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1、 成都紡織高等?？茖W(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院 C6140車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 班級(jí)： 機(jī)設(shè) 112班 姓名 ：蒲顯東、李純偉、楊偉林、楊啟東、杜卿瑋 一、 C6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì) 二、總體方案的確定 三、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案 1主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案 2安裝電動(dòng)卡盤 3換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 4螺紋編碼器的安裝方案 5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案 四、進(jìn)給傳動(dòng)部件的選型 1脈沖當(dāng)量的確定 2滾珠絲杠螺母副的選型（縱向） 3. 同步帶減速箱的設(shè)計(jì)（縱向） 五 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 六 、進(jìn)給伺
2、服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 引 言 普通車床（如 C616/C6132、 C618/C6136、 C620/C6140、 C630等）是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。當(dāng)工件 隨主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)刀架的縱向和橫向移動(dòng)，能加工 出內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等，借助成型 刀具，還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。 圖 C6140普通車床的結(jié)構(gòu)布局 1-床腳 2-掛輪 3-進(jìn)給箱 4-主軸箱 5-縱溜板 6-溜板箱 7-橫溜板 8-刀架 9-上溜板 10-尾座 11-絲杠 12-光杠 13-床身 車床數(shù)控化改造，顧名思義就是在車床上增加微型 計(jì)算機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)
3、化能力， 以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝要求。 CNC系統(tǒng) 伺服系統(tǒng) 變頻器主軸控制 機(jī)床本體 CNC 變頻器 驅(qū)動(dòng)器 伺服電機(jī) 普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是 由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱 變速后，由光桿或絲桿帶動(dòng)溜板箱、縱溜板以 及橫溜板產(chǎn)生移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)依靠手工調(diào)整， 改變參數(shù)時(shí)需要停車。刀架的縱向進(jìn)給和橫向 進(jìn)給不能聯(lián)動(dòng)，切削次序需要人工控制。 對(duì)普通車床 進(jìn)行數(shù)控化改造， 主要是將縱向和 橫向進(jìn)給系統(tǒng)改 成用微機(jī)控制的、 能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn) 給伺服系統(tǒng)；將 手動(dòng)刀架換成能 自動(dòng)換刀的電動(dòng) 刀架。 一、 C6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)
4、主要 技術(shù)指標(biāo) 如下： （ 1）床身上最大加工直徑 400 mm； （ 2）最大加工長(zhǎng)度 1000 mm； （ 3） X方向 (橫向 )的脈沖當(dāng)量 x = 0.005 mm/脈沖 , Z方向 (縱向 ) z = 0.01 mm/脈沖； （ 4） X方向最快移動(dòng)速度 vxmax = 3000 mm/min， Z方向 為 vzmax = 6000 mm/min； （ 5） X方向最快工進(jìn)速度 vxmaxf = 400 mm/min， Z方向 為 vzmaxf = 800 mm/min； （ 6） X方向定位精度 0.01 mm， Z方向 0.02 mm （ 7）可以車削柱
5、面、平面、錐面與球面等； （ 8）安裝螺紋編碼器，可以車削公 /英制的直螺紋與 錐螺紋，最大導(dǎo)程為 24 mm； （ 9）安裝四工位立式電動(dòng)刀架，系統(tǒng)控制自動(dòng)選刀； （ 10)自動(dòng)控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出 主軸有級(jí)變速與無(wú)級(jí)變速信號(hào)； （ 11)自動(dòng)控制冷卻泵的啟 /停； （ 12)安裝電動(dòng)卡盤，系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開； （ 13)縱、橫向安裝限位開關(guān)； （ 14)數(shù)控系統(tǒng)可與 PC機(jī)串行通信； （ 15)顯示界面采用 LED數(shù)碼管，編程采用 ISO數(shù)控代 碼。 總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、 進(jìn)給伺服系
6、統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng) CPU的選擇， 以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 二、總體方案的確定 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成 連續(xù)控制型。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)常采用步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制系 統(tǒng)。 8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的 CPU。 （ 5）用摩擦力小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺 母副 （ 6）計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了圓整脈 沖當(dāng)量，可能需要減速輪副，且應(yīng)有消間 隙機(jī)構(gòu)。 （ 7）選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡 盤，選擇螺紋編碼器等。 1主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案 三、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案 保留原有的主傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱 機(jī)構(gòu) 用 2速的多速電動(dòng)機(jī)代替原有的單速主電動(dòng)機(jī)；
7、 用 交流變頻器 來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速 采用有級(jí)變速時(shí)，可選用 7.5kW變極多速 三相異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn) 2檔變速 ； 選 用電動(dòng)三爪自定心卡盤 2安裝電動(dòng)卡盤 3換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 選用四工位立式電動(dòng)刀 架 。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀需要 配置相應(yīng)的電路，由數(shù) 控系統(tǒng)完成。 4螺紋編碼器的安裝方案 它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。 5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案 （ 1）拆除掛輪架所有齒輪，在此尋找主軸 的同步軸，安裝螺紋編碼器。 （ 2）拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向 進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與同步帶減速箱總成。 （ 3）拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條 ，在縱溜板
8、的下面安裝縱向滾珠絲杠的螺 母座與螺母座托架。 （ 4）拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜 板上方安裝四工位立式電動(dòng)刀架。 （ 5）拆除橫溜板下的滑動(dòng)絲桿螺母 副，將滑動(dòng)絲桿靠刻度盤一段（長(zhǎng) 216 mm）鋸斷保留，拆掉刻度盤上 的手柄，保留刻度盤附近的兩個(gè)推力 軸承，換上滾珠絲杠副。 （ 6）將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)法 蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上， 并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。 （ 7）拆去三桿（絲桿、光桿與操縱 桿），更換絲桿的右支承。 其 公稱直徑為 40 mm，基本導(dǎo)程為 6 mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為 3 2 = 6 圈，精度等級(jí)取 4級(jí)，額定動(dòng)載荷為 13200 N，滿足要
9、求。 初選型號(hào) 四、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型 控制系統(tǒng)的操作面板布置如圖所示。面板設(shè)置了 48個(gè)微動(dòng)按鍵， 三個(gè)船形開關(guān)，一只急停按鈕，顯示器包括 1組數(shù)碼顯示管和 7只發(fā) 光二極管。 圖 車床數(shù)控系統(tǒng)操作面板布置圖 六、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 螺紋編碼器通常有兩種安裝形式 ：同軸和異軸安裝。 X向步進(jìn)電機(jī)的型號(hào) 110 BYG 5802， Z向步進(jìn) 電機(jī)的型號(hào)為 130 BYG 5501. 七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用 為 5相混合式， 5線輸出，電機(jī)供電電壓 DC120 310V，電流 5A，驅(qū)動(dòng)器型號(hào) BD5A 1
10、、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖 發(fā)生器。 進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與 齒輪減速箱總成絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠， 滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。 溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架 和螺母以及部分操作按鈕。 橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫 向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安 裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。 刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成 。 八、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 2、進(jìn)給
11、伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型 等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示： 1、確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量 ,它是衡量數(shù)控機(jī) 床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此 ,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定。 2、縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇 （ 1）滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。滾珠絲杠副 的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖所示 3、橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一 般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床 大拖板連接起來(lái)，以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。 4滾珠絲杠螺母副的精度等級(jí)： 數(shù)控機(jī)床根據(jù)定位精度的要求通常選用 1---5級(jí)精度的滾珠絲杠， 1---5級(jí)精度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示：
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