畢業(yè)論文--c6136數(shù)控車床的改造

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文、作業(yè)）</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文、作業(yè)）題目：</p><p>　　C6136數(shù)控車床的改造 </p><p>　　分校（站、點）： </p><p>　　年級、專業(yè)： 10機電一體化

2、 </p><p>　　教育層次： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

3、 </p><p>　　完成日期： 2013-4-24 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　內(nèi)容摘要和關(guān)鍵詞……………………………………………………1</p><p>　

4、　緒 論……………………………………………………………3</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的選擇…………………………………………… 4</p><p>　　機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算及校核………………4</p><p>　　滾珠絲桿設(shè)計、計算、選型……………………………………5</p><p>　　步進電機的計算和選型…………………

5、………………………8</p><p>　　主軸電動機與主軸變頻器的選型………………………………11</p><p>　　三．C6136數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計………………………12</p><p>　　四．主軸編碼器的選擇與安裝…………………………….. …………13</p><p>　　五．絲杠和導(dǎo)軌自動潤滑…………………………………

6、……………14</p><p>　　六．改造小結(jié)……………………………………………. ……………15</p><p>　　七．參考文獻……………………………………………………………16</p><p>　　八．致謝………………………………………………….. ……………17</p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b>&l

7、t;/p><p>　　由于C6136數(shù)控車床已經(jīng)使用了3年多時間，其各部分傳動零件和電器部分及加工零件所要求的精度c6136都無法達到，故我們要對C6136數(shù)控車床進行升級改造使其達到生產(chǎn)精度要求和工藝要求。此次改造主要是對其系統(tǒng)，橫向和縱向絲杠的改動及更換步進電機等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控機床改造、 滾珠絲杠 步進電機 數(shù)控系統(tǒng) 步進電機</p><

8、p><b>　　緒 論</b></p><p>　　C6136數(shù)控車床的改造方案</p><p>　　原C6136數(shù)控車床由于使用年份比較長，使用頻率比較多故其步進電機內(nèi)部的磁力圈已經(jīng)磨損嚴重導(dǎo)致步進電機丟步嚴重精度誤差嚴重。故我們要選型更換步進電機。我們知道伺服電機的精度及工作性能要比步進電機好的多，但是為了節(jié)約成本我們還是選用步進電機。</p&

9、gt;<p>　　原C6136的數(shù)控系統(tǒng)為GSK928TC現(xiàn)我們改換其升級版本GSK928TCA。GSK928TCA數(shù)控系統(tǒng)，采用32位高性能工業(yè)級CPU構(gòu)成控制核心，實現(xiàn)UM級精度運動控制，系統(tǒng)功能及參數(shù)比較多我這里就不一一說明了。主要是性能比較穩(wěn)定，界面顯示直觀簡明，操作方便。</p><p>　　原數(shù)控車床的絲桿屬于滑動螺旋傳動，主要缺點就是機械效率低，一般僅為30~60%，與改造后的精度相差

10、很多。數(shù)控機床除了具有較高的定位精度外，還應(yīng)良好的動態(tài)間應(yīng)特征，滾珠絲杠副的特點，傳動效率高，一般達到90%以上，通過預(yù)緊力可消除絲杠間隙，運動平穩(wěn)，傳動精度高，有可靠性，磨損小，使用壽命長，但制造復(fù)雜，成本高。要使系統(tǒng)指令好，有能滿足精度要求，本次改造采用滾動螺旋機構(gòu)。</p><p>　　原數(shù)控車床的主軸電機功率為3.7KW，在其工作中發(fā)現(xiàn)其功率完全不夠。車床的切削力不足不可以大刀量進給，導(dǎo)致加工效率不高。故

11、這里我們選用7.5.KW的主軸電機以提高數(shù)控車床的切削力和生產(chǎn)效率問題。μmμm</p><p>　　原C6136數(shù)控車床的變頻器我們用的是富凌變頻器3.7KW。其缺點就是工作性能不穩(wěn)定，沒有自動電壓調(diào)整導(dǎo)致主軸轉(zhuǎn)速不穩(wěn)及主軸啟動延時比較厲害等。故我們這次選用安邦信AM100-7.5KW變頻器 380V級其優(yōu)點就是1具有自動電壓調(diào)整，自動節(jié)能運行，自動限流對運行期間電流自己限制，防止頻率過流故障跳閘等優(yōu)點。<

12、;/p><p>　　由于改動了上述部件故這里我們要考慮步進電動機距角和絲桿導(dǎo)程只能按標(biāo)準(zhǔn)選擇，要達到0.001秒的分辨率的要求，縱﹑橫向均要用錯齒調(diào)隙的齒輪做減速運動。</p><p>　　要求改造更新后的C6136數(shù)控車床的參數(shù)如下：</p><p>　　最大回轉(zhuǎn)直徑：360MM</p><p>　　電機功率：7.5KW</p>

13、<p>　　快速進給：縱向2.4m/min</p><p>　　橫向1.2m/min</p><p>　　切削速度：縱向0.5m/min</p><p>　　橫向0.25m/min</p><p>　　定位精度：0.015mm</p><p>　　運動部件重量：縱向800N</p><p

14、><b>　　橫向600N</b></p><p>　　脈沖當(dāng)量：縱向0.01mm</p><p><b>　　橫向0.005m</b></p><p><b>　　一 數(shù)控系統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　1原C6136數(shù)控車床使用的是廣數(shù)GSK928TC數(shù)控車床

15、系統(tǒng)，此系統(tǒng)由于使用時間比較長其內(nèi)部的電器部分已經(jīng)老化，導(dǎo)致機床在工作中突然停機。嚴重影響加工質(zhì)量與人身安全?，F(xiàn)在我們更換成GSK928TC的升級版本GSK928TCA，</p><p>　　GSK928TCA具有以下特點：</p><p>　　Z、X、Y三軸控制，兩軸聯(lián)動，可控Y軸或伺服主軸，0.001mm（即μm級）插補精度，系統(tǒng)切削速度可達15000 mm/min；定位最高快速速度輸

16、出可達30000 mm/min。</p><p>　　圓弧加工的最大半徑可達1000m。</p><p>　　加工性能好：系統(tǒng)輸出脈沖平穩(wěn)、均勻，加工后工件表面波紋均勻細膩、銜接處無頓痕。　　</p><p>　　高效加工與靈活的實時檢測并行執(zhí)行處理機制；程序段間過渡不占時間；輔助指令與定位指令可以同步執(zhí)行；靈活應(yīng)用系統(tǒng)的語句編程功能，能有效提升綜合效率和安全性。　

17、　　　　</p><p>　　最大限度的安全措施：提供了多種有關(guān)安全方面的參數(shù)選項，確保安全使用；具有雙重軟限位保護功能等?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?lt;/p><p>　　具體參數(shù)這里不詳細說明了，主要選擇此系統(tǒng)是因為價格相對比較便宜，工作性能比較穩(wěn)定。還有就是其系統(tǒng)界面與GSK928TC基本一致方便操作人員快速熟悉掌握。</p><p>　　一

18、 滾珠絲桿的選型與計算</p><p>　　1我們現(xiàn)在要計算一下縱向絲杠的進給牽引力Fm：</p><p>　　縱向進給的綜合型導(dǎo)軌</p><p>　　采用三角型或綜合導(dǎo)軌:</p><p>　　Fm=kFx+ (Fz+G) （3.1）</p

19、><p>　　式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N):</p><p>　　G-移動部件的重量(N)</p><p>　　—導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù),隨導(dǎo)軌形式而不同</p><p>　　K考慮顛復(fù)力距影響的實驗系數(shù). f=0.16</p><p>　　則Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=

20、1698.75N</p><p>　　再計算一下最大動負載C:</p><p>　　C=fwFm （3.2）</p><p>　　選用滾珠絲杠副的直徑d.時必須保證在一定軸向負載</p><p>　　作用下.絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后,在它的滾道上不產(chǎn)

21、生點蝕</p><p>　　現(xiàn)象.這個軸向負載的最大值稱為該滾珠絲杠能承受的最大動</p><p>　　負載C可用C=fw.Fm （3.3）</p><p>　　L=

22、（3.4）</p><p>　　n= （3.5） </p><p>　　式中滾珠絲杠導(dǎo)程L=6mm.可取最高進給速度的(1/2~1/3)此處</p><p>　　VS=0.5×0.5=0.25m/min</p><p>　　

23、T: 使用壽命按15000h計算</p><p>　　L: 壽命以106轉(zhuǎn)為1單位</p><p>　　Fw: 運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取</p><p>　　fw:12~1.5 取fw=1.3</p><p>　　N==42r/min</p><p><b>　　L===38小時</b></p

24、><p><b>　　C=.fw.Fm</b></p><p>　　C=×1.3×1698.75=7508.47</p><p>　　計算出以上數(shù)據(jù)后查一下<<精密機床配件系列>>-山東濟寧</p><p>　　選取滾珠絲杠公稱直徑為φ40選用的型號為CDM4006-2.5作為縱

25、向絲桿因為其額定動載荷15470N,所用強度足夠用。</p><p>　　2現(xiàn)在算下縱向絲桿的定位精度：</p><p>　　最大牽引力為1698.75N, 支承間距L=1700mm</p><p>　　絲杠螺母及軸承均采用預(yù)緊,預(yù)緊力為最大牽引力為1698.75N.</p><p><b>　　公式如下：</b>&l

26、t;/p><p>　　ΔL= : Fm工作負載(N)</p><p>　　L.:滾珠絲杠L=6mm</p><p>　　E:材料彈性模數(shù)對鋼E=20.6×10(N/mm)</p><p>　　F:滾珠絲杠面積mm</p&g

27、t;<p>　　F=1/4πD=1/4π×40=1256m</p><p>　　△L=0.394×104mm</p><p>　　再算滾珠絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量δmm</p><p>　　δ=0.394×10-4×L/6=0.011</p><p>　　對滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉拉伸,拉壓

28、剛度可提高4倍</p><p>　　其實際變量=1/4×0.011=2.75×10mm</p><p>　　=0.00756mm<定位精度0.015mm</p><p>　　計算值滿足改裝所需要求，顧縱向絲桿選擇型號CDM4006-2.5的絲桿。</p><p>　　2計算橫向絲杠進給牽引力Fm：</p>

29、<p>　　橫向?qū)к墳檠辔残螌?dǎo)軌</p><p><b>　　其計算公式如下:</b></p><p>　　Fm=KFx+ (Fz+2Fy+G)</p><p>　　式中K:考慮顛復(fù)力矩的影響實驗系數(shù)K=1.4</p><p>　　:導(dǎo)軌上摩擦系數(shù)為=0.2,移動部件重量G=600N</p>

30、<p>　　Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N</p><p>　　3．計算最大動負載(N)</p><p>　　n=.==31.25</p><p><b>　　L==28.125</b></p><p>　　C=×1.2×

31、;1629.3=5865.48N</p><p>　　得出以上數(shù)據(jù)后 查<<精密機床配件系列>>叢書 山東濟寧</p><p>　　選用滾珠絲杠為CDM2504-2.5 其額定的動載荷為6638</p><p>　　d=25mm =24.5mm 循環(huán)列數(shù)為1×2.5×2 Coa=16826 螺旋導(dǎo)程角 r==arc

32、tan r=2° 選擇精度等級為3級。其數(shù)據(jù)滿足橫向絲桿要求。</p><p>　　得知以上數(shù)據(jù)后算出橫向絲桿的定位精度：</p><p>　　已知橫向進給最大牽引力為2612.1N 支承間距</p><p>　　L=450mm 因絲杠長度較短不需要預(yù)緊</p><p>　　滾珠絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><

33、;p>　　△L===0.6448×10</p><p><b>　　滾珠絲杠經(jīng)過預(yù)拉伸</b></p><p>　　=1/4×0.007254=0.0018</p><p>　　=0.0054小于定位精度</p><p>　　定位精度為0.015mm</p><p>　　

34、計算值滿足改裝要求，所以橫向絲桿我們選用CDM2504-2.5。</p><p>　　二 步進電機的計算與選型：</p><p>　　1 縱向步進電機力矩計算</p><p>　　機床在不同工況下,其所需要的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各階段計算</p><p>　　快速空載啟動時所需要的力矩</p><p>　　=Mmax+

35、Mf+M0 （3.8）</p><p>　　式中:M起-快速空載啟動力矩(N.m)</p><p>　　Mmax-折算到電機軸上的加速力矩(N.m)</p><p>　　Mf-折算到電機軸上的附加摩擦力矩(M.m)</p><p>　　起動加速時間ta=30m

36、s</p><p>　　Mmax=.e=×10</p><p><b>　　nmax=</b></p><p>　　—傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量(Kg.cm2)</p><p>　　ε—電機最大角加速度</p><p>　　nmax-電機最大轉(zhuǎn)速 (r/min)</p&

37、gt;<p><b>　　—脈沖當(dāng)量</b></p><p><b>　　—步進電機的步距角</b></p><p>　　nmax===500r/min</p><p>　　Mmax==504.4N.cm</p><p>　　摩擦力矩Mf(N.m)</p><p&g

38、t;<b>　　Mf==</b></p><p>　　F.—導(dǎo)軌摩擦力(N)了發(fā) G運動部件總重量(N)</p><p>　　i —齒輪降速比按i=Z1/Z2計算</p><p>　　η—傳動鏈總效率一般η=0.7~0.85</p><p>　　取0.8 Mf==12.22N.cm</p><

39、p><b>　　附加摩擦力M0</b></p><p><b>　　M0=</b></p><p>　　式中 FP0-滾珠絲杠預(yù)加載荷一般取1/3Fm</p><p>　　Fm為進給牽引力(N)</p><p>　　L0—滾珠絲杠導(dǎo)程(cm)</p><p>　　N—

40、滾珠絲杠未預(yù)緊時傳動效率94.24%</p><p><b>　　M0==</b></p><p><b>　　M0=</b></p><p>　　∴=Mmax+Mf+M0=504.4+12.22+10.28=526.9N.cm</p><p>　　(2)快速移動時所需力矩</p>&

41、lt;p><b>　　=M+M0</b></p><p>　　M===65.88N.cm</p><p>　　(3)最大切削力負載時所需力矩</p><p><b>　　=M+M0+Mt</b></p><p><b>　　Mt=</b></p><p

42、>　　式中 Fmax-進給方向上的切削力取Fx=877.5N</p><p>　　Mt-折算到電機軸上的切削負載力矩(N.cm)</p><p>　　Mt=`=83.84(N.cm)</p><p>　　=Mt+M0+Mt=65.88+10.28+83.84=160N.cm</p><p>　　從上面可以看出,,,三種情況下,以快速空

43、載時</p><p>　　所需力矩最大,以此項工作為選步進電機的依據(jù) </p><p><b>　　步進電機的選擇：</b></p><p>　　對于工作方式為五相十拍的步進電機</p><p>　　Mjmax==526.9/0951=554.048 查表選用130BF001型直流步進電機的最大靜轉(zhuǎn)距為930N.cm，

44、滿足改裝要求。</p><p>　　3橫向步進電機力矩的計算：</p><p>　　機床在不同工況下其所需的轉(zhuǎn)距不同,下面分別按各段計算</p><p>　　1.快速空載起動時所需的力矩M起</p><p>　　=Mmax+Mf+M0</p><p><b>　　Mmax=.e=×</b>

45、;</p><p>　　nmax===500r/min</p><p>　　Mmax=2.414×=42.1N.cm</p><p>　　折算電機軸上的摩擦力力矩Mf</p><p>　　Mf===4.58N.cm</p><p><b>　　附加摩擦力矩M0</b></p>

46、<p><b>　　M0=)=)</b></p><p>　　==11.07Ncm</p><p>　　Mmax=42.1+4.58+11.07=57.75N.cm</p><p>　　(3)快速進給時所需力矩M快</p><p><b>　　=+M0</b></p>&

47、lt;p>　　Mf==4.58N.cm</p><p>　　M0=1/3Fm/2paini(1-n2)=11.07N.cm</p><p>　　=4.58+11.07=15.65N.cm</p><p>　　(4)最大切削負載所需力矩M切</p><p><b>　　=Mf+M0+Mt</b></p>

48、<p>　　Mt===33.4N.cm</p><p>　　Mf===17.96N.cm</p><p>　　M切=33.4+17.96+11.07=62.43N.cm</p><p>　　上面計算可以看出,,和三種工況下,</p><p>　　以最大切削負載所需力矩作為選用電機的依據(jù)當(dāng)</p><p>　

49、　步進電機為五相十拍時=/Mmax</p><p>　　Mjmax=/=62.43/0.951=65.64</p><p>　　算出后查表選擇90BF002的步進電機其最大靜轉(zhuǎn)距為400，滿足改裝要求。</p><p>　　主軸電動機與變頻器的選擇；</p><p>　　1 原C6136數(shù)控車床的主軸電動機功率為3.7KW不能滿足生產(chǎn)要求。我

50、們現(xiàn)在把電動機換成功率為7.5KW的YVP變頻調(diào)速三相異步電動機 。其主要特點：</p><p>　　1、起動電流小，不用附加起動設(shè)備；    2、低頻起動時力矩對負載沖擊?。?#160;   3、體積小、重量輕、安裝尺寸和Y系列相同；    4、在風(fēng)罩內(nèi)裝有軸流風(fēng)機，在各種轉(zhuǎn)速下，均有良好的冷卻效

51、果；    5、應(yīng)用范圍廣，在50Hz以下可作恒轉(zhuǎn)矩運行，在50Hz以上可作恒功率運行；    6、調(diào)速平滑能在5～100Hz范圍內(nèi)無級調(diào)速；    7、較電磁調(diào)速電機節(jié)能降耗，調(diào)速范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，維修方便等優(yōu)點足夠滿足改裝要求，其價格為1230元在同型號中性價比比較高</p><

52、p><b>　　。</b></p><p>　　變頻器我們用安邦信AM100-7.5KW變頻器其主要點前面以闡述這里就不詳細說明了，其連接圖如下：</p><p>　　此變頻器工作穩(wěn)定性比較好，滿足改裝要求。 </p><p>　　三 C6136數(shù)控車床的系統(tǒng)硬件電路改造</p><p>　　由于原機床使用年限比較

53、長導(dǎo)致部分接線與電器元件老化，導(dǎo)致數(shù)控車床整體的問題嚴重比如指令輸入后系統(tǒng)沒反應(yīng)及有時工作狀態(tài)中突然停機等問題。所以我們此次要把系統(tǒng)硬件的電路更換掉我們選用的是GSK928TCA數(shù)控系統(tǒng)。拆下原來的數(shù)控系統(tǒng)，把數(shù)控系統(tǒng)的連接線與驅(qū)動器的插口對應(yīng)接在一起其中PA口為輸入口，PA0與PA5是功能健其主要控制刀架﹑編程﹑空運行﹑自動與手動把PA0與PA5連接到驅(qū)動器對應(yīng)的輸入接口。把PB0連接到驅(qū)動器的對應(yīng)的輸出口其主要是控制啟動﹑連續(xù)﹑單段

54、﹑急停等。把PB5連接到驅(qū)動器的對應(yīng)輸出口其主要功能是換刀。PB6主要是接光電編碼器的輸出零位接口。把PA0與PA7的輸出端接到驅(qū)動器的輸入口其主要功能是控制Z軸和X軸的步進電機轉(zhuǎn)動。PC4是報警接口.PB4和PB7是控制數(shù)控車床的行程開關(guān)的。</p><p>　　四 主軸編碼器的選擇與安裝</p><p>　　編碼器我們選擇F58系列增量型編碼器-實心軸。</p><

55、p>　　其主要特點是：自動測量數(shù)控車床上的作角度和橫，縱坐標(biāo)的測量等</p><p>　　內(nèi)部采用ASIC器件，可靠性高﹑壽命長﹑抗干擾能力強﹑不銹鋼主軸有較強的穩(wěn)定性和防護性﹑金屬外殼更加牢固出線插頭有防水功能等。</p><p><b>　　安裝示意圖：</b></p><p><b>　　安裝注意事項：</b>

56、</p><p>　　– 必須選擇柔性聯(lián)軸器</p><p>　　– 徑向、軸向、角度安裝偏差不允許超過</p><p>　　聯(lián)軸器允許范圍，以1/10最大值為佳。</p><p>　　– 徑向偏差建議不超過0.03mm</p><p>　　– 軸向安裝時，必須注意驅(qū)動軸軸向竄動</p><p>

57、;　　不得出現(xiàn)牽引或碰撞編碼器軸的現(xiàn)象。</p><p>　　– 安裝不得出現(xiàn)任何機械敲打撞擊或加</p><p>　　工，若出現(xiàn)安裝困難，</p><p>　　切忌使用安裝螺孔作為同軸定位尺寸。</p><p>　　五 絲桿與導(dǎo)軌的自動潤滑</p><p>　　對于絲桿與導(dǎo)軌的自動潤滑我們保留原先C6136數(shù)控車床的

58、單數(shù)顯電動潤滑泵。</p><p><b>　　六．改造小結(jié)</b></p><p>　　對數(shù)控車床的升級改造有多方面的問題：比如成本問題﹑數(shù)控車床的整體布局問題及數(shù)控車床的高精度問題及操作問題等。如今數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化﹑高精度化﹑功能復(fù)合化﹑控制智能化﹑高可靠性﹑開放化﹑網(wǎng)絡(luò)化﹑極端化﹑綠色化﹑并聯(lián)驅(qū)動化。以上升級改造只是提高了C6136數(shù)控車床的控制精

59、度﹑加工效率﹑以及加工精度的及表面加工質(zhì)量等方面。</p><p><b>　　七 參考文獻</b></p><p>　　1步進的電機計算公式參考張勇主編，《車床數(shù)控化改造實例》，機械工業(yè)出版社</p><p>　　2 縱向與橫向絲桿計算公式胡曉東主編，《數(shù)控機床操作與維護技術(shù)基礎(chǔ)》電子工業(yè)出版社</p><p>　　3

60、 主軸電動機和變頻器的選擇參考本身機械加工所需要的要求。</p><p>　　4 電路接線參考自身實際操作。</p><p>　　5 主軸編碼器參考劉永久主編，《數(shù)控機床故障診斷與維修技術(shù)（FANUC系統(tǒng)）》，機械工業(yè)出版社</p><p><b>　　致　　謝</b></p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計中我不但鞏固了已