数控机床改造毕业设计样本

湖南铁道职业技术学院HUNANRAILWAYPROFESSIONALTECHNOLOGYCOLLEGE毕业设计题目：CA6140普通车床数控化改造系别：机电工程系学生姓名：郭柳专业班级：数控维修091班指引教师：孙贵清教师完毕时间：12月湖南铁道职业技术学院毕业设计评阅书1.指引教师评语：签名:年月日2.答辩委员会综合评语:经毕业设计(论文)答辩委员会综合评估成绩为：答辩委员会主任(签字):毕业设计评分原则考核项目及总分具体内容分值评分原则得分差及中良优设计过程20查阅资料及手册能力50~233.54.55工作态度及纪律状况50~233.54.55独立工作能力50~233.54.55基本概念、基本理论及专业知识掌握状况50~233.54.55设计成果40规定任务完毕状况100~578910阐明书质量100~578910图纸及技术文档质量150~810121315设计有无独到和创新之处50~233.54.55答辩状况40对设计阐述（自述）150~810121315基本理论和办法问题150~810121315关于设计问题100~278910班级数控维修091学号1姓名郭柳总分指导老师签名考核小组专家签名毕业设计任务书机电工程系一、设计课题名称：CA6140车床数控化改造二、指引教师：孙贵清三、设计规定：采用数控装置和伺服装置，对CA6140车床进行数控化改造。规定能进行车削数控加工，达到或超过原车削加工性能。数控装置、伺服装置选取合理，控制系统设计简朴可靠，保护办法完备。四、设计根据：CA6140车床控制规定、电气原理图及有关参数；数控装置型号规格参数；伺服装置型号规格参数；惯用低压控制电器型号规格参数。五、参照资料：熊光华主编·数控机床·北京：机械工业出版社；廖兆荣主编·机床电气自动控制·北京：化学工业出版社；王爱玲主编·当代数控机床构造与设计·北京：兵器工业出版社；1999余良英编著·机床数控改造设计与实例·北京：机械工业出版社；1998白恩远主编·当代数控机床伺服及检测技术·北京：国防工业出版社；袁任光编著·交流变频调速器选用手册·广州：广东科技出版社，曾毅等编著·变频调速控制系统设计与维护·济南：山东科学技术出版社，编写组编·机床设计手册第5卷上、下册·北京：机械工业出版社，1979李荣生主编·电气传动控制系统设计指引·北京：机械工业出版社，姜德希编·机床电气线路图册·北京：中华人民共和国农业出版社，编写组编著·工厂惯用电气设备手册上、下册·北京：中华人民共和国电力出版社，1997六、设计内容进度及工作量(一)设计内容和进度规定序号进度规定设计内容11周理解车床传动、控制、加工性能，分析国内外数控车床构造、控制和加工规定。通过度析、比较、计算，拟定改造总体方案。20．5周对进给、主轴传动系统进行分析计算，选取拖动电动机并拟定传动系统改造方案。1周完毕进给、主轴传动系统改造图。30．5周选取伺服装置0．5周完毕伺服系统控制设计，并完毕伺服系统控制原理图。40．5周选取数控装置。51周完毕电气原理图草图和电气安装接线图草图。0．5周完毕电气原理图和电气安装接线图。60．5周伺服系统调试设计。0．5周数控装置调试设计。0．5周机床安装及调试设计。72周编写设计阐明书。81周毕业设计答辩准备及答辩。(二)工作量设计阐明书：数控化改造总体方案设计；机械某些改造设计；伺服装置选型；伺服系统控制设计；数控装置选型；电气控制系统设计；机床安装与调试设计。图纸：机械改造图；伺服系统控制原理图；电气安装接线图；电气原理图；元器件清单；七、阐明书格式和装订规定（一）毕业设计封面（全系统一格式）（二）毕业设计评阅书（全系统一格式）（三）评分原则（全系统一格式）（四）毕业设计任务书（指引教师下发）（五）毕业设计明细表（全系统一格式）（六）目录（七）毕业设计正文（八）设计图纸（九）毕业设计总结（十）参照资料注:阐明书用A4开纸打印或书写，毕业设计正文字数不少于1.5万（含空格）八、毕业设计课题审批表审批详细意见审查部门负责人意见专业负责人时间年月日学术负责人时间年月日目录TOC\o"1-3"\h\u16403第1章前言 1208431.1问题提出 134161.2普通车床数控化改造好处 156011.3机床数控化改造意义 225287第2章改造总体方案 3138932.1CA6140车床简介 310652.1.1CA6140车床构成图 373162.1.2CA6140改造参数 4316092.2数控化改造规定和内容 46924第3章机械某些改造 7106273.1主传动系统 742823.1.1主传动系统简介 7216763.1.2主轴脉冲发生器 7183703.2进给传动系统 7283363.2.1纵向进给改造与计算 76463.2.2横向进给改造与计算 11208893.2.3导轨 155968第4章辅助装置 16300224.1刀架改造与安装 1613889第5章数控某些 19271835.1数控系统选取 1949855.2数控系统简介 1928945.2.1操作面板 19163555.2.2软件操作界面 21103285.2.3系统参数 2133415.3伺服驱动 22129655.4伺服电机 2431972第6章机床安装与调试 2526866.1数控系统调试 2511196.1.1参数设立 25142436.1.2外部状态检查 28246566.1.3伺服电机安装调试 30284946.1.4接通伺服电源 31302006.1.5连接机床调试 3169076.1.6参数设立与系统调试 34176906.1.7其她参数设立及传动链注意事项 34283476.2电气PLC调试 34244616.3安装调试注意事项 3521218元器件清单 3615026毕业设计图纸 3817478道谢 424399参照文献 43第1章前言1.1问题提出数控车床作为机电液气一体化典型产品，是当代机械制造业中不可缺少加工设备，在机械制造业中发挥着重要作用，能解决机械制造中构造复杂、精密、批量小、零件多变加工问题，且产品加工质量稳定，生产效率较高。公司要在激烈市场竞争中获得生存、求得发展,就必要在最短时间内以优秀质量、低廉成本,制造出合乎市场需要、性能适当产品,而产品质量优劣,制造周期快慢,生产成本高低,又往往受工厂既有加工设备直接影响。购买新数控机床是提高数控化率重要途径,但是成本太高，诸多工厂在短时间内都无法有那么多资金，这严重阻碍公司设备更新和设备改造步伐；同步当前大多数公司尚有数量众多，并且还具备较长使用寿命普通机床，由于普通机床加工精度相对较低、不能批量生产，生产自动化限度不高，生产自适应性差，但考虑投资成本，产业持续性和转型周期，又不能立即裁减。而改造既有旧机床、配备与之相适应数控系统，把普通机床改装成数控机床，是当前许多公司对既有设备改造换代首选办法，也是提高机床数控化率一条有效途径，不失为一条投资少、提高产品加工精度及质量，提高生产效率捷径，使公司提高竞争力，在国内成为世界制造业中心及制造强国进程中，占有一席之地。因此，针对普通车床6140存在如下几种问题：1）车床整体太老旧，机床磨损严重，加工精度达不到规定。2)车床电气元件老化，连接线不稳固。3)普通车床加工存在局限性，不能实现当代各种零件加工。4)随着机床发展，机床也变成了数控化、人性化、效益化。而，普通车床实现一人操作多台机床，不能自动化控制。故，据上述问题普通车床即将面临裁减，因而，普通车床改造势在必行。1.2普通车床数控化改造好处（1）有助于普通车床再次运用经改造后车床可以再次运用，可以达到生产规定，实现数控化、人性化、效益化。（2）有助于公司技术提高，成本节约数控机床与普通机床相比，有很大优势，数控机床具备高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，改进劳动条件，利于生产管理当代化；而普通机床精度低，效率低，适合批量较小，精度规定不高，零活类零件。它投资较数控低，但对工人操作技能规定较高，因而工人工资水平高。这样会大大加大公司支出，对公司收入也是有所影响。（3）有助于公司经济开支节约数控化改造普通顾客都能承担起,这为资金紧张中小型公司技术改造开辟了新路,也对实力雄厚大型公司产生了较大吸引力。由于新型机床价格昂贵,一次性投资巨大,如果把旧机床设备所有用新型机床替代。要耗费大量资金,而替代下机床又会闲置起来导致巨大挥霍,若采用数控技术对旧机床加以改造和购买机床相比,则可省50%以上资金,一套经济型数控装置价格仅为全功能装置1/3到1/5。（4）有助于数控化市场扩大订购新数控机床交货周期普通较长,往往不能满足顾客需要,而改造数控机床可以适应市场对产品多样化和高精度规定。因而得到了顾客广泛应用,机床数控化改造已成为满足市场需求重要补充手段,对中、小型公司来说是十分抱负选取。1.3机床数控化改造意义(1)节约资金。机床数控改造同购买新机床相比普通可节约60%左右费用，大型及特殊设备尤为明显。普通大型机床改造只需花新机床购买费1/3。虽然将原机床构造进行彻底改造升级也只需耗费购买新机床60%费用，并可以运用既有地基。(2)性能稳定可靠。由于机床各基本件通过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。(3)提高生产效率。机床数控改造后即可实现加工自动化效率可比老式机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功能提高得越多。并且可以不用或少用工装，不但节约了费用并且可以缩短生产准备周期。第2章改造总体方案2.1CA6140车床简介2.1.1CA6140车床构成图1、CA6140车床基本构成如图2-1所示：图2-1CA6140车床外形图图2-1CA6140车床外形图1-主轴箱2-刀架3-尾座4-床身5-右床腿6-溜板箱7-左床腿8-进给箱2、车床参数普通CA6140车床重要参数如表2-1所示：表2-1床身上最大工件回转直径（mm）400刀架上最大工件回转直径（mm）220最大工件长度（mm）750/1000/1500主轴内孔（通孔）直径（mm）52主轴孔前端锥度莫氏6号刀架纵向迅速移动速度（mm）≥4.5m/min刀架横向迅速移动速度（mm）≥1.9m/min床身导轨长度（mm）340主轴转速范畴（r/min）9～1600电动机功率（kw）7.52.1.2CA6140改造参数CA6140数控化改造后应达到参数如表2-2最大加工直径：在床面上400mm在横刀架以上210mm最大加工长度：1000mm快进速度：纵向2.4m/min横向1.2m/min最大切削进给速度：纵向0.5m/min横向0.25m/min溜板及刀架重力：纵向800N横向600N主电机功率：7.5KW控制坐标数：2最小指令值（脉冲当量）纵向0.01mm/脉冲横向0.005mm/脉冲进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横向0.075mm2.2数控化改造规定和内容1、改造规定车床6140重要用于对中小型轴类、盘类及螺纹零件加工，加工这些零件工艺上规定机床应当满足如下规定：(1)可以控制主轴正反转，实现不同切削速度主轴变速；(2)刀架可以实现纵向和横向进给运动，并具备在换刀点自动变化四个刀位完毕选取刀具功能；(3)加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一种加工螺纹螺距或导程。因此，依照以上规定，普通车床CA6140数控化改造后数控系统需要完毕任务。2、改造内容普通车床改造目是运用数控系统控制车床自动完毕机械加工任务，提高车床加工精度和生产效率。因而，在考虑机床数控化改造详细方案时，所遵循原则是在满足需要前提下，对原有车床尽量减少改动，以减少改成本。依照CA6140车床关于数据改造内容如下：(1)机械某些精度恢复和机械传动某些改进。随着机床使用役龄增长，机床机械传动部件，如导轨、丝杠、轴承等均有不用限度磨损。因而，机床改造过程中首要任务是对旧机床进行类似于普通机床大修，以恢复机床精度，达到新机床制造原则。为实现机床所规定辨别率，采用伺服电机齿轮减速再传动丝杠，为保证一定传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副以及滚动导轨。同步，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负载滚动导轨和滚珠丝杠副机构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙消隙齿轮构造。1)主传动系统保存原有主传动系统和变速机构，由于添加了自动加工螺纹功能，因而，在主传动轴上安装一种脉冲发生器，这样既保存了机床原有功能，又减少了改造工作量。如果要自动变化切削速度，可采用交流变频调速，这样改导致本较高，本次改造主传动系统不做任何改动。2）进给传动系统为保证进给伺服系统传动精度、运转平稳性和机床加工精度,取消原机床滑动丝杆螺母副,选用摩擦小、传动效率高滚珠丝杆螺母副,并应用预紧机构,以提高传动刚度和消除间隙。3）导轨当机床加工精度规定不是很高,特别是对于开环控制系统,普通不作导轨改造调节治造,可大为减少改导致本。(2)辅助装置辅助装置指是数控机床某些必要配套部件。如冷却系统、排屑装置（采用原有冷却和排屑装置）、自动换刀装置、传动机构等。1）对刀架某些改造，通过将原机床手动转位刀架替代成自动转位刀架来实现换刀切削,自动转位刀架最常用形式是螺旋型四工位刀架,由数控系统直接控制,效率高,工艺性能可靠。2）对传动机构改造，拆除原机床机械传动机构,用伺服电机经齿轮机构减速驱动滚珠丝杆,带动刀架纵向或横向运动。在伺服电机转矩足够大,构件允许时,可以不用减速驱动机构,由伺服电机直接与丝杆副相连。(3)电气某些在这里我使用电控柜装置，在进行机床数控化改造时，原机床电器控制某些普通只能报废，重新按数控化改造规定进行设计制作。数控机床强电控制某些设计中要特别注意是，数控系统各接口信号特点和形式要相配，并且在设计过程中应尽量简化强电控制线路。实物图如下所示：图2-1电柜箱（1）图2-2电柜箱（2）(4)数控某些1)数控系统数控系统是机床数控化改造核心。数控改造目是规定机床稳定可靠,运转故障率低。在这里我采用HNC-21T数控装置伺服驱动伺服驱动系统用于控制X和Y轴伺服电机转速，从而控制进给两，达到高精度加工零件，这里咱们采用和华中数控系统匹配驱动器HSV-160B和GK6系列交流永磁伺服电机。(5)整体调试整机联接调试。旧机床上述各个部件改造过程完毕后，就可对组装后改造机床各个部件进行调试。普通先对电气控制某些进行调试，看单个动作与否正常，然后再进行联机调试阶段。第3章机械某些改造3.1主传动系统3.1.1主传动系统简介主轴电机采用车床原有三相异步电动机。在主传动轴上安装一种脉冲发生器，这样既保存了机床原有功能，又减少了改造工作量，本次改造主轴电动机不做任何改动。为了保证车螺纹时严格运动关系，在主轴箱上安装脉冲发生器，通过主轴——脉冲发生器——数控系统——伺服电机信息转换系统，实现主轴转一圈，刀架纵向进给一种螺纹导程车螺纹运动。3.1.2主轴脉冲发生器为了加工螺纹或丝杠，需要配备主轴及脉冲发生器作为车床位置信号反馈元件，它与车床主轴同步转动，发出主轴转角位置变化信号，输送给数控系统。数控系统按照所需加工螺距进行计算解决,从而控制机床纵向横向伺服电机运转,实现加工螺纹目。依照实际需要，在这里我选用海德ISC5815-0021增量编码器。ISC5815-0021增量编码器技术参数如表3-1所示：表3-1ISC5815-0021增量编码器技术参数输出波形方波电源电压DC+5或512V/+1224V消耗电流≤150mA工作湿度3085无结霜响应频率0～120KHZ电源电压980、6ms载空比0.5T±0.1T冲击力50、10最大转速6000rmp抗震力MTBF3000h起动力矩输出电压高电平Vh、低电平Vh轴最大负载质量0.8Kg防护防水、油、尘工作温度3.2进给传动系统3.2.1纵向进给改造与计算1、纵向进给改造纵向进给滚珠丝杠必要采用三点式支承形式。伺服电机布置，可放在丝杠任一端。由于拆除了进给箱，可在原安装进给箱处布置伺服电机减速齿轮，也可在滚珠丝杠左端设计一种专用轴承支承座，而在素刚托架处布置伺服电机，机床改造常采用后一种布置方案。在丝杠左端设计一种专用轴承座，采用一种轴套式滑动轴承作为径向支承，在滑动轴承两侧分别布置一对推力球轴承承受两个方向轴向力，支承短轴与滚珠丝杠通过联轴套连接起来，滚球丝杠可托架上，滚珠丝杠中间支承为滚珠螺母与床鞍直接连接。如图5-1所示。图3-2纵向进给传动示意图1、4—推力球轴承2、10—径向滑动轴承3—左端轴承座5—左接拉杆6、9—联轴套7—滚珠丝杠螺母副8—螺母座11—丝杠托架12—伺服电机（1）滚珠丝杠纵向进给滚珠丝杠有关参数如下表3-2：表3-2纵向进给滚珠丝杠有关参数名称符号公式公称直径38导程6接触角3°7’钢球直径(㎜)3.969滚道法面半径2.064偏心距0.056螺纹升角3°7’螺杆外径40螺杆内径36.125螺杆纹接触直径37.258螺母螺纹直径45.365螺母内径42.1252、纵向进给计算纵向进给滚珠丝杠必要采用三点式支承形式。伺服电机布置，可放在丝杠任一端。在左端设计一种专用轴承支承座，而在丝杠托架处布置伺服电机和减速齿轮。如上图3-2（1）已知条件：工作台重量W=2300N，加速时间常数t=25s，滚珠丝杠基本导程L0=6mm,迅速进给速度v=98m/min.由《机床设计手册》可知,切削功率PC=PηK （公式3-1）式中P——电动机功率，查机床阐明书，P=4kw；η——主传动系统总效率，普通为0.75～0.85,η=0.8;k——进给系统功率系数，取k=0.96.则 PC===3.072kw切削功率应按在各种加工状况下经常遇到最大切削力(或转矩)和最大切削转速(或转速)来计算,即PC=或PC=式中——主切削力（N）——切削速度()T——切削转矩(N·m)N——主轴转速()设按最大切削速度来计算,取=,则主切削力FZ===1880.8N由《机械设计手册》可知，在外圆车削时FX=（0.1～0.55）FZ取 FX=0.5×FZ=0.5×1880.8N=940.4N（2）滚珠丝杠设计计算滚珠丝杠副已经原则化，因而，滚珠丝杠副有设计归结为滚珠丝杠副型号选取。计算作用在丝杠上最大动负荷一方面依照切削力和运动部件重量引起进给抗力，计算出丝杠轴向载荷，再依照规定寿命值计算出丝杠副应能承受最大动载荷。 （公式3-2）式中FP——工作负载（N），指数控机床工作时实际作用在滚珠丝杠上轴向力；——运转系数，普通运转系数取1.2～1.5,有冲击运转取1.5～2.5;——硬度系数，为60HRC时，为1；为<60HRC时，>１；G——寿命（以转为单位１，如1.5则为150万转）。寿命G可按下式计算：式中n——滚珠丝转速（r/min）T——使用寿命时间（h），数控机床T取15000h。工作负载数值可用《机床设计手册》中进给牵引力实验公式计算，对于三角或综合导轨（公式3-4）式中 FX、FZ——切削分力；W——移动部件重力（800N）;K——考虑颠覆力矩影响系数，k=1.5;——导轨上摩擦因数，=0.15～0.18,取＝0.16。则 FP＝[+0.16(1880.8+2300)]N=1750.5N当机床以线速度V=98m/min,进给量f=0.3mm/r,车削直径D=80mm我外圆时，丝杠转速mm/min=19.5/min则 G=万转=17.55万转依照工作负载、寿命G，取=12，=1，计算出滚珠丝杠副承受最大动负荷==5461.5N由查滚珠丝杠地产品或《机床设计手册》，选取丝杠型号。例如参照某厂滚珠丝杠产品样本，选取滚珠丝杠直径为38mm，型号为其额定动载荷是20500N，强度足够用。效率计算依照机械原理，丝杠螺母副传动效率为（公式3-5）式中——螺纹螺旋升角，该丝杠为Φ——摩擦角，Φ约等于10′则 =0.953（4）刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和扭转作用，将引起基本导程变化，因滚珠丝杠受扭时引起导程变化量很小，可忽视不计，故工作负载引起导程变化量为（公式3-6）式中E——弹性模量，对于钢，E=20.6S——滚珠丝杠截面积（按丝杠螺纹底径拟定d，若d=2.77cm），则 S==6.023其中，“+”用于拉伸，“-”用于压缩时则 ==cm丝杠1m长度上导程变形误差为==14因3级精度丝杠容许螺距误差为15，故此丝杠精度足够。3、纵向滚珠丝杠安装：（1）拆下普通滑动丝杠与溜板箱，取消丝杠与主轴箱齿轮传动联系，运用原机床进给箱安装孔和销孔安装齿轮箱体，滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置，两端采用原固定方式这样可减小改装现场，并且由于滚珠丝杠摩擦系数不大于原丝杠，从而使纵向进给整体刚性优于此前。（2）拆下丝杠右端支撑座，在坐标镗床上将其孔径镗至40mm，便与伺服电动机支撑轴相配合；（3）车削两个轴套（分别为一长一短），长套用于连接丝杠左端和左支撑座，短套用于连接丝杠右端与伺服电机转轴；（4）对安装螺母配件进行刨、磨、钻、铰和攻丝等加工，使其符合安装条件；（5）总装后，进行局部调节（如滚珠丝杠与道轨平行度、螺母间隙和螺母上下先后位置等），力求使滚珠丝杠受力均匀，传动平稳，无传动间隙。3.2.2横向进给改造与计算1、横向进给改造横向滚珠丝杠也采用三点式支承形式。伺服电机普通采都安在床鞍后部,接近操作都一端，布置一根支承短轴通过一种联轴套与滚珠丝杆连接起来。运用车床原横向进给丝杆可滑动轴承作为径向支承，并对原支承处进行恰当改装布置一对推力球轴承，以实现轴向支承,在远离操作者一端，用一种联轴套和一根连接短轴把滚珠丝杠与减速箱输出轴连接起来，滚球螺母直接固定在中滑板上。车床横向传动支承构造如5-2所示。图3-3横向进给传动示意图1-伺服电机2-支承架3、4、7-联轴套5-滚珠丝杠螺母副6-螺母座8-支承短轴（1）滚珠丝杠横向进给滚珠丝杠有关参数如下表3-3：表3-3横向进给滚珠丝杠有关参数名称符号公式公称直径25导程4接触角4°33’钢球直径(㎜)3.175滚道法面半径1.651偏心距0.045螺纹升角4°33’螺杆外径24.4螺杆内径21.78螺杆纹接触直径21.835螺母螺纹直径28.212螺母内径25.6352、横向进给计算（1）假设已知条件：工作台重量W=2300N，时间常数t=25ms，滚珠丝杠基本导程L0=4mm(左旋)，迅速进给速度=98m/min。《机床设计手册》可知,切削功率PC=PηK （公式3-7）式中P——电动机功率，查机床阐明书，P=4kw；η——主传动系统总效率，普通为0.75～0.85,η=0.8;k——进给系统功率系数，取k=0.96.则 PC=PηK=40.80.96kw=3.072kw切削功率应按在各种加工状况下经常遇到最大切削力(或转矩)和最大切削转速(或转速)来计算,即PC=或PC=式中FZ——主切削力（N）ν——切削速度()T——切削转矩(N·m)n——主轴转速()设按最大切削速度来计算,取,则主切削力FZ==N=1880.8N由《机械设计手册》可知，在外圆车削时FX=0.5×FZ,取 FX=0.5×1880.8N=940.4N（2)滚珠丝杠设计计算滚珠丝杠副已经原则化，因而，滚珠丝杠副有设计归结为滚珠丝杠副型号选取。计算作用在丝杠上最大动负荷:一方面依照切削力和运动部件重量引起进给抗力，计算出丝杠轴向载荷，再依照规定寿命值计算出丝杠副应能承受最大动载荷。 （公式3-8）式中FP——工作负载（N），指数控机床工作时实际作用在滚珠丝杠上轴向力；——运转系数，普通运转系数取1.2～１.5,有冲击运转取１.5～2.5;——硬度系数，为60HRC时，为1；为<60HRC时，>１；G——寿命（以转为单位１，如1.5则为150万转）。寿命G可按下式计算：G= （公式3-9）式中n——滚珠丝转速T——使用寿命时间（h），数控机床T取15000h。工作负载数值可用《机床设计手册》中进给牵引力实验公式计算，对于三角或综合导轨 （公式3-10）式中、——切削分力；W——移动部件重力（800N）;K——考虑颠覆力矩影响系数，k=1.5;——导轨上摩擦因数，f,=0.15～0.18,取f,＝０.16。则 ＝[+0.16(1880.8+2300)]N=1750.5N当机床以线速度V=,进给量f=0.3mm/r,车削直径D=80mm外圆时，丝杠转速mm/min=29.25r/min则 万转=26.87万转依照工作负载、寿命G，取=12，=1，计算出滚珠丝杠副承受最大动负荷N=6301.8N（3)效率计算依照机械原理，丝杠螺母副传动效率为 (公式3-11）式中——螺纹螺旋升角，该丝杠为4°33’Φ——摩擦角，Φ约等于10′则 =0.953（4)刚度验算滚珠丝杠工作时受轴向力和扭转作用，将引起基本导程变化，因滚珠丝杠受扭时引起导程变化量很小，可忽视不计，故工作负载引起导程变化量为 （公式3-12）式中E——弹性模量，对于钢，E=20.6S——滚珠丝杠截面积（按丝杠螺纹底径拟定d，若d=2.77cm），则 S==6.023cm2其中，“+”用于拉伸，“-”用于压缩时则 ==cm丝杠1m长度上导程变形误差为==14因3级精度丝杠容许螺距误差为15，故此丝杠精度足够。3、横向滚珠丝杠安装（1）拆下刀架、小拖板及滑动丝杠；（2）车削一根定位芯轴，保证法兰盘孔与大拖板后孔同轴度。定位后，配钻四个螺钉孔，并攻螺纹；（3）车削一根手轮轴，代替原丝杠手轮轴，用于与滚珠丝杠连接；（4）车削两个连接套，用于丝杠连接电机旋转和手轮轴；（5）铣去大拖板上与螺母发生干涉部位；（6）运用车床主轴和尾座将螺母安装到丝杠上，在运用锁紧螺母进行预紧，消除间隙；（7）总装后，用垫片调节螺母上下位置，使其传动平稳。3.2.3导轨当机床加工精度规定不是很高,普通不作导轨改造调节治造,可大为减少改导致本。第4章刀架某些改造对刀架某些改造，通过将原机床手动转位刀架替代成自动转位刀架来实现换刀切削,自动转位刀架最常用形式是螺旋型四工位刀架,由数控系统直接控制,效率高,工艺性能可靠。由于传动机构改造在主传动系统和安装调试中提到，因而在这里我重要将对刀架改造进行论述。1、电动刀架工作原理需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三相异步电机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与螺杆配合上刀体逐渐抬起--上刀体与下刀体之间端面齿慢慢脱开：与此同步，上盖圆盘也随着螺杆正向转动（上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆连接），当转过约270°时，上盖圆盘直槽另一端转到圆柱销正上方，由于弹簧作用，圆柱销落入直槽内，于是上盖圆盘就通过圆柱销使得上刀体转动起来（此时端面齿已完全脱开）。上刀体带动磁铁转到需要刀位时，发信盘上相应霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，及时控制刀架电动机反转，反靠销立即就落入反靠圆盘十字槽内，至此，完毕粗定位。此时，反靠销从反靠圆盘十次槽内爬不上来，于是上刀体停止转动，开始下降，而上盖圆盘继续反转，其直槽左侧斜坡将圆柱销头部压入上刀体销孔内上盖圆盘下表面开始与圆柱销头部滑动。在此期间，上、下刀体端面齿逐渐啮合，实现精定位，通过设定延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。由于蜗杆副具备自锁功能，因此刀架可稳定地工作。电动刀架电气原理图如图图4-1电动刀架电气原理图电动刀架动作过程数控系统调刀代码开始执行时，或行动调刀时，一方面输出刀架正转信号，使刀架旋转，当接受到指定刀具到位信号后，关闭刀架正转信号，延迟50ms时间后，到家开始反转而进行锁紧，并开始检查紧缩信号，当接受到该信号后关闭刀架反转信号。如执行刀号与当前刀号（自动记录）一致时，则换刀指令立即结束，并转入下一程序段执行。咱们依照上述描述换刀动作过程，做了如下动作流程图如图4-2图4-2电动刀架动作流程图4、电动刀架有关参数（1）经查国标刀架参数，我选取了下列表格（表4-1）中刀架。表4-1刀架参数刀架型号配车床型号刀位数电机功率电机转速夹紧力上刀体尺寸下刀体尺寸LDB4-CA6140CA6140490W14001N166×166mm192×192mm（2）刀架指标如表4-2表4-2刀架指标刀架型号配车床型号重复定位精度工作可靠性换刀时间90度180度270度LDB4-CA6140CA6140≤0.005＞60000次2.4s3.1s3.7s电动刀架安装（1)电动刀架实物图和安装尺寸图如图4-3所示图4-3电动刀架实物图和安装尺寸图（2）刀架尺寸如下表4-3所示：表4-3刀架尺寸H1328mmB230mmH2140mmB1115mmH380mmA90mmH420mmL1379mm(3)电动刀架安装环节1）拆下原手动刀架；2）在小拖板上钻四个安装孔，并攻丝；3）手动抬起电动刀架，将刀架安装在小拖板上；4）安装后，试用MDI功能换刀，观测三相电源有无接反。第5章数控某些5.1数控系统选取1、CA6140数控化改造1)将纵向和横向进给系统改造为用数控装置控制、能独立运动进给伺服系统。2)刀架改导致为能自动换刀回转刀架。由于加工过程中切削参数、切削顺序和刀具都会按程序自动进行调节和更换。3）再加上纵向和横向进给联动功能，数控改装后车床就可以加工出各种形状复杂回转零件，并能实现多工序自动车削。2、数控系统选取数控机床价格重要由数控系统来决定，数控系统从功能上可分为低中高三档，中高档系统（如Fanuc、LBNC—2T型、FAGOR、SIEMENS、华中HNC—2T/2M等）功能齐全，性能优良，但价格偏高。结合实际，从实用角度出发，在这里咱们选取了华中HNC—21T型数控车床系统，该系统采用先进开放式体系构造，内置嵌入式工业PC，配备7.5彩色液晶显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，支持硬盘、电子盘等程序存储方式及软驱、DNC、以太网等程序互换功能，具备低价格、高性能、配备灵活、构造紧凑、易于使用可靠性高特点，编程格式符合ISO国际代码原则，两轴动态坐标，具备自动加工、自动换刀、车螺纹和MDI等功能。5.2数控系统简介5.2.1操作面板华中“世纪星”HNC-21T是一基于嵌入式工业PC开放式数控系统，配备高性能32位微解决器、内装式PLC及彩色LCD显示屏。采用国际原则G代码编程，与各种流行CAD/CAM自动编程系统兼容。1）操作面板HNC-21T车床数控装置操作台为原则固定构造，外形尺寸为420×310×110毫米（W×H×D），如图5-1所示：图5-1HNC-21T车床数控装置操作面板2）显示屏操作台左上部为7.5´彩色液晶显示屏，辨别率为640×480。3）NC键盘 NC键盘涉及精简型MDI键盘和F1~F10十个功能键。原则化字母数字式键盘大某些键具备上档键功能，当“UPPER”键有效时，批示灯亮，输入是上档键。NC键盘用于零件程序编制、参数输入、MDI及系统管理操作等。4）机床控制面板原则机床控制面板大某些按键（除“急停”按钮外）位于操作台下部。机床控制面板用于直接控制机床动作或加工过程。5.2.2软件操作界面1、HNC-21T软件操作界面如图5-2所示：图5-2HNC-21T软件操作界面其界面由如下几种某些构成：1)图形显示窗口2)菜单命令条3)运营程序索引

4)选定坐标系下坐标值，坐标系可在机床坐标系/工件坐标系/相对坐标系之间切换；显示值可在指令位置/实际位置/剩余进给/跟踪误差/负载电流/补偿值之间切换。5)工件坐标零点在机床坐标系下坐标6)辅助功能M、S、T；当前刀位CT、选取刀位ST7)当前加工程序行8)当前加工方式、系统运营状态及当前时间9)当前坐标、剩余进给10)直径/半径编程、公制/英制编程、每分钟进给/每转进给、迅速修调、进给修调、主轴修调倍率5.2.3系统参数1、系统参数如下表5-1表5-1系统参数参数号参数定义单位初始值范畴P01Z轴正限位值毫米8000.0000～8000.000P02Z轴负限位值毫米-8000.000-8000.000～0P03X轴正限位值毫米8000.0000～8000.000P04X轴负限位值毫米-8000.000-8000.000～0P05Z轴最迅速度值毫米60000～15000P06X轴最迅速度值毫米60000～15000P07Z轴反向间隙毫米00.0000～65.535P08X轴反向间隙毫米00.0000～65.535P09主轴低档转速转/分15000～6000P10主轴高档转速转/分30000～6000P11位参数1000000000～11111111P12位参数2000000000～11111111P13最大刀位数41～4P14刀架反转时间0.1秒100.1～99.9P15M代码时间0.1秒100.1～99.9P16主轴制动时间0.1秒100.1～99.9P17Z轴最低起始速度毫米/分508～1000P18X轴最低起始速度毫米/分508～1000P19Z轴加速时间毫秒6008～9999P20X轴加速时间毫秒6008～9999P21切削进给起始速度毫米/分508～6000P22切削进给加减速时间毫秒6008～9999P23顺序号间距101～255P24主轴中档转速转/分0～6000P25位参数3000000000～111111115.3伺服驱动1、驱动器在这里我采用和华中数控系统匹配驱动器HSV-160B，HSV-160B是采用专用运动控制数字信号解决器（DSP）和智能化功率模块（IPM）等当今最新技术设计，操作简朴、可靠性高、体积小巧、易于安装。驱动器示意图如5-3所示：图5-3HSV-106B驱动器HSV-160B驱动器有关参数如表5-2：表5-2输入电源三相AC220V（-15～+10%50/60Hz）使用环境温度工作：0～55℃存贮：-20℃～80℃湿度湿度不大于90%（无结露）振动不大于0.5G(4.9m/S2)，10～60Hz（非持续运营）控制办法位置控制速度控制内部速度控制运营JOG运营再生制动内置外接制动电阻连接与选用特性速度频率响应300Hz或更高速度波动率＜±0.1(负载0～100%);＜±0.02(电源-15～+10%)调速比0:1脉冲频率≤500kHz控制输入①伺服使能②报警清除③偏差计数器清零④指令脉冲禁止⑤CCW驱动禁止⑥CW驱动禁止控制输出①伺服准备好输出②伺服报警输出③定位完毕输出/速度到达输出位置控制输入方式①两相A/B正交脉冲②脉冲+方向③CCW脉冲/CW脉冲电子齿轮1～32767/1～32767反馈脉冲电机编码器线数：1024Pusle/r、Pusle/r、2500Pusle/r、6000Pusle/r加减速功能参数设立1～10000ms(0~r/min或~0r/min)监视功能转速、当前位置、指令脉冲积累、位置偏差、电机转矩、电机电流、转子位置、指令脉冲频率、运营状态、输入输出端子信号等保护功能超速、主电源过压、欠压、过流、过载、制动异常、编码器异常、控制电源欠压、过热、位置超差等操作6位LED数码管、5个按键合用负载惯量不大于电机惯量5倍5.4伺服电机1、伺服电机在对制动系统电机改造，我选取了与华中数控系统HNC-21T及驱动器HSV-160B匹配登奇GK6023交流永磁伺服电机。关于登奇GK6023交流永磁伺服电机参数如下表6-1所示：表6-1型号登奇GK6023-8AF31额定功率0.17（kW）额定电压220（V）转速范畴0-1500r/min纵向伺服电机900r/min横向伺服电机1200r/min控制伺服电动机工作连接图，如图6-5所示：图6-5工作环节方框图2、伺服电机与系统连接伺服电机驱动装置与华中HNC-21世纪星数控装置是通过XS30～XS33脉冲接口控制伺服电机驱动器装置，在这里采用伺服电机（登奇GK6023）、驱动器（HSV-160B）与数控系统（HNC-21T）连接。3、伺服调试1）再次确认PLC对伺服某些控制逻辑重要涉及上电使能禁止和电路精确无误2）松开急停按钮使中间继电器KA通电见2.10节接通伺服动力电源3）检查抱闸电机抱闸已经打开可测量抱闸控制电源DC24V或在系统通电时刻仔细聆听抱闸打开时发出哒声来判断抱闸与否打开4）若伺服驱动器带有手持编程器可用该手持编程器直接控制电机运营以检查伺服与电机连接对的性5）将逐个轴轴类型设为1使数控装置对伺服驱动器控制使能有效逐渐调试各进给轴伺服驱动器及电机6）所有进给轴调试好后可检查各轴回参照点功能第6章机床安装与调试6.1数控系统调试6.1.1参数设立HNC-21数控装置通电后经自检进入主控制画面进入参数设立菜单请对照现场硬件检查系统参数与否对的建议按如下顺序核查设立参数（带*号项是顾客可随机调节项）表6-1系统参数参数名值阐明差补周期8差补周期为8毫秒刀具寿命管理0刀具寿命管理禁止移动轴脉冲当量分母1移动轴内部脉冲当量为1微米旋转轴脉冲当量分母1旋转轴内部脉冲当量为0.001度表6-2通道参数参数名值阐明通道使能1“0通道”使能X轴轴号0X轴部件号Z轴轴号2Z轴部件号主轴编码器部件号-1或23依照实际设定主轴编码器每转脉冲数0依照实际设定移动轴拐角误差1000禁止更改旋转轴拐角误差1000禁止更改通道内部参数0禁止更改注：原则设立选0通道别的通道不用.表6-3坐标轴参数参数名值轴0轴1轴名XZ所属通道号0轴类型00外部脉冲当量分子1外部脉冲当量分母1正软极限位置*000负软极限位置*-000回参照点方式2回参照点方向+参照点位置0参照点开关偏差0回参照点快移速度500回参照点定位速度200单向定位偏移值1000最高快移速度*1000最高加工速度*500快移加减速时间常数100快移加减速捷度时间常数60加工加减速时间常数100加工加减速捷度时间常数60定位允差20伺服驱动器型号串行接口式49脉冲接口式45模仿接口式41伺服驱动器部件号01位置环开环增益3000位置环前馈系数0速度环比例系数速度环积分时间常数100最大力矩值150额定力矩值100最大跟踪误差1电机每转脉冲数2500表6-4轴补偿参数参数名值X轴Z轴反向间隙*0螺补类型0表6-5硬件配备参数参数名型号标记地址配备[0]配备[1]部件05301串行式49伺服电机46脉冲式45模仿式41/42000部件110部件220部件330部件201300部件211310部件221540部件233240部件243150表6-6PMC系统参数参数名值备注开关量输入总组数46开关量输出总组数38输入模块0部件号21外部输入开关量组数30输入模块1部件号20编程键盘与机床操作面板输入开关量组数16输入模块N部件号-1N=2-7组数0输出模块0部件号21外部输出开关量组数28输出模块1部件号22主轴D/A相应数字量组数2输出模块2部件号20输出到编程键盘与机床操作面板开关量组数8输出模块N部件号-1N=3-7组数0手持单元0部件号246.1.2外部状态检查1、开关量输入输出状态显示通过查看PLC状态顾客可以检查机床输入输出开关量信号状态（X、Z）此外顾客还通过查看PLC编程用中间继电器（R继电器不是指控制柜中实际继电器）状态信息调试PLC程序。在图7-1所示主操作界面下按F5键进入PLC功能子菜单命令行与菜单条显示如图6-1所示：图6-1主控菜单图6-2PLC功能子菜单在PLC功能子菜单中选取F4，弹出状态选取子菜单如图6-3所示在状态选取子菜单中可以用键选取要查看状态例如按F1，选取机床输入到PMCX则显示如图6-4所示输入点状态窗口。X、Z默以为二进制显示每8位一组每一位代表外部一位开关量输入或输出信号例如普通X[00]8位数字量从右往左依次代表开关量输入I0—I7X[01]代表开关量输入I8—I15以此类推，同样Z[00]即普通代表开关量输出O0—O7Z[01]代表开关量输出O8—O15以此类推。图6-3PLC功能子菜单与状态选取子菜单图6-46.1.3伺服电机安装调试1、伺服电动机伺服电动机连接如图6-5所示：伺服电机伺服电机图6-5工作环节方框图2、伺服电机与丝杆连接使用弹性联轴器如图6-6所示图6-6弹性联轴器特点：缓冲吸振，可补偿较大轴向位移，微量径向位移和角位移。应用：正反向变化多，启动频繁高速轴。1、伺服电机与系统连接伺服电机驱动装置与华中HNC-21世纪星数控装置是通过XS30～XS33脉冲接口控制伺服电机驱动器装置，在这里采用伺服电机（松下MSMA042A1G）、驱动器（松下MSDA043A1A）与数控系统（HNC-21TF）连接。6.1.4接通伺服电源1）再次确认PLC对伺服某些控制逻辑重要涉及上电使能禁止和电路精确无误2）松开急停按钮使中间继电器KA通电见2.10节接通伺服动力电源3）检查抱闸电机抱闸已经打开可测量抱闸控制电源DC24V或在系统通电时刻仔细聆听抱闸打开时发出哒声来判断抱闸与否打开4）若伺服驱动器带有手持编程器可用该手持编程器直接控制电机运营以检查伺服与电机连接对的性5）将逐个轴轴类型设为1使数控装置对伺服驱动器控制使能有效逐渐调试各进给轴伺服驱动器及电机6）所有进给轴调试好后可检查各轴回参照点功能6.1.5连接机床调试1、回参照点检查回参照点行程开关有效性注意：在确认超程限位开关有效后才容许执行回参照点操作（1）在机床行程中部人为模仿参照点挡块按压回参照点开关检查回参照点操作过程与否有效；操作机床用参照点挡块按压回参照点开关检查回参照点过程与否对的,回参照点速度不易太快建议在1000毫米/分钟如下。（2）参照点挡块应有一定长度建议有效行程在30毫米以上否则在回参照点速度较快时有也许冲过参照点档块；参照点档块与相邻超程限位档块应当有一定重叠即保证相邻超程限位档块压下超程限位开关时参照点档块仍未松开参照点开关以避免机床坐标轴参照点开关正好停在相邻参照点档块和超程限位档块之间时系统回参照点时由于压下限位开关而不能对的回参照点如图6-7所示。图6-7参照点开关档块与限位开关档块安装方式2、螺距误差补偿螺距误差补偿分单向和双向补偿两种单向补偿为进给轴正反向移动采用相似数据补偿双向补偿为进给轴正反向移动分别采用各自不同数据补偿普通仅采用单向螺距误差补偿，补偿办法如图6-8所示：图6-8螺距误差测量办法示意图A1-An+1：进给轴正向移动时测得实际机床位置B1-Bn+1：进给轴负向移动时测得实际机床位置螺距误差补偿值=机床指令坐标-机床实际测量位置单位内部脉冲当量。补偿间隔普通为50毫米左右；在测量前各补偿数据应当设立为0下面以Z轴为例已知关于参数和数据如下：移动轴内部脉冲当量1微米系统参数参照点位置0轴参数回参照点方向+轴参数补偿间隔50毫米补偿参数行程400毫米机床数据则，各测量点坐标为：-400，-350，-300，-250，-200，-150，-100，-50，0，其中0为参照点测得数据如下：负向：-400.1,-350.08,-300.05,-250.06,-200.04,-150.02,-100.01,-50.005,0正向：-400.15,-350.12,-300.1,-250.1,-200.07,-150.06,-100.04,-50.05,0.03注意：正向回参照点时回参照点后一方面测量是负向数据则Z轴补偿参数如下表6-7所示填写表6-7采用单向螺距误差补偿参数名数据阐明反向间隙内部脉冲当量30取-200坐标处螺补类型1单向螺距误差补偿补偿点数9参照点偏差号8补偿间隔（内部脉冲当量）5000050毫米偏差值内部脉冲当量[0]100(-400)-(-400.10)采用负向测量数据由于参照点为起始位置因此单向补偿时该点偏差值普通为零偏差值内部脉冲当量[1]80(-350)-(-350.08)偏差值内部脉冲当量[2]50(-300)-(-300.05)偏差值内部脉冲当量[3]60(-250)-(-250.06)偏差值内部脉冲当量[4]40(-200)-(-200.04)偏差值内部脉冲当量[5]20(-150)-(-150.02)偏差值内部脉冲当量[6]10(-100)-(-100.01)偏差值内部脉冲当量[7]5(-50)-(-50.005)偏差值内部脉冲当量[8]0(0)-(0)（参照点）表6-8采用双向螺距误差补偿参数名数据阐明反向间隙内部脉冲当量0双向时普通为0螺补类型0双向螺距误差补偿补偿点数9参照点偏差号8补偿间隔内部脉冲当量5000050毫米偏差值内部脉冲当量[0]150(-400)-(-400.15)正向测量数据偏差值内部脉冲当量[1]120(-350)-(-350.12)偏差值内部脉冲当量[2]100(-300)-(-300.10)偏差值内部脉冲当量[3]100(-250)-(-250.10)偏差值内部脉冲当量[4]70(-200)-(-200.07)偏差值内部脉冲当量[5]60(-150)-(-150.06)偏差值内部脉冲当量[6]40(-100)-(-100.04)偏差值内部脉冲当量[7]50(-50)-(-50.05)偏差值内部脉冲当量[8]30(0)-(-0.03)（参照点）偏差值内部脉冲当量[9]100(-400)-(-400.10)负向测量数据偏差值内部脉冲当量[10]80(-350)-(-350.08)偏差值内部脉冲当量[11]50(-300)-(-300.05)偏差值内部脉冲当量[12]60(-250)-(-250.06)偏差值内部脉冲当量[13]40(-200)-(-200.04)偏差值内部脉冲当量[14]20(-150)-(-150.02)偏差值内部脉冲当量[15]10(-100)-(-100.01)偏差值内部脉冲当量[16]5(-50)-(-50.005)偏差值内部脉冲当量[17]0(0)-(0)（参照点）注意：当采用激光干涉仪测量螺距误差时普通需要测量多次测量软件会依照测量多组数据自动计算出补偿数据为了保证补偿后机床精度在规定范畴内补偿数据普通与实测人工计算值有一定差别。6.1.6参数设立与系统调试1、HNC-21TF数控系统参数设立伺服电动机关于坐标轴参数进行设立见表6-9。硬件配备参数设立见表6-10。表6-9坐标轴参数参数名参数值参数名参数值伺服驱动型号46伺服内部参数[2]0伺服驱动器部件号O伺服内部参数[3]、[4]、[5]O最大跟踪误差0快移加、减速时间常数O电动机每转脉冲数400快移加速度时间常数O伺服内部参数[O]8加工加、减速时间常数O伺服内部参数[1]O加工加速度时间常数O表6-10硬件配备参数参数名型号标识地址配置[0]配置[1]部件O530146①O0O注：①不带反馈。2、M535伺服电机驱动器参数设立。按驱动器前面板表格，将电动机电流设立为57HSl3伺服电机额定电流。3、系统调试在线路和电源检查无误后，进行通电试运营，以手动或手摇脉冲发生器方式发送脉冲，控制电动机慢速转动和正、反转，在没有堵转等异常状况下，逐渐提高电动机转速。6.1.7其她参数设立及传动链注意事项华中数控系统参数分系统参数P、诊断参数为D、设立参数S三种。与加工程序编辑关于参数应依照操作员需要来设立和修改，如公、英制编程选取等。此外，由于驱动系统为伺服电机开环系统，运营中应避开起低频震荡区，最高移动速度也不能太高，以防失步：中间传动链应进行恰当予紧，以消除间隙，提高传动刚度，消除反向空行程死区，最后提高加工精度。6.2电气PLC调试1、电源电压调试为保证人身和设备安全，