车床横向进给系统的数控改造设计说明.docx

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1、CA6140车床数控改造设计阐明书目录1 .绪论12 .设计规定32.1 总体方案设计规定32.2设计参数42. 3.其他规定43.进给伺服系统机械部分设计与计算83.1 进给系统机械构造改造设计93. 2横向进给伺服系统机械部分的计算与选型103. 2.1确定系统H勺脉冲当量103 .3.3横向滚珠丝杠螺母副日勺型号选择与校核环节144 .3.4齿轮有关计算163. 3.4(2)横向齿轮及转矩的有关计算204.步进电动机的计算与选型234. 1步进电动机选用的基本原则234. 2步进电动机B选折245.主轴交流伺服电机245. 1机床主运动电机确实定265.2主轴的变速范围265.3初选主轴

2、电机0型号275 .4主轴电机的校核276 .微机控制系统硬件电路设计286.1控制系统R勺功能规定286.2硬件电路的构成286. 3设计阐明317.安装调整中应注意日勺问题317. 1滚珠丝杠副的特点317. 2滚珠丝杠螺母副的选择327. 3滚珠丝杠螺母副H勺调整327. 4联轴器U勺安装327.5主轴脉冲发生器的安装32结论35参照文献36绪论数控机床与一般机床相比，增长了功能，提高了性能，简化了构造.很好地处理形状复杂、精密、小批量及形状多变零件H勺加工问题。能获得稳定H勺加工质量和提高生产率，其应用越来越广泛，不过数控的应用也受到其他条件限制：（1）数控机床价格昂贵，一次性投资巨大

3、，中小企业常是心有力而力局限性；（2）目前，各企业均有大量日勺一般机床，完全用数控机床替代主线不也许，并且替代下的机床闲置起来又会导致挥霍；（3）在国内，订购新数控机床0交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；（4）通用数控机床对某一类详细生产项目有多出功能。要很好的处理上述问题，应走通用机床数控改造之路。一般机床的改造就是在一般机床上增长微机数控装置，使其具有一定的自动化能力，以实现额定日勺加工工艺目的。机床数控化改造的长处：（1）改造闲置设备，能发挥机床原有的功能和改造后的新增功能，提高了机床时使用价值，可以提高固定资产的使用效率；（2）适应多品种、小批量零件生产；（3）自动化程度提高、专

4、业性强、加工精度高、生产效率高；（4）减少对工人的操作水平的规定；（5）数控改造费用低、经济性好;（6）数控改造时周期短，可满足生产急需。目前机床数控化改造的市场在我国尚有很大的发展空间，目前我国机床数控化率不到3%。用一般机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一种企业的产品、市场、效益，影响企业日勺生存和发展，因此必须大力提高机床时数控化率。一般车床（如C616,C618,CA6140）等是金属切削加工最常用B勺一类机床。一般机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，由光杠或丝杠带动溜

5、板箱、纵溜箱、横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，变化参数时要停车进行操作。刀架H勺纵向进给运动和横向进给运动不能联动，切削次序也由人工控制。对一般车床进行数控化改造，重要是将纵向和横向进给系统改为用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；刀架改导致为能自动换刀的回转刀架。这样，运用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数，切削次序和刀具都会按程序自动调整和更换，再加上纵向和横向进给联动的功能，数控改装后的车床就可以加工出多种形状复杂H勺回转零件，并能实现多工序自动车削，从而提高了生产效率和加工精度，也能适应小批量多品种复杂零件的加工。2设计规定2.1

6、总体方案设计规定总体方案设计应考虑机床数控系统口勺类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。(1) 一般车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向H勺直线插补、圆弧插补功能，还规定能暂停，进行循环加工和螺纹加工等，因此，数控系统选持续控制系统。(2)车床数控化改装后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下应简化构造、减少成本，因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。(3)根据一般车床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及经济性规定，经济型数控机床一般采用8位微机。在8位微机中，MCS-51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、具有很高的性价比，因此,可

7、选MCS-51系列单片机扩展系统。(4)根据系统日勺功能规定，微机数控系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器、I/O接口电路；包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示屏，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路，此外，系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。(5)设计自动回转刀架及其控制电路。(6)纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副构成，其传动比应满足机床所规定的辨别率。(7)为了保证进给伺服系统日勺传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙，齿

8、轮副也应有消除齿侧间隙的机构。(8)采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。2.2 设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。现列出CA6140卧式车床的技术数据:技术参数400mm210mm650;900;1400;1900mm112（20 种）名称在床身上工件最大直径在刀架上顶尖间最大距离宋制螺纹mm加工螺纹范围英制螺纹t/m224（20种）模数螺纹mm0.25一一一3（11种）径节螺纹t/m7-96（24种）最大通过直径48mm孔锥度莫氏6#主轴正转转速级教24正转转速范围101400rmin反转转速级数12反转转速范围141580rmin纵向级数64进给量纵向

9、范围0.0286.33mmr、横向级数64横向范围0.0143.16mmr滑板行程V横向320mm纵向650;900;1400;1900mm最大行程140mm刀架最大回转角90o、刀杠支承面至中心H勺距离26mm2525mm5#10mm24181000 1267mm0. 01mm200:0. 020.02/ 300mm7. 5kw7. 84kw400mm210mm1OOOmm刀杠截面BXH顶尖套莫氏锥度Y尾座横向最大移动量外形尺寸长X宽X高圆度工作精度彳圆柱度平面度m主电动机电动机功率总功率改造设计参数如下：最大加工直径V在床面上在床鞍上最大加工长度快进速度纵向2.4mminY横向1.2mmi

10、n最大切削进给速度V纵向0.5mmin横向0.25mmin溜板及刀架重力V纵向800N横向600N代码制ISO脉冲分派方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数2脉冲当量纵向0.0Imm/脉冲横向0.005mm脉冲机床定位精度0.015mm刀具赔偿量Omm99.99mm进给传动链间隙赔偿量纵向横向O.15mm0.075mm自动升降速性能有2. 3.其他规定(1)原机床的重要构造布局基本不变，尽量减少改动量，以减少成本缩短改造周期。(2)机械构造改装部分应注意装配的工艺性，考虑对时的装配次序，保正安装、调试、拆卸以便，需常常调整的部位调整应以便。3进给伺服系统机械部分设计与计算3.1进给

11、系统机械构造改造设计进给系统改造设计需要改动的重要部分有挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板刀架等改造的方案不是唯一的。如下是其中的一种方案：挂轮架系统：所有拆除，在原挂轮积极轴处安装光电脉冲发生器。进给箱部分：所有拆除，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，滚珠丝杠日勺另一端支承座安装在车床尾座端本来装轴承座的部分。溜板箱部分：所有拆除，在本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H勺丝杠的、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

12、回转四方刀架总成。3. 2横向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。图（4）进给系统计算简图确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一种进给脉冲使机床执行部件产生时进给量，它是衡量数控机床加工精度0一种基本参数。因此,脉冲当量应根据机床精度日勺规定来确定。对经济型数控机床来说，常采用Q脉冲当量为0.01mmstep和0.005mmstep,在CA6140日勺技术参数中，规定纵向脉冲当量fp为0.0Imm/step。横向脉冲当量为fp=O.005mmstepo横向滚珠丝杠螺母

13、副的型号选择与校核环节（1）型号选择1）最大工作载荷计算由于导向为贴塑导轨，则：k三1.4f,=0.05,F1为工作台进给方向载荷,FI=2141N,Fv=5360N,Fc=1340N,G=60kg,t=15000h,最大工作载荷：Fm=kF1+f,(Fv+2Fc+G)=1.4X2144+0.05(5360+2X1340+9.8X75)=3440.4N2)最大动载荷的计算V横二1400rmin0.79mmr-1106mmminn横丝二V横X12L0纵=11061/2/4=138.25rmin1.=60nt=60138.2515000/106=124.43C=VEfmFm=124431.5344

14、0.4=25763.7N初选滚珠丝杠型号为：CD506-3.5-E其基本参数为Dw=3.969mm,入二2T1,L0=6mm,dm=50mm,圈数X歹数X3.5X1(2)横向滚珠丝杠B校核D传动效率n计算=tg入tg(入+e)=tg2T1tg(2o11+10,)=93%2)刚度验算1 .丝杠日勺拉压变形量1=FmL/EA二3440.4X320/20.6104252=0.0027mm2 .滚珠与螺纹滚道间日勺接触变形量Fm&2=0.0013*FyjZ一3440.4=0.0013；,969X学1451医2=0.0070mm在这里Fyj=Fm3=3352.6/3=1118NZ=dmDw=3.14X50/3.969=39.56Z=39.563.51=138.48丝杠的总变形量=1+2=0.0027+0.0070=0.0097mm0.015mm查表知E级精度容许的螺距误差为0.015mm,故所选丝杠合格3. 2.3齿轮有关计算（1）纵向齿轮及转