CA6140车床的数控改造.doc

湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 目录 一、摘要 2 二、设计任务与总体方案的确定 3三、机床精度恢复与提高 3四、卧式车床数控改造 机 电调试及安装 41. CA6140车床数控改造示意图 4 2. CA6140数控改造电源控制及电气原理 53. CA6140主轴电机控制改造原理 64. 滚珠丝杠螺母副的提出与安装 75. CA6140纵向丝杠改造与安装 106. CA6140横向丝杠改造与安装 117. CA6140电动刀架选用与安装 128. CA6140主轴脉冲发生器的安装方式 13四、数控系统调试及安装 14 1.数控系统的安装 14 2.数控系统的调试 18五、机床运行调试 22 1.运行前的准备工作 22 2.通电试运行 23 3.机床精度调试 24 4.功能调试 24 5.几何精度调试 25 6.定位精度调试 25 7.整机运行 27六、结束语 28七、参考文献 28 摘 要数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。

但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足，故提出我厂一台CA6140车床的数控改造 我厂有一台CA6140车床,是沈阳第一机床厂在1968年生产的,使用时间较长,经过我们对机床的实际检测发现.该机床的几何精度较差,主轴的旋转精度较好,床身基础比较好,我们对此进行改造.本次对CA6140车床数控改造的安装连接及调试运行,包括三部分:机械系统的安装与调试,数控部分的安装与调试及机床的运行与调试关键词: CA6140车床 数控改造 一. 设计任务与总体改造方案的确定CA6140车床主要用于对中小型轴类、盘类以及螺纹零件的加工，这些零件加工工艺要求机床应完成的工作内容有：⑴．控制主轴正反转.⑵．刀架能实现纵向和横向的进给运动，并具备在换刀点自动改变四个刀位完成选择刀具；⑶．冷却泵、润滑泵的启停；⑷．加工螺纹时，应保证主轴转一转，刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程以上这些工作内容，就是数控化改造数控系统控制的对象改装后的数控机床，在设计上要达到：有高的静动态刚度；运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修机床数控改造时应尽量满足这些要求。

此外还应对主要部件进行相应的改造使其达到一定的设计要求，才能获得预期的改造目的察看CA6140车床及有关资料，及其参照有关数控车床的改造经验，确定设计任务和总体改造方案的提出：⑴．提出机床的缺点和所改造部位：(a).由于原车床的手动刀架已不能满足加工效率高的数控车床故拆掉手动刀架和小拖板装上数控刀架；(b).为了提高对零件的加工精度和加工的稳定性而原先车床恰恰不能满足其要求的特性，故拆掉普通丝杆、光杆进给箱、溜板箱，换上滚珠丝杠螺母副；(c).由于原机床上采用的使用手工换档的方法加工螺纹，这用在数控车床上显然是很落后的，因此使用主编码器同步检测主轴转速进行螺纹加工控制.⑵．数控系统选用SINUMERIK 802S base line 二. 机床的精度恢复与提高所要改造的机床经过长时间的运转，主轴，床身，床鞍都有一定量的磨损，所以在改造前必须对机床的精度进行恢复，使其达到公差等级7级的要求1） 主轴床身等几何精度的恢复 主轴和床身精度的恢复直接影响到加工件的几何精度和表面粗糙度，所以必须按照GB/T4020—1983《卧式车床精度检验》标准进行修复.在溜板导轨面粘接‘聚四氟乙烯胶带’,并以补偿其磨损,使溜板恢复到原来的高度.其他部件的精度按卧式车床要求进行恢复.(2) X ,Z轴精度的保持和提高 X Z轴的精度包括安装精度和运动精度.安装精度靠调整滚珠丝杠的上母线和侧母线的安装精度来保证;运动精度由步进电机和滚珠丝杠选用精度来保证,使 X Z向的定位精度,重复定位精度小于0.01MM.三. 卧式车床数控改造 机、电安装及调试1. CA6140车床数控改造示意图如图1所示，这是一种非常典型卧式车床的数控改造结构，改造时拆除原机床的横向，纵向丝杠光杠，溜板箱，挂轮箱的挂轮，原手动刀架及手柄等部件，用滚珠丝杠替换原有的普通丝杠，用电动刀架替换原有的普通刀架，主轴传动部分的改造可视具体情况需要而定。

横向和纵向进给采用步进电机及减速器驱动，螺纹加工的部分采用主编码器同步检测主轴转速进行螺纹加工控制，机床的编程和运动操作由数控系统面板和机床面板完成横向步进电机及减速器装置安装在机床床鞍的后部，纵向的步进电机减速器装置安装在机床的右端，主轴脉冲编码器安装在挂轮箱内2. CA6140数控改造电源控制及电气原理如图2所示，L1，L2，L3分别为原机床输入电源，QS为总电源开关三相交流380V电源L1，L2，L3通过总电源开关QS接通UVW并接入数控系统三相电源变压器三相电源变压器分三路输出，一路输出单相交流220V至数控系统，一路输出三相380V至数控系统的进给驱动单元，另一路输出三相电源至电动刀架.3. CA6140主轴异步电机控制改造电器原理如图3所示，KM1，KM2是原机床的正转，反转接触器SB1为原机床主轴手动停止按纽，SB2，SB3分别为主轴正转和主轴反转启动按纽，K1，K2为数控的继电器输出接点，K为手动或数控工作切换开关手动时K闭合，机床处于原手动工作状态，此时K1，K2为常开状态，不起控制作用当在数控系统指令自动控制主轴的正反转时，开关K断开，使原手动的回路被切断，此时数控输出继电器的接点K1 ，K2 分别接通主轴的正反转运行。

数控输出的K1，K2直接跨接在SB1，SB2和SB1，SB3的两端，分别控制KM1，KM2接通与断开，这时主轴电机的起停及正反转控制由数控系统自动进行此时手动操作将不起作用4. 滚珠丝杠螺母副设计框架的提出及安装滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展1.设计方案⑴.采用SINUMERIK 802S base line伺服驱动系统的步进电机，型号为HYBRID STEP90209709003,最高转速为1200 r/min，步距角等于，精度为1/1000pulse;(2)设计滚珠丝杠螺母副需要考虑的参数包括:名义直径,基本导程,接触角β=45°,丝杠螺纹大径Ｄ,丝杠螺纹小径,丝杠螺纹全长,滚珠直径.螺母螺纹大径.螺母螺纹小径,滚道圆弧偏心距以及滚道圆弧半径R⑶．树型设计过程的提出： (4). 理论数据的提出:精度为 ,那么螺距=4MM,那么最快进给速度为4.8 m/min假定工作台重量  W1=5000N  工作及夹具最大重量W2=3000N   工作台最大行程 LK=1000mm   工作台导轨的摩擦系数:动摩擦系数μ=0.1   静摩擦系数μ0=0.2   快速进给速度  Vmax=4.8m/min  定位精度4 μm/300mm   全行程9μm  重复定位精度2μm   要求寿命20000小时(两班制工作十年)表1:切削方式纵向切削力Pxi(N)横向切削力Pzi(N)进给速度Vi(m/min)工作时间百分比%丝杠轴向载荷(N)丝杠转速r/min强力切削200012000.061029206一般切削10002000.0830185080精切削5002000.150132010快速进给004.810800480根据《金属切削机床与数控机床》中的给出符合所设计机床滚珠丝杠副的“运转系数值”，如下表所示运转状态运动系数一般运转1.5~2.5⑸．在设计之前应给出滚珠丝杠螺母副在机床上的支承方式：采用“两端装推力轴承”的方法，有助于提高刚度，其结构如下图所示：⑹．计算出所需的数值后需进一步给出滚珠丝杠副的安装示意图⑺．对照安装尺寸说明滚珠丝杠副的安装和使用：1．安装：(a).滚珠丝杠副仅用于承受轴向负荷。

径向力、弯矩会使滚珠丝杠副产生附加表面接触应力等负荷，从而可能造成丝杠的永久性损坏因此，滚珠丝杠副安装到机床时，应注意i．丝杠的轴线必须和之配套导轨的轴线平行，机床的两端轴承座与螺母座必须三点成一线；ii．安装螺母时，尽量靠近支撑轴承；iii．同时安装支撑轴承时，尽量靠近螺母安装部位(b).滚珠丝杠安装到机床时，请不要把螺母从丝杠轴上卸下来如必须卸下来时要使用辅助套，否则装卸时滚珠有可能脱落螺母装卸时应注意以下几点： i．辅助套外径应小于丝杠底径0.1-0.2mm；ii．辅助套在使用中必须靠紧丝杠螺纹轴肩；iii．卸装时，不可使用过大力以免螺母损坏；iv．装入安装孔时要避免撞击和 偏心.2.使 用 i．滚珠螺母应在有效行程。