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C6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計
機電一體化
課程設(shè)計
說明書
設(shè)計題目:C6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計
班級:班
設(shè)計者:
學(xué)號:
指導(dǎo)教師:
目錄
1設(shè)計任務(wù) 2
2設(shè)計要求 3
2.1總體方案設(shè)計要求 3
2.2設(shè)計參數(shù) 4
2.3.其它要求 5
3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計與計算 6
3.1進(jìn)給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計 6
3.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 6
3.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 6
3.2.2縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 6
3.2.3橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核 10
4步進(jìn)電動機的計算與選型 13
4.1步進(jìn)電動機選用的基本原則 14
4.1.1步距角α 14
4.1.2精度 14
4.1.3轉(zhuǎn)矩 14
4.1.4啟動頻率 14
4.2步進(jìn)電動機的選擇 14
4.2.1 C6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機的確定 14
4.2.2 C6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機的確定 15
5電動刀架的選擇 15
6控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 16
6.1控制系統(tǒng)的功能要求 16
6.2硬件電路的組成: 16
6.3電路原理圖 16
6.4 主軸正反轉(zhuǎn)與冷卻泵啟動梯形圖 18
7總結(jié) 18
8參考文獻(xiàn) 19
1設(shè)計任務(wù)
設(shè)計任務(wù):將一臺C6140臥式車床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。
主要技術(shù)指標(biāo)如下:
1) 床身最大加工直徑460mm
2) 最大加工長度1150mm
3) X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量 mm/脈沖,Z方向(縱向)脈沖當(dāng)量 mm/脈沖
4) X方向最快移動速度vxmax=3100mm/min,Z方向為vzmax=6000mm/min
5) X方向最快工進(jìn)速度vxmaxf=370mm/min,Z方向為vzmaxf=730mm/min
6) X方向定位精度±0.01mm,Z方向±0.02mm
7) 可以車削柱面、平面、錐面與球面等
8) 安裝螺紋編碼器,最大導(dǎo)程為25mm
9) 自動控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止,并可以輸注主軸有級變速與無極變速信號
10) 自動控制冷卻泵的起/停
11) 縱、橫向安裝限位開關(guān)
12) 數(shù)控系統(tǒng)可與PC機串行通訊
13) 顯示界面采用LED數(shù)碼管,編程采用相應(yīng)數(shù)控代碼
2設(shè)計要求
2.1總體方案設(shè)計要求
C6140型普通車床是一種加工效率高,操作性能好,并且社會擁有量較大的普通型車床。經(jīng)過大量實踐證明,將其改造為數(shù)控機床,無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)都是確實可行了。一般說來,如果原有車床的工作性能良好,精度尚未降低,改造后的數(shù)控車床,同時具有數(shù)控控制和原機床操作的性能,而且在加工精度,加工效率上都有新的突破??傮w方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型,計算機的選擇,以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。
(1)普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能,還要求能暫停,進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等,因此數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。
(2)車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床,在保證一定加工精度的前提下應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本,因此,進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)。
(3)根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中,MCS—51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、具有很高的性價比,因此,可選 MCS—51系列單片機擴(kuò)展系統(tǒng)。
(4)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外,還包括擴(kuò)展程序存儲器,擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路;包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤,能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器,包括光電隔離電路和步進(jìn)電機驅(qū)動電路,此外,系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。
(5)設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。
(6)縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨立的傳動鏈,它們由步進(jìn)電機、齒輪副、絲杠螺母副組成,其傳動比應(yīng)滿足機床所要求的分辨率。
(7)為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性,選用摩擦小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副,并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu),以提高傳動剛度和消除間隙,齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。
(8)采用貼塑導(dǎo)軌,以減小導(dǎo)軌的摩擦力。
2.2設(shè)計參數(shù)
設(shè)計參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。
由《機械加工工藝手冊》表8.1-1可列出C6140臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)如下:
名稱 技術(shù)參數(shù)
在床身上 400mm
工件最大直徑
在刀架上 210mm
頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm
宋制螺紋 mm 1---192
加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2---24
模數(shù)螺紋 mm 0.25---48
徑節(jié)螺紋 t/m 1---96
最大通過直徑 48mm
孔錐度 莫氏6號
主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 24
正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/min
反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 12
反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14---1580r/min
縱向級數(shù) 64
進(jìn)給量 縱向范圍 0.08---1.59mm/r
橫向級數(shù) 64
橫向范圍 0.04---0.79mm/r
滑板行程 橫向 320mm
縱向 650;900;1400;1900mm
最大行程 140mm
刀架 最大回轉(zhuǎn)角 ±90°
刀杠支承面至中心的距離 26mm
刀杠截面B×H 25×25mm
頂尖套莫氏錐度 5號
尾座
橫向最大移動量 ±10mm
外形尺寸 長×寬×高 2418×1000×1267mm
圓度 0.01mm
工作精度 圓柱度 200:0.02
平面度 0.02/φ300mm
表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm
主電動機 7.5kw
電動機功率
總功率 7.84kw
改造設(shè)計參數(shù)如下:
最大加工直徑 在床面上 460mm
在床鞍上 210mm
最大加工長度 1150mm
快進(jìn)速度 縱向 6000mm/min
橫向 3100mm/min
最大切削進(jìn)給速度 縱向 730mm/min
橫向 370mm/min
溜板及刀架重力 縱向 800N
橫向 600N
脈沖當(dāng)量 縱向 0.02mm/脈沖
橫向 0.01mm/脈沖
定位精度 縱向 ±0.02mm
橫向 ±0.01mm
2.3.其它要求
(1) 原機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變,盡量減少改動量 ,以降低成本
縮短改造周期。
(2)機械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性,考慮正確的裝配順序,保證
安裝、調(diào)試、拆卸方便,需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。
3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分設(shè)計與計算
3.1進(jìn)給系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計
進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計需要改動的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板
刀架等。改造的方案如下:
掛輪架系統(tǒng):全部拆除,在原掛輪主動軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。
進(jìn)給箱部分:全部拆除,在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作杠拆去,齒輪箱連接滾珠絲杠,滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來裝軸承座的部分。
溜板箱部分:全部拆除,在原來安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。
橫溜板箱部分:將原橫溜板的絲杠的螺母拆除,改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機與齒輪減速箱總成在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。
刀架:拆除原刀架,改裝自動回轉(zhuǎn)四方刀架總成。
3.2進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型
進(jìn)給伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型內(nèi)容包括:確定脈沖當(dāng)量、計算切削力
滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、計算與選型、齒輪傳動計算、步進(jìn)電機的計算和選型等。
3.2.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量
縱向: 0.02mm/脈沖
由設(shè)計要求可知:脈沖當(dāng)量
橫向: 0.01mm/脈沖
3.2.2縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核
(1)切削力的計算
由《機床設(shè)計手冊》得 Nc=Ndηk
其中 Nc— 為傳動件的額定功率
Nd—主電機的額定功率, Nd=7.5 kw
η—主傳動系統(tǒng)總功率,一般為0.6~0.7,取η=0.65
k—進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù),取k=0.95
則:Nc=7.5×0.65×0.95=4.63kw
又因為:Nc=×9.8 ≈
式中Vs ——切削速度,取Vs=100m/min
主切削力Fz= =283.356(kgf)=2833.56N
由《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》可知主切削力
Fz=CFzapxFz×fyFz×KFz
對于一般切削情況:
xfz=1,yFz=0.75 ,KFz=1,CFz=188kg/㎜2=1880Mpa
F2的計算結(jié)果如下:
ap(㎜)
3
3
3
4
4
4
f(㎜)
0.2
0.3
0.4
0.2
0.3
0.4
Fz(N)
1614.98
2188.94
2716.06
2153.3
2918.59
3621.41
為便于計算,所以取Fz=2833.56N,以切削深度ap=4㎜,走刀量f=0.3㎜,為以下計算以此為依據(jù)。
由《機床設(shè)計手冊》得,在一般外圓車削時,F(xiàn)x≈(0.1~0.6)FZ
Fy≈(0.15~0.7)Fz
取Fx=0.5 Fz Fy=0.6Fz
∴Fx=0.5×2833.56=1416.78(N)
Fy=0.6×2833.56=1700.14(N)
(2)滾珠絲杠的設(shè)計計算
由《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床總設(shè)計》,綜合車床導(dǎo)軌絲杠的軸向力得
P=KFx+f′(Fz+W)
其中K=1.15 , f′=0.15~0.18 取f′=0.16
P=1.15×1416.78+0.16×(2833.56+800)=2210.67(N)
強度計算
壽命值Li=
ni=
由《機床設(shè)計手冊》得Ti=15000h, =12mm, D=80㎜
ni= ≈10(r/min)
Li==9
最大動負(fù) Q=PfwfH
其中 運載系數(shù)fw=1.2
硬度系數(shù)Fh=1
Q=×1.2×2210.67×1=5518.05(N)
根據(jù)最大動力負(fù)載荷Q的值,查表選擇滾珠絲杠的型號為FFZ5012—4,查表得數(shù)控車床的縱向精度為E級,即型號為FFZ5012—4—E—1800×640,其額定載荷是44400N
效率計算
根據(jù)《機械原理》得,絲杠螺母副傳動效率為 η=
由《機械原理》得一般為8′~12′取=10′
即:摩擦角=10′,螺旋升角(中徑處)r=3O25′
則η= =0.953
剛度驗算
滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程變化量
△L1=±
其中 LO=12㎜=1.2㎝
E=20.6×106N/㎝2
滾珠絲杠橫截面積
F=()π=()2×3.14=18.09(㎝2)(d為滾珠絲杠外徑)
則△L1==7.12×10-6≈7.12um
查《機床設(shè)計手冊》,E級精度絲杠允許的螺距誤差(1800㎜螺絲長度)為15um/m ,因此,絲杠的剛度符合要求。即剛度足夠。
④穩(wěn)定性驗算
由于原機床杠徑為Φ30㎜,現(xiàn)選用的滾珠絲杠為Φ50㎜,支承方式不變。所以,穩(wěn)定性不成問題,無需驗算。
(3)齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算
1)有關(guān)齒輪的計算
傳動比i=
其中表示步驅(qū)角,表示脈沖當(dāng)量
i==1.25
取齒數(shù)Z1=32, Z2=40
模數(shù)m=2mm 嚙合角為200 齒輪齒寬b=20㎜
d1=mz1=2×32=64mm d2=mz2=2×40=80mm
da1 =2×(32+2)=68mm da2=2×(40+2)=84mm
a===72
2)轉(zhuǎn)動慣量的選擇
工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量
J1=()2W=()2×80= 1.859kg.㎝2=18.69N.cm2
絲杠的轉(zhuǎn)動慣量
Js=7.8×10-4D4L=7.8×-4×54×180=87.75kg.㎝2=877.5N.cm2
齒輪的轉(zhuǎn)動慣量
JZ1=7.8×10-4×(6.4)4×2=2.617kg.㎝2=26.17N.cm2
JZ2=7.8×10-4×84×2=6.39kg.㎝2=63.9N.cm2
由于電機的轉(zhuǎn)動慣量很小,一般可忽略不記
所以總的轉(zhuǎn)動慣量為
J總=×(Js+ JZ2)+ JZ1+ J1
=×(87.75+6.39)+2.617+1.869=64.7356kg.㎝2=647.356N.㎝2
3)所需轉(zhuǎn)動力矩的計算
快速空載啟動時所需力矩 M=Mamax+Mf+MO
最大切削負(fù)載時所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt
快速進(jìn)給時所需力矩 M=Mf+MO
式中Mamax —— 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩。
Mf —— 折算到電機軸上的摩擦力矩。
MO —— 由于絲杠預(yù)緊所引起,折算到電機軸上的附加摩擦力矩。
Mat —— 切削時折算到電機軸上的加速度力矩。
Mt —— 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。
Ma=×10-4(N.m)其中T=0.025
當(dāng)n=nmax時,Mamax=Ma
nmax===76.0(r/min)
Mamax=×10-4=2.05N.m=20.5kgf.cm
nt===12.44r/min
Mat=×10-4=0.3355N.cm=3.355kgf.cm
Mf==
當(dāng)?=0.8,f′=0.16時,
Mf==2.446kgf.cm=24.46N.cm
MO=(1-?o2)
當(dāng)?=0.9時,預(yù)加荷PO=Fx
MO===1.715kgf.cm=17.15N.cm
Mt===9.024kgf.cm=90.24N.cm
所以,快速空載啟動所需力矩
M快空=Mamax+Mf+MO=20.5+2.446+1.715=24.661kgf.cm=246.61N.cm
切削時所需力矩
M切= Mat+Mf+MO+Mt=3.355+2.446+9.024+1.715=16.54kgf.cm=165.4N.cm
快速進(jìn)給時所需力矩
M快速=Mf+MO=2.446+1.715=4.161kgf.cm=41.61N.cm
由以上計算可得
所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動時
Mamax=M快空=246.61N.cm
3.2.3橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核
(1)切削力的計算
橫向進(jìn)給量約為縱向的~,取橫向切削力約為縱向切削力的
∴Fz=F縱z=×2833.56=1416.78N
在切斷工件時
Fy=0.6 F縱z=0.6×1416.78=850.068N
(2)滾珠絲杠的設(shè)計計算
強度計算
對于燕尾型導(dǎo)軌 P=KFy+f′(Fz+W)
其中K=1.4 , f′=0.2
P=1.4×850.068+0.2×(1416.78+300)=1533.45N
n= =12r/min
壽命值Li===10.8
最大動負(fù)載Q=Pfwfh
其中 fw=1.2 fh=1
Q=×1.2×1×1533.45=4067.48N
根據(jù)最大動負(fù)載荷的值,可選擇滾珠絲杠的型號,其公稱直徑為40㎜,型號為FFB4010-2-E,額定動負(fù)載荷為21100W,所以強度夠用。
效率計算
根據(jù)《機械原理》得,絲杠螺母副傳動效率為 η=
由《機械原理》得一般為8′~12′取=10′
即:摩擦角=10′,螺旋升角(中徑處)r=3O38′
則η= =0.956
剛度驗算
滾珠絲杠受工作負(fù)載,P引起的導(dǎo)程變化量
△L1==
F=()2 =()2×3.14=12.25 (其中d為滾珠絲杠的外徑)
△ L1 = =±6.08×10-6㎝=6.08um
因為滾珠絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量△L2很小可忽略不計,即△L=△L1,
即導(dǎo)程變化總誤差為△=△L=×6.08×10. -6=6.08um/m
查表知E級精度絲杠允許的螺矩誤差為15um/n ,所以剛度足夠。
穩(wěn)定性驗算
由于原機床杠徑為Φ30㎜,現(xiàn)選用的滾珠絲杠為Φ40㎜,支承方式不變。所以,穩(wěn)定性不成問題,無需驗算。
(3)齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算
1)有關(guān)齒輪的計算
傳動比i=
其中表示步驅(qū)角,表示脈沖當(dāng)量
i==2.1
取齒數(shù)Z1=30, Z2=63
模數(shù)m=2mm 嚙合角為200 齒輪齒寬b=20㎜
d1=mz1=2×30=60mm d2=mz2=2×63=126mm
da1 =2×(30+2)=64mm da2=2×(65+2)=130mm
a===93
2)轉(zhuǎn)動慣量的選擇
工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量
J1=()2W=()2×30= 0.1753kg.㎝2=1.753N.cm2
絲杠的轉(zhuǎn)動慣量
Js=7.8×10-4D4L=7.8×-4×44×64=12.78kg.㎝2
齒輪的轉(zhuǎn)動慣量
JZ1=7.8×10-4×64×2=2.02kg.㎝2
JZ2=7.8×10-4×(12.6)4×2=39.32kg.㎝2
由于電機的轉(zhuǎn)動慣量很小,一般可忽略不記,所以總的轉(zhuǎn)動慣量為
J總=×(Js+ JZ2)+ JZ1+ J1
=×(12.78+39.32)+2.02+0.1753=14.01kg.㎝2
3)所需轉(zhuǎn)動力矩的計算
快速空載啟動時所需力矩 M=Mamax+Mf+MO
最大切削負(fù)載時所需力矩 M=Mat+Mf+MO+Mt
快速進(jìn)給時所需力矩 M=Mf+MO
式中Mamax —— 空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩。
Mf —— 折算到電機軸上的摩擦力矩。
MO —— 由于絲杠預(yù)緊所引起,折算到電機軸上的附加摩擦力矩。
Mat —— 切削時折算到電機軸上的加速度力矩。
Mt —— 折算到電機軸上的切削負(fù)載力矩。
Ma=×10-4(N.m)其中T=0.025
當(dāng)n=nmax時,Mamax=Ma
nmax===77.7(r/min)
Mamax=×10-4=0.4536N.m=4.536kgf.cm
nt===25.08r/min
Mat=×10-4=0.1464N.m=1.464kgf.cm
Mf==
當(dāng)?=0.8,f′=0.2時,
Mf==0.5687kgf.cm=0.05687N.m
MO=(1-?o2)
當(dāng)?=0.9時,預(yù)加荷PO=Fy
MO===0.17kgf.cm=0.017N. m
Mt===2.686kgf.cm=0.269N.m
所以,快速空載啟動所需力矩
M快空=Mamax+Mf+MO=0.4536+0.05687+0.017=0.52747N.m=5.2747kgf.cm
切削時所需力矩
M切= Mat+Mf+MO+Mt=0.1464+0.05687+0.017+0.269=0.48927N.m=4.8927kgf.cm
快速進(jìn)給時所需力矩
M快速=Mf+MO=0.05687+0.017=0.07387N.m=0.7387kgf.cm
由以上計算可得,所需最大力矩Mamax發(fā)生快速啟動時 Mamax=M快空=0.52747N.m
4步進(jìn)電動機的計算與選型
4.1步進(jìn)電動機選用的基本原則
合理選用步進(jìn)電動機是比較復(fù)雜的問題,需要根據(jù)電動機在整個系統(tǒng)中的實際工作情況,經(jīng)過分析后才能正確選擇。現(xiàn)僅就選用步進(jìn)電機最基本的原則介紹如下:
4.1.1步距角α
步距角應(yīng)滿足 α ≤
式中 i—傳動比
αmin—系統(tǒng)對步進(jìn)電動機所驅(qū)動部件要求的最小轉(zhuǎn)角
4.1.2精度
步進(jìn)電動機的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量,累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始,經(jīng)過任意步后,轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值,用累積誤差衡量精度比較實用,所選用的步進(jìn)電動機應(yīng)滿足:
△θm≤i [△θs]
式中, △θm ---步進(jìn)電動機的累積誤差。
[△θs]---系統(tǒng)對步進(jìn)電動機驅(qū)動部分允許的角度誤差。
4.1.3轉(zhuǎn)矩
為了使步進(jìn)電動機正常運轉(zhuǎn)(不失步,不越步)正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求,必須考慮以下條件
①啟動力矩,一般啟動力矩選取為 Mq≥
式中 Mq——電機啟動力矩
ML0——電機靜負(fù)載力矩
②在要求在運行頻率范圍內(nèi),電機運行力矩應(yīng)大于電動機的靜載力矩與電動機的轉(zhuǎn)動慣量(包含負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量)引起的慣性矩之和。
4.1.4啟動頻率
由于步進(jìn)電動機的啟動頻率隨著負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低,因此,相應(yīng)負(fù)載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應(yīng)滿足: ft≥[fop]m
式中 ft---極限啟動頻率,
[fop]m---要求步進(jìn)電動機最高啟動頻率。
4.2步進(jìn)電動機的選擇
4.2.1 C6140縱向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機的確定
Mq===616.525 N.cm
為滿足最小步距要求,電動機選用三相六拍工作方式,查表知:Mq/Mjm=0.866
所以步進(jìn)電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為:Mjm===711.92N.cm=7.12 N. m
步進(jìn)電動機最高工作頻率:fmax===608.3HZ
綜合考慮,查表選用90BF002型直流電動機,能滿足使用要求。
4.2.2 C6140橫向進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機的確定
Mq===1.3187 N.m
為滿足最小步距要求,電動機選用三相六拍工作方式,查表知:Mq/Mjm=0.866
所以步進(jìn)電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為:Mjm===1.5227N. m
步進(jìn)電動機最高工作頻率:fmax===616.7HZ
綜合考慮,查表選用90BF002型直流電動機,能滿足使用要求。
5電動刀架的選擇
自動轉(zhuǎn)位刀架的設(shè)計是普通機床數(shù)控化改造的關(guān)鍵。它要求刀架要具有抬起、回轉(zhuǎn)、下降、定位和壓緊這一系功能。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各方面要求高,但它保持了原本床工件最大回轉(zhuǎn)直徑的條件下,提供選用的多把刀的可能性。
電動刀架的安裝較方便,只要將原車床上的刀架拆下將電動刀架裝即可,但要注意兩點:
1) 電動刀臺的兩側(cè)面應(yīng)與車床的橫向進(jìn)給方向平行。
2) 電動刀臺與系統(tǒng)的連線建議如下安裝:沿橫向工作臺右側(cè)面先走線到車床后面,再沿車床后導(dǎo)軌下方拉出的鐵絲滑線,走線到系統(tǒng)。其好處在于:避免走線雜亂無章,而使得加工時切屑、冷卻液以及其它雜物磕碰電動刀架系統(tǒng)。
綜合各方面因素,選用常州武進(jìn)機床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4-I型系列四工位自動刀架。
機床型號
C6140
刀位數(shù)
4
電機功率(W)
7500
電機轉(zhuǎn)速
1400r/min
夾緊力
1
切體尺寸
152×152
下刀體尺
161×171
LD4-I型刀架技術(shù)指標(biāo)
配車床型號
C6140
重復(fù)定位精度
≤0.005mm
工作可靠性
>30000次
換刀時間
90°
2.9(秒)
180°
3.4(秒)
270°
3.9(秒)
6控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
6.1控制系統(tǒng)的功能要求
1) 接收操作面板的開關(guān)與按鈕信號
2) 接收車床限位開關(guān)信號
3) 接收螺紋編碼器信號、電動卡盤加緊信號、電動刀架刀位信號
4) 控制X(90BF002)、Z(90BF002)向步進(jìn)電動機的驅(qū)動器
5) 控制主軸的正反轉(zhuǎn)與停止信號
6) 控制切削液泵起動和停止
7) 控制電動卡盤的加緊與松開
8) 與PC的串行通信(可選)
6.2硬件電路的組成:
后面所畫大圖采用系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下:
(1)光電編碼器
(2)三菱編程器FX2N—64MR—001??(主機32入/32出繼電器輸出)
(3)X軸、Y軸與刀架臺步進(jìn)電機驅(qū)動器CH250
(4)X軸、Y軸與刀架臺驅(qū)動步進(jìn)電機90BF002
(5)CE2109串口光電隔離器
(6)主軸電機
(7)液壓泵電機
(8)數(shù)控面板
(9)LED顯示器
6.3電路原理圖
7總結(jié)
機電一體化課程設(shè)計是一個重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。要求學(xué)生綜合運用所學(xué)過的機械、電子、計算機和自動控制等方面的知識,獨立進(jìn)行一次機電結(jié)合的設(shè)計訓(xùn)練。
本次設(shè)計,讓我們對三年的知識有了總體的綜合運用,提高了我們綜合能力和靈活運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論的能力,各科之間的聯(lián)系有了清晰的認(rèn)識。在做設(shè)計的過程中,不但復(fù)習(xí)了所學(xué)過的知識點,還學(xué)到了新的知識,同時將所學(xué)到的知識充分的運用起來,做到了學(xué)以致用,還學(xué)會了查資料,除此之外,我還懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性,知道了集體的力量!
當(dāng)然,在此過程中也有許多不足之處,例如:知識的不全面,所學(xué)的還沒有全部掌握,思維的狹隘等,讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課。
通過這次課程設(shè)計,讓我們知道自己還有很多的不足,只有通過不斷的學(xué)習(xí)、改進(jìn),更好的提高自己的綜合能力才能在社會上立足。同時我也堅信只要努力、堅持,我們就能走好人生的每一步。
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