ca6140普通车床经济型数控改造大学论文Word文件下载.docx
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评分:
70分
签字(盖章):
XXX
2014年5月20日
答辩小组评价意见及评分
同意评为70分
答辩主持人签字(盖章)
李玉军
2014年5月25日
答辩小组成员签(盖章)
李建春
分校集中实践环节指导小组意见
签字(盖章)
年月日
省电大集中实践环节指导委员会审核意见
签字(盖章)年月日
说明:
1.答辩小组应填写评价意见,小组成员均应签名并盖章。
答辨小组不应少于3人。
2.此表附于封面之后。
目录
第1章绪论1
1.1设计的意义和目的1
1.2设计项目的发展情况2
第2章设计任务书3
2.1设计的任务3
第3章总体方案的确定4
3.1系统的运动方式和伺服系统的选择4
3.2计算机系统4
3.3机械传动方式4
3.4改造后的数控车床具有的功能4
第4章机械部分的改造设计7
4.1机床数控化改造的两个先决条件7
4.2改造的思路和方法7
4.3数控机床进给伺服系统的设计、计算8
4.4齿轮传动比计算12
4.5纵、横步进电机的计算和选取13
4.6横向电机力矩的计算14
4.7步进电机空载启动频率和切削时的工作频率15
第5章机械改造部分安装17
5.1纵、横向进给系统的改造安装17
5.2机床轨道改造修复18
5.3主传动系统改造安装18
5.4刀架部分的改造安装19
第6章数控系统的设计20
6.1硬件系统的设计20
6.2软件系统设计21
第7章原机床强电设计与改造27
7.1CA6140数据改造电源控制电气原理27
7.2CA6140主轴异步电动机控制改造电气原理26
设计结论29
参考文献31
内容摘要
以CA6140型普通车床的数控化为例,阐述CA6140车床改造成为MUC-51单片机控制的经济型数控机床的设计方案、工作原理。
说明如何改造现有的普通车床,分析机械传动改造思路,确定数控系统的微机控制方法。
指出设计、改造的关键核心问题,采取的对策及设计步骤。
并作必要的计算、校核。
为普通设备的挖潜改造提供参考,为机械制造业进行数控化改造提供一种有效的的途径。
关键词:
MUC-51系列单片机;
步进电机;
数控改造;
数控机床。
第一章绪论
1.1设计的目的和意义
目前用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展,所以必须大力提高机床的数控化率。
由于数控技术的不断发展,作为机械制造的工作母机,数控机床的结构和性能与传统机床相比发生了巨大变化,系统功能不断完善,加工复杂零件的能力也不断提高,特别是采用了闭环控制,误差补偿系统,以及不断发展的智能控制系统,加工精度比通用机床有很大提高,且不断向更高精度方向发展。
它是应用各学科高新技术的产物,是典型的机电一体化产品,是全新的自动化设备。
由于广泛地应用数控技术,使其它数控机械产品的品种数量也迅速增加并逐渐取代传统机械产品。
具有了向着综合应用新技术的结构方向发展的工艺设备条件,以它为基础的相关产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。
其技术的高低、已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。
目前,数控技术已成为制造业的基础,该技术已被世界各国列为优先发展的关键技术,成为当代国际科技竞争的重点。
随着我国的经济快速发展,机械制造业对生产的自动化、柔性化提出日益迫切的要求。
但鉴于我国的具体情况,不可能丢弃大量正在使用的普通机床,转而采用中、高档数控机床。
利用数控技术对普通机床进行改造是设备翻新、提高企业数控化的有效途径,对提高经济效益起着重要的作用。
经济型计算机数控系统就是根据我国国情发展起来的一项机床数控技术。
既可以节省大量资金,又可以大大提高了机床的精密度和稳定性,避免了人为因素对精密的影响,也降低了对工人技术的要求。
机床数控改造在实际工作中具有以下的意义:
1.节省资金。
机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用,大型及特殊设备尤为明显。
一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3,即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用,并可以利用现有地基。
2.性能稳定可靠。
因原机床各基础件经过长期时效,几乎不会产生应力变形而影响精度。
3.提高生产效率。
机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。
对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。
且可以不用或少用工装,不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
1.2设计项目发展情况
目前,机械制造企业普遍处在大量的普通车床兼少量的高精度数控机床的局面,面对日益增长的加工精度要求,完全用数控车床加以替换根本不可能。
解决这个间题必筑走普通车床数控改造之路。
日本大企业中有26%通用机床经过数控化改造,而中小企业则占12%;
美国有许多数控专业化公司为用户提供数控改造服务。
我国拥有300万台机床,其中大量的是通用车床,机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间,现在我国机床数控化率不到3%。
因此,普通车床的数控改造,大有可为。
数控改造实质是指对普通车床某些部位作一定的改造,配上数控装置,从而使车床具有数控加工能力。
目前以数控系统而言,主要采用两种方式:
经济型数控系统和高性能经济型数控系统。
现在的机械制造业改造的要求不尽相同,设计指导思路有所差异,但大多数采用经济型数控系统。
就是把单板机或单片机与步进电机组成功能较为简单、价格较低的系统。
其主要特点是价格便宜,精度中等,功能针对性强。
将经济型数控系统用于普通机床的改造和升级换代是符合我国目前国情的一条有效途径。
从一些单位的成功应用实例来看,投入使用后确实提高了生产效率,减少了加工废品率,取得了显著的技术经济效益。
正因为如此,经济型数控机床在得到了日益广泛的应用,潜在的市场很大。
第二章设计任务书
2.1设计的任务
将以CA6140普通车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控机床,采用步进电机开环控制,纵向和横向均具有直线和圆弧插补功能。
要求该车床具有自动回转刀架,具有切削螺纹的功能。
系统分辨率:
横向:
0.005mm。
2.1.1原机床参数:
产品型号
CA6140
床身回转直径
400mm
刀架上回转直径
210mm
马鞍内回转直径×
有效长度
—
最大工件长度/最大车削长度
750/650mm;
1000/900mm;
1500/1400mm;
2000/1900mm
主轴中心至床身平面导轨距离
205mm
主轴孔径/主轴孔前端锥度
Φ52mm/1:
20
主轴转速级数
24/12.
主轴转速范围
50Hz:
11-1600r/min
60Hz:
13.2-1920r/min
14-1580r/min
20.4-1896r/min
纵向进给量范围(64种)
标准进给:
0.08-1.59mm/r
小进给:
0.028-0.054mm/r
加大进给:
1.71-6.33mm/r
横向进给量范围(64种)
0.04-0.79mm/r
0.014-0.027mm/r
0.86-3.16mm/r
刀架纵/横向的快移速度
纵向:
4m/min
横向:
2m/min
加工螺纹范围
公制螺纹44种:
1-192mm;
英制螺纹21种:
2-24牙/寸
径节螺纹37种:
1-96;
上/下刀架最大行程
140mm/320mm
刀架转盘回转角度
±
90o
主轴中心线至刀具支承距离
26mm
刀杆截面尺寸
25mm×
25mm
尾座主轴直径×
行程及主轴孔锥度
75mm×
150mm;
莫氏圆锥5号
丝杠螺距
12mm
主电机功率
7.5KW
主机净重kg(约)
750mm
2000
1000mm
2080
1500mm
2230
2000mm
2580
主机轮廓尺寸(长×
宽×
高)mm
750mm
2418×
1000×
1267
1000mm
2668×
3168×
3668×
2.1.2设计目标参数如下:
1、最大加工直径:
在床面上400mm;
在床鞍210mm;
最大加工长度:
1000mm;
2、溜板及刀架重力(横向):
600N;
3、刀架快移速度(横向):
1.2m\min;
最大进给速度(横向):
0.3m\min;
4、定位精度:
0.015mm;
5、电机主功:
7.5KW;
6、启动加速时间:
30m\s。
2.1.3设计达到主要技术指标和功能要求:
(l)采用150标准语言,绝对/增量方式混合编程。
(2)连续方式控制X,Z向二轴。
(3)脉冲当量:
X向,0.005mm/脉冲;
Z向,0.01mm/脉冲。
(4)快速定位速度:
X轴为lm/min,Z轴为3m/min。
(5)最大编程尺寸:
士9999.99mm,8位数码管。
(6)选择功能包括:
编辑、空运行、手动、自动运行共六种工作方式,可由用户在面板上选择。
(7)最大加工速度:
直线为1.5m/min,圆弧为0.6m/min。
(8)螺纹加工:
公制0.25-12mm,英制33.5-3牙/时。
(9)数控系统程序存储器和数据存储器各SKB。
第三章总体方案的确定
较典型的车床数控改造方案可选择为:
配置专用车床数控改造系统,更换进给运动的滑动丝杠传动为滚珠丝杠传动、采用步进电机驱动进给运动、配置脉冲发生器实现螺纹加工功能、配置自动转位刀架实现自动换刀功能。
3.1系统的运动方式和饲服系统的选择
由于改造后的经济型数控机床应具有定位、直线插补、圆弧插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工的功能,故选择连续控制系统。
根据设计要求,采用步进电机开环控制系统。
3.2计算机系统
根据机床要求,采用8位微机。
由于MCS-51单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速环度快、抗干扰能力强,具有很高的性能价格比等特点,故采用MCS-51系列的8031单片机扩展系功能。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,显示器采用两排数码管显示加工数据及机床状态等信息。
3.3机械传动方式
为实现机床所要求的分辨率,采用步进电机经齿轮减速再传动丝杠,
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- ca6140 普通 车床 经济型 数控 改造 大学 论文