裝配圖車床-CA6140車床主傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造設計

裝配圖車床-CA6140車床主傳動系統(tǒng)的數(shù)控化改造設計,裝配,車床,ca6140,傳動系統(tǒng),數(shù)控,改造,設計 CA 6140 型臥式車床的數(shù)控化改造 常州大學城機電職業(yè)技術(shù)學院 模具技術(shù)系 陳秀珍 [摘 要 ]本文主要介紹了 CA 6140 型臥式車床數(shù)控改造的系統(tǒng)配置及主要技術(shù)規(guī)格 , 闡述了車床的主傳動系統(tǒng)、進給 傳動系統(tǒng)及輔助機構(gòu)進行數(shù)控化改造的改造部位和方法。改造后的數(shù)控車床的加工能力、自動化水平和加工精度明顯 提高。 [關(guān)鍵詞 ]CA 6140 車床 工作原理 數(shù)控改造 數(shù)控化加工是機械加工行業(yè)朝高質(zhì)量、高精度、高成品率、 高效率發(fā)展的趨勢。結(jié)合我國實際國情 , 經(jīng)濟型數(shù)控車床是我國 從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺階。采用經(jīng)濟型數(shù) 控系統(tǒng)對普通機床進行改造 , 尤其適合我國機床擁有量大 , 生產(chǎn) 規(guī)模小的具體國情。我校為適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和教學 , 對 CA 6140 車床進行了數(shù)控化改造。投入使用后 , 加工零件精度高、尺寸一 致性好、自動化程度高 , 不僅增添了數(shù)控實習設備 , 改善了教學 條件 , 而且使用方便 , 改造費用低?，F(xiàn)將改造思路、方法介紹如 下 , 為普通車床的數(shù)控改造提供參考。 一、數(shù)控改造的系統(tǒng)配置及主要技術(shù)規(guī)格 綜合考慮結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試維修方便、工作可靠、成本低、易改 裝成功等因素 , 我們選用 S INUM ER IK 802S 數(shù)控系統(tǒng) , 該系統(tǒng) 標準配置包具備了所有的必要組成單元 : N C, PL C, 操作面板 , 機床控制面板 , 輸入 輸出單元及系統(tǒng)軟件。操作編程極其簡便、 性能價格比高 , 是專門為低端 CN C 機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型 CN C 控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)主要技術(shù)性能和參數(shù)如下 : 1、系統(tǒng)是由步進電機拖動的開環(huán)系統(tǒng) , 伺服驅(qū)動裝置主要 是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出 的進給指令脈沖 , 經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后 , 使步進電機轉(zhuǎn) 動 , 通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。其控制系統(tǒng)框圖如 圖 1 所示。 2、系統(tǒng)軟件具有若干指令。其中加工指令有直線、斜線、螺 紋、錐螺紋和圓弧等 5 條指令 , 可實現(xiàn)車削外圓、端面、臺階、割 槽、錐度、倒角、螺紋、順圓弧和逆圓弧等操作?？刂浦噶钣薪Y(jié)束 循環(huán)、暫停、延時、延時換刀、編碼換刀、通訊等 , 與加工指令配 合 , 可加工出各種較復雜的零件。 3、在規(guī)定的存取權(quán)限下可以通過 R S232 接口讀入 讀出相 應的文件。在存取權(quán)限允許的情況下可以傳送以下的數(shù)據(jù) : 選件 參數(shù)、機床數(shù)據(jù)、設定數(shù)據(jù)、刀具補償、零點偏移等數(shù)據(jù) ; 零件程 序 ; 開機調(diào)試數(shù)據(jù) ; 螺距誤差補償數(shù)據(jù) ; 標準循環(huán)等。 4、改造后的機床要求具有直線和圓弧插補功能 , 縱向脈沖 當量為 0. 01, 橫向脈沖當量為 0. 005, 改造后機床能完成一般車 削及加工任意錐面、球面、螺紋等 , 并具有刀架自動轉(zhuǎn)位及其他 輔助功能。 5、系統(tǒng)環(huán)境工作條件。溫度 - 10℃～ + 40℃ ; 濕度為 40% ～ 80%。 6、輸入電網(wǎng)電壓。交流 (220± 22)V ; 頻率為 50H z; 電流為 115A。 7、步進電機。 110BF003 型電機兩臺 , 驅(qū)動電壓為 110V ; 相 電流為 215A ; 步距角為 0. 75° 步 ; 靜力矩為 12N · m。 二、主傳動的數(shù)控化改造 在數(shù)控機床中 , 其主軸是最關(guān)鍵的部件 , 對機床精度起著至 關(guān)重要的作用。由于數(shù)控機床在實際生產(chǎn)中 , 并不需要在整個變 速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動 , 在 低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動。為了確保數(shù)控機床主軸低速時有較大的 轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大 , 將原機床的主傳動系統(tǒng)保留。 考慮到加工過程中當電網(wǎng)電壓和切削力矩發(fā)生變化時 , 電機的 轉(zhuǎn)速也會隨之波動 , 直接影響加工零件的表面粗糙度。因此為提 高加工精度 , 實現(xiàn)主軸自動無級變速 , 在主軸上增加了交流異步 電動機變頻調(diào)速系統(tǒng) , 從而不需進行機械換檔。 改造后的數(shù)控車床為了加工螺紋 , 在主軸后端安裝一個主 軸脈沖編碼器 , 為避免同軸安裝時的加工零件不能穿出車床主 軸孔缺點 , 此次改造采用異軸安裝。作為主軸位置的信號反饋元 件 , 異軸安裝時應注意主軸脈沖編碼器的引出軸與車床主軸按 1: 1 無間隙柔性聯(lián)接傳動 , 可采用同步齒型帶來聯(lián)接。使用中車 床主軸轉(zhuǎn)速不允許超過主軸脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速。 脈沖編碼器聯(lián)接方式如圖 2 所示 : 交流主軸電動機通過帶 輪把運動傳給主軸 , 主軸的運動經(jīng)過同步帶輪 1 和同步帶輪 2 以及同步帶帶動脈沖編碼器 , 使其與主軸同速運轉(zhuǎn) , 脈沖編碼器 用螺釘固定在主軸箱體上。 三、進給傳動的數(shù)控化改造 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)負責接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖指 —77— 科技信息 高校理科研究 令 , 并經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動機床運動執(zhí)行件實現(xiàn)預期的運動。其 橫向進給傳動系統(tǒng)是帶動刀架作橫向 (X 軸 ) 移動的裝置 , 它控 制工件的徑向尺寸 ; 縱向進給裝置是帶動刀架作軸向 (Z 軸 ) 運 動的裝置 , 它控制工件的軸向尺寸。 1、進給傳動鏈 在原車床床尾部裝上步進電動機及齒輪減速箱帶動原縱向 絲杠使溜板箱作 Z 軸進給運動 , 而保留機床的進給箱和溜板箱 等原有進給系統(tǒng) , 必要時仍可作為普通機床使用。進行數(shù)控加工 時 , 要合上開合螺母 , 脫開進給箱中的 M 5 離合器。橫向進給 (即 X 向 )由裝在床鞍后方 (操作者對面 ) 的步進電動機及其減速箱 傳動 , 數(shù)控加工時脫落蝸桿等橫向機動進給結(jié)構(gòu)要在空檔 (脫 開 )位置。進給傳動系統(tǒng)如圖 3 所示 : 1—縱向絲杠副 ; 2—橫向絲 杠副 ; 3、 6—步進電動機 ; 4、 5—齒輪減速器 2、滾珠絲杠螺母副的選用 為保證數(shù)控機床高的加工精度 , 其進給傳動系統(tǒng)要求有高 的傳動精度、高的靈敏度 (響應速度快 )、工作穩(wěn)定、有高的構(gòu)件 剛度及使用壽命、小的摩擦及運動慣量 , 并能清除傳動間隙。采 用滾珠絲杠副可以滿足上述要求 , 選用 W 1L 4006 外循環(huán)螺紋調(diào) 整預緊的雙螺母滾珠絲杠副 , 1 列 2. 5 圈 , 其額定動負載為 16400N , 強度足夠用 , 精度等級選為 5 級。其幾何參數(shù)如下 : 公 稱直徑 D 0 = 40mm , 導程 L 0 = 6mm , 螺紋升角 C= arctg L oPdo = 2° 44″。 鋼球直徑 DW = 3. 969mm , 螺桿內(nèi)徑 d= 35. 984mm。 支撐滾珠絲杠的軸承為 8107 型推力球軸承 , 幾何參數(shù)為 : d1= 35mm , 滾動體直徑 dQ = 6. 35mm , 滾動體數(shù)量 ZQ = 18。 3、減速齒輪傳動副設計 在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中齒輪傳動副的目的 : 一是降速 , 將伺服電動機的高速低轉(zhuǎn)矩輸出變?yōu)樨撦d要求的低速大轉(zhuǎn)矩 ; 二是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中占較小的比重 , 以保證精度。為了保證傳動精度 , 數(shù)控機床上使用的齒輪精度等 級都比普通機床高。在結(jié)構(gòu)上要能達到無間隙傳動 , 因而改造 時 , 機床主要齒輪必須滿足數(shù)控機床的要求 , 以保證機床加工精 度。 (1)縱向進給系統(tǒng)減速齒輪的設計計算 根據(jù)給定的縱向進 給脈沖當量 0. 001 mm , 滾珠絲杠導程 L 0= 6mm , 及初選的步進 電動機步距角 0. 75°可計算出傳動比 i= 360× 0. 010. 75× 6 = 0. 8 選取齒輪齒數(shù)為 Z1= 32、 Z2= 40, 模數(shù) m = 2。 (2)橫向進給減速齒輪系統(tǒng)減速齒輪的設計計算 減速齒輪 考慮到結(jié)構(gòu)上的原因 , 不使大齒輪直徑太大 , 以免影響到橫向溜 板的有效行程。故此處可采用兩級齒輪降速 : Z1= 24, Z2= 40, Z3 = 20, Z4= 25。 四、輔助機構(gòu)改造 1. 電動卡盤 為了提高經(jīng)濟性數(shù)控車床的加工效率 , 還可考慮采用電動 三爪自定心卡盤裝置 , 與數(shù)控裝置的控制電路相配合 , 能實現(xiàn)自 動夾緊 , 松開 , 提高加工過程的自動化程度。 2. 床身 為了使改造后的機床有較高的開動率和精度保持性 , 除盡 可能地減少電器和機械故障的同時 , 應充分考慮機床零件、部件 的耐磨性 , 尤其是機床導軌的耐磨性。當前國內(nèi)外數(shù)控機床的 床身等大件多采用普通鑄鐵。而導軌則采用淬硬的合金鋼材料 , 其耐磨性比普通鑄鐵導軌高 5 至 10 倍。據(jù)此 , 在改造中利用舊 床身 , 采用 GCR 15 軸承鋼淬硬到 HRC56- 62 制成導軌 , 用螺釘 和粘劑固定在鑄鐵床身上。粘接前的導軌工作表面采用磨削加 工 , 表面粗糙度 R a0. 8mm , 以提高粘接強度。 3. 自動換刀裝置 拆除原手動刀架和小拖板 , 安裝由微機控制的四工位電動 刀架。根據(jù)車床的型號及主軸中心高度 , 選用 LD 4— I型 4 工位 自動回轉(zhuǎn)刀架。該刀架體積小 , 重復定位精度高 , 適用于強力車 削并安全可靠。安裝時 , 去掉車床小拖板 , 置刀架于中拖板上 , 卸 掉電機風罩 , 逆時針方向轉(zhuǎn)動電機 , 或轉(zhuǎn)動軸承蓋處之內(nèi)六角螺 孔 , 使刀架轉(zhuǎn)動到 45°左右時 , 裝上螺釘 , 然后固定刀架即可。 4. 安全防護 高效必須以安全為前提。在機床改造中要根據(jù)實際情況采 取相應的措施 , 切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件 , 工作時要 嚴防灰塵特別是切屑及硬砂粒進入滾道。在縱向絲杠上也可加 整體鐵板防護罩。大拖板與滑動導軌接觸的兩端面要密封好 , 絕 對防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進入滑動面損傷導軌。 結(jié)束語 : 改造后的機床 , 其數(shù)控加工能力、自動化水平和加工精度明 顯提高 , 定位準確、可靠 , 操作簡便。投入實習工廠運行兩年多 來 , 沒有出現(xiàn)過較大故障。它不僅承擔學生的數(shù)控實訓 , 承擔生 產(chǎn)任務 , 更重要的是把技術(shù)先進性和經(jīng)濟合理性有機結(jié)合。 參考文獻 \[1 \]梁曉斌 . 機械設計簡明手冊 . 機械工業(yè)出版社 , 1990. \[2 \]畢承恩 . 現(xiàn)代數(shù)控機床 . 機械工業(yè)出版社 , 1991. \[ 3 \]高曉康 . 幾何精度設計和檢測 . 上海交通大學出版社 , 2002. \[4 \]張進生 , 房曉東 . 機械工程專業(yè)課程設計指導 . 機械工業(yè) 出版社 , 2003. \[ 5 \]中國機械工業(yè)教育協(xié)會 . 數(shù)控技術(shù) . 機械工業(yè)出版社 , 2004. —87— 科技信息 高校理科研究 太原工業(yè)學院 CA6140普通車床的數(shù)字化改造 目 錄 摘要 ……………………………………………………………2 1、數(shù)控機床改造的意義………………………………………………3 2、CA6140車床簡介…………………………………………………4 2.1 CA6140車床概述………………………………………………………4 2.2 CA6140車床的加工范圍及特點………………………………………6 2.3 CA6140車床的傳動系統(tǒng)分析………………………………………7 3、縱向進給系統(tǒng)的分析………………………………………………9 設計心得 ……………………………………………………23 參考文獻 ……………………………………………………24 摘要 我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3%。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%。我國機床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60%以上）?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。 物競天擇，一些不適應社會發(fā)展在機床必將被淘汰，所以實施機床的數(shù)控化改造是機械行業(yè)在必然趨勢。通過搜集資料、實踐研究等方法對機床就行改造即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價值。而這也將極大的推動中國機械行業(yè)的發(fā)展。? 經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機床改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：機床的數(shù)控化改造可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵字：機床、數(shù)控化、改造、意義 1、 數(shù)控機床改造的意義 （1）、機床現(xiàn)狀 我國是生產(chǎn)和使用機床最多國家之一,現(xiàn)有金屬切削機床400萬臺左右，但現(xiàn)有的機床大多數(shù)服役年限較長,設備陳舊落后,功能嚴重不足,運運不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。 （2）、技術(shù)分析 在過去的幾十年,金屬切削機床的基本動作是原理變化不大。如今科學技術(shù)發(fā)展很快,特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，應用到機床控制系統(tǒng)上,不但能提高機床的自動化程度,而且能提高加工精度和表面質(zhì)量。近年來,我國已經(jīng)積極開展了對機床數(shù)控化再制造技術(shù)的研究,如武漢華中數(shù)控公司先后完成了50多家企業(yè)數(shù)百臺設備的數(shù)控化在制造。實踐證明。改造的機床滿足了科學技術(shù)的發(fā)展需要,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度,增大了設備的適應能力和型面的加工范圍(曲面、各種螺紋的加工等),利用日臻完善的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)及配套部件改造現(xiàn)有的普通機床的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。 （3）、市場分析 國內(nèi)資料分析,訂購新的數(shù)控機床的交貨周期一般較長,往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機床能夠適應市場對產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應用,機床的數(shù)控化改造已成為滿足市場需求的主要補充手段,對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。 （4）、經(jīng)濟分析 由于新型機床價格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機床設備全部用新型機床替換。要花費大量的資金,而替換下的機床又會閑置起來造成巨大浪費,若采用數(shù)控技術(shù)對舊機床加以改造和購買機床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能裝置的1/3到1/5。一般用戶都能承擔的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開辟了新路,也對實力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。 （5）、生產(chǎn)分析 在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中,中小批量甚至單件生產(chǎn),個性化的產(chǎn)品占有相當大的比重,尤其是我國加入世貿(mào)組織后,成為世界性的加工基地,產(chǎn)品出口的增長迅速,從低附加值、勞動密集型產(chǎn)品逐步過度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數(shù)控機床起了重要的作用。數(shù)控機床是最能適應這種生產(chǎn)需要的。 （6）、重要性分析 以數(shù)控機床為代表的現(xiàn)代基礎機械是制造實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設備，數(shù)控技術(shù)水平的高低和機床的數(shù)控化率，數(shù)控設備的擁有量已成為衡量一個國家現(xiàn)代工業(yè)化水平的重要標志。 （7）、綜合分析 數(shù)控技術(shù)用于機床的改造是建立在微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎上，具有高可靠性、柔性強，易于實現(xiàn)機電一體化、經(jīng)濟性可觀等特點。為此，在舊機床上進行數(shù)控化改造可以提高機床的使用性能、降低生產(chǎn)成本、用較少的資金投入而得到較大的經(jīng)濟效益。 2、CA6140車床簡介 CA6140車床是一種機械結(jié)構(gòu)比較復雜而電氣系統(tǒng)簡單的機電設備，是用來進行車削加工的機床。在加工時，通過主軸和刀架運動的相互配合來完成對工件的車削加工。車床的種類很多，按其用途和結(jié)構(gòu)的不同，可分為臥式車床、落地車床、立式車床、仿形車床、轉(zhuǎn)塔車床、多刀半自動車床、自動車床等。 2.1 CA6140車床概述 一、機床的組成和主要技術(shù)參數(shù) 1、機床的組成 CA6140車床的主要組成部件由圖1所示。 圖1 CA6140車床外形圖 1—主軸箱 2—刀架 3—尾座 4—床身 5—右床腿 6—溜板箱 7—左床腿 8—進給箱 6—溜板箱 7—左床腿 8—進給箱 （1）、主軸箱 主軸箱1是一部件，由箱體、主軸、傳動軸、軸上傳動件、變速操縱機構(gòu)、潤滑密封件等組成。主軸通過前端的卡盤或者花盤帶動工件完成旋轉(zhuǎn)作主運動，也可以安裝前尖頂通過撥盤帶動工件旋轉(zhuǎn)。 （2）、刀架 四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導軌縱向移動，從而帶動刀具縱向移動，用來車外圓、鏜內(nèi)孔等。而中滑板相對于縱滑板作橫向移動，用來帶動刀具加工端面、切斷、切槽等。小滑板可相對中滑板改變角度后帶動刀具斜進給，用來車削內(nèi)外短錐面。 （3）、尾座 尾座3可沿其導軌縱向調(diào)整位置，其上可安裝頂尖支撐長工件的后段以加工長圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調(diào)整，用于加工小錐度的外錐面。 （4）、進給箱 進給箱8內(nèi)裝有進給運動的傳動及操作裝置，通過改變進給量的大小，可改變所加工螺紋的種類及導程。 （5）、床身及床腿 床身4是機床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安裝著機床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準確位置。床身上面有縱向運動導軌和尾座縱向調(diào)整移動的導軌。 （6）、溜板箱 溜板箱6與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱內(nèi)裝有縱、橫向機動進給的傳動換向機構(gòu)和快速進給機構(gòu)等。 2、CA6140車床的主要技術(shù)參數(shù)，如表1。 表1 CA6140車床的主要技術(shù)參數(shù) 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 400mm 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 210mm 最大工件長度 1000mm 主軸中心至床身平面導軌距離 205mm 最大車削長度 650、900、1400mm 主軸孔徑 48mm 主軸轉(zhuǎn)速 正轉(zhuǎn)（24級） 10～1400r/min 反轉(zhuǎn)（12級） 14～1580r/min 刀架縱向及橫向進給量 各64種 縱向 一般進給量 0.08～1.59mm 小進給量 0.028～0.054mm 加大進給量 1.71～6.33mm 橫向 一般進給量 0.04～0.79mm 小進給量 0.014～0.027mm 加大進給量 0.86～3.16mm 刀架縱向快速移動速度 4m/min 車削螺紋范圍 米制螺紋（44種） 1～192mm 英制螺紋（20種） 2～24牙/in 模數(shù)螺紋（39種） 0.25～48mm 經(jīng)節(jié)螺紋（37種） 1～96牙/in 主電動機 功率 7.5kw 轉(zhuǎn)速 1450r/min 快速電動機 功率 250kw 轉(zhuǎn)速 2800r/min 2.2 CA6140車床的加工范圍及特點 一、加工范圍 CA6140車床的工藝范圍很廣，它能完成車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車削端面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。其典型表如圖2所示。CA6140車床主運動由工件隨主軸旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，而進給運動由刀架的橫向動來完成。由于機械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。車床的工藝范圍又較廣泛，因此CA6140車床使用十分廣泛。 圖2車床加工的典型零件 二、CA6140車床的加工特點 （1）、加工范圍較大。 （2）、加工時，主運動是工件和旋轉(zhuǎn)運動，進給運動是刀具的縱向和橫向移動。 （3）、正常情況下，在車削加工過程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。 （4）、在車削加工過程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以CA6140在加工過程中一般可以不使用切削液。 （5）、在一般情況下，這種機床多用于粗加工和半精加工。 2.3 CA6140車床的傳動系統(tǒng)分析 CA6140車床的傳動西統(tǒng)，由主運動傳動系統(tǒng)、車螺紋進給傳動系統(tǒng)組成，見圖3。 圖3 CA6140車床主運動傳動系統(tǒng)圖 一、主運動傳動系統(tǒng) 1.傳動路線表達式 寫傳動路線表達式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過中間傳動件將末端件聯(lián)系起來，對于CA6140型臥式車床主運動傳動鏈來說，即從主電動機經(jīng)Φ130mm帶輪帶動Φ230mm帶輪，從而帶動Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1，M1向左結(jié)合，左邊的z51、z56雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動，通過兩對傳動副「，」傳動Ⅱ軸實現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。M向右結(jié)合，由z50與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動，z50通過Ⅶ軸z34傳動Ⅱ軸上的z30實現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。M1處于中間，則Ⅰ軸空轉(zhuǎn)，即不傳動左邊的z51和z56，也不傳動右邊的z50，Ⅱ軸的運動通過Ⅱ——Ⅲ軸之前的三對傳動副「，，」傳動Ⅲ軸，Ⅲ軸有兩條路線可傳動主軸，即通過Ⅵ 軸上的M，M向左滑移至z63與z50嚙合，使得Ⅲ軸通過﹝，﹞ 直接傳動主軸Ⅵ軸，實現(xiàn)主軸高速轉(zhuǎn)動，即為450～1400r/min;若M向右結(jié)合，Ⅲ軸通過﹙，﹚傳動Ⅳ軸，Ⅳ軸通過﹝，﹞傳動Ⅴ軸，Ⅴ軸通過 傳動Ⅵ軸（主軸） 二、車螺紋進給傳動系統(tǒng) CA6140型臥式車床的螺紋進給傳動系統(tǒng)可車削米制，模數(shù)制，英制和徑節(jié)制4種標準螺紋，另外還可以加工大導程螺紋，非標準螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。 車制螺紋時，刀架通過車螺紋傳動鏈得到運動，兩端件——主軸，刀架之間必須保持嚴格的運動關(guān)系，即主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具移動一個被加工螺紋的導程L。車螺紋傳動鏈運動平衡式為： =L 式中U為主軸至絲杠間全部傳動機構(gòu)的總傳動比；L絲為機床絲杠的導程，CA6140型車床的絲杠導程L絲=12mm；L為工件螺紋的導程（mm）。 三、縱向、橫向進給機構(gòu) 車削內(nèi)、外圓柱表面時，可使用機動的縱向進給車削端面時，可使用機動的橫向進給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動鏈的精度，機動進給傳動鏈不用絲杠及開合螺母傳動。機動進給是由光杠XIX經(jīng)溜板箱傳動。從主軸VI至進給箱軸XVII上滑移齒輪Z28處于左位，使 脫開，從而切斷進給箱與絲杠的聯(lián)系。運動由齒輪副及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠XIX，再由光杠通過溜板箱中的傳動機構(gòu)，分別傳至齒輪齒條機構(gòu)或橫向進給絲杠XXVII，使刀架做縱向或橫向機動進給。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器及分別用于縱、橫向機動進給運動的接通、斷開及控制進給方向。CA6140型臥式車床可以通過4種不同的傳動路線來實現(xiàn)機動進給運動，從而獲得縱向和橫向進給量各64種。以同樣傳動路線傳動時，橫向進給量為縱向進給量的一半。 1.縱向機動進給量(32種) 2.橫向機動進給量(64種) 橫向機動進給量為縱向機動進給量的一半。 四、刀架的快速移動 在CA6140車床上加工零件時，為了縮短輔助時間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實現(xiàn)機動縱向、橫向快速移動。按下快速移動按鈕（點動控制），快速電機（0.25kw，2800rpm）經(jīng)齒輪副13/29使軸XX高速轉(zhuǎn)動，再經(jīng)蝸桿副4/29及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，使刀架實現(xiàn)縱向或橫向的快速移動，快速移動的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器M8及M9控制。 3、縱向進給系統(tǒng)的設計 縱向（Z軸）進給系統(tǒng)改造 縱向進給傳動系統(tǒng)的改造如圖2 所示?？v向步進電機1 通過一對減速齒輪2 把動力傳遞給縱向滾珠絲杠3，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺4 做往復移動。原車床的進給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸6 通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2 個互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來，結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附加應力。如圖3 所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承支承座4，通過一對深溝球軸承1 實現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母（圖中未畫出） 實現(xiàn)滾珠絲杠的預拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動，三點支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進電機通過消隙齒輪2 減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6 與絲杠3 （見圖2）聯(lián)接，固定銷3 防止減速器轉(zhuǎn)動。 圖2 　縱向進給系統(tǒng)圖 1. 縱向步進電機　2. 減速齒輪　3. 縱向滾珠絲杠　4. 工作臺 5. 套筒聯(lián)軸器　6. 支撐軸 圖3 　縱向步進電機裝配圖 1. 深溝球軸承　2. 消隙齒輪　3. 固定銷　4. 滑動軸承支承座　 5. 圓螺母　6. 套筒聯(lián)軸器 滾珠絲杠3 （見圖2） 仍安裝在原滑動絲杠的空間位置，其螺母副通過支架1 （見圖4） 安裝在床鞍的底部，如圖4 所示。支架做成可移動的形式方便裝配，絲杠位置調(diào)整好后，由螺釘擰緊。 圖4 　縱向滾珠絲杠裝配圖 1．支架　2. 絲杠托架　3. 縱向滾珠絲杠　4. 絲杠防護罩　 5. 大拖板 6. 過渡板 縱向進給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設計、步進電機的確定等。 操作步驟為：拆除原CA6140車床的傳動機構(gòu)（進給箱、溜板箱、傳動絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進電機減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進給機構(gòu)整體剛性優(yōu)于從前，所以采用一級齒輪減速裝置。 已知條件，如表2： 表2 已知條件 最大工件直徑 /mm 最大工件長度 /mm 溜板及刀架重量 /mm 刀架快移速度 m/min 最大進給速度 m/min 定位精度 mm 主電動機功率 /kw 起動加速時間 /ms 滾珠絲杠導程 /mm 床身上 床鞍上 1000 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 400 210 800 600 2.4 1.2 0.5 025 ±0.015 7.5 30 6 5 根據(jù)機床精度要求選擇脈沖當量，縱向：0.01mm/步，橫向為縱向的一半，即0.005mm/步。 一、切削力的計算 車床的主電動機最大切削功率P=PηK 式中 P——主電動機功率，CA6140車床P=7.5KW η——主傳動系統(tǒng)效率，一般為0.6～0.7，取η=0.65 K——進給系統(tǒng)功率總效率 取K=0.96 ∴P=7.5×0.65×0.96=4.68KW 又∵切削力P= 式中 F——主切削力（N） V——最大切削速度（m/min）。按用硬質(zhì)合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min 在外圓車削中：F=（0.15～0.7）F=2808×0.6=1684.8N F=（0.1～0.6）F=2808×0.5=1404N 二、滾珠絲杠副的設計及選型 1、滾珠絲杠副的工作原理及特點 在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）?；芈饭艿?將滾珠3引回，構(gòu)成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。 圖4 滾珠絲杠副 1-壓塊 2-擋珠器 3-滾珠 4-螺紋滾道 5-回路管道 6-螺母 7-絲杠 （1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點： ①、傳動效率高：滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η=0.92～0.94，是普通滑動絲杠的34倍（η=0.20～0.40）。 ②、摩擦力小：因靜、動摩擦因數(shù)小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。 ③、可預緊：經(jīng)預緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。 ④有可逆性：因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運動，也可將直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。 ⑤、使用壽命長：滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。 因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （2）、滾珠絲杠副的缺點是： ①、制造工藝復雜，成本高：滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復雜。 ②、不能實現(xiàn)自鎖：由于起摩擦因數(shù)小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。 2、滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。 3、滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結(jié)構(gòu)并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時，應注意調(diào)整絲杠間隙，可用百分表測出具體的間隙所在。 4、珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負載必小于滾珠絲杠的額定動負載Cm(N)即必須滿足C

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