畢業(yè)論文--c6136數控車床的改造

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文、作業(yè)）</p><p>　　畢業(yè)設計（論文、作業(yè)）題目：</p><p>　　C6136數控車床的改造 </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>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師：

3、 </p><p>　　完成日期： 2013-4-24 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　內容摘要和關鍵詞……………………………………………………1</p><p>　

4、　緒 論……………………………………………………………3</p><p>　　數控系統(tǒng)的選擇…………………………………………… 4</p><p>　　機床進給伺服系統(tǒng)機械部分設計計算及校核………………4</p><p>　　滾珠絲桿設計、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數控車床數控系統(tǒng)硬件電路的設計………………………12</p><p>　　四．主軸編碼器的選擇與安裝…………………………….. …………13</p><p>　　五．絲杠和導軌自動潤滑…………………………………

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

7、t;/p><p>　　由于C6136數控車床已經使用了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數控車床進行升級改造使其達到生產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>　　關鍵詞：數控機床改造、 滾珠絲杠 步進電機 數控系統(tǒng) 步進電機</p><

8、p><b>　　緒 論</b></p><p>　　C6136數控車床的改造方案</p><p>　　原C6136數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部的磁力圈已經磨損嚴重導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的數控系統(tǒng)為GSK928TC現我們改換其升級版本GSK928TCA。GSK928TCA數控系統(tǒng)，采用32位高性能工業(yè)級CPU構成控制核心，實現UM級精度運動控制，系統(tǒng)功能及參數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。數控機床除了具有較高的定位精度外，還應良好的動態(tài)間應特征，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。</p><p>　　原數控車床的主軸電機功率為3.7KW，在其工作中發(fā)現其功率完全不夠。車床的切削力不足不可以大刀量進給，導致加工效率不高。故

11、這里我們選用7.5.KW的主軸電機以提高數控車床的切削力和生產效率問題。μmμm</p><p>　　原C6136數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，沒有自動電壓調整導致主軸轉速不穩(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程只能按標準選擇，要達到0.001秒的分辨率的要求，縱﹑橫向均要用錯齒調隙的齒輪做減速運動。</p><p>　　要求改造更新后的C6136數控車床的參數如下：</p><p>　　最大回轉直徑：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>　　脈沖當量：縱向0.01mm</p><p><b>　　橫向0.005m</b></p><p><b>　　一 數控系統(tǒng)的選擇</b></p><p>　　1原C6136數控車床使用的是廣數GSK928TC數控車床

15、系統(tǒng)，此系統(tǒng)由于使用時間比較長其內部的電器部分已經老化，導致機床在工作中突然停機。嚴重影響加工質量與人身安全?，F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?！　?lt;/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；靈活應用系統(tǒng)的語句編程功能，能有效提升綜合效率和安全性?！?/p>

17、　　　　</p><p>　　最大限度的安全措施：提供了多種有關安全方面的參數選項，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軌</p><p>　　采用三角型或綜合導軌:</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>　　—導軌上的摩擦系數,隨導軌形式而不同</p><p>　　K考慮顛復力距影響的實驗系數. 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100萬轉后,在它的滾道上不產

21、生點蝕</p><p>　　現象.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轉為1單位</p><p>　　Fw: 運轉系數，按一般運轉取</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>　　計算出以上數據后查一下<<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緊,預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>　　對滾珠絲杠經過預拉拉伸,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>　　橫向導軌為燕尾形導軌</p><p><b>　　其計算公式如下:</b></p><p>　　Fm=KFx+ (Fz+2Fy+G)</p><p>　　式中K:考慮顛復力矩的影響實驗系數K=1.4</p><p>　　:導軌上摩擦系數為=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>　　得出以上數據后 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)列數為1×2.5×2 Coa=16826 螺旋導程角 r==arc

32、tan r=2° 選擇精度等級為3級。其數據滿足橫向絲桿要求。</p><p>　　得知以上數據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>　　滾珠絲杠經過預拉伸</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動慣量(Kg.cm2)</p><p>　　ε—電機最大角加速度</p><p>　　nmax-電機最大轉速 (r/min)</p&

37、gt;<p><b>　　—脈沖當量</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—滾珠絲杠導程(cm)</p><p>　　N—

40、滾珠絲杠未預緊時傳動效率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 </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當</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數控車床的主軸電動機功率為3.7KW不能滿足生產要求。我

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

51、果；    5、應用范圍廣，在50Hz以下可作恒轉矩運行，在50Hz以上可作恒功率運行；    6、調速平滑能在5～100Hz范圍內無級調速；    7、較電磁調速電機節(jié)能降耗，調速范圍廣，結構簡單，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、長導致部分接線與電器元件老化，導致數控車床整體的問題嚴重比如指令輸入后系統(tǒng)沒反應及有時工作狀態(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數控系統(tǒng)。拆下原來的數控系統(tǒng)，把數控系統(tǒng)的連接線與驅動器的插口對應接在一起其中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連接到驅動器對應的輸入接口。把PB0連接到驅動器的對應的輸出口其主要是控制啟動﹑連續(xù)﹑單段

54、﹑急停等。把PB5連接到驅動器的對應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軸的步進電機轉動。PC4是報警接口.PB4和PB7是控制數控車床的行程開關的。</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：自動測量數控車床上的作角度和橫，縱坐標的測量等</p><p>　　內部采用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>　　– 必須選擇柔性聯軸器</p><p>　　– 徑向、軸向、角度安裝偏差不允許超過</p><p>　　聯軸器允許范圍，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，必須注意驅動軸軸向竄動</p><p>

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

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

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，《數控機床操作與維護技術基礎》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，《數控機床故障診斷與維修技術（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)設計中我不但鞏固了已