CA6140進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造說(shuō)明書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）CA6140進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造 學(xué) 生：丁張文謙 學(xué) 號(hào)：12011034302 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)：機(jī)電2012.1 指導(dǎo)教師：劉康四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二O一六年六月四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目： C6140進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造 學(xué)院： 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班級(jí)： 20121 學(xué)號(hào)： 12011024302 學(xué)生： 丁張文謙 指導(dǎo)教師： 劉康 接受任務(wù)時(shí)間 2016年3月8日 系主任 （簽名）院長(zhǎng) （簽名）1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求數(shù)控改造總體方案設(shè)計(jì)縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控改造設(shè)

2、計(jì)及計(jì)算縱向進(jìn)給系統(tǒng)部件圖1張，橫向進(jìn)給系統(tǒng)部件圖1張，零件圖2張?jiān)O(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說(shuō)明數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社機(jī)床數(shù)控化改造，機(jī)械工業(yè)出版社CA6140機(jī)床圖冊(cè)3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng)起 止 日 期1收集準(zhǔn)備參考資料，查閱文獻(xiàn)，完成開(kāi)題報(bào)告3月 8日3月16日2總體方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算，分析3月17日4月25日3完成所有圖紙的繪制并檢查修改4月26日5月24日4完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)5月25日6月 1日5答辯準(zhǔn)備和畢業(yè)答辯6月 2日6月15日文檔可自由編輯打印摘 要 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工技術(shù)也逐漸趨于高精度、高穩(wěn)定性和人性化。就許多工廠現(xiàn)有機(jī)床而言，大量

3、普通機(jī)床存在加工精度較低、不能進(jìn)行大批量的生產(chǎn)、自動(dòng)化程度不高等問(wèn)題，但其使用壽命較長(zhǎng)，一次性淘汰將會(huì)給工廠造成較大損失。因此結(jié)合工廠實(shí)際情況，考慮將一部分普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。本次設(shè)計(jì)是針對(duì)CA6140普通車(chē)床的數(shù)控化改造。詳盡得介紹了設(shè)計(jì)的總體方案；縱橫向進(jìn)給的計(jì)算，包括絲杠軸承齒輪的選型和效驗(yàn)；以及電氣控制部分的設(shè)計(jì)與選擇與數(shù)控部分的設(shè)計(jì)與選擇。本次設(shè)計(jì)完成了對(duì)CA6140機(jī)床的數(shù)控化改造，在一定程度上滿(mǎn)足了機(jī)床的多功能化和精度的提高。關(guān)鍵詞： 普通機(jī)床 數(shù)控化 改造設(shè)計(jì)ABSTRACTWith the continuous development of industr

4、y, mechanical manufacturing technology gradually tends to be more and more highly precise, stabilized and humanized. In terms of existing machine tools in many plants, there are many disadvantages in a large number of general-purpose machine tools, such as lower processing accuracy, being incapable

5、of mass production, lower automation degree. However, its useful life is much longer so that it will cause a greater loss to the plant from an entire elimination of them. Combined with practical situation in the plant, a part of general-purpose machine tools is thus considered to be conducted with N

6、C transformation in order to meet production needs.This design aims at the NC transformation of CA6140 center lathe. Also, the overall design program is introduced in detail. The calculation of vertical and horizontal feed includes the selection and verification of lead screw bearing gear, as well a

7、s the design and selection of electronic control and numerical control.The NC transformation of CA6140 machine tool is completed in this design, which to a certain extent meets its requirements of multifunction and also achieves the improvement of precision.Key words: General-purpose machine tool; N

8、umerical control; Transformation design目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1數(shù)控以及數(shù)控化車(chē)床的發(fā)展與趨勢(shì)11.1.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控以及數(shù)控化車(chē)床發(fā)展的概況11.1.2 數(shù)控化的發(fā)展趨勢(shì)11.2 普通機(jī)床數(shù)控化的可行性與必要性21.2.1 普通機(jī)床數(shù)控化的可行性21.2.2普通機(jī)床數(shù)控化的必要性2第2章 普通車(chē)床數(shù)控化改造的總體方案42.1總體方案設(shè)計(jì)42.2主軸脈沖發(fā)生器52.3機(jī)械部分的改造52.4 電氣部分的改造52.5刀架的改造52.6 數(shù)控系統(tǒng)的選擇6第3章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算73.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算73.1.1 縱

9、向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化所需的參數(shù)73.1.2 縱車(chē)外圓切削力計(jì)算73.1.3 滾珠絲杠副的計(jì)算和選型83.1.4 齒輪的相關(guān)計(jì)算103.1.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型103.1.6 縱向軸的設(shè)計(jì)123.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算133.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化所需的參數(shù)133.2.2 切削力計(jì)算133.2.3 滾珠絲杠副的計(jì)算和選型133.2.4 齒輪的相關(guān)計(jì)算153.2.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型16第4章 軸承的選用與配置194.1滾動(dòng)軸承的概述194.2備選滾動(dòng)軸承的類(lèi)型194.3軸承的配置20第5章 數(shù)控車(chē)床電氣控制設(shè)計(jì)235.1數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)235.2電氣控制方案分析235.3

10、 CA6140主電路的設(shè)計(jì)245.3.1 原機(jī)床電路圖245.3.2改造后的主電路圖24第6章 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型266.1選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的概述266.2數(shù)控車(chē)床刀架需要的基本要求266.3 數(shù)控車(chē)床刀架結(jié)構(gòu)及選型266.4 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理27第7章 CA6140車(chē)床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)297.1車(chē)床數(shù)控化選擇數(shù)控系統(tǒng)概述297.2數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成297.3伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)307.4 數(shù)控系統(tǒng)選型307.4 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與選擇317.4.1驅(qū)動(dòng)器的概述317.4.2驅(qū)動(dòng)器的選型317.5 主軸脈沖編碼器的概述326.5.1編碼器的選型336.5.2光電編碼器工作原理33第8章 結(jié)論3

11、4參考文獻(xiàn)35致謝36第1章 緒論1.1數(shù)控以及數(shù)控化車(chē)床的發(fā)展與趨勢(shì)1.1.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控以及數(shù)控化車(chē)床發(fā)展的概況機(jī)床是機(jī)械制造行業(yè)必不可少的基礎(chǔ)，所以它的發(fā)展一直和機(jī)械制造行業(yè)密不可分。在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展下，傳統(tǒng)的制造變得不太景氣，各個(gè)國(guó)家以及各大企業(yè)都爭(zhēng)相投入資金，對(duì)全新的現(xiàn)代制造行業(yè)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，他們認(rèn)為老舊的制造已經(jīng)不能滿(mǎn)足時(shí)代變化的需要，新的制造模式正在慢慢改變著。新的制造行業(yè)最核心的是什么，當(dāng)然是數(shù)控系數(shù)，是數(shù)控技術(shù)，是集電子技術(shù)、信息自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)等為一體的新的生產(chǎn)模式。數(shù)控系統(tǒng)所代表的新型生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)生產(chǎn)來(lái)講，高精度高效率以及柔性化，是最大的特點(diǎn)，也是新制造模式的亮點(diǎn)。

12、數(shù)控車(chē)床作為最基礎(chǔ)的生產(chǎn)器械，也是最不可或缺的加工設(shè)備。它在供給生產(chǎn)中不僅質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也高于傳統(tǒng)車(chē)床。并且能加工普通車(chē)床難以加工的復(fù)雜零件。并且在只需要改變程序，便可以加工其他零件。能滿(mǎn)足各種單件小批量或者小范圍變動(dòng)的零件，方便快捷省時(shí)省力。企業(yè)要在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)，想要發(fā)展，就必須在最短的時(shí)間內(nèi)，以?xún)?yōu)異質(zhì)量的產(chǎn)品、低廉的價(jià)格滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，而性能、質(zhì)量以及制造周期往往又與工廠的加工設(shè)備有密不可分的影響。大量的普通車(chē)床的使用壽命還很長(zhǎng)，但是由于加工精度較低，不能大批量的生產(chǎn)，自動(dòng)化程度不高，嚴(yán)重阻礙的企業(yè)的發(fā)展。但是如果一次性的全部淘汰換新，是很大一部分企業(yè)無(wú)法承受的投資成本。所以，

13、如果能將一部分普通機(jī)床數(shù)控化，改造以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，不失為一條節(jié)約成本，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，也能順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的捷徑。1.1.2 數(shù)控化的發(fā)展趨勢(shì)（1）高速高精度高效化在機(jī)械制造行業(yè)中，衡量的標(biāo)準(zhǔn)稍有差異，但是最核心的是加工速度、加工精度以及加工的效率高低。然而在數(shù)控化機(jī)床的特點(diǎn)卻正好是加工速度快，加工精度高以及技工效率高。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是電腦控制，沒(méi)有了繁瑣的計(jì)算以及檢測(cè)過(guò)程，全部都由電腦處理完成。然后數(shù)控系統(tǒng)控制伺服系統(tǒng)，特別在有反饋的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，加工精度大大提高。（2）柔性化數(shù)控機(jī)床的柔性化表現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性化，數(shù)控系統(tǒng)分為很多個(gè)模塊，每個(gè)模塊有自己的控制功能，功能強(qiáng)大可

14、以滿(mǎn)足不同用戶(hù)提出的各自特性化需求；柔性化之二是群控系統(tǒng)的柔性化，在不同的生產(chǎn)流程過(guò)程中，在群控系統(tǒng)的控制下，可以進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整，這樣的作用是能最大限度的發(fā)揮群控系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)流程調(diào)整的效能。（3）工藝復(fù)合性和多軸化數(shù)控系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是高速高精度高效率，而這些特點(diǎn)大多依賴(lài)于數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合性和多軸化。在普通機(jī)床加工時(shí)，勢(shì)必會(huì)因?yàn)楣ば虻母淖兌啻窝b夾，所以精度和效率必將下降。在數(shù)控化機(jī)床上，通過(guò)多軸控制和減少工序來(lái)達(dá)到提高加工效率以及加工精度的目的。（4）實(shí)時(shí)智能化在智能化的最初，其實(shí)只是作為一個(gè)調(diào)度任務(wù)的功能，以確保在一定的時(shí)間內(nèi)能夠完成任務(wù)。而人工智能技術(shù)則是嘗試去用計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)。當(dāng)科學(xué)發(fā)展到

15、了如今，我們以及可以讓人工智能和實(shí)時(shí)相結(jié)合，從而產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能這一個(gè)新的領(lǐng)域。1.2 普通機(jī)床數(shù)控化的可行性與必要性1.2.1 普通機(jī)床數(shù)控化的可行性根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研，目前新的經(jīng)濟(jì)數(shù)控車(chē)床，8.5萬(wàn)/臺(tái)。普通新車(chē)床C16140，售價(jià)3.8萬(wàn)/臺(tái)，使用壽命810年，而已使用了68年的舊車(chē)床CA6140，估價(jià)0.5萬(wàn)/臺(tái)，通過(guò)改造還可以使用46年。普通車(chē)床CA6140每臺(tái)數(shù)控化改造所需價(jià)格大約3萬(wàn)，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高20%30%。因此需要對(duì)普通車(chē)床的數(shù)控化改造從經(jīng)濟(jì)性來(lái)講是可行的。1.2.2普通機(jī)床數(shù)控化的必要性數(shù)控機(jī)床的改造從兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)，首先從微觀上來(lái)講，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)達(dá)，數(shù)控化機(jī)床相

16、對(duì)于老式機(jī)床擁有眾多的優(yōu)越性能，那么為了這些性能有數(shù)控化也就是無(wú)可厚非的了，那么其優(yōu)越性能主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）計(jì)算機(jī)異于人類(lèi)的計(jì)算能力，以及精準(zhǔn)的定位能力，使數(shù)控機(jī)床能夠在加工過(guò)程中計(jì)算瞬時(shí)的變化量，讓每個(gè)坐標(biāo)達(dá)到精準(zhǔn)的位置，以加工出人類(lèi)手工無(wú)法或者說(shuō)很難加工出的零件。（2）數(shù)控系統(tǒng)由于是計(jì)算機(jī)控制，其數(shù)控程序可以?xún)?chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，然后自動(dòng)化生產(chǎn)，這樣不僅省時(shí)更加省力，從而提高生產(chǎn)效率。這樣的好處在于更改數(shù)控程序便可以實(shí)現(xiàn)更替加工零件。從而實(shí)現(xiàn)了單件小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。（3）由于計(jì)算機(jī)的精度高，加工出來(lái)的零件相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床誤差較小，裝配的時(shí)候更容易，基本不再需要修配研磨。（4）多道工序

17、能夠集中，少了繁瑣的定位與測(cè)量，也減少了零件在多個(gè)機(jī)床之間來(lái)回搬運(yùn)?？偟膩?lái)講從微觀來(lái)講，數(shù)控化的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)顯而易見(jiàn)了。大致是降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了勞動(dòng)力成本，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期以及能夠迅速對(duì)市場(chǎng)做出反應(yīng)等等。從宏觀上來(lái)講，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家在軍、民機(jī)械工業(yè)，在上個(gè)世紀(jì)七八十年代初就已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模的使用數(shù)控機(jī)床了。而這并不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的提高生產(chǎn)效率，使用新研發(fā)的技術(shù)對(duì)老舊制造行業(yè)的改造，其中附著的，是使他們的產(chǎn)品而上升到其他行業(yè)以及國(guó)際地位都有大大提高。而我國(guó)卻在信息技術(shù)的發(fā)展中以及落后了二十年之久，每年都會(huì)有大量的產(chǎn)品依靠進(jìn)口，這是不利于我國(guó)制造行業(yè)，必須從根本，從自身發(fā)展，才會(huì)有所建樹(shù)，這

18、也從宏觀上表面，機(jī)床數(shù)控化的必要性。第2章 普通車(chē)床數(shù)控化改造的總體方案2.1總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的定位是對(duì)普通車(chē)床進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型改造，所以在具體方案中，在能滿(mǎn)足使用要求的情況下盡量少改動(dòng)，可以極大地降低成本，縮短改造的周期。本文對(duì)CA6140普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化的改造，目的是為了使過(guò)時(shí)的普通車(chē)床能夠再次投入生產(chǎn)使用，根據(jù)CA6140有關(guān)資料數(shù)據(jù)，以及查閱數(shù)控化車(chē)床的資料，確定CA6140普通車(chē)床數(shù)控化的總體方案為：通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存與處理，然后通過(guò)I/O接口與步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行連接輸出脈沖，然后再通過(guò)一對(duì)直齒輪進(jìn)行減速以后，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶動(dòng)與絲杠螺母座連接的小拖板/轉(zhuǎn)位刀架，從而進(jìn)行縱、橫向進(jìn)

19、給運(yùn)動(dòng)。（總體方案示意圖如圖2-1所示。）本次對(duì)數(shù)控機(jī)床是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型改造，能保留的將保留以節(jié)約成本與不必要的難度改造，具體而言電機(jī)是需要保留下來(lái)的，由于變頻器對(duì)原電機(jī)并不能達(dá)到滿(mǎn)意的調(diào)速效果，所以保留原有的手動(dòng)調(diào)速機(jī)構(gòu)。而冷卻裝置與照明燈裝置完全可以保留原有的手動(dòng)開(kāi)關(guān)，節(jié)約成本降低改造難度。圖2-1 普通車(chē)床CA6140數(shù)控化改造總體方案示意圖2.2主軸脈沖發(fā)生器要保證CA6140在改造之后能夠滿(mǎn)足所需精度要求，但是又需要控制成本，所以在原機(jī)床上能夠使用的我們繼續(xù)使用。具體下來(lái)，我們需要保留原有的電動(dòng)機(jī)以及主傳動(dòng)系統(tǒng)，此包括主軸的手動(dòng)調(diào)速。然后拆去傳動(dòng)鏈系統(tǒng)，這樣一樣變不能實(shí)現(xiàn)螺紋的切削，為了

20、保留螺紋的切削，便需要在原主軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器，用來(lái)反饋主軸的轉(zhuǎn)速，再通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)縱橫向進(jìn)給的速度，讓縱橫向進(jìn)給的速度配合主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)進(jìn)給一個(gè)螺距的要求，從而完成螺紋切削。2.3機(jī)械部分的改造首先要拆去進(jìn)給箱、溜板箱，還要對(duì)車(chē)床的床鞍部分進(jìn)給改造，拆去縱向小托板、橫向拖板，為了保證有滿(mǎn)足要求的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，將絲杠換成滾珠絲杠，然后步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)減速后將一端驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。為了使改裝簡(jiǎn)便以及控制成本，縱向進(jìn)給使用原來(lái)絲杠的位置，然后將步進(jìn)電機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸部分放在左側(cè)的進(jìn)給箱位置。橫向進(jìn)給使用原來(lái)小拖板進(jìn)給手動(dòng)絲杠的位置，將步進(jìn)電機(jī)安裝在原來(lái)人操作的一側(cè)。2.4 電氣部分的改

21、造因?yàn)榧尤肓藬?shù)控部分，原電氣部分也需要改造。改造的方案大致是保留原有電動(dòng)機(jī)與變速系統(tǒng)，照明燈和冷卻液也不作更改，保留原來(lái)的。然后用數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫向進(jìn)給的步進(jìn)電機(jī)，如數(shù)控系統(tǒng)輸出的電壓不夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)還需要在步進(jìn)電機(jī)前加驅(qū)動(dòng)器。2.5刀架的改造由于CA6140普通車(chē)床的刀架滿(mǎn)足不了數(shù)控化改造后車(chē)床所需要的性能和精度的要求。所以要講普通刀架改成數(shù)控自動(dòng)刀架。而電動(dòng)刀架的安裝也十分方便，產(chǎn)品出廠的時(shí)候已備有連接孔，改造時(shí)將臥式車(chē)床上原有的刀架拆下，將電動(dòng)刀架裝上即可。在選擇刀架的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)原有的刀架進(jìn)行相似選擇，這樣省去安裝的麻煩和以免產(chǎn)生性能過(guò)?；蛘卟荒軡M(mǎn)足要求的情況。2.6 數(shù)控系統(tǒng)的選擇

22、數(shù)控系統(tǒng)的選擇主要依據(jù)是數(shù)控化改造后機(jī)床所要達(dá)到的精度、性能等，選擇性?xún)r(jià)比高的合適的數(shù)控系統(tǒng)，也要考慮原車(chē)床的精度與改造的成本、周期、難以程度等各方面因素。切不可選擇的數(shù)控系統(tǒng)性能大量過(guò)剩，也不可為了最求價(jià)格低廉選擇達(dá)不到要求的系統(tǒng)。再一次由于數(shù)控化為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化，在改造中，數(shù)控系統(tǒng)只需控制縱橫向步進(jìn)電機(jī)以及刀架的電機(jī)。第3章 機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化所需的參數(shù)主電機(jī)功率、轉(zhuǎn)速：7.5KW 1450r/min床鞍縱向快速移動(dòng)速度：4m/min縱向工作臺(tái)重量：1000N步距角：0.75°/1.5°脈沖當(dāng)量：0.01

23、mm3.1.2 縱車(chē)外圓切削力計(jì)算按原車(chē)床主電機(jī)的功率計(jì)算主切削力 （3-1）式中-主電機(jī)功率，7.5kw -切削功率 kw -主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率，取0.7K進(jìn)給系統(tǒng)系數(shù),取0.95-線切削速度，取100m/min=1.67m/s由式（3-1）得 主切削力、進(jìn)給抗力、切深抗力的比值在很大范圍內(nèi)會(huì)根據(jù)切削條件的不同而變化。=（0.10.55） （3-2）=（0.150.65） （3-3）由式（3-2）得=0.4=1195N由式（3-3）得=0.5=1494N3.1.3 滾珠絲杠副的計(jì)算和選型（1）計(jì)算軸向力 （3-4）式中K-顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取K=1.15 -進(jìn)給抗力，由上一節(jié)算得=119

24、5N 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，取0.15 -主切削力，=2987N W縱向溜板箱以及刀架等運(yùn)動(dòng)部件的總重W=1000N由式（3-4）=1.15x1195+0.15（2987+1000）=1972N （2）計(jì)算最大動(dòng)載荷Q 必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)次后滾道不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即被稱(chēng)為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)載荷。 （3-5） （3-6） （3-7）式中-滾珠絲杠的導(dǎo)程，取6mm -最大切削力下的進(jìn)給速度，取=1m/min T-壽命時(shí)間，取15000小時(shí) L-壽命值，取轉(zhuǎn)為1單位 -運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，取=1.2 -硬度系數(shù)，取=1 -縱向軸向力，取=7由式（3-5）得，=

25、167r/min 由式（3-6）得，=150 由式（3-7）得， （3）滾珠絲杠的選型根據(jù)確定的導(dǎo)程值，計(jì)算出的最大動(dòng)載荷Q，選定為GD系列滾珠絲杠副，規(guī)格代號(hào)為4006-3，選用3級(jí)精度。表3-1 縱向滾珠絲杠參數(shù)規(guī)格代號(hào)公稱(chēng)直徑mm基本導(dǎo)程mm鋼球直徑mm絲杠底徑mm絲杠外徑mm額定靜載荷N額定動(dòng)載荷N剛度KcN/um螺旋升角°行程mm長(zhǎng)度mm4006-34063.96935.23950907172997312°447501269（4）計(jì)算傳動(dòng)效率 （3-8）式中-滾珠絲杠的螺旋升角，為2°44 -為摩擦角，取=10由式（3-8）得, 其傳動(dòng)效率大于90%，滿(mǎn)

26、足使用要求，故合格。（5）剛度校核滾珠絲杠在工作是要受到軸向力和扭矩的作用，軸向力和扭矩將會(huì)引起導(dǎo)程發(fā)生變化，然而因?yàn)槭芘ぞ匾鸬膶?dǎo)程變化量很小，可以忽略不計(jì)，故在此只計(jì)算由工作時(shí)所受的軸向力引起的導(dǎo)程變化。工作負(fù)載引起導(dǎo)程的變化量為： （3-9） （3-10）式中E-彈性模量，此處鋼材為 A-絲杠的橫截面積 -絲杠的螺紋底徑由式（3-9）得， 故，1m長(zhǎng)的絲杠導(dǎo)程的總誤差。查表可知3級(jí)精度滾珠絲杠的螺距誤差為15um/m，所以剛度足夠。3.1.4 齒輪的相關(guān)計(jì)算由于要滿(mǎn)足精度匹配，即滿(mǎn)足脈沖當(dāng)量匹配，故要在電機(jī)與絲杠之間加一級(jí)傳動(dòng)。用兩個(gè)齒輪作為普通減速器，沒(méi)有特殊要求，再應(yīng)降低成本和易于取

27、材，選用45鋼。（1）傳動(dòng)比 （3-11）式中-步距角，為0.75° 脈沖當(dāng)量，為0.01mm由式（3-11）得， 取齒數(shù)=32 =40，模數(shù)m=2mm，嚙合角=20°，寬度b=20mm分度圓直徑 齒頂圓直徑 中心距3.1.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型（1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （3-12）式中m縱向溜板箱及刀架運(yùn)動(dòng)部件的總重，1000N為102Kg。由式（3-12）得， 絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （3-13）式中D絲杠的公稱(chēng)直徑，D=40mm L絲杠的長(zhǎng)度，L=1269mm由式（3-13）得， 齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和：（公式同絲杠）總的轉(zhuǎn)

28、動(dòng)慣量為： （3-14）由式（3-14）得， （2）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 （3-15） （3-16） （3-17） （3-18）式中摩擦系數(shù)，取=0.15 轉(zhuǎn)動(dòng)總效率，取=0.8 -折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩-最大切削負(fù)載時(shí)所需的旋轉(zhuǎn)力矩-進(jìn)給放心最大切削力，由式（3-15）得， 由式（3-16）得， 由式（3-17）得， 由式（3-18）得， （1）確定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表3-2 縱向步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角°電壓V相電流A最大靜轉(zhuǎn)矩N·m空載啟動(dòng)頻率Hz轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg·110BF00430.75/1.58044.950034.33.1.6 縱向軸的設(shè)計(jì)軸是組機(jī)器的主

29、要零件之一，根據(jù)承受的載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類(lèi)。在本設(shè)計(jì)中，縱向絲杠通過(guò)聯(lián)軸器和軸相連，再通過(guò)軸上齒輪和和電動(dòng)機(jī)的軸上齒輪相連，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。故本設(shè)計(jì)所用轉(zhuǎn)軸類(lèi)型為轉(zhuǎn)軸的階梯軸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括給出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定軸上主要零件的裝配方向，順序和相互關(guān)系。如圖3-1所示，軸上零件轉(zhuǎn)配與軸的結(jié)構(gòu)裝配方式：從右向左聯(lián)軸器、軸承、齒輪和軸承安裝。 圖3-1 縱向軸上零件裝配與軸的結(jié)構(gòu)（1

30、）軸上零件的定位本軸上的零件軸上定位均為軸間定位。（2）各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定零件在軸上的定位和拆裝方案確定后，軸的形狀便大體確定了。在和軸承與套筒連接的軸段，因?yàn)橛信浜弦笄叶际峭赓?gòu)此類(lèi)零件，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。故，縱向傳動(dòng)軸的尺寸如下表所示：表3-3 縱向軸的尺寸軸段（左至右）1234長(zhǎng)度15805044直徑253632283.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算作為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控改造，其橫向進(jìn)給的數(shù)控化改造比較簡(jiǎn)單，即時(shí)步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過(guò)一級(jí)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架得以橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝固定在大拖板上，保證其同軸度和傳動(dòng)精度。3.2.1 橫向進(jìn)給系統(tǒng)數(shù)控化所需的參數(shù)橫向快速移動(dòng)速度：2m/min橫向

31、工作臺(tái)重量：300N步距角：0.75°/1.5°脈沖當(dāng)量：0.05mm3.2.2 切削力計(jì)算橫向進(jìn)給量和快速移動(dòng)速度約為縱向的二分之一，故橫向切削力也取縱向切削力的二分之一。 主切削力、進(jìn)給抗力、切深抗力的比值在很大范圍內(nèi)會(huì)根據(jù)切削條件的不同而變化。由式（3-2）得=0.4=598N由式（3-3）得=0.5=747N3.2.3 滾珠絲杠副的計(jì)算和選型（1）計(jì)算軸向力 （3-19）式中K-顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，取K=1.4 導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，取0.15 -主切削力，=1949N -切深抗力，=598N -進(jìn)給抗力，=747N 橫向溜板箱以及刀架等運(yùn)動(dòng)部件的總重, =300N

32、由式（3-19） =1.4x747+0.15（1494+2x598+300）=1494N （2）計(jì)算最大動(dòng)載荷必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬(wàn)次后滾道不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值即被稱(chēng)為該滾珠絲杠能承受的最大動(dòng)載荷。 （3-20） （3-21） （3-22）式中-滾珠絲杠的導(dǎo)程，取4mm -最大切削力下的進(jìn)給速度，取=0.5m/min T-壽命時(shí)間，取15000小時(shí) L-壽命值，取轉(zhuǎn)為1單位 -運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，取=1.2 -硬度系數(shù)，取=1 橫向軸向力，取=1494N由式（3-20）得， 由式（3-21）得， 由式（3-22）得 （3）滾珠絲杠的選型根據(jù)確定的導(dǎo)程值，計(jì)算出的

33、最大動(dòng)載荷Q，選定為GD系列滾珠絲杠副，規(guī)格代號(hào)為3204-3，選用3級(jí)精度。表3-4 橫向滾珠絲杠參數(shù)規(guī)格代號(hào)公稱(chēng)直徑mm基本導(dǎo)程mm鋼球直徑mm絲杠底徑mm絲杠外徑mm額定靜載荷N額定動(dòng)載荷N剛度KcN/um螺旋升角°行程mm長(zhǎng)度mm3204-3324328.931.12790096008232°58500600（4）計(jì)算傳動(dòng)效率 （3-23）式中 -橫向滾珠絲杠的螺旋升角，為2°58 -為摩擦角，取=10由式（3-23）得， 其傳動(dòng)效率大于90%，滿(mǎn)足使用要求，故合格。（5）剛度校核滾珠絲杠受軸向力引起的導(dǎo)程變化量 （3-24） （3-25）式中E-彈性模量

34、，此處鋼材為 -絲杠的橫截面積 -絲杠的螺紋底徑由式（3-24）得， 故，1m長(zhǎng)的絲杠導(dǎo)程的總誤差。查表可知3級(jí)精度滾珠絲杠的螺距誤差為15um/m，所以剛度足夠。3.2.4 齒輪的相關(guān)計(jì)算由于要滿(mǎn)足精度匹配，即滿(mǎn)足脈沖當(dāng)量匹配，故要在電機(jī)與絲杠之間加一級(jí)傳動(dòng)。用兩個(gè)齒輪作為普通減速器，沒(méi)有特殊要求，再應(yīng)降低成本和易于取材，選用45鋼。（1）傳動(dòng)比 （3-25）式中-步距角，為0.75° 脈沖當(dāng)量，為0.005mm由式（3-25）得， 取齒數(shù)=18 =32，模數(shù)m=2mm，嚙合角=20°，寬度b=20mm分度圓直徑齒頂圓直徑中心距 3.2.5 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型（1）轉(zhuǎn)動(dòng)

35、慣量的計(jì)算工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （3-26）式中縱向溜板箱及刀架運(yùn)動(dòng)部件的總重，300N為30.6Kg。由式（3-26）得， 絲杠折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （3-27）式中絲杠的公稱(chēng)直徑，D=32mm 絲杠的長(zhǎng)度，L=600mm由式（3-27）得， 齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和：（公式同絲杠） 總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （3-28）由式（3-28）得， （2）所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的計(jì)算 （3-29） （3-30） （3-31） （3-32）式中摩擦系數(shù)，取=0.15 轉(zhuǎn)動(dòng)總效率，取=0.8 -折算到電機(jī)軸上的切削負(fù)載力矩 -最大切削負(fù)載時(shí)所需的旋轉(zhuǎn)力矩 -進(jìn)給放心最大切削力，由式（3-29）得，

36、 由式（3-30）得， 由式（3-31）得， 由式（3-32）得 （1）確定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表3-5 橫向步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角°電壓V相電流A最大靜轉(zhuǎn)矩N·m空載啟動(dòng)頻率Hz轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg·75BC38030.75/1.53030.8820003.2183.2.6 橫向軸的設(shè)計(jì)軸是組機(jī)器的主要零件之一，根據(jù)承受的載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類(lèi)。在本設(shè)計(jì)中，縱向絲杠通過(guò)聯(lián)軸器和軸相連，再通過(guò)軸上齒輪和和電動(dòng)機(jī)的軸上齒輪相連，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。故本設(shè)計(jì)所用轉(zhuǎn)軸類(lèi)型為轉(zhuǎn)軸的階梯軸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)

37、構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括給出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定軸上主要零件的裝配方向，順序和相互關(guān)系。如圖3-2所示，軸上零件轉(zhuǎn)配與軸的結(jié)構(gòu)裝配方式：從右向左聯(lián)軸器、軸承、齒輪和軸承安裝。 圖3-2 橫向向軸上零件裝配與軸的結(jié)構(gòu)（1）軸上零件的定位本軸上的零件軸上有軸間定位和軸套定位。（2）各軸段直徑和長(zhǎng)度的確定零件在軸上的定位和拆裝方案確定后，軸的形狀便大體確定了。在和軸承與套筒連接的軸段，因?yàn)橛信浜弦笄叶际峭赓?gòu)此類(lèi)零件，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。故，縱向傳動(dòng)軸的尺寸如下表所示：表3-6 橫向軸的尺寸軸段

38、（左至右）1234長(zhǎng)度16362520直徑1520159第4章 軸承的選用與配置4.1滾動(dòng)軸承的概述在元件需要滾動(dòng)的時(shí)候，主要依靠滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)和支承。滾動(dòng)軸承具有啟動(dòng)所需力矩小、旋轉(zhuǎn)精度高、選用方便等優(yōu)點(diǎn)。如今滾動(dòng)軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，只需要選擇合適的軸承與配置即可。4.2備選滾動(dòng)軸承的類(lèi)型（1）深溝球軸承圖4-1 深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速且有輕量化要求的場(chǎng)合，可用來(lái)承受單向或雙向的軸向載荷。深溝球軸承結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，制造成本也低，所以使用最為廣泛。（2）推力球軸承圖4-2 推力球軸承只能承受軸向載荷。高速時(shí)離心力大，鋼球與保持架磨損，發(fā)熱嚴(yán)重，

39、壽命降低，故極限轉(zhuǎn)速很低。為了防止鋼球與滾道之間的滑動(dòng)。（3）角接觸球軸承圖4-3 角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。由于一個(gè)軸承只能承受單向的軸向力。因此一般成對(duì)使用。承受軸向載荷的能力與接觸角有關(guān)。接觸角大的，承受軸向載荷的能力也高。4.3軸承的配置（1）縱向絲杠軸承的配置圖4-4 縱向絲杠軸承配置根據(jù)軸承配置的方案，最后確定使用如圖所示的一端固定，另一端游動(dòng)支承方案。這種一支點(diǎn)雙向固定，另一端支點(diǎn)游動(dòng)適合跨距較大且工作溫度較高的軸。一端由一對(duì)正裝的角接觸球軸承承受軸向力，可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺母和墊圈達(dá)到理想的游隙或所要求的預(yù)緊程度。另一端用一個(gè)深溝球軸承游動(dòng)支

40、承。（2）縱向轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸承的配置 圖4-5 縱向轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸承配置由于縱向絲杠已用角接觸球軸承消除軸向力，通過(guò)套筒聯(lián)軸器傳遞到轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)，用深溝球軸承已可以滿(mǎn)足使用要求。最后選擇兩端使用各自單向固定的深溝球軸承的支承方式。（3）橫向絲杠軸承的配置 圖4-6 橫向絲杠軸承配置配置方式和縱向絲杠的配置類(lèi)似。依然是一端由一對(duì)正裝的角接觸球軸承承受軸向力，可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺母和墊圈達(dá)到理想的游隙或所要求的預(yù)緊程度。另一端用一個(gè)深溝球軸承游動(dòng)支承。（4）橫向轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸承的配置 圖4-7橫向轉(zhuǎn)動(dòng)軸配置因?yàn)槭侵饼X輪不傳遞軸向力，所以橫向轉(zhuǎn)動(dòng)軸也不需要考慮軸向問(wèn)題，故也使用兩端使用各自單向固定的深溝球軸承的支承方式。第5章

41、 數(shù)控車(chē)床電氣控制設(shè)計(jì) 5.1數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床主要是用數(shù)控系統(tǒng)CNC和PLC集成作為電氣控制部分，將PLC作為機(jī)床側(cè)信號(hào)和CNC一側(cè)信號(hào)的中轉(zhuǎn)站，實(shí)現(xiàn)外部信號(hào)的輸入和邏輯控制信號(hào)的輸出，代替原來(lái)的硬件邏輯電路。在實(shí)現(xiàn)控制要求時(shí)，不僅可以省去大量繁冗的控制電器元件和線路連接，而且可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，當(dāng)系統(tǒng)改變控制要求和參數(shù)時(shí)，只需對(duì)儲(chǔ)存程序加以修改便能改變生產(chǎn)工藝的控制，使系統(tǒng)的效率更高，操作更加簡(jiǎn)單。另外，針對(duì)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床安全可靠性要求提高的特點(diǎn)，利用PLC的I/O點(diǎn)可擴(kuò)展性，可自行設(shè)計(jì)增加若干監(jiān)測(cè)功能，滿(mǎn)足數(shù)控加工的功能要求。5.2電氣控制方案分

42、析電氣控制部分采用數(shù)控系統(tǒng)控制主要的功能和運(yùn)動(dòng)，改造設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：（1）由于考慮經(jīng)濟(jì)性，不更換原有的電動(dòng)機(jī)，況且使用原電動(dòng)機(jī)與變頻器相連并不能得到較好的變速效果，所以保留原來(lái)的變速箱。（2）縱向進(jìn)給由數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。（3）橫向進(jìn)給由數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。（4）刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)由數(shù)控系統(tǒng)控制刀架的電機(jī)實(shí)現(xiàn)。（5）照明燈開(kāi)關(guān)和冷卻液的開(kāi)關(guān)由于經(jīng)濟(jì)性，使用原電路不作改變，依然使用手動(dòng)開(kāi)關(guān)。5.3 CA6140主電路的設(shè)計(jì)5.3.1 原機(jī)床電路圖 圖5-1 CA6140主電路圖由圖5-1可知C6140車(chē)床主電路共有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)。M1是主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；M2是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，用來(lái)輸送切削

43、液；M3是刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。主軸正反轉(zhuǎn)是由觸電KM1和KM2的閉合與斷開(kāi)實(shí)現(xiàn)的。5.3.2改造后的主電路圖圖5-2 改造后的主電路圖改造后的數(shù)控機(jī)床主軸保留原來(lái)的變速系統(tǒng)，觸電KM1和KM2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M1正反轉(zhuǎn)；冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2保留原來(lái)的電氣路線；縱橫進(jìn)給移動(dòng)分別由步進(jìn)電機(jī)M3、M4控制；刀架轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)M5由數(shù)控系統(tǒng)直接控制。從圖5-2可知，改造后的主電路的工作原理是扳動(dòng)斷路器QF以及空氣開(kāi)關(guān)，將三相電源引入。KM1和KM2兩個(gè)觸點(diǎn)控制主軸電動(dòng)機(jī)M1正反轉(zhuǎn)。緊接著也是不改動(dòng)的冷卻泵。然后三相電路連接至數(shù)控系統(tǒng)，再由數(shù)控系統(tǒng)連接M3、M4、M5，由于數(shù)控系統(tǒng)輸出的電壓不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所所以要

44、在數(shù)控系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)之間加上驅(qū)動(dòng)器，數(shù)控系統(tǒng)輸出弱點(diǎn)信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器再外接電源，使其可以有足夠的電壓驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。第6章 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的選型6.1選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架的概述CA6140數(shù)控化改造需要將原來(lái)的手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)刀架換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架有數(shù)控系統(tǒng)控制，保證了轉(zhuǎn)位的速度與精確度。在選擇自動(dòng)刀架的時(shí)候要根據(jù)刀位數(shù)與加工方式。6.2數(shù)控車(chē)床刀架需要的基本要求數(shù)控車(chē)床的刀架是車(chē)床的不可或缺的組成部分，刀架是用來(lái)夾持切削刀具的，在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了車(chē)床的設(shè)計(jì)與制作技術(shù)水平，對(duì)面本設(shè)計(jì)，需要滿(mǎn)足如下要求：(1) 轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全；(2) 按最短路線轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位時(shí)間段；

45、(3) 重復(fù)定位精度高；(4) 防水防屑，密封性好；(5) 加緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削；(6) 能在原刀架處不加工安裝。6.3 數(shù)控車(chē)床刀架結(jié)構(gòu)及選型圖6-1 自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架結(jié)構(gòu)最終選擇信號(hào)LD4-CK6140立式轉(zhuǎn)位刀架，它與CA6140機(jī)床原刀架刀位相同，安裝也較方便，只需將原車(chē)床的刀架拆下將電動(dòng)刀架裝上即可。在安裝時(shí)，應(yīng)將電動(dòng)機(jī)一側(cè)放在遠(yuǎn)離人站的一面，以免妨礙操作。表6-1 LD4-CK6140尺寸參數(shù)型號(hào)AEDBLD4-CK614019281401922020152152192FC12168133752421622390表6-2 LD4-CK6140自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架其他參數(shù)型號(hào)電機(jī)功率W電機(jī)

46、轉(zhuǎn)速n/min鎖緊力KN重復(fù)定位精度mm換刀時(shí)間90°180°270°LD4-CK61401201400120.00422.536.4 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架工作原理如圖6-2所示，自動(dòng)刀架有上下兩個(gè)端齒盤(pán)，在需要換刀的時(shí)候，有數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)彈簧安全離合器帶動(dòng)渦輪副轉(zhuǎn)動(dòng)，然后螺母抬起上段齒盤(pán)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)到位，然后自動(dòng)檢測(cè)發(fā)出信號(hào)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，然后便可以進(jìn)行加工。 圖6-2 自動(dòng)刀架原理圖其具體的過(guò)程是：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)后，刀架控制器中繼電器動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺桿升降機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)使上刀架上升，當(dāng)?shù)都苌仙?/p>

47、到一定程度的時(shí)候，離合轉(zhuǎn)盤(pán)起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端的發(fā)信盤(pán)中對(duì)應(yīng)每個(gè)刀位都安裝一個(gè)霍爾傳感器元件，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，發(fā)信盤(pán)不斷的向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號(hào)，說(shuō)明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)立即控制刀架控制繼電器使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷(xiāo)反靠作用下，螺桿帶動(dòng)上刀體下降，直至齒牙盤(pán)嚙合，完成精定位，并通過(guò)蝸輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號(hào)，切斷電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，完成選刀過(guò)程。第7章 CA6140車(chē)床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)7.1車(chē)床數(shù)控化選擇數(shù)控系統(tǒng)概述數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)是它有一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以存儲(chǔ)程序，運(yùn)行

48、程序。而具體的數(shù)控系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)控制系統(tǒng)，事先輸入的程序是人類(lèi)可以讀懂的，然后數(shù)控系統(tǒng)將它翻譯成自己的控制信號(hào)，然后自動(dòng)逐條執(zhí)行事先輸出的程序，也就是執(zhí)行事先的數(shù)值，然后控制機(jī)床動(dòng)作進(jìn)行零件加工。7.2數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成如圖7-1所示，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)一般是由輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)控制裝置、輔助控制裝置四部分組成，機(jī)床本體為被控對(duì)象。 圖7-1 數(shù)控機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)（1）輸入/輸出裝置：輸入裝置的作用是將信息載體上的數(shù)控加工程序輸入數(shù)控裝置。輸入的內(nèi)容和數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)可以通過(guò)輸出裝置觀察。比較常用的輸入/輸出裝置為操作鍵盤(pán)和CRT顯示器。（2）數(shù)控裝置：數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。他的

49、主要功能是處理由輸入裝置輸入的各種信息，然后再向驅(qū)動(dòng)裝置和輔助控制裝置發(fā)出指令。其形式是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，稱(chēng)謂CNC。由計(jì)算機(jī)判斷而輸送兩種控制量，一種是送往驅(qū)動(dòng)裝置的連續(xù)控制量，另一種是送往輔助控制裝置的離散性開(kāi)關(guān)量控制。(3)驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)裝置位于數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間，是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令，經(jīng)過(guò)功率放大，按照嚴(yán)格的指令對(duì)被驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。（4）輔助裝置：輔助裝置和驅(qū)動(dòng)裝置一樣位于數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體之間，依然接受由數(shù)控體統(tǒng)發(fā)出的指令，完成輔助動(dòng)作。7.3伺服系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)(1)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)是開(kāi)環(huán)的，意思即是沒(méi)有反饋裝置。它的指令是單向的，所以運(yùn)動(dòng)速度和精度較低。因此比較適用于經(jīng)濟(jì)型或簡(jiǎn)易型對(duì)精度要求不高的數(shù)控機(jī)床。(2)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。這類(lèi)伺服系統(tǒng)是接受由位置傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)，再和接受到的指令比較，對(duì)差值進(jìn)行修正。所以能夠得到較高的定位和加工精度。主要用