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題目四 C6132普通車床的數(shù)控改造設(shè)計 1. 設(shè)計目的：通過C6132普通車床的數(shù)控改造，使學(xué)生們掌握普通機床改造的方法，具有靈活運用相關(guān)知識的能力； 2. 設(shè)計內(nèi)容及要求：C6132型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。本設(shè)計任務(wù)是對C6132普通車床進行數(shù)控改造。利用微型計算機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(huán)控制．縱向脈沖當(dāng)量為0.01mm／脈沖．橫向脈沖當(dāng)量為0.005mm／脈沖，驅(qū)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。 3. 設(shè)計成果： 1）電動機的選取 2）相關(guān)硬件電路圖 普通車床數(shù)控改造——C6132總體設(shè)計及橫向進給設(shè)計 機械設(shè)計制造及其自動化 摘要 本次設(shè)計是對普通車床C6132的數(shù)控化改造。主要包括：主傳動系統(tǒng)的改造、進給系統(tǒng)的改造、導(dǎo)軌和刀架的改造，以及控制系統(tǒng)改造。結(jié)果表明，改造后的車床具有自動化程度高、精度高等優(yōu)點，并且降低了成本，提高了原機床的使用價值。 關(guān)鍵詞：車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 數(shù)控系統(tǒng) 一、總體方案擬定 數(shù)控車床主要用于軸類、盤類零件的加工, 能自動完成外圍柱面、內(nèi)孔、錐面、圓弧面、螺紋等工序的粗細加工, 并能在圓柱面或端面上進行銑槽、鉆孔、鉸孔等工作, 可以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件在預(yù)先加工好定位基面后, 一次裝夾下完成從毛坯到成品的全部工序。因此能夠極大的提高生產(chǎn)率。C6132車床主要用于對小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工。 數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)改造要求： 在改造中應(yīng)盡可能保留原機床結(jié)構(gòu)。主傳動系統(tǒng)中保留主軸箱內(nèi)滑移齒輪變速機構(gòu)，取消原操作手柄，實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止，改由數(shù)控系統(tǒng)直接控制主電機，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出M03指令后，主電機正轉(zhuǎn)，通過傳動系統(tǒng)實現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)?？v、橫進給系統(tǒng)均采用交流伺服電動機。用滾珠絲杠螺母機構(gòu)代替普通的滑動絲杠螺母機構(gòu),具有摩擦力小,運動靈敏, 無爬行現(xiàn)象, 也可以進行預(yù)緊, 以實現(xiàn)無間隙傳動,傳動剛度好,反向時無空程死區(qū)等特點?？商岣邆鲃泳取?dǎo)軌需沿用原機床的導(dǎo)軌，但因起精度較低，不適合數(shù)控機床。因而在原導(dǎo)軌上粘接四氟乙烯軟帶，使其有良好的耐摩性和較小的摩擦阻力，能預(yù)防爬行并具有自潤滑性。將原刀架和小托板拆除，將車床刀架換為四工位電動刀架，將刀架調(diào)整好高度安裝在中拖板上，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制，減少輔助時間，提高效率。為保證加工螺紋時縱向進給運動與主軸的回轉(zhuǎn)運動有嚴(yán)格的運動關(guān)系，需要在主軸尾部安裝主軸脈沖發(fā)生器。主軸脈沖發(fā)生器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的脈沖信號，使數(shù)控系統(tǒng)控制刀架的縱向移動量。 二、主要改造內(nèi)容 （一）、伺服控制系統(tǒng)的選擇 因要求改造后的車床為經(jīng)濟型數(shù)控車床。所以在保證具有一定加工精度的前提下，從改造成本考慮。應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本?？刹梢圆竭M電動機為驅(qū)動裝置的開環(huán)系統(tǒng)，但是考慮到加工精度的要求，應(yīng)采用以伺服電動機為驅(qū)動的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的環(huán)路短，剛性好，較容易獲得較高的精度和速度，目前大多數(shù)數(shù)控機床都采用半閉環(huán)系統(tǒng)，而隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，伺服電動機生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)中就把電機和檢測元件直接安裝在一起，形成成套的產(chǎn)品，極大的方便了用戶，省去了安裝調(diào)整誤差。（半閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖1所示） 檢測器 執(zhí)行件 伺服放大器 伺服電機 減速箱 脈沖指令 比較線路 圖1 半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖 （二）、機械部分改造 1.床頭箱部分 保留主軸箱內(nèi)的滑移齒輪，取消操作手柄。將原床身的掛輪、進給箱及內(nèi)部傳動齒輪系統(tǒng)去除，其余部分保持不變。在該處安裝縱向伺服電動機與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作桿（“三桿”）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原來裝軸承座的部分。 并在主軸箱后端安裝光電編碼器。編碼器的安裝方式有兩種，一種是安裝，另一種是異軸安裝。因為原機床主動掛輪與主軸傳動比為1:1，所以可將編碼器安裝于原機床主動掛輪處。這種安裝方式較簡單，易安裝。 2.進給系統(tǒng)（橫向）的改造 將車床溜板箱拆除，在原處安裝滾珠絲杠螺母座，絲杠螺母固定在其上。將橫溜板中的普通絲杠、螺母拆除，在該處安裝橫向進給滾珠絲杠螺母副， 伺服電機與絲杠間采用一級減速器聯(lián)接, 以縮小傳動鏈, 提高系統(tǒng)剛度, 并減少傳動鏈誤差。橫向伺服電動機與齒輪減速器總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠通過膜片聯(lián)軸器相連。膜片聯(lián)軸器的特點是易平衡，不需潤滑。結(jié)構(gòu)簡單，有一定的補償性能和緩沖性能。因其尺寸較大，故可將其放在減速箱內(nèi)。 橫向滾珠絲杠選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副。型號為FFZL2505-3【1】,其公稱直徑d0 =25mm、基本導(dǎo)程L0=5mm 。滾珠絲杠的支撐方式選用兩端固定式，其傳動精度高，并有較好的剛度。適合于距離不長的場合。滾珠絲杠需要預(yù)緊，其大小約為軸向力的三分之一。 減速箱齒輪傳動初定傳動比為2，可取Z1=24 則Z2=48,齒寬B=16.在設(shè)計齒輪傳動時，為了提高傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。數(shù)控機床進給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于變向狀態(tài),反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隔,就會使進給運動的反向滯后于指令信號,從而影響其傳動精度,因此24/48這一對齒輪還必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙,以提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度。齒輪間隙的調(diào)整采用圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒法來實現(xiàn),其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 　 圖2 齒輪間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)圖 圖中,在2 個薄片齒輪1 和2 上裝有螺紋的凸耳4 和8 ,彈簧的一段鉤在凸耳4上,另一端鉤在螺釘5 上。彈簧3 所受的張力大小可用螺母6 來調(diào)節(jié)螺釘5 的伸出長度,調(diào)整好后再用螺母7 鎖緊。 在選擇伺服電機時應(yīng)考慮以下幾點：a、慣量匹配，即0.25≤Jd/Jm≥1， 其中Jd為折算到到電動機的負載慣量，Jm為電動機轉(zhuǎn)動慣量。b、轉(zhuǎn)矩伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實際需要，但是不需要留有過多的余量，因為一般情況下，其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3 倍。c、短時間特性(加減速轉(zhuǎn)矩)，工作負載轉(zhuǎn)矩大于電動機加減速轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)以上原則，取電動機型號為1FT5066-0A01△【2】 3.導(dǎo)軌及刀架改造 因原機床的導(dǎo)軌精度不能滿足數(shù)控機床的要求。但改造的原則是盡量保持原機床的部件。故只能將導(dǎo)軌加以利用。導(dǎo)軌表面貼塑的方法可使得導(dǎo)軌精度提高。因此可在導(dǎo)軌上加四氟乙烯軟帶。其特點是，摩擦系數(shù)低，運動平穩(wěn)，可吸收震動，維修方便，損壞后更換容易。在本次設(shè)計中采用美國霞板公司研制的德爾賽塑料導(dǎo)軌軟帶。 數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。根據(jù)加工對象，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀架部要進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度（一般位0.001～0.005mm） 考慮經(jīng)濟性以及利于普通車床數(shù)控化改造，本設(shè)計采用四方回轉(zhuǎn)刀架。并設(shè)計成螺旋升降式四方回轉(zhuǎn)刀架。 (三)、數(shù)控系統(tǒng)的選擇 機床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機床的控制核心，隨著機床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，提高了數(shù)控機床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機床已在機械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、華中數(shù)控系統(tǒng)等，本設(shè)計為經(jīng)濟行數(shù)控車床，只要滿足設(shè)計要求功能及精度即可。通過比較，國內(nèi)的華中數(shù)控系統(tǒng)不僅能達到要求，并且價格便宜，是數(shù)控機床的改造的首選系統(tǒng)，根據(jù)功能要求，選擇華中HNC-21TF型數(shù)控系統(tǒng)。 三、 結(jié)論 經(jīng)過改造后的機床如下圖所示，經(jīng)過理論和實踐證明改造后的車床不僅工藝范圍廣而且具有較高的自動化程度和精度，其理論定位精度可達到X軸0.020 mm，Z軸0.035 mm，重復(fù)定位精度X軸0.015 mm，Z軸0.020 mm。因此對普通機床進行數(shù)控化改造具有較高的經(jīng)濟性，提高了原機床的使用價值，符合我國國情。 圖3 改造后車床外觀圖 參考文獻 [1]范超毅.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計[M].華中科技大學(xué)出版社,2006.11; [2]機械手冊委員會 .機械設(shè)計手冊 【M】. 機械工業(yè)出版社,2005 .10; [3]文懷興.數(shù)控機系統(tǒng)設(shè)計[M].化學(xué)工業(yè)出版,2005.6; [4]羅永順.機床數(shù)控化改造[M].機械工業(yè)出版社,2007.7; [5]趙妙霞.機械精度設(shè)計與質(zhì)量控制[M].蘭州大學(xué)出版社,2004.9.