普通车床数控化系统改造方案样本.doc

西 飞 工 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 题 目：CW61100一般车床数控化改造Z向 专 业： 数 控 技 术 班 级： 07107004 学生姓名： 耿 召 指导老师： 年 月 日目 录CW61100一般车床改造原因（2）改造方案确实定（2）机械部分改造（3）安装调整过程中应注意问题（6）数控系统及伺服系统改造（7）功效确实定及分布（9）机床调试及验收（9）改造后取得效果（11）设计小结（11）参考资料（12）一、 CW61100一般车床改造原因数控机床和一般机床相比较特点： 1、能完成很多一般机床难以加工、或根本不能加工复杂型面零件加工。 2、采取数控机床，能够提升零件加工精度，稳定产品质量。 3、能够提升生产率，采取数控机床比一般机床可提升生产率23倍，对复杂零件加工，生产率可提升十几倍甚至几十倍。 4、含有柔性，只需更换程序，就可适应不一样品种及尺寸规格零件自动加工。 5、大大减轻了工人劳动强度。 能够看出，数控机床是一个高效率、高精度、能确保加工质量，处理工艺难题，而且又含有一定柔性生产设备。数控机床广泛使用，将给机械制造业生产方法、产品结构和产业结构带来深刻改变，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家工业现代水平关键标志。CW61100一般车床是中国天津机床厂1974年生产大型车床，在贵阳车辆厂已使用近30年。关键用于加工机车轮毂外圆、端面、多曲率圆弧处，因为该设备使用近30年，机械精度已严重下降，加之多情曲率圆弧处加工质量要靠样板修整来确保，工人劳动强度大，已难以确保产品加工质量。伴随新机车发展，对机车轮毂要求越来越高，多曲率圆弧处曲率改变也越来越多。先使用一般车床已无法满足生产加工要求，必需更新设备，经多方面比较、认为对CW61100一般车床进行数控化改造比重新购置新设备可节省资金近10万元。所以决定对CW61100一般车床进行数控化改造，以满足新型机车轮毂加工要求。二、改造方案确实定1、新型机车轮毂外形特点及加工要求： 新型机车轮毂外形有多曲率圆弧处、外圆和端面及倒角做、组成，而且多曲率改变圆弧处加工精度要求高，加工难点关键是多曲率改变圆弧处；所以要求该设备改造后，该设备Z向必需含有联动功效，因为该零件较大、重约500KG，所以对主轴转速要求不高，要求主轴以一定转速旋转固定不变。2、 数控化改造方案确实定 数控化改造方案内容：系统运动方法确实定；数控控制系统选择；伺服系统选择；实施机构结构；机械传动方法确定及机械精度修复等内容。应依据设计任务和要求进行调研，查阅技术资料，提出该造总体方案，并对方案进行分析比较和论证。控制系统选择 依据新型机车轮毂外型特点及加工要求，经对西门子数控系统比较，确定选择西门子802C控制系统，对该设备Z向进行控制；并实现Z向联动。伺服系统选择 依据改造后该设备加工零件精度要求，确定选择编码器半闭环控制系统。实施机构结构选择 实施机构结构选择西门子伺服控制电机。机械传动方法确实定 机械传动方法采取滚珠丝杠副加一级同时带减速装置进行运动和力传输。机械精度修复 机械精度修复关键指Z向导轨精度修复。三、 机械部分改造1、Z向进给机构改造。拆除原机床进给箱，利用原机床进给箱安装孔和销孔安装滚珠丝杠丝母固定支撑架。滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置，两端采取固定方法支撑，中间加辅助支撑，以提升滚珠丝杠刚性。动力传动采取伺服控制电机加同时带减速装置传输给滚珠丝杠副，实现Z向进给运动。伺服电机安装在机床尾部。因为滚珠丝杠摩擦系数小于原丝杠，从而使Z向进给整体刚性略优于未改造前。2、电动刀架安装利用原小刀架位置经过垫板安装电动机刀架，以确保刀具刀点和主轴中心处于同一平面。3、 机械部分改造设计部分和相关计算（1）Z坐标传动最快运行速度Vmax计算：电机最快转速：r=转/min传动减速比： n=3滚珠丝杠螺距：p=10mm依据公式： Vmax=rp/n得 Vmax=10O.OO1/3 =6.67m/min 因为X向滚珠丝杠螺距为5mm，故Z轴最大进给速度为6.67 m/min；（2）负载转动惯量估算： 因为Z坐标传动减速比全部是n=3；所以折算到电机轴上转动惯量可按下式估算: JF=J1+J2+J3+JK JF折算到电机轴上转动惯量（kgcm2） J1联轴节转动惯量（kgcm2） J2丝杠转动惯量（kgcm2） J3联轴节转动惯量（kgcm2） n 减速比 （n=3） JKZ向电机转子转动惯量（kgcm2） 对于材料为钢圆柱形零件，其转动惯量可按下式进行计算： J=7.810-4D4L D圆柱零件直径(cm) L零件轴向长度（cm） 经过计算得： J1=1.16kg.cm2 J2=43.41kg.cm2 J3=2.78kg.cm2 JK=6.68kg.cm2 故总惯量 JF=54.03kg.cm2（3）切削力和切削功率计算 利用下面公式： 切削功率 Pc=PK P电机功率18KW 传动效率0.8 K功率系数0.96 计算切削功率得： Pc=13.824KW （4）Z向摩擦阻力估算 Z向运动部件自重约：400kg Z向运动部件之间摩擦系数（铸铁对铸铁）：0.18 Z向摩擦阻力；FMZ=40000.18=720N（5）切削功率计算 切削功率应按在多种加工情况下常常碰到最大切削力（或扭矩）和最大切削速度（或转速）来计算，即 Pc=(FZv10-3)/60 或 Pc=Tn/9550 式中 FZ主切削力（N）； v切削速度（m/min）； T切削转矩（Nm）； N主轴转速（r/min）。 取v=400m/min FQ=60Pc103/v=6013.824103/400=2073.6N 在通常外圆车削时取Z向分力为: FZQ=0.6FQ=1244.16N（6）Z向坐标运动时工作阻力 Z向坐标运动时工作阻力： FZ= FMZ+FZQ =720+1244.16=1964.16N（7）电机扭矩计算 依据公式 Pc=60Pc103/v和Pc=Tn/9550 得 T=9550FZv10-3/(60n)=12.613Nm 选18Nm电机适合。四、安装调整过程中应注意问题 1、利用垫片调整丝杠副间隙时，应使调整后产生预紧力为丝杠副最大负载1/3为宜。在实际调整中，能够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判定标准。 2、调整向心推力球轴承间隙时，应使丝杠轴向窜动小于0.02mm。在实际调整中，能够调整两个向心推力球轴承之间内外隔环厚度来调整轴承游隙，进而消除丝杠轴向窜动，已达成更高传动精度。因为轴承安装好坏是否，将影响到轴承精度、寿命和性能。所以应按以下操作标准进行轴承安装： (1)、清洗轴承及相关零件。对已经脂润滑轴承及双侧含有油封或防尘盖、密封圈轴承安装前无需清洗。 (2)、检验相关零件尺寸及精加工情况。 (3)、安装方法：轴承安装应依据轴承结构、尺寸大小和轴承部件配合性质而定，压力应直接加在紧配合套圈端面上，不得经过滚动体传输压力，轴承安装通常采取以下多个方法： 、压入配合：轴承内圈和轴是紧配合，外圈和轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压将在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内。 、加热配合：经过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合安装方法。是一个常见 和省力安装方法。此法适合于过盈量较大轴承安装。 、圆锥孔轴承安装：圆锥孔轴承能够直接装在有锥度轴颈上，或装在紧定套和退卸套锥面上，其配合松紧程度可用轴承径向游隙减小量来衡量。所以，安装前应测量轴承径向游隙，安装过程中应常常测量游隙以达成所需要游隙减小量为止。安装时通常采取锁紧螺母安装，也可采取加热安装方法。 、推力轴承安装：推力轴承轴圈和轴配合通常为过渡配合，座圈和轴承座孔配合通常为间隙配合，所以这种轴承较易安装，双向推力轴承中轴圈应在轴上固定，以预防相对于轴转动。 3、滚珠丝杠副制造精度要求高，加工工艺比较复杂，全部是由专业工厂按系列化进行生产。所以，在进行设备改造时，要按厂家生产标准进行选择。选择到适宜丝杠后，再决定被改造设备其它相关部分结构和尺寸。五、数控系统及伺服系统改造 CW61100车床主轴电机采取原来主轴电机，并采取微机控制其开启和停止。对机床X轴进行伺服驱动，数控自动控制。机床改造后X轴采取半闭环调速控制，控制比较正确。 1、整个改造工作步骤 (1)改造方案总体设计，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，和和机床，机床系统柜连线。 (5)电机及限位开关，润滑油泵电机，主轴电机，冷却液泵电机，照明工作灯和系统连接。 (6)电机和机床连接盖板设计。 (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。 其中改造方案总体设计有以下标准： 、功效改造后数控机床应含有何种功效。现在市场上可购置数控系统基础上能够满足用户绝大部分功效需要。但有些特殊功效仍需要在订货时加以申明，比如数字仿形功效、自动测试功效等。并以功效需求出发来订购数控系统和伺服系统。 、规模依据实际要求确定改造档次。通常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。依据功效确定I/O点数。依据常常存放零件加工程序数量确定存放器容量。依据机床大小、进给速度、吃刀量来确定电机功率。 、资金投入时应考虑投入产出百分比和周期 、精度改造前机床精度应有一定要求，精度太低就没有必需改造，可考虑更新。 、习惯制订改造方案时应考虑改造前后操作、编程可继承性，对面板设计和屏幕位置要考虑操作者习惯。对数控系统品牌选择要考虑使用单位一致性，以达成培训、维护等方面便利。 经过上述诸方面原因综合考虑，才能制订出改造总体方案。数控改造班子通常以4-5人为宜。分别包含机械改造、电气布线、PLC编程等关键领域。最好有使用人员配合。改造班子里最好有一名教授，从总体计划、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，并协调各个方面工作，这么往往能够缩短改造周期，并确保工程质量。 2、 机电匹配计算机电匹配计算是总体设计，在选型订货前首先应考虑问题。有些情况当然能够依据旧机床参数作对应参考。但最好还是能做部分匹配计算或估算，以免改造失败。 3、 快行速度核实快行速度是数控化改造后关键指标，通常意义上来说和电机最高转速、丝杠螺距、传动比等相关。4、精度估算 精度估算最少包含两个方面，首先为丝杠精度，通常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步骤因机械热变形引发位置误差。最终经过坐标轴校准（螺距赔偿）对精度进行赔偿，达成预期效果。六、功效确实定及分布 一台改造以后数控机床功效有两类。一类是数控系统制造商提供功效。早期数控机床是经过键盘命令形式，而现代数控机床则关键经过软键菜单形式提供，比如零件加工程序输入、编辑、存放功效、图形功效、刀补和坐标零点设置功效，调用一个零件加工程序准备切削加工等等。另一类功效是机床厂家或使用单位依据数控系统制造商提供窗口二次开发后形成功效。它关键经过机床操作面板和可编程控制器软件提供。比如开启、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，往往没有必需去分清到底是哪一类功效。应该说第一类功效是死，而第二类功效是活。 此次数控化改造是对一台旧机床改造，它离不开原机床环境，不是一个从零开始过程。在这种背景下，考虑功效分布必需顾及原有环境。 考虑原因以下：(1)人机工程 改造后机床应方便操作、环境友好。所以应该将机床操作面板及显示器安排在最合理位置。(2)节省开支 在实现功效基础上，尽可能采取原有机构和部件。(3)照料习 在设计新机床面板时，应尽可能考虑保持原机床操作按钮功效设置，有时需要保留部分手动按钮以方便操作人员使用。七、机床调试及验收 机床改造完成后，还应该对其进行安装调试及验收。通常来说，应尤其注意安装位置和基础，使机床处于良好稳定工作环境。其次是全方面检验各器件、插件连接情况和各油路、电路情况，再进行数控系统连接。当完成数控系统调整，含有了机床联机通电试车条件，可切断数控系统电源，连接电动机动力线，恢复报警设定，准备通电试车。试车目标是考评机床安装是否稳固，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。改造后数控机床验收是和安装调试工作同时进行。一台机床数控改造完好后检测验收工作是一项复杂工作，其试验检测手段及技术要求也很高，它需要使用多种高精度仪器，对机床机、电、液、气各部分及整机进行单项性能综合性能检测，包含运行刚度和热变形等一系列试验，其中应尤其注意机床数控功效检验，最终得出该机床综合评价。数控机床开机，调试应按下列步骤进行： 一、 调试前准备 机床调试前，应首先调整机床床身水平位置，粗调机床关键几何精度。以后，根据要求加装润滑油、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通常采取各部件分别通电试验后，再作全方面供电试验，检验机床关键部件功效是否正常齐全，使机床各部件全部能操作运动。 三、 机床精度和功效调试1、使用精密水平仪等检测工具，关键经过调整垫铁方法精调机床主床身水平，使机床几何精度达成许可公差范围；2、机床调整完成后，仔细检验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中要求数据，然后试验各关键操作功效、安全方法，常见指令实施情况等。3、检验机床辅助功效及附件正常工作。四、机床试运行试运行是指数控机床在带有一定负载条件下，经过较长时间自动运行，比较全方面地检验机床功效及工作可靠性过程。在此过程中，除操作失误引发故障外，不许可机床有其它故障出现。 试运行中采取程序叫考机程序，能够采取随箱技术文件中考机程序，也可自行编制一个考机程序。通常考机程序中应包含： 1、每个坐标全部运动 2、数控系统关键功效 3、主轴最高、最低及常见转速 4、快速及常见进给速度八、改造后取得效果经过对CW61100一般车床数控化改造取得效果关键以下： 1、提升机床加工精度，稳定产品加工质量。 2、降低了操作者劳动强度，提升了工作效率。改造后X、Z项进给速度提升200%。 3、节省了新设备购置成本，降低了生产成本。 经过对CW61100数控化改造，取得了显著效果，新型机床轮毂外型多曲率圆弧处加工精度、一致性有较大提升，提升产品质量；产生了较大社会效益和经济效益，对以后一般设备进行数控化提供了一定经验。九、设计小结此次对CW61100一般车床数控化改造关键是针对该机床常常加工大批量单一零部件需要。改造后处理了该零件加工精度、加工效率不高问题，降低了操作者劳动强度，提升了零件加工速度，降低了零件生产成本。另外，此次改造避免了使用单位为此单一零件而重新购置新数控设备资金，为使用单位节省了机床购置成本。在改造过程中，因为时间短，缺乏经验，不免存在这么那样问题。不过仍能够说，此次改造是很成功，对我个人而言更是积累了一次宝贵而全方面，从机床功效原理到设计选择学习经验。这次对CW61100数控化改造，取得了显著效果，精度、一致性全部有较大提升，产生了较大社会效益和经济效益，对企业普及数控化将含有很大推进作用。现在全国一般机床很多，故数控化改造前景十分宽广。因为此次改造设计时间短，经验少，可能会出现部分问题，请评阅老师给予指出教导。在此，谨向王周平老师及高军老师表示衷心感谢！谢谢老师在我撰写论文过程中给我极大地帮助。 经过此次论文，我学到了很多知识，跨越了传统方法下教和学体制束缚，在论文写作过程中，经过查资料和搜集相关文件，培养了自学能力和动手能力。而且由原先被动接收知识转换为主动寻求知识，这能够说是学习方法上一个很大突破。在以往传统学习模式下，我们可能会记住很多书本知识，不过经过毕业论文，我们学会了怎样将学到知识转化为自己东西，学会了怎么愈加好处理知识和实践相结合问题。十、参考资料 金属切削机床结构和设计 国防工业出版社 机械制图 高等教育出版社 机床夹具设计 机械工业出版社 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 机械制造基础 中央广播电视大学出版社工程力学 高等教育出版社指导老师评语： 老师签字： 答辩评语及成绩：成绩： 主考老师签字：