472933$www123宋濤$普通車床數(shù)控改造(c6132)[1]

1、普通車床數(shù)控改造C6132總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 摘要本次設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C6132的數(shù)控化改造。主要包括：主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造、進(jìn)給系統(tǒng)的改造、導(dǎo)軌和刀架的改造，以及控制系統(tǒng)改造。結(jié)果表明，改造后的車床具有自動(dòng)化程度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)，并且降低了成本，提高了原機(jī)床的使用價(jià)值。關(guān)鍵詞：車床 數(shù)控改造 滾珠絲杠 數(shù)控系統(tǒng)AbstractThis design is based on the numerical control reform of C6132. Including main transmission system、feeding system、guide rail

2、and tool rest reform,as well as the control system improvement. It is showed that the lathe reformed have many merits such as high automation degree, high precision, and low cost, so the value of primary machine tool is improved.Keywords: lathe Numerical control reform Ball screws Numerical control

3、system一、總體方案擬定數(shù)控車床主要用于軸類、盤類零件的加工, 能自動(dòng)完成外圍柱面、內(nèi)孔、錐面、圓弧面、螺紋等工序的粗細(xì)加工, 并能在圓柱面或端面上進(jìn)行銑槽、鉆孔、鉸孔等工作, 可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件在預(yù)先加工好定位基面后, 一次裝夾下完成從毛坯到成品的全部工序。因此能夠極大的提高生產(chǎn)率。C6132車床主要用于對(duì)小型軸類、盤類以及螺紋零件的加工。數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)改造要求： 在改造中應(yīng)盡可能保留原機(jī)床結(jié)構(gòu)。主傳動(dòng)系統(tǒng)中保留主軸箱內(nèi)滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，取消原操作手柄，實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止，改由數(shù)控系統(tǒng)直接控制主電機(jī)，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出M03指令后，主電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。縱、橫進(jìn)給系統(tǒng)均采

4、用交流伺服電動(dòng)機(jī)。用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)代替普通的滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu),具有摩擦力小,運(yùn)動(dòng)靈敏, 無爬行現(xiàn)象, 也可以進(jìn)行預(yù)緊, 以實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng),傳動(dòng)剛度好,反向時(shí)無空程死區(qū)等特點(diǎn)?？商岣邆鲃?dòng)精度。導(dǎo)軌需沿用原機(jī)床的導(dǎo)軌，但因起精度較低，不適合數(shù)控機(jī)床。因而在原導(dǎo)軌上粘接四氟乙烯軟帶，使其有良好的耐摩性和較小的摩擦阻力，能預(yù)防爬行并具有自潤滑性。將原刀架和小托板拆除，將車床刀架換為四工位電動(dòng)刀架，將刀架調(diào)整好高度安裝在中拖板上，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制，減少輔助時(shí)間，提高效率。為保證加工螺紋時(shí)縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，需要在主軸尾部安裝主軸脈沖發(fā)生器。主軸脈沖發(fā)生器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時(shí)

5、發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，使數(shù)控系統(tǒng)控制刀架的縱向移動(dòng)量。二、主要改造內(nèi)容（一）、伺服控制系統(tǒng)的選擇因要求改造后的車床為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。所以在保證具有一定加工精度的前提下，從改造成本考慮。應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本。可采以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開環(huán)系統(tǒng)，但是考慮到加工精度的要求，應(yīng)采用以伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的環(huán)路短，剛性好，較容易獲得較高的精度和速度，目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都采用半閉環(huán)系統(tǒng)，而隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，伺服電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)中就把電機(jī)和檢測(cè)元件直接安裝在一起，形成成套的產(chǎn)品，極大的方便了用戶，省去了安裝調(diào)整誤差。（半閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖1所示）檢測(cè)器執(zhí)行件伺

6、服放大器伺服電機(jī)減速箱脈沖指令比較線路 圖1 半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖 （二）、機(jī)械部分改造1.床頭箱部分保留主軸箱內(nèi)的滑移齒輪，取消操作手柄。將原床身的掛輪、進(jìn)給箱及內(nèi)部傳動(dòng)齒輪系統(tǒng)去除，其余部分保持不變。在該處安裝縱向伺服電動(dòng)機(jī)與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作桿（“三桿”）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原來裝軸承座的部分。 并在主軸箱后端安裝光電編碼器。編碼器的安裝方式有兩種，一種是安裝，另一種是異軸安裝。因?yàn)樵瓩C(jī)床主動(dòng)掛輪與主軸傳動(dòng)比為1:1，所以可將編碼器安裝于原機(jī)床主動(dòng)掛輪處。這種安裝方式較簡(jiǎn)單，易安裝。2.進(jìn)給系統(tǒng)（橫向）的改造將車床溜板箱拆除，在原處

7、安裝滾珠絲杠螺母座，絲杠螺母固定在其上。將橫溜板中的普通絲杠、螺母拆除，在該處安裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副， 伺服電機(jī)與絲杠間采用一級(jí)減速器聯(lián)接, 以縮小傳動(dòng)鏈, 提高系統(tǒng)剛度, 并減少傳動(dòng)鏈誤差。橫向伺服電動(dòng)機(jī)與齒輪減速器總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠通過膜片聯(lián)軸器相連。膜片聯(lián)軸器的特點(diǎn)是易平衡，不需潤滑。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有一定的補(bǔ)償性能和緩沖性能。因其尺寸較大，故可將其放在減速箱內(nèi)。橫向滾珠絲杠選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副。型號(hào)為FFZL2505-3【1】,其公稱直徑d0 =25mm、基本導(dǎo)程L0=5mm 。滾珠絲杠的支撐方式選用兩端固定式，其傳動(dòng)精度高

8、，并有較好的剛度。適合于距離不長的場(chǎng)合。滾珠絲杠需要預(yù)緊，其大小約為軸向力的三分之一。減速箱齒輪傳動(dòng)初定傳動(dòng)比為2，可取Z1=24 則Z2=48,齒寬B=16.在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，為了提高傳動(dòng)精度，必須消除齒輪副的間隙。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于變向狀態(tài),反向時(shí)如果驅(qū)動(dòng)鏈中的齒輪等傳動(dòng)副存在間隔,就會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的反向滯后于指令信號(hào),從而影響其傳動(dòng)精度,因此24/48這一對(duì)齒輪還必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙,以提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度。齒輪間隙的調(diào)整采用圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯(cuò)齒法來實(shí)現(xiàn),其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2 齒輪間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)圖圖中,在2 個(gè)薄片齒輪1 和2 上裝有螺紋的凸耳4 和8

9、 ,彈簧的一段鉤在凸耳4上,另一端鉤在螺釘5 上。彈簧3 所受的張力大小可用螺母6 來調(diào)節(jié)螺釘5 的伸出長度,調(diào)整好后再用螺母7 鎖緊。在選擇伺服電機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：a、慣量匹配，即0.25Jd/Jm1， 其中Jd為折算到到電動(dòng)機(jī)的負(fù)載慣量，Jm為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。b、轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實(shí)際需要，但是不需要留有過多的余量，因?yàn)橐话闱闆r下，其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3 倍。c、短時(shí)間特性(加減速轉(zhuǎn)矩)，工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動(dòng)機(jī)加減速轉(zhuǎn)矩。 根據(jù)以上原則，取電動(dòng)機(jī)型號(hào)為1FT5066-0A01【2】3.導(dǎo)軌及刀架改造因原機(jī)床的導(dǎo)軌精度不能滿足數(shù)控機(jī)床的要求。但改造的原則是盡量保持原機(jī)床的部件

10、。故只能將導(dǎo)軌加以利用。導(dǎo)軌表面貼塑的方法可使得導(dǎo)軌精度提高。因此可在導(dǎo)軌上加四氟乙烯軟帶。其特點(diǎn)是，摩擦系數(shù)低，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，可吸收震動(dòng)，維修方便，損壞后更換容易。在本次設(shè)計(jì)中采用美國霞板公司研制的德爾賽塑料導(dǎo)軌軟帶。數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。根據(jù)加工對(duì)象，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對(duì)于數(shù)控車床來說，加工過程

11、中刀架部要進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度（一般位0.0010.005mm）考慮經(jīng)濟(jì)性以及利于普通車床數(shù)控化改造，本設(shè)計(jì)采用四方回轉(zhuǎn)刀架。并設(shè)計(jì)成螺旋升降式四方回轉(zhuǎn)刀架。(三)、數(shù)控系統(tǒng)的選擇 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著，現(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC、西門子、華中數(shù)控系統(tǒng)等，本設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)行數(shù)控車床，只要滿足設(shè)計(jì)要求功能及精度即可。通過比較，國內(nèi)的華中數(shù)控系統(tǒng)不僅能達(dá)到要求，并且價(jià)格便宜，是數(shù)控機(jī)床的改造的首選系統(tǒng)，根據(jù)功能要求，選擇華中HNC-21TF型數(shù)控系統(tǒng)。 三、 結(jié)論經(jīng)過改造后的機(jī)床如下圖所示，經(jīng)過理論和實(shí)踐證明改造后的車床不僅工藝范圍廣而且具有較高的自動(dòng)化程度和精度，其理論定位精度可達(dá)到X軸0.020 mm，Z軸0.035 mm，重復(fù)定位精度X軸0.015 mm，Z軸0.020 mm。因此對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造具有較高的經(jīng)濟(jì)性，提高了原機(jī)床的使用價(jià)值，