2022年毕业设计方案新 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 柳 州 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文CA6132 一般车床数控化改造同学姓名所 在 系 机电工程系班 级 07 级设备 2 班专 业 设备修理与治理指导老师 张映红2022 年 11 月 28 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 柳州职业技术学院毕业设计 论文）任 务 书机电工程系 系部）机电设备修理与治理 同学学号一、毕业设计 班二、毕业设计 论文）工作规定进行的日期：2022 年 7 月 25 日起至 2022 年 10 月 5 日止三、毕业设计 论文）

2、进行地点：四、任务书的内容：目的：任务：工作日程支配：设计 论文）要求 ：主要参考文献：同学开头执行任务书日期 200 年 月 日同学送交毕业设计 论文）日期： 200 年 月 日指导老师签名：教研室主任签名：年月日 年月日同学签名：年月日II / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录 摘要 I 1 引言 1 2 数控机床简介 2 3 机床数控化改造的意义 4 4 CA6132 一般车床数控化改造 5 4.1 问题的提出 5 4.2 改造的主要内容 5 4.3 机械部分的改造 6 4.3.1主传动系统的改

3、造 6 4.3.2滚珠丝杠和伺服电机的挑选运算 8 433 伺服驱动器的选用： 16 4.3.4刀架部分的改造 19 4.4 数控部分的改造 21 4.5 检验、调试 25 5.终止语 26 6.参考文献 27I / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要数控机床 Numerical control machine tools）是一种利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行掌握的机床；它是一种典型的机电一体化产品；而目前我国机床数控化率且不足3%,与美国、日本、德国等发达国家仍存在很大差距；用一般机床加工出

4、来的产品普遍存在质量差、品种少、成本高、供货期长 等问题,因此为了提高产品的竞争力,必需大力提高机床的数控化率；本文以CA6132 一般车床的数控化改造为例,介绍了机床数控化改造的方法,包括其结 构的设计,性能与精度的挑选以及最终改造方案的确定；关键词：数控；改造；车床II / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - III / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 引言进入 21 世纪 ,我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平

5、的需求而引发的制造装备进展的良机,也遭受到加入WTO 后猛烈的市场竞争的压力；据调查显示到目前为止我国数控机床总数已达13 万台左右,但是我国机床数控化率且不到 3%,故大力提高机床的数控化率将促进我国制造业在国际上的竞争位置；本文主要通过对 CA6132 一般车床的数控化改造的设计学习,介绍了机床 数控化改造的基本方法,包括结构的选用,性能与精度的挑选以及最终实施改 造的内容的确定；由于本人也是初学者,学问水平以及实践体会有限,文中难 免存在错误和疏漏之处,敬请老师和同学能赐予批判指正；1 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 33 页精选学习资料 - - - -

6、 - - - - - 2数控机床简介数字掌握机床 Numerical Control Machine Tools）简称数控机床,这是一种 将数字运算机技术应用于机床的掌握技术；它把机械加工过程中的各种掌握信 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 发出各种掌握信号,掌握机床的动作,按图纸要求的外形和尺寸,自动地将零 件加工出来；数控机床较好地解决了复杂、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,是典型的机电一体化产品；数控机床一般由以下几个部分组成：1）主机,它是数控机床的主题,包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部 件,是用于完成各

7、种切削加工的机械部件；2）数控装置,是数控机床的核心,相当于人的大脑,它包括硬件 印刷电路 板、 CRT 显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件,用于输入数字化 的零件程序,并完成输入信息的储备、数据的变换、插补运算以及实现各种 掌握功能；3）驱动装置,它是数控机床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动系统、伺服驱 动系统、主轴电机及伺服电机等；它在数控装置的掌握下通过电气或电液伺 服系统实现主轴和进给驱动；当几个进给联动时,可以完成定位、直线、平 面曲线和空间曲线以及曲面的加工；4）帮助装置,指数控机床的一些必要的配套部件,用以保证数控机床的运行,如冷却、排屑、润滑、照明、监测等；它包括液压和

8、气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头,仍包括刀具及监控检测装置等；5）编程及其他附属设备,可用来在机外进行零件的程序编制、储备等；与一般机床相比,数控机床有如下特点：1）加工精度高,具有稳固的加工质量；2）可进行多坐标的联动,能加工外形复杂的零件；2 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3）加工零件转变时,一般只需要更换数控程序,可节约生产预备时间；4）机床本身的精度高、刚性大,可挑选有利的加工用量,生产率高一般为一般机床的 3-5 倍）；5）机床自动化程度高,可以减轻劳动强度；6）对操作人

9、员的素养要求较高,对修理人员的技术要求更高；数控机床的优点：1）数控机床能缩短生产预备时间,增加切屑加工时间的比率；2）使用数控机床进行生产,加工的零件精度高,产品质量稳固 ,从而有效的提高了产品在市场上的竞争力；3）数控机床具有广泛的适应性和较大的敏捷性,因此能够完成很多一般机床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；4）很多数控机床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,大大节约了设备和厂房面积；5）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支配,以达到提高经济效益的目的；6）应用数控机床进行生产,减轻

10、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；3 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3机床数控化改造的意义制造技术和自动化水平的高低已成为一个国家或地区经济进展水平的重要 标志,而其中最具代表性的就是数控机床；目前,我国是机床生产大国,但不 是机床制造强国,国产机床的进展仍旧难以支撑国民经济和国防军工的需要；与世界先进水平相比差距仍旧非常明显；由于一方面我国一般机床保有量大,要将一般机床剔除掉是不经济的,也是不现实的；另一方面,从我国目前生产 状况来看,仍

11、旧以生产一般机床为主；然而,用一般机床加工出来的产品普遍 存在质量差、品种少、精度低、成本高、供货期长等缺点,从而使产品在国 际、国内市场上缺乏竞争力,这将直接影响一个企业的生产效益以及生存和发 展；所以大力提高机床的数控化率已迫在眉睫,有很大的意义,而且一般机床 的数控化改造将会长期存在,并会不断的进展；机床数控改造的意义：1）节约资金；机床的数控改造同购置新机床相比一般可节约60%左右的费用,大型及特别设备尤为明显；一般大型机床改造只需花新机床购置费的 1/3；即使将原机床的结构进行完全改造升级也只需花费购买新机床 60%的 费用,并可以利用现有地基；2）性能稳固牢靠；因原机床各基础件经过

12、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；机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床 提高 3 至 5 倍；对复杂零件而言难度越高功效提高得越多；且可以不用或少 用工装,不仅节约了费用而且可以缩短生产预备周期；4）可以采纳最新的掌握技术；可以依据技术革新的进展速度准时地提高生产设 备的自动化水平和效率,提高设备质量和档次,将旧机床改造为具有当今水 平的机床；4 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4CA6132 一般车床数控化改造4.1 问题的提出数控机床作为机电一体化的典型产

13、品,在机械制造业中发挥着庞大的作 用,很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工 问题,且能稳固产品的加工质量,大幅度地提高生产效率；但从目前企业面临 的情形看,因数控机床价格较贵,一次性投资较大使企业心有余而力不足；我 国作为机床大国,对一般机床数控化改造不失为一种较好的良策；因此为了今 后在工作中能尽快的熟识使用数控技术对机床进行数控化改造,本次毕业设计 我挑选对 CA6132 一般车床进行数控化改造,通过这次设计以提高自己在数控 技术应用方面的才能；4.2 改造的主要内容本次改造的一般车床型号为 CA6132 如下图,其有关参如下,基本参数5 / 33 名师归纳总结

14、 - - - - - - -第 10 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 床身上最大回转直径mm 340 刀架上回转直径 mm 180 二顶尖间距离 mm 750 主轴通孔直径 mm 50 主轴头形式 ISO 720/II NO.6/ISO 702/IIINO.6 床身导轨宽度 mm 400 床身导轨硬度 HRC 52 主电机功率 kW 4 主轴转速范畴 r/min 30-1600 依据以上参数以及改造的相关要求对其进行数控化改造,主要包括传动系统的机械改造和数控装置的设计；由于对经济型数控机床的加工精度要求不高 ；P- 电动机额定功率 kW；I- 变频器额定电流

15、 A；I- 电动机额定电流 A. 所以我们现在选用安川Varispeed G7 系列变频器 400V 级中的 CIMR-G7A45P5为我们所用的变频器；2）编码器的挑选：由于车削加工过程常常会遇到螺纹加工,所以要在主轴上连接一旋转编码器供加工螺纹使用；旋转编码器与车床主轴之间用弹性元件联结,详细用波纹管联结；通过对比,选用上海恒祥光学电子有限公司的 码器；其相关资料如下,7 / 33 S70 系列增量型旋转编名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 外径: 70实心轴）轴径: 8 D型口连接辨方式:10插座侧出电压率:

16、DC524V 分5000P/R 输 出 形 式 : 集 电 极 开 路 、 电 压 、 长 线 和 推 拉 输 出 防 护 等 级 :IP54 安装形式：轴向固定4.3.2滚珠丝杠和伺服电机的挑选运算为了提高传动效率和产品的加工精度,纵、横向传动全部用滚珠丝杠；由 于本次改造的是经济型数控机床,其结构简洁、价格廉价,调试、爱护便利,一般用于精度不高的经济型数控机床,并且本次改造的机床主要用于粗加工及 半精加工；为降低改造成本,打算采纳伺服半闭环掌握方式对 X 轴横向）和 Z 轴和最大切削转切削功率应按在各种加工情形下常常遇到的最大切削力速 或转速 来运算 , 即Pc= 10或Pc=式中 F-

17、主主切削力 N； - 切削速度 n-主轴转速 r/min 设按最大切削速度来运算,取 =100m/min,就主切削力Fz=N）=1843.2Fz Fz=0.150.7Fz Fx=0.5Fz=0.5 1843.2921.6N Fy=0.6Fz=0.6 1843.2=1105.92N 2滚珠丝杆设计运算 归为滚珠丝杠副型号的挑选；滚珠丝杠副已经标准化,因此,滚珠丝杠副的设计1）运算作用在丝杠上的最大动负荷：第一依据切削力和运动部件的重9 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 量引起的进给抗力,运算出丝杠的轴向载

18、荷,再依据要求的寿命值运算出丝杠副应能承担的最大动载荷；式中工作负载 N指数控机床工作时实际作用在滚珠丝杆上的轴向力；运转系数,一般运转系数 取 1.21.5,有冲击的运转 取 1.52.5；硬度系数,为 60HRC 时,为 1；为1； G 寿命 以 转为单位 1,如 1.5 就为 150 万转；寿命 G 可按下式运算： G=式中 n滚珠丝杠的转速 r/min； T使用寿命时间 h,数控机床 T 取 15000h；工作负载的数值可用机床设计手册中进给牵引力的试验公式运算,对于三角形或综合导轨=k+W 式中、切削分力； W移动部件的重力 800N；就 k考虑颠覆力矩影响的系数,k=1.15；D=

19、80mm 的外圆导轨上的因数,=0.150.18,取=0.16；=1.15 921.6+0.16184302+800N=1482.752N 当机床以线速度v=100m/min,进给两=0.3mm/r,车削直径时,丝杠的转速 n=r/min 就 G=万转 =17.91万转根工作负载、寿命 G,取=12,=1,运算出滚珠丝杆副承担的最大动负荷= = 1.2 1 1482.752N=4655.3N 由 F 查滚珠丝杠的产品样本或机床设计手册, 挑选丝杠的型号 . 现在我们参照江苏天安机械有限公司的滚珠丝杠的产品样本 10 / 33 , 挑选滚珠丝杠的直径为名师归纳总结 - - - - - - -第

20、15 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 32mm,型号为 CDM3206-2.5-P3,其额定动载荷是参数技术 : 11 / 33 14022N,强度足够用；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2）效率运算：依据机械原理,丝杠螺母副的传动效率 为式中螺纹的螺旋升角,该丝杠为 325 摩擦角,约等于；就 = =0.953 3刚度验算：滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用,将引起基本导程 L的变化,因滚珠丝杠扭时引起的导程变化量很小,可忽视不计,故工作负载引起的导程变化量 L 为L = 式

21、中 E弹性模量,对于钢, E=20.6 10 N/c； S 滚 珠 丝 杠 截 面 积 按 丝 杠 螺 纹 底 径 确 定 d , 如 d=2.77cm） , 就12 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - S=6.03c；其中,“+” 用于拉伸时,“ ” 用于压缩时；就 L = =丝杠 1m 长度上导程变形总量误差 为= =11.78因 3 级精度丝杠答应的螺距误差为 15,故此丝杠的精度足够；3） 确 定 齿 轮 传 动 比,就根 据 系 统 的 脉 冲 当 量 , 选 步 进 电 动 机 的 步 距 角

22、取齿轮齿数 ,齿轮模数 m=2m m,齿轮传动时效率4）佩服电机的挑选1）负载传动惯量估算折算到伺服电机轴上的传动惯量可按下式估算式中-折算到电动机轴上的转动惯量齿轮的转动惯量 ）齿轮的转动惯量 ）丝杠的转动惯量 ）估算参数；对于材料为钢的圆柱形零件,其转动惯量可按下式估算式中 D圆柱零件的直径 cm） L-_零件轴向长度 cm）所以,13 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 负载转动惯量2）负载转矩运算及最大静转矩挑选依据能量守恒定律,电动机等效负载转矩如不考虑启动时运动部件惯性的影响,就启动转矩取安全

23、系数为 0.3,就由于数控机床对动态性能要求较高,确定电动机最大静转矩时应满意快速空载起动时所需转矩 T 的要求；式中空载快速起动时所需的转矩N；克服摩擦所需转矩 ）；=1.9403伺服电机的最高工作频率Hz=55.56Hz 依据运算综合考虑 ,查表选用 Star系列 130ST-M06025H型伺服电机；5）横向进给系统的设计运算已知条件：工作台重量W=300N,时间常数t=25ms,滚珠丝杠基本导程L =4mm左旋）,快速进给速度=1m/min；由于横向进给系统的设计运算与纵向类似,故运算过程略；挑选滚珠丝杠型号CDM2004LH-2.5-P3 ；减速齿轮Z =18, Z =30；伺服电机

24、型号为 110ST-M0403H. 15 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 433 伺服驱动器的选用：依据改造的要求选用的两个伺服电机,X 轴方向只是使刀具切入工件,受力较小,所以选用型号为 DA98-12-110ST-M04030H 驱动器配 X 轴；Z 轴方向处于进给方向,受力大,应选用型号为DA98-16-130ST-M07720H 驱动器配 Z 轴16 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 驱动器的安装要求1

25、7 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 再选用由上海大江电器有限公司杨子民器厂生产的BS-200 三相隔离变压器为伺 服驱动器供应电源；变压器外形与安装尺寸图如下：18 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 车床的机械结构改造要求：详细改造如下：纵向进给机构的改造,拆除原车床的进给箱,利用原车床进给箱的安装孔和销孔安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置,两端采 用原固定方式,这样可减小改装现场,安装时留意用百分表校

26、验丝杠与导轨的 平行度,拖板与导轨的垂直度,由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝杠,从而使 纵向进给整体刚性略优于以前；横向进给机构改造,保留原手动机构,用于 调整操作,原有的支撑结构也保留,将原先的丝杠换成滚珠丝杠,滚珠丝杠仍 然安装在原丝杠位置,两端采纳原先的安装方式,安装时留意用百分表校验丝 杠与导轨的垂直度；伺服电机、齿轮箱体安装在中拖板的后侧,纵、横向伺服电机都采纳一级齿轮减速器4.3.4刀架部分的改造11）与滚珠丝杠连接；为了能实现自动换刀,选用适合车床用的四工位数控电动刀台,详细挑选常达机床数控设备有限公司的LD4HAK20 ）电动刀架；其工作原理及特点：19 / 33 名师归纳总结

27、- - - - - - -第 24 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - LD4 型系列电动刀架采纳蜗杆副传动,螺杆锁紧无触点霍尔元件发信的工作原理,具有转位快,定位精度高,刚性好的优点；是普遍采纳的经济型产品；图形、尺寸、参数如下：20 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 详细改造：拆除原刀架和小拖板,换上数控电动刀架；选用欧姆龙的 d4n 型限位开关爱护车床外型如图4.4 数控部分的改造本次改造为经济性改造,一般国产的数控系统就能满意要求,为了降低成本选用广州数控设备有限公

28、司的GSK980TD 车床数控系统,其相关参数如下,21 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.GSK 980TD车床数控系统产品特点：. X 、Z 二轴联动、 m级插补精度,最高速度16m/min可选配 30m/min）. 内置式 PLC,可实现各种自动刀架、主轴自动换档等掌握,梯形图可编辑、上传、下载； I/O 口可扩展. 、通讯、用户输入 16 点/ 输出 16 点、四档主轴自动换档 仅 1、2 档有档位检测 、液压卡盘、液压尾座、 48 工位电动刀架 单向选刀 等功能；注：斜体字表示的功能为标准

29、 兼容 3. 选配功能PLC梯形图定义的 I/O 口功能 与 GSK980TA22 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 快速：最高快速移动速度 I/O 扩展：增加用户输入后盖接线图：30M/分钟 进给最高 15M/分钟）16 点/ 输出 16 点XS41、XS42接口）23 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 24 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页,共 33 页精选学习资料 - - -

30、- - - - - - 4.5 检验、调试车床改造完后需要进行检验和调试,详细是：在手动方式下分别点动 X、Z 方向,检查伺服电机的运动状况是否正常；手动四方刀架进行换刀测 试,检查换刀动作是否正常；将机床回零,对刀,写一段程序,试切、加工 零件,看精度及性能是否能达到要求；用螺纹加工程序,检查加工出来的螺 纹是否符合加工要求；经过上述步骤的检验和调试后,本次对CA6132 一般车床进行经济型数控化改造也就完成了,机床可以投入正常运行了；25 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 终止语通过这次毕业设计,我

31、学到很多学问,很多书本上都不曾学到过的学问,我们作为同学不仅要学习理论学问,更重要的是要学会理论与实践相结合,这 样我们的学问才会有用武之地；在改造中,指导老师张映红老师赐予了我很大的帮忙；老师不仅为我供应 资料,而且对于改造中显现的疑问,也准时解答和指导,使我的毕业设计得以 顺当完成；在此,谨向颜代书老师表示诚心的感谢；由于本人学问水平及实践体会有限,在文中确定存在很多不足,恳请各位 老师批判指正；26 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参考文献1 夏凤芳 .数控机床 .北京：高等训练出版社, 200

32、5 2 张建民等 .机电一体化系统设计 .北京：北京理工代数学出版社,2007 3 吴国经,杨中力,蒋建强 .数控机床故障诊断与修理 .北京：电子工业出版社, 2004 4 张超英,罗学科 .数控机床加工工艺、编程及操作实训 社, 2003 .北京：高等训练出版5 刘又午主编 .数字掌握机床 .上海 :上海科学技术出版社 ,1990 6 张新义等编 .经济型数控机床系统设计 .北京:机械工业出版社 ,1994 7 江苏天安机械有限公司；8 CA6132 一般车床说明书CDM 系列滚珠丝杠副技术参数说明书9 上海恒祥光学电子有限公司；S70 系列增量型旋转编码器技术参数说明书10 广州数控设备有

33、限公司； GSK980TD 车床数控系统使用说明书11罗永顺主编机床数控化改造技术；北京：机械工业出版社,2007 关 键 词: 一般车床数控技术改造依据一般车床进行经济型数控化改造的技术要求,提出了车床改造的设计方案和工作原理,对改机床的数控装置提出了以 80C-196 为处理器的设计方案；完成了数控装置的系统配置；对机床的机械传动进行了系统的改造设计,在保证精度、掌握成本的前提下对机械传动与驱动掌握部分的误差提出了软件补偿的措施；最终对车床的数控系统、机械传动与掌握驱动部分作了作了系统的校正,达到了车床数控改造的目标；27 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页,共 33 页精选学习资料 - - - - - - - - - 28 / 33 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页,共 33 页