2023年用8086改造C616机床的进给系统.doc

机电一体化课设 用8086改造C616机床的进给系统 学生姓名： 任秀姗 所在院系： 轻工学院 所学专业： 机械设计制造及其自动化 导师姓名： 玄兆燕 目录 1绪论 3 2机械设计局部 3 3数控设计局部 23 4程序软件设计 26 5参考文献 33 绪 论 数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力缺乏。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。尤其对一些中小型企业来说，面对周转资金缺乏、而企业又要开展。可以说时代在呼唤一些专业人员能够对企业里面原有的机床进行数控改造。本文针对目前企业现状，以C616普通车床为例,提出简易型经济数控改造思路和设计方法。 机械设计局部 1设计要求 〔1〕利用微机将纵向进给伺服系统，改造成开环控制伺服进给系统，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，驱动元件采用步进电动机传动系统，采用滚珠丝杠螺母副，刀架采用自动转位刀架。 〔2〕简单的接口电路设计，选择驱动控制电路，设计通用接口和专用接口以及CPU与辅助电路的连接。 〔3〕采用微机完成数据处理和运动控制。 2 系统结构 2.1 设计参数 运动部件总重量 600N 进给速度 快进3m/min 工进1m/min 启动加速时间25ms 步进脉冲当量 0.01mm/脉冲〔0.005mm/脉冲〕 丝杠副摩擦系数 摩擦角10分 控制用微机 8086CPU 主电动机功率 8KW 溜板最大移动距离 纵向820mm 横向195mm 2.2 转动惯量的计算 表1 转动惯量的计算 计算项目 设计计算与说明 计算结果 1〕工作台质量折算 到步进电动机轴 上的转动惯量 (1) 2〕对材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式估算 式中 D--圆柱形零件的直径〔cm〕 L--零件的轴的长度〔cm〕 所以丝杠向转动惯量 3〕齿转的转 动惯量 电动机的转动惯量很小，或忽略。因此折算到步进电机轴上的总的转动惯量 (2) 为0.75/1.5，二种不同脉冲分配方式对应有二种步距角，步距角及减速比i与脉冲当量和丝杠导程有关。初选电机型号时应合理选择及i ， 并满足 (3) 即 (满足) 2.3 负载转动矩计算及最大静转矩选择 表2 负载转矩计算 计算项目 设计计算与说明 计算结果 概 述 〔1〕快速空载启动时所需力矩 〔2〕快速进给时所需力矩 〔3〕最大切削负载时所需力矩 式中：--定载启动力矩 --空载启动时运动部件由静止开始到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩 --空载时折算到电机轴上的摩擦力矩 --由于丝杆预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩 -折算到电机轴上的工作负载力矩，对于数控机床进给系统那么是切削负载力矩。 计算项目 设计计算与说明 计算结果 1〕加速力矩 由以下公式，将数据代入求出 (4) 式中与运动部件最大进给速度对应的电机最大转速〔r/min〕 运动部件最大快进转速〔mm/min〕 (5) 式中传动系统各部件惯量折算到电机轴上的转动惯量 为转动部件从静止启动 加速到最大快进速度所需 的时间 即 计算项目 设计计算与说明 计算结果 2〕折算到电动 机轴上的空 载摩擦力矩 折算到电动机轴上的空载摩擦力矩 (6) 式中 导轨上的摩擦系数 为运动部件的总重力 为齿轮传动降速比 传动系统的总效率 一般＝0.7～0.85 滚珠丝杠的根本导程〔cm〕 当 ＝0.8 ＝0.16时 即 3〕附加摩擦 力矩 附加摩擦力矩 (7) 丝杠未预紧时的效率，取0.9 预加载荷，一般为最大轴向载荷的1/3.即 即 续表 计算项目 设计计算与说明 计算结果 4〕切削负载 力矩 切削负载力矩 (8) 式中 即 结论 〔1〕快速空载起动所需力矩 〔2〕快速进给时所需力矩 〔3〕最大切削负载时所需力矩 以上分析计算可知：所需最大力矩发生在快速启动时， 2.4 步进电机的选择 合理选择步进电机是比拟复杂的问题，需要根据电机在整个系统中的实际工作情况，经分析后才能正确选择。C616纵向进给系统步进电机的选择 〔9〕 式中 ＝电动机启动力矩 =电动机静负荷力矩 为了满足最小步距要求，选择三相六拍工作方式，有下表可知 表3 步进电相数、拍数、启机动力矩 运行 方式 相数 3 4 5 6 拍数 3 6 4 8 5 10 6 12 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 所以步进电机最大静转矩为 =94.94975/0.866 =1092.32 步进电机最高工作频率 综合考虑，查表选用110BF003型反响式步进电机。 3机床纵向伺服进给单元电气控制局部设计 3.1 电气控制系统方案确实定 我们知道对于一些经济数控机床，常采用开环伺服系统，其结构如图3所示 驱 动 电 路 工作台 微 机 I/O 接 口 步 进 电 机 图3 开环伺服系统结构原理框图 4纵向进给系统的设计与计算 条件 工作台重量 G=400N〔根据图纸粗略计算〕 时间常数 T=25ms 滚珠丝杠根本导程 行程 S=820mm 步距角 快速进给速度 Vmax=3m/min 因本次改造的是纵向进给系统，将原溜板箱中的丝杠，螺母撤除，改装成纵向进给滚珠丝杠螺母副。纵向步进电机与齿轮减速箱总体安装在纵溜板左部并与滚珠丝杠相连，滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部位，为保证其同轴度，提高传动精度，使用法兰盘连接牢固。 纵向进给伺服系统机械局部的设计计算与选型内容包括：运动参数、动力参数的计算、转动比的分配、转动惯量等计算，计算简图如图2-1所示。 图16 纵向进给设计简图 4.1 确定系统的脉冲当量 脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量，它是衡量数控机床加工精度的一个根本技术参数。因此，脉冲当量应根据机床精度的要求来确定，对经济型数控机床来说，纵向采用脉冲当量为0.01mm/脉冲。横向采用的脉冲当量为0.005mm/脉冲。由于本次仅对C616车床的纵向伺服进给系统进行改造，故取脉冲当量为0.01mm/脉冲。 4.2. 切削力的计算 表5 切削力计算 计算项目 设计计算与说明 计算结果 1〕最大切削功率 的计算 最大切削功率 式中：---主电动机的功率 〔C616车床=8KW〕 ---主传动系统的总功率 〔一般为0.75-0.85〕 这里取 =0.8 那么 切削功率应接各种情况下经常遇到的量大切削力〔或转矩〕和最大切削速度〔或转速〕来计算。 即 式中： 2〕主切削力 的计算 最大切削速度〔m/min〕按用硬质合金刀具是半精车钢件时的速度取V=100m/min 那么 在进给系统的计算，选用步进电机时，都要用到切削力〔机床的主要负载〕那么可用公式计算出车床切削力。 进给抗力和切深抗力可按以下比例分别求出 因为车刀架夹在拖板上的刀架内，车刀受到的车削抗力将传递到进给拖板和导轨上，车削作业时，作用在进给拖版上的载荷Fl，Fv和Fc与车刀所受到的车削抗力有对应关系，因此，作用在进给拖板上载荷可以接下式求出： 拖板上进给方向载荷 拖板上垂直方向载荷 拖板上横向载荷 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 滚珠丝杠螺母副初等造型的主要依据是最大动载荷和最大静载荷，初选型号后，还要进行轴向刚度验算和压杆稳定性验算。 计算进给牵引力 计算进给牵引力如表6。 计算最大动载荷C 由参数可知：工进速度为V溜=1m/min 、快进速度为V溜=3m/min、根本导程、步进电机的步距角为0.75°/step 那么丝杠转速为 (12) 滚珠丝杠寿命系数为 (13) 式中 =寿命时间〔h〕 普通机械为5000~10000h 数控机床及其他机械机电一体化设备 及仪器装置为15000 h 航空机械为1000h即 表6 牵引力的计算 计算项目 设计计算与说明 计算结果 计算进给 牵引力 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力和导轨摩擦力，其数值大小与导轨的类型有关，〔如车床的纵向导轨〕我选用三角形导轨，其牵引力可用下式计算 (11) 式中： =工作台进给方向载荷 =工作台垂直方向载荷 =为纵溜板上承载的移动部件重力〔N〕〔实际设计时应根据图纸进行计算或拆卸称量〕 这里假定为400N ＝1782.4N 计算进给 牵引力 =为考虑颠覆力矩影响的实验系数，三角导轨取1.15 =导轨上的摩擦系数，三角形导轨属于普通滑动导轨，取0.15～0.18，这里取＝0.16 那么 ＝1.15960＋0.16〔3840＋400〕 ＝1782.4N