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1、 成 都 紡 織 高 等 專 科 學(xué) 校 機 械 工 程 學(xué) 院C6140車 床 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計班 級 ： 機 設(shè) 112班姓 名 ： 蒲 顯 東 、 李 純 偉 、 楊 偉 林 、 楊 啟 東 、 杜 卿 瑋 n 一 、 C6140普 通 車 床 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計 n 二 、 總 體 方 案 的 確 定n 三 、 機 械 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計 方 案n 1 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 改 造 方 案n 2 安 裝 電 動 卡 盤 n 3 換 裝 自 動 回 轉(zhuǎn) 刀 架n 4 螺 紋 編 碼 器 的 安 裝 方 案 n 5 進 給 系 統(tǒng) 的 改 造 與 設(shè) 計 方 案

2、n 四 、 進 給 傳 動 部 件 的 選 型 n 1 脈 沖 當(dāng) 量 的 確 定 n 2 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 選 型 （ 縱 向 ）n 3. 同 步 帶 減 速 箱 的 設(shè) 計 （ 縱 向 ） n 五 、 步 進 電 動 機 驅(qū) 動 電 源 的 選 用n 六 、 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 機 械 部 分 設(shè) 計 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 床 。 當(dāng) 工 件隨 主 軸 回 轉(zhuǎn) 時 ， 通 過 刀 架 的 縱 向 和 橫 向 移 動 ， 能

3、 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 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 算 機 控 制 裝 置 ， 使 其 具 有 一 定 的 自 動 化 能 力 ，以 實 現(xiàn) 預(yù) 定 的 加 工 工

4、藝 要 求 。 CNC系 統(tǒng)伺 服 系 統(tǒng)變 頻 器 主 軸 控 制機 床 本 體 CNC變 頻 器 驅(qū) 動 器 伺 服 電 機 普 通 車 床 刀 架 的 縱 向 和 橫 向 進 給 運 動 ， 是由 主 軸 回 轉(zhuǎn) 運 動 經(jīng) 掛 輪 傳 遞 而 來 ， 通 過 進 給 箱變 速 后 ， 由 光 桿 或 絲 桿 帶 動 溜 板 箱 、 縱 溜 板 以及 橫 溜 板 產(chǎn) 生 移 動 。 進 給 參 數(shù) 依 靠 手 工 調(diào) 整 ，改 變 參 數(shù) 時 需 要 停 車 。 刀 架 的 縱 向 進 給 和 橫 向進 給 不 能 聯(lián) 動 ， 切 削 次 序 需 要 人 工 控 制 。 對 普 通 車

5、床進 行 數(shù) 控 化 改 造 ，主 要 是 將 縱 向 和橫 向 進 給 系 統(tǒng) 改成 用 微 機 控 制 的 、能 獨 立 運 動 的 進給 伺 服 系 統(tǒng) ； 將手 動 刀 架 換 成 能自 動 換 刀 的 電 動刀 架 。 一 、 C6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計主 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

6、 動 速 度 vxmax = 3000 mm/min， Z方 向為 vzmax = 6000 mm/min； （ 5） X方 向 最 快 工 進 速 度 v xmaxf = 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 m m ；（ 9） 安 裝 四 工 位 立 式 電 動 刀

7、 架 ， 系 統(tǒng) 控 制 自 動 選 刀 ；（ 10)自 動 控 制 主 軸 的 正 轉(zhuǎn) 、 反 轉(zhuǎn) 與 停 止 ， 并 可 輸 出 主 軸 有 級 變 速 與 無 級 變 速 信 號 ；（ 11)自 動 控 制 冷 卻 泵 的 啟 /停 ；（ 12)安 裝 電 動 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 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

8、動 方 式 、進 給 伺 服 系 統(tǒng) 的 類 型 、 數(shù) 控 系 統(tǒng) CPU的 選 擇 ，以 及 進 給 傳 動 方 式 和 執(zhí) 行 機 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 成連 續(xù) 控 制 型 。 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 常 采 用 步進 電 動 機 的 開 環(huán) 控 制 系統(tǒng) 。 8位 單 片 機 作 為 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 CPU。 （ 5） 用 摩 擦 力 小 、 傳 動 效 率 高 的 滾 珠 絲 杠 螺母 副 （ 6） 計 算 選 擇 步 進 電 動 機 ， 為 了 圓 整 脈沖 當(dāng) 量 ， 可 能 需 要 減 速 輪 副 ， 且 應(yīng)

9、有 消 間隙 機 構(gòu) 。 （ 7） 選 擇 四 工 位 自 動 回 轉(zhuǎn) 刀 架 與 電 動 卡盤 ， 選 擇 螺 紋 編 碼 器 等 。 1 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 改 造 方 案 三 、 機 械 系 統(tǒng) 的 改 造 設(shè) 計 方 案 保 留 原 有 的 主 傳動 機 構(gòu) 和 變 速 操 縱機 構(gòu) 用 2 速 的 多 速 電 動 機 代 替 原 有 的 單 速 主 電 動 機 ；用 交 流 變 頻 器 來 控 制 主 軸 電 動 機 ， 以 實 現(xiàn) 無 級 變 速 采 用 有 級 變 速 時 ， 可 選 用 7.5kW變 極 多 速三 相 異 步 電 動 機 ， 實 現(xiàn) 2 檔 變 速 ； 選

10、用 電 動 三 爪 自 定 心 卡 盤2 安 裝 電 動 卡 盤 3 換 裝 自 動 回 轉(zhuǎn) 刀 架選 用 四 工 位 立 式 電 動 刀架 。 實 現(xiàn) 自 動 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 。 5 進 給 系 統(tǒng) 的 改 造 與 設(shè) 計 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 給 箱 總 成 ， 在 此 位 置 安 裝 縱 向進 給 步 進 電 動 機

11、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 刀 架 。 （ 5） 拆 除 橫 溜 板 下 的 滑 動 絲 桿 螺 母副 ， 將 滑 動 絲 桿 靠 刻 度 盤 一 段 （ 長216 m m ） 鋸 斷 保 留 ， 拆 掉 刻 度 盤 上的 手 柄 ， 保 留 刻 度 盤 附 近 的 兩 個 推 力軸 承 ，

12、換 上 滾 珠 絲 杠 副 。（ 6） 將 橫 向 進 給 步 進 電 動 機 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 m m ， 基 本 導(dǎo) 程 為 6 m m ， 雙 螺 母 滾 珠 總 圈 數(shù) 為 3 2 = 6 圈 ， 精 度 等 級 取 4級 ， 額 定 動 載 荷 為13200 N， 滿 足 要 求 。初 選 型 號 四、進給傳動部件的計算和選型 控 制 系 統(tǒng) 的 操

13、 作 面 板 布 置 如 圖 所 示 。 面 板 設(shè) 置 了 48個 微 動 按 鍵 ，三 個 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 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 電 機 的 型 號 110 BYG 5802， Z向 步 進電 機 的 型 號 為 130 BYG 5501.七 、 步 進 電 動 機 驅(qū) 動 電 源 的 選 用為5相

14、混合式，5線輸出，電機供電電壓DC120310V，電流5A，驅(qū)動器型號BD5A 1、 進 給 系 統(tǒng) 機 械 結(jié) 構(gòu) 改 造 設(shè) 計 掛 輪 架 系 統(tǒng) ： 全 部 拆 除 ， 在 原 掛 輪 主 動 軸 處 安 裝 光 電 脈 沖發(fā) 生 器 。 進 給 箱 部 分 ： 全 部 拆 除 ， 在 該 處 安 裝 縱 向 進 給 步 進 電 機 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 ：

15、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 給 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 、 橫 向 進 給 步 進 電 機 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 回 轉(zhuǎn) 四 方 刀 架 總 成 。八 、 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 機 械 部 分 設(shè) 計 與 計 算 2、 進 給 伺 服 系 統(tǒng) 機 械 部 分 的 計

16、 算 與 選 型進 給 伺 服 系 統(tǒng) 機 械 部 分 的 計 算 與 選 型 內(nèi) 容 包 括 ： 確 定 脈 沖 當(dāng) 量 、 計 算 切 削 力滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 設(shè) 計 、 計 算 與 選 型 、 齒 輪 傳 動 計 算 、 步 進 電 機 的 計 算 和 選 型等 。 計 算 簡 圖 如 下 圖 所 示 ： n 1、 確 定 系 統(tǒng) 的 脈 沖 當(dāng) 量n 脈 沖 當(dāng) 量 是 指 一 個 進 給 脈 沖 使 機 床 執(zhí) 行 部 件 產(chǎn) 生 的 進 給 量 ,它 是 衡 量 數(shù) 控 機n 床 加 工 精 度 的 一 個 基 本 參 數(shù) 。 因 此 ,脈 沖 當(dāng) 量 應(yīng) 根 據(jù) 機

17、 床 精 度 的 要 求 來 確 定 。2、 縱 向 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 副 的 型 號 選 擇n （ 1） 滾 珠 絲 杠 螺 母 副n 滾 珠 絲 杠 副 是 在 絲 杠 和 螺 母 間 以 鋼 球 為 滾 動 體 的 螺 旋 傳 動 元 件 。 滾 珠 絲 杠 副的 結(jié) 構(gòu) 原 理 示 意 圖 如 圖 所 示 n 3、 橫 向 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 的 型 號 選 擇n 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 改 造 的 橫 向 進 給 的 設(shè) 計 比 較 簡 單 ， 一般 是 步 進 電 機 經(jīng) 減 速 后 驅(qū) 動 滾 珠 絲 杠 ， 使 刀 架 橫 向 運 動 。步 進 電 機 安 裝 在 大 拖 板 上 ， 用 法 蘭 盤 將 步 進 電 機 和 機 床大 拖 板 連 接 起 來 ， 以 保 證 其 同 軸 度 ， 提 高 傳 動 精 度 。 n 4滾珠絲杠螺母副的精度等級：n 數(shù)控機床根據(jù)定位精度的要求通常選用1-5級精度的滾珠絲杠，1-5級精度絲杠的行程公差數(shù)值如下表所示：