C6140普通车床的数控化改造.doc

机电一体化系统设计任务书总汇 课题：C6140普通机床的数控化改造 姓　 名： 蒋青松（第7组） 班 级： 112040205 学 号： 11204020512 专 业： 机械设计制造及其自动化 院　 系： 机械工程学院 2015年6月 任务一 一：总体方案的确定 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 1.普通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.普通车床经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，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 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源以及主轴电动机的交流变频器等。 5.为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、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，滚珠丝杠的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。 二：机械本体 初步原理框图 数控原理框图 三：问题说明 1：连续控制系统：由于在铣削加工中，要求工作台或刀具沿各坐标轴运动有确定的函数关系，即刀具以给定的速度相对于工件沿加工路径运动（因为点位控制系统要求工件相对于刀具运动过程不进行切削），所以选择之； 2：开环控制系统：该改造属于经济型数控机床，加工精度要求不高，没有加入反馈系统，为了简化系统，降低成本，所以选择之。 3：机床选择X，Z两轴联动。 4：由于是开环控制，而且结构简单，适用于普通数控机床，功能水平低。 任务二 主传动系统(主轴驱动+传动)方案设计 1：机床主轴变速方式： 数控机床需要自动换刀、自动变速；且在切削不同直径的阶梯轴，曲线螺旋面和端面时，需要切削直径的变化,主轴必须通过自动变速，以维持切削速度基本恒定。这些自动变速又是无级变速，以利于在一定的调速范围内选择理想的切削速度，这样有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率:因此此次改造采用分段无极变速。 目前，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种:由于实际操作问题，采用交流变频主轴+交流主轴电机。通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。 2：主传动系统方案： 本次改造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。 主轴采用三相异步电动机进行驱动，由变频器进行控制。主轴的正反转、停止以及变速，由指令控制经过单片机输出，进而传给变频器来控制电动机的转速以及方向 ，电机类型：YD系列7.5KW变级多速三相异步电动机，实现2-4档变速。 对车床主轴传动系统进行改造时，驱动器采用变频器，保留旧车床主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制改为变频器控制，实现自动。变频器的选配采用经验法，主要以车床的主轴驱动电机功率、主轴速度等参数，结合变频器生产厂家提供的产品目录和参数来选择，最终选配TD 2000型的变频器。 3：螺纹车削功能的实现 为了能够准确的加工螺纹工件，必须要安装相应的主轴编码器，作为主轴位置信号的反馈元件，用来测量电机的转速位移和转向，采用与主轴同步的光电脉冲发生器，另外，为了重复车削同一螺纹时不乱扣，编码器还需每转输出一个零位脉冲Z，同时，根据输出信号为数字量（任务一的控制系统已选为单片机）因此，本次选用ZSF-6215-007CW-1024BZ3-5L型号的螺纹编码器。