普通車床CA6140的控制系統(tǒng)設(shè)計【含7張CAD圖】

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普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計1附錄 1:外文翻譯數(shù)控機床的車床附件開發(fā)羅伊?庫馬爾接收：2012.6.30./采納：2013.3.15.工程師學(xué)會（印度）2013.摘要 通過使用概念設(shè)計為現(xiàn)有的數(shù)控機床（安裝了快速原型附件）開發(fā)研制了一個車床附件。數(shù)控機床通過機電一體化控制和 camsoft 計算機界面，并安裝相應(yīng)的附件后可以當(dāng)做數(shù)控車床使用。概念設(shè)計階段，先是有一個想法，然后通過 CAD 建模把車床的不同部件設(shè)計為附件，其后是制造階段。最后，車床附件成功開發(fā)研制后可安裝在數(shù)控機床上。通過車削、螺紋切削等加工操作，可以對數(shù)控車床附件的工作進(jìn)行檢查。這樣，加工操作就可以完成了。使用目前開發(fā)的車床附件和現(xiàn)有的 RP（快速成型）附件對機床進(jìn)行相應(yīng)的附件安裝可以使數(shù)控機床實現(xiàn)了多功能化。數(shù)控機床在安裝適當(dāng)?shù)母郊r可用于在兩個領(lǐng)域進(jìn)行研究工作。關(guān)鍵詞 概念設(shè)計 CAD 建模 數(shù)控機床引言新產(chǎn)品的概念包括產(chǎn)品要求，產(chǎn)品功能，產(chǎn)品可行性，產(chǎn)品表單/結(jié)構(gòu)（布局）和相關(guān)屬性。產(chǎn)品性能需要考慮材料，裝配公差，臨界表面粗糙度和硬度參數(shù)以及臨界尺寸。概念設(shè)計研發(fā)能夠加快產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的過程。它是創(chuàng)造力的產(chǎn)物，從而能夠引發(fā)新穎的和有價值/創(chuàng)新的想法。這是產(chǎn)品開發(fā)初期的一個非常關(guān)鍵的方面。它決定了產(chǎn)品的功能，形式和基本結(jié)構(gòu)。概念設(shè)計過程包括（1）信息搜集：開始設(shè)計前，設(shè)計者必須對客戶的要求有一個很好的了解。設(shè)計師收集到的信息越多，就越能做出令客戶滿意的優(yōu)秀設(shè)計。 （2）處理：一旦設(shè)計人員收集到了事實，并且找出了類似產(chǎn)品的例子，創(chuàng)意便會油然而生。設(shè)計過程階段的重點是筆記，繪圖和計劃工作。 （3）設(shè)計：不熟悉的客戶對設(shè)計過程的誤解是，設(shè)計師是從設(shè)計開始的?？蛻粜枰郎鲜鰞蓚€步驟。如果前兩個步驟做得很好，設(shè)計過程可以更加精簡，結(jié)果更加準(zhǔn)確。設(shè)計階段的過程可能需要重復(fù)幾次。 （4）優(yōu)化：設(shè)計者可以通過客戶提供的信息來進(jìn)行優(yōu)化。 （5）執(zhí)行：完成的設(shè)計被發(fā)送到適當(dāng)?shù)墓?yīng)商。車床組件設(shè)計床頭架組件設(shè)計主軸箱一直是車床的重要組成部分，因為它為工作提供主旋轉(zhuǎn)運動。伺服電機用于此處。鉆卡盤也同樣用于此處。軸承和鉆頭卡盤相連，從而使其旋轉(zhuǎn)。圖 7 主軸箱組件設(shè)計伺服電機和鉆頭卡盤通過同步帶連接。整個單元通過支撐支架連接。因此，鉆夾頭將帶動工件，隨著伺服電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)了工件的主旋轉(zhuǎn)運動。如圖 7 所示。尾座組件設(shè)計尾座用于支撐被加工工件的縱向旋轉(zhuǎn)軸。當(dāng)工件細(xì)而長時，尾座的作用尤為突出。沒有尾座的支撐會產(chǎn)生“震動” ，工件在切割時會發(fā)生過度彎曲。尾座的設(shè)計有兩種（I 和 II） 。在如圖兩個設(shè)計中的孔用于裝配套筒，并從另一端支撐旋轉(zhuǎn)工件。在設(shè)計 I 中（圖 8） ，沒有規(guī)定的高度調(diào)整，整個尾座將是固定的。在設(shè)計II 中（圖 9） ，有 4 塊區(qū)域，以方便調(diào)整高度，這將有助于調(diào)整中心之間的對齊方式。其中所有的塊將用兩個螺栓緊固（圖 9） 。設(shè)計 II 是相對合適的設(shè)計和選擇。主軸箱和尾架組件設(shè)計將主軸箱和尾座組件裝配在底板上（圖10） ，從而形成車床。此床將安裝在水平 Y 軸上。刀架組件設(shè)計在加工操作過程中，刀架負(fù)責(zé)夾持刀具。刀架設(shè)計必須確保某些功能，如刀具高度的調(diào)整以適應(yīng)真實操作，工具的旋轉(zhuǎn)自由度，使其可以適應(yīng)各種幾何形狀的刀具，并便于在正交普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計和強制的加工模式與剛性夾持之間輕松切換。該計劃是將刀架安裝在機器的垂直 Z 軸上。由于工具能夠垂直移動，因此能輕松實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。此設(shè)計靈感來源于傳統(tǒng)的刀架。圖 8 設(shè)計 I 無高度調(diào)節(jié)的尾座圖 9 設(shè)計 II 有高度調(diào)節(jié)的尾座在這種設(shè)計中，刀夾具上的螺栓是用于固定工具。鉆削一個角度來固定夾具。將刀具放置在支架上，并用螺栓完全緊固，刀具即剛性連接。另外，在刀具更換過程中，要給刀具一個底部的填料，以防止其向下傾斜。這種方法還可以保證夾具在刀具固定之前可以旋轉(zhuǎn)，從而便于刀具在任何所需角度進(jìn)行加工。組件的制造上文已完成機床不同部位附件的設(shè)計工作，接下來是制造環(huán)節(jié)。選用低碳鋼作為材料。在確保嚴(yán)格按照設(shè)計計劃實行的前提下選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)流程。對車床附件的以下部件進(jìn)行加工?！?床頭箱組件· 尾座組件· 底座· 刀架圖 12 主軸組件的制造圖 13 尾座組件制造圖 14 裝配刀架組件圖 12 顯示了主軸箱組成。這是由鉆夾頭（安裝在同步軸承皮帶輪裝置上）和伺服電機（連接到另一個同步皮帶輪）最后裝配成主軸箱。因此，伺服電機的運轉(zhuǎn)帶動卡盤旋轉(zhuǎn)。圖 13 展示了尾座組件，限制了尾部高度調(diào)整范圍。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計圖 14 顯示了刀架，更換刀架時應(yīng)從刀架底部提供了一個填料來防止刀向下滑動。最終裝配與試驗底板（與主軸箱和尾座裝配）安裝于水平軸。刀架安裝在機器的垂直 Z 軸上。X 軸和 Y軸交叉成十字軸，因為該軸控制床在工具方向上進(jìn)給，因此切割深度是由床將向工具移動得到的。通過 Y 軸的運動實現(xiàn)縱向進(jìn)給。數(shù)控車床的規(guī)格如下文所示?！?床上擺動：15mm· 擺動間隙：30mm· 橫向擺動：15mm· 中心距范圍：0-120mm· 橫向滑動行程：10mm· 尾座主軸行程：70mm· 尾座錐度：莫氏錐度· 主軸夾具安裝：3 爪卡盤（鉆卡盤）· 主軸孔直徑：13 mm· 主軸錐度：莫氏錐度· 主軸轉(zhuǎn)速（數(shù)級）范圍：0-2200r/min· 電機與電氣：750W· 機器尺寸：600mmx9 900mmx2100mm· 所需空間-最大：600mmx9900mm校準(zhǔn)和測試對所提出的數(shù)控車床機床進(jìn)行以下測試?！?主軸轉(zhuǎn)速試驗· 尾座主軸校準(zhǔn)· 機床間隙調(diào)整與補償參數(shù)· 剛度試驗所得到的結(jié)果如下。對于尾架和主軸的對準(zhǔn)，將工件放置在卡盤上，并與尾架的套筒進(jìn)行目視檢查。調(diào)整兩端達(dá)到完美對準(zhǔn)。數(shù)字轉(zhuǎn)速表是用來檢查可用的主軸轉(zhuǎn)速（RPM）與輸入速度。圖 17 顯示，精確的速度是通過相應(yīng)的輸入實現(xiàn)的。校準(zhǔn)的最終結(jié)果如下。平均反向間隙誤差（實際/編程）= 0.98x 軸轉(zhuǎn)換因子（實際/編程）= 0.94y 軸轉(zhuǎn)換因子（實際/編程）= 0.96z 軸轉(zhuǎn)換因子（實際/編程）= 0.93轉(zhuǎn)換因子進(jìn)給速率（實際/編程）=0.99轉(zhuǎn)換系數(shù)在主軸轉(zhuǎn)速（實際/編程）= 0.95通過這些更正，CNC 車床就可以進(jìn)行操作了。數(shù)控車床實驗工作材料——有機玻璃工具材料——高速鋼選擇圓柱形樣胚有機玻璃棒（長 120 毫米，直徑 15 毫米）安裝在車床的夾具上。進(jìn)行操作· 基本數(shù)控車床操作（普通車削，步進(jìn)車削，錐度車削，圓弧車削，攻絲）· 一個螺栓制造（16 TPI 螺紋）在操作之前，進(jìn)行了一些測試，發(fā)現(xiàn)對有機玻璃加工的最佳工藝參數(shù)。發(fā)現(xiàn)的最佳值是：· 主軸轉(zhuǎn)速= 600r/min· 切屑深度= 0.6mm· 縱向進(jìn)給的工件的工具= 12 毫米/分鐘這些參數(shù)能夠提高有機玻璃棒的加工表面的粗糙度。因此，按上述要求進(jìn)行加工操作。下面給出了一種數(shù)控程序（單位：mm，乘法系數(shù)為 10）。程序（普通車削）。工作材料：有機玻璃。工作尺寸：圓柱形桿（長度= 150mm，直徑= 15mm）?！?N1 S500 M4· N2 G00 X00 Y00 Z00· N3 G00 X00 Y400 Z00· N4 G01 X-6 Y400 Z00 F80· N5 G01 X-6 Y00 Z00 F120· N6 M05· N7 M02結(jié)果與討論圖 18 顯示了基本的數(shù)控車床操作，圖中標(biāo)號 1,2,3,4,5 分別顯示了平面車削，步進(jìn)車削，錐形車削，圓弧轉(zhuǎn)彎和螺紋切削操作。通過車削的結(jié)果來看，所有的操作基本令人滿意。圖19 顯示了螺栓制造中涉及的操作。標(biāo)簽 1,2,3分別顯示了螺紋，分型和成品螺栓。選擇螺栓的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，制成 16 TPI 標(biāo)準(zhǔn)螺紋。然后將工件分開，并在砂光機中完成。為了確認(rèn)制造的準(zhǔn)確性，用螺母檢查成品螺栓。在螺栓上實現(xiàn)了螺母的完美運動。所有的操作都成功完成，也意味著數(shù)控機床車床附件概念設(shè)計和開發(fā)的成功。數(shù)控機床可以作為快速成型（RP）和相應(yīng)附件的車床。兩個附件都在同一臺數(shù)控機床上運行，數(shù)控機床又由相同的機電一體化控制器和相同的計算機接口 CAMSOFT 進(jìn)行操作。車床附件的設(shè)計是有挑戰(zhàn)性的，不影響數(shù)控機床相對于快速成型附件的配置是主要的制約因素。數(shù)控車床有四個軸（X，Y，Z 和主軸）。此次研究的數(shù)控車床刀具是靜止的，能夠垂直移動（在 Z 軸移動）普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計，加工操作是由床身根據(jù)所需的切屑深度在水平 Y 軸和 X 軸上實現(xiàn)。數(shù)控車床的主要優(yōu)點是使用刀具用于分型操作，其中可以使用相對較小的分型工具來分配相對較大直徑的工件，工具的垂直運動定為 Z 軸。因此，該機器可在快速成型和數(shù)控車床領(lǐng)域進(jìn)行研究工作。所以，目前的工作展示了多功能機的發(fā)展與概念設(shè)計。結(jié)論在此次包括主軸箱，尾架和刀架在內(nèi)的車床附件開發(fā)工作中，成功完成概念設(shè)計。本課題展示了對車床不同部件附件開發(fā)的相應(yīng)過程規(guī)劃和概念設(shè)計以及操作過程。現(xiàn)存的快速成型附件和此次開發(fā)的車床附件能使數(shù)控機床更具多功能化。因此可以進(jìn)一步研究兩個領(lǐng)域。數(shù)控機床是通過機電一體化控制技術(shù)和計算機接口 CAMSOFT 來實現(xiàn)操作。此次項目裝配完成的數(shù)控車床，能夠進(jìn)行各項車床操作既普通車削、步進(jìn)車削、錐度車削、圓弧車削、螺紋加工和螺栓制造。所以成功完成了數(shù)控機床的車床附件的開發(fā)。普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計附錄 2：外文原文普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計普通車床 CA6140 的控制系統(tǒng)設(shè)計