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1、 成都紡織高等?？茖W(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 一、 C6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計 二、總體方案的確定 三、機械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 1主傳動系統(tǒng)的改造方案 2安裝電動卡盤 3換裝自動回轉(zhuǎn)刀架 4螺紋編碼器的安裝方案 5進給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案 四、進給傳動部件的選型 1脈沖當量的確定 2滾珠絲杠螺母副的選型（縱向） 3. 同步帶減速箱的設(shè)計（縱向） 五 、步進電動機驅(qū)動電源的選用 六 、進給伺
2、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。當工件 隨主軸回轉(zhuǎn)時，通過刀架的縱向和橫向移動，能加工 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
3、化能力， 以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝要求。 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
4、主要 技術(shù)指標 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 vxmaxf = 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
5、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 mm； （ 9）安裝四工位立式電動刀架，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)的運動方式、 進給伺服系
6、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 沖當量，可能需要減速輪副，且應(yīng)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；
7、 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 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
8、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 mm）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，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 mm，基本導(dǎo)程為 6 mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為 3 2 = 6 圈，精度等級取 4級，額定動載荷為 13200 N，滿足要
9、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相混合式， 5線輸出，電機供電電壓 DC120 310V，電流 5A，驅(qū)動器型號 BD5A 1
10、、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：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
11、伺服系統(tǒng)機械部分的計算與選型 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： 1、確定系統(tǒng)的脈沖當量 脈沖當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 床加工精度的一個基本參數(shù)。因此 ,脈沖當量應(yīng)根據(jù)機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 （ 1）滾珠絲杠螺母副 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 3、橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇 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。 4滾珠絲杠螺母副的精度等級： 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：
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