《畢業(yè)設(shè)計（論文）-C6136型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造（全套圖紙）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計（論文）-C6136型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造（全套圖紙）（28頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 1 - 全套全套 CADCAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706153893706 序序 言言 經(jīng)濟型數(shù)控是我國 80 年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價格 便宜，用它來改造車床，投資少、見效快，成為我國“七五” 、 “八五”重點推廣的 新技術(shù)之一。 十幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟型數(shù)控技術(shù)也在不斷進步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn) 品不斷改進完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)功能更強，可靠 性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術(shù)的發(fā)展增強了經(jīng)濟型數(shù) 控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機械行業(yè)老設(shè)備改 造
2、的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟型數(shù)控車床，特別是 80 年代末期改造的設(shè)備，由 于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進 一步改造的問題通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造 更大的經(jīng)濟效益。 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校學(xué)習(xí)階段的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，也是學(xué)生完成基本訓(xùn)練的 重要環(huán)節(jié)。其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)和基礎(chǔ)理論知識，獨立解決本專 業(yè)一般工程技術(shù)問題的能力，樹立正確的設(shè)計思想和工作作風(fēng)。畢業(yè)設(shè)計說明書不 只反映了設(shè)計的思想內(nèi)容，方法和步驟，而且還反映了學(xué)生的文理修養(yǎng)和作風(fēng)。 本說明書分為概述、設(shè)計內(nèi)容、總結(jié)三部分，分別介紹了此次設(shè)計任務(wù)將普
3、通 臥式車床（C6136）改造為經(jīng)濟型數(shù)控車床；有關(guān)經(jīng)濟型數(shù)控車床改造總體方案確 定及框圖、進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算及校核、數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計、加 工程序編制；主要是對本次畢業(yè)設(shè)計的心得。 在編寫過程中，得到了指導(dǎo)老師和各位老師及同學(xué)的大力支持和熱心幫助，在 此表示謝意 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 2 - 由于本人水平有限，難免有疏漏和不妥之處，懇請專家和老師批評指正。 目目 錄錄 第一章 概述 1. 設(shè)計目的-3 2. 設(shè)計任務(wù)-4 第二章 設(shè)計內(nèi)容 1.總體方案確定及框圖-5 2.機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算及校核-7 3. C6136 經(jīng)濟型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件
4、電路的設(shè)計-21 4.數(shù)控機床加工程序編制-24 致謝-26 小結(jié)-27 參考文獻-28 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 3 - 第一章第一章 概概 述述 1.設(shè)計目的 通過畢業(yè)設(shè)計，學(xué)習(xí)了系統(tǒng)地綜合運用所學(xué)的知識和技能解決實際工程問題 的本領(lǐng)，鞏固和加深時所學(xué)知識的理解，并且通過畢業(yè)設(shè)計的實踐擴大和補充了 知識，使認識提高到一個新的水平，通過畢業(yè)設(shè)計的實踐，培養(yǎng)了調(diào)查研究的習(xí) 慣和工作能力，練習(xí)查閱資料和有關(guān)標準，查閱工具書或參考書，合理選擇設(shè)計 計算公式，正確計算，并能以圖紙和說明書表達設(shè)計的思想和結(jié)果，通過畢業(yè)設(shè) 計，不但提高了解決具體問題的獨立工作能力，具體動腦動手能力，而且建立了 正
5、確的設(shè)計和科研思想，加強了科學(xué)性，牢固樹立實事求是和嚴肅認真的工作態(tài) 度。 2.設(shè)計任務(wù)： 2.1要求： 將 C6136 車床改造成用 MCS51 系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床。要求該車 床有自動回轉(zhuǎn)刀架，具有切削螺紋的功能。在縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。 系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm. 橫向：0.005mm 2.2設(shè)計參數(shù)： 最大加工直徑： 在床面上： 360mm 在床鞍上： 200mm C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 4 - 最大加工長度：1000mm 快進速度： 縱向：2.0m/min 橫向：1.0m/min 最大進給速度： 縱向： 0.5m/min 橫向： 0.25m
6、/min 代碼制：ISO 脈沖分配方式：逐點比較法 輸入方式：增量值，絕對值通用。 控制坐標數(shù)：2 最小指令值： 縱向： 0.01mm/step 橫向： 0.005mm/step 刀具補償量：099.99mm 進給傳動鏈間隙補償量： 縱向： 0.15mm 橫向： 0.075mm 自動升降速性能： 有 2.3工作量： 2.3.1 機床改造總圖； 2.3.2 進給伺服系統(tǒng)一個坐標軸（縱向或橫向）的機械裝配圖： 2.3.3 單片機控制系統(tǒng)電路原理圖； 2.3.4 設(shè)計計算說明書。 控制系統(tǒng)總體方案的分析論證的及控制標準圖 機械部分設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 硬件電路部分設(shè)計說明 加工程序控制及說明 常州
7、工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 5 - 第二章第二章 設(shè)設(shè) 計計 內(nèi)內(nèi) 容容 1.總體方案的確定及框圖 1.1總體方案的確定 1.1.1 系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補、順圓和逆圓插補、暫停、 循環(huán)加工公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟型數(shù) 控機床加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，采用步進電機開環(huán)控制系 統(tǒng)。 1.1.2 計算機系統(tǒng) 根據(jù)機床要求，采用 8 位微機。由于 MCS51 系列單片機具有集成度高，可 靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、性能價格比高等特點，決定采用 MCS51 系列的 8031 單片機擴展系
8、統(tǒng)。 控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O 接口及光隔離電路、步進電機功率 放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù) 碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床狀態(tài)等信息。 1.1.3 機械傳動方式 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 6 - 為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機經(jīng)齒輪減速再傳動絲桿。為了保證 一定的傳動精度跟平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力。選用滾珠絲桿螺母副。同時，為了 提高 傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負荷的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè) 間隙的結(jié)構(gòu)。 2.設(shè)計方案 2.1 系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)按系統(tǒng)運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位/直線系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)
9、 2.2 伺服系統(tǒng)的選擇 伺服系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向送的。 指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。開環(huán)系統(tǒng)主要由步進電機驅(qū)動。 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量， 能補償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機或位流伺 服電機驅(qū)動。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是用檢測元 件出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介 于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。 2.3 執(zhí)行機構(gòu)傳動方式的確定 為確保數(shù)控系統(tǒng)的
10、傳動精度和工作平穩(wěn)性，在設(shè)計機械傳動裝置時，通常提出 低摩、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜尼比的要求。在設(shè)計中應(yīng)考慮 以下幾點： 盡量采用低磨擦的傳動和導(dǎo)向元件。如采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、 貼塑導(dǎo)軌等。 盡量肖除傳動間隙。例如采用隙齒輪等。 提高系統(tǒng)剛度?？s短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度，減小傳動鏈誤差?？?采用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如采用預(yù)加負載導(dǎo)軌和滾珠絲杠副等。 2.4 計算機的選擇 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 7 - 微機數(shù)控系統(tǒng)由 CPU、存儲器擴展電路、I/O 接口電路、伺服電機驅(qū)動電路、 檢測電路等幾部分組成。 繪制總體方案框圖（圖 1） 微 機 光
11、隔 離 功 率 放 大 功 率 放 大 光 隔 離 步進 電機運 動 部 件 步進 電機 圖 3.機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計計算及校核 3.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 根據(jù)數(shù)控機床精度要求確定脈沖當(dāng)量 0.005mm/setp 3.2 計算切削力 橫切端面 查綜合作業(yè)指導(dǎo)書P13 頁 5 . 1 max 67 . 0 DFZ 式中車床床身上加工最大直徑橫切端面時主切削力可取縱切時的 max D Z F Z F 2 1 NDFZ45.457636067 . 0 67 . 0 35 . 1 max 4 . 0:25 . 0 :1: 2 . 228845.4576 2 1 yxz Z FFF NF 式中
12、 走刀方向的切削力（N） x F C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 8 - 垂直走刀方向的切削力（N） y F NFx06.57222.228825 . 0 NFy19.91522.22884 . 0 3.3滾珠絲桿螺母副的設(shè)計、計算、選型 3.3.1 計算進給牽引力 橫向進給選為三角型或綜合導(dǎo)軌 參考機床設(shè)計手冊.26.2- 2；6.2-3 表 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22 頁 GFfFKF zxm 式中：，切削分力（） x F y F z F G移動部件的重量（N） 表 1-1 查得橫向溜板及刀架重力 800N 滑動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌形式而不同 取=0.15-0.18 f f K考慮
13、顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù) 取 K=1.15 NGFfFKF zxm 1 .112180022.228815 . 0 06.57215 . 1 3.3.2 計算最大動負載 C 選用滾珠絲桿導(dǎo)軌 參考機床設(shè)計手冊.3P185-P210 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22 頁 o s mw L V n nT L FfLC 1000 10 60 6 3 式中：L壽命，以轉(zhuǎn)為一單位 6 10 n絲桿轉(zhuǎn)速（r/min） 為最大切削條件下進給速度，可取最高進給速度的 1/2-1/3 s V 取min/5 . 010 2 1 mVs 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 9 - 絲桿導(dǎo)程（mm） 初選=5mm o L o L
14、T為使用壽命（h）,對于數(shù)控機床取 15000h 運轉(zhuǎn)系數(shù)，查表 3-14 一般取 1.2-1.5 w f min/100 6 5 . 010001000 r L V n o s 90 10 1500010060 10 60 66 nT L NFfLC mw 15.7536 1 . 11215 . 190 33 3.3.3 滾珠絲桿螺母副的選型 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書附表-2，可采用 WD2505 外循環(huán)墊片調(diào)整緊的雙螺 母滾珠絲桿副，1 列 2.5 圈，其額定動負載為 9700N,精度等級按表 3-17 選為級。 3.3.4 傳動效率計算 tan tan 式中：螺旋升角，WD2505 933 摩
15、擦角取 滾動摩擦系數(shù) 0.003-0.0040 1 971 . 0 01933tan 933tan tan tan 3.3.5 剛度驗算 橫向進給絲桿支承方式圖所示，最大牽引力 1121.1N,支承間距 350mm，因絲桿長度較短，不需預(yù)緊螺母及軸承預(yù)緊。 圖 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 10 - 計算如下: 絲桿的拉伸或壓縮變形量(mm) 1 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書圖 3-4,根據(jù)1121.1N,D=25mm 查出 m F 可算出： 5 108 . 0 L L mmL L L 35 1 108 . 2350108 . 0 滾珠與螺紋滾道間接觸變形量 2 查圖 3-5 得系列列 2.
16、5 圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量 Q m Q 5 . 4 因進行了預(yù)緊m Q 25 . 2 5 . 4 2 1 2 1 2 支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形 3 采用推力球軸承 8104 查閱機床設(shè)計手冊.表 5.9-137,d=20mm, 滾動體直徑=5.556mm,數(shù)量 Z=13 Q d mm Zd F Q m c 00573 . 0 13556 . 5 1 . 1121 00052 . 0 00052 . 0 3 2 2 3 2 綜合以上幾項變形量之和： 定位精度mm01078 . 0 1073 . 5 25 . 2 8 . 2 3 321 3.3.6 穩(wěn)定性校核 計算臨界負載(N) k
17、F 2 L EIf F z k 式中:E材料彈性模量() 2 /cmN I截面慣性矩() 4 cm L絲桿兩軸承端距離(cm) 絲桿支承方式系數(shù)，從表 3.15 中查出，一端固定，一端簡支為 z f z f 2.00 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 11 - )(124 . 1 1788 . 2 6464 444 1 cmdI N L EIf F z k 49.182634 50 124. 110 6 . 202 2 62 2 一般=2.5-4.0,所以 k n k F k n 此滾珠絲桿不會產(chǎn)生失穩(wěn)。 3.3.7 橫向滾珠絲桿副的幾何參數(shù) (其參數(shù)如表 1） 表 1.WD2505 滾珠絲杠幾
18、何參數(shù) C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 12 - 3.4齒輪傳動比計算 3.4.1 橫向進給齒輪箱傳動比計算 參數(shù)名稱符號關(guān)系式 WD2505 公稱直徑 o d 25 導(dǎo)程 O L 5 接觸角 933 鋼球直徑 q d 3.175 滾道法面 半徑 R q dR52 . 0 1.651 偏心距 e sin2 q dRe 0.045 螺 紋 滾 道 螺紋升角 o o d L arctan 933 外徑 d qo ddd25 . 0 2 . 0 24.365 內(nèi)徑 1 dRedd o 22 1 21.788 螺 桿 接觸直徑 2 dcos 2qo ddd 21.83 螺紋直徑 D RedD
19、 o 22 28.212 螺 母 內(nèi)徑 1 D qo ddD25 . 0 2 . 0 1 25.635 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 13 - 已確定橫向脈沖當(dāng)量，滾珠直徑導(dǎo)程=5mm,setpmm p 005 . 0 O L 初選步進電動機步距角可計算傳動比 : 75 . 0 i 48 . 0 575 . 0 005 . 0 360 360 ob p L i 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板有行程，故此 處可采用兩級齒輪降速。 25,20,40,24 25 20 40 24 5 4 5 3 4321 42 31 ZZZZ ZZ ZZ i 因進給運動齒輪受力不大，模數(shù)
20、 m 取 2，有關(guān)參數(shù)參照表 2 表 2: 傳動齒輪幾何參數(shù) 齒數(shù) Z24402025 分度圓 d=mz48804050 齒頂圓 mdda252844454 齒根圓 mdd f 25 . 1 243753545 齒寬 (6-10)m20 中心距 2 2 1 dd A 6445 3.4.2 橫向步進電機計算和選型 初選步進電機 a 計算步進電機負載轉(zhuǎn)矩 m T 查閱綜合作業(yè)指導(dǎo)書P22 頁 b mp m F T 2 36 式中: 脈沖當(dāng)量，取 p setpmm p 005 . 0 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 14 - 進給牽引力(N) m F 步距角，初選雙拍制為 b 75 . 0
21、 電機絲桿傳動效率為齒輪、軸承、絲桿效率之積分別 為 94 . 0 99 . 0 98 . 0 42 、 N F T b mp m 1 . 37 94 . 0 99. 098 . 0 75 . 0 2 1 .1121005 . 0 36 2 36 42 b 估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩 q T 根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩除以一定的安全系數(shù)來估算步進電機起動轉(zhuǎn)矩(N.cm) m T q T 5 . 03 . 0 m q T T 一般橫向進給伺服系統(tǒng)取 0.4-0.5 cmN T T m q .75.92 4 . 0 1 . 37 4 . 0 c 計算最大靜轉(zhuǎn)矩 maxj T 查表 3-22 如取五相十拍，則951 .
22、 0 max j q T T cmN T T q j .53.97 951 . 0 75.92 951 . 0 max d 計算步進電機運行頻率和最高啟動頻率 e f k f p s e V f 60 1000 p k V f 60 1000 max 式中:最大切削進給速度 s V 最大快移速度 max V 脈沖當(dāng)量，取 p setpmm p 005 . 0 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 15 - Hz V f p s e 7 . 1666 005. 060 5 . 01000 60 1000 Hz V f p k 33.3333 005 . 0 60 0 . 11000 60 1000 m
23、ax e 初選步進電機型號 根據(jù)估算出的最大靜轉(zhuǎn)矩在表 3-23 中查出 90BF004 最大靜轉(zhuǎn)矩為 maxj T 245N.cm 可以滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床有可能使用較大的切削用量，應(yīng)該選用稍 maxj T 大轉(zhuǎn)矩的步進電機，以留有一定余量，另一方面與國內(nèi)同類型機床進行類比的要求。 決定采用 90BF004，但從綜合作業(yè)指導(dǎo)書P24 頁查出，步進電機最高空載啟動頻 率為 4000Hz,滿足空載時(3333.33Hz)的要求。 k f 校核步進電機轉(zhuǎn)矩 前面所述初選步進電機的轉(zhuǎn)矩計算，均為估算，初選后，應(yīng)該進行校核計算。 等效轉(zhuǎn)動慣量計算 計算簡圖見圖 2，根據(jù)表 3-24，經(jīng)二對齒輪降速時，傳
24、動系統(tǒng)折算到電機 軸上的總轉(zhuǎn)動慣量可由下式計算: 2 cmkgJ 2 4 2 4 3 32 2 2 1 1 2 o S L g G JJ Z Z JJ Z Z JJ 式中:齒輪及其軸的轉(zhuǎn)動慣量 321 JJJ、 321 ZZZ、 2 cmkg 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 4 J 4 Z 2 cmkg 絲桿轉(zhuǎn)動慣量 s J 2 cmkg 絲桿導(dǎo)程(cm) O L G工件及工作臺重量(N) G=800(N) a 齒輪、軸、絲桿等圓柱體慣量計算 表 3-24 所示圓柱體轉(zhuǎn)動慣量計算公式如下: 對于鋼材， 34 1078 . 0 LDJ C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 16 - 式中:M圓柱體質(zhì)量 kg
25、 D圓柱體直徑 (cm) L圓柱體長度或原長(cm) 鋼材的密度為 cm kg5 108 . 7 243 1 4 1 3 1 828. 028 . 41078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 243 2 4 2 3 2 39 . 6 281078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 243 3 4 3 3 3 399 . 0 241078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 243 4 4 4 3 4 975 . 0 251078 . 0 1078 . 0 cmkgLdJ 24343 066 . 1 355 . 21078 . 0 1078. 0cmkgLdJ ss 因此
26、 2 4 2 4 3 32 2 2 1 1 2 o S L g G JJ Z Z JJ Z Z JJ 2 222 862 . 3 2 5 . 0 98 . 0 800 066 . 1 975 . 0 5 4 399 . 0 39 . 6 5 3 828 . 0 cmkg 基本滿足慣量匹配的要求。 b 電機轉(zhuǎn)矩計算 機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)矩不同，下面分別按各階段計算: 3.4.3 快速空載起動轉(zhuǎn)矩M 在快速空載起動階段，加速轉(zhuǎn)矩占的比例較大，具體計算如下： ofa MMMM max 式中: 快速空載起動轉(zhuǎn)矩McmN 空載起動時折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 maxa McmN 折算到電機軸上的摩
27、擦轉(zhuǎn)矩 f McmN 由于絲桿預(yù)緊時折算到電機軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 o McmN 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 17 - 在采用絲桿螺母副傳動時，上述各種轉(zhuǎn)矩可用下式計算：cmN 2 max 2 max max 10 60 2 10 60 a a t n J n JJM p b U n 360 max max 式中:傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 J 2 cmkg 電機最大角速度 2 srad 電機最大轉(zhuǎn)速 max nminr 運動部件最快速度 max Uminmm 脈沖當(dāng)量 p setpmm 步進電機的步距角 b 運動部件從停止到起動加速到最大快進速度所需時間(s) a t min6
28、7.416 005 . 0 360 75 . 0 1000 360 max max r U n p b 起動加速時間=30(ms) a t cmN t n JM a a 06.101 03 . 0 60 67.4162 682 . 3 10 60 2 2max max 折算到電機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 f M i LF M oo f 2 NGFfF zo 22.46380022.228815 . 0 3 5 1 2 Z Z i 式中: 導(dǎo)軌的摩擦力(N) o F 垂直方向的切削力(N) z F C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 18 - G運動部件的總重量(N) 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取=0.15 f
29、 f 齒輪降速比i 傳動鏈總效率，一般可取 0.7-0.8 cmN i LF M oo f 26.27 3 5 8 . 02 5 . 0233.463 2 附加摩擦轉(zhuǎn)矩: 2 1 2 o opo o i LF M 式中: 滾珠絲桿預(yù)加負荷，一般取，為進給牽引力(N) po F m F31 m F 滾珠絲桿導(dǎo)程(cm) o L 滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 o 9 . 0 o cmN i LF M o opo o 24 . 4 9 . 01 3 5 8 . 02 5 . 0 1 . 1121 3 1 1 2 22 上述三項合計: cmNMMMM ofa 97.13224 . 4 67.27
30、06.101 max 3.4.4 快速移動時所需轉(zhuǎn)矩 M cmNMMM of 91.3124 . 4 64.27 3.4.5 最大切削負載時所需要的轉(zhuǎn)矩 M i LF MMMMMM oy oftof 2 式中:折算到電機軸上的切削負載轉(zhuǎn)矩 t M cmN i LF M oy t 68.54 3 5 8 . 02 5 . 029.915 2 從上面計算看出、三種工況下，以快速空載所需轉(zhuǎn)矩最大，即以此M M M 項作為校核步進電機轉(zhuǎn)矩的依據(jù)。 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 19 - 從表 3-22 查出，當(dāng)步進電機為五相十拍時為951 . 0 max jq MM 則最大靜轉(zhuǎn)矩為: cmNM j
31、82.139 951 . 0 97.132 max 從表 3-23 查出 90BF004 最大轉(zhuǎn)矩為為 245，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，cmN 可以滿足此項要求。 校核步進電動機起動矩頻特性和運行矩頻特性 前面已經(jīng)計算出機床最大快移時，需步進電機的最高起動頻率為 k f 3333.33Hz,切削進給時所需步進電機運行頻率為 1666.7Hz e f 從表 3-23 中查出 90BF004 型步進電機允許的最高空載起動頻率為 4000Hz， 運行頻率為 16000Hz，再從圖 3-15，3-16 查出 90BF004 不進電機起動矩頻特性和 運行矩頻特性如圖 3 所示: .cm 圖3-1起動矩頻特性
32、 .cm 圖3-2運行矩頻特性 當(dāng)快速運動和切削進給時，90BF004 型步進電機起動矩頻特性和運行矩頻特性 可 以滿足要求。 3.4.6 進給伺服系統(tǒng)機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 20 - 機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是畫出進給伺服系統(tǒng)的裝配圖，用以表達設(shè)計構(gòu) 思、設(shè)計特點及計算結(jié)果，進給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計： 1. 橫向進給伺服系統(tǒng)總圖設(shè)計 橫向進給機構(gòu)可以從俯視圖看出，橫向進給的齒輪箱和步進電機裝在床 鞍后面，滾珠絲桿也需用蓋板保護。橫向進給的手柄可以拆除也可保留，將原機 的方刀架拆除，改裝自動回轉(zhuǎn)刀架，由計算機控制，根據(jù)程序，自動轉(zhuǎn)位、夾緊。 從總圖中可以看到帶動刀
33、架回轉(zhuǎn)的微型電機、齒輪箱。 總體圖上還畫出此車床上加工螺紋的部件光電編碼器在數(shù)控車床上，利 用光電編碼器裝在主軸或主軸箱中與主軸保持一定傳動比的伸出軸上，當(dāng)主軸旋 轉(zhuǎn)一圈時，光電編碼器就發(fā)出一定數(shù)量的脈沖，輸入到計算機中，經(jīng)過計算機的 運算控制步進電機，帶動滾珠絲桿，使刀架進給一定的螺距。而附錄 E 中光電編 碼器用彎板裝在主軸箱左端面，通過彈性聯(lián)軸器與主軸箱中一伸出軸相連。因伸 出軸不可能與彈性聯(lián)軸器孔的尺寸完全一致，故還要設(shè)計一個中間過渡套。 控制面板上有數(shù)碼顯示，按鍵、各種指示燈及開關(guān)，注意設(shè)計時要與硬件電路圖 一致。 2. 進給伺服系統(tǒng)的裝配圖 經(jīng)過計算，已知橫向進給系統(tǒng)采用 90BF
34、004 型步進電機。經(jīng)過二對齒輪減速， 齒輪齒數(shù)。齒輪模數(shù) m=2,滾珠絲桿直徑為25204024 4321 ZZZZ、 mm, 滾珠絲桿螺母選用的是外循環(huán)溝槽式墊片調(diào)隙 WD2505。25 o d 進行應(yīng)保證足夠應(yīng)考慮以上問題 設(shè)計應(yīng)保證足夠的行程，C6136 經(jīng)濟型數(shù)控車床，在床面上加工最大尺寸 為360mm，橫向進給行程至少為 185mm，圖中設(shè)計了兩對減速齒輪，減小了齒輪 箱體的高度，使橫向拖板運動時，防塵蓋 11 不致和箱體上蓋 4 干涉，從圖中可 以看出橫向拖板 12 最大運動距離為 200mm，另外還需注意從橫向拖板裝刀架的 中心到主軸中心的距離必須大于等于行程與方刀架見方及刀頭
35、伸出度之和，設(shè) 2 1 計時應(yīng)注意，主軸中心與床身中心并不重合，C6136 車床此尺寸為 5mm。C6136 車床刀架見方為 220 200，刀頭伸出長度為 30mm 左右。 滾珠絲桿與橫向?qū)С痰钠叫卸葢?yīng)小于0.05mm，為達到此要求，可在鏜床 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 21 - 上對床鞍兩邊的裝軸承孔在一次裝卡中鏜出。 為保證滾珠絲桿轉(zhuǎn)動輕快靈活，無阻滯現(xiàn)象，必須使?jié)L珠螺母與兩端軸承 同軸。在本設(shè)計中，滾珠螺母 14 與橫向拖板 12 之間裝有一墊片，通過水平面內(nèi) 滾珠螺母，在垂直面內(nèi)與兩端支承同軸，在通過內(nèi)六角螺釘 20 的過孔，調(diào)整水平 面內(nèi)滾珠螺母與兩端支承同軸，調(diào)整好以后，打入
36、定位銷 21。 滾珠絲桿左右各采用一對徑向軸承，在右端又采用一對止推軸承，以承受 軸向力。當(dāng)絲桿受到向右的軸向力時，通過絲桿臺階傳給止推軸承 15 動圈，經(jīng)鋼 珠傳給止推軸承 15 不動圈，再通過擋圈，一對徑向軸承 16 的外圈傳給法蘭盤再 傳到床鞍上。絲桿受到向左的軸向力通過絲桿右端的圓螺母傳給止推軸承的動圈 鋼珠，經(jīng)不動圈傳給法蘭盤、床鞍，此處必注意絲桿所受的軸向力必須傳到床鞍 等固定體上。另外，要注意止推軸承不動圈和軸頸之間必須畫出間隙。 雙片消隙齒輪的中間開有三個月牙形的槽放入壓簧，并用三個內(nèi)六角螺釘 固定（A-A 斷面和 E-E 斷面） ，這種消隙齒輪的裝配順序:首先將雙片齒輪相對轉(zhuǎn)
37、 過一個齒距，使雙片齒輪的齒對齊，彈簧 40 受壓，上緊螺釘 29，裝入箱體后將 螺釘 29 松開，彈簧 40 將雙片齒輪沿周向錯開，以消除與齒輪 43 的間隙，此時在 將螺釘 29 上緊（因而在設(shè)計時，箱壁上要留有可伸入六角扳手的孔，彈簧兩端用 削扁的銷子 41 壓住）此設(shè)計中應(yīng)注意箱體中留足夠的扳手空間，雙片齒輪 5 用二 個六角螺釘固緊，六角扳手可以齒輪箱體上端面伸入（端蓋拆下） ，六角螺釘和滾 珠絲桿在軸向留有足夠的空間，但此空間也不宜留得過大，以免加大箱體尺寸， 雙片齒輪 8 采用三個開槽螺釘緊固。螺絲刀需從箱體左面孔中伸入（拆去端蓋 3） 。 90BF004 型步進電機軸為平鍵，為
38、防止運轉(zhuǎn)過程中齒輪 25 從電機上松動 滑出，在齒輪 25 的輪轂上裝一頂絲 27， （電機軸上鉆一小窩）并用鉛絲在頂絲口 處與齒輪輪轂纏住以防松。 4. C6136 經(jīng)濟型數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 附錄 H 圖 H-1 是用 MCS-51 系列單片機組成的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 8031 作 CPU，擴展了兩片 2764 芯片、一片 6264 芯片、兩片 8155 可編程并行 I/O 接口。 4.1 控制系統(tǒng)的功能 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 22 - Z 向和 X 向進給伺服系統(tǒng)運動 鍵盤顯示 自動轉(zhuǎn)位刀架控制 螺紋加工控制 面板控制 行程控制 其他功能 報警電路、急停電
39、路、復(fù)位電路、光隔離電路、功能電路等。 4.2 CPU、存儲器及 I/O 接口 CPU 采用 8031 芯片，選用 6MHz 晶體振蕩器。它的作為數(shù)據(jù)總線和地址共用。 o P 16 位地址線由經(jīng)地址鎖存器 74LS373 提供 8 位地址，高 8 位地址 o P 70 AA 由 8031 的口直接提供。ALE 為地址鎖存允許。為低電平時選通外 158 AA 2 PPSEN 部存儲器（EPROM） ，相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在 EPROM 的數(shù)據(jù)線（）上，輸入到 70 DD 口，8031 將指令讀入。RESET 為復(fù)位控制，當(dāng) RESET 輸入端出現(xiàn)高電平時，8031 o P 被初始化復(fù)位，在復(fù)位有效
40、期向 ALE、PSEN 也輸出高電平。當(dāng) RESET 輸入端返回低 電平后，CPU 從 O 地址開始執(zhí)行程序。 （故設(shè)計中一定有一片 2764 芯片連到 74LS138 的）設(shè)計中采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。另外，兩片 8155 的 RESET 也與 8031 的 0 Y RESET 管腳相連，它們可同時復(fù)位。 8031 的是片內(nèi)的定時器/計數(shù)器溢出中斷申請，由主軸后面的光電編碼器輸 0 T 入。當(dāng)車床車螺紋時，主軸光電編碼器向 8103發(fā)出進給脈沖，用以控制不同導(dǎo)程 0 T 的螺紋加工。光電編碼器還發(fā)出一個零位螺紋信號，輸入 8155(1)的，用以防止 6 PB 車螺紋亂扣。 8155(1)主要
41、用于功能鍵的控制，刀架轉(zhuǎn)位控制以及報警等。其中 PA 口為輸入 口，作為功能鍵的控制管理，刀架控制編輯、空運行、自動、手動 I，手 50 PAPA 動和回零。PB 口也是輸入口，由面板上的按鍵分別控制起動、暫停、II 40 PBPB 單段、連續(xù)、急停等功能。是換刀回答，當(dāng)自動轉(zhuǎn)位刀架按指令轉(zhuǎn)位、夾緊， 5 PB 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 23 - 刀架電機停轉(zhuǎn)之后，發(fā)出此信號，開始執(zhí)行進給指令。接光電編碼器輸出的零 6 PB 位螺紋信號。PC 口是輸出口，控制自動轉(zhuǎn)位刀架四個刀位的選刀。 30 PCPC 用于報警顯示，系統(tǒng)正常工作時，輸出低電平，綠色發(fā)光二極管亮，當(dāng)系統(tǒng)出 4 PC 現(xiàn)異
42、常情況時，輸出高電平，經(jīng)反向后，紅色發(fā)光二極管亮，實現(xiàn)報警功能。 8155(2)控制步進電機，行程控制，以及鍵盤，顯示電路。其中為輸 70 PAPA 出口，用于控制 Z 向、X 向步進電機運轉(zhuǎn)，Z 向步進電機為五相，X 向為三相。此系 統(tǒng)采用軟件分配。鍵盤顯示電路為 4 6 鍵和 6 位顯示器。作為鍵盤的 6 50 PCPC 條列線，是鍵盤掃描線，是輸出口。接行線作為鍵盤輸入口。 30 PBPB 是 6 位數(shù)碼顯示器的位選信號，8031 的口是數(shù)碼顯示器的段選信號。 50 PCPC 1 P 接越程限位控制電路，當(dāng)床鞍或拖板在 Z 向或 X 向越程時，即向計算機輸 74 PBPB 入此信號，使進
43、給系統(tǒng)停止。 4.3存儲器及 I/O 口芯片地址分配（表 3） 表 3 數(shù)控車床控制系統(tǒng)芯片地址分配 芯片接 74LS1 38 引腳 地址選擇線片內(nèi)地 址單元 地址編碼 2764(1) 0 Y 000 xxxxxxxxxxxxx8K0000H-1FFFH 2764(2) 1 Y 001xxxxxxxxxxxxx8K2000H-3FFFH 6264 2 Y 010 xxxxxxxxxxxxx8K4000H-5FFFH C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 24 - 8155(1)I/O 4 Y 0110000100000 xxx66100H-6105H 8155(2)I/O 4 Y 1000
44、000100000 xxx68100H-8105H 5. 數(shù)控機床加工程序編制 如下圖所示，在圖中零件外圓85mm 不加工，要求編制精加工程序。 程序如下： 00001 N001 G50 X200.0 Z350.0 T0101 N002 S630 M03 N003 G00 X41.8 Z292.0 M08 N004 G01 X48.34 Z289.0 F0.15 N005 Z227.0 N006 X50.0 N007 X62.0 W-60.0 N008 Z155.0 N009 X78.0 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 25 - N010 X80.0 W-1.0 N011 W-19.0 N01
45、2 G02 W-60.0 I63.25 K-30.0 N013 G01 Z65.0 N014 X90.0 N015 G00 X200.0 Z350.0 T0100 M09 N016 M06 T0202 N017 S315 M03 N018 G00 X51.0 Z227.0 M08 N019 G01 X45.0 F016 N020 G04 U5.0 N021 G00 X51.0 N022 X200.0 Z350.0 T0200 M09 N023 M06 T0303 N024 S200 M03 N025 G00 X62.0 Z296.0 M08 N026 G92 X47.54 Z228.5 F1.
46、5 N027 X46.94 N028 X46.54 N029 X46.38 N030 G00 X200.0 Z350.0 T0300 M09 N031 M05 N032 M30 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 26 - 致謝致謝 在此次 C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造畢業(yè)設(shè)計中，通過對機床的分析，對 其進行了改進，解決了一些技術(shù)難點：1.將機床的進給系統(tǒng)改進；2.完成了機床的 總裝圖；3.熟悉機床的電路原理。在設(shè)計過程中遇到了一些難題，在指導(dǎo)老師的幫 助下我順利的完成了電路圖、橫向裝配圖、總裝圖等一些設(shè)計難題。使我把所學(xué)的 知識進行了一次大匯總，通過這次畢業(yè)設(shè)計使我的所學(xué)知識得
47、以至用。 在此次設(shè)計中范老師和李老師給了我很大的幫助，他們以嚴謹?shù)慕虒W(xué)態(tài)度和豐 富的理論知識使我的畢業(yè)設(shè)計更加完善。在我的說明書的篇寫中給我提出了寶貴的 意見，老師的定期檢查，確保了質(zhì)量和進度。在此，我感謝在畢業(yè)設(shè)計中給予幫助 我的老師。 最后，對各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并給予批評指正。 常州工學(xué)院成人教育畢業(yè)論文 - 27 - 小小 結(jié)結(jié) 我做畢業(yè)設(shè)計的過程中，一個最大的會就是理論上很簡單的東西，當(dāng)你要試圖 去實現(xiàn)的時候，你會發(fā)現(xiàn)它是那么的難，追其根本原因在于，以前動手太少了。 本次畢業(yè)設(shè)計是對我們每個學(xué)生在校三年來所學(xué)知識與生產(chǎn)實踐技術(shù)所進行的 一次綜合性的全面考察；培養(yǎng)了我們
48、運用所學(xué)專業(yè)知識解決實際問題的能力；它還 為我們了解一般機械工程設(shè)計的基本思想打下良好的基礎(chǔ)；在設(shè)計方案的擬定,設(shè)計 資料的收集,手冊，國標選用，設(shè)計方法的運用,零部件及總體裝配圖的繪制等方面， 有一次較全面的鍛煉。對我們進入社會具備一定獨立工作能力起了良好的作用,能較 好的適應(yīng)工作。 隨著電子技術(shù)特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，單片機、PLC 等在數(shù)控機床中廣泛的 應(yīng)用，數(shù)控機床迅速地發(fā)展起來，特別是加工中心在工廠的運用.數(shù)控機床可以較好 地解決形狀復(fù)雜、高精度、小批量等零件的加工問題；能夠穩(wěn)定質(zhì)量和提高生產(chǎn)效 率；本課題所設(shè)計的簡式數(shù)控機床屬于半閉環(huán)式經(jīng)濟型車床，它的工作原理是用脈 沖馬達的伺服性
49、能，即對應(yīng)一定的脈沖必定有一定的轉(zhuǎn)角。從而通過選擇螺母機構(gòu) 使工作臺移動一定的距離，所以簡式數(shù)控機床的設(shè)計關(guān)鍵在于數(shù)控系統(tǒng)的伺服進給 系統(tǒng)的設(shè)計，它的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)。 不僅要對進給運動的速度實現(xiàn)自動控制，而且還需要對刀具相對于工件的位置實現(xiàn) 自動控制，因此與其它機床相比其進給系統(tǒng)的設(shè)計要求更高、度更大、涉及的問題 也更廣。 經(jīng)過兩個月的時間，我對機械制造及自動化有了更深刻的了解，不僅回顧了以 前所學(xué)的知識，還學(xué)到了許多以前沒有接觸過的新知識，對 CAD 和 Word 的應(yīng)用水 平有了進一步提高，也清楚了各種標準件的畫法，對數(shù)控技術(shù)，單片機，PLC 的認
50、C6136 型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造 - 28 - 識有了進一步的深化。 在此一并感謝指導(dǎo)老師和同學(xué)在這次設(shè)計中對我的熱心指導(dǎo)和幫助，通過本次 設(shè)計使自己有一個綜合性的提高,達到了本次的設(shè)計目的。 參考文獻參考文獻 1 周鵬翔 劉振魁主編， 工程制圖第二版，高等教育出版社，2000 年 5 月 2 唐增寶 劉元俊主編， 機械設(shè)計課程設(shè)計 （修訂版） ，華中理工大學(xué)出版社， 1995 年 1 月 3 機械設(shè)計手冊編寫組編， 機床設(shè)計手冊 2 ，機械工業(yè)出版社，1980 年 8 月 4 機械設(shè)計手冊編寫組編， 機床設(shè)計手冊 3 ，機械工業(yè)出，1986 年 12 月 5 東北大學(xué)機械零件設(shè)計手冊編寫組編， 機床零件設(shè)計手冊第三版，冶 金工業(yè)出版社，1994 年 5 月 6 華東紡織工學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)主編， 機床設(shè)計圖冊 ，上海 科學(xué)技術(shù)出版社，1979 年 6 月 7 雷曉玲主編， 綜合作業(yè)指導(dǎo)書 ，機械工業(yè)出版社，2000 年 11 月 8 石光源、周積義、彭福蔭主編， 機械制圖第三版，高等教育出版社，1988 年 4 月
畢業(yè)設(shè)計（論文）-C6136型臥式車床經(jīng)濟型數(shù)控改造（全套圖紙）
