普通車(chē)床的數(shù)控改造

1、合肥工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目：普通車(chē)床的數(shù)控改造專(zhuān)業(yè)：機(jī)械電子工程（本科）姓名：吳 峰時(shí)間：二零零七年十二月十二日目錄前言 2第一章總體方案 31.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.2總體方案的確定 4第二章普通車(chē)床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造 52.1數(shù)控系統(tǒng) 52.1.1數(shù)控系統(tǒng)的選擇 52.1.2需要購(gòu)買(mǎi)的元器件清單 52.1.3電氣控制原理 62.2機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 62.2.1縱向（Z向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 72.2.2橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造 112.3刀架的改造 132.4主軸傳動(dòng)系統(tǒng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造 142.5編碼器 15第三章參考點(diǎn)的建立 15第四章安全防護(hù) 15第五章 機(jī)床的調(diào)試與驗(yàn)收

2、165.1調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定 165.2調(diào)試 165.3驗(yàn)收及后期工作 17第六章結(jié)束語(yǔ) 17參考文獻(xiàn) 20謝辭 21、八前言數(shù)控技術(shù)水平的高低和數(shù)控設(shè)備擁有量的多少已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家 工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制 造中發(fā)揮著巨大的作用，解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、小批量、 多變零件的加工問(wèn)題，并且能提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。但是，發(fā) 展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使得許多中小型企 業(yè)都難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購(gòu)買(mǎi)昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢(shì) 必造成巨大的浪費(fèi)。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。通過(guò)對(duì)普通機(jī)床的數(shù)控

3、改造，使其加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠， 操作方便，性?xún)r(jià)比高。這種方法對(duì)中小企業(yè)機(jī)械設(shè)備的數(shù)控改造具有一定 的借鑒與推廣作用。本次改造主要針對(duì)車(chē)床的主軸系統(tǒng)、刀架系統(tǒng)、進(jìn)給 系統(tǒng)、反饋環(huán)節(jié)、電器控制柜及數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，方法簡(jiǎn)單，改造步 驟便于實(shí)施。而且通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我初步掌握了一些CAD制圖軟件的應(yīng)用以及論文的撰寫(xiě)格式，是對(duì)我三年函授學(xué)習(xí)的一次全面總結(jié)。關(guān)鍵詞：車(chē)床； 數(shù)控改造； 進(jìn)給系統(tǒng)；主軸傳動(dòng)系統(tǒng)第一章 總體方案1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)由于是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿(mǎn)足 使用要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能減少，以降低成本。本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車(chē)床

4、進(jìn)行數(shù)控改造，利用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 （CNC裝置）對(duì)縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行半閉環(huán)控制，使主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速 和恒速切削，驅(qū)動(dòng)元件采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副， 刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。CA6140普通車(chē)床適用于車(chē)削內(nèi)外圓柱面，內(nèi)錐面及其它旋轉(zhuǎn)面以及各 種公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋，并能進(jìn)行鉆孔和拉油槽等工作。 其主要技術(shù)參數(shù)如下：床身上最大回轉(zhuǎn)直徑400mm最大工件長(zhǎng)度（二頂尖間距離）1000mm最大車(chē)削長(zhǎng)度 （ 最大加工長(zhǎng)度) 900mm刀架上回轉(zhuǎn)直徑210mm主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離205mm主軸通孔直徑52mm主軸孔前端錐度莫氏圓錐 6號(hào)主軸頭形式A6正轉(zhuǎn) 24；反轉(zhuǎn) 12主軸

5、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、.厶J.八,、一u- r r I r ,t主軸轉(zhuǎn)速范圍正轉(zhuǎn) 11-1600r/min ；反轉(zhuǎn) 14-1580r/min縱向進(jìn)給范圍種類(lèi)64縱向進(jìn)給范圍 - 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)給0.08-1.59 mm/r橫向進(jìn)給范圍種類(lèi)64橫向進(jìn)給范圍 - 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)給0.04-0.79mm/r刀架縱向的快移速度4m/min刀架橫向的快移速度 2m/min 刀架轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)角度 ± 90o 刀桿截面尺寸（四方刀架刀桿截面）25 x 25mm 主軸中心線(xiàn)至刀具支承面距離26mm床尾主軸直徑（尾座套筒直徑） 75mm 床尾主軸孔錐度 （尾座套筒錐孔錐度 ） 莫氏圓錐 5號(hào) 床尾主軸最大行程150mm床身導(dǎo)軌寬度

6、（導(dǎo)軌跨度 ）400mm床身導(dǎo)軌硬度RC52主電機(jī)功率7.5kw機(jī)床凈重2070kg機(jī)床輪廓尺寸（長(zhǎng)x寬x高）2668X 1000X 1267加工精度IT7表面光潔度Ra1.6卩m1.2 總體方案確定CA614 0車(chē)床主要用于對(duì)中小型軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)及螺紋零件的加工，加工這 些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)完成的工作內(nèi)容有：能夠控制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) 不同切削速度的主軸變速；刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有 在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位、完成選擇刀具的功能；加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證 主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。這些內(nèi)容就是數(shù)控改 造后數(shù)控系統(tǒng)需要控制的對(duì)象。改造中需要解決的問(wèn)題是：將機(jī)械傳動(dòng)的進(jìn)

7、給和手動(dòng)控制的轉(zhuǎn)位刀架 改造成數(shù)控裝置控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架和自動(dòng)進(jìn)給的數(shù)控加工車(chē)床。根據(jù) CA6140車(chē)床的有關(guān)資料，確定總體方案為：利用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出的進(jìn)給指令通過(guò)I/O接口輸出給X軸和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)通過(guò)同步帶帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。換刀指令通過(guò)刀架控制器控制三相電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位功能，由脈沖編碼器協(xié)調(diào)完成螺 紋車(chē)削功能。第二章 普通車(chē)床主要結(jié)構(gòu)的數(shù)控改造2.1 數(shù)控系統(tǒng)2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的靈魂，其性能的穩(wěn)定性直接影響零件的加工的 尺寸精度、位置精度及操作工人的人身安全。數(shù)控機(jī)床的價(jià)格主要由

8、數(shù)控系統(tǒng)來(lái)決定，數(shù)控系統(tǒng)從功能上可分為低、 中、高三檔。結(jié)合實(shí)際情況，從實(shí)用角度出發(fā)，我選擇了廣州數(shù)控設(shè)備有 限公司生產(chǎn)的GSK218T型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)，它采用了 3和超大規(guī)?？删幊唐?件FPGA,運(yùn)用實(shí)時(shí)多任務(wù)控制技2位高性能CPU術(shù)和硬件插補(bǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 了卩m級(jí)精度的運(yùn)動(dòng)控制，并且支持CNC與 PC機(jī)間雙向通訊及CNC間通訊， 集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、輸入輸出接口，支持硬盤(pán)、 電子盤(pán)等程序存儲(chǔ)方式，具有高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、 易于使用的特點(diǎn)。2.1.2 需要購(gòu)買(mǎi)的元器件清單GSK218型車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)廣州數(shù)控設(shè)備有限公司EP100交流伺服驅(qū)動(dòng)器武漢邁信電氣技術(shù)有

9、限公司TC1伺服變壓器3XAC 220V西門(mén)子MMV44型變頻器變頻電機(jī)VFG132-4 5.5KW 1470r/min交流伺服電機(jī)P60B13150HXS 7.5N.MP60B13100HXS 5N.M24V直流穩(wěn)壓電源控制變壓器380V/220V 24V編碼器ZLF-12長(zhǎng)春第一光學(xué)儀器廠電動(dòng)刀架LD-C6140常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠行程開(kāi)關(guān)JW2-11X2-N2.1.3 電氣控制原理1 主軸控制系統(tǒng)主軸的控制是采用010V摸擬量信號(hào)控制變頻器，以達(dá)到對(duì)主軸實(shí)現(xiàn) 無(wú)極調(diào)速。手動(dòng)狀態(tài)下，可通過(guò)面板上主軸正反轉(zhuǎn)按鈕實(shí)現(xiàn)主軸的手動(dòng)正 反轉(zhuǎn)控制，自動(dòng)及MDI方式可通過(guò)M03主軸正轉(zhuǎn)、M04主軸反

10、轉(zhuǎn)、結(jié)合S指 令的大小實(shí)現(xiàn)主軸的變速運(yùn)行，通過(guò) M05實(shí)現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)的停止。2 進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)X軸和Z軸均采用三洋交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由武漢邁信EP100伺服驅(qū)動(dòng) 器控制，其動(dòng)力由 R、 S、 T 三相電源經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器提供，伺服電機(jī)控制刀 架的進(jìn)給與后退（正反轉(zhuǎn)） ，進(jìn)給速度與進(jìn)給量指令由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出，它們 與數(shù)控系統(tǒng)的接口為 XS30和XS31。通過(guò)面板+X -X、+Z、-Z按鈕可以實(shí) 現(xiàn)X、Z軸的點(diǎn)動(dòng)，其點(diǎn)動(dòng)速度的改變可結(jié)合進(jìn)給倍率按鈕進(jìn)行調(diào)整。同時(shí) 點(diǎn)動(dòng)按鈕結(jié)合快速進(jìn)給按鈕可以實(shí)現(xiàn) X、Z軸的快速移動(dòng)。3 刀架控制電路可通過(guò)面板上的按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)換刀，也可通過(guò)MDI及自動(dòng)工作方式換刀，換刀的

11、過(guò)程為：刀架抬起，刀架旋轉(zhuǎn)，刀架落下，刀架夾緊。手動(dòng)換 刀時(shí)，每按一次換刀按鈕，即可實(shí)現(xiàn)一次換刀。換刀監(jiān)控時(shí)間與刀架的夾 緊時(shí)間可通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。2.2 機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)一 選擇脈沖當(dāng)量根據(jù)機(jī)床精度要求確定脈沖當(dāng)量，縱向：0.01mm步，橫向：0.005mm/步（半徑）二 計(jì)算切削力1 縱車(chē)外圓主切削力Fz(N)按經(jīng)驗(yàn)公式估算：Fz=0.67Dma!.5 =0.67 X 4001'5 =5360N按切削力各分力比例:Fff2橫切端面z：Fx：Fy =1:0.25:0.4X = 5360 X 0.25=1340Ny =5360 X 0.4=2144N主切削力F z(N

12、)可取縱切的1，/Fz1= Fz =2680N2此時(shí)走刀抗力為fy(n)，吃刀抗力為f x(N)。仍按上述比例粗略計(jì)算:F Z: F Y : F X =1:0.25:0.4F x = 2680 X 0.25=670NF x=2680X 0.4=1072N2.2.1縱向(Z向)進(jìn)給系統(tǒng)的改造一改造思路絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到整個(gè)傳動(dòng)鏈精度。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。雖然采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)于滾珠絲杠價(jià)格較低， 但難以滿(mǎn)足高精度的零件加工。與其他傳動(dòng)方式相比，同步帶的物理機(jī)械 性能優(yōu)越,傳動(dòng)比準(zhǔn)確度高，無(wú)滑差,噪音小,傳動(dòng)比范圍大，一般可達(dá)1:10 , 且不需潤(rùn)滑，無(wú)污染，綜合了它

13、們各自的優(yōu)點(diǎn)。所以選擇了ffzd型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，縱向進(jìn)給系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步帶驅(qū)動(dòng)滾 珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)大拖板左右縱向移動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)安裝在縱向 絲杠的左端。二縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm (N)縱向進(jìn)給為綜合性導(dǎo)軌F m= K F x + f / (pz + G)=1.15 X 1340+0.16 X (5360+800)=2530式中 K 考慮顛復(fù)力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取K=1.15f /滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，0.150.18G 溜板及刀架重力，G=800N2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載cVL f fw I,60漢n汽TL=61061000 vSL°式

14、中 L 0滾珠絲杠導(dǎo)程vs 最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的(1/21/3 )，此處 vs =0.6m/minT 使用壽命，按15000hf w 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)取fW=1.21.5L 壽命，以106轉(zhuǎn)為1單位所以n=晉=1°=50灑L=60 n T60 50 15000=452610式中入一螺旋升角，F(xiàn)FZD4006-3入=2o44.摩擦角取10，滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.0030.004所以n =也=一tg2 44 廠=0.94tg (入 + 椚 tg(2 44/ +10 )5.剛度驗(yàn)算滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。滾珠絲杠副的軸向

15、變形包括絲杠的拉壓或拉伸變形，滾珠與螺紋滾道間的接觸變形，支撐滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形以及絲杠的 扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形和螺母座的變形。滾珠絲杠的扭矩變形較小，對(duì)縱向變形的影響更小，可忽略不計(jì)，螺母座只要設(shè)計(jì)合理，其變形量也可忽略 不計(jì)。最大牽引力Fm= 2530N 支承間距L=1625mm絲杠內(nèi)徑d=35.9mm絲杠 螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊。(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量8 iL =±Fm L。EF_丄1L。式中L 在工作負(fù)載Fm作用下每一導(dǎo)程的變化量(mm)F m 工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力(N)L0滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm)E 材料彈性模數(shù)，對(duì)鋼 E=20.6X 104 (N/mm2)

16、F滾珠絲杠的截面積(按內(nèi)徑計(jì))仲吊)所以L(fǎng)=2530 6 -= 0.728 x 10-4(mm)20.6"0 S 漢35.9 /4 J728 10 1625 =0.0 1 97(mm) 6 由于絲杠進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可提高 4倍。其實(shí)際變形量8(mm為:合；=1 x 8 1=1 x 0.0197=0.0049(mm)(2) 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形8 25 2=0.0013Fm3 do式中F y預(yù)緊力(kgf)，取額定動(dòng)載荷的0.1倍D0滾珠直徑(mm)Z滾珠數(shù)量Z e = Zx圈數(shù)x列數(shù)Z 一圈的滾珠數(shù)Z壘-3d。D 0 滾珠絲杠公稱(chēng)直徑(mm)所以 Z匚0 -3284Z

17、 E = 28 x 3x 1 = 84S 2=0.0013 x2533 4 0.1 1510 842=0.002(mm)(3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 8 3采用D46207型球軸承，d=35mm滾動(dòng)體的直徑dQ=12.33mm,滾動(dòng)體的數(shù)量z=18S c=0.0024=0.00242532.12.33 182=0.0061(mm)因施加預(yù)緊力，故8 3=丄 8 c=- x 0.0061=0.0031(mm)2 2根據(jù)以上結(jié)果，8 = 8 1+8 2+ 8 3=0.0049+0.002+0.0031=0.010mmV定位精度6.穩(wěn)定性校核。臨界負(fù)載Fk=fZn2EIL2式中 E 材料彈

18、性模量，鋼：E=20.6 x 106N/cmiI截面慣性炬（cm4）絲杠：匸n di4 ,d i為絲杠內(nèi)徑64L 絲杠兩支承端的距離（cm）fz絲杠支承方式系數(shù)，查表，一端固定，一端簡(jiǎn)支f Z =2.00所以匸n4d>64 x 3-594=8.149cm4fZn2EI2 62 n 20.6 108.149162.52=125359N= = =49.5>> : n"Fm2530（一般nJ =2.5 4） 因此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。2.2.2橫向（X向）進(jìn)給系統(tǒng)的改造一改造思路橫向進(jìn)給系統(tǒng)的改造應(yīng)保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便于調(diào)整操作。橫向進(jìn)給 系統(tǒng)由伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步帶驅(qū)動(dòng)滾

19、珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。 伺服電動(dòng)機(jī)安裝在大拖板后端，用法蘭盤(pán)將伺服電動(dòng)機(jī)與大拖板連接起來(lái), 以保證其同軸度，提高傳動(dòng)精度。二橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1計(jì)算進(jìn)給牽引力Fm橫向?qū)к墳檠辔残?，?jì)算如下：Fm=1.4 X Fy +F（ Fz+ 2 Fx + G ）= 1.4x 670+ 0.2（2680 + 2x 1072 + 600）2023N2計(jì)算最大動(dòng)負(fù)載c1000 VsL°=30L=c=60 漢 n 漢T =60 匯30 漢 15000 =276 = 6=2710 103選擇滾珠絲杠螺母副采用FFZD2505-3型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式墊片預(yù)緊滾珠絲杠副，1列3圈，其 額定動(dòng)負(fù)載為10

20、200N精度等級(jí)選為2級(jí)。4傳動(dòng)效率計(jì)算匕/n =tgY= tg4 33 廠=0.965tg(Y + 心 tg(4 33/ + 10/)5剛度驗(yàn)算最大牽引力 Fm=2023N,支承間距 L=667mm絲杠內(nèi)徑d=21.9mm絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊。(1) 絲杠的拉伸或壓縮變形量8 i (mm)/.L = F m Lo =2023 5- =1.3 x 10-4EF 20.6 匯 104 漢n 漢 21.92/48 1二縣 L = 1.3 10* 667 =0.0173(mm)l_05(2) 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形8 2Z匚5 -3193.5Ze = 19x 3x 1 = 57S 2=0.0

21、013 x202.33 3.5 0.1 1020 572=0.0025(mm)(3) 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形8 3采用E80104型球軸承,dQ=7.33mm, z=16, d=20mmS c =0.0024=0.0024 32202.37.33 162=0.0067(mm)因施加預(yù)緊力，故118 3=丄 8。=丄 x 0.0067=0.0039(mm)22綜合以上幾項(xiàng)變形量之和,S =5 1+ S 2+5 3=0.0173+0.0025+0.0039=0.0237(mm)此變形量已大于定位精度的要求，故應(yīng)采取相應(yīng)的措施修改設(shè)計(jì)。因 橫向溜板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑，所以采用貼

22、塑導(dǎo)軌減小摩 擦力，從而減小最大牽引力。重新計(jì)算：Fm=1.4 X FY + f，F(xiàn)z + 2Fx + G)= 1.4 X 670+ 0.04 X (2680 + 2X 1072 + 600)=1155N當(dāng) fm=1155N時(shí).丄=Fm X 二 1155 52=0.745 X10-4EF20.6X104 xn 21.92 /45 1= L l = 0.745 10667 =0.0099(mm)L055 2和5 3不變則 5 = 5 1+5 2+5 3=0.0099+0.0025+0.0039=0.0163mm定位精度，此變形量仍不能滿(mǎn)足要求。將滾珠絲杠再經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸，剛度還可提高4倍，115 =

23、丄 5 1+ 5 2+ 5 3=丄 X 0.0099+0.0025+0.0039=0.0089mm44此變形量可控制在要求范圍之內(nèi)。6.穩(wěn)定性校核。計(jì)算臨界負(fù)載Fk=fzn EI匸6?14=右X 2.194=1.129cmK=fZn2EI2 62 n 20.6 101.12966.72=103086N_ Fk _ 103086K=Fm'1155=89.3>> nJ(一般nJ =2.5 4)因此滾珠絲杠不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。2.3刀架的改造一 改造思路： 刀架部分是機(jī)床的重要功能部件，對(duì)其進(jìn)行改裝主要是為了實(shí)現(xiàn)多刀 夾持和自動(dòng)換刀。 電動(dòng)刀架能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀功能，降低輔助時(shí)間，提高生

24、產(chǎn)效率，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要，選擇常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的四 方刀架，它可以完成粗、精車(chē)，螺紋車(chē)削和切槽、切斷等加工的換刀工作， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。刀架的轉(zhuǎn)位由三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)完成。二 實(shí)施步驟：(1) 拆下原手動(dòng)刀架；(2) 在小拖板上鉆四個(gè)安裝孔，并攻絲；(3) 手動(dòng)抬起電動(dòng)刀架，將刀架安裝在小拖板上；(4) 安裝后，試用MDI功能換刀，觀察三相電源有無(wú)接反。2.4 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌副的改造一 改造思路：為提高機(jī)床自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中自動(dòng)變速，對(duì)原CA6140主軸傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一定的改裝。二 實(shí)施步驟：( 1)取消原變速箱，將主軸電機(jī)換成變頻電機(jī)；( 2)保留原主軸箱

25、內(nèi)的背齒輪機(jī)構(gòu)。三 滑動(dòng)導(dǎo)軌副對(duì)數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車(chē)床的導(dǎo)向精度和工藝性外，還 要有良好的耐摩擦、耐磨損特性，并減少因摩擦阻力而導(dǎo)致的死區(qū)；同時(shí) 要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防 護(hù)和潤(rùn)滑。普通車(chē)床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用 一段時(shí)間后都會(huì)有不同程度的磨損，對(duì)機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來(lái)很大 的影響。因此在對(duì)其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí)，必須針對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行 必要的檢修處理，對(duì)于磨損較嚴(yán)重的要進(jìn)行大修，同時(shí)采用合理的潤(rùn)滑，充分保證其精度。2.5 編碼器車(chē)螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)一圈，車(chē)刀移動(dòng)一個(gè)螺距（單頭） ，主軸與絲杠應(yīng)同 步動(dòng)作，為保

26、證每次吃刀都不亂扣，必須安裝一個(gè)光電編碼器。按要求編碼器與主軸的傳動(dòng)比應(yīng)為 1：1，由兩個(gè)齒數(shù)均為 50 的塑料齒 輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于車(chē)床結(jié)構(gòu)不符合安裝要求， 只能通過(guò)自制掛輪間接實(shí)現(xiàn) 1： 1 的傳動(dòng)比要求。第三章 參考點(diǎn)的建立數(shù)控機(jī)床的加工是由程序控制完成的，所以坐標(biāo)系的確定與使用非常 重要。根據(jù)ISO841標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用右手笛卡兒坐標(biāo)系作為標(biāo) 準(zhǔn)：數(shù)控車(chē)床平行于主軸軸線(xiàn)的方向?yàn)榭v向（ Z 軸），其正方向是使刀具遠(yuǎn) 離工件的方向；垂直于主軸軸線(xiàn)的方向?yàn)闄M向（ X 軸），其正方向是使刀具 遠(yuǎn)離工件旋轉(zhuǎn)中心的方向 。CA614 0車(chē)床的坐標(biāo)原點(diǎn)定在卡盤(pán)基座與主軸中心的交點(diǎn)上。數(shù)控系統(tǒng)

27、 是通過(guò)檢測(cè)參考點(diǎn)的具體位置來(lái)確定機(jī)床坐標(biāo)系的。選用兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)： X 軸反向和 Z 軸反向安裝在機(jī)床上，用于建立參考點(diǎn)。當(dāng)移動(dòng)刀架兩個(gè)都有 信號(hào)輸出時(shí)，刀架的當(dāng)前位置就為參考點(diǎn) R,測(cè)量X和Z ,并將它們寫(xiě)入 機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)，即可在數(shù)控系統(tǒng)中建立坐標(biāo)系。利用手動(dòng)對(duì)刀，設(shè)定機(jī)床的 原點(diǎn) O（x=0,z=0 ）, 使其位于卡盤(pán)前端面中心。第四章 安全防護(hù)4.1 硬防護(hù)改造效果必須以安全為前提。在車(chē)床的數(shù)控改造中，要根據(jù)實(shí)際情況 采取相應(yīng)的措施，切不可忽視。滾珠絲杠副是一種精密元件，工作時(shí)要嚴(yán) 防灰塵，特別是切削及硬粒進(jìn)入滾道。在縱向絲杠上也可加裝整體鐵板防 護(hù)罩。4.2 軟防護(hù)為了避免刀架縱向或橫向

28、沖出工作臺(tái)，必需對(duì)其進(jìn)行超程保護(hù)控制。其控制原理為：1當(dāng)向X軸正向移動(dòng)時(shí)，刀架撞到SQX1限位開(kāi)關(guān)，電路切斷電源，使其斷 電停車(chē)；當(dāng)向相反方向移動(dòng)時(shí)，刀架撞到 SQX2艮位開(kāi)關(guān)，電路切斷電源， 使其斷電停車(chē)；2當(dāng)向Z軸正向移動(dòng)時(shí)，刀架撞到SQZ1限位開(kāi)關(guān)，電路切斷電源，使其斷 電停車(chē)；當(dāng)向相反方向移動(dòng)時(shí)，刀架撞到 SQZ2限位開(kāi)關(guān)，電路切斷電源， 使其斷電停車(chē)。如果想讓刀架超程，要在超程按扭的配合下使其回到工作行程范圍內(nèi)。 一旦操作不當(dāng)或機(jī)床誤動(dòng)作，急停按扭可以使其在任何位置停止，這樣大 大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并減小了廢品率，還可以大幅度的提高工人的人 身安全 。第五章 機(jī)床的調(diào)試 機(jī)床安裝、

29、系統(tǒng)各參數(shù)按要求設(shè)置完成之后，在機(jī)電聯(lián)調(diào)時(shí)還需完成 各種動(dòng)作試驗(yàn)、功能試驗(yàn)、空運(yùn)轉(zhuǎn)、負(fù)荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)床數(shù)控化改造后是 否滿(mǎn)足要求。5.1 調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定 新的電氣系統(tǒng)改造完成以后，怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)， 也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)。調(diào)試工作涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制、 傳感等各個(gè)方面，因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人牽頭進(jìn)行，其它人員配合。調(diào)試 步驟可從簡(jiǎn)到繁，從小到大，從外到里進(jìn)行，也可先局部后全局，先子系 統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)新系統(tǒng)的考核，制定時(shí)必須實(shí)事求是，過(guò) 高或過(guò)低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。5.2 調(diào)試 調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷

30、靜，隨時(shí)記錄，以便發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。調(diào)試中首先試驗(yàn)安全保護(hù)系統(tǒng)的靈敏度，防 止人身、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)必須清理干凈，無(wú)多余物品；各運(yùn)動(dòng)坐 標(biāo)拖板處于全行程中心位置；能空載試驗(yàn)的，先空載后加載；能模擬試驗(yàn) 的，先模擬后實(shí)動(dòng)；能手動(dòng)的，先手動(dòng)后自動(dòng)。5.3 驗(yàn)收及后期工作 驗(yàn)收工作應(yīng)聘請(qǐng)有關(guān)人員共同參加，并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。驗(yàn) 收及后期工作包括：1 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收 經(jīng)過(guò)機(jī)械修理、改造和全面保養(yǎng)，機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求， 幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)。2 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收 電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常，靈敏可靠。控制精度應(yīng)用系 統(tǒng)本身的功能 （如步進(jìn)尺寸等 ） 與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量

31、器具 （ 如激光干涉儀、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x 等） 對(duì)照檢查，達(dá)到精度范圍之內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精 度作出對(duì)比，獲得量化的指標(biāo)差。3 試件切削驗(yàn)收 可以參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件的標(biāo)準(zhǔn)，在有資格的操作工、 編程人員的配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度、切削力、噪聲、 運(yùn)動(dòng)軌跡、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等，一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。4 圖紙、資料驗(yàn)收機(jī)床改造完成后，應(yīng)及時(shí)將圖紙 （ 包括原理圖、配置圖、接線(xiàn)圖、梯形 圖等）、資料（包括各類(lèi)說(shuō)明書(shū) ） 、改造檔案 （包括改造前、后的各種記錄 ）匯 總、整理，并移交入檔，保持資料的完整、有效、連續(xù)，這對(duì)該設(shè)備今后 的穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的。第六章

32、 結(jié) 束 語(yǔ) 在機(jī)床的整個(gè)改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到許多測(cè)試、調(diào)試方面的問(wèn)題， 在硬件設(shè)備改造安裝好后，需對(duì)機(jī)床的機(jī)械部分進(jìn)行調(diào)整，對(duì)插補(bǔ)（直線(xiàn)、 圓?。?，反向間隙補(bǔ)償參考點(diǎn)，螺紋加工等參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，試切工件對(duì) 參數(shù)進(jìn)行整體優(yōu)化，直至完全滿(mǎn)足生產(chǎn)質(zhì)量和精度要求。通過(guò)上述方案改造的普通車(chē)床，加工精度明顯提高，定位準(zhǔn)確可靠， 操作方便。與購(gòu)買(mǎi)相同配置的數(shù)控車(chē)床相比，性?xún)r(jià)比高，費(fèi)用較低。 改造后的普通車(chē)床適合于汽車(chē)、石油機(jī)械、軍工等多種行業(yè)的機(jī)械加 工，主要用于軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)的精加工和半精加工，可以加工內(nèi)、外圓柱表面、 錐面、車(chē)削螺紋、鏜孔、鉸孔以及各種曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)體。改造成功的數(shù)控車(chē)床 采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶(hù)不同的需求，配備不同的裝置及附件。 其主要性能特點(diǎn)如下：1. Z軸、X軸全數(shù)字交流伺服閉環(huán)控制；2. 主軸可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速與恒速切削；3. 中文液晶顯示，界面友好，操作方便 ；4. 四工位電動(dòng)刀架可以完成自動(dòng)換刀；5. 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)超程的硬防護(hù)與軟防護(hù)。CA6140普通車(chē)床改造后的的主要技術(shù)參數(shù)如下：最大加工直徑在床面上400mm在床鞍上210mm最大工件長(zhǎng)度（二頂尖間距離） ： 1000mm主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離 205mm溜板及刀架重力縱向800N橫向600N快進(jìn)速度縱向橫向2.4m/min 1.2m/min最大切削進(jìn)給速度縱向橫向0.6m/min 0.3m/min進(jìn)給