大森cak6150p数控车床转速系统改进.docx
《大森cak6150p数控车床转速系统改进.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大森cak6150p数控车床转速系统改进.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大森cak6150p数控车床转速系统改进
毕业论文
课题名称
大森cak6150p数控车床转速系统改进
系/专业
数控加工工艺与编程
班级
数编0913
学号
学生姓名
指导教师：
2012年6月
摘要
金属切削机床又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上称为机床。
机床在国民经济现代化建设中起着重大的作用。
机床技术水平的高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志之一。
机床工业是机械制造业的“装备部”“总工、艺部”，对国民经济的发展起着重大作用。
车床借助于转动的工件对着刀具来切去金属材料。
车床主要用于加工各种回转体表面，如外圆柱面、内圆柱面、锥形表面、端面、切槽、切断、车螺纹、钻孔、铰孔等；在车床上采用特殊的装置，还可以进行镗削、磨削、研磨、抛光等。
在一般机械制造企业中，车床占机床总数的20%～35%。
本论文主要设计卧式车床的主轴箱。
设计摘要如下：
确定主传动的运动设计，论证并确定合理的结构网和转速图，拟订传动系统图；根据已知条件对传动件进行设计和计算，对主要传动进行验算；确定传动轴的空间位置及各个零件的装配关系。
关键词：
机床，车床，主轴箱，转速图
Abstract
Themetal-cuttingmachinetooliscalled“themachinetool”or“themachine”,incustomiscalledenginebed.Theenginebedisplayingthesignificantroleinthenationaleconomymodernization.Theenginebedtechnicallevel'sheighthavebecomeweighsoneofnationalindustrymodernizationlevelimportantsymbols.Themachinetoolindustryisthemachine-buildingindustry“thelogisticsdepartment”,“thetotalcraftdepartment”,tonationaleconomydevelopmentimportantfunctionThelathewiththeaidoftreatsthecuttingtoolintherotationworkpiecetoslicethemetallicmaterial.Thelathemainlyusesinprocessingeachkindofsolidofrevolutionsurface,liketheouterannuluscylinder,theinternalborecylinder,thecone-shapesurface,theendsurface,thegrooving,thecut-off,thecuttingthread,thedrillhole,reamandsoon;Usesthespecialinstallmentinthelathe,butmayalsocarryon,thegrinding,theattrition,polishingboringandsoon.Inthecommonmachinemanufactureenterprise,thelatheaccountsfortheenginebedtotal20%~35%.Presentpapermaindesignhorizontallathe'sheadstock.Thedesignabstractisasfollows:
Thedefinitemasterdrive'smovementdesign,provesanddeterminedthatthereasonablestructurenetworkandthespeedchangediagram,draftthekinematicscheme;Topassesonthemovingpartsaccordingtothedatumtocarryonthedesignandthecomputation,carriesonthecheckingcalculationtothemaintransmission;Definitedriveshaft'sspacepositionandeachcomponentsassemblyrelations.
KEYWORDS:
Enginebed,Lathe,Headstock,Speedchangediagram
绪论
大森数控和其他类型的数控对比，大森数控的有很多不足之处，因为大森数控比较老，所有的硬、软件没有现在设计的数控先进、方面，比如说转速、编程、对刀……但是大森数控干起活来力比较大，在厂里一般拉毛刀都用大森，和法兰克相比，大森的转速少、编程不放便、对刀繁琐。
因为大森的系统都规定死了，因此我想通过改变齿轮组来改变其转速，使其能加工更多的要求比较高的零件。
通常数控都有三个档位，在每一个档位转速范围内都可以任意的变速，而大森数控不可以，它有四个档位，在每一个档位中有三个转速，总共十二种转速，被限定死了。
因为大森数控没有变频器，它变速是通过电机（双速电机（Δ/YY）,可改变为低速（Δ接法）或高速（YY接法）），和电磁离合器来改变转速的，因此大森数控加工零件时，力比较大，这一点也深受人们热爱。
大森数控从显示屏到转速，都比现代的数控车床老，因为它生产时间早，可以这么说，它就是普通车床改造而来的，在很多方面与普通干车床相似，比如说转速，和普通的差不多，还比普通车床少。
还有显示屏，和现代的比也没有图形显示功能，这样在干活的时候势必会出现一些差错。
而且危险性比较大，车床的门只把车床遮住一半，这样加工的时候铁屑容易飞出伤人。
在这个网络发达，产品更新换代节奏比较快的社会里，这样的机器势必会被淘汰，有新的、更先进的取而代之，而我们年轻的一代正要去努力地适应这个快节奏的社会。
目录
第一章前言……………………………………………………………….5
1.1数控机床的发展与趋势………………………………………...5
第二章大森cak6150p数控车床简介……………………………............8
2.1大森数控的组成……………………………………………..8
2.2大森数控的参数说明………………………………….............10
2.2.1机床参数……………………………………………....10
2.2.2机床转速及型号解释…………………………........11
2.3大森数控对刀及程序的编制……………………….............12
2.3.1机床的对刀………………………………………………13
2.3.2程序的编制……………………………………………....14
第三章大森数控转速系统设计…………………………………..........15
3.1系统设计思路………………………………………………….15
3.2三晶s350变频器说明……………………………………………16
3.2.1三晶s350变频器的优势………………………………...16
3.2.2三晶变频器应用于数控车床主要特点……………………....16
3.2.3电机的选择…………………………………………………17
3.3整体设计方案………………………………………….............17
3.3.1工作原理……………………………………………………17
3.3.2数控系统特性与接线原理图………………………………18
3.3.3主轴传动系统…………………………………………18
3.3.4功能………………………………………………………19
3.4转速的计算和PLC方面的设计………………………………20
3.4.1转速的计算………………………………………………20
3.4.2PLC方面的设计…………………………………………....21
3.4.3改进前和改进后的转速对比……………………………27
第四章系统的调试与遇到问题的解决………………………………28
4.1系统调试与连接………………………………………………….28
4.1.1系统连接…………………………………………...28
4.1.2通电试机………………………………………....29
4.2调试过程中遇到的问题及解决方案…………………………...30
4.2.1机床的干扰防护………………………………………30
4.2.2机床的润滑…………………………………………....31
4.2.3电气故障的排除…………………………………………31
结论………………………………………………………………..32
附录………………………………………………………………………..33
参考文献………………………………………………………………....34
致谢……………………………………………………………………………....34
第一章前言
1.1数控车床的发展与趋势
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造系统生产厂之间的竞争为激烈，数控技术的发展进入了新的阶段。
业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。
当前数控车床呈现以下发展趋势。
1、高速、高精密化
高速、精密是机床发展永恒的目标。
随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。
为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。
另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。
数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。
采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。
直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。
用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙（包括反向间隙），运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。
通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的10～20m/mim提高到60～80m/min，甚至高达120m/min。
2、数控车床设计CAD化、结构设计模块化
随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。
CAD不
可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。
在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。
3、功能复合化
功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。
通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。
宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。
通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。
该机床还配置有强动力刀架和副主轴。
副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。
该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。
4、智能化、网络化、柔性化和集成化
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。
智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：
为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。
网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。
数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：
从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。
柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。
其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。
CNC单机向高
精度、高速度和高柔性方向发展。
数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，向信息集成方向发展。
网络系统向开放、集成和智能化方向发展。
第二章大森cak6150p数控车床简介
2.1大森cak6150p数控车床的组成
数控车床大体上可分为数控系统和机床本体两大部分。
2.1.1数控系统数控系统主要由输入输出装置、数控装置（CNC）、伺服单元、驱动装置、可编程控制器（PLC）、检测反馈装置及相应的软件组成。
1）.输入输出装置输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成响应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内，主要有键盘、磁盘驱动器、光电阅读机等；输出装置（通常为显示器）的作用是为操作人员提供必要的信息。
2）.数控装置数控装置是数控系统的核心，它将输入装置送来的脉冲信号进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，使其进行规定的、有序的动作。
3）.伺服单元伺服单元是数控装置与机床本体的联系环节，它接收来自数控装置的伺服单元度和位移指令，这些指令经变换和放大后通过驱动装置转变成执行部件进给的速度、方向和位移。
4）.驱动装置驱动装置把经过放大的指令信号变为机械运动，通过机械连接部件驱动机床的遛板箱和刀架，使其精确定位或按规定的轨迹作严格的运动，加工出符合要求的零件。
驱动装置有步进电动机、伺服电动机等。
5）.可编程控制器主要完成与逻辑运算有关的一些动作，而没有轨迹上的具体要求。
它接收CNC的控制代码如辅助功能、主轴转速、选刀及换刀等顺序动作信息，对顺序动作信息进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作。
它还接收机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作，另一方面将一部分指令送往数控装置用于加工过程的控制。
6）.检测反馈装置检测反馈装置用于检测机床的运动和定位误差，并传送给控制系统，使其修正偏差，从而提高加工精度。
2.2.2机床本体机床本体即数控车床的机械部件，包括主轴箱、进给机构、刀架、床身及冷却润滑装置等。
数控车床机械部件的组成与普通车床相似，但是，由于数控车床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工的要求，其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。
1）.主轴箱主轴箱是车床传递动力的装置，主轴电机的动力通过皮带、变速齿轮传递给主轴，驱动装夹在主轴头部的工件运转。
通常主轴电机的转动经过齿轮变速后，可以得到多种输出转速。
2）.进给机构进给机构用于实现刀具相对于工件位置的运动，它有横、纵两个方向的水平进给，横向进给机构通常又称为遛板箱。
两个进给运动通常采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠的传动结构，可实现平面连续轨迹运动。
3）.刀架刀架用于安装和支撑刀具，加工中可自动回转换刀，其转位迅速，定位精确。
4）.尾架用于支撑较长零件或进行转、铰孔的加工。
5）.床身床身起连接和支撑车床各部件的作用。
6）.冷却润滑装置工件在进行加工时，会产生大量的热；而具有相对运动的部位，也存在摩擦力，因此需要有相应的装置为其提供冷却和润滑。
2.2大森cak6150p数控车床参数说明
2.2.1机床参数
大森cak6150p数控车床床身最大回转直径：
500mm
最大工件长度：
1390mm
最大车削长度：
1350mm
主轴孔径：
70mm
主轴转速级数：
12级
刀架形式：
立式四工位
数控系统：
大森Ⅲ型R2J50L
2.2.2机床的转速及型号解释
转速
主轴结合变速手柄（位于主轴箱外），可得到3档12种转速，同一档位内的4级转速可不停主轴转动自动升降,由40r／min-1800r／min调节，如图2-1.
L
H
M
S4
112
1800
475
S3
80
1320
335
S2
56
900
236
S1
40
640
170
图2-1主轴的转速
型号解释
Cak6150p数控车床具有数控系统编程、设置的各项功能，不具备图形显示功能。
C—类型代号（车床）
A—普通型
K—数控
61—组、系代号（卧式车床）
50—主参数（加工工件最大直径的1／10）
P—系统类别（大森数控系统）
2.3大森cak6150p数控对刀及程序的编制
2.3.1对刀
大森cak6150p数控车床采用G50对刀法
G50对刀法：
1.程序开头为：
G50Xu.Zw.；。
2.将主轴转动试切一刀断面将当前值设为z0，再试切一刀外圆将当前值为x0。
如还有第二、第三把刀，须把当前值输入刀补中。
如果是内径刀，需将刀移出来（也就是说每把刀都是以第一把刀作为基准的）。
3.用游标卡测量外圆尺寸x1，用手摇手柄将当前值x轴移出至（u-x1），将z轴移至（w-z1）（z1是零点在z轴方向向内或者向外移动的距离）。
如果是内径刀，需将刀移至（x1-u1）（u1是内孔的直径值，也就是说每把刀都是以第一把刀作为基准的）。
4.对刀的时候先对基准刀。
2.3.2程序的编制
G50刀具起点设定格式：
G50X＿Z＿X、Z为坐标值。
应用此代码后，即确定了刀具起点到程序原点之间的距离，它是一个绝对坐标值。
在程序的开头和结尾必须输入G50X＿Z＿，否则会乱刀。
程序的格式为：
O1234；
G50x150.z100.;（G50设定坐标系）
M41;（最低转速H档：
640r）
M08;
M03;
T0202;
G00X50.Z2.;
G01X-1.6F0.2;（外圆刀刀尖是0.8的）
G00X50.W0.5;
X150.Z100.T0200;（程序结尾必须有T0200刀补）
M05;
M09;
M30;
第三章大森数控转速系统设计
3.1转速系统设计思路
1）.变频器和主轴电机的选择，达到分段无极变速。
（选择的电机与变频器必须匹配，否则会将电机烧毁）
2）.将原有的电磁离合器去除，将电机过渡的皮带轮直接与齿轮连接。
3）.根据变频器和电机以及齿轮的啮合进行转速的计算。
4）.变频器与CNC和电机的连接。
（包括接线、plc程序的编制、与电机的连接图等）
5）.系统的调试和可能遇到的问题分析。
3.2三晶s350变频器说明
三晶s350变频器变频范围为：
0.00HZ—400.00HZ，出厂设定为：
50HZ，额定频率为：
4kw。
3.2.1三晶s350变频器的优势
1）.完全满足数控车床高生产率、高削切精度、高稳定性、高柔性要求。
2）.S350采用矢量控制模式，动态响应效果非常好，使电机主轴能高速稳定运行。
3）.满足复杂、不规则形状零件的高深度和高强度削切要求，在0.5HZ~1HZ低频状况下，可以稳定保持150%的转矩输出。
4）.加减速时间0.1秒，实现无衔接式正反转运行。
5）.抗干扰性强，通过严格CNC综合测试，不会对系统造成任何干扰。
6）.稳速精度高，低速时速度变化率小，运行平滑。
3.2.2三晶变频器应用于数控车床的主要特点:
1）.低频力矩大、输出平稳。
2）.高性能矢量控制。
3）.转矩动态响应快、稳速精度高。
4）.减速停车速度快。
5）.抗干扰能力强。
3.2.3电机的选择
电机额定功率
电机额定电压
电机额定电流
极对数
电机额定转速
模拟信号
4KW
380V
8.8A
2
1480
0~5V
3.3整体设计方案
3.3.1工作原理图（如图3-2）：
S350变频器操作系统S350变频闭环矢量控制系统
（正常应用选择开环矢量控制）
主轴电机驱动器（PG卡）
编码器
传动部分机床主轴
图3-2系统工作原理
3.3.2数控车床系统特性与接线原理图：
1、数控机床系统通过两路信号控制机床主轴转动：
一路是模拟电压信号0~10V输入，另一路是模拟电流信号4~20mA输入。
2、该系统要求机床主轴能够快速正反转切换运行。
3、基本接线原理图（如图3-3）：
图3-3变频器与电机的连接原理图
3.3.3主轴的传动系统
主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴，它的功用是把动力源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求
齿轮传动系统的皮带轮为Φ100／Φ150，齿轮为40／58、26／72、33／65，传递到主轴。
齿轮传动（如图3-4）：
图3-4齿轮传动图
主轴的传动路线为：
电动机2880r／min→Φ100／Φ150→
→主轴。
齿轮总共三种转速。
3.3.4功能
根据功率与转矩的特性曲线图，不难看出当功率一定的时候，转矩也在下降，而这时候转速已达到最大值，这些都是在变频器变频频率和功率以及电动机的频率和功率范围内的，这样才能达到变速的效果。
当CNC系统向变频器发出信号时，变频器又将信号传输给电机，电机会按照变频器的指令作相应的动作，达到预计的效果。
S350变频器接口上0-10v的模拟信号，而CNC中的PLC控制0-10v的模拟信号，将变频器变换频率。
功率与转矩的特性曲线图（如图3-5）：
图3-5
升级会员 