传统机械加工设备的机电一体化改造与设计讲述.ppt

----第八章---- 第八章 传统机械加工设备的  机电一体化改造分析与设计 1.车床机械传动系统的改造设计方案析 为保留原机床的半自动功能，应对原系统作尽可能少的改动，即一旦控制系统出了问题，机床还可以手动进行加工，以免影响生产。为此可进行以下改动（如上图b 所示）：①保留原机床主轴传动系统；②保留机床工作台X、Y轴进给系统，脱开离合器6、7去掉手轮，将滑动丝杠副换为滚珠丝杠副(也可用原有丝杠副)，并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进电动机（16、17）；③主轴垂直升降进给运动：拆去原手动锥齿轮副3及丝杠副2，更换成滚珠丝杠副12或采用滑动丝杠副并将丝杠上的锥齿轮改为圆柱齿轮，由于安装电动机受到减速齿轮副中心距尺寸的限制，故可安装一个采用偏心轴支承的中间轮(惰轮13)，设计并安装减速箱，将电动机15安装在减速箱的偏心套14上。 为使铣床的机电一体化改造后的性能不低于原铣床，选X、Z坐标快进速度不低于2.4m／min，水平拖动力按15kN计算，则要求电动机功率 P＝15×2.4／60＝0.6kW，如选用步进电动机作为执行元件，则步进电动机达不到此功率要求。例如，200BF001反应式步进电动机，其最大静转矩为14.7N . m，最高空载运行频率为l1000step／s，步距角为0.16°/step。 右图为四工位自动转位刀架结构原理图。这种刀架适用于多种车床。其转位、定位锁紧过程如下：转换刀位时，微机发出信号，电动机1旋转，经蜗轮蜗杆副3、键2使螺杆4转动，迫使刀架体5与其相联的双头螺母6轴向上移动，使端齿盘11的上、下齿盘脱开，与螺杆4一起旋转的拨套9拨动拨块10，从而强制带动刀架体转位，实现90°、180°、360°转位、换刀。换刀到位时，行程挡块触发微动开关8，使电动机反转带动螺杆4反转，螺母6带刀架体5轴向下移，至使上、下端齿盘重新啮合、定位，达到预定锁紧力后，电动机停止转动，完成换刀过程。 三、 机床机电一体化改造的性能及精度选择 机床的性能指标应在改造前根据实际需要作出选择。以车床为例，其能加工工件的最大回转直径及最大长度、主轴电动机功率等一般都不改变。加工工件的平面度、直线度、圆柱度及粗糙度等基本上仍取决于机床本身原来的水平。但有一些性能和精度的选择是要在改装前确定，主要包括： 1）主轴 主轴变速方法、级数、转速范围、功率以及是否需要数控制动停车等。 2) 进给运动 进给速度：Z向(通常为8~400mm／min)；X向(通常为2~100mm/min)； 快速移动：Z向(通常为1.2~4m/min); X向(通常为1.2~5m/min); 脉冲当量：在0.005~0.01mm)内选取，通常Z向为X向的2倍。 加工螺距范围：包括能加工何种螺纹(公制、英制、模数、径节和锥螺纹等)，一般螺距在10mm以内。通常进给运动都改装成滚珠丝杠副传动。 3）刀架 是否需要配置自动转位刀架，若配置自动转位刀架时需要确定工位数，通常有4、6、8个工位；刀架的重复定位精度通常为5角秒以内。 4) 其他性能指标的选择 刀具补偿：指刀具磨损后要使刀具微量调整的运动量。 间隙补偿：在传动链中，影响运动部件移动的齿轮或其他构件造成的间隙，常用消除间隙机构来消除，也可以用控制微机发脉冲来补偿掉，从而提高加工精度。 显示： 采用单板机时其显示用数码管显示的位数较少，如不能满足要求，必要时可以采用显示荧光屏，这样可以清楚地把许多条控制机床工作的数控程序都完整地显示出来。甚至可以把加工过程工件及刀具的运动图形显示出来。 诊断功能：为防止操作者输入的程序有错和随之出现误动作，指示出机床某部分有故障或某项功能失灵，都可在改装时加入必要的器件和软件，使数控机床具有某些诊断功能。 以上是车床改装时考虑的一些共性问题，有时改装者根据需要还提出一些专门要求。例如，有的要求能车削大螺距的螺纹；有的要求控制机与电气箱能防灰尘，在恶劣环境下工作；有的要求车刀能高精度且方便地对刀等。 四、机床进给系统机电有机结合 匹配选择计算 第二节 微机控制系统设计分析 从机床的开环控制系统框图可看出，系统应具有以下功能(或部分功能)及特点：①控制机床刀具、工作台纵、横向和主轴z向的速度和位移；②可控制加工端面、内外圆以及由任意锥面、球面、逼近的任意曲面；③控制走刀速度，一般分0、1、2、…、9、A、B…F等16