CA1640机床进给系统数控改造.docx

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1、课程设计报告题目：CA1640机床进给系统数控改造课程：机电一体化课程设计专业班级:智能制造201班目录摘要4Abstract5一、普通车床数控化改造绪论61.1 概述61.1.1 机床数控化改造的H的61.1.2 机床数控化改造的意义61.1.3 机床数控化改造的经济性(优点)61.2 数控机床在我国的发展概况71.3 数控机床的发展趋势7二、机械部分的设计82.1 CA6140普通车床的数控化改造设计方案的拟定82.2 总体方案确定82.3 设计参数102.4 CA6140车床进给伺服系统机械部分设计计算102.4.1 系统脉冲当量的选择102.4.2 机械传动部分的数控化改造和设计计尊I

2、1.2.4.3 滚珠丝杠设计计算122.4.4 计算最大动负载C(N)132.4.5 滚珠丝杠螺孱副的选型142.4.6 滚珠丝杠的验算142.4.7 确定囱轮传动比172.4.8 步进电动机的计算与选择172.5 横向机械传动部分的数控化改造和设计计算202.5.1 滚珠丝杠设计计算212.5.2 计算最大动载荷C(N)212.5.3 选择滚珠丝杠螺母副22254步进电动机的选择与计算(同上步进电动机的选择)232. 6步进电机拖动的开环系统：23三、程序设计部分232.1 控制系统的功能233. 2采用软件环形分配翡243.1.1 步进电机模块243.1.2 PrOteUS仿真24四、体会

3、收获26五、致谢27六、参考文献28随着科学技术的迅猛发展，数控机床已经成为衡糠一个国家机械制造工业水平的:要标志。用数控装置、伺服系统、滚珠丝杠副及其他辅助装置等对普通机床进行数控化改造，将其有机结合，使普通机床基本具符同类数控机床的性能的数控机床“提高零件生产效率、降低劳动强度，提高零件加工精度，实现狂杂曲面、曲线的自动化成型加工，实现“柔性自动化”加工单件、小批量生产的精密零件加工，以适应近年来机电产品市场不断变化的需要。本次设计是对CA6140普通车床的数控化改造。在国内，盛行普通车床改造成数控车床，此设计就是针对着这以目的而设计的，这就降低了生产成本，缩短了工业化的进程，同时为广大的

4、生产厂家所接受。此设计主要是针对于广大的用户所设计。涉及纵向和横向滚珠丝杠螺母副、电动机的选型，以及其他相关数据的计算.本设计纵向选用IIOBYG350B型反应式步进电动机,横向选用I1.OBFQ03型步进电动机.利用kei1.uvision5和Protcus8进行电路仿真以满足设计需求.关健词：数控改造数控机床、CA1640、电路仿真AbstractWith(herapiddeve1.opmentofscienceandtechno1.ogy,CNCmachinetoo1.shavebecomeanimportantindicatortomeasurethe1.eve1.ofacountrj

5、,machinerymanufacturingindustry.UsingCNCdevices,servosystems,ba1.1.screwpairs,andotherauxi1.iarydevicestocarryoutCNCtransformationonordinarymachinetoo1.s,organica1.1.ycombiningthem,makingordinarymachinetoo1.sbasica1.1.yhave(heperformanceofsimi1.arCNCmachinetoo1.s.Improvetheproductionefficiencyofpart

6、s,reduce1.aborintensity,improvethemachiningaccuracyofparts,achieveautomatedformingandprocessingofcomp1.exsurfacesandcurves,andachievef1.cxib1.cautomationforprecisionpartsprocessingofsing1.eandsma1.1.batchproduction,inorder1.oadapttotheconstant1.ychangingndsofthee1.ectronica1.ProdUC1.marketinrecentye

7、ars.ThisdesignisaCNCtransformationoftheCA6140ordinary1.athe.InChina,i1.ispopu1.arto(ranSfbrmordinary1.athesintoCNC1.athes.Thisdesignisdesignedforthispurpose,whichreduceSproductioncosts,shortensthep11xessOfindustria1.ization,andisaccepedbya1.argenumberofmanufacturers.Thisdesignismain1.ydesignedforawi

8、derangeofusers.,hese1.ecionof1.ongitudina1.an+G)=1.151728N+0.16X(3456+800)N=2668.16N式中K一顿覆力矩影响的试脍系数,取k1.15;/一滑动导轨摩擦因数：/=0.150.18;Mi1.f=O.16；G溜板及刀架武力，G=800N.2.4.4计算大动负栽C（N）C=V%60xx7IOhKXM)XV1n=可以用下式计算：其中:4式中1.一滚珠丝杠导程,初选0=6mm;叱一最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（%）.本机床取%丁一使用寿命,按1500Oh计鸵；（一运转系数，按一般运转几=121.5;取fw=1.3

9、;/“一硬度系数，为60川化时，f=1.,小于60HRC时，w1.,本机床取1；，一寿命，以IO。转为I个单位。将数据分别带入上式得:100OX匕逊2=42rrain6()60xX7_60x42x15000IO6万转=37.8万转V,u=V581.3X2668.16N=I1.640.6N245濠珠丝杠祟母副的选型查机械零件设计手册，根据CVCa(Ca是丝杠的额定载荷)的原则，使选用的滚珠丝杠的额定动载荷大于计算的最大工作载荷，由上面初选丝杠导程及计算所得的最大动载荷，选用滚珠丝杠型号为CDM1.Oo6-5,其表示外循环插管式、双螺母垫片预累、导珠管埋入式的滚珠丝杠，公称直径为40m,导程为6m

10、m,右旋螺纹，载荷钢球为5圈,精度3级的定位滚珠丝杠副。CDM4006-5的额定动载荷为28770N1.1640.6N,故强度足够。CDM4006-5型滚珠丝杠具体参数见表21公称直径11n导程11n钢球直径/m丝杠外径三纹底径/UD旗定栽荷/N接触刚度/(Nu三)d。PnD.dzCCftu4063.96939.535.128770959702191表2-1CDMK1.O6-5型滚珠丝杠具体卷软2.4.6滚珠丝杠的验售D传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为:式中/一螺旋升角,根据tany=tanytan(+)螺距3.14X公称直径,可得y=273,Q-摩擦带，G=I0。聘各数据带入上式得:=

11、0.966ian7_tan273tan(+)tan(2,73+IO)2）刚度睑算滚珠丝杠工作时受轴向力和转矩的作用,将引起导程PO的变化，因滚珠统杠受转矩时引起的导程变化很小，可忽略不计，所以工作负载引起的导程变化量P。为4_FniPoAPo=EA式中E材料弹性模量，对于钢，E=20.610MPW20.6X10N/cm2)；A一滚珠丝杠的截面积，按丝杠螺蚊底径确定d,即d=3.51cm,则A=266816-=8.037x10-EA20.61.0,9.67滚珠丝杠受转矩引起的导程变化量M很小，可以忽略不计，即，1=可，,所以导程变形总误差%为总=餐式中APa纵向最大行程，由机床说明书B可知，依=

12、90Omm=90cm.A/；=殳A%=8.(B71()-2=12.06*”Aq06有机床说明书3可知,丝杠纵向有效行程为900胸，且丝杠精度等级为3级，查察机械零件设计手册3知纵向行程允许的行程变动量为17，“，CDMoO6-5的%为2.wm从以上计算可以看出，快速空载起动时所需转矩T、快速移动时所需转矩。和最大切削负教时所需转矩7；J三种工况下，快速空载起动时所需转矩T最大。所以，以此项作为校核初选电动机的依据，初选步进电动机为三相混合步Tk由前面查得结果可知，步进电动机为三相混介步式时，起动转矩和最大静转矩的关系：2=-5-=0.951,则1.3.858v.皿储=N-m=4.057N-nt

13、0.9515、步进电动机的最高工作频率m.6(%_1(XX)2-60x0.01Hz=33333Hz由以上选型及计算，最终选用I1.OBYG350B型反应式步进电动机。2.5横向机械传动部分的数控化改造和设计计算切削力的计算。因为横向进给量为纵向的1/31/2,取1/2,则横向主切削力约为纵向的1/2.F.=1.3456f=1728f12由机床设计手册可知，其经验公式为下；=0.5.G=O.6E式中“、横切端面时进给力;K-背向力。;=O5:=0.51728N=864NF=0.6F.=0.61728N=I036.8N1.1.1 x1.1.2 滚珠丝杠设计计算滚珠丝杠的选用方案可参照纵向机械传动部

14、分的数控化改造和设计计算中的选用型方案及选择原因横向滚珠丝杠，即1)螺纹滚道型面选用双圆孤面。2)滚珠循环方式选用外循环.3)轴向间隙的调整和预紧力选用双螺母垫片预紧(3)计算进给牵引力Fa(N).可根据机床设计手册中牵引力的试眩公式计算，f黄向为燕尾形导轨，则Fm=.4Fy+(F2FG)则A；=I.4I036j8+0.16(1.728+2X864+6(X)N=21.(X).48N1.1.3 计算最大动载荷C(N)由式得_I(XX)V=vI(XX)xO.5xO.254r/min=31.25rnin60710f,60X31.25X15000-Co,_.3.=/Jr=28.125JrIoCC=t,

15、1=,28J251.31.2100.48V=83O1.1.V1.1.4 选择演珠隹杠螺母副根据C8301.IN1故强度足够。CDM2001-5型滚珠丝杠具体参数见表2-2公称直径导/mn钢球直径三三丝杠外径三螺底径11n叔定栽荷/N接触刚度/（Num）北P11D.d1.d2C11Cft412042.38119.717.010639287221178我22CDM20M5型滚珠处杠具体参数1）确定齿轮传动比。孜中，为=0.005”/步：/参考仪实用微电机手册3,初选U=O.75；P=-Iirm.则f,360OW5三060.75x4可选定齿轮齿数为Z,30齿轮材料40Cr,调质处理,精度等级取7级,

16、前后轴承选用8024型流动轴承，齿轮传动时效率为,=（）98.由于进给运动齿轮受力不大，且根据优先选用第一系列的原则，取m=2,由经验公式可知，齿宽b=20mm,则分度圆直径分别为d1.=Z17=182mn-3(ymmd2Z2，=302nun=60mntrf1.,11m(Z1.+ZJ2(18+30)中心距：a=!=nun=48mn22254步进电动机的选彝与计算(同上步进电动机的选择)根据负数转矩及最大静，专矩的计算,可初选步进电动机型号为I1.OBFo03型步进电动机，计算负载转动惯星、快速空载起动时所需转矩、快速移动时所需转矩、最大切屑负载时所需转矩、步进电动机地高工作效率，可选出步进电动

17、机的型号为UOBF0032.6步进电机拖动的开环系统系统的伺服驱动装置主要是步进电机、功率步进电机、电液脉冲马达等。由控制系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序,便可控制执行部件运动的位移量、速度和运动方向。这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度,齿轮丝杠等传动元件的节距精度，所以系统的位移精度较低。该系统结构简单，调试维修方便，工作可靠，成本低，易改装成功。三、程序设计部分3.1 控制系统的功能(1) Z向和X

18、向进给伺服运动(2)键盘显示(3)自动的转刀架控制(4)螺纹加工控制(5)面板管理(6)行程控制（7）其他功能：报警电路、急停电路、复位电路、隔离电路、攻防电路等。3.2 采用软件环形分配3.2.1 步进电机模块步进电动机是数字控制系统中一种十分重要的白动化执行元件，在工业白动化装备，办公自动化设备中有若广泛的运用，近年来，控制技术、计克机技术以及微电子技术的迅速发展，有力地推动了步进电动机控制技术的进步，提高了步进电动机运动控制装置的应用水平。过去电动机的控制多用模拟法，随着计算机应用技术的迅速发展，电动机的控制也发生了深刻的变化，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。模拟控制已

19、经逐渐被使用单片机为主的混合控制和全数字控制所取代。步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行机构，其转子角位移与输入脉冲的频率成正比，通过改变脉冲频率可以实现大范围的调速：同时，步进电机易手与计兑机和其他数字元件接口，因此被应用于各种数字控制系统中，本设计的步进电动机控制系统由单片机（控制电路），脉冲分配电路、功率放大电路（业动电路）、步进电动机及电源系统组成。步进电动机是用电脉冲信号进行控制，聘电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等,并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此

20、在打印机等办公自动化设备以及各种控制装困等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机骑动器及其控制系统具有十分重要的意义。3.2.2 Proteus仿真图5仿真视图四、体会收狭经过两周的努力，数控课程设计已经完成。在此，我裳心感谢我的老师和同学们,没有老册的细心指导和同学的热情梢助，设计是很难顺利完成的。最后，我对这次设计做一荷堆的总结。刚开始设计时，我先通过图指馆和上网杳阅了大量的资料，以全面、深入地了解与自己设计愿目相关的知识。在此期间我不仅对自己的设计巡目有了深入的了解，并在此基础上确定了总体设计方案，而且学会了如何在网上获得自己所

21、需资源。此后便开始了对机械部分的计算与设计。通过这次设计，我对普通车床的改造有r系统性的认识和基础性的把握：熟悉了其设计原理及流程：并对传动系统和伺服系统进行r针对性的学习而且使我具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产中所遇见的机、电方面技术的能力。当然设计中还存在很多不足，有待于改进，我会在以后的实际工作中不断弥补不足、创新进取。五、致谢在设计中，我努力完善自己的设计，认真搜集资料，搭好设计，我体会到设计是一个辛苦而又必须严遂的过程。除此之外，我的指导老师给了我很大帮助，经常对我的设计内容进行仔细的阅查，及时给我指出不足的地方，和我共同商讨改进的方怯，在此我想对我的指导老师及帮助过我的老师

22、表示感谢!想对他们说老师你们辛苦了！导加渊博的知识、严诬的治学态度、一丝不苟的科研作风和对工作兢兢业业的精神给作者留下了深刻的印象，使作者受益匪浅，在时间紧张工作繁忙的情况下能够顺利完成。在此论文完成之际，诬向付出r口大心血和辛勤劳动的导师致以崇高的敬意和衷心的感谢.在课题进行期间，在课题的研究期间，我还要感谢我的同学，感谢他们在工作中对我的支持和帮助，在此表示诚挚的谢意.最后，我还要向大力支持我学习的家人和老师表示衷心感谢。再次感谢学校给我这次设计的机会！再次感谢给过我指导和帮助的导师和同学们！六、参考文献1成大先.机械设计手册（第六版）.北京：化学工业出版社，2016.2淮良贵，陈国定，吴立言.机械设计（第十版）.北京：高等教育出版社，2019.3尹泉，王庆义.机电一体化系统设计.北京：机械工业出版社,2016.4罗志曾，席旭刚，高云元,智能检测与传感潺技术.陕西：西安电子科技大学出版社，2020.5王小萍.微机原理与系统设计.浙江：浙江大学出版社，2019.6有关机床、数控、步进电机等相关资料.