cm6132型精密车床进给系统的数控改造毕业设计论文(编辑修改稿)

cm6132型精密车床进给系统的数控改造毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

motor .......................... 31 Determine the maximum static torque ...................... 32 C hecking the inertia match....................................... 32 Chapter 5 Mechanical syste m dynamic analysis ........................ 34 C alculation of the lowest natural frequency of the screw Longitudinal vibration system .................................................... 34 Calculation of the lowest natural frequency of torsional vibration system ........................................................................ 34 Calculate the mechanical transmission of the reverse dead zone ........................................................................................... 35 The mechanical transmission system by the integrated pressive and tensile stiffness changes caused by positioning error .......................................................................................... 35 The calculation of ball screw error to reverse the deformation.................................................................................................. 36 The calcula tion of the amo unt of deformation of the CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 IX Torque caused by the ball screw pair ........................ 36 Conclus ion ..................................................................................... 37 Thanks ........................................................................................... 38 References ..................................................................................... 39 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 1 第 1 章 绪论 选题的意义 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 [1 ]。 因此，现在国内的主要先进的数控机床都是进口的，即使自己做的车床中的精密部件如精密丝杠都是靠进口的，价格昂贵，没法靠自己的技术来制造。 对现有 老机床进行数控化改造费用低廉，符合我国的国情，并可普遍提高我国数控人员的制造水平 [2 ]。 数控系统发展简史 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 [ 3 ]。 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 五 代 的 发 展。 第一代数控： 1952— 1959 年采用电子管元件构成的专用数控装置 (NC)。 第二代数控：从 1959 年开始采用晶体管电路的 NC 系统。 第三代数控：从 1965 年开始采用小、中规模集成电路的 NC 系统。 第四代数控： 从 1970 年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统 (CNC)。 第五代数控：从 1974 年开 始采用微型电子计算机控制的系 统(MNC)[4 ]。 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 2 国内数控状况分析 目前我国数控金切机床市场上高、中、低档机床消费比重，在消费量上约为 5:50:45，在消费额上约为 15:70:15[5 ]。 国内对高中档机床的需求无论在消费量还是消费金额方面都已超过了低档机床。 相应地，国产机床产品调整步伐仍不够快速和及时，国产床的国内市场占有率仅为 27%[6 ]，且产品构成大多以低档为主，如数控车床中 70%是由单板机控制 的经济型数控车床，电加工机床中 80%以上是经济型的，这两类床占了我国床产量的一半以上。 轴联动床、数控超重型机床等高档机床以及加工中心虽也有生产，但数量不足千台，且制造成本较高 [35]。 数控系统的 发展趋势 从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了半个世纪历程。 随着电子技术和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。 1. 数控系统向开放式体系结构发展 ； 2. 数控系统 向软数控方向发展 ； 3. 数控系统控制性能向智能化方向发展 ； 4. 数控系统向网络化方向发展 ； 5. 数控系统向高可靠性方向发展 ； 6. 数控系统向复合化方向发展 ； 7. 数控系统向多轴联动化方向发展。 最近，国外主要的系统开发商在 6 轴联动控制系统的研究上已经取得和很大进展，在 6 轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面，且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化 [7 ]。 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 3 普通 机床进行数控化改造的必要性 我国现有机床 320 多万台 [8 ]，这些机床技术状况老化 严重，据统计，全国 30%左右设备在 16 年以上，其中近 30%的役龄超过 26 年 [9 ]，这些都说明目前我国还没有走上主要依靠科技进步对机床进行改造的轨道。 另外，随着科技的进步，生产依赖于设备的程度日益增大，企业的产量、质量、效率、成本、安全及环境保护和劳动情绪都受设备的制约，实现企业的现代化己势在必行。 但据资料介绍，我国的金属切削机床年产量仅占同类设备拥有量的 1/28，如将每年生产的全部机床用来更换旧机床需要 28 年所以，我国目前解决设备技术进步的主要途径是机床改造 [4 10]。 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 4 第 ２ 章 总体 方案的设计 计算参数和技术要求 1. 车身上最大加工直径 320mm。 2. 撤掉进给箱、溜板箱，改用步进电机驱动纵、横向进给 [8 ]。 总体方案的拟定 本篇设计研究的对象为 CM6132 车床，适用于车削精密零件，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。 该车床具有分离运动，加工精度高等特点，进行数控改造更有实际意义 [9 11]。 普通车床在进行数控化改造时，应尽量达到具有高的静动态刚度、运动副之间的摩擦系数小、传动无间隙、功率大、便于操作和维修等要求。 不能简单地认为将数控装置与普通车床联接在一起就达到了数控车床的 要求，应该对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的。 数控改造对机械传动系统的要求： 1. 采用低摩擦的 传动副 [1 2 ]； 2. 最佳的降速比 ， 为了达到数控机床所要求的速度，使刀架的运动尽可能的加速，以跟踪数控系统发出的指令 ； 3. 缩短传动链以及用预紧的办法提高传动系统的刚度 ； 4. 消除传动间隙，以减小返向行程误差 ； 5. 满足低振动和高可靠性方面的要求。 为此应选择间隙小，传动精度高，运动平稳，效率高以及传递扭矩大的传动元件。 机械系统改造方案主要涉及提高移动部件 的灵活性，减少和消除传动间隙，特别是减少反向间隙，其改造工作量大。 通常的改造部位有导轨副、传动元件及联轴器等。 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 5 进给电机伺服系统的改造设计 为满足尽可能减少改动量的要求，采用步进电机经接口箱驱动丝杠，带动刀具纵向和横向移动，用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构，具有摩擦力小，运动灵敏，无爬行现象的特点，也可以进行预紧，以实现无间隙传动，以使传动刚度好，反向时无空程死区 [1 3 ]。 在使用滚珠丝杠副时应注意，由于滚珠丝杠副具有可逆传动特性，没有自锁能力，在高速大惯量系统中应设置制动机构。 应用滚珠 丝杠替换原车床的普通丝杠进行改造时的注意事项如下： [1 4 ]。 保证横向、纵向脉冲当量之比恒定为 1：2，以方便编程。 ，由于传动运动中增加了一级齿轮，故走刀方向与原系统设定的方向相反，调整步进电机的接线使其方向变反，即可恢复系统约定的运行方向。 ,其结构可采用调隙式齿轮 [1 5 ]。 纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及其相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及其和丝杠的连接部分在主轴箱之下 ，并不占据丝杠空间，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠，从而使纵向进给的整体刚度优于以前；横向进给机构的改造：由于原横向进给的丝杠空间有限，所以拆除横向丝杠换上滚珠丝杠。 由于现在的步进电机的驱动能力很强，步距角也比原来小了很多，所以步进电机和丝杠之间用联轴器连接，1:1 传动。 联轴器 当电动机与滚珠丝杠之间传递的扭矩较大时，由于伺服电动机优越的力矩特性，可以采用电动机与滚珠丝杠直接连接的方法，这不仅可以简化结构、减少噪音，而且对减少传动链的间隙、提高传动刚度也有打的好处。 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 6 1— 电机轴； 12— 螺 钉； 3— 法 兰； 4— 外锥 环； 5— 左 本体 ； 13— 螺栓； 1 16— 垫 片； 9— 右本 体； 10— 法兰 ； 11— 丝杠。 图 21 挠性联轴器 图 21 是现在广泛采用的直接联接电机轴和丝杠 挠性联轴节 [1 6 ]。 这种联轴器的工作原理是：联轴节的左半部装在电机轴上，当拧紧螺钉 2 时，件 3 和件 5 相互靠近，挤压内锥环 17 和 外锥环 4，使外锥环内径缩小，内锥环外径胀大，使件 5 与电机轴 1 形成无键联接。 右半部也同样形成无键联接。 左半部通过弹性钢片组 15 的两个对角孔与螺栓 6 球面垫圈 8 相联。 图中表明球面垫圈 8 与右半部件 9没有任何联接关系。 同样，弹性钢片组 15 的另外两个对角孔通过球面垫圈 1 16 和 螺栓 13 与右半部联接，垫圈 16 与件 5 没有任何联接关系。 这样依靠弹性钢片组对角联接 (即挠性 )传递扭矩，且与电机轴和丝杠都无键联接，便是挠性联轴节的工作原理。 CM6132 型精密车床进给系统的数控改造 7 尺寸参数 1. 通过主轴孔最大棒料直径 d d ＝ 101 D ＝ 101 320＝ 32mm 2. 车床宽度 B B ＝ ＝ 243mm 3. 经济合理的工件或刀具直径按照以下经验公式估定 maxd =（ ～ ） D = = 320 = 192mm mind =（ ～ ） D = = 320 = 32mm 运动参数 最高和最低转速不能仅用计算方法来确定。 还应该和先进的同类机床比较，。