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C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 1 機電一體化 課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 班級 班 設(shè)計者 學(xué)號 指導(dǎo)教師 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 2 目錄 1設(shè)計任務(wù) 2 2設(shè)計要求 3 2 1 總體方案設(shè)計要求 3 2 2 設(shè)計參數(shù) 4 2 3 其它要求 5 3進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計與計算 6 3 1 進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 6 3 2 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 6 3 2 1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 6 3 2 2 縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 6 3 2 3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 10 4步進電動機的計算與選型 13 4 1 步進電動機選用的基本原則 14 4 1 1 步距角 14 4 1 2 精度 14 4 1 3 轉(zhuǎn)矩 14 4 1 4 啟動頻率 14 4 2 步進電動機的選擇 14 4 2 1 C6140 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 14 4 2 2 C6140 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 15 5 電動刀架的選擇 15 6 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 16 6 1 控制系統(tǒng)的功能要求 16 6 2 硬件電路的組成 16 6 3 電路原理圖 16 6 4 主軸正反轉(zhuǎn)與冷卻泵啟動梯形圖 18 7 總結(jié) 18 8 參考 文獻 19 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 3 1設(shè)計任務(wù) 設(shè)計任務(wù) 將一臺 C6140 臥式車床改造成經(jīng)濟型數(shù)控車床 主要技術(shù)指標(biāo)如下 1 床身最大加工直徑 460mm 2 最大加工長度 1150mm 3 X 方向 橫向 的脈沖當(dāng)量 mm 脈沖 Z 方向 縱向 脈沖 當(dāng)量 mm 脈沖 4 X 方向最快移動速度 vxmax 3100mm min Z 方向為 vzmax 6000mm min 5 X 方向最快工進速度 vxmaxf 370mm min Z 方向為 vzmaxf 730mm min 6 X 方向定位精度 0 01mm Z 方向 0 02mm 7 可以車削柱面 平面 錐面與球面等 8 安裝螺紋編碼器 最大導(dǎo)程為 25mm 9 自動控制主軸的正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)與停止 并可以輸注主軸有級變速與無極變 速信號 10 自動控制冷卻泵的起 停 11 縱 橫向安裝限位開關(guān) 12 數(shù)控系統(tǒng)可與 PC 機串行通訊 13 顯示界面采用 LED 數(shù)碼管 編程采用相應(yīng)數(shù)控代碼 2設(shè)計要求 2 1 總體方案設(shè)計要求 C6140 型普通車床是一種加工效率高 操作性能好 并且社會擁有量較大 的普通型車床 經(jīng)過大量實踐證明 將其改造為數(shù)控機床 無論是經(jīng)濟上還是 技術(shù)都是確實可行了 一般說來 如果原有車床的工作性能良好 精度尚未降 低 改造后的數(shù)控車床 同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能 而且在加工 精度 加工效率上都有新的突破 總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型 計算機的選擇 以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等 1 普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位 縱向和橫向的直線插補 圓弧插補 功能 還要求能暫停 進行循環(huán)加工和螺紋加工等 因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制 系統(tǒng) 2 車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床 在保證一定加工精度的前提下 應(yīng)簡化結(jié)構(gòu) 降低成本 因此 進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng) 3 根據(jù)普通車床最大的加工尺寸 加工精度 控制速度以及經(jīng)濟性要求 經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用 8 位微機 在 8 位微機中 MCS 51 系列單片機具有 01 x 02 z C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 4 集成度高 可靠性好 功能強 速度快 抗干擾能力強 具有很高的性價比 因此 可選 MCS 51 系列單片機擴展系統(tǒng) 4 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求 微機數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外 還包括擴展程序存 儲器 擴展數(shù)據(jù)存儲器 I O 接口電路 包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤 能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器 包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動 電路 此外 系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路 5 設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路 6 縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈 它們由步進電機 齒輪副 絲杠 螺母副組成 其傳動比應(yīng)滿足機床所要求的分辨率 7 為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性 選用摩擦小 傳動效率高 的滾珠絲杠螺母副 并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu) 以提高傳動剛度和消除間隙 齒輪副也 應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu) 8 采用貼塑導(dǎo)軌 以減小導(dǎo)軌的摩擦力 2 2 設(shè)計參數(shù) 設(shè)計參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計數(shù)控進給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù) 由 機械加工工藝手冊 表 8 1 1 可列出 C6140 臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)如下 名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm 工件最大直徑 在刀架上 210mm 頂尖間最大距離 650 900 1400 1900mm 宋制螺紋 mm 1 192 加工螺紋范圍 英制螺紋 t m 2 24 模數(shù)螺紋 mm 0 25 48 徑節(jié)螺紋 t m 1 96 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏 6 號 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10 1400r min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 12 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 5 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14 1580r min 縱向級數(shù) 64 進給量 縱向范圍 0 08 1 59mm r 橫向級數(shù) 64 橫向范圍 0 04 0 79mm r 滑板行程 橫向 320mm 縱向 650 900 1400 1900mm 最大行程 140mm 刀架 最大回轉(zhuǎn)角 90 刀杠支承面至中心的距離 26mm 刀杠截面 B H 25 25mm 頂尖套莫氏錐度 5 號 尾座 橫向最大移動量 10mm 外形尺寸 長 寬 高 2418 1000 1267mm 圓度 0 01mm 工作精度 圓柱度 200 0 02 平面度 0 02 300mm 表面粗糙度 Ra 1 6 3 2 m 主電動機 7 5kw 電動機功率 總功率 7 84kw 改造設(shè)計參數(shù)如下 最大加工直徑 在床面上 460mm 在床鞍上 210mm 最大加工長度 1150mm 快進速度 縱向 6000mm min 橫向 3100mm min 最大切削進給速度 縱向 730mm min C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 6 橫向 370mm min 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 脈沖當(dāng)量 縱向 0 02mm 脈沖 橫向 0 01mm 脈沖 定位精度 縱向 0 02mm 橫向 0 01mm 2 3 其它要求 1 原機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變 盡量減少改動量 以降低成本 縮短改造周期 2 機械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性 考慮正確的裝配順序 保證 安裝 調(diào)試 拆卸方便 需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便 3進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計與計算 3 1 進給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 進給系統(tǒng)改造設(shè)計需要改動的主要部分有掛輪架 進給箱 溜板箱 溜板 刀架等 改造的方案如下 掛輪架系統(tǒng) 全部拆除 在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器 進給箱部分 全部拆除 在該處安裝縱向進給步進電機與齒輪減速箱總成 絲 杠 光杠和操作杠拆去 齒輪箱連接滾珠絲杠 滾珠絲杠的另一端支承座安裝 在車床尾座端原來裝軸承座的部分 溜板箱部分 全部拆除 在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作 按鈕 橫溜板箱部分 將原橫溜板的絲杠的螺母拆除 改裝橫向進給滾珠絲杠螺母副 橫向進給步進電機與齒輪減速箱總成在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連 刀架 拆除原刀架 改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成 3 2 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 進給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型內(nèi)容包括 確定脈沖當(dāng)量 計算切削 力 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 計算與選型 齒輪傳動計算 步進電機的計算和選型 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 7 等 3 2 1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 縱向 0 02mm 脈沖 由設(shè)計要求可知 脈沖當(dāng)量 橫向 0 01mm 脈沖 3 2 2 縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 1 切削力的計算 由 機床設(shè)計手冊 得 Nc Nd k 其中 Nc 為傳動件的額定功率 Nd 主電機的額定功率 Nd 7 5 kw 主傳動系統(tǒng)總功率 一般為 0 6 0 7 取 0 65 k 進給系統(tǒng)功率系數(shù) 取 k 0 95 則 Nc 7 5 0 65 0 95 4 63kw 又因為 Nc 9 8 3106 VsFz6120VsFz 式中 Vs 切削速度 取 Vs 100m min 主切削力 Fz 283 356 kgf 2833 56N10 4 由 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書 可知主切削力 Fz CFzapxFz fyFz KFz 對于一般切削情況 xfz 1 yFz 0 75 KFz 1 CFz 188kg 2 1880Mpa F2 的計算結(jié)果如下 為便于計算 所以取 Fz 2833 56N 以切削深度 ap 4 走刀量 f 0 3 為以 下計算以此為依據(jù) 由 機床設(shè)計手冊 得 在一般外圓車削時 Fx 0 1 0 6 FZ Fy 0 15 0 7 Fz ap 3 3 3 4 4 4 f 0 2 0 3 0 4 0 2 0 3 0 4 Fz N 1614 98 2188 94 2716 06 2153 3 2918 59 3621 41 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 8 取 Fx 0 5 Fz Fy 0 6Fz Fx 0 5 2833 56 1416 78 N Fy 0 6 2833 56 1700 14 N 2 滾珠絲杠的設(shè)計計算 由 經(jīng)濟型數(shù)控機床總設(shè)計 綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得 P KFx f Fz W 其中 K 1 15 f 0 15 0 18 取 f 0 16 P 1 15 1416 78 0 16 2833 56 800 2210 67 N 強度計算 1 壽命值 Li 60nTi ni 0Dvf 由 機床設(shè)計手冊 得 Ti 15000h 12mm D 80 0L ni 10 r min 14 3280 Li 965 最大動負(fù) Q PfwfH 3Li 其中 運載系數(shù) fw 1 2 硬度系數(shù) Fh 1 Q 1 2 2210 67 1 5518 05 N 39 根據(jù)最大動力負(fù)載荷 Q 的值 查表選擇滾珠絲杠的型號為 FFZ5012 4 查表得 數(shù)控車床的縱向精度為 E 級 即型號為 FFZ5012 4 E 1800 640 其額定載 荷是 44400N 效率計算 2 根據(jù) 機械原理 得 絲杠螺母副傳動效率為 rtg 由 機械原理 得 一般為 8 12 取 10 即 摩擦角 10 螺旋升角 中徑處 r 3 O25 則 0 953 01523 tg 剛度驗算 3 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程變化量 L1 EFLo 其中 L O 12 1 2 E 20 6 106N 2 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 9 滾珠絲杠橫截面積 F 2 3 14 18 09 2 d 為滾珠絲杠外徑 2d48 則 L1 7 12 10 6 7 12um09 16 07 查 機床設(shè)計手冊 E 級精度絲杠允許的螺距誤差 1800 螺絲長度 為 15um m 因此 絲杠的剛度符合要求 即剛度足夠 穩(wěn)定性驗算 由于原機床杠徑為 30 現(xiàn)選用的滾珠絲杠為 50 支承方式不變 所以 穩(wěn)定性不成問題 無需驗算 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算 1 有關(guān)齒輪的計算 傳動比 i zOL 60 其中 表示步驅(qū)角 表示脈沖當(dāng)量z i 1 2502 36175 取齒數(shù) Z1 32 Z2 40 模數(shù) m 2mm 嚙合角為 200 齒輪齒寬 b 20 d1 mz1 2 32 64mm d2 mz2 2 40 80mm da1 2 32 2 68mm da2 2 40 2 84mm a 722 8064 2 轉(zhuǎn)動慣量的選擇 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 J1 2W 2 80 1 859kg 2 18 69N cm2 z 8075 01438 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 Js 7 8 10 4D4L 7 8 4 54 180 87 75kg 2 877 5N cm2 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 JZ1 7 8 10 4 6 4 4 2 2 617kg 2 26 17N cm2 JZ2 7 8 10 4 84 2 6 39kg 2 63 9N cm2 由于電機的轉(zhuǎn)動慣量很小 一般可忽略不記 所以總的轉(zhuǎn)動慣量為 J 總 Js JZ2 JZ1 J121i 87 75 6 39 2 617 1 869 64 7356kg 2 647 356N 2 25 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 10 3 所需轉(zhuǎn)動力矩的計算 快速空載啟動時所需力矩 M Mamax Mf M O 最大切削負(fù)載時所需力矩 M Mat Mf M O Mt 快速進給時所需力矩 M Mf M O 式中 Mamax 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩 Mf 折算到電機軸上的摩擦力矩 MO 由于絲杠預(yù)緊所引起 折算到電機軸上的附加摩擦力矩 Mat 切削時折算到電機軸上的加速度力矩 Mt 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩 Ma 10 4 N m 其中 T 0 025 TJn 6 9 當(dāng) n nmax時 Mamax Ma nmax 76 0 r min loiVmax125 730 Mamax 10 4 2 05N m 20 5kgf cm 694 nt 12 44r minlo fiD 11280 35 Mat 10 4 0 3355N cm 3 355kgf cm6 9742 Mf iFL iWf 當(dāng) 0 8 f 0 16 時 Mf 2 446kgf cm 24 46N cm25 1804 326 MO 1 o2 iPL 當(dāng) 0 9 時 預(yù)加荷 PO Fx3 MO 1 715kgf cm 17 15N cm 2 1 32 FxLo25 1804 9 671 Mt 9 024kgf cm 90 24N cmi x 1 34 所以 快速空載啟動所需力矩 M 快空 Mamax Mf M O 20 5 2 446 1 715 24 661kgf cm 246 61N cm 切削時所需力矩 M 切 Mat Mf M O Mt 3 355 2 446 9 024 1 715 16 54kgf cm 165 4N cm C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 11 快速進給時所需力矩 M 快速 Mf M O 2 446 1 715 4 161kgf cm 41 61N cm 由以上計算可得 所需最大力矩 Mamax 發(fā)生快速啟動時 Mamax M 快空 246 61N cm 3 2 3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 1 切削力的計算 橫向進給量約為縱向的 取橫向切削力約為縱向切削力的21321 Fz F 縱 z 2833 56 1416 78N2 在切斷工件時 Fy 0 6 F 縱 z 0 6 1416 78 850 068N 2 滾珠絲杠的設(shè)計計算 強度計算 1 對于燕尾型導(dǎo)軌 P KFy f Fz W 其中 K 1 4 f 0 2 P 1 4 850 068 0 2 1416 78 300 1533 45N n 12r min14 308 壽命值 Li 10 86nTi6052 最大動負(fù)載 Q Pfwfh3Li 其中 fw 1 2 fh 1 Q 1 2 1 1533 45 4067 48N38 10 根據(jù)最大動負(fù)載荷的值 可選擇滾珠絲杠的型號 其公稱直徑為 40 型號為 FFB4010 2 E 額定動負(fù)載荷為 21100W 所以強度夠用 效率計算 2 根據(jù) 機械原理 得 絲杠螺母副傳動效率為 rtg 由 機械原理 得 一般為 8 12 取 10 即 摩擦角 10 螺旋升角 中徑處 r 3 O38 則 0 956 0138 tg 剛度驗算 3 滾珠絲杠受工作負(fù)載 P 引起的導(dǎo)程變化量 L1 EFpL O F 610 245 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 12 F 2 2 3 14 12 25 其中 d 為滾珠絲杠的外徑 d 5 392cm L1 6 08 10 6 6 08um 106 4 因為滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量 L2 很小可忽略不計 即 L L1 即導(dǎo)程變化總誤差為 L 6 08 10 6 6 08um mLo0 查表知 E 級精度絲杠允許的螺矩誤差為 15um n 所以剛度足夠 穩(wěn)定性驗算 4 由于原機床杠徑為 30 現(xiàn)選用的滾珠絲杠為 40 支承方式不變 所 以 穩(wěn)定性不成問題 無需驗算 3 齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算 1 有關(guān)齒輪的計算 傳動比 i xOL 60 其中 表示步驅(qū)角 表示脈沖當(dāng)量x i 2 101 3675 取齒數(shù) Z1 30 Z2 63 模數(shù) m 2mm 嚙合角為 200 齒輪齒寬 b 20 d1 mz1 2 30 60mm d2 mz2 2 63 126mm da1 2 30 2 64mm da2 2 65 2 130mm a 932 64 2 轉(zhuǎn)動慣量的選擇 工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 J1 2W 2 30 0 1753kg 2 1 753N cm2 x 8075 01438 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 Js 7 8 10 4D4L 7 8 4 44 64 12 78kg 2 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 JZ1 7 8 10 4 64 2 2 02kg 2 JZ2 7 8 10 4 12 6 4 2 39 32kg 2 由于電機的轉(zhuǎn)動慣量很小 一般可忽略不記 所以總的轉(zhuǎn)動慣量為 J 總 Js JZ2 JZ1 J121i C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 13 12 78 39 32 2 02 0 1753 14 01kg 2 21 3 所需轉(zhuǎn)動力矩的計算 快速空載啟動時所需力矩 M Mamax Mf M O 最大切削負(fù)載時所需力矩 M Mat Mf M O Mt 快速進給時所需力矩 M Mf M O 式中 Mamax 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩 Mf 折算到電機軸上的摩擦力矩 MO 由于絲杠預(yù)緊所引起 折算到電機軸上的附加摩擦力矩 Mat 切削時折算到電機軸上的加速度力矩 Mt 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩 Ma 10 4 N m 其中 T 0 025 TJn 6 9 當(dāng) n nmax時 Mamax Ma nmax 77 7 r min loiVmax10 237 Mamax 10 4 0 4536N m 4 536kgf cm5 694 nt 25 08r minlo fiD 10108 3 2 Mat 10 4 0 1464N m 1 464kgf cm56 942 Mf iFL iWf 當(dāng) 0 8 f 0 2 時 Mf 0 5687kgf cm 0 05687N m1 2804 32 MO 1 o2 iPL 6 當(dāng) 0 9 時 預(yù)加荷 PO Fy3 MO 0 17kgf cm 0 017N m 2 1 32 FyLo1 2804 9 65 Mt 2 686kgf cm 0 269N mi y 1 308 所以 快速空載啟動所需力矩 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 14 M 快空 Mamax Mf M O 0 4536 0 05687 0 017 0 52747N m 5 2747kgf cm 切削時所需力矩 M 切 Mat Mf M O Mt 0 1464 0 05687 0 017 0 269 0 48927N m 4 8927kgf cm 快速進給時所需力矩 M 快速 Mf M O 0 05687 0 017 0 07387N m 0 7387kgf cm 由以上計算可得 所需最大力矩 Mamax 發(fā)生快速啟動時 Mamax M 快空 0 52747N m 4步進電動機的計算與選型 4 1 步進電動機選用的基本原則 合理選用步進電動機是比較復(fù)雜的問題 需要根據(jù)電動機在整個系統(tǒng)中的 實際工作情況 經(jīng)過分析后才能正確選擇 現(xiàn)僅就選用步進電機最基本的原則 介紹如下 4 1 1 步距角 步距角應(yīng)滿足 iamn 式中 i 傳動比 min 系統(tǒng)對步進電動機所驅(qū)動部件要求的最小轉(zhuǎn)角 4 1 2 精度 步進電動機的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量 累積誤差是指轉(zhuǎn)子從 任意位置開始 經(jīng)過任意步后 轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值 用 累積誤差衡量精度比較實用 所選用的步進電動機應(yīng)滿足 m i s 式中 m 步進電動機的累積誤差 s 系統(tǒng)對步進電動機驅(qū)動部分允許的角度誤差 4 1 3 轉(zhuǎn)矩 為了使步進電動機正常運轉(zhuǎn) 不失步 不越步 正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的 要求 必須考慮以下條件 啟動力矩 一般啟動力矩選取為 Mq 5 0 3lM 式中 Mq 電機啟動力矩 ML0 電機靜負(fù)載力矩 在要求在運行頻率范圍內(nèi) 電機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電動機 的轉(zhuǎn)動慣量 包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量 引起的慣性矩之和 4 1 4 啟動頻率 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 15 由于步進電動機的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低 因此 相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足 ft fop m 式中 ft 極限啟動頻率 fop m 要求步進電動機最高啟動頻率 4 2 步進電動機的選擇 4 2 1 C6140 縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq 616 525 N cm4 0l 612 為滿足最小步距要求 電動機選用三相六拍工作方式 查表知 M q Mjm 0 866 所以步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為 M jm 711 92N cm 7 12 N 86 0q 521 m 步進電動機最高工作頻率 f max 608 3HZzV 60max2 73 綜合考慮 查表選用 90BF002 型直流電動機 能滿足使用要求 4 2 2 C6140 橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq 1 3187 N m4 0l 527 為滿足最小步距要求 電動機選用三相六拍工作方式 查表知 M q Mjm 0 866 所以步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjm 為 M jm 1 5227N m86 0q 317 步進電動機最高工作頻率 f max 616 7HZxV 6ma 綜合考慮 查表選用 90BF002 型直流電動機 能滿足使用要求 5 電動刀架的選擇 自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計是普通機床數(shù)控化改造的關(guān)鍵 它要求刀架要具有抬 起 回轉(zhuǎn) 下降 定位和壓緊這一系功能 盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜 各方面要求高 但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下 提供選用的多把刀的可能性 電動刀架的安裝較方便 只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可 但要注意兩點 1 電動刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進給方向平行 2 電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝 沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床 后面 再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線 走線到系統(tǒng) 其好處在于 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 16 避免走線雜亂無章 而使得加工時切屑 冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀 架系統(tǒng) 綜合各方面因素 選用常州武進機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的 LD4 I 型系列四工 位自動刀架 機床型號 C6140 刀位數(shù) 4 電機功率 W 7500 電機轉(zhuǎn)速 1400r min 夾緊力 1 切體尺寸 152 152 下刀體尺 161 171 LD4 I 型刀架技術(shù)指標(biāo) 配車床型號 C6140 重復(fù)定位精度 0 005mm 工作可靠性 30000 次 換刀時間 90 2 9 秒 180 3 4 秒 270 3 9 秒 6 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 6 1 控制系統(tǒng)的功能要求 1 接收操作面板的開關(guān)與按鈕信號 2 接收車床限位開關(guān)信號 3 接收螺紋編碼器信號 電動卡盤加緊信號 電動刀架刀位信號 4 控制 X 90BF002 Z 90BF002 向步進電動機的驅(qū)動器 5 控制主軸的正反轉(zhuǎn)與停止信號 6 控制切削液泵起動和停止 7 控制電動卡盤的加緊與松開 8 與 PC 的串行通信 可選 6 2 硬件電路的組成 后面所畫大圖采用系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖 電路的組 成如下 1 光電編碼器 2 三菱編程器 FX2N 64MR 001 主機 32 入 32 出繼電器輸出 3 X 軸 Y 軸與刀架臺步進電機驅(qū)動器 CH250 4 X 軸 Y 軸與刀架臺驅(qū)動步進電機 90BF002 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 17 5 CE2109 串口光電隔離器 6 主軸電機 7 液壓泵電機 8 數(shù)控面板 9 LED 顯示器 6 3 電路原理圖 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 18 沖沖 沖沖 刀 架 臺 電機 驅(qū) 動 器 軸 轉(zhuǎn) 向軸 脈 沖軸 轉(zhuǎn) 向軸 脈 沖 軸 驅(qū) 動 器軸 驅(qū) 動 器 主 軸正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) 冷 卻 泵 沖 光 電 編 碼 器 卡 盤 夾 緊卡 盤 松 開主 軸 正 轉(zhuǎn)主 軸 反 轉(zhuǎn) 冷 卻 泵 照 明 燈 風(fēng) 扇 電 機 軸 正 限 位軸 負(fù) 限 位軸 正 限 位 軸 負(fù) 限 位卡 盤 夾 緊卡 盤 松 開1號 刀 具2號 刀 具3號 刀 具4號 刀 具 軸 脈 沖 軸 脈 沖軸 轉(zhuǎn) 向 軸 轉(zhuǎn) 向電 磁 離 合 器 確 定 點 負(fù) 清 除 速 度 對 刀回 原 點 換 刀錄 制 保 存檢 索 圓 弧螺 紋直 線錐 面自 動 手 動 點 動 步 進 FX2N 64MR 01 軸 軸 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 19 7 總結(jié) 機電一體化課程設(shè)計是一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 要求學(xué)生綜合運用所 學(xué)過的機械 電子 計算機和自動控制等方面的知識 獨立進行一次機電結(jié)合 的設(shè)計訓(xùn)練 本次設(shè)計 讓我們對三年的知識有了總體的綜合運用 提高了我們綜合能 力和靈活運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論的能力 各科之間的聯(lián)系有了清晰的認(rèn)識 在做 設(shè)計的過程中 不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識點 還學(xué)到了新的知識 同時將所學(xué) 到的知識充分的運用起來 做到了學(xué)以致用 還學(xué)會了查資料 除此之外 我 還懂得了團結(jié)合作的重要性 知道了集體的力量 當(dāng)然 在此過程中也有許多不足之處 例如 知識的不全面 所學(xué)的還沒 有全部掌握 思維的狹隘等 讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課 通過這次課程設(shè)計 讓我們知道自己還有很多的不足 只有通過不斷的學(xué) 習(xí) 改進 更好的提高自己的綜合能力才能在社會上立足 同時我也堅信只要 努力 堅持 我們就能走好人生的每一步 8 參考文獻 1 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計 范超毅 趙天嬋 吳斌方主編 華中科技大學(xué)出版社 2007 年 5 月 2 機械設(shè)計手冊單行本 機械傳動 成大先主編 化工工業(yè)出版社 2004 年 1 月 3 機械原理 第七版 西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室主編 高等教育出版社 2006 年 5 月 4 機械設(shè)計 第八版 西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室主編 高等教育出版社 2006 年 5 月 C6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計 20 5 機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計 趙松年 張奇鵬主編 機械工業(yè)出版社 1996 年 6 機床設(shè)計手冊 機床設(shè)計手冊 編委會主編 機械工業(yè)出版社 1979 年 7 機床電氣自動控制 陳遠(yuǎn)齡主編 重唐大學(xué)出版社 2007 年 7 月 8 機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 劉武發(fā) 劉德平主編 化工工業(yè)出版社 2007 年 5 月 9 計算機工程制圖 陳錦昌 劉就女 劉林編著 華南理工大學(xué)出版社 2001 年 8 月 10 機械制造工藝設(shè)計簡明手冊 李益民 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 1994 年