C6140车床数控化改造

成 都 纺 织 高 等 专 科 学 校 机 械 工 程 学 院C6140车 床 数 控 化 改 造 设 计班 级 ： 机 设 112班姓 名 ： 蒲 显 东 、 李 纯 伟 、 杨 伟 林 、 杨 启 东 、 杜 卿 玮 n 一 、 C6140普 通 车 床 数 控 化 改 造 设 计 n 二 、 总 体 方 案 的 确 定n 三 、 机 械 系 统 的 改 造 设 计 方 案n 1 主 传 动 系 统 的 改 造 方 案n 2 安 装 电 动 卡 盘 n 3 换 装 自 动 回 转 刀 架n 4 螺 纹 编 码 器 的 安 装 方 案 n 5 进 给 系 统 的 改 造 与 设 计 方 案n 四 、 进 给 传 动 部 件 的 选 型 n 1 脉 冲 当 量 的 确 定 n 2 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 选 型 （ 纵 向 ）n 3. 同 步 带 减 速 箱 的 设 计 （ 纵 向 ） n 五 、 步 进 电 动 机 驱 动 电 源 的 选 用n 六 、 进 给 伺 服 系 统 机 械 部 分 设 计 引 言 普 通 车 床 （ 如 C616/C6132、 C618/C6136、 C620/C6140、C630等 ） 是 金 属 切 削 加 工 最 常 用 的 一 类 机 床 。 当 工 件随 主 轴 回 转 时 ， 通 过 刀 架 的 纵 向 和 横 向 移 动 ， 能 加 工出 内 外 圆 柱 面 、 圆 锥 面 、 端 面 、 螺 纹 面 等 ， 借 助 成 型刀 具 ， 还 能 加 工 各 种 成 形 回 转 表 面 。 图 C6140普 通 车 床 的 结 构 布 局1-床 脚 2-挂 轮 3-进 给 箱 4-主 轴 箱 5-纵 溜 板 6-溜 板 箱 7-横 溜 板8-刀 架 9-上 溜 板 10-尾 座 11-丝 杠 12-光 杠 13-床 身 车 床 数 控 化 改 造 ， 顾 名 思 义 就 是 在 车 床 上 增 加 微 型计 算 机 控 制 装 置 ， 使 其 具 有 一 定 的 自 动 化 能 力 ，以 实 现 预 定 的 加 工 工 艺 要 求 。 CNC系 统伺 服 系 统变 频 器 主 轴 控 制机 床 本 体 CNC变 频 器 驱 动 器 伺 服 电 机 普 通 车 床 刀 架 的 纵 向 和 横 向 进 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 杆 或 丝 杆 带 动 溜 板 箱 、 纵 溜 板 以及 横 溜 板 产 生 移 动 。 进 给 参 数 依 靠 手 工 调 整 ，改 变 参 数 时 需 要 停 车 。 刀 架 的 纵 向 进 给 和 横 向进 给 不 能 联 动 ， 切 削 次 序 需 要 人 工 控 制 。 对 普 通 车 床进 行 数 控 化 改 造 ，主 要 是 将 纵 向 和横 向 进 给 系 统 改成 用 微 机 控 制 的 、能 独 立 运 动 的 进给 伺 服 系 统 ； 将手 动 刀 架 换 成 能自 动 换 刀 的 电 动刀 架 。 一 、 C6140普通车床数控化改造设计主 要 技 术 指 标 如 下 ： （ 1） 床 身 上 最 大 加 工 直 径 400 mm； （ 2） 最 大 加 工 长 度 1000 mm； （ 3） X方 向 (横 向 )的 脉 冲 当 量 x = 0.005 mm/脉 冲 , Z方 向 (纵 向 ) z = 0.01 mm/脉 冲 ； （ 4） X方 向 最 快 移 动 速 度 vxmax = 3000 mm/min， Z方 向为 vzmax = 6000 mm/min； （ 5） X方 向 最 快 工 进 速 度 v xmaxf = 400 mm/min， Z方 向为 vzmaxf = 800 mm/min； （ 6） X方 向 定 位 精 度 0.01 mm， Z方 向 0.02 mm （ 7） 可 以 车 削 柱 面 、 平 面 、 锥 面 与 球 面 等 ；（ 8） 安 装 螺 纹 编 码 器 ， 可 以 车 削 公 /英 制 的 直 螺 纹 与 锥 螺 纹 ， 最 大 导 程 为 24 m m ；（ 9） 安 装 四 工 位 立 式 电 动 刀 架 ， 系 统 控 制 自 动 选 刀 ；（ 10)自 动 控 制 主 轴 的 正 转 、 反 转 与 停 止 ， 并 可 输 出 主 轴 有 级 变 速 与 无 级 变 速 信 号 ；（ 11)自 动 控 制 冷 却 泵 的 启 /停 ；（ 12)安 装 电 动 卡 盘 ， 系 统 控 制 工 件 的 夹 紧 与 松 开 ；（ 13)纵 、 横 向 安 装 限 位 开 关 ；（ 14)数 控 系 统 可 与 PC机 串 行 通 信 ；（ 15)显 示 界 面 采 用 LED数 码 管 ， 编 程 采 用 ISO数 控 代 码 。 总 体 方 案 应 考 虑 车 床 数 控 系 统 的 运 动 方 式 、进 给 伺 服 系 统 的 类 型 、 数 控 系 统 CPU的 选 择 ，以 及 进 给 传 动 方 式 和 执 行 机 构 的 选 择 等 。二 、 总 体 方 案 的 确 定数 控 系 统 应 设 计 成连 续 控 制 型 。 进 给 伺 服 系 统 常 采 用 步进 电 动 机 的 开 环 控 制 系统 。 8位 单 片 机 作 为 数 控 系 统 的 CPU。 （ 5） 用 摩 擦 力 小 、 传 动 效 率 高 的 滚 珠 丝 杠 螺母 副 （ 6） 计 算 选 择 步 进 电 动 机 ， 为 了 圆 整 脉冲 当 量 ， 可 能 需 要 减 速 轮 副 ， 且 应 有 消 间隙 机 构 。 （ 7） 选 择 四 工 位 自 动 回 转 刀 架 与 电 动 卡盘 ， 选 择 螺 纹 编 码 器 等 。 1 主 传 动 系 统 的 改 造 方 案 三 、 机 械 系 统 的 改 造 设 计 方 案 保 留 原 有 的 主 传动 机 构 和 变 速 操 纵机 构 用 2 速 的 多 速 电 动 机 代 替 原 有 的 单 速 主 电 动 机 ；用 交 流 变 频 器 来 控 制 主 轴 电 动 机 ， 以 实 现 无 级 变 速 采 用 有 级 变 速 时 ， 可 选 用 7.5kW变 极 多 速三 相 异 步 电 动 机 ， 实 现 2 档 变 速 ； 选 用 电 动 三 爪 自 定 心 卡 盘2 安 装 电 动 卡 盘 3 换 装 自 动 回 转 刀 架选 用 四 工 位 立 式 电 动 刀架 。 实 现 自 动 换 刀 需 要配 置 相 应 的 电 路 ， 由 数控 系 统 完 成 。 4 螺 纹 编 码 器 的 安 装 方 案 它 与 车 床 主 轴 同 步 转 动 。 5 进 给 系 统 的 改 造 与 设 计 方 案 （ 1） 拆 除 挂 轮 架 所 有 齿 轮 ， 在 此 寻 找 主 轴的 同 步 轴 ， 安 装 螺 纹 编 码 器 。（ 2） 拆 除 进 给 箱 总 成 ， 在 此 位 置 安 装 纵 向进 给 步 进 电 动 机 与 同 步 带 减 速 箱 总 成 。（ 3） 拆 除 溜 板 箱 总 成 与 快 走 刀 的 齿 轮 齿 条， 在 纵 溜 板 的 下 面 安 装 纵 向 滚 珠 丝 杠 的 螺母 座 与 螺 母 座 托 架 。（ 4） 拆 除 四 方 刀 架 与 上 溜 板 总 成 ， 在 横 溜板 上 方 安 装 四 工 位 立 式 电 动 刀 架 。 （ 5） 拆 除 横 溜 板 下 的 滑 动 丝 杆 螺 母副 ， 将 滑 动 丝 杆 靠 刻 度 盘 一 段 （ 长216 m m ） 锯 断 保 留 ， 拆 掉 刻 度 盘 上的 手 柄 ， 保 留 刻 度 盘 附 近 的 两 个 推 力轴 承 ， 换 上 滚 珠 丝 杠 副 。（ 6） 将 横 向 进 给 步 进 电 动 机 通 过 法兰 座 安 装 到 横 溜 板 后 部 的 纵 溜 板 上 ，并 与 滚 珠 丝 杠 的 轴 头 相 联 。（ 7） 拆 去 三 杆 （ 丝 杆 、 光 杆 与 操 纵杆 ） ， 更 换 丝 杆 的 右 支 承 。 其 公 称 直 径 为 40 m m ， 基 本 导 程 为 6 m m ， 双 螺 母 滚 珠 总 圈 数 为 3 2 = 6 圈 ， 精 度 等 级 取 4级 ， 额 定 动 载 荷 为13200 N， 满 足 要 求 。初 选 型 号 四、进给传动部件的计算和选型 控 制 系 统 的 操 作 面 板 布 置 如 图 所 示 。 面 板 设 置 了 48个 微 动 按 键 ，三 个 船 形 开 关 ， 一 只 急 停 按 钮 ， 显 示 器 包 括 1组 数 码 显 示 管 和 7只 发光 二 极 管 。 图 车 床 数 控 系 统 操 作 面 板 布 置 图六 、 控 制 系 统 硬 件 电 路 设 计 螺 纹 编 码 器 通 常 有 两 种 安 装 形 式 ： 同 轴 和 异 轴 安 装 。 X向 步 进 电 机 的 型 号 110 BYG 5802， Z向 步 进电 机 的 型 号 为 130 BYG 5501.七 、 步 进 电 动 机 驱 动 电 源 的 选 用为5相混合式，5线输出，电机供电电压DC120310V，电流5A，驱动器型号BD5A 1、 进 给 系 统 机 械 结 构 改 造 设 计 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 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 操 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 进 给 滚 珠 丝 杠 螺 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 。八 、 进 给 伺 服 系 统 机 械 部 分 设 计 与 计 算 2、 进 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 力滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 设 计 、 计 算 与 选 型 、 齿 轮 传 动 计 算 、 步 进 电 机 的 计 算 和 选 型等 。 计 算 简 图 如 下 图 所 示 ： n 1、 确 定 系 统 的 脉 冲 当 量n 脉 冲 当 量 是 指 一 个 进 给 脉 冲 使 机 床 执 行 部 件 产 生 的 进 给 量 ,它 是 衡 量 数 控 机n 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 。2、 纵 向 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 副 的 型 号 选 择n （ 1） 滚 珠 丝 杠 螺 母 副n 滚 珠 丝 杠 副 是 在 丝 杠 和 螺 母 间 以 钢 球 为 滚 动 体 的 螺 旋 传 动 元 件 。 滚 珠 丝 杠 副的 结 构 原 理 示 意 图 如 图 所 示 n 3、 横 向 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 的 型 号 选 择n 经 济 型 数 控 改 造 的 横 向 进 给 的 设 计 比 较 简 单 ， 一般 是 步 进 电 机 经 减 速 后 驱 动 滚 珠 丝 杠 ， 使 刀 架 横 向 运 动 。步 进 电 机 安 装 在 大 拖 板 上 ， 用 法 兰 盘 将 步 进 电 机 和 机 床大 拖 板 连 接 起 来 ， 以 保 证 其 同 轴 度 ， 提 高 传 动 精 度 。 n 4滚珠丝杠螺母副的精度等级：n 数控机床根据定位精度的要求通常选用1-5级精度的滚珠丝杠，1-5级精度丝杠的行程公差数值如下表所示：