裝配圖車床-CA6140車床主傳動系統(tǒng)的數控化改造設計

裝配圖車床-CA6140車床主傳動系統(tǒng)的數控化改造設計,裝配,車床,ca6140,傳動系統(tǒng),數控,改造,設計 太原工業(yè)學院 CA6140普通車床的數字化改造 目 錄 摘要 ……………………………………………………………2 1、數控機床改造的意義………………………………………………3 2、CA6140車床簡介…………………………………………………4 2.1 CA6140車床概述………………………………………………………4 2.2 CA6140車床的加工范圍及特點………………………………………6 2.3 CA6140車床的傳動系統(tǒng)分析………………………………………7 3、縱向進給系統(tǒng)的分析………………………………………………9 設計心得 ……………………………………………………23 參考文獻 ……………………………………………………24 摘要 我國目前機床總量380余萬臺，而其中數控機床總數只有11.34萬臺，即我國機床數控化率不到3%。近10年來，我國數控機床年產量約為0.6～0.8萬臺，年產值約為18億元。機床的年產量數控化率為6%。我國機床役齡10年以上的占60%以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20%，FMC/FMS等自動化生產線更屈指可數（美國和日本自動和半自動機床占60%以上）。可見我們的大多數制造行業(yè)和企業(yè)的生產、加工裝備絕大數是傳統(tǒng)的機床，而且半數以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產品普遍存在質量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數控化率。 物競天擇，一些不適應社會發(fā)展在機床必將被淘汰，所以實施機床的數控化改造是機械行業(yè)在必然趨勢。通過搜集資料、實踐研究等方法對機床就行改造即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價值。而這也將極大的推動中國機械行業(yè)的發(fā)展。? 經過大量實踐證明普通機床數控化改造具有一定經濟性、實用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現有機床改造成經濟型數控機床，這種做法具有投資少、見效快的特點。事實證明：機床的數控化改造可以為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。 關鍵字：機床、數控化、改造、意義 1、 數控機床改造的意義 （1）、機床現狀 我國是生產和使用機床最多國家之一,現有金屬切削機床400萬臺左右，但現有的機床大多數服役年限較長,設備陳舊落后,功能嚴重不足,運運不能滿足現代生產的需要。 （2）、技術分析 在過去的幾十年,金屬切削機床的基本動作是原理變化不大。如今科學技術發(fā)展很快,特別是計算機技術的發(fā)展，應用到機床控制系統(tǒng)上,不但能提高機床的自動化程度,而且能提高加工精度和表面質量。近年來,我國已經積極開展了對機床數控化再制造技術的研究,如武漢華中數控公司先后完成了50多家企業(yè)數百臺設備的數控化在制造。實踐證明。改造的機床滿足了科學技術的發(fā)展需要,提高了生產效率和產品精度,增大了設備的適應能力和型面的加工范圍(曲面、各種螺紋的加工等),利用日臻完善的經濟型數控系統(tǒng)及配套部件改造現有的普通機床的技術條件已經成熟。 （3）、市場分析 國內資料分析,訂購新的數控機床的交貨周期一般較長,往往不能滿足用戶的需要,而改造的數控機床能夠適應市場對產品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應用,機床的數控化改造已成為滿足市場需求的主要補充手段,對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。 （4）、經濟分析 由于新型機床價格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機床設備全部用新型機床替換。要花費大量的資金,而替換下的機床又會閑置起來造成巨大浪費,若采用數控技術對舊機床加以改造和購買機床相比,則可省50%以上的資金,一套經濟型數控裝置的價格僅為全功能裝置的1/3到1/5。一般用戶都能承擔的起,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術改造開辟了新路,也對實力雄厚的大型企業(yè)產生了較大的吸引力。 （5）、生產分析 在現代機械制造工業(yè)中,中小批量甚至單件生產,個性化的產品占有相當大的比重,尤其是我國加入世貿組織后,成為世界性的加工基地,產品出口的增長迅速,從低附加值、勞動密集型產品逐步過度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數控機床起了重要的作用。數控機床是最能適應這種生產需要的。 （6）、重要性分析 以數控機床為代表的現代基礎機械是制造實現生產現代化的重要設備，數控技術水平的高低和機床的數控化率，數控設備的擁有量已成為衡量一個國家現代工業(yè)化水平的重要標志。 （7）、綜合分析 數控技術用于機床的改造是建立在微電子技術與傳統(tǒng)技術相結合的基礎上，具有高可靠性、柔性強，易于實現機電一體化、經濟性可觀等特點。為此，在舊機床上進行數控化改造可以提高機床的使用性能、降低生產成本、用較少的資金投入而得到較大的經濟效益。 2、CA6140車床簡介 CA6140車床是一種機械結構比較復雜而電氣系統(tǒng)簡單的機電設備，是用來進行車削加工的機床。在加工時，通過主軸和刀架運動的相互配合來完成對工件的車削加工。車床的種類很多，按其用途和結構的不同，可分為臥式車床、落地車床、立式車床、仿形車床、轉塔車床、多刀半自動車床、自動車床等。 2.1 CA6140車床概述 一、機床的組成和主要技術參數 1、機床的組成 CA6140車床的主要組成部件由圖1所示。 圖1 CA6140車床外形圖 1—主軸箱 2—刀架 3—尾座 4—床身 5—右床腿 6—溜板箱 7—左床腿 8—進給箱 6—溜板箱 7—左床腿 8—進給箱 （1）、主軸箱 主軸箱1是一部件，由箱體、主軸、傳動軸、軸上傳動件、變速操縱機構、潤滑密封件等組成。主軸通過前端的卡盤或者花盤帶動工件完成旋轉作主運動，也可以安裝前尖頂通過撥盤帶動工件旋轉。 （2）、刀架 四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導軌縱向移動，從而帶動刀具縱向移動，用來車外圓、鏜內孔等。而中滑板相對于縱滑板作橫向移動，用來帶動刀具加工端面、切斷、切槽等。小滑板可相對中滑板改變角度后帶動刀具斜進給，用來車削內外短錐面。 （3）、尾座 尾座3可沿其導軌縱向調整位置，其上可安裝頂尖支撐長工件的后段以加工長圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調整，用于加工小錐度的外錐面。 （4）、進給箱 進給箱8內裝有進給運動的傳動及操作裝置，通過改變進給量的大小，可改變所加工螺紋的種類及導程。 （5）、床身及床腿 床身4是機床的支承件，它安裝在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安裝著機床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準確位置。床身上面有縱向運動導軌和尾座縱向調整移動的導軌。 （6）、溜板箱 溜板箱6與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱內裝有縱、橫向機動進給的傳動換向機構和快速進給機構等。 2、CA6140車床的主要技術參數，如表1。 表1 CA6140車床的主要技術參數 床身上最大工件回轉直徑 400mm 刀架上最大工件回轉直徑 210mm 最大工件長度 1000mm 主軸中心至床身平面導軌距離 205mm 最大車削長度 650、900、1400mm 主軸孔徑 48mm 主軸轉速 正轉（24級） 10～1400r/min 反轉（12級） 14～1580r/min 刀架縱向及橫向進給量 各64種 縱向 一般進給量 0.08～1.59mm 小進給量 0.028～0.054mm 加大進給量 1.71～6.33mm 橫向 一般進給量 0.04～0.79mm 小進給量 0.014～0.027mm 加大進給量 0.86～3.16mm 刀架縱向快速移動速度 4m/min 車削螺紋范圍 米制螺紋（44種） 1～192mm 英制螺紋（20種） 2～24牙/in 模數螺紋（39種） 0.25～48mm 經節(jié)螺紋（37種） 1～96牙/in 主電動機 功率 7.5kw 轉速 1450r/min 快速電動機 功率 250kw 轉速 2800r/min 2.2 CA6140車床的加工范圍及特點 一、加工范圍 CA6140車床的工藝范圍很廣，它能完成車削內外圓柱面、圓錐面、車削端面、各種螺紋、成形回轉面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。其典型表如圖2所示。CA6140車床主運動由工件隨主軸旋轉來實現，而進給運動由刀架的橫向動來完成。由于機械產品中回轉表面的零件很多。車床的工藝范圍又較廣泛，因此CA6140車床使用十分廣泛。 圖2車床加工的典型零件 二、CA6140車床的加工特點 （1）、加工范圍較大。 （2）、加工時，主運動是工件和旋轉運動，進給運動是刀具的縱向和橫向移動。 （3）、正常情況下，在車削加工過程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。 （4）、在車削加工過程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以CA6140在加工過程中一般可以不使用切削液。 （5）、在一般情況下，這種機床多用于粗加工和半精加工。 2.3 CA6140車床的傳動系統(tǒng)分析 CA6140車床的傳動西統(tǒng)，由主運動傳動系統(tǒng)、車螺紋進給傳動系統(tǒng)組成，見圖3。 圖3 CA6140車床主運動傳動系統(tǒng)圖 一、主運動傳動系統(tǒng) 1.傳動路線表達式 寫傳動路線表達式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過中間傳動件將末端件聯(lián)系起來，對于CA6140型臥式車床主運動傳動鏈來說，即從主電動機經Φ130mm帶輪帶動Φ230mm帶輪，從而帶動Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1，M1向左結合，左邊的z51、z56雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉動，通過兩對傳動副「，」傳動Ⅱ軸實現主軸正轉。M向右結合，由z50與Ⅰ軸一起轉動，z50通過Ⅶ軸z34傳動Ⅱ軸上的z30實現主軸反轉。M1處于中間，則Ⅰ軸空轉，即不傳動左邊的z51和z56，也不傳動右邊的z50，Ⅱ軸的運動通過Ⅱ——Ⅲ軸之前的三對傳動副「，，」傳動Ⅲ軸，Ⅲ軸有兩條路線可傳動主軸，即通過Ⅵ 軸上的M，M向左滑移至z63與z50嚙合，使得Ⅲ軸通過﹝，﹞ 直接傳動主軸Ⅵ軸，實現主軸高速轉動，即為450～1400r/min;若M向右結合，Ⅲ軸通過﹙，﹚傳動Ⅳ軸，Ⅳ軸通過﹝，﹞傳動Ⅴ軸，Ⅴ軸通過 傳動Ⅵ軸（主軸） 二、車螺紋進給傳動系統(tǒng) CA6140型臥式車床的螺紋進給傳動系統(tǒng)可車削米制，模數制，英制和徑節(jié)制4種標準螺紋，另外還可以加工大導程螺紋，非標準螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。 車制螺紋時，刀架通過車螺紋傳動鏈得到運動，兩端件——主軸，刀架之間必須保持嚴格的運動關系，即主軸每轉一周，刀具移動一個被加工螺紋的導程L。車螺紋傳動鏈運動平衡式為： =L 式中U為主軸至絲杠間全部傳動機構的總傳動比；L絲為機床絲杠的導程，CA6140型車床的絲杠導程L絲=12mm；L為工件螺紋的導程（mm）。 三、縱向、橫向進給機構 車削內、外圓柱表面時，可使用機動的縱向進給車削端面時，可使用機動的橫向進給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動鏈的精度，機動進給傳動鏈不用絲杠及開合螺母傳動。機動進給是由光杠XIX經溜板箱傳動。從主軸VI至進給箱軸XVII上滑移齒輪Z28處于左位，使 脫開，從而切斷進給箱與絲杠的聯(lián)系。運動由齒輪副及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠XIX，再由光杠通過溜板箱中的傳動機構，分別傳至齒輪齒條機構或橫向進給絲杠XXVII，使刀架做縱向或橫向機動進給。溜板箱內的雙向齒式離合器及分別用于縱、橫向機動進給運動的接通、斷開及控制進給方向。CA6140型臥式車床可以通過4種不同的傳動路線來實現機動進給運動，從而獲得縱向和橫向進給量各64種。以同樣傳動路線傳動時，橫向進給量為縱向進給量的一半。 1.縱向機動進給量(32種) 2.橫向機動進給量(64種) 橫向機動進給量為縱向機動進給量的一半。 四、刀架的快速移動 在CA6140車床上加工零件時，為了縮短輔助時間，提高生產效率：刀架可實現機動縱向、橫向快速移動。按下快速移動按鈕（點動控制），快速電機（0.25kw，2800rpm）經齒輪副13/29使軸XX高速轉動，再經蝸桿副4/29及溜板箱內的轉換機構，使刀架實現縱向或橫向的快速移動，快速移動的方向由溜板箱內的雙向離合器M8及M9控制。 3、縱向進給系統(tǒng)的設計 縱向（Z軸）進給系統(tǒng)改造 縱向進給傳動系統(tǒng)的改造如圖2 所示?？v向步進電機1 通過一對減速齒輪2 把動力傳遞給縱向滾珠絲杠3，再由滾珠絲杠螺母副拖動工作臺4 做往復移動。原車床的進給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用原固定支承結構，支撐軸6 通過套筒聯(lián)軸器5與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用2 個互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來，結構簡單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位移和偏斜帶來的裝配困難和附加應力。如圖3 所示，滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動軸承支承座4，通過一對深溝球軸承1 實現徑向支承，絲杠左端通過一對圓螺母（圖中未畫出） 實現滾珠絲杠的預拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動，三點支承。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調整方便。步進電機通過消隙齒輪2 減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器6 與絲杠3 （見圖2）聯(lián)接，固定銷3 防止減速器轉動。 圖2 　縱向進給系統(tǒng)圖 1. 縱向步進電機　2. 減速齒輪　3. 縱向滾珠絲杠　4. 工作臺 5. 套筒聯(lián)軸器　6. 支撐軸 圖3 　縱向步進電機裝配圖 1. 深溝球軸承　2. 消隙齒輪　3. 固定銷　4. 滑動軸承支承座　 5. 圓螺母　6. 套筒聯(lián)軸器 滾珠絲杠3 （見圖2） 仍安裝在原滑動絲杠的空間位置，其螺母副通過支架1 （見圖4） 安裝在床鞍的底部，如圖4 所示。支架做成可移動的形式方便裝配，絲杠位置調整好后，由螺釘擰緊。 圖4 　縱向滾珠絲杠裝配圖 1．支架　2. 絲杠托架　3. 縱向滾珠絲杠　4. 絲杠防護罩　 5. 大拖板 6. 過渡板 縱向進給系統(tǒng)主要分為切削力的計算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設計、步進電機的確定等。 操作步驟為：拆除原CA6140車床的傳動機構（進給箱、溜板箱、傳動絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔，安裝步進電機減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動）。由于滾珠絲杠的摩擦系數小于原絲杠，所以縱向進給機構整體剛性優(yōu)于從前，所以采用一級齒輪減速裝置。 已知條件，如表2： 表2 已知條件 最大工件直徑 /mm 最大工件長度 /mm 溜板及刀架重量 /mm 刀架快移速度 m/min 最大進給速度 m/min 定位精度 mm 主電動機功率 /kw 起動加速時間 /ms 滾珠絲杠導程 /mm 床身上 床鞍上 1000 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 400 210 800 600 2.4 1.2 0.5 025 ±0.015 7.5 30 6 5 根據機床精度要求選擇脈沖當量，縱向：0.01mm/步，橫向為縱向的一半，即0.005mm/步。 一、切削力的計算 車床的主電動機最大切削功率P=PηK 式中 P——主電動機功率，CA6140車床P=7.5KW η——主傳動系統(tǒng)效率，一般為0.6～0.7，取η=0.65 K——進給系統(tǒng)功率總效率 取K=0.96 ∴P=7.5×0.65×0.96=4.68KW 又∵切削力P= 式中 F——主切削力（N） V——最大切削速度（m/min）。按用硬質合金刀具半精車剛件的速度V=100m/min 在外圓車削中：F=（0.15～0.7）F=2808×0.6=1684.8N F=（0.1～0.6）F=2808×0.5=1404N 二、滾珠絲杠副的設計及選型 1、滾珠絲杠副的工作原理及特點 在數控機床進給系統(tǒng)中一般采用滾珠絲杠副來改善摩擦特性。滾珠絲杠副是一種在絲杠與螺母間裝有滾珠作為中間元件的絲杠副，其結構原理如圖4所示。為防止?jié)L珠在工作過程中從螺母兩端掉出，在螺母的螺紋滾道4上裝有擋滾珠器2（又叫回珠器或反向器）。回路管道5將滾珠3引回，構成滾珠連續(xù)工作的循環(huán)通道。 圖4 滾珠絲杠副 1-壓塊 2-擋珠器 3-滾珠 4-螺紋滾道 5-回路管道 6-螺母 7-絲杠 （1）、滾珠絲杠副具有如下優(yōu)點： ①、傳動效率高：滾珠摩擦的摩擦損失小，傳動效率η=0.92～0.94，是普通滑動絲杠的34倍（η=0.20～0.40）。 ②、摩擦力?。阂蜢o、動摩擦因數小，因而傳動靈敏、運動平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動精度和定位精度高。 ③、可預緊：經預緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒有空行程，反向定位精度高，且傳動平穩(wěn)。 ④有可逆性：因摩擦因數小，所以不僅可將旋轉成直線運動，也可將直線運動轉換為旋轉運動，絲杠可螺母既可作為主動件，也可作為從動件。 ⑤、使用壽命長：滾珠絲杠副采用優(yōu)質合金鋼制成，去滾道表面淬火硬度達60-60HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動摩擦，故磨損很小、使用壽命長。 因為滾珠絲杠副具有這些優(yōu)點，所以進給系統(tǒng)我選擇滾珠絲杠副 （2）、滾珠絲杠副的缺點是： ①、制造工藝復雜，成本高：滾珠絲杠、螺母、反向器等零件的加工精度和表面粗糙要求高，故制造成本高。如絲杠螺母上的螺旋槽滾道一般都要求削成形表面，工藝復雜。 ②、不能實現自鎖：由于起摩擦因數小而不能自鎖，特別是垂直（立式）絲杠，由于自重和慣性或因突然停斷電而容易造成主軸箱等下滑，所以需要添加制動裝置。 2、滾珠絲杠副的循環(huán)方式 常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內循環(huán)兩大類，滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)：始終與絲杠保持接觸的稱為內循環(huán)。 3、滾珠絲杠的安裝 為提高傳動剛度，選擇合理的支承結構并正確安裝很重要。滾珠絲杠主要承受向載荷，徑向載荷主要是臥式絲杠的自重，因此滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。在安裝時，應注意調整絲杠間隙，可用百分表測出具體的間隙所在。 4、珠絲杠副的選用 滾珠絲杠副的選擇主要是工件負載必小于滾珠絲杠的額定動負載Cm(N)即必須滿足C

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