CA6140普通车床的数字化改造设计【用GSK980T数控系统】【全套CAD图纸+Word说明书】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本科毕业设计（论文） 普通车床的数字化改造 【用 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 提交日期 年 月 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 华南理工大学广州学院 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解华南理工大学广州学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照有关要求提交学位论文的印刷本和电子版本；华南理工大学广州学院图书馆有权保存学位论 文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用复印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的的前提下，可以公布论文的部分或全部内容。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 作者 联系电话： 电子邮箱： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 本次设计是对 旧机床数控化进给系统的改造 的 设计 。 在这里 主要包括 :主传动系统的 设计 、 纵向 进给系统的 设计 、 横向 进给系 统的 设计 。 而我主要是针对 横向 进给系统的设计 纵向 进给系统 进行机械 设计 。 主传动系统设计的数控机械设计。要求的经济型数控改造加工精度不高，为简化结构，降低成本。 通过控制横向进给系统，确保机床的定位，直线插补，圆弧插补的设计，和暂停。传动效率是机床的要求，采用步进电机通过联轴器驱动 丝 杆；为了保证传动精度和一定的稳定性，尽量减少摩擦，滚珠丝杠副的选择。 关键词 ： 车床 ， 数控 设计 ， 联轴器 ， 滚珠丝杠 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 目 录 摘 要 . . 一章 绪论 . 1 题背景 . 1 床改造的内容及意义 . 2 通车床的数字化改造主要解决的问题 . 3 第二章 数控系统的选择 . 4 控系统的选择 . 4 床数控系统的组成部分 . 6 气控制原理 . 6 第三章 纵向进给伺服进给结构设计 . 8 定脉冲当量 . 8 削力的计算 . 8 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 9 度的选择 . 9 杠导程的确定 . 9 大工作载荷的计算 . 9 大动载荷的计算 . 10 珠丝杠螺母副的选型 . 10 珠丝杠副的支承方式 . 11 动效率的计算 . 11 度的验算 . 11 定性校核 . 12 界转速的验证 . 13 轮传动的计算 . 13 进电动机的选择 . 13 第四章 横向进给伺服进给结构设计 . 16 削力的计算 . 16 珠丝杠螺母副的计算和选型 . 16 大工作载荷的计算 . 16 大动载荷的计算 . 16 珠丝杠螺母副的选型 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 滚珠丝杠副的支承方式 . 17 动效率的计算 . 17 度的验算 . 17 定性校核 . 18 界转速的验证 . 18 给伺服系统传动计算 . 18 定传动比 . 18 轮参数的计算 . 19 . 19 动惯量的计算 . 19 机力矩的计算 . 20 进电机的选择 . 21 第五章 主轴交流伺 服电机 . 22 定传动方案 . 22 轴的变速范围 . 23 选主轴电机的型号 . 23 轴电机的校核 . 23 第六章 元件的选择 . 25 轴系统的方案确定 . 25 装电动卡盘 . 25 电编码器 . 25 概述 . 25 主要技术性能 . 25 控刀架 /列刀架 . 26 结论 . 28 参考文献 . 29 致谢 . 31 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 X 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 一 章 绪论 题背景 机械制造业在世界经济发展中，作为基础产业，具有重要的地位。为此，各国的经济学家和企业家在不断探索新形势下的各种先进制造技术及制造业的发展战略。作为制造业核心的机床制造业则是支柱的基石，是任何行业都不可或缺的。产生与发展的社会、经济基础 (1)我国现有的、数以万计的陈旧、落后的机床是机床大修与数控化改造行业产生的现实基础我国是一个发展中国家，由于长期自身机制的不适应性，经济实力过低、技术落后、设备陈旧，极大地制约着国民经济的发展。为尽快改变我国机械制造业的落后状态，近二十多年来，我们在艰难地发展民族机床制造业的同时，积极地引进了世界先进技术与设备。一方面与世界先进机床制造厂合作，不断生产出具有世界先进水平的各类机床；另一方面直接购进了大量的各类机床。这一切都为我国国民经济的快速发展起到了巨大的作用。 但是，机床长期运转甚至超负荷使用，同时又缺少认 真的维修与保养，造成机床严重磨损，丧失了精度；有些机床则由于企业人员及产品结构的改变，或由于技术力量不足而被长期闲置，需要使用时却发现早已锈迹斑斑，电控系统不能起动；由于新产品制造的需要，原有机床性能已不能满足使用要求，急需更新升级改造；由于世界计算机及网络技术的飞速发展，造成数控系统、驱动系统厂的产品更新加快，原有产品过早停产，给备件更换与维修带来一定困难；况且数控系统的使用寿命一般在 5 10 年，而我国大多数机床都在超期服役。这些诸多因素都需要对机床进行大修及数控化升级改造。 (2)新进的大批二手机床成为 机床大修及数控化改造行业的催化剂自改革开放以来，许多企业引进了一大批国外淘汰的旧机床，虽然有一部分尚能满足使用要求，但是多数由于缺少经验、技术、资料及备件等因素，造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬局面。其中不乏有为改造后投入使用而引进的旧机床和生产线。这里多数的二手机床只要再有适当的资金投入，经过大修改造即可发挥作用。 (3)显著的经济效益是机床大修及数控化改造行业的发展动力对于机床拥有者来说，只需花费购买相同新机床 30%以下的费用即可获得相同的使用效果。根据国际该行业的记载，即使将原机床的结构 性能进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床 60%左右的价格。 对于机床大修改造业内公司来说，这不仅为他们的服务企业产生巨大社会经济效益，而且也是他们自身生存和发展的根本动力。 (4)机床大修及数控化改造的优势是该行业生存与发展的有利条件旧机床的大修、翻新、升级改造与购买新机床相比有优势。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 床改造的内容及意义 数字控制机床 又称为 机床数控化改造 ，这是一种将数字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。 机床数控化改造 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，是典型的机电产品。 机床数控化改造 能缩短生产准备时间，增加切屑加工时间的比率； 使用 机床数控化改造 进行生产，加工的零件精度高，产品质量稳定 ,从而有效的提高了产品在市场上的竞争力； 机床数控化改造 具有广泛的适应性和较大的灵活性，因此能够完成很多 机床数控化改造 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； 许多 机床数控化改造 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； 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；应用 机床数控化改造 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。 数控 改造化 车床 是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的 机床数控化改造 ，约占 机床数控化改造 总数的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零 件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能切槽、钻、扩、铰孔 的 加工。 由于 数控 改造化 车床 具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些 数控 改造化 车床 还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。 由于 数控 改造化 车床 刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。 数控 改造化 车床 具有恒线速切削功 能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。 数控 改造化 车床 还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。 由于 数控 改造化 车床 具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。 通车床的数字化改造主要解决的问题 解决形状复杂、精密、多品种 及中小批零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，随着制造技术向自动化、柔性化方向的发展，当前机床的数控化率已成为衡量一个国家制造工业水平的重要标志。但目前我国数控机床的广泛应用受到一些条件的限制。有关统计资料表明，目前我国机床总拥有量为 378 万台，其中数控机床只有 8 万多台，远远低于美国、日本、德国、韩国等制造业发达国家机床数控化率 20以上的水平。国内数控设备严重失衡的原因：数控机床价格昂贵，一次性投资大，对中小型企业常是心有余而力不足；同时各企业有大量的普通机床，如果全部用数控机床来代替也将造成很大 的浪费。要较好地解决问题，用数控技术对普通机床进行改造，是既适合我国国情又能提高机床数控化率的一条有效途径，是我国尤其在中西部欠发达地区企业设备技术改造的主要方向之一。改造的方案普通机床的数控化改造一般是指对现有普通机床的某些部位做一些改装，再配上经济型数控装置或标准型数控系统，从而使原机床具有数控加工的能力。普通机床数控化改造后较改造前机床的自动化程度高、专业性强、加工精度及生产率都有很大的提高；改造机床的费用比购买数控机床的费用低、经济性好、生产周期短。改造中应完成的两项主要工作是：增加数控系统和进行 机械系统的改造。数控系统的选择控制方式选择目前数控系统控制方式主要有种类型：步进电机拖动的开环系统、异步电机或电机光栅测量反馈的闭环数控系统和交伺服电机拖动编码器反馈的半闭环数控系统。其中步进电机拖动的开环系统，其伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。该系统位移精度较低，但结构简单、调试维修方便、质量稳定可靠、成本低、抗干扰性能强、对环境室温要求不高，易改装成功，适用 于精度要求一般的中小型机床的改造，这是目前数控改造中应用最为广泛的一种 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 二 章 数控系统的选择 控系统的选择 数控机床 是一种先进的加工设备，它以高精度、高可靠性、高效率、可加工复杂曲面工件等特点得到广泛应用。但若选型不当 ，则不能发挥其应有的效益，且使资金大量积压，从而产生风险。广义的选型主要包括机型选择、 数控系统 选择、机床精度选择、主要特征规格选择等。其中机型选择和 数控系统 选择风险最大，机床精度和主要特征规格选择次之，故要减少选型风险，可从以下几方面着手。 一、机型选择 在满足加工工艺要求的前提下设备越简单风险越小， 车削 加工中心和 数控车床 都可以加工轴类零件，但一台满足同样加工规格的 车削 中心价格要比 数控车床 贵几倍，如果没有进一步工艺要求，肯定选择 数控车床 风险较小。同样在经济型和普通型数控车床中要尽量选择经济型数控车床。 二、 数控系统 选择 在选购 数控机床 时，同一种机床本体可配置多种数控系统。在可供选择的系统中，性能高低差别很大，直接影响到设备价格构成。目前数控系统种类、规格极其繁多，进口系统主要有日本 国 本 国 大 利 班牙 国 。国产系统主要有广州系统、航天系统、华中系统、辽宁蓝天系统、南京大方系统、北方凯奇系统、清华系统、 统等，每家公司都有一系列各种规格的产品。减少数控系统选型风险的基本原则是： 性能价格 比 大，使用维修方便，系统的市场寿命长。因此不能片面追求高水平、新系统。而应该以满足主机性能为主，对系统性能和价格等作一个综合分析，选用合适系统。同时应逐渐少选传统的封闭体系结构的数控系统或 入 构的数控系统，因为这类系统的功能扩展、改变和维修都必须借助于系统供应商。应尽可能选用 入 构或 构的开放式数控系统，这类系统的 件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与 伺服驱动 和外部 1/O 之间的标准化通用接口，就像计算机上可以安装各种品牌的声卡、显卡和对应的驱动程序一样，用户可以在 台上，利用开放的 核，开发所需的功能，构成各种类型的数控系统。另外数控系统中基本功能以外还有很多选择功能，用户可以根据自己的工件加工要求、测量要求、程序编制要求等，额外再选择一些功能列入订货合同附件中，特别是实时传输的 能等。 三、精度选择 数控机床 精度等级 的选择取决于典型零件的 加工精度 。一般数控机床精度检验项目都有买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2030 项，但其最有特征的项目是：单轴定位精度、单轴重复定位精度、两轴以上联动加工出来试件的圆度。定位精度和重复定位精度综合反映了 该轴各运动部件的综合精度。单轴定位精度是指在该轴行程内任意一个点定位时的误差范围，它直接反映了机床的 加工精度 能力，而重复定位精度则反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。以上两个指标中，重复定位精度尤为重要 。目前数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。如丝杠的 螺距 误差和累计误差可以用 螺距 补偿功能补偿，进给传动链的反向死区可用反向间隙补偿来消除。但电控方面误差补偿功能不可能补偿随机误差（如传动链各环节的间隙、弹性变形和接触刚度等因素变化产生的误差），它们往往随着 工作台 的负载大小、移 动距离长短、移动定位速度的快慢等反映出不同的运动量损失。在一些开环和半闭环进给伺服系统中，测量元件以后的机械驱动元件，受各种偶然因素影响，也有相当大的随机误差影响，例如 滚珠丝杠 热伸长引起的 工作台 实际定位位置漂移等。所以重复定位精度的合理选择可大大减少精度选择风险。 铣削 圆柱面精度或 铣削 空间螺旋槽（ 螺纹 ）精度是综合评价该机床有关数控轴（两轴或三 轴）伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标，评价指标采用测量加工出的圆柱面的圆度。在数控铣床试切件中还有铣斜方形四边加工，这也是判断两个可控轴在直线插补运动时精度的一种方法。对于数控铣床，两轴以上联动加工出来试件的圆度指标也不容忽略。定位精度要求较高的机床还必须注意它的进给伺服系统采用半闭环方式还是全闭环方式，注意使用检测元件的精度及稳定性。如机床采用半闭环 伺服驱动 方式，则精度稳定性要受到一些外界因素影响，如传动链中 滚珠丝杠 受工作温度变化造成丝杠伸长，对 工作台 实际定位位置造成漂移影响，使加工件的 加工精度 受到影响。 四、数控机床主要特征规格选择 数控机床的主要特征规格应根据确定的典型工件族加工尺寸范围而选择。数控机床的最主要规格是几个数控轴的行程范围和 主轴电机 功率。机床的三个基本直线坐标（ X、 Y、 Z）行程反映该机床允许的加工空间，在车床 中两个坐标 X、 Z 反映允许回转体的大小。一般情 况 下 加 工 件 的 轮 廓 尺 寸 应 在 机 床 的 加 工 空 间 范 围 之 内 ， 如 典 型 工 件 是4505050箱体，那么应选取工作台面尺寸为 50000加工中心，选用工作台面比典型工件稍大一些是考虑到安装 夹具 所需的空间。机床工作台面尺寸和三个 直线坐标行程都有一定比例关系，如上述工作台 50000机床， X 轴行程一般为 700800 Y 轴为 500700Z 轴为 500600此，工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。个别情况下也可以有工件尺寸大于坐标行程，这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围之内，而且要考虑机床工作台的允许承载能力，以及工件是否与机床换刀空间干涉、与机床 防护罩 等附件干涉等一系列问题。数控机床的主电机功率在同类规格机床上也可以有各种不同配置，一般情况下反映了该机床的切削 刚性 和 主轴 高速性能。轻型机床比标准型机床 主轴电机 功率就可能小 12 级。目前一般加工中心 主轴 转速买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 在 40008000r/速型机床立式机床可达 2 万 7 万 r/式机床 1 万 2 万 r/ 主轴电机 功率也成倍加大。 主轴 电机功率反映了机床的切削效率，从另一个侧面也反映了切削 刚性 和机床整体刚度。在现代中小型数控机床中，主轴箱的机械变速已较少采用，往往都采用功率较大的或交流可 调速电机 直联主轴，甚至采用 电主轴 结构，这样的结构在低速切削中扭矩受到限制，即 调速电机 在低转速时输出功率下降，为了确保低速输出扭矩，必须采用大功率电机。所以同规格机床数控机床主轴电机比普通机床大几倍。当典型工件上有大量的低速加工时，必须对机床的低速输出扭矩进行校核。 床数控系统的组成部分 床数控系统 主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人输出接口等组成。主控制系统主要由 存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量 等物理量其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。 气控制原理 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 三 章 纵向进 给伺服进给结构设计 定脉冲当量 一个脉冲，使机床移动部件产生位移，也被称为数控机床的最小单位。脉冲是一个基本的技术参数，对数控机床的加工精度。冲。 确定脉冲当量，纵向： 冲，横向： 冲。 削力的计算 车削外圆时的切削力如图 3示。主切削力 切削速度的方向一致，垂直向下，是计算车床主轴电动机切削功率的依据；进给力向力加工精度的影响较大。 图 3削力分析 选工件材料碳素结构钢， b =650选用刀具材料为高速钢； 刀具几何参数：主偏角 。75 ，前角0= 。10 ，刃倾角s= 。5 ； x 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 切削用量 为：背吃刀量给量 f =r，切削速度m/ 由表（ 得：770; 由表（ 得：主偏角修正系数角，刃倾角修正系数都为 代入公式： = 0 =) 进给力与背吃刀力 由经验公式： cF：fF：:： xF=2=yF=2=珠丝杠螺母 副的计算和选型 滚珠丝杠副作用是旋转运动变为直线运动，在释放量之间的滚珠丝杠和螺母滚道的螺旋传动，线程产生滚动摩擦。螺旋旋转，带动滚珠沿螺纹滚道。螺母设有复位装置，和螺纹滚一个球流通渠道。为了配合无间隙甚至是球和滚道之间形成的，可以设置预紧装置。为了延长使用寿命，可设置的润滑和密封。 度的选择 滚珠丝杠副的精度直接影响数控机床的定位精度，在滚珠丝杠精度参数中，其导程误差对机床定位精度最明显。一般在初步设计时设定丝杠的任意 300程变动量300 1/2,在最后精度验算中确定。对于车床，选用滚珠丝杠的精度等级 X 轴为 1 3 级（ 1 级精度最高）， Z 轴为 2 5 级，考虑到本设计的定位精度要求和改造的经济性，选择 X 轴精度等级为 3 级， Z 轴为 4 级。 杠导程的确定 与运动速度导致的选择，所需的系统等，通常是： 4， 5， 6， 8， 10， 12， 20，规模大，影响一般也可以选择较大（主要考虑带齿厚）。在速度上满足的情况下，较小的铅一般的选择（提高控制精度），本设计主要纵向丝杠副行程 8向丝杠导 程为 5 大工作载荷的计算 最大工作载荷叫进给买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 牵引力 ,其实验计算公式如表 3示。 表 3导轨类型 实验公式 K 矩形导轨 )( 尾导轨 )2( 合或三角导轨 )( 8 表中 K 为考虑颠覆力矩影响时的实验系数； 为滑动导轨摩擦系数； G 为移动部件总重量。 G=1000N 查表 3择综合导轨， K 取 取 为 1000N ； 算得 )( =197+ 3420+1000） =(N 大动载荷的计算 载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。比如起重机以等速度吊起重物，重物对吊索的作用为静载，起重机以加速度吊起重物，重