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)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，通過進(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) 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)； 用 交流變頻器 來控制主軸電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無級(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 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、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裝軸承座的部分。 溜板箱部分：全部拆除，在原來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，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：