普通车床数控化改造向

目 录论文(lnwn)题目 2改造概述(i sh)及改造背景 3设计(shj)任务与方案确定 3机床(jchung)机械局部(jb)设计 5安装调试中应注意的问题 8数控系统及伺服系统的改造 10 功能确定及分布 12机床调试验收 14 改造后取得的效果 16 结束语 16参考文献 18 CW61100普通车床(chchung)数控化改造X向1、 设计(shj)任务并不是所有的旧机床都可以(ky)进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：第一(dy)，机床根底(gnd)件必须有足够的刚性。第二，改造的费用要适宜，经济性好。根据所给的条件，完成CW61100普通车床数控化改造X向条件：1、主轴电机最大功率为18KW 2、X向运动部件自重200Kg，导轨导轨采用滑轮导轨，铸铁铸铁3、X向运动速度改造后大于3m/min、要求：1、说明书局部1X向数控化改造方案确实定(机械局部和系统局部)2相关计算过程及元件选用3安装、调试过程说明2、图纸局部1X向数控化改造总装图2X向数控化改造局部零件图一、 机床改造概述及改造背景 CW61100普通(ptng)车床是我国天津机床厂1974年生产(shngchn)的大型车床，在贵阳车辆厂已使用近30年。主要用于加工(ji gng)机车轮毂的外圆、端面(dunmin)、 多曲率(ql)圆弧处，由于该设备已使用近30年，机械精度已严重下降，加之多曲率圆弧处的加工质量要靠样板修整来保证，工人的劳动强度大，已难以保证产品的加工质量。随着新机车的开展，对机车轮毂的要求也越来越高，多曲率圆弧处的曲率变化也越来越多。现使用的普通车床已无法满足生产加工要求，必须更新设备，经多方面比拟、认为对CW61100普通车床进行数控化改造比重新购置新设备可节约资金近10万元。因此决定对CW61100普通车床进行数控化改造，以满足新型机车轮毂的加工要求。二、 设计任务与总体方案确实定 1、 新型机车轮毂的外型特点及加工要求新型机车轮毂的外型由多曲率圆处、外圆和端面及倒角组成，并且多曲率变化圆弧处加工精度要求高，加工难点主要是多曲率变化圆弧处；因此要求设备改造后，该设备的X、Z向必须具有联动功能，由于该零件较大、重约 500KG ， 因此对主轴转速要求不高，要求主轴以一定的转速旋转固定不变。 2、 数控化改造方案确实定总体设计方案的内容包括：系统运动方式确实定；伺服系统的选择；执行机构的结构选择；数控控制系统的选择；机械传动方式确定及机械精度的修复等内容。应根据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出改造的总体方案，并对方案进行分析比拟和论证，最后确定总体方案。确定方案时，应仔细考虑机床与控制局部相互之间的各种要求，做出合理的设计。不仅要考虑各种高性能、自动化要求，也要考虑被改造机床的具体条件，使技术的先进性与经济的合理性较好地统一起来。1) 、控制系统(kn zh x tn)的选择根据新型机车轮毂的外型特点(tdin)及加工要求，经对西门子数控系统的比拟(bn)，确定(qudng)选择西门子802C控制系统(kn zh x tn)，对该设备的X向进行控制；并实现X向的联动。2) 、伺服系统的选择根据改造后该设备加工零件的精度要求，确定选择编码器半闭环控制系统。3、执行机构结构的选择执行机构的结构选择西门子伺服控制电机。4、机械传动方式确实定机械传动方式采用滚珠丝杠副加一级同步减速装置进行运动和力的传递。5、机械精度的修复机械精度的修复主要指X向导轨精度的修复。三、 机械设计部机分 1、X向进给机构的改造。 撤除(chch)原机床(jchung)的进给箱，利用原机床进给箱的安装孔和销孔安装滚珠(gnzh)丝杠丝母固定支撑架。滚珠丝杠仍安装(nzhung)在原丝杠的位置，两端采用固定方式支撑，中间加辅助支撑，以提高滚珠(gnzh)丝杠的刚性。动力传动采用伺服控制电机加同步带减速装置传递给滚珠丝杠副，实现X向进给运动。伺服电机安装在中拖板的前侧。2、电动刀架的安装 利用原小刀架位置通过加垫板安装电动刀架，以保证刀具刀点和主轴中心处于同一平面。 3、机械局部改造设计局部的相关计算 机械局部设计内容包括：传动元件的设计计算及选用，运动部件的惯性计算，伺服电动机的选择等。1、X坐标传动最快运行速度Vma电动机最快转速: r=2000转/min传动减速比： n=3滚珠丝杠螺距：p=5mm根据公式： Vmax=r.p/n得 Vmax=20005O.OO1/3 =3.34m/min故X轴最大进给速度为3.34m/min由于(yuy)X坐标(zubio)的传动减速比是n=3；所以(suy)折算到电机轴上的转动惯量可按下式估算 JF=J1+J2+J3+JK JF_折算(sh sun)到电机轴上的转动惯量kg 2 J1_联轴节的转动惯量kg 2 J2_丝杠的转动惯量kg 2 J3_联轴节的转动惯量kg 2 n _减速比 n=3 JK_X向电机(dinj)转子的转动惯量kg 2 对于材料为钢的圆柱形零件，其转动惯量可按下式进行计算： J=7.810-4 D4L D_圆柱零件的直径(cm) L_零件轴向长度cm 通过计算得： J1=1.16kg 2 J2=43.41kg 2 J3=2.78 kg 2 JK=6.68kg 2 故总惯量 JF=54.03kg 23) 切削功率(gngl)计算 利用下面(xi mian)公式： 切削(qixio)功率 Pc=PK P电机(dinj)功率18KW 传动(chundng)效率0.8 K功率系数0.96 计算切削功率得： Pc=13.82KW (4) 摩擦阻力的估算 X向摩擦阻力的估算： X想运动部件自重约： 1500N X向运动部件之间摩擦系数(铸铁对铸铁：0.18 X向摩擦阻力：Fmx=15000.18=270N 5切削力应按在各种加工情况下经常遇到的最大切削力或扭矩和最大切削速度或转速来计算，即 Pc=(FXv10-3)/60 或 Pc=Tn/9550 式中 FX主切削力； v切削速度； T切削转速； N主轴转速； 取v=400m/min FX=60Pc10-3/v=6013.82103/400=2073N 在一般(ybn)外圆车削时取X、Z向分力(fnl)分别为 Fqx=0.5 FX =1036.5N Fqz =0.6 FX =1243.8N (6)X向坐标运动时的工作(gngzu)阻力 Fx=Fmx+Fqx=270+1036.5=1306.5N 7伺服电机扭矩的计算(j sun) 根据(gnj)公式 Pc=60Pc103/v和Pc=Tn/9550 得 X向扭矩 T=9550FXv10-3/(60n)=33Nm 由于X项均采用同步带减速装置，减速比为3；故X向选18Nm电机。4、车床改造后的机械结构特点 1X向滚珠丝杠 X向滚珠丝杠采用三点支撑形式。考虑到向心推力球轴承既可承受径向力又可以承受轴向力，因此在丝杠的左右端各设计了一个专用轴承支座，分别采用一对向心推力球轴承来支撑丝杠。由于撤除了走刀箱，在原走刀箱部位设计了一个滚珠丝杠的丝母支架，用来固定丝母，并起到了支撑丝杠的作用，消除了因丝杠自重引起的弯曲，从而提高滚珠丝杠转动时的稳定性。并根据机床的结构，将伺服电机放在床鞍的后面，皮带轮与丝杠、伺服电机采用无键连接，远离操作者的一侧；编码器安装在滚珠丝杠的另一端。丝母通过丝母座与中溜板连接在一起，实现丝母带动中溜板的横向运动。 2、电动(din dn)刀架 变原手动刀架为电动(din dn)刀架，实现自动换刀；提高工作效率。 3、润滑(rnhu)装置 取消(qxio)X向导轨手动润滑装置(zhungzh)，增加自动装置。 四、 安装调整中应注意的问题1、利用垫片调整装置调整丝杠副的间隙时，应使调整后产生的预紧力为丝杠副最大负载的1/3为宜。在实际调整中，可以把车床处于最大工作负载，使丝杠内部仍不产生轴向窜动，或者轴向窜动量小于0.02mm，而且运动灵活，并以此作为丝母间隙调整装置预紧量的判断标准。2、调整向心推力球轴承的间隙时，应使丝杠的轴向窜动不大于0.02mm。在实际调整中，可以调整两个向心推力球轴承之间的内外隔环的厚度来调整轴承的游隙，进而消除丝杠的轴向窜动，已到达更高的传动精度。由于轴承安装的好坏与否，将影响到轴承的精度、寿命和性能。因此应按如下操作标准进行轴承安装： 1、清洗轴承及相关零件。对已经脂润滑的轴承及双侧具有油封或防尘盖、密封圈的轴承安装前无需清洗。2、检查相关零件的尺寸及精加工情况。3、安装方法：轴承的安装应根据轴承结构、尺寸大小和轴承部件的配合性质而定，压力应直接加在紧配合的套圈端面上，不得通过滚动(gndng)体传递压力，轴承安装一般采用以下几种方法： A、 压入配合：轴承内圈与轴是紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压将在轴上，然后(rnhu)将轴连同轴承一起装入轴承座孔内。 B、 加热配合(pih)：通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装(nzhung)方法。是一种常用 和省力的安装方法。此法适合于过盈量较大(jio d)的轴承的安装。 C、 圆锥孔轴承的安装：圆锥孔轴承可以直接装在有锥度的轴颈上，或装在紧定套和退卸套的锥面上，其配合的松紧程度可用轴承径向游隙减小量来衡量。因此，安装前应测量轴承径向游隙，安装过程中应经常测量游隙以到达所需要的游隙减小量为止。安装时一般采用锁紧螺母安装，也可采用加热安装的方法。 D、 推力轴承的安装：推力轴承的轴圈与轴的配合一般为过渡配合，座圈与轴承座孔的配合一般为间隙配合，因此这种轴承较易安装，双向推力轴承的中轴圈应在轴上固定，以防止相对于轴转动。3、滚珠丝杠副的制造精度要求(yoqi)高，加工工艺比拟(bn)复杂(fz)，都是由专业(zhuny)工厂按系列化进行生产的。因此，在进行设备改造时，要按厂家的生产标准进行选择。选择到适宜(shy)的丝杠后，再决定被改造设备的其他相关局部的结构和尺寸。 五、 数控系统及伺服系统的改造 CW61100车床主轴电机采用原来的主轴电机，并采用微机控制其启动和停止。对机床X轴进行伺服驱动，数控自动控制。机床改造后X轴采用半闭环调速控制，控制比拟精确。1、整个改造工作的流程1改造方案的总体设计，数控系统选型、订购。2系统柜设计制作。3数控系统和电气系用柜内安装到位。4数控系统和电气系统连线，以及和机床，机床系统柜的连线。5电机及限位开关，润滑油泵电机，主轴电机，冷却液泵电机，照明工作灯与系统连接。6电机和机床连接盖板的设计。7梯形图编写，机床参数确定。8调试，并试切验收零件。9文件整理、交接。 其中改造方案的总体设计有以下原那么： 1功能改造后的数控机床应具有何种功能。目前(mqin)市场上可购置的数控系统根本(gnbn)上可以(ky)满足用户的绝大局部(jb)功能需要。但有些特殊功能仍需要在订货时加以声明，例如数字(shz)仿形功能、自动测试功能等。并以功能需求出发来订购数控系统和伺服系统。 2规模根据实际要求确定改造档次。一般进口设备仍用进口数控系统改造；国产设备仍用国产数控系统改造。根据功能确定I/O点数。根据经常存储的零件加工程序的数量确定存储器的容量。根据机床大小、进给速度、吃刀量来确定电机功率。 3资金投入时应考虑投入产出的比例以及周期 4精度改造前机床的精度应有一定的要求，精度太低就没有必要改造，可考虑更新。 5习惯制定改造方案时应考虑改造前后操作、编程的可继承性，对面板的设计和屏幕的位置要考虑操作者的习惯。对数控系统品牌的选择要考虑使用单位的一致性，以到达培训、维护等方面的便利。 经过上述诸方面因素综合考虑，才能制定出改造的总体方案。 数控改造班子一般以4-5人为宜。分别涉及机械改造、电气布线、PLC编程等主要领域。最好有使用人员的配合。改造班子里最好有一名专家，从总体规划、选型、订货、资料准备翻译、布线、PLC编程、机械改造、调试、验收以指导工作结束做出安排，并协调各个方面的工作，这样往往可以缩短改造周期，并保证工程质量。 2、 机电匹配(ppi)计算机电匹配计算是总体设计，在选型订货前首先应考虑的问题。有些情况当然可以根据旧机床的参数作相应(xingyng)参考。但最好还是能做一些匹配计算或估算，以免改造失败。 3、 快行速度(sd)的核算快行速度是数控化改造后的重要指标，一般意义(yy)上来说和电机最高转速、丝杠螺距、传动比等有关。4、精度(jn d)估算 精度估算至少包括两个方面，一方面为丝杠精度，一般在产品手册中标明在多少毫米范围内存在多少误差；第二方面应为机械传动环节因机械热变形引起的位置误差。最后通过坐标轴校准螺距补偿对精度进行补偿，到达预期的效果。六、 功能确定及分布 一台改造以后的数控机床的功能有两类。一类是数控系统制造商提供的功能。早期的数控机床是通过键盘命令形式，而现代的数控机床那么主要通过软键菜单形式提供，例如零件加工程序输入、编辑、存储功能、图形功能、刀补以及坐标零点设置功能，调用一个零件加工程序准备切削加工等等。另一类功能是机床厂家或使用单位根据数控系统制造商提供的窗口二次开发后形成的功能。它主要通过机床操作面板和可编程控制器软件提供。例如启动、停止、自动操作按钮、速率超调、主轴启停、冷却润滑开关等等。对最终用户而言，往往没有必要去分清到底是哪一类功能。应该说第一类功能是死的，而第二类功能是活的。 数控化改造是对一台旧机床的改造，它离不开原机床的环境，不是一种从零开始的过程。在这种背景(bijng)下，考虑功能的分布必须顾及原有的环境。 考虑的因素(yn s)如下： 1、人机工程 ：改造后的机床应方便操作、环境友好。因此(ync)应该将机床的操作面板及显示屏安排在最合理的位置。 2、节省开支 ：在实现(shxin)功能的根底(gnd)上，尽量采用原有的机构和部件。 3、照顾习惯 ：在设计新的机床面板时，应尽量考虑保持原机床操作按钮的功能设置，有时需要保存一些手动按钮以方便操作人员使用。七、 机床调试验收 机床改造完毕后，还应该对其进行安装调试及验收。一般来说，应特别注意安装的位置和根底，使机床处于良好稳定的工作环境。其次是全面检查各器件、插件的连接情况以及各油路、电路的情况，再进行数控系统的连接。当完成数控系统的调整，具备了机床联机通电试车的条件，可切断数控系统的电源，连接电动机的动力线，恢复报警设定，准备通电试车。试车的目的是考核机床的安装是否稳固，各传动、操纵、控制、润滑、液压、气动等系统是否正常和灵敏可靠。改造后的数控机床的验收是和安装调试工作同步进行的。一台机床数控改造完好后的检测验收工作是一项复杂的工作，其试验检测手段及技术要求也很高，它需要使用各种高精度的仪器，对机床的机、电、液、气各局部及整机进行单项性能综合性能检测，包括运行刚度和热变形等一系列试验，其中应特别注意机床数控功能的检验，最后得出该机床的综合评价。 数控机床开机(ki j)，调试应按以下(yxi)的步骤(bzhu)进行： 一、调试(dio sh)前准备 机床调试前，应首先调整机床床身水平位置，粗调机床主要几何精度(jn d)。之后，按照要求加装润滑油、液压油、切削液，接通外接气源等。 二、机床通电试车 机床通电试车一般采用各部件分别通电试验后，再作全面供电试验，检查机床主要部件功能是否正常齐全，使机床各部件都能操作运动。 三、机床精度(jn d)和功能的调试 1、使用(shyng)精密水平仪等检测工具，主要通过调整垫铁的方式精调机床主床身的水平，使机床几何精度到达(dod)允许(ynx)公差范围； 2、机床调整完毕后，仔细检查数控系统和可编程控制器中参数设定值是否符合随机指标(zhbio)中规定的数据，然后试验各主要操作功能、平安措施，常用指令执行情况等。 3、检查机床辅助功能及附件的正常工作。四、机床试运行 试运行是指数控机床在带有一定负载的条件下，经过较长时间的自动运行，比拟全面地检查机床功能及工作可靠性的过程。在此过程中，除操作失误引起的故障外，不允许机床有其它故障出现。 试运行中采用的程序叫考机程序，可以采用随箱技术文件中的考机程序，也可自行编制一个考机程序。一般考机程序中应包括： 1、每个坐标的全部运动 2、数控系统主要功能 3、主轴最高、最低及常用转速 4、快速及常用(chn yn)的进给速度八、 改造后取得(qd)的效果通过(tnggu)对CW61100普通车床(chchung)的数控化改造取得的效果主要如下： 1、解决了新型机车轮毂的多曲率圆弧处加工精度(jn d)问题，保证产品质量。 2、降低了操作者的劳动强度，提高了工作效率。改造后X向进给速度提高200%。3、节省了新设备购置本钱，降低了生产的本钱。通过对CW61100数控化改造，取得了明显的效果，新型机车轮毂的外形多曲率圆弧处加工精度、一致性都有较大的提高，提高产品的质量；产生了很大的社会效益和经济效益，对今后普通设备进行数控化提供了一定的经验。九、 结束语此次对CW61100普通车床的数控化改造主要是针对该机床经常加工大批量的单一零部件的需要。改造后解决了该零件加工精度、加工效率不高的问题，降低了操作者的劳动强度，提高了零件的加工速度，降低了零件生产的本钱。另外，此次改造防止了使用单位为此单一零件而重新购置新数控设备的资金，为使用单位节省了机床购置本钱。在改造过程中，由于时间短，缺少经验，不免存在这样那样的问题。但是仍可以说，此次改造是非常成功的，对我个人而言更是积累了一次珍贵而全面的，从机床功能原理到设计选用的学习经验。这次(zh c)对CW61100数控化改造，取得(qd)了明显的效果，精度、一致性都有较大(jio d)的提高，产生了较大的社会效益和经济效益，对企业普及(pj)数控化将具有很大的推动作用。目前全国的普通机床很多，故数控化改造(gizo)前景十分广阔。 十、参 考 文 献金属切削机床(jchung)构造与设计 国防工业(u fn n y)出版社机械制图(j xi zh t) 高等教育出版社 机床(jchung)夹具设计 机械(jxi)工业出版社机械制造工艺学 西北工业大学出版社数控机床维修 机械工业出版社机械制造根底 中央播送电视大学出版社工程力学 高等教育出版社 内容总结（1）并根据机床的结构，将伺服电机放在床鞍的后面，皮带轮与丝杠、伺服电机采用无键连接，远离操作者的一侧（2）在实际调整中，可以调整两个向心推力球轴承之间的内外隔环的厚度来调整轴承的游隙，进而消除丝杠的轴向窜动，已到达更高的传动精度（3）通过对CW61100数控化改造，取得了明显的效果，新型机车轮毂的外形多曲率圆弧处加工精度、一致性都有较大的提高，提高产品的质量 可修改 欢送下载 精品 Word