3对常用进口数控装置系统和国产数控装置系统进行仔细比较,根据所改造的性能和精度指标来选配数控装置系统和自动刀架型号,提出选择方法;4根据普通车床CA6140电气控制系统和原理图与普通车床数控化改造CJK6140-A的数控系统对比分析,形成普通车床数控化改造完整的电气控制技术图;5.为保持切
3、削螺纹的功能,仔细研究了在主轴上安装脉冲发生器的选型,脉冲发生器直接与主轴间连接方法,并形成了相应的技术图;6.拆卸普通机床,甩掉原有进给箱等,对主传动系统的进行大修,滑板贴塑与铲刮调试,对机床相关部件和参数进行测绘、测量;7.绘出相应的零件图和装备图;8给出普通车床数控化改造的安装、调试方法。关键词:普通车床、数控、改造目 录第一章CA6140普通车床数控改造总体方案的设计要求1.1总体方案41.2设计要求51.3主传动系统和进给系统的改造61.4主轴脉冲发生器6第二章 进给伺服系统机械部分设计与计算2.1 进给系统机械结构改造设计82.2 进给伺服系统机械部分的计算与选型82.3横向滚珠丝
4、杠螺母副的型号选择与校核步骤14第三章 CA6140数控改造步进电机的设计3.1 步进电机的工作方式173.2 步进电机的选择18第四章CA6140普通车床数控化改造的数控系统4.1 数控车床及数控系统概述204.2 微机控制系统硬件电路设计224.3单板机数控系统控制234.4 存储器扩展电路设计244.5 译码电路设计264.6 其他辅助电路设计设计27第五章 安装调整中应注意的问题5.1 滚珠丝杠螺母副的选择305.2 滚珠丝杠螺母副的调整305.3 联轴器的安装305.4 主轴脉冲发生器的安装30第六章 结束语致谢31参考文献-32第一章 CA6140普通车床数控改造总体方案的设计要求
5、1.1总体方案总体方案设计应考虑机床数控系统的类型,计算机的选择,以及传动方式和执行机构的选择等。(1)普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能,还要求能暂停,进行循环加工和螺纹加工等,因此,数控系统选连续控制系统。 (2)车床数控化改装后属于经济型数控机床,在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本,因此,进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。 (3)根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求,经济型数控机床一般采用8位微机。在8位微机中,MCS51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比,因此,可选 M
6、CS51系列单片机扩展系统。 (4)根据系统的功能要求,微机数控系统中除了CPU外,还包括扩展程序存储器,扩展数据存储器、I/O接口电路;包括能输入加工程序和控制命令的键盘,能显示加工数据和机床状态信息的显示器,包括光电隔离电路和步进电机驱动电路,此外,系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。 (5)设计自动回转刀架及其控制电路。 (6)纵向和横向进给是两套独立的传动链,它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成,其传动比应满足机床所要求的分辨率。 (7)为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性,选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副,并应有预紧机构,以提高传动刚度和消除间隙,齿轮
7、副也应有消除齿侧间隙的机构。 (8)采用贴塑导轨,以减小导轨的摩擦力。 (9) 原机床的主要结构布局基本不变,尽量减少改动量 ,以降低成本缩短改造周期。 (10)机械结构改装部分应注意装配的工艺性,考虑正确的装配顺序,保正安装、调试、拆卸方便,需经常调整的部位调整应方便。总体方案设计图如1.1图所示1.2设计要求将CA6140普通车床改造成经济型数控车床。要求该车床具有切削螺纹的功能,纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向:0.01mm,横向:0.005mm。设计参数如下:最大加工直径:在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工长度:1000mm快进速度纵向2.4m/min横行1.
8、2m/min最大切削进给速度纵向0.5m/min横行0.25m/min代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数2最小指令值纵向0.01mm/pulse横行0.005mm/pulse刀具补偿量099.99mm进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横行0.075mm自动升降速性能有1.3主传动系统和进给系统的改造CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制,而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开。分别由各自的步进电机来控制,但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系,所以在拆掉进给系统的同时,必须在主轴上安装一个脉冲发生器,来实现
9、主轴传动和进给运动之间的联系。同时,为了提高机床的精度和效率,用滚珠丝杠来代替原机床的光杠,并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度,还提高了机床的使用性能。1. 机械部分的改造首先拆去进给箱、溜板箱;还要对车床的床鞍进行部分的改造,拆去纵向小拖板、 横向拖板,将丝杠换成滚珠丝杠,并且由一端驱动的步进电机来控制。2. 刀架的改造CA6140普通车床的刀架不能满足数改后的车床的性能和精度的要求。所以,必须要换成数控自动刀架。1.4主轴脉冲发生器为保持切削螺纹的功能,必须在主轴上安装脉冲发生器,采用脉冲发生器直接与主轴由无间隙传动联轴器连接,达到传动系统结构简化,传动链短,传动
10、刚度提高。主轴与脉冲发生器同步旋转,发出两路信号:每转发出的脉冲个数和一个同步信号,经隔离电路以及I/O接口送给数控装置(CNC),脉冲发生器及光栅编码器安装位置如图光栅编码器安装位置主轴脉冲发生器的结构及原理:脉冲发生器的组成部分包括白炽灯、聚光镜、光栅盘、光阑板、光敏管及其光电整形放大电路组成。光栅盘和光阑板都是玻璃材料制成,玻璃表面经过研磨抛光后用镀膜法镀上一层不透光的铬层,透光条及用照相腐蚀法制成。在光栅盘上刻有明暗条纹,有单条和1024个条两组。当平行光束经过光栅盘时,在光栅盘的另一面就产生明暗光带,这光带通过一个光阑狭缝,照在对应的光敏管上,从而产生光电脉冲信号,经斯密特电路整形后
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