范例：CA6140車床橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)計(jì)說(shuō)明書1doc[1]

1、CA6140 車床數(shù)控改造設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目錄 1. 緒論 1 2. 設(shè)計(jì)要求 3 2.1 總體方案設(shè)計(jì)要求 3 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 4 2.3.其它要求 4 3. 進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 8 3. 1 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 9 3.2 橫向進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型 10 3.2.1 確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量 10 3.3.3 橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇與校核步驟 14 3.3.4 齒輪有關(guān)計(jì)算 16 3.3.4 (2) 橫向齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計(jì)算 20 4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 23 4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選用的基本原則 23 4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選折 24 5. 主軸交流伺服電機(jī) 2

2、4 5.1 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電機(jī)的確定 26 5.2 主軸的變速范圍 26 5.3 初選主軸電機(jī)的型號(hào) 27 5.4主軸電機(jī)的校核 27 6. 微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 28 6.1 控制系統(tǒng)的功能要求 28 6.2硬件電路的組成 28 6.3 設(shè)計(jì)說(shuō)明 31 7安裝調(diào)整中應(yīng)注意的問(wèn)題 31 7.1滾珠絲杠副的特點(diǎn) 31 7.2 滾珠絲杠螺母副的選擇 32 7.3 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 32 7.4聯(lián)軸器的安裝 32 7.5 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 32 結(jié)論 35 參考文獻(xiàn) 36 緒論 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比 ,增加了功能 ,提高了性能 ,簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu) .較好地解決 形狀復(fù)雜、 精密、小批量及形狀多變

3、零件的加工問(wèn)題。 能獲得穩(wěn)定的加工質(zhì)量和 提高生產(chǎn)率，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是數(shù)控的應(yīng)用也受到其他條件限制： （1）數(shù) 控機(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投資巨大，中小企業(yè)常是心有力而力不足； （2）目前， 各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床， 完全用數(shù)控機(jī)床替換根本不可能， 而且替代下的機(jī) 床閑置起來(lái)又會(huì)造成浪費(fèi)； （ 3）在國(guó)內(nèi)，訂購(gòu)新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng)， 往往不能滿足生產(chǎn)急需； （4）通用數(shù)控機(jī)床對(duì)某一類具體生產(chǎn)項(xiàng)目有多余功能。 要較好的解決上述問(wèn)題， 應(yīng)走通用機(jī)床數(shù)控改造之路。 普通機(jī)床的改造就是 在普通機(jī)床上增加微機(jī)數(shù)控裝置， 使其具有一定的自動(dòng)化能力， 以實(shí)現(xiàn)額定的加 工工藝目標(biāo)。 機(jī)床數(shù)控化改造

4、的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）改造閑置設(shè)備， 能發(fā)揮機(jī)床原有的功能和改造 后的新增功能，提高了機(jī)床的使用價(jià)值，可以提高固定資產(chǎn)的使用效率； （2）適 應(yīng)多品種、小批量零件生產(chǎn)； （3）自動(dòng)化程度提高、專業(yè)性強(qiáng)、加工精度高、生 產(chǎn)效率高；（4）降低對(duì)工人的操作水平的要求； （ 5）數(shù)控改造費(fèi)用低、 經(jīng)濟(jì)性好； （6）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。 目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間， 現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控 化率不到 3。用普通機(jī)床加工出來(lái)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(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的 產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展， 所以必

5、須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 普通車床（如C616, C618, CA6140）等是金屬切削加工最常用的一類機(jī)床。 普通機(jī)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,由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)要靠手 工預(yù)先調(diào)整好, 改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作。 刀架的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)不能聯(lián)動(dòng)，切削次序也由人工控制。 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)改為用微機(jī)控制 的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣， 利用數(shù)控裝置， 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工。 由于加工過(guò)程 中的切削參

6、數(shù)， 切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)調(diào)節(jié)和更換， 再加上縱向和橫向 進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能， 數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件， 并 能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削， 從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度， 也能適應(yīng)小批量多品 種復(fù)雜零件的加工。 2 設(shè)計(jì)要求 2.1 總體方案設(shè)計(jì)要求 總體方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計(jì)算機(jī)的選擇，以及傳動(dòng)方式和 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。 （1）普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有定位、 縱向和橫向的直線插補(bǔ)、 圓弧插補(bǔ)功 能，還要求能暫停，進(jìn)行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系 統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床， 在保證一定加工精度的前提下應(yīng) 簡(jiǎn)化結(jié)

7、構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng) 濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用 8位微機(jī)。在 8位微機(jī)中， MCS51 系列單片機(jī)具有集 成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、 具有很高的性價(jià)比， 因此， 可選 MCS51 系列單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中除了 CPU 外，還包括擴(kuò)展程序存 儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路； 包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤， 能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器， 包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路，此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括螺紋加工中用的

8、光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副、絲杠螺 母副組成，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的分辨率。 （7）為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性， 選用摩擦小、 傳動(dòng)效率高的 滾珠絲杠螺母副， 并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)， 以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙， 齒輪副也應(yīng)有 消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 （8）采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)參數(shù)包括車床的部分技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 現(xiàn)列出 CA6140 臥式車床的技術(shù)數(shù)據(jù)： 名稱 技術(shù)參數(shù) 在床身上 400mm 工件最大直徑 210mm

9、650;900;1400;1900mm 宋制螺紋 mm 1-12（20 種） 加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2-24（20 種） 模數(shù)螺紋 mm 0.25-3（11 種） 徑節(jié)螺紋 t/m 7-96（24 種） L在刀架上 頂尖間最大距離 最大通過(guò)直徑 孔錐度 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 48mm 莫氏6# 24 10 1400r/min 12 14-1580r/min 進(jìn)給量 縱向級(jí)數(shù) 縱向范圍 橫向級(jí)數(shù) 橫向范圍 64 0.028-6.33mm/r 64 0.0143.16mm/r 滑板行程| 橫向 320mm I 縱向 650;900;1400;1900mm

10、 廣最大行程140mm 刀架彳最大回轉(zhuǎn)角土 90 刀杠支承面至中心的距離26mm J刀杠截面 B X H25X 25mm 5# 10mm 2418X 1000 X 1267mm 0.01mm 200:0.02 0.02/ 300mm 1.63.2(1 m 7.5kw 7.84kw 400mm 210mm 1000mm 2.4m/min 1.2m/min 0.5m/min 0.25m/min 800N 600N r頂尖套莫氏錐度 尾座 * 橫向最大移動(dòng)量 外形尺寸長(zhǎng)X寬X高 廣圓度 工作精度彳圓柱度 平面度 表面粗糙度Ra 主電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)功率* 總功率 改造設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 最大加工直徑|在床面

11、上 1-在床鞍上 最大加工長(zhǎng)度 快進(jìn)速度縱向 1.橫向 最大切削進(jìn)給速度;縱向 橫向 溜板及刀架重力 縱向 L橫向 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點(diǎn)比較法 輸入方式 增量值、絕對(duì)值通用 控制坐標(biāo)數(shù) 脈沖當(dāng)量 縱向 橫向 0.01mm/脈沖 中 0.005mm/脈沖 機(jī)床定位精度 0.015mm 刀具補(bǔ)償量 0mm99.99mm 進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量 縱向 橫向 0.15mm 0.075mm 自動(dòng)升降速性能有 2.3.其它要求 (1) 原機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動(dòng)量，以降低成本 縮短改造周期。 (2) 機(jī)械結(jié)構(gòu)改裝部分應(yīng)注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正 安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應(yīng)方便。 3進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì) 進(jìn)給系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)需要改動(dòng)的主要部分有掛輪架、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板 刀架等改造的方案不是唯一的。以下是其中的一種方案： 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