机电一体化系统设计课程设计指导书 第六章 机电一体化系统设计实例.pdf

第六章 机电一体化系统设计实例 6.1 卧式车床数控化改造设计 6.2 数控车床 自动回转刀架机电系统设计 6.3 X-Y数控工作台机电系统设计 6.4 波轮式全 自动洗衣机机电系统设计 n 在本章，作者结合多年的教学、科研与生产 实践，提供了四个典型的机电一体化产品的综合 设计实例。包括普通车床的数控化改造设计、数 控车床 自动回转刀架的机电系统设计、X-Y数控工 作台的机电系统设计、波轮式全自动洗衣机的机 电系统设计。这些选题将教学与生产实践紧密结 合，有很强的针对性。在这些实例中，对机械传 动系统均给出了详细的设计步骤和具体的设计方 法，对控制系统也给出了实用的控制电路，并对 I/O接口进行了编程示范。通过对这些实例的学习， 设计者能够尽快地进入设计工作，圆满地完成课 程设计任务。 第一节 卧式车床数控化改造设计 n 普通车床 （如C616/C6132、C618/C6136、 C620/C6140、C630等）是金属切削加工最常用 的一类机床。C6140普通车床的结构布局如图 6-1所示。当工件随主轴回转时，通过刀架的 纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面、圆锥 面、端面、螺纹面等，借助成型刀具，还能加 工各种成形回转表面。 图6-1 C6140普通车床的结构布局 1-床脚 2-挂轮 3-进给箱 4-主轴箱 5-纵溜板 6-溜板箱 7-横溜板 8-刀架 9-上溜板 10-尾座 11-丝杠 12-光杠 13-床身 普通车床刀架的纵向和横向进给运动，是由主轴回 转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或 丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。进给参 数依靠手工调整，改变参数时需要停车。刀架的纵向进 给和横向进给不能联动，切削次序需要人工控制。 对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向 进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系 统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。这样，利 用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切 削加工。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具 都可按程序自动进行调节和更换，再加上纵、横向的联 动进给功能，所以，改造后的车床就可以加工出各种形 状复杂的回转零件，并能实现多工序集中车削，从而提 高生产效率和加工精度。 一、设计任务 题 目：C6140普通车床数控化改造设计 任务：将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： （1）床身上最大加工直径400 mm ； （2 ）最大加工长度1000 mm ； （3 ）X方向(横向) 的脉冲当量δx 0.005 mm/脉冲, Z方向(纵向)δz 0.01 mm/脉冲； （4 ）X方向最快移动速度vxmax 3000 mm/min ，Z方 向为vzmax 6000 mm/min ； （5 ）X方向最快工进速度vxmaxf 400 mm/min ，Z方向 为vzmaxf 800 mm/min ； （6 ）X方向定位精度± 0.01 mm ，Z方向± 0.02 mm ； （7 ）可以车削柱面、平面、锥面与球面等； （8 ）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与 锥螺纹，最大导程为24 mm ； （9 ）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀； （10) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出 主轴有级变速与无级变速信号； （11) 自动控制冷却泵的启/停； （12)安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开； （13)纵、横向安装限位开关； （14)数控系统可与PC机串行通信； （15)显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代 码。 二、总体方案的确定 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统 的类型、数控系统CPU 的选择，以及进给传动方式和执行机 构的选择等