C6140車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)機(jī)設(shè)112班姓名：蒲顯東、李純偉、楊偉林、楊啟東、杜卿瑋一、C6140普通車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)二、總體方案的確定三、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案1．主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案2．安裝電動(dòng)卡盤(pán)

3．換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架4．螺紋編碼器的安裝方案

5．進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計(jì)方案四、進(jìn)給傳動(dòng)部件的選型

1．脈沖當(dāng)量的確定

2．滾珠絲杠螺母副的選型（縱向）3.同步帶減速箱的設(shè)計(jì)（縱向）

五、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用六、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)

引言普通車(chē)床（如C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630等）是金屬切削加工最常用的一類(lèi)機(jī)床。當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)刀架的縱向和橫向移動(dòng)，能加工出內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面、螺紋面等，借助成型刀具，還能加工各種成形回轉(zhuǎn)表面。

車(chē)床數(shù)控化改造，顧名思義就是在車(chē)床上增加微型計(jì)算機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝要求。CNC系統(tǒng)伺服系統(tǒng)變頻器主軸控制機(jī)床本體

CNC變頻器驅(qū)動(dòng)器伺服電機(jī)普通車(chē)床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來(lái)，通過(guò)進(jìn)給箱變速后，由光桿或絲桿帶動(dòng)溜板箱、縱溜板以及橫溜板產(chǎn)生移動(dòng)。進(jìn)給參數(shù)依靠手工調(diào)整，改變參數(shù)時(shí)需要停車(chē)。刀架的縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給不能聯(lián)動(dòng)，切削次序需要人工控制。

一、C6140普通車(chē)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）床身上最大加工直徑400mm；

（2）最大加工長(zhǎng)度1000mm；

（3）X方向(橫向)的脈沖當(dāng)量δx=0.005mm/脈沖,

Z方向(縱向)δz=0.01mm/脈沖；

（4）X方向最快移動(dòng)速度vxmax=3000mm/min，Z方向?yàn)関zmax=6000mm/min；

（5）X方向最快工進(jìn)速度vxmaxf=400mm/min，Z方向?yàn)関zmaxf=800mm/min；

（6）X方向定位精度±0.01mm，Z方向±0.02mm（7）可以車(chē)削柱面、平面、錐面與球面等；

（8）安裝螺紋編碼器，可以車(chē)削公/英制的直螺紋與

錐螺紋，最大導(dǎo)程為24mm；

（9）安裝四工位立式電動(dòng)刀架，系統(tǒng)控制自動(dòng)選刀；

（10)自動(dòng)控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止，并可輸出

主軸有級(jí)變速與無(wú)級(jí)變速信號(hào)；

（11)自動(dòng)控制冷卻泵的啟/停；

（12)安裝電動(dòng)卡盤(pán)，系統(tǒng)控制工件的夾緊與松開(kāi)；

（13)縱、橫向安裝限位開(kāi)關(guān)；

（14)數(shù)控系統(tǒng)可與PC機(jī)串行通信；

（15)顯示界面采用LED數(shù)碼管，編程采用ISO數(shù)控代

碼。總體方案應(yīng)考慮車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類(lèi)型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。二、總體方案的確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。

（5）用摩擦力小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠螺母副（7）選擇四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架與電動(dòng)卡盤(pán)，選擇螺紋編碼器等。1．主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造方案

三、機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案保留原有的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)用2～４速的多速電動(dòng)機(jī)代替原有的單速主電動(dòng)機(jī)；用交流變頻器來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速選用電動(dòng)三爪自定心卡盤(pán)2．安裝電動(dòng)卡盤(pán)3．換裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架

選用四工位立式電動(dòng)刀架。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。

4．螺紋編碼器的安裝方案

它與車(chē)床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)。（5）拆除橫溜板下的滑動(dòng)絲桿螺母副，將滑動(dòng)絲桿靠刻度盤(pán)一段（長(zhǎng)216mm）鋸斷保留，拆掉刻度盤(pán)上的手柄，保留刻度盤(pán)附近的兩個(gè)推力軸承，換上滾珠絲杠副。

（6）將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭座安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。

（7）拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。其公稱(chēng)直徑為40mm，基本導(dǎo)程為6mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為3×2=6圈，精度等級(jí)取4級(jí)，額定動(dòng)載荷為13200N，滿足要求。初選型號(hào)

四、進(jìn)給傳動(dòng)部件的計(jì)算和選型

控制系統(tǒng)的操作面板布置如圖所示。面板設(shè)置了48個(gè)微動(dòng)按鍵，三個(gè)船形開(kāi)關(guān)，一只急停按鈕，顯示器包括1組數(shù)碼顯示管和7只發(fā)光二極管。

圖

車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)操作面板布置圖六、控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

X向步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)110BYG5802，Z向步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為130BYG5501.七、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的選用為5相混合式，5線輸出，電機(jī)供電電壓DC120～310V，電流5A，驅(qū)動(dòng)器型號(hào)BD5A

1、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

掛輪架系統(tǒng)：全部拆除，在原掛輪主動(dòng)軸處安裝光電脈沖發(fā)生器。

進(jìn)給箱部分：全部拆除，在該處安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成絲杠、光杠和操作杠拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車(chē)床尾座端原來(lái)裝軸承座的部分。

溜板箱部分：全部拆除，在原來(lái)安裝滾珠絲杠中間支撐架和螺母以及部分操作按鈕。

橫溜板箱部分：將原橫溜板的絲杠的、螺母拆除，改裝橫向進(jìn)給滾珠絲杠螺母副、橫向進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)與齒輪減速箱總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠相連。

刀架：拆除原刀架，改裝自動(dòng)回轉(zhuǎn)四方刀架總成。八、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)與計(jì)算2、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型

進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量、計(jì)算切削力

滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型、齒輪傳動(dòng)計(jì)算、步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算和選型等。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示：1、確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個(gè)進(jìn)給脈沖使機(jī)床執(zhí)行部件產(chǎn)生的進(jìn)給量,它是衡量數(shù)控機(jī)床加工精度的一個(gè)基本參數(shù)。因此,脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)機(jī)床精度的要求來(lái)確定。2、縱向滾珠絲杠螺母副的副的型號(hào)選擇（1）滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球?yàn)闈L動(dòng)體的螺旋傳動(dòng)元件。滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖所示3、橫向滾珠絲杠螺母副的型號(hào)選擇經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的橫向進(jìn)給的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，一般是步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使刀架橫向運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)安裝在大拖板上，用法蘭盤(pán)將步