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（完稿）CA6140普通车床数控改造设计（CAD全套）

能用变频调速，并且是有效方法。变频调速的主要环节是为交流电机提供变频变压电源的变频器，变频器分为•交直交变频器分电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可变的交流电压。电流型是切换串方波，方波电流供电，用于大功率。•交交变频器该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率和电压都可变的交流电。目前对于中小功率电机，用得最多的是电压型交直交变频器。分级变速齿轮箱的传动系统设计在设计数控机床主传动时，必须考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率范围，所以在主轴之间要串联个分级变速箱，以扩大其恒功率变速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。我们先设定主轴的最高转速为,最低转速为了,计算转速为，最大切削功率为.，交流主轴电机额定转速为,最高转速为.主轴要求的恒功率变速范围.电动机的恒功率变速范围主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机所能提供的恒功率变速范围，故必须配以分级变速箱。取变速箱的公比等于电动机的恒功率变速范围,即，功率特性图是连续的，无缺口无重合的。如变速箱的变速级数为，则主轴的恒功率变速范围等于故变速箱的变速级数.取变速齿轮箱采用级变速三对齿轮副数,齿数分别为高速级中速级低速大转矩级利用原车床主轴箱内的第三轴和主轴，查车床图册，两轴的中心距为。因所选用电机与原电机功率相同，故轴不必另行校核。三副齿轮只校核低速重载齿轮副即可。校核如下已知电动机输出功率为.,额定转速为,则经同步带传动，第三根轴的转速为。经传动后，主轴转速为.大小齿轮均采用钢并进行调质处理,选小齿轮硬度,大齿轮硬度,精度选级。齿宽.,齿轮传动效率η.齿轮几何尺寸计算.,.,齿轮校核小齿轮转矩式中电动机的输出功率η齿轮传动效率取.动载荷系数式中使用系数取动载荷系数取.齿向载荷系数取.齿向载荷分配系数由查表并插值得.则许用弯曲应力式中弯曲疲劳极限弯曲寿命系数尺寸系数取安全系数取.则齿要弯曲疲劳强度校核计算由式式中齿形系数应力修正系数重合度系数则故齿根弯曲强度足够，满足要求。传动系统图见下图转速图见下图主轴转速从至由在段连接而成，属电动机的恒功率区，从降至上图中的段为恒转矩区。如取总效率η.，则电动机功率.。可选用北京数控设备厂的型交流主轴电动机，连续额定输出功率为.。主传动系统组件的结构形式在检查原有主轴轴承完好运转正常的前提下，保留原有主轴支撑方式。保留原机床的主轴手动变速。改造后使其主运动和进给运动分离，主电机的作用仅为带动主轴旋转。增加只电磁离合器，用以接收数控系统的停机制动信号以控制原制动装置制动停车。加工螺纹时，为保证主轴每转转，刀具准确移动个导程，须配置主轴脉冲发生器作为主轴位置信号的反馈元件。脉冲发生器采用同轴安装，橡胶管柔性联接，意在实现角位移信号传递的同时，又能吸收车床主轴的部分振动，从而使主轴脉冲发生器转动平.稳，传递信号准确。数控机床主轴带传动变速常用多楔带和同步带。同步带又称为同步齿形带，按齿形不同又可分为梯形齿同步带和圆弧齿同步带两种。其中梯形齿多用在转速不高或小功率动力传动中，而圆弧齿多用在数控加工中心等要求较高的数控机床主运动传动系统中。我们选用型梯形齿同步带。查手册选两梯形齿同步带用带轮为，带宽为.,小带轮节圆为,大带轮节圆为。带高.齿高.节距.。第四章伺服进给系统的结构设计与计算.伺服进给传动系统概述数控机床的伺服进给系统由伺服驱动电路伺服驱动装置机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置直流交流伺服电动机功率步进电机电液脉冲马达等和机械传动机构，驱动机床的工作台主轴刀架等执行部件实现工作进给和快速运动。数控机床的伺服进给系统与般机床的进给系统有本质上的差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按定规律运动所合成的运动轨迹。伺服进给系统的基本要求精度要求伺服系统必须保证机床的定位精度和加工精度。对于低档型数控系统，驱动控制精度般为.而对于高性能数控系统，驱动控制精度为甚至为.。响应速度为了保证轮廓切削形状精度和加工表面粗糙度，除了要求有较高的定位精度外，还要有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快。调整范围调整范围是指生产机械要求电动机能提供的最高转速和最低转速之比。为保座改造部分设计计算电动尾座驱动电动机的选择电动尾座用的齿轮设计第七章主轴编码器的设计．编码器工作原理．主轴编码器的安装第八章数控车床数控系统设计.概述.计算机数控系统的简介概述微处理器数控系统的组成.系统的硬件结构单微处理机与多微处理机结构大板式结构与功能模块式结构.系统的软件系统软件的组成与功能系统软件的特点和结构.系统软件结构的分类.系统的工作过程系统的数据段历程系统自动工作时的总体流程.运动轨迹的插补原理运动轨迹插补的概念运动轨迹插补的方法逐点比较法结论参考文献致谢第章概述.引言由于现代工业的飞速发展，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。如果设备全部更新换代，不仅资金投入太大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大的浪费。所以最经济的办法就是进行普通机床的数控改造，这样既可以提高生产率，改善加工工艺，还可以减少资金投入，采用此方法对中小型企业来说是十分理想的选择。.经济型数控改造的实际意义目前，各企业般都有不少普通车床，完全用数控车床加以替换根本不可能。解决这个问题，必须走普通车床数控改造之路。日本大企业中有的机床经过数控化改造，而中小企业则占美国有许多数控专业化公司为用户提供数控改造服务。我国拥有万台机床，其中大量的是通用车床。因此，普通车床的数控改造，大有可为。数控改造般是指对普通车床些部位作定的改造，配上数控装置，从而使车床具有数控加工能力。技术分析在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大。如今科学技术发展很快，特别是微电子技术计算机技术的发展更快。应用到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，有些企业已在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床满足了技术发展的需要，提高了生产率和产品精度，增大了设备适应能力和型面加工范围。经济分析由于新型机床价格昂贵，次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用数控技术对旧机床加以改造，和购买新机床相比，则可以节省以上的资金。套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的到，般用户都能够承担得起，这为资金紧张的中小型企业的技术改造开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了较大的吸引力。市场分析据国内资料统计，订购新的数控机床的交货周期般较长，往往不能满足用户需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。生产分析在现代机械制造工业中，多品种中小批量甚至单件生产占有相当大的比重。若要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。综合分析从上述分析中不难看出，数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上，具有可靠性高柔性强易于实现机电体化经济性可观等优点。为此，在旧有机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较大的经济效益。.数控机床的基本结构及工作原理数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写程序。所编程序指令输入机床数控装置中。数控装置对程序代码进行翻译运算之后，向机床各个坐标的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床的各运动部件，并控制所需要的辅助运动。在机床上加工出合格的零件。下面对其各组成部分加以介绍。．输入装置数控加工程序可通过键盘，用手工方式直接输入数控系统。还可由编程计算机用或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式种是边读入边加工，另种是次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从存储器中逐段调出进行加工。．数控装置数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的段或几段数控加工程序，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求。因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴即进给运动各执行部件的进给速度进给方向和进给位移量等。．驱动装置和检测装置驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加“出符合图样要求的零件。驱动装置包括控制器含功率放大器和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。．辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械液压气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却润滑装置的启停，工件和机床部件的松开夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。现广泛采用可编程控制器作数控机床的辅助控制装置。．机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置进给传动装置床身工作台以及辅助运动装置液压气动系统润滑系统冷却装置等组成。.数控机床的分类按加工工艺方法分类．金属切削类数控机床有数控车床铣床钻床磨床齿轮加工机床和加工中心等。．特种加工类数控机床数控电火花线切割机床数控电火花成型机床数控等离子弧切割机床数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。．板材加工类数控机床数控压力机数控剪板机和数控折弯机等。．非加工设备，如数控多坐标测量机自动绘图机及工业机器人等。按控制运动的方式分类．点位控制数控机床机床移动部件只能实现由个位置到另个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。如数控坐标镗床数控钻床数控冲床数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。．点位直线控制数控机床机床移动部件不仅要实现由个位置到另个位置的精确移动定位，而且要控制工作台以定的速度沿平行坐标轴方向进行直线切削加工。主要有简易数控车床数控镗铣床等。．轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床不仅可完成点位及点位直线控制数控机床的加工功能，而且能够对两个或两个以上坐标轴进行插补，因而具有各种轮廓切削加工功能。常用的数控车床数控铣床数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。轮廓控制系统的结构要比点位直线控制系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。按驱动装置的特点分类．开环控制数控机床其控制系统不带反馈装置，通常使用功率步进电动机为伺