CA6140车床经济型数控改装设计

重庆大学网络教育学院毕业论文 重庆大学网络教育学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目 CA6140 车床刀架机构经济型数控改造学生所在校外学习中心 重庆学习中心 批次 层次 专业 201302 本科、机械设计制造及自动化学 号 W12106713 学 生 那 春 林 指 导 教 师 宋 鹍 起 止 日 期 2013.7.8-2013.9.17 重庆大学网络教育学院毕业论文 2中文摘要普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括：（1）车床的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零件的耐磨性，尤其是机床导轨。（2）托板的改造，托板时数控系统直线控制的对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出的一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。（3）变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入输出轴及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。（4 刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度凹，安全可靠。通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。关键字：普通车床 数控改造 步进电机 经济型重庆大学网络教育学院毕业论文 3目录1 绪论 .51.1 课题背景 .51.2 机床改造的内容及意义 .71.2.1 研究意义 .71.2.2 主要研究内容及技术路线 .71.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题 .82 自动回转刀架设计 .92.1 数控车床自动回转刀架的概述 .92.2 设计研究内容 .92.3 研究实际社会意义及应用效果 .102.4 小结 .103 总体结构设计 .113.1 电动机的选择 .113.2 减速传动机构的设计 .113.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计 .113.4 刀架抬起机构的设计 .114 自动回转刀架的工作原理 .135 主要传动部件的设计计算 .175.1 蜗杆副的设计计算 .175.1.1 蜗杆的选型 .175.1.2 选择材料和确定许用应力 .175.1.3 按接触强度确定主要参数 .175.1.4 蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 .195.2 蜗杆轴的设计 .205.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 .20重庆大学网络教育学院毕业论文 45.2.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 .205.2.3 确定各轴段的直径和长度 .205.2.4 蜗杆轴的校核 .215.2.5 键的选取与校核 .265.3 蜗轮轴的设计 .265.3.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 .265.3.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径 .265.3.3 确定各轴段的直径和长度 .275.4 中心轴的设计 .275.4.1 中轴的材料选择,确定许用应力 .275.4.2 确定各轴段的直径和长度 .285.4.3 轴的校核 .285.6 刀架体设计 .306 电气控制部分设计 .316.1 硬件电路设计 .316.1.1 收信电路 .316 结论 .36参考文献 .38致谢 .39重庆大学网络教育学院毕业论文 51 绪论1.1 课题背景1946 年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6 年后，即在 1952 年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 11.34 万台，即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来，我国数控机床年产量约为 0.60.8 万台，年产值约为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10 年以上的占60以上；10 年以下的机床中，自动/半自动机床不到 20，FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上） 。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装备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，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒“的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche 工程公司、ayton 机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US 设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装重庆大学网络教育学院毕业论文 6业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。经济型数控是我国 80 年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜.价格便宜. 用它来改造车床，投资少、见效快、成为我国“七五” 、 “八五”重点推广的新技术之一。十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善. 并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是 80 年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题。通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高了生产效率，创造更大的经济效益。数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改将产品质量以及改善劳动条件和提高效率上发挥了重要的作用。在提高效率上主要表现在两个方面 ： 1） 通过刀具的快速自动定位，提高了空程速度和划线工艺的时间。2 ）批量加工一致性好，可以减少工件检验和时间。特别是经济型老车床对刀等还需要手动完成，以及在加工一个零件过程中，更换刀具，装卸零件，测量和搬运零件用于大部分时间占辅助时间长的刀具交换和刀具尺寸调整。加工时间相对较短，为缩短加工辅助时间，充分发挥数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的发展方向。在这类多工序的数控机床中必须带有自动换刀装置，在多工序数控机床出现之后.又逐步发展和完善了各类回转刀具的自动更换装置，扩大了换刀数量，以便有可能实现更复杂的换刀操作，在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。重庆大学网络教育学院毕业论文 71.2 机床改造的内容及意义1.2.1 研究意义企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0.01 至 0.02mm，已能满足CW6140 车床改造后加工零件的精度要求。1.2.2 主要研究内容及技术路线为 CA6140 车床设计 4 刀位的自动换刀装置，要求1、换刀时间短；2、刀具重复定位精度高；3、刀架系统具备足够的刚度和强度；4、工作过程安全可靠；5、便于控制维修和安装。具体要求：重庆大学网络教育学院毕业论文 8（1）刀架结构设计（刀架抬起、转位、压紧的实现）（2）蜗杆蜗轮的设计（3）电机的计算及选用（4）联轴器、轴承等通用件的选型1.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题(1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。(2) NC 化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成 NC 机床、CNC机床。(3) 翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的 CNC 系统以最新CNC 进行更新。(4) 技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。重庆大学网络教育学院毕业论文 92 自动回转刀架设计2.1 数控车床自动回转刀架的概述数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改善产品质量以及改善劳动条件等发挥了重要的作用。传统的车床例如 CA6140 的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，釆用“工序集中”的原则，釆用自动回转刀架。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。对于自动回转刀架，根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根据安装的不同方式，自动回转刀架可分为立式和卧式。而根据机械定位方式不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中端齿盘定位型换刀时要将刀架抬起，换刀速度较慢且密封性差，但其结构简单。三齿盘定位叫免抬型，其特点时换刀时刀架不拾起，因此换刀速度快且密封性好，但其结构复杂。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，为了保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀是由控制系统和驱动电路来实现的。2.2 设计研究内容设计一台四工位的立式自动回转刀架.适用于 CA6140 经济型数控车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图，设计控制刀架自动转位的硬件电路，编写刀架的控重庆大学网络教育学院毕业论文 10制软件，选用电动机的额定功率为 80W，额定转速为 1440r/min，换刀时的速度为30r/min。分别对其组成部分即机械总体结构、工作原理、主传动部件及电气控制部分进行设计、控制，并对自动回转刀架出现的一些常规故障问题提出一些修理意见。2.3 研究实际社会意义及应用效果传统的车床的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动回转刀架是一种简单的换刀装置。自动回转刀架是在一定的空间范围内能执行自动松开、转位以及精密定位等一系列动作的一种机构。使用这种新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。并针对生产过程中出现的一些常规问题进行了探讨，归纳总结检查修理方法。2.4 小结对数控车床自动回转刀架的机电系统进行研究和设计，并通过对四工位刀架的设计，分别加强对其组成部分即机械总体结构、工作原理的认识。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置