毕业设计C6132横向进给运动系统数控改造.doc
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1、毕业设计C6132横向进给运动系统数控改造(含CAD1、 总体方案确定.4 1.1、C6132工艺范畴.4 1.2、设计任务.4 1.3、总体方案.4 1.3.1、进给系统改造.4 1.3.2、伺服系统改造.5 1.3.3、导轨改造.6 1.3.4、操纵系统改造.6 1.3.5、系统框图.62、机械部分改造.6 2.1、C6132一般车床的改造.6 2.2、切削力的运算.6 2.2.1、主切削力.7 2.2.2、进给力与背吃刀力.7 2.2.3、工作载荷.7 2.3、滚珠丝杠的运算及选型.8 2.3.1、丝杠转速.8 2.3.2、承载能力运算.8 2.3.3、运算额定载荷.9 2.3.4、滚珠
2、丝杠螺母选型.10 2.3.5、压杆稳固性校核.11 2.3.6、刚度演算.12 2.3.7、传动效率.12 2.3.8、临界转速.12 2.3.9、最大转速.13 2.3.10、压弯临界转速.13 2.3.11、预紧力.13 2.3.12、丝杠与导轨间接触变性.14 2.4、减速齿轮的运算.14 2.5、步进电机的运算及选型.16 2.5.1、反应式步进电机特性.17 2.5.2、步进电机选型考虑因素.18 2.5.3、步进电机初选.19 2.5.4、步进电机校核.20 2.6、导轨的选型.243、 数控部分硬件电路设计.24 3.1、硬件电路组成.24 3.2、中央处理器选择.22 3.3
3、、储备器的扩展及选型.23 3.4、其他电路设计.244、 总结.285、 致谢.296、 参考文献.301、总体设计方案确定1.1、c6132工艺范畴数控车床要紧用于轴类、盘类零件的加工, 能自动完成外围柱面、内孔、锥面、圆弧面、螺纹等工序的粗细加工, 并能在圆柱面或端面上进行铣槽、钻孔、铰孔等工作, 能够实现回转体零件在预先加工好定位基面后, 一次装夹下完成从毛坯到成品的全部工序。因此能够极大的提高生产率。C6132车床要紧用于对小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工。1.2、设计任务 本设计任务在现有C6132车床的结构基础上,对机床横向进给系统进行数控改造,主传动系统保留。,横向进给系统的脉
4、冲当量分别为0.005mm/step,最大快移速度2000mm/min,定位精度0.01mm。1.3、总体方案1.3.1、进给系统改造 将车床溜板箱拆除,在原处安装滚珠丝杠螺母座,丝杠螺母固定在其上。将横溜板中的一般丝杠、螺母拆除,在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副,伺服电机与丝杠间采纳一级减速器联接, 以缩小传动链, 提高系统刚度, 并减少传动链误差。横向伺服电动机与齿轮减速器总成安装在机床后部并与滚珠丝杠通过柔性联轴器相连。柔性联轴器的特点是有一定的缓冲性能和较大的综合补偿性能(包括:轴向偏移,径向偏移,角度偏移)。滚珠丝杠螺母机构特点是具有摩擦力小,运动灵敏, 无爬行现象, 也能够进行预紧
5、, 以实现无间隙传动,传动刚度好,反向时无空程死区等特点。可提高传动精度。1.3.2、伺服系统的改造、考虑到数控的方便性,伺服系统改造的经济型,因此在保证具有一定加工精度的前提下,从改造成本考虑。应简化结构,降低成本及考虑到加工精度的要求,应采纳以伺服电动机为驱动的开环伺服系统。开环系统特点:环路短,刚性好,较容易获得较高的精度和速度。 伺服电动机 机床工作台 比较器放大电路 脉冲指令 图1.1 开环操纵系统原理图、开环伺服系统一样选用步进电机。步进电动机是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移量的执行元件。其转速则与脉冲频率成正比。由于输入为电脉冲,因而易于电子运算机或其他数
6、字电路接口,适用于数字操纵系统。步进电动机广泛应用于数控机床、自动生产线、自动化外表、运算机外部设备、绘图机、计时钟表等方面。步进电动机用于系统具有较好的开环稳固性,系统结构简单,有可能省去闭环系统中的测量元件。、反应式步进电动机的特点:步距角小,启动和运行频率高,在一相绕组长期通电状态下,具有自锁能力,消耗功率较大,应用范畴比较广泛。例如阀门操纵、数控机床及其他数控装置。永磁式步进电动机的特点:功率比较小,在断电的情形下,有定位转矩,步距角大,启动和运行频率较低,要紧应用在自动化外表方面。故:从精度和经济的角度来选,伺服系统采纳反应式步进电机的开环操纵。为使步进电机正常运行并输出一定的功率,
7、需要有足够功率提供给电动机因此需要有功率放大环节,脉冲分配器及前面的微机及接口芯片,工作电平一样为5V,而作为电动机电源需符合电机要求的额定电压值,为幸免强电对弱电的干扰在它们之间应采纳隔离电路。如下图图1.2 电机驱动电路1.3.3、导轨改造 导轨需沿用原机床的导轨,但因起精度较低,不适合数控机床。因而在原导轨上粘接四氟乙烯软带,使其有良好的耐摩性和较小的摩擦阻力,能预防爬行并具有自润滑性。1.3.4、操纵系统选用 操纵系统选用MCS-51单片机。1.3.5、系统框图 见图【01】2、机械部分改造2.1、C6132一般车床参数最大回转直径:320mm 最大加工长度:640mm 移动步件重盘:
8、横向 500N 刀架快进速度:横向 1.2m/min 最大进给速度:横向0.3m/min 主电机功率:4KW 起动加速时刻:25ms机床定位精度:0.015mm 机床效率:0.82.2、切削力的运算在设计机床进给伺服系统时,运算传动和导向元件,选用伺服电机等都需要用到切削力,2.2.1、主切削力选工件材料碳素结构钢,=650 MP;选用刀具材料为高速钢;刀具几何参数:主偏角=,前角=,刃倾角=;切削用量为:背吃刀量=2mm,进给量=0.8mm/r,切削速度=1 m /min.。由表(2.1)查得:=1770; =1.0 =0.75 =0;由表(2.2)查得:主偏角修正系数=0.92 ,前角,刃
9、倾角修正系数都为1.0; 代入公式: = =2754.92 ( N )2.2.2、进给力与背吃刀力 由体会公式: :=1:0.35:0.4 知:=2754.92N =0.35x2754.92=964.22N =0.4x2754.92=1101.97N2.2.3、工作载荷选择矩形三角形组合导轨由表(2.3)运算: =1.15x964.22+0.15x(2754.92+500) =1597.09(N) : 溜板箱及刀架(横向)重力=500(N); : 考虑颠覆力矩阻碍的实验系数由表(2.3)查得:K=1.15 f : 滑动导轨摩擦系数由表(2.3)查得:f= 0.15表2.1车削力公式中系数参数结
10、构钢,铸钢=650 MP刀具材料加工外形公式中指数及参数主切削力高速钢外圆纵车,横车,切断17701.00.750 表2.2加工钢或铸铁刀具几何参数改变时切削力修正系数名称数值主偏角 修正系数0.92前角1.0刃倾角1.0刀尖圆角半径1.0 表2.3实验运算公式及参考参数导轨类型实验公式f矩形导轨1.10.15燕尾导轨1,40.2三角形或综合导轨1.150.15-0.182.3、滚珠丝杠的设计运算和选型2.3.1、丝杠转速 =200r/min;其中:最大切削条件下进给速度(mm/min),取最高进给速度(2000mm/min)的 1/21/3 即: =2000 =1000mm/min :丝杠导
11、程初选5 mm(导程越大,承载越大;导程越小,精度越高);2.3.2、承载能力选择 = =11010.38 N 其中: =180 (r); 滚道硬度HRC=55; 表2.4 使用寿命时刻(h)使用寿命时刻(h)一般机床数控机床航空机械500010000150001000表2-5 硬度系数硬度系数HRC58HRC=55HRC=52.5HRC=50HRC=451.01.111.351.562.4表2-6载荷系数载荷系数平稳或轻度冲击中等冲击较大冲击1.01.21.21.51.52.52.3.3、运算额定载荷C选用滚珠丝杠副的直径d0时,必须保证在一定轴向负载作用下,丝杠在回转100万转(106转)
12、时,其中90%不产生疲劳损害时所能承担的最大轴向载荷。、运算最大额定动载荷 =9919.26 (N)丝杠选型应使得丝杠额定动载荷满足:知:此项满足要求。、运算最大额定静载荷=2x1597.09=3194.18 (N)丝杠选型应使得丝杠额定静载荷满足:=28538 知:此项满足要求。表2.7静态安全系数静态安全系数一样运动有冲击及振动的运动12232.3.4、选择滚珠丝杠螺母的选型: 、滚珠丝杠选型依照上面的运算查表选滚珠丝杠型号为:FL2505-3 表2.8 FLF2505-3 型滚珠丝杠参数型号公称直径差不多导程丝杠外径滚珠直径螺旋升角循环圈数额定载荷N接触刚度R(N/)动刚度静刚度丝杠底径
13、2505-525524.53.1753392x2.5-2x2.5116702853887021.2表2.9螺母安装尺寸DDDBM406653114105.86M62830102余程有效行程全长20=-2=360400126P1042 、滚珠丝杠循环方式本设计循环方式采纳:外循环滚珠丝杠,螺旋槽式。 、滚珠丝杠副的标注方法 滚珠丝杠 GB/T - 名称国家标准号公称直径差不多导程螺纹长度类型P/T公差等级旋向R/L FL25005-3-310 /400表示:外循环垫片调隙式、法兰式双螺母螺纹预紧的双螺母滚珠丝杠母副,名义直径为25mm,导程为5mm,一个螺母工作滚珠为3.5圈,单列,3级精度,右
14、旋,丝杠螺纹部分长度为310mm,丝杠总长度为400mm。2.3.5、压杆稳固性效核 = =17081.98 =1597.09 ( N ) 知:此项满足要求; 其中:实际承担载荷能力N;-刚的弹性模量,MPa;:滚珠丝杠底径的抗弯截面惯性矩,=9910.44 mm;:压杆稳固安全系数取2.54;表2.10 压杆稳固支撑系数压杆稳固支撑系数双推-双推单推-单推双推-简支双推-自由4120.25注:若时,丝杠失去稳固发生翘曲;两端装推力轴承及向心轴承时一样可不能发生现象;当n10r/min时,无需运算,只效核。2.3.6、刚度验算 每一导程变形量 (mm) = = 0.006+0.1x 0.006
15、 (mm) 其中:T=0.768 (Ncm)(“+” 取拉,“”取压) :刚的弹性模量,MPa; :丝杠最小截面积,;:扭矩,Ncm; :滚珠丝杠底径的抗弯截面惯性矩,;2.3.7、传动效率=95.6%:丝杠螺旋线升角;:摩擦角(滚珠丝杠取)2.3.8、临界转速 = 9060000 ( r/min ) :丝杠底径(mm);:丝杠支撑间距(mm)。表2.11 临界装束系数临界装束系数双推-双推双推-支撑双推-单推双推-自由21.915.19.73.42.3.9、最大转速 丝杠最大转速满足: =50000/25=2000 ( r/min ):丝杠公称直径(mm);:常取=5000070000。2.
16、3.10、压弯临界载荷 N = 367.2 ( N ):丝杠底径(mm);:丝杠支撑间距(mm)表2.12 临界载荷系数m临界载荷系数双推-双推双推-支撑双推-单推双推-自由20.310.25.11.32.3.11、预紧力预紧力增加,滚珠与滚道间接触刚度也增加,传动精度提供;但过大预紧力会阻碍甚至降低丝杠的寿命。按下表选择表2.13 预紧力运算公式工 作 条 件(N)举例工作速度反向间隙定位精度接触刚度中速无高高=(0.10.13)加工中心NC机床中速无较高较高=(1/3) 经济型NC机床,一般机床高速无一样低(1/3) 工业机器人工程机械=(1/3) =1/3x1597.09=532.36
17、( N )滚珠丝杠副的预紧方法有:双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等。 2.3.12、丝杠与轨道间接触变形 取:=0.005mm其中:=3281.93 N ;=532.36N :滚珠直径;=3.173 mm; :滚珠总数;=x圈数x列数=370个; 由:=+=0.005+0.006=11 =13查表知:3级精度,310-400长度内承诺变量为13 故:此项满足要求。综上知:选用 FL2505-3 型滚珠丝杠能够设计满足要求。2.4、减速齿轮运算、算进给伺服系统的传动比i =360 0.005/5 =0.48式中:脉冲当盒(mm/步);=0.
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