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哈尔滨理工大学1课程设计说明书经济型数控车床C6140机电一体化系统设计专业:机械制造设计及其自动化姓名:学号:课程名:指导教师:日期:2010年7月11日~2010年8月1日哈尔滨理工大学2第一节设计任务......................................................................................................................31.1设计任务...........................................................................................................................3第三节总体体方案的确定.......................................................................................................42.1总体体方案的确定............................................................................................................4第三节主传动系统的改造方案...............................................................................................53.1主传动系统的改造方案....................................................................................................53.2换装自动回转刀架............................................................................................................53.3螺纹编码器的安装方案....................................................................................................5第四节进给传动部件的计算和选型.........................................................................................74.1脉冲当量的确定................................................................................................................74.2切削力的计算....................................................................................................................74.3滚珠丝杆螺母副的计算和选型(纵向)........................................................................74.4同步带减速箱的设计(纵向)........................................................................................94.5步进电动机的计算和选型(纵向)..............................................................................114.6同步带传递功率的校核..................................................................................................17第五节绘制进给传动机构的装配图.......................................................................................175.1绘制进给传动机构的装配图..........................................................................................18第六节控制系统硬件电路设计...............................................................................................186.1控制系统硬件电路设计..................................................................................................18第七节步进电动机驱动电源的选用...................................................................................217.1步进电动机驱动电源的选用..........................................................................................21第八节控制系统的部分软件设计...........................................................................................218.1控制系统的部分软件设计..............................................................................................21哈尔滨理工大学3第一节设计任务1.1设计任务题目C6140普通车床数控化改造设计任务将一台C614普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下:(1)床身上最大加工直径400mm;(2)最大加工长度1000mm;(3)X方向(横行)的脉冲当量0.005/脉冲,Z方向(纵向)的脉冲当量0.01/脉冲;(4)X方向最快移动速度vmax3000mm∕min,Z方向为vmax6000mm∕min;(5)X方向最快工进速度vmax400mm∕min,Z方向为vmax800mm∕min;(6)X方向定位精度±0.01mm,Z方向定位精度±0.02mm;(7)可以车削柱面,平面,锥面与球面等;(8)安装螺纹编码器,可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹,最大导程为24mm;(9)主动控制主轴的正转,反转与停止,并可输出主轴有级变速与无极变速信号;(10)安装四工位立式电动刀架,系统自动控制选刀;(11)自动控制冷却泵的起与停;(12)安装电动卡盘,系统控制工件的夹紧与松开;(13)纵,横安装限位开关;(14)数控系统可与PC机串行通信;(15)显示界面采用LED数码管,编程采用ISO数控代码。哈尔滨理工大学4第三节总体体方案的确定2.1总体体方案的确定总体方案应考虑车床数控系统的运行方式,进给伺服系统的类型,数控系CPU的选择,以及进给传动方式和执行机构的选择等。(1)普通数控车床数控化改造后应具有单坐标定位,两坐标直线插补,圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此,数控系统应设计成连续控制型。(2)普通数控车床数控化改造后属于经济型数控机床,在保证一定加工精度的前提下,应简化结构,降低成本。因此,进给伺服系统常采用步进电动机的开环系统。(3)根据技术指标中的最大加工尺寸,最高控制速度,以及数控系统的经济性要求,决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。MCS-51系列8位机具有功能多,速度快,抗干扰能力强,性/价比高等优点(4)根据系统的功能要求,需要扩展程序存储器,数据存储器,键盘与显示电路,I∕O接口电路,D∕A转换电路,串行接口电路等;还要选择步进电动机的驱动电动以及主轴电动机的交流变频器。(5)为了达到技术指标中的速度和精度要求,纵,横向进给传动应选择摩擦力小,传动效率高的滚珠丝杠螺母副;为了消除传动间隙提高传动刚度,滚珠丝杠螺母应有预紧机构等。(6)计算选择步进电动机,为了圆整脉冲当量,可能需要减速齿轮副,且应有消间隙机构。(7)选择四工位自动回转刀架与电动卡盘,选择螺纹编码器等。哈尔滨理工大学5第三节主传动系统的改造方案3.1主传动系统的改造方案对普通车床进行数控化改造时,一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构,这样可减少机械改造的工作量。主轴的正转.反转和停止可由数控系统来控制。若要提高车床的自动化程度,需要在加工中自变换转速,可用2-4档的多速电动机代替原有的单速主电动机;当多速电动机仍不能满足要求时,可用交流变频器来控制主轴电动机以实现无级变速(工厂使用情况表明,使用变频时,若工作频率低于70Hz,原来的电动机可以不更换,但所选变频器的功率要比电动机大)。本例中,当采用有级变速时,可选用浙江超力电机有限公司生产的YD系列7.5KW变极多速三相异步电动机,实现24档变速;当采用无级变速时,应加装交流变频器,推荐型号为:F1000-G0075T3H,适配7.5KW电动机,生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。2.安装电动卡盘为了提高加工效率,工件的夹紧与松开采用电动卡盘,选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。3.2换装自动回转刀架为了提高加工精度,实现一次装夹完成多道工序,将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架,选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路,由数控系统完成。3.3螺纹编码器的安装方案螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时,需要配置主轴脉冲发生器,作为车床主轴位置信号的反馈元件,它与车床主轴同步转动。本例中,改造后的车床能够加工的最大螺纹导程24mm,Z向的进给脉冲当哈尔滨理工大学6量是0.01∕脉冲所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24∕(0.01mm/脉冲)=2400脉冲。考虑到编码器的输出有相位差为90°的A、B相信号,可用A、B异或后获得2400个脉冲(一转内),这样编码器的线数可降到1200线(A、B信号)。另外,为了重复车削同一螺纹槽时不乱扣,编码器还需要输出每转一个的零位脉冲Z。基于上述要求,本例中选择螺纹编码器的型号为:ZLF-1200Z-05Z0-15-CT。电源电压+5V,每转输出1200个A∕B脉冲与1个Z脉冲,信号为电压输出,轴头直径15mm,生产厂家为长春光机数显技术有限公司。螺纹编码器通常有两种安装形式;同轴安装和异轴安装。同轴安装时指将编码器直接安装在主轴后端,与主轴同轴,这种方式机构简单,但它堵住了主轴的通孔,异轴安装时是指将编码器安装在床头箱的后端,一般尽量装在与主轴同步旋转的输出轴,如果找不到同步轴,可以将编码器通过一对传动比为1:1的同步齿形带与主轴连接起来,需要注意的是,编码器的最高允许转速。5.进给系统的改造与设计方案(1)拆除挂轮架所有齿轮,在此寻找的同步轴,安装螺纹编码器。(2)拆除进给箱总成,在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。(3)拆除溜板箱总成与快刀的齿轮齿条,在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座和螺母座垫架。(4)拆除四方刀架与上溜板总成,在横溜板上
本文标题:经济型数控车床机电一体化系统设计
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