CA6140车床横向进给系统数控改造设计说明书.doc

CA6140车床数控改造设计说明书目录2•设计要求2. 1总体方案设计要求2. 2设计参数23其它要求3•进给伺服系统机械部分设计与计算3. 1进给系统机械结构改造设计3. 2横向进给伺服系统机械部分的计算与选型 10321确定系统的脉冲当量 10333横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤 14334齿轮有关计算 16334 (2)横向齿轮及转矩的有关计算 204. 步进电动机的计算与选型 2341步逬电动机选用的基本原则 2342步进电动机的选折 245•主轴交流伺服电机 245J机床主运动电机的确定265. 2主轴的变速范围2653初选主轴电机的型号275. 4主轴电机的校核276.微机控制系统硬件电路设计2861控制系统的功能要求286. 2硬件电路的组成286. 3 StK兑明317•安装调整中应注意的问题3171滚珠丝杠副的特点317.2檢丝杠螺母副的选择3273滚珠丝杠螺母副的调整327. 4联轴器的安装327. 5主轴脉冲发生器的安装32结论35参考文献36数控机床与普通机床相比，增加了功能，提高了性能，简化了结构•较好地解决形 状复杂、精密、小批量及形状多变零件的加工问题。

能获得稳定的加工质量和提高生产 率，其应用越来越广泛，但是数控的应用也受到其他条件限制：(1) 数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有力而力不足；(2) 目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且替代下的机床闲• • •起来又会造成浪费;(3)在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；(4)通用数控机床对某一类具体生产 项目有多余功能要较好的解决上述问题，应走通用机床数控改造之路普通机床的改造就是在普通 机床上增加微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定的加工工艺目标机床数控化改造的优点：(1)改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增 功能，提高了机床的使用价值，可以提高固定资产的使用效率；(2 )适应多品种、小批量零件生产；(3)自动化程度提高、专业性强、加工 精度高、生产效率高；(4)降低对工人的操作水平的要求；(5 )数控改造费 用低、经济性好；(6)数控改造的周期短，可满足生产急需目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不 到3%用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期 长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个 企业的产品、市场、效益，影响 企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的普通车床(如C616 , C618 , CA6140 )等是金厲切削加工最常用的一类机床。

普通机床刀架的纵向和横向逬给运动是由主轴回转运动经挂轮传递而 来，通过进 给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱、纵溜箱、横溜板移动进 给参数要靠手工预先调 整好，改变参数时要停车进行操作刀架的纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削 次序也由人工控制对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和橫向进给系统改为用微机控制的、能 独立运动的逬给伺服系统；刀架改造成为能自动换刀的回转刀架这 样，利用数控装置， 车床就可以按预先输入的加工指令逬行切削加工由于加 工过程中的切削参数，切削次序 和刀具都会按程序自动调节和更换，再加上纵向和横向逬给联动的功能，数控改装后的 车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产 效率和加工精度,也能适应小批量多品种复杂零件的加工2设计要求2.1总体方案设计要求总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构 的选择等1) 普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、0弧插补功能，还要求能暂停，进行循坏加工和螺纹加工等，因此，数控系统选连续控制系统2) 车床数控化改装后厲于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。

3) 根据普通车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性要求，经济型数控机床一般采用8位微机在8位微机中,MCS—51系列单片机具8Z29有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此，可选MCS—51系列单片机扩展系统4 )根据系统的功能要求，微机数控系统中除了 CPU夕卜，还包括扩展程序 存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的 键盘，能显示加工数据和机床状态信恵的显示器，包括光电隔离电路和步逬电 机9区动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅 助电路5 )设计自动回转刀架及其控制电路6) 纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠 螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率7) 为了保证逬给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高 的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿轮副也 应有消除齿侧间隙的机构8) 采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力2. 2设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参现列出CA6140卧式车床的技术数据:名称400mm技术参数在床身上工件最大直径在刀架上210mm顶尖间最大距离宋制螺纹mm1—12 (2 0加工螺纹范围5英制螺纹t/m模数螺纹mm径节螺纹t/m最伕通过直径锥度主轴2转转速范围反转转速级数反转转速范®纵向级数逬给量5 纵向范围横向级数横向范围650;900;1400;1900mm种）2—24 （20 种）0. 25—3 （11种）7 -96 （24种）48mm莫氏6#2410一1400r/min1214一1580r/min64640. 014 316mm/r320mm滑板行程I横向650;900;1400;1900mm刀架5最大回转角±90OL刀杠支承面至中心的距离26mm刀杠截面BxH25x25mmr顶尖套莫氏锥度5#尾座±10mm最大行程140mm外形尺寸0. 01mm200:0. 020.02/ (p300mm1. 6一3. 2pm2418X1000X 1267mm圆度工作精度，圆柱度I平面度表面粗糙度Ra电动机功率主电动机总功率7・5kw7 ・ 84kw改造设计参数如下:最大加工直径在床面上在床鞍上最大加工长度快进速度最大切削进给速度溜板及刀架更力代码制脉冲分配方式输入方式負向纵向黄向纵向横向ISO逐点比较法增量值、绝对值通用400mm210mm1000mm2. 4m/niin0. 5m/min0. 25m/min800N600N控制坐标数脉冲当量0. 01mm/脉冲横向0・005mm/脉冲机床定位精度±0. 015mm刀具补偿量0 mm一99. 99mm进给传动链间隙补偿量 纵向015mm横向0. 075mm自动升降速性能23•其它要求(1) 原机床的主要结构布局基本不变，尽量减少改动量，以降低成本缩短改造周期。

2) 机械结构改装部分应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保正 安装•调试、拆卸方便•需经常调整的部位调整应方便3进给伺服系统机械部分设计与计算3. 1进给系统机械结构改造设计逬给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱•溜板箱•溜板刀架等改造 的方案不是唯—的以下是其中的一种方案：挂轮架系统：全部拆除•在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱总成丝杠、光9Z29杠和操作杠拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的另一端支承座安 装在车床尾座端原 来装轴承座的部分溜板箱部分：全部拆除,在原来安装滚珠丝杠中间支撑架和螺母以及部分作按钮横溜板箱部分：将原横溜板的丝杠的、螺母拆除，改装横向逬给滚珠丝杠母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相 连刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成3. 2横向逬给伺服系统机械部分的计算与选型进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量、计算切削滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步逬电机的计算和选型 等计算 简图如下图所示：14N41 4z£J2Jso oq图(4〉进给系统计算简图3. 2. 1确定系统的脉冲当］脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执彳瑯件产生的进给量(它是衡量数控机床加工精度的一个基本参数。

因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0. Olmm/step和0, 005mm/step,在CA6140 的技术参数中，要求纵向脉冲当量fp为0. Olmm/step.横向脉冲当量为fp=O. 005mm/stepo 3. 2.2横向滚珠丝杠螺母劃的型号选择与校核步骤(1)型号选择1) 最大工磧荷计算由于导向为贴塑导轨，则：k二L4 f =0. 05J1为工作台逬给方向载荷, FI=2141町v=5360KFc=1340N, G=60kg, t=15000h, 最大工作载荷：Fm 二 kFl+f (FV+2FC+G)二1-4x2144+0.05(5360+2x1340+9.8x75)=34404N2）最大动载荷的计算V 横=1400 r/minxO. 79mm/ r=1106mm/minn 横丝二 V 横 xl/2/Lo 纵二 1106x1/2/4=13反25r/minL=60nt/=60xl38.25x15000/106二124-43OVtfmFm「12T43xL5x3440-4二257637N••初选滚珠丝杠型号为：CD50X6-3. 5-E其基本参数为 Dw=3. 969mm, A=2^ 1T , Lo=6mm, dm=50mm,圈数 x 列数 x3. 5x1⑵横向滚珠丝杠的校核1）传动效率n计算n =tgA/tg (A+ (p) =tg2olK /tg (2o : !]/ +10* ) =93%2)刚度验算1.丝杠的拉压变形量61二土FmxL/EA二±3440 ・ 4x320/20 ・ 6xl04xnx252。