〔大学论文〕数控刀架的改造〔含word文档〕.pdf
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1、毕毕 业业 论论 文文 题题目:目:数数 控控 刀刀 架架 的的 改改 造造 学生姓名指导教师 二级学院专业机械 班级M09 机械设计及其自动化学号 提交日期 2011 年 5 月 10 日答辩日期 2011 年 5 月 15 日 学士学位论文目录 I 目 录 摘 要.III Abstract.IV 第一章 绪论.1 第二章数控机床的分类及应用范围 2 2.1 数控机床的特点如下: 2 2.2 数控机床的应用范围 3 第三章数控车床的传动与结构 4 3.1 主轴传动系统 4 3.2 进给传动系统 4 3.3 自动回转刀架 4 3.4 机床尾座.4 第四章数控机床的机械部分设计 6 4.1 数控
2、机床的传动装置设计 6 第五章数控系统硬件电路设计 14 5.1 数控系统基本硬件组成. 14 5.2单片机控制系统的设计 16 第六章 数控系统软件设计 18 6.1 本数控系统软件设计任务 18 6.2 进给伺服系统 X 轴与 Z 轴步进电机控制.18 6.3 主轴电机的控制. 18 6.4 螺纹加工工作原理和加工程序. 19 第七章电气控制部分设计 25 7.1 硬件电路设计 25 7.2. 控制软件设计 27 学士学位论文 第八章数控刀架的改造.33 8.1数控刀架的简介 33 8.2 数控刀架的类型. 34 8.3 总体结构设计. 35 8.4 诊断与修复35 结论.37 致 谢.3
3、8 参考文献.39 学士学位论文摘要 III 数控刀架的改造 摘摘摘摘 要要要要 本设计说明书包括:概论、总体设计方案的拟定和验证、主传动部分的改 造设计、伺服进给系统的改造设计、自动转位刀架的选择设计、编码盘安装部 分的结构设计等几个部分。改造后的机车,主运动实现自动变速,纵向、横向 进给系统进行数控控制,并要求达到纵向最小运动单位为 0.01 /脉冲,横向最 小运动单位0.005 /脉冲,刀架要是自动控制的自动转位刀架,要能自动切削 螺纹。 关键字:数控改造进给系统滚珠丝杠自动刀架 学士学位论文abstract IV NcNcNcNc cuttercuttercuttercutter tr
4、ansformationtransformationtransformationtransformation AbstractAbstractAbstractAbstract This introduction of the design included:The draw-up of the general outline, the decision and verify of the total designal projection, the reforms design to the parts of the lord spreads to move,the reforms desig
5、n to the system of serve enters ,the choice and design to the knife which turn automatically, the constructions design of coding dish gearing part ,and so on.while the Motorcycle been reformed, the lord exercises realize to change speed automatically. lengthways, horizontal enter to proceed to syste
6、m the number controls the control, and request to attain lengthways minimum sport unit as 0.01 mm/ pulse, horizontal minimum sport unit as 0.005 mm/ pulse, knife must be the automatic control a knife which is turning automatically,and it is able to slice the thread automatically. KeyKeyKeyKey wordwo
7、rdwordword:Thenumbercontrolstoreforms;thesystemof enters;roll the bead in silk;automatic knife. 学士学位论文绪论 1 第一章 绪论 现阶段,许多工厂常用二维设计软件进行基于 2D 的平面图零件设计,然后 由工艺人员、程序员按 3D 概念,直接以 G 代码或 APT 语言进行 NC 编程。这种方 法适用于一般简单零件的平面加工、直线加工、回转体加工及点位加工。其编程 速度较快,代码简洁。对于几何形状复杂、夹具装配复杂,特别是对非圆曲面的 加工,上述编程方法就十分困难了。 因为对空间几何图形和轨迹进行数
8、学处理的计算量大、 过程复杂, 不易掌握, 而且编程过程中,不能对加工环境构成要素的几何体之间的空间关系进行检查。 将刀位坐标转为加工对象的几何图形再进行检查,精度低,不直观,因此需要上 机调试程序,占用数控机床时,技术准备周期比较长。 近几年来,CAM 技术发展迅速,图形处理功能有了很大增强,硬件平台价格 大幅下降,同时,CAD/CAM 软件技术也日益成熟。这使得直接将零件的几何体信 息转变为数控加工程序的国产 CAD/CAM 软件CAXA 制造工程师得以推广和应 用。随着科技的进步与发展,尤其是计算机、信息技术为代表的高新技术发展, 使制造技术的内涵与外延发生了革命性的变化。 数控加工技术
9、使机械制造技术过 程发生了显著变化,是最具代表的先进制造技术,目前在模具、汽配等行业已经 广泛使用。 在我国工业技术发展的新形势下,模具加工技术发展迅猛,数控铣加工技术 正是模具加工工艺领域中的一项关键技术。此项技术跨越机械、电子、控制、 数 学及计算机应用等多个领域, 是当代机械专业学生和工程技术人员应该了解的新 技术。 为了充分发挥数控加工技术的优势,数控加工正在向工序集中、更高速、 更 高效率、 更高精度、 更高可靠性及更完善的功能方向发展。 数控加工技术的应用, 使机械加工的大量前期准备工作过程连为一体, 使零件的计算机辅助设计 (CAD)、 计算机辅助工艺规划(CAPP)和计算机辅助
10、制造(CAM)的一体化成为现实,使 机械加工的柔性自动化水平不断提高 学士学位论文数控机床的分类及应用 2 第二章数控机床的分类及应用范围 数控机床在机械制造中的应用日益广泛,它有效的解决了复杂、精密、小批 多变的零件加工问题, 能适应各种机械产品迅速更新换代的需要, 经济效益显著。 2.1 数控机床的特点如下: 2.1.1 具有充分的柔韧性,能适应不同零件的自动加工 当零件设计改变时,只能改变零件程序即可加工出新零件,不必更换凸轮、 靠模样板或钻镗模等专用工艺装备。 因此数控机床能缩短新产品的试制和生产日 期,易于组织多品种生产,使企业快速适应市场需要。 2.1.2 生产效率高 数控车床可以
11、采用较大的切削用量,有效节省了自动加工时间;自动换刀和 其他辅助功能自动化,大大缩短了辅助时间;工序集中,减少了工序运输、测量 等。因此数控机床的生产效率一般比普通机床提高 35 倍,在加工复杂零件时, 可提高 810 倍 2.1.3 加工产品质量好 数控机床严格按照零件程序规定的轨迹进行加工,加工精度高、产品质量稳 定,集中的工序可减少因工件的装夹所引起的人为误差,产品的重复精度高, 互 换性(一致性)好,有利于产品质量的控制。 2.1.4 能加工普通机床不能的大型复杂零件 对于飞机机翼、 螺旋桨叶片等复杂异形曲面零件, 用普通机床是难以加工的, 而数控机床加工尤为合适。传统加工方式(铸造手
12、工打磨或仿形加工)存在劳 动强度大、生产效率低、制造成本高、产品误差大(一致性差) ,制造零件寿命 短等缺点。 2.1.5 减轻了劳动强度,改善了劳动力,节省人力,降低成本花费。 与普通机床比,数控机床也存在造价相对较高、初始投资较大、调整和维护 比较复杂、需要高熟练度和经过培训的零件编程和操作人员等缺点。但随着数控 机床性价比的不断提高和人们受教育程度日益提升,这些缺点已不那么突出了。 学士学位论文数控机床的分类及应用 3 2.2 数控机床的应用范围 数控机床具有普通机床所不具备的许多优点,其应用范围在不断扩大,但目 前还不能完全取代普通车床, 主要全原因是它不能以最经济的方式来解决加工制
13、造过程中所有问题。 根据数控加工的优缺点及国内外大量的应用实践, 一般可将零件按是否适合 数控加工可分为以下三类: 2.2.1 最适应类 形状复杂、加工精度要求高,用通用加工机床无法加工或虽能加工但难 以保证产品质量的零件; 用教学模型描述的复杂曲线或复杂曲面轮廓零件; 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒形零件; 必须在一次装夹中完成铣、镗、铰和攻螺纹等多工序的零件。 2.2.2较适应类 对于这种类型的零件,除了考虑加工可行性外,还要综合考虑生产率及经济 性,一般应尽量选择数控加工方案: 在普通机床上加工易受人为因素(如情绪波动、体力强弱、技术水平高 低等)干扰,零件价值
14、又高,一旦质量失控便会造成重大经济损失的零件; 在普通机床上加工时必须制造复杂专用夹具的零件; 需要多次更改设计后才能定型的零件; 在普通机床上加工需要作长时间调整的零件; 用普通机床加工时,生产率很低或劳动强度很大的零件。 2.2.3 不适应类 对于这类型零件,采用数控加工后,既不经济,又不能提高生产效率,还可 能弄巧成拙或得不偿失,一般不应选择数控加工方案: 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件; 加工余量很不稳定,且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标 位置的零件; 必须用特定的工艺装备协调加工的零件; 成产批量大的零件(不排除其中个别工序用数控机床加工) 。 参照数控加工
15、的适用范围,就可以根据所拥有的数控机床量来优选加工对 象,根据加工对象来选择加工机床。或者从技术改造角度考虑是否应投资添置数 控机床。 学士学位论文数控机床的分类及应用 4 第三章数控车床的传动与结构 3.1 主轴传动系统 主轴箱位于机床的左侧,安装在床身上,主传动由变频电动机驱动,通过多 楔带直接传送给主轴,使主轴最高转速达 3000r/min。恒功率范围 1200 3000r/min,主轴运动由一组同步带传动驱动编程器同步旋转,编码器将主轴的 角位移转换成光电脉冲信号,传输 CNC 数控系统,从而实现主轴的速度控制。 电 动机变频调速范围 10125Hz,其中 50Hz 以下为恒扭矩区,5
16、0Hz 以上为恒功 率区。 3.2 进给传动系统 CKA6136 型卧室车床的进给传动系统分为 X 轴进给传动和 Z 轴进给传动。 X 轴进给由交流伺服电动机驱动,经 20/24 的同步带轮传动到滚珠丝杆上,螺母 带动会转刀架移动,滚珠丝杆螺距为 6mm。 Z 轴进给也是由交流伺服电动机驱动, 经 20/24 的同步带轮传动到滚珠丝杆 上,其上螺母带动滑板架移动,该滚珠丝杆螺距也为 10mm。 3.3 自动回转刀架 当接收到数控系统的换刀指令后,数控车床的自动回转刀架其换刀过程为: 刀架抬起刀架转位刀架压紧。 回转刀架在结构上应具有良好的强度和刚性,以承受粗加工时候的切削抗 力。由于切削加工精
17、度在很大程度上取决于刀尖位置,对于数控车床来说,加工 过程中刀尖位置不进行人工调整, 因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定 位结构,以保证回转刀架在每一次转位之后,具有尽可能的重复定位精度(一般 为 0.0010.005mm) 。 3.4 机床尾座 尾座体的移动由滑板带动移动。尾座体移动后,由手工控制的液压缸将其锁 紧在床身上。 在调整机床时。 可以手动控制尾座套筒移动。 顶尖与尾座套筒用锥孔来连接, 学士学位论文数控机床的分类及应用 5 尾座套筒可以带动顶尖一起移动。在机床自动工作循环中,可通过程序有数控系 统控制尾座套筒的移动。 当数控系统发出尾座套筒伸出指令后, 液压电磁阀动作, 压
18、力油通过活塞杆内孔进入套筒液压缸的左腔,推动尾座套筒伸出。当数控系统 指示其退时,压力油进入套筒液压缸的右腔,从而使尾座套筒退回。 当套筒退回时,行程杆上的固定挡板压下确认开关,想数控系统发出套筒退 回的确认信号。 学士学位论文数控机床的机械部分设计 6 第四章数控机床的机械部分设计 4.1 数控机床的传动装置设计 传动装置设计包括传动系统改装设计、转动比的计算、电机的选择等。 4.1.1.传动系统改装设计 在车床的改造中,一般采用直线控制开环系统即可满足要求。这种系统结构 简单、 传动链短机床流板箱的运动速度和位移完全取决于输入指令脉冲的数目和 频率。因此,不需要位置检测机构。由于无检测装置
19、,其位移精度主要取决于传 动元件(如齿轮、传动丝杠等等)的累积误差。所以,设计时应该选择合适的脉 冲当量(常用的控制系统的脉冲当量是 X 向 0.005mm/p。Y 向 0.01mm/p)并要求 传动元件有足够的刚度和精度。传动系统的传动误差尽量小,一般开环系统的定 位精度可达0.02mm0.01 mm.有以下几个方面的因素:一是将高转速低转矩的 伺服电动机轴的输出,改变为低转速高转矩的执行元件的输出;另一方面是使丝 杠哈溜板的转动惯量折算到电动机上数值减小, 此外对开环系统而言还可以保证 所要求的脉冲当量。 纵向进给系统的改造全部拆除 CK6163 原机床的进给箱和溜板箱,拆除光杆 及端部的
20、固定轴承。滚珠丝杠安装在原光杆略前一点。考虑到热胀冷缩对精度的 影响,丝杠的两端一固定一端自由伸缩。溜板箱拆除后,设一溜板箱和平动按钮 安装板,滚动丝杠副的螺母固定到溜板箱上,转动丝杠时,带动溜板箱移动。 纵向步进电机、齿轮箱和溜板箱均加外罩,以保持机床的外观整齐;在溜板 箱上安装纵、横向进给按钮和启动、暂停、急停按钮,以适应机床调整时的操作 需要和遇到以外情况时的紧急处理需要。为了便于安装滚珠丝杠副及检修,丝杠 轴采用分段式。安装后,用套桶刚性连接。如丝杆采用整体式,则加工难度大, 易产生变形,装拆不方便,且如果一端因磨损或装拆损坏,则丝杠也随之报废。 无形之中增加使用成本步进电机及齿轮箱安
21、装在机床尾部,不影响操作,便于检 修和布线。为保证传动精度及避免多级传动带来的误差,采用一级齿轮减速, 并 采用双片薄齿轮错齿来消除间隙(考虑到负载变化,不采用弹簧调节齿轮)运行 一段时间后,拆开减速盖板调节两片齿轮间的相对位置达到消除间隙的目的。 此 外为达到这个目的, 在减速箱端盖上制造腰子孔方式。 当端盖与减速箱体联结时。 围绕中心转动端盖, 从而改变步进电机与丝杠轴中心距来达到消除齿轮间隙的目 的。减速箱在安装后,配打定位销定位。在溜板箱体上安装快速进给按钮和急停 按钮,机床运行中如遇越界现象将不能及时发现。因此在适当的位置安装越界报 警系统。 学士学位论文数控机床的机械部分设计 7
22、原机床主轴部位保留,但加装主轴脉冲发生器,以实现螺纹加工功能。 保留其它进给和刀具部分。 原来车床上的四位刀架改为四位可编程自动转位 刀架。 4.1.2.主轴编码器 数控车床靠数控系统控制步进电机进给与主轴的旋转配合切削出符合的螺 纹,须配置主轴编码器作为车床主轴位置信号的反馈元件,它与车床主轴同步转 动,发出主轴转角位置变化的信号。主轴编码器一般采用同轴安装或异轴安装, 异轴安装较同轴安装复杂,须配置一对齿轮或同步耻形带,但可加工穿出车床主 轴孔的零件。主轴编码器传动用轴套连接,对连接件制造精度及安装要求较高, 否则同轴度误差的影响会引起主轴编码器发生偏扭而造成信号不准, 严重会损坏 码盘。
23、 4.1.3.滚珠丝杠 由于被改装机床的丝杠往往已有不同程度的磨损或弯曲变形,运动阻力较 大,容易造成步进电机伺服系统的丢步。如果机床用于粗加工,问题还不突出; 如用于精加工,为了提高机床的定位精度、应采用滚珠丝杠。在改装过程中, 一 般应注意以下几个问题: A 改装前,应对机床的各项精度进行一次检测,作必要的修复,以保证改装 后的机床有较高的使用价值由于滚珠丝杠的定位圆往往比原丝杠大, 需拆下纵向 丝杠右端的挂脚,细致地校正原安装定位面,找正原定位孔中心,扩镗孔,使之 与滚珠丝杠配合。这是新安装的滚珠丝杠与机床导轨平行的关键之一;纵向滚珠 丝杠选用时,应尽量使其长度与原丝杠接近。为了降低成本
24、,允许选用稍短的规 格,因为车床丝杠的端部螺纹在日常使用时一般是用不到的,可加连接杆补偿, 但应保证加工和安装时的同轴度要求。这一要求以及丝杠螺母座的安装位置, 构 成大拖板移动是否灵活的关键; 横向滚珠杆的有效长度,不仅要保证刀具刃尖过去轴中心,还应满足机床自 动对刀功能的要求。最好能使中拖板行程满足镗孔刀尖超过主轴中心 40mm。我 们将原机床丝杠的螺纹部分切去,与滚珠丝杠镶接,简化了改装工作量。螺纹部 分切出前,需确定起长度。 4.1.4.丝杠后支撑用双列向心球面球轴承 后支撑采用自动调心双列向心球面球轴承。 双列向心球面球轴承, 不仅可 承 受径向载荷和横向载荷,更重要的是能消除由于安
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