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车床C620的数控改造

作　者: 周宏文
导　师: 邹平；谷穗
学　校: 东北大学
专　业: 机械工程
关键词: 数控改造脉冲当量刚度开环控制系统步进电机
分类号: TG51
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物,是典型的机电一体化产品。它的出现及所带来的巨大效益,引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路,是未来工厂自动化的基础。目前,先进制造技术已广泛应用到工业、民用各个领域中,如汽车制造、船舶制造、石油化工等。计算机技术的飞速发展使先进制造技术的发展如虎添翼,并有了质的飞跃。因此,市场对先进制造技术中的生产设备——数控机床的需求也大大提升。数控机床是装备制造业的工作母机,是实现制造技术和装备现代化的基石,是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。目前,由于我国数控机床产业发展相对滞后,已经制约了整个装备制造业的发展,直接影响到国防军工产业安全。国内外装备制造业的发展经验表明,发展装备制造业,数控机床是基础。“十五”期间,我国机床工业连续几年快速发展,我国机床产值已从“九五”末期的世界第八位,跃居到2005年的世界第三位。在全球倡导绿色制造的大环境下,机床数控化改造成为了热点。众所周知,我国机电行业拥有的机床结构比较陈旧,操作系统复杂,控制系统落后,生产效率低下,如果购置新的数控机床取而代之,显然耗资巨大,不符合国情。因此,采用数控技术对现有机床进行改造,符合国家的产业政策。另外,从市场容量来讲,不管是汽车制造业、模具制造业,还是军工企业,机床数控化改造都蕴藏着无限商机。随着社会生产和科学技术的迅速发展,机械产品的性能和质量不断提高,改型频繁,数控机床在机械制造中的地位越来越重要。在国内,目前各企业有大量普通机床,但绝大多数设备落后,技术陈旧,完全用数控机床替换根本不大可能,而且替代又造成很大浪费,因此针对生产中的旧设备进行数控改造,有着十分现实的意义,数控改造一次性投资较少,而且对机床增加许多种性能,使得加工质量稳定,生产率得到提高。机床数控化改造主要是针对数控系统、伺服系统、辅助控制系统和液压系统的改造。由于数控机床本身是机电液一体化、结构复杂的产品,因此在改造中是否按照准确的计算方法计算,是否按照规则、要求选择改造方案和元器件的类型是决定改造后机床的性能、运行精度、加工质量和可靠性的关键因素。在这篇论文中,所进行的数控改造只包括数控系统和伺服系统的改造,而没有进行辅助控制系统和液压系统的改造。对于这次数控改造,主要分成两个部分来进行：一个部分是进行机床进给装置的改造,改装后的数控车床应把主轴传动系统和进给系统分离成为两个互不相关的系统,溜板箱部分应拆去箱体、光杆及操纵杆,换成滚珠丝杆,并对滚珠丝杆进行强度校核,并进行减速齿轮的设计,同时完成机床改造机械装配图的绘制任务。另一部分是对车床的电气部分进行改造,采用步进电机对滚珠丝杆进行开环控制,用步进电机驱动器对纵、横两个步进电机进行控制,再使用工控机对步进电机驱动器进行控制,完成步进电机、步进电机驱动器和工控机的选型工作,绘制连接电气图,并对工控机进行PLC编程。

全文目录

中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章引言  11-16
  1.1 研究背景  11-12
    1.1.1 国外数控机床的发展现状  11
    1.1.2 国内数控机床的现状  11
    1.1.3 我们厂数控化改造的现状  11-12
  1.2 研究意义  12-16
    1.2.1 机床数控化改造的意义  12-13
    1.2.2 机床数控化改造的必要性和迫切性  13-14
    1.2.3 机床数控化改造的经济效益分析  14
    1.2.4 经数控化改造后机床的优越性  14-16
第二章车床改造的总体方案  16-17
  2.1 C620-1型普通车床的简易数控改装的设计任务要点  16
  2.2 总体方案的确定  16-17
第三章纵向进给装置的改造  17-35
  3.1 纵向滚珠丝杆螺母机构的设计计算  17-20
    3.1.1 纵向丝杆的最大轴向载荷  17
    3.1.2 丝杆最高转速n_(max)  17
    3.1.3 丝杆寿命L(以10~6转为单位1)  17-18
    3.1.4 选择滚珠丝杆副  18
    3.1.5 确定丝杆副工作长度L  18-19
    3.1.6 滚珠丝杆副几何参数的计算  19-20
    3.1.7 计算传动效率η_0  20
  3.2 纵向滚珠丝杆副的刚度验算  20-22
  3.3 支承方式及轴承的选择  22-23
    3.3.1 支承方式的确定  22
    3.3.2 轴承选择  22-23
    3.3.3 确定滚珠丝杆副的预紧力F_P  23
    3.3.4 确定滚珠丝杆轴的预紧拉伸力F_(pl)  23
  3.4 机械传动刚度的计算与校核  23-27
    3.4.1 计算丝杆轴的支承刚度K_K  24-25
    3.4.2 计算滚珠丝杆与螺母副间的接触刚度K_N  25
    3.4.3 计算轴承的轴向接触刚度K_B  25-26
    3.4.4 分别计算机械传动的综合拉压刚度K_(∑max)与K_(∑min)值  26
    3.4.5 校验机械传动刚度变化引起的定位误差  26-27
    3.4.6 伺服刚度引起的死区误差△  27
  3.5 减速齿轮的设计与计算  27-29
    3.5.1 计算降速比  27
    3.5.2 齿轮参数的选择  27-29
  3.6 步进电机的选用  29-35
    3.6.1 计算折算到电机轴上的转动惯量J_r  29-31
    3.6.2 计算电机转矩和启动频率  31-33
    3.6.3 选择步进电机  33-35
第四章横向进给装置的改造  35-50
  4.1 横向滚珠丝杆螺母机构的设计计算  35-38
    4.1.1 横向丝杆的最大轴向载荷  35
    4.1.2 丝杆最高转速n_(max)  35
    4.1.3 丝杆寿命L(以10_6转为单位1)  35-36
    4.1.4 选择滚珠丝杆副  36
    4.1.5 确定丝杆副工作长度L  36-37
    4.1.6 滚珠丝杆副几何参数的计算  37-38
    4.1.7 计算传动效率η_0  38
  4.2 横向滚珠丝杆副的刚度验算  38-40
  4.3 支承方式及轴承的选择  40-42
    4.3.1 支承方式的确定  40
    4.3.2 轴承选择  40-41
    4.3.3 确定滚珠丝杆副的预紧力F_p  41
    4.3.4 确定滚珠丝杆轴的预紧拉伸力F_(pl)  41-42
  4.4 机械传动刚度的计算与校核  42-45
    4.4.1 计算丝杆轴的支承刚度K_K  42-43
    4.4.2 计算滚珠丝杆与螺母副间的接触刚度K_N  43
    4.4.3 计算轴承的轴向接触刚度K_B  43-44
    4.4.4 分别计算机械传动的综合拉压刚度K_(∑max)与K_(∑max)值  44
    4.4.5 校验机械传动刚度变化引起的定位误差  44-45
    4.4.6 伺服刚度引起的死区误差△  45
  4.5 减速齿轮的设计与计算  45
  4.6 步进电机的选用  45-50
    4.6.1 计算折算到电机轴上的转动惯量J_r  45-46
    4.6.2 计算电机转矩和启动频率  46-49
    4.6.3 选择步进电机  49
    4.6.4 丝杆的防护和润滑  49-50
第五章电气部分的设计  50-61
第六章结论与展望  61-62
  6.1 结论  61
  6.2 展望  61-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
附件1:横向进给机构装配图  65-66
附件2:纵向进给机构装配图  66

车床C620的数控改造

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