普通机床的数控化改造设计毕业论文(编辑修改稿)

普通机床的数控化改造设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

必要的控制开关、继电器等。 改造后拆除原电控箱，原位安装改造后的电控柜，最后还需电气、机修人员共同进行通电调试。 数控机床中电气控制系统除了对机床辅助运动和辅助动作控制外，还包括对保护开关、各种行程、极限开关的控制，以及在操作盘上所有按键、操作指示灯等的控制。 改造后的电气控制系统，不仅保留了传统控制 系统的优点，同时具有体积小、功能强、通用性和灵活性强、使用维护方便等优点。 液压系统的清洁和维护 在车床数控化改造中一般不需要对机床原来的切削液系统进行改造。 用数控系统上的切削液接口与液压系统的电路连接，通过 CNC 控制，实现切削液的自动开关。 此外，液压系统的清洁程度对液压元件和液压系统的平稳、准确运行有着非常重要的影响。 对 C6132 车床进行数控化改造后，还要仔细检查液压元件，如果发现又已经磨损、老化的元件，如过滤器、空气滤清器、密封圈等，则需要更换，确保液压元件能正常工作，从而保证整个车床系统能 正常运行，实现数控车床的性能和加工特点。 在检查、更换、维护后对液压系统循环过滤，清洗整个系统。 4 数控系统的选择 根据改造后的 C6132 机床精度要求（数控化改造后纵向加工精度为 ，横向加工进度为 ），加工精度要求不算太高，所以可以选择步进电机驱动的开环控制系统。 综合考虑性价比，在充分调研比较的基础上并根据改造的目的，本方案选用广州数控设备厂生产的 GSK980TA 车床数控系统，广州数控设备厂同时生产与该数控系统相匹配的驱动器，从而有利于维修和管理。 GSK980TA 数控系统采用先进 的开放体系结构，性价比高，属于连续切削控制系统，具有以下特点： （ 1）、该系统采用 16bit 高速微处理器（ CPU）和超大规模可编程门阵列（ CPLD）进行硬件插补，实现高速微米级控制。 （ 2）、全封闭式装置，集成度高，整机工艺结构合理，抗干扰能力强，可靠性高。 （ 3）、直线型、指数型加减速方式，可配套步进电机、伺服电机，应用灵活。 （ 4）、可变电子齿轮比，应用方便。 （ 5）、 320*240 点阵图形式液晶显示。 （ 6）、中文、英文菜单，界面友好，操作方便。 GSK980TA 的车床数控系统技术参数见表 21 表 21 GSK980TA 的车床数控系统技术参数 运 动 插 补 方 式 控制轴： X、 Z 两轴 最小指令单位： 插补方式： X、 Z 两轴直线、圆弧插补 指令范围： + 999 999mm 最高快速速度： 7600mm/min 3000mm/min(选配 ) 最高进给速度：直线 7600mm/min（电子齿轮为 1:1 时） 每转进给： ~500mm/r（需安装 1024p/r 主轴编码器） 进给倍率： 0%~150%十六 级实时调节 快速倍率： F0、 25%、 50%、 100%四级 加减方式：直线型快速加减速，指数型进给加减速，参数可调 电子齿轮比：（ 1~127） /（ 1~127） 电子手轮功能：有 显示界面 显示器类型： 320╳ 240 点阵式蓝底液晶（ LCD）， CCFL 背光 显示方式：中文菜单 图形显示功能：有 G 功能 共 23 种 G 指令，包含 3 种单一固定循环指令和 7 种复合循环指令；8 种用户宏指令可读、 写，最多 16 位点输出。 二重子程序调用，用户宏程序调用 螺纹功能 米制 /英制单头直螺纹、锥螺纹及米制 /英制端 面螺纹，螺纹退尾长度可设定 螺纹螺距： ~500mm（米制）； ~ 牙 /in（英制） 主轴编码器： 1024p/r 增量式编码器 补偿功能 反向间隙补偿： X、 Z 轴 螺距误差补偿： X、 Z 轴（选配） 刀尖半径补偿： X、 Z 轴 刀具补偿： 16 组刀具长度补偿 刀具功能 适配刀架：最大设定 8 工位电动刀架（可选 12 工位刀架功能，就近选刀，无卡盘，尾座控制功能） 刀位信号输入方式：直接输入 换刀方式： MDI 自动绝对换刀或手动相对换刀，正转换刀，反转锁紧 对刀 方式：定点对刀，试点对刀 刀补执行方式：移动刀具，坐标偏移（可通过参数设定） 主轴功能 控制方式：可设置为 4 档位控制或模拟控制 档位控制： S S S S4 直接输出 模拟控制：可设置四档主轴自动或手动换挡，输出 0~10V 电压控制主轴转速 恒线速切削功能：有 辅助功能 手动 /MDI/自动控制主轴正转、反转、停止；切削液启停；润滑启停；卡盘夹紧 /松开；尾速进退； MDI/自动方式可控制主轴变频自动换挡 程序编辑 程序容量： 40kb、 63 个程序 子程序：可编程 通信 RS232 通信接 口为标准配置；可选配通信功能，提供通讯软件及通信电缆，与 PC 机双向传送程序 抗干扰能力 符合 GB/T — 20xx 的要求 适配部件 开关电源： GSK PB(配套提供，已安装连接 ) 驱动装置： DF3A 系列三相反应式， DY3B 系列三相混合式， DA98系列交流伺服 刀架控制： GSK TB 装配形式 标准面板，大面板，箱式 一体化（配 DF3A 系列或 DY3B 驱动装置）下出线，一体化后出线 外形尺寸 （ 420mm╳ 260mm╳ 136mm） /（ 420mm╳ 260mm╳ 136mm） (小 /大 ) 质量 （含开关电源） 5 机械本体部分的数控化改造与设计计算 进给系统的传动方式及丝杆类型选择 传动方式 机械部分传动机构示意图如图 31 所示和 32 所示。 横向和纵向均采用步进电机 —减速齿轮 — 滚珠丝杆螺母副 — 溜板的传动方式。 为实现机床所需要的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，同时为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副。 在本设计中采用循环插管式、双螺母垫片预紧、导柱管埋入式、精度等级为 3 级，型号为 JSC— CDM 系列滚珠丝杆 副。 此外 ,为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构，齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 在 X 轴和 Z 轴的步进电机输出轴端配置减速器，减速器由一对啮合齿轮组成，使减速器输出轴通过连接套与滚珠丝杆直接相连，由滚珠丝杆副把动力传给工作台带动工作台的移动。 图 12 横向传动机构示意图 1—— 步进电机 2—— 齿轮减速装置 3—— 支承装置 4—— 丝杠 5—— 中滑板 A、 B—— 齿轮 图 13 纵向传动机构示意图 1—— 步进电机 2—— 齿轮减速装置 3—— 支承装置 4—— 丝 杠 5—— 床鞍 A、 B—— 齿轮 滚珠丝杆的选择 关注丝杠副作为精密、高效的传动元件在精密机床、数控机床得到广泛应用，在机械工业、交通运输、航空航天、军工产品等各个领域应用得很普遍，可用作精密定位自动控制、动力传递和运动转换。 1）、滚珠丝杠副传动的特点。 滚珠丝杠副传动与滑动丝杠传动相比有以下优点： ○ 1 传动效率高。 一般可达 95%以上，是滑动丝杠传动的 2~4 倍。 ○ 2 运动平稳，摩擦力小，灵敏度高，低速无爬行。 ○ 3 可以预紧、消除丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度。 ○ 4 定位精度和重复定位精度高。 ○ 5 使用寿命为普通滑动丝杠的 4~10 倍，甚至更高。 ○ 6 同步性好，用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的部件或装置时，可获得较好的同步性。 ○ 7 使用可靠，润滑简单，维修方便。 ○ 8 不自锁，可逆向传动，即螺母为主动，丝杠为被动。 旋转运动变为直线运动。 ○ 9 有专业厂生产，选用配套方便。 滚珠丝杠副精度等级确定 查参考文献得出，在车床数控化改造中可选用 3 级精度的滚珠丝杠。 表 22 为滚珠丝杠推荐应用精度等级。 机床类型 坐标 精度等级 1 2 3 4 5 7 10 数控机床 X Z √√ √ √ √ 滚珠丝杠的润滑、防护、密封 ○ 1 润滑：滚珠丝杠必须润滑。 滚动轴承用的各种润滑剂原则上都要可以用。 主轴的各种润滑剂和润滑方式都可以用于精密滚珠丝杠。 一般情况下采用锂基 润滑脂，在高速和需要严格控制升温时，可用 L— AN32 全损耗系统用油、汽轮机油循环润滑或喷雾润滑。 ○ 2 防护和密封：丝杠防护套有伸缩套管式、折叠套管式和螺旋钢带保护套。 后者有专业厂生产，应用较广，所以选用螺旋钢带保护套。 机械本体改造和设计计算 纵向机械传动部分的数控化改造和设计计算 已知条件： 工作台重量（床鞍重量 +中滑板重量 +电动刀架）： G=800N 时间常数： T=25ms 滚珠丝杆基本导程： 0p =6mm 最大行程： S=650mm 脉冲当量： δ p=步角距： α =./步 最大进给速度： maxv =2m/min 纵向最大进给速度： maxf =1）切削力的计算。 由《机床设计手册》可知，切削功率可由式（ 21）求的。 其中， P查《机床说明书》，可知 P=；η一般为 ~，取η =； K=，则 cP =╳ ╳ = 切削功率应按在各种加工情况下，经常遇到的最大切削力（或转矩）和最大切削转速（或转速）来计算，即由式 (23)计算。 设按照最大切削速度来计算，取 v =100m/min，则主切削力由式（ 23） 求得： ZF = 31060 vPc N=  N= 由《机床设计手册》可知，在外圆车削时： XF =（ ~） ZF ， YF =（ ~） ZF 取纵向切削力分力 XF = ZF ，横向切削力分力 YF = ZF ，则 XF =╳ =1032。 80N YF =╳ = 滚珠丝杠设计计算 ○ 1 滚珠丝杠的选型方案。 （ a） 螺纹滚道型面的选择：单圆弧型面、双圆弧形面。 要求：经济、易调试、稳定 方案：选用双圆弧形面。 原因：双圆弧形面接触角不变，双圆弧交接处尚有小空隙 可容纳一些赃物，这对滚珠丝杠有利而不致堵塞。 （ b） 滚珠循环方式：内循环、外循环。 方案： 选用外循环。 原因：结构简单、工艺性优良、适合成批生产、经济实用，适用于重载荷传动、高速驱动及精密定位系统，是目前应用最广泛的结构。 （ c） 轴向间隙的调整和预紧力得选择：垫片式、螺纹式、齿差式。 要求：经济可靠、易拆装、刚度高。 方案：选用双螺母垫片式预紧。 原因：结构简单、装卸方便、刚度高。 滚珠丝杠副已经标准化，因此，滚珠丝杠副的设计归结为滚珠丝杠型号的选择。 ○ 2 计算作用在丝杠上的最大动 载荷 C（ N）。 首先根据切削力和运动部件的重量引起的进给牵引力，计算出丝杠的轴向载荷，再根据要求的寿命计算出滚珠丝杠副应能承受的最大动载荷 C。 （ a） 工作负载 mF。 可根据《机床设计手册》中的进给牵引力的实验公式计算，纵向为三角形导轨，可由式（ 25）计算得到，则： mF =[╳ +╳（ +800） ]N= （ b） 滚珠丝杠的转速 n。 可由下式计算 n =0max211000Pf =6  r/min=50r/min （ c） 丝杠寿命 t 由下式求得 t = 61060nT = 610 150005060  万 r=45 万 r （ d） 丝杠工作的最大动载荷 C。 可由式（ 26）求得，其中 Wf ， 1Hf ，则 万万 0 5 6 5 C 滚珠丝杠的选型 根据 C∠ Ca的原则。 是选取的滚珠丝杠的额定动载荷大于计算的最大工作载荷。 查《机械零件设计手册》，由于导程为 6mm，所以选取滚珠丝杠的型号为 CDM32065，工程直径为 32mm，其额定动载荷是 26250N,故强度够足够。 CDM32065 表示外循环插管式、双螺母垫片式预紧、导程管埋入式的滚珠丝杠，其为右旋螺纹，载荷钢球为 5圈，精度为 3 级的定位滚珠丝杠副。 具体参数见表 23. 表 23 CDM32065 型滚珠丝杠具体参数 工程直径 mm 基本导程 mm 钢球直径 mm 丝杠外径 mm 螺纹底径 mm 额定动载荷 接触刚度 N/um d0 P0 Dw d1 d2 动载荷 Ca 静载荷 C0a 32 6 26250 76631 1839 螺母安装连接尺寸 /mm D D1 D3 D4 B D5 D6 h L L1 C A M 60 90 75 13 7 12 7 136 54 7 3 M6 滚珠丝杠的验算 ○ 1 效率 计算。 根据《机械原理》，丝杠螺母副的传动效率 0 可由下式求得。 其中， 39。 10 ；tanγ =螺距 /（  ╳ 工程直径），γ = 39。 0253 ,则： )10253t a n( 253t a n)t a n(t a n 39。 39。 039。 00   = ○ 2 刚度验算。