CA6140进给系统数控改造说明书--毕业设计论文

1、ofsxzexf1955-四川理工学院毕业设计（论文）ca6140进给系统数控改造学 生:丁张文谦学 号：12011034302专 业：机械设计制造及其自动化班 级：机电2012.1指导教师：刘康四川理工学院机械工程学院二o 六年六月川理工学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：c6140进给系统数控改造学院:机械工程学院 专业:机械设计制造及自动化 班级:20121学号:12011024302学生：丁张文谦指导教师：刘康接受任务时间2016年3刀8日系主任 （签名）院长 （签名）1. 毕业设计（论文）的主要内容及基本要求数控改造总体方案设计纵向、横向进给系统数控改造设计及计算纵向进给系统

2、部件图1张，横向进给系统部件图1张，零件图2张设计说明书一份2. 指定查阅的主要参考文献及说明数控机床设计，化学工业出版社机床数控化改造，机械工业出版社ca6140机床图册3.进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期1收集准备参考资料，查阅文献，完成开题报告3月8 口3月16 口2总体方案设计，设计计算，分析3月17 口4月25 口3完成所有图纸的绘制并检查修改4月26日5月24 口4完成设计说明书的撰写5月25 口6月1 口5答辩准备和毕业答辩6月2 口6月15 口随着工业的不断发展，机械加工技术也逐渐趋于高精度、高稳定性和人性化。就 许多工厂现有机床而言，大量普通机床存在加工精度较低、不能进

3、行大批量的生产、自 动化程度不高等问题，但其使用寿命较长，一次性淘汰将会给工厂造成较大损失。因此 结合工厂实际情况，考虑将一部分普通机床进行数控化改造，以满足生产需要。本次设计是针对ca6140普通车床的数控化改造。详尽得介绍了设计的总体方案； 纵横向进给的计算，包括丝杠轴承齿轮的选型和效验；以及电气控制部分的设计与选择 与数控部分的设计与选择。本次设计完成了对ca6140机床的数控化改造，在一定程度上满足了机床的多功能 化和精度的提高。关键词：普通机床数控化改造设计abstractwith the continuous development of industry, mechanical

4、manufocturing 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 of mass produc

5、tion, lower automation degree however, its usefill 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 nc transformati

6、on 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 as the design a

7、nd 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; numerical contr

8、ol; transformation design摘 要iabstractii第1章绪论11.1数控以及数控化车床的发展与趋势1l1.1国内外数控以及数控化车床发展的概况11.1.2数控化的发展趋势11.2普通机床数控化的可行性与必要性2121普通机床数控化的可行性21.2.2普通机床数控化的必要性2第2章 普通车床数控化改造的总体方案42.1总体方案设计42.2主轴脉冲发生器52.3机械部分的改造52.4电气部分的改造52.5刀架的改造52.6数控系统的选择6第3章 机械部分的改造设计与计算73纵向进给系统的设计与计算73.1.1纵向进给系统数控化所需的参数73.1.2纵车外圆切削力计算73

9、.1.3滚珠丝杠副的计算和选型83.1.4齿轮的相关计算103.1.5步进电机的计算和选型103.1.6纵向轴的设计123.2横向进给系统的设计与计算133.2.1横向进给系统数控化所需的参数133.2.2切削力计算133.2.3滚珠丝杠副的计算和选型133.2.4齿轮的相关计算153.2.5步进电机的计算和选型16第4章 轴承的选用与配置194.2备选滚动轴承的类型194.3轴承的配置2023数控车床电气控制设计5.1数控机床电气控制系统的特点235.2电气控制方案分析235.3 ca6140主电路的设计245.3.1原机床电路图245.3.2改造后的主电路图24第6章自动转位刀架的选型26

10、6.1选用自动转位刀架的概述266.2数控车床刀架需要的基本要求266.3数控车床刀架结构及选型266.4自动回转刀架的工作原理27第7章 ca6140车床数控化改造的数控系统297.1车床数控化选择数控系统概述297.2数控机床的构成297.3伺服系统的类型分类307.4数控系统选型307.4驱动器的设计与选择317.4.1驱动器的概述317.4.2驱动器的选型317.5主轴脉冲编码器的概述326.5.1编码器的选型336.5.2光电编码器工作原理33第8章结论34参考文献35致谢36第1章绪论1.1数控以及数控化车床的发展与趋势1.1.1国内外数控以及数控化车床发展的概况机床是机械制造行业

11、必不可少的基础，所以它的发展一直和机械制造行业密不可分。 在计算机技术高速发展下，传统的制造变得不太景气，各个国家以及各大企业都争相投 入资金，对全新的现代制造行业进行技术研发，他们认为老旧的制造已经不能满足时代 变化的需要，新的制造模式止在慢慢改变着。新的制造行业最核心的是什么，当然是数 控系数，是数控技术，是集电子技术、信息自动化检测技术等为一体的新的生产模式。 数控系统所代表的新型生产技术相对于传统生产来讲，高精度高效率以及柔性化，是最 大的特点，也是新制造模式的亮点。数控车床作为最基础的生产器械，也是最不可或缺的加工设备。它在供给生产中不 仅质量稳定，生产效率也高于传统车床。并且能加工

12、普通车床难以加工的复杂零件。并 且在只需要改变程序，便可以加工其他零件。能满足各种单件小批量或者小范围变动的 零件，方便快捷省时省力。企业要在激烈的竞争中生存下来，想要发展，就必须在最短的时间内，以优异质量 的产品、低廉的价格满足市场的需求，而性能、质量以及制造周期往往又与工厂的加工 设备有密不可分的影响。大量的普通车床的使用寿命还很长，但是由于加工精度较低，不能大批量的生产， 自动化程度不高，严重阻碍的企业的发展。但是如果一次性的全部淘汰换新，是很大一 部分企业无法承受的投资成本。所以，如果能将一部分普通机床数控化，改造以满足生产需耍，不失为一条节约成 本，提升企业竞争力，也能顺应时代发展的

13、捷径。1.1.2数控化的发展趋势(1) 高速高精度高效化在机械制造行业中，衡量的标准稍有差异，但是最核心的是加工速度、加工精度以 及加工的效率高低。然而在数控化机床的特点却正好是加工速度快，加工精度高以及技 工效率高。因为数控机床是电脑控制，没有了繁琐的计算以及检测过程，全部都由电脑处理完成。然后数控系统控制伺服系统，特别在有反馈的闭环伺服系统屮，加工精度大 大提高。(2) 柔性化数控机床的柔性化表现在两个方面，其一是数控系统本身的柔性化，数控系统分为 很多个模块，每个模块有自己的控制功能，功能强大可以满足不同用户提出的各自特性 化需求；柔性化z二是群控系统的柔性化，在不同的生产流程过程屮，在

14、群控系统的控 制下，可以进行自动的调整，这样的作用是能最大限度的发挥群控系统对生产流程调整 的效能。(3) 工艺复合性和多轴化数控系统最大的特点是高速高精度高效率，而这些特点大多依赖于数控机床的工艺 复合性和多轴化。在普通机床加工时，势必会因为工序的改变多次装夹，所以精度和效 率必将下降。在数控化机床上，通过多轴控制和减少工序来达到提高加工效率以及加工 精度的口的。(4) 实时智能化在智能化的最初，其实只是作为一个调度任务的功能，以确保在一定的时间内能够 完成任务。而人工智能技术则是尝试去用计算机模拟人类。当科学发展到了如今，我们 以及可以让人工智能和实时相结合，从而产生了实时智能这一个新的领

15、域。1.2普通机床数控化的可行性与必要性1.2.1普通机床数控化的可行性根据对市场的调研，目前新的经济数控车床，&5万/台。普通新车床c16140,售价 3.8万/台，使用寿命810年，而已使用了 68年的旧车床ca6140,估价0.5万/台，通 过改造还可以使用46年。普通车床ca6140每台数控化改造所需价格大约3万，数控 加工的生产率可提高20%30%。因此需要对普通车床的数控化改造从经济性来讲是可 行的。1.2.2普通机床数控化的必要性数控机床的改造从两个方面来说，首先从微观上来讲，由于计算机技术的发达，数 控化机床相对于老式机床拥有众多的优越性能，那么为了这些性能有数控化也就

16、是无可 厚非的了，那么其优越性能主要表现为以下几个方面：（1）计算机异于人类的计算能力，以及精准的定位能力，使数控机床能够在加工过程 屮计算瞬时的变化量，让每个坐标达到精准的位置，以加工出人类手工无法或者说很难 加工出的零件。（2）数控系统由于是计算机控制，其数控程序可以储存在计算机屮，然后自动化生产, 这样不仅省时更加省力，从而提高生产效率。这样的好处在于更改数控程序便可以实现 更替加工零件。从而实现了单件小批量的自动化生产。（3）由于计算机的精度高，加工出来的零件相对于传统机床误差较小，装配的时候更 容易，基本不再需要修配研磨。（4）多道工序能够集屮，少了繁琐的定位与测量，也减少了零件在多

17、个机床z间来回 搬运。总的来讲从微观来讲，数控化的优点已经显而易见了。大致是降低了工人的劳动强 度，节约了劳动力成本，缩短了产品的生产周期以及能够迅速对市场做出反应等等。从宏观上来讲，在工业发达的国家在军、民机械工业，在上个世纪七八十年代初就 已经开始大规模的使用数控机床了。而这并不是简简单单的提高生产效率，使用新研发 的技术对老旧制造行业的改造，其屮附着的，是使他们的产品而上升到其他行业以及国 际地位都有大大提高。而我国却在信息技术的发展屮以及落后了二十年z久，每年都会 有大量的产品依靠进口，这是不利于我国制造行业，必须从根本，从自身发展，才会有 所建树，这也从宏观上表面，机床数控化的必要性

18、。普通车床数控化改造的总体方案2.1总体方案设计木设计的定位是对普通车床进行经济型改造，所以在具体方案中，在能满足使用要 求的情况下尽量少改动，可以极大地降低成木，缩短改造的周期。木文对ca6140普通车床进行数控化的改造，目的是为了使过时的普通车床能够再 次投入牛产使用,根据ca6140有关资料数据,以及查阅数控化车床的资料，确定ca6140 普通车床数控化的总体方案为：通过计算机对数据进行储存与处理，然后通过i/o接口与步进电机进行连接输出脉 冲，然后再通过一对直齿轮进行减速以后，带动丝杠转动，然后带动与丝杠螺母座连接 的小拖板/转位刀架，从而进行纵、横向进给运动。（总体方案示意图如图2-

19、1所示。）木次对数控机床是进行经济型改造，能保留的将保留以节约成木与不必要的难度改 造，具体而言电机是需要保留下来的，由于变频器对原电机并不能达到满意的调速效果, 所以保留原有的手动调速机构。而冷却装置与照明灯装置完全可以保留原有的手动开 关，节约成木降低改造难度。图21普通车床ca6140数控化改造总体方案示意图2.2主轴脉冲发生器要保证ca6140在改造之后能够满足所需精度要求，但是又需要控制成本，所以在 原机床上能够使用的我们继续使用。具体下来，我们需耍保留原有的电动机以及主传动 系统，此包括主轴的手动调速。然后拆去传动链系统，这样一样变不能实现螺纹的切削, 为了保留螺纹的切削，便需要在

20、原主轴上安装一个脉冲发生器，用来反馈主轴的转速， 再通过数控系统调节纵横向进给的速度，让纵横向进给的速度配合主轴转一转进给一个 螺距的要求，从而完成螺纹切削。2.3机械部分的改造首先要拆去进给箱、溜板箱，还要对车床的床鞍部分进给改造，拆去纵向小托板、 横向拖板，为了保证有满足要求的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，将丝杠换成滚 珠丝杠，然后步进电机经过一级减速后将一端驱动进行控制。为了使改装简便以及控制 成木，纵向进给使用原来丝杠的位置，然后将步进电机和转动轴部分放在左侧的进给箱 位置。横向进给使用原来小拖板进给手动丝杠的位置，将步进电机安装在原来人操作的 一侧。2.4电气部分的改造因为加入了

21、数控部分，原电气部分也需要改造。改造的方案大致是保留原有电动机 与变速系统，照明灯和冷却液也不作更改，保留原来的。然后用数控系统控制纵横向进 给的步进电机，如数控系统输出的电压不够驱动步进电机还需要在步进电机前加驱动 器。2.5刀架的改造由于ca6140普通车床的刀架满足不了数控化改造后车床所需要的性能和精度的要 求。所以要讲普通刀架改成数控自动刀架。而电动刀架的安装也十分方便，产品出厂的 时候已备有连接孔，改造时将卧式车床上原有的刀架拆下，将电动刀架装上即可。在选 择刀架的时候，应根据原有的刀架进行和似选择，这样省去安装的麻烦和以免产生性能 过剩或者不能满足要求的情况。2.6数控系统的选择数

22、控系统的选择主要依据是数控化改造后机床所要达到的精度、性能等，选择性价 比高的合适的数控系统，也要考虑原车床的精度与改造的成本、周期、难以程度等各方 面因素。切不可选择的数控系统性能大量过剩，也不可为了最求价格低廉选择达不到耍 求的系统。再一次由于数控化为经济型数控化，在改造中，数控系统只需控制纵横向步 进电机以及刀架的电机。第3章 机械部分的改造设计与计算3纵向进给系统的设计与计算3.1.1纵向进给系统数控化所需的参数 主电机功率、转速：7.5kw 1450r/min床鞍纵向快速移动速度：4m/min纵向工作台重量:1000n步距角：0.75° /1.5°脉冲当量：0.0

23、1mm3.1.2纵车外圆切削力计算按原车床主电机的功率计算主切削力pcxlo3_pmtikxlo3(3-1)式+ pm-主电机功率，7.5kwr-切削功率kwn-主传动系统总功率，取0.7k进给系统系数，取0.95线切削速度，取100m/min=1.67m/s pcxl03 pmtikxlo3由式(31)得fz= vc - vc7.5x0.7x0.95x1031.67=2987、主切削力错误!未找到引用源。、进给抗力错误!未找到引用源。、切深抗力fy错误!未找到引用源。的比值在很人范围内会根据切削条件的不同而变化。错误!未找到引用源。二(0.1-0.55)错误!未找到引用源。(3-2)错误!未

24、找到引用源。二(0.15-0.65)错误!未找到引用源。(3-3)由式(3-2)得错误!未找到引用源。=04错误!未找到引用源。=1195n 由式(3-3)得fy错误!未找到引用源。二05错误!未找到引用源。=1494n3.1.3滚珠丝杠副的计算和选型(1) 计算轴向力错误!未找到引用汽fa = kfx+“(fz + “) a x z(3-4)式中k颠覆力矩影响的实验系数，取k=1.15心错误!未找到引用源。进给抗力，由上一节算得错误!未找到引用源。=1195n错误!未找到引用源。一导轨上的摩擦系数，取0.15错误!未找到引用源。-主切削力，错误!未找到引用源。=2987nw纵向溜板箱以及刀架

25、等运动部件的总重w=1000n由式(3-4)几=kfx+“(fz + w)=1.15x1195+0.15 (2987+1000) =1972n(2) 计算最大动载荷q必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万次后滚道不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即被称为该滚珠丝杠能承受的最大动载荷。”1000*11ph(3-5)f 60ntl=7-106(3-6)q=vlfwfhfa(3-7)式中错误味找到引用源。-滚珠丝杠的导程，取6mm错误!未找到引用源。-最大切削力下的进给速度，取错误!未找到引用源。=lm/mint寿命吋间，取15000小吋l-寿命值，取错误!未找到引用源。转为1单位错误!

26、未找到引用源。-运转系数，取错误!未找到引用源。=1.2错误!未找到引用源。-硬度系数，取错误!未找到引用源。=1错误!未找到引用源。-纵向轴向力，取错误!未找到引用源。=7由式(3-5)得， ph =167r/minl_60m由式(3-6)得，一齐"=150由式(3-7)得,2x1x1972(3) 滚珠丝杠的选型根据确定的导程值错误!未找到引用源。，计算出的最大动载荷q,选定为gd系列 滚珠丝杠副，规格代号为4006-3,选用3级精度。表31纵向滚珠丝杠参数规格代号公称直径mm基本导程mm钢球直径mm丝杠底径mm丝杠外径mm额定静载荷n额定动载荷n刚度kcn/um螺旋升角o行程mm

27、长度mm4006-34063.96935.23950907172997312°44f7501269（4）计算传动效率tanyran(y+卩(3-8)式中错误!未找到引用源。-滚珠丝杠的螺旋升角，为2。44错误!未找到引用源。-为摩擦角，取错误!未找到引用源。=心_tany _由式（38）得，1如3+4错误!未找到引用源。= tanran (2 44。)tan (2 540二0 961>90%其传动效率大于90%,满足使用要求，故合格。（5）刚度校核滚珠丝杠在工作是要受到轴向力和扭矩的作用，轴向力和扭矩将会引起导程错误! 未找到引用源。发生变化，然而因为受扭矩引起的导程变化量很小

28、，可以忽略不计，故在此只计算由工作时所受的轴向力引起的导程变化错误!未找到引用源。工作负载引起导程的变化量5为：错误!未找到引用源。<5=±faphea(3-9)(3-10)式屮e-弹性模量，此处钢材为2.06xl05n/mm2a丝杠的横截面积 心丝杠的螺纹底径由式（3-9）得,s=±faphea二 ±5.9x101972x0.006x42.o6x1osx3.14xo.o3522=+5.9xl0_2um故，lm长的丝杠导程的总误差a=i=5-9umo查表可知3级精度滚珠丝杠的螺距误差 为15um/m,所以刚度足够。3.1.4齿轮的相关计算由于要满足精度匹配，

29、即满足脉冲当量匹配，故耍在电机与丝杠之间加一级传动。 用两个齿轮作为普通减速器，没有特殊要求，再应降低成本和易于取材，选用45钢。(1)传动比36q6p(3-11)式中错误!未找到引用源。-步距角，为0.75。错误!未找到引用源。一脉冲当量，为0.01mm4 _ aph由式(311)得， 360%=1.25360x0.01取齿数错误!未找到引用源。=32错误味找到引用源。=40,模数啮合角错误!未找到引用源。=20° ,宽度b=20mm分度圆直径 di=mxz1=2x32=64mm齿顶圆首处d -d. x2m/ia=68mmd2=mxz2=2x40=80mmda2=d2x2mha=8

30、4mri中心距a3.1.5步进电机的计算和选型(1)转动惯量的计算工作台折算到电机轴上的转动惯量错误!未找到引用源。(3-12)圧(2)2 m式中m纵向溜板箱及刀架运动部件的总重，1000n为102kgo 由式(3-12)得，；1=)2 m=0. 93kg cm2丝杠折算到电机轴上的转动惯量人错误!未找到引用源。：(3-13)；s=7. 7xd4lx10"4式中d一丝杠的公称直径，d=40mml丝杠的长度，l= 1269mm由式(3-13)得，人=7.7xd4lx10-4=25 kg cm2齿轮折算到电机轴上的转动惯量错误味找到引用源。和错误沬找到引用源。：（公式同丝杠)/z1=7.

31、 7x104x6.44x2=2. 62 kg cm2jz2=7 7xl0-4x84x2=6. 39 kg cm2总的转动惯量为：(3-14)(3-15)(3-16)(3-17)(3-18)j囂+/zi+/l由式(3-14)得,+m+/1二25+6.39+2 62+0. 93=23. 64 kg cm21.5625(2)所需转动力矩的计算f摩二“ (fz+w )式屮错误味找到引用源。一摩擦系数，取错误!未找到引用源。=0.15 错误!未找到引用源。一转动总效率，取错误!未找到引用源。=0.8 错误!未找到引用源。-折算到电机轴上的切削负载力矩 m切错误!未找到引用源。-最大切削负载时所需的旋转力

32、矩 错误!未找到引用源。-进给放心最大切削力，f产&1195n由式（315）得,（巧+w） =598n由式（3-16）得，m广爵571nmm./rm产=1141n mm由式（3-17）得，'2切由式（3-18）得，m 切二mf + m/=571+1141二1712n mm（1）确定步进电机型号表32纵向步进电机参数型号相数步距角o电压v相电流a最大静转矩nm空载启动频率hz转动惯量kg 错误！未找到引用源。110bf00430.75/1.58()44.950034.33.1.6纵向轴的设计轴是组机器的主要零件之一，根据承受的载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴 三类。在本设计中

33、，纵向丝杠通过联轴器和轴相连，再通过轴上齿轮和和电动机的轴上 齿轮相连，实现传动。故本设计所用转轴类型为转轴的阶梯轴。轴的结构设计主要是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求， 合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计包括给出轴的合理外形和全部结构尺寸。拟定轴上零件的装配方案是 进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定轴上主耍 零件的装配方向，顺序和相互关系。如图31所示，轴上零件转配与轴的结构装配方式：从右向左联轴器、轴承、齿轮和轴承安装。图31纵向轴上零件装配与轴的结构（1）轴上零件的定位本轴上的零件轴上定位均为轴间定位。（2）各轴段直径和长度的

34、确定零件在轴上的定位和拆装方案确定后，轴的形状便大体确定了。在和轴承与套筒连接的 轴段，因为有配合要求且都是外购此类零件，应尽量采用标准直径。故，纵向传动轴的尺寸如下表所示：表33纵向轴的尺寸轴段（左至右）1234长度15805044直径253632283.2横向进给系统的设计与计算作为经济性数控改造，其横向进给的数控化改造比较简单，即时步进电机经过一级 减速后驱动滚珠丝杠，使刀架得以横向运动。步进电机安装固定在大拖板上，保证其同 轴度和传动精度。321横向进给系统数控化所需的参数横向快速移动速度：2m/min横向工作台重量：300n步距角:0.75° /1.5°脉冲当量：

35、0.05mm3.2.2切削力计算横向进给量和快速移动速度约为纵向的二分z-,故横向切削力也取纵向切削力的 二分 z。fz横冷食纵 =lx2987=1494n主切削力j错误味找到引用源。、进给抗力s错误味找到引用源。、切深抗力fy横 错误!未找到引用源。的比值在很大范围内会根据切削条件的不同而变化。由式(3-2)得错误!未找到引用源。=04错误味找到引用源。=598n由式(3-3)得错误!未找到引用源。=05错误味找到引用源。=747n323滚珠丝杠副的计算和选型(1)计算轴向力尸询错误!未找到引用源。尸讥=kfy横+"(作廣+ 2fx横+ w廣)(3-19)式中k颠覆力矩影响的实验系

36、数，取k=1.4“一导轨上的摩擦系数，取0.15错误味找到引用源。-主切削力，错误味找到引用源。=1949nj错误!未找到引用源。-切深抗力，错误!未找到引用源。=598n错误!未找到引用源。-进给抗力，fy横=747n“嚴横向溜板箱以及刀架等运动部件的总重，“檀=300n由式(3-19) =kfym+ += 1.4x747+0.15 （1494+2x598+300） =1494n（2）计算最大动载荷°横错误!未找到引用源。必须保证在一定轴向负载作用下，丝杠在回转100万次后滚道不产生点蚀现彖。这个轴向负载的最大值即被称为该滚珠丝杠能承受的最大动载荷。1oooa胡n »廣m

37、(3-20)6qntvwl a4j,横106(3-21)q萨丹几几f询(3-22)式中错误味找到引用源。-滚珠丝杠的导程，取4mm错误!未找到引用源。-最大切削力下的进给速度，取错误!未找到引用源。=0.5m/mint寿命时间，取15000小时由式由式由式(3)l-寿命值，取错误!未找到引用源。转为1单位错误味找到引用源。-运转系数，取错误!未找到引用源。=1.2 错误!未找到引用源。-硕度系数，取错误!未找到引用源。=1 尸询错误!未找到引用源。一横向轴向力，取错误!未找到引用源。=1494n1000v .z 71= 125r/m i n得，曲ph.60nmtr -" =112.5

38、(3-20)(3-21)得，横io6得 q 橫二乎dwf hfath=v112.5xl. 2xlxl494=8655n滚珠丝杠的选型(3-22)根据确定的导程值错误!未找到引用源。，计算出的最大动载荷q,选定为gd系列 滚珠丝杠副，规格代号为3204-3,选用3级精度。表34横向滚珠丝杠参数规格代号公称直径mm基本导程mm钢球直径mm丝杠底径mm丝杠外径mm额定静载荷n额定动载荷n刚度kcn/um螺旋升角o行程mm长度mm3204-332432&931.12790096008232。58,500600（4）计算传动效率tanytan (y+(p)(3-23)式中f植 错误!未找到引用源

39、。横向滚珠丝杠的螺旋升角，为2。58错误!未找到引用源。为摩擦角，取错误!未找到引用源。=10由式(3-23)得，tanyu横 tan (y<p)=tantan <2 58°； -0. 963>90% tan (2.68q)其传动效率大于90%,满足使用要求，故合格。(5)刚度校核滚珠丝杠受轴向力化椰引起的导程变化量(3-24)a -xd 2 "横 一 横(3-25)式中e-弹性模量，此处钢材为2. 06xl05n/m7n2错误!未找到引用源。-丝杠的横截面积错误!未找到引用源。-丝杠的螺纹底径§_+匚质p/i債由式(3-24)得，横 ea横=&

40、#177;=±0.044um1494x0.006x42.06x105x3.14x0.028925x100故，lm长的丝杠导程的总误差a=ir=4-4umo查表可知3级精度滚珠丝杠的螺距 误差为15um/m,所以刚度足够。3.2.4齿轮的相关计算由于要满足精度匹配，即满足脉冲当量匹配，故要在电机与丝杠z间加一级传动。用两个齿轮作为普通减速器，没有特殊要求，再应降低成本和易于取材，选用45钢。(1)传动比£ _叭横 横 360%(3-25)式中“步距角，为0.75°"卩横一脉冲当量，为0.005mmi -叭横由式(3-25)得，横36。第横=_0：75x4_

41、=l67360x0.005取齿数n=18 2=32,模数m=2mm,啮合角错误!未找到引用源。=20° ,宽度b=20mm分度圆直径 ii=n)xz1=2xl8=36mm d2=mxz2=2x32=64mm齿顶圆肯経血讦di%2m/ia二40mmda2=d2x2mha=64mn屮心距*3.2.5步进电机的计算和选型(1) 转动惯量的计算 工作台折算到电机轴上的转动惯量人構j p h横、2心()叫(3-26)式中错误味找到引用源。一纵向溜板箱及刀架运动部件的总重，300n为30.6kgophfff 2由式(3-26)得，几横二(tt)"皿横=0. 124kg cm2丝杠折算到

42、电机轴上的转动惯量错误!未找到引用源。：w7-7xdm4£mx10_4(3-27)式中错误!未找到引用源。一丝杠的公称直径，d=32mm错误!未找到引用源。一丝杠的长度，l=600mm由式(3-27)得，人=7.7d4lx10-4=4. 84kg cm2齿轮折算到电机轴上的转动惯量错误!未找到引用源。和错误!未找到引用源。：(公式同 丝杠)iz1 篇=7. 7x10_4x6.44x2=0. 26 kg cm2lz2 籀=7. 7x10_4x84x2=2. 00 kg cm2总的转动惯量为：(3-28)丿"二亦(人小z2債)廣+人廣由式(3-28)得，“津畑)畑畑岀出+0.

43、26+0. 124=2. 84 kg cm22.79(2) 所需转动力矩的计算f摩严(fz+wg(3-29)mfjf横ph横叫横-横(3-30)叫厦"刑横(3-31)切横二mf橫+ mt横(3-32)式中错误!未找到引用源。一摩擦系数，取错误味找到引用源。=0.15 错误!未找到引用源。一转动总效率，取乃=0.8横折算到电机轴上的切削负载力矩m切構一最大切削负载时所需的旋转力矩f用错误!未找到引用源。-进给放心最大切削力，尸用迅横=598n由式(3-29)得，尸簞橈二“ "z橈+w廣)二269出卡 (r “、zn" 丁二28 mm由式(3-30)得，曲2切廣川 “

44、、zh m,.=旦吕=285n mm由式(331)得，皿2"次由式(3-32)得“切横横十叭横二285+128二413n mm(1 )确定步进电机型号表35横向步进电机参数型号相数步距角o电压v相电流a最大静转矩n m空载启动频率hz转动惯量 kg 错误！ 未找到引 用源。75bc38030.75/1.53030.8820003.2183.2.6横向轴的设计轴是组机器的主要零件之一，根据承受的载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴 三类。在本设计中，纵向丝杠通过联轴器和轴和连，再通过轴上齿轮和和电动机的轴上 齿轮相连，实现传动。故本设计所用转轴类型为转轴的阶梯轴。轴的结构设计主要是根据

45、轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求， 合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计包括给出轴的合理外形和全部结构尺寸。拟定轴上零件的装配方案是进行 轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定轴上主要零件的装配方向，顺序和相互关系。如图32所示，轴上零件转配与轴的结构装配方式：从右向左联轴器、轴承、齿轮和轴承安装。图32横向向轴上零件装配与轴的结构（1）轴上零件的定位本轴上的零件轴上有轴间定位和轴套定位。（2）各轴段直径和长度的确定零件在轴上的定位和拆装方案确定后，轴的形状便犬体确定了。在和轴承与套筒连接的 轴段，因为有配合要求且都是外购此类零件，应尽量采用标准

46、直径。故，纵向传动轴的尺寸如下表所示：表36横向轴的尺寸轴段（左至右）1234长度16362520直径1520159第4章轴承的选用与配置4.1滚动轴承的概述在元件需要滚动的时候，主要依靠滚动轴承的转动和支承。滚动轴承具有启动所需 力矩小、旋转精度高、选用方便等优点。如今滚动轴承己经标准化，只需要选择合适的 轴承与配置即可。4.2备选滚动轴承的类型(1) 深沟球轴承尸:±f图41深沟球轴承主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速且 有轻量化要求的场合，可用来承受单向或双向的轴向载荷。深沟球轴承结构的简单，制 造成本也低，所以使用最为广泛。(2) 推力球轴

47、承图42推力球轴承只能承受轴向载荷。高速时离心力大，钢球与保持架磨损，发热严重，寿命降低, 故极限转速很低。为了防止钢球与滚道之间的滑动。(3) 角接触球轴承图4-3角接触球轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于一个轴承只能 承受单向的轴向力。因此一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角有关。接触角大 的，承受轴向载荷的能力也高。4.3轴承的配置根据轴承配置的方案，最后确定使用如图所示的一端固定，另一端游动支承方案。 这种一支点双向固定，另一端支点游动适合跨距较大且工作温度较高的轴。一端由一对 正装的角接触球轴承承受轴向力，可以通过调节螺母和垫圈达到理想的游隙或所要求

48、的 预紧程度。另一端用一个深沟球轴承游动支承。(2)纵向转动轴轴承的配置图45纵向转动轴轴承配置由于纵向丝杠已用角接触球轴承消除轴向力，通过套筒联轴器传递到转动轴时，用 深沟球轴承已可以满足使用要求。最后选择两端使用各自单向固定的深沟球轴承的支承 方式。配置方式和纵向丝杠的配置类似。依然是一端由一对正装的角接触球轴承承受轴向 力，可以通过调节螺母和垫圈达到理想的游隙或所要求的预紧程度。另一端用一个深沟 球轴承游动支承。(4) 横向转动轴轴承的配置-40图47横向转动轴配置因为是直齿轮不传递轴向力，所以横向转动轴也不需要考虑轴向问题，故也使用两 端使用各自单向固定的深沟球轴承的支承方式。第5章数

49、控车床电气控制设计5.1数控机床电气控制系统的特点现代化的数控机床主要是用数控系统cnc和plc集成作为电气控制部分，将plc 作为机床侧信号和cnc 一侧信号的中转站，实现外部信号的输入和逻辑控制信号的输 击，代替原来的硬件逻辑电路。在实现控制要求时，不仅可以省去大量繁冗的控制电器 元件和线路连接，而且可以处理硬件逻辑电路难以处理的复杂信息，当系统改变控制要 求和参数时，只需对储存程序加以修改便能改变牛产工艺的控制，使系统的效率更高， 操作更加简单。另外，针对现代数控机床安全可靠性要求提高的特点，利用plc的i/o 点可扩展性，可自行设计增加若干监测功能，满足数控加工的功能要求。5.2电气控

50、制方案分析电气控制部分采用数控系统控制主要的功能和运动，改造设计内容主要包括：（1）由于考虑经济性，不更换原有的电动机，况且使用原电动机与变频器相连并不能 得到较好的变速效果，所以保留原来的变速箱。（2）纵向进给由数控系统控制步进电机实现。（3）横向进给由数控系统控制步进电机实现。（4）刀架的转动由数控系统控制刀架的电机实现。（5）照明灯开关和冷却液的开关由于经济性，使用原电路不作改变，依然使用手动开 关。5.3 ca6140主电路的设计5.3.1原机床电路图fu图5-1 ca6140主电路图由图5-1可知c6140车床主电路共有三台电动机。ml是主轴电动机，带动主轴转 动；m2是冷却泵电动机

51、，用来输送切削液；m3是刀架快速移动电动机。主轴正反转 是由触电km1和km2的闭合与断开实现的。5.3.2改造后的主电路图 一 1=10© 2"via弭虹一qi <q5。g <5qq .® 43旳电沖陆刑初11粉曲mu时曲強h的加 wit图5-2改造后的主电路图改造后的数控机床主轴保留原来的变速系统，触电km1和km2实现电动机ml正 反转；冷却泵电动机m2保留原來的电气路线；纵横进给移动分别由步进电机m3、m4 控制；刀架转动电机m5由数控系统直接控制。从图5-2可知，改造后的主电路的工作原理是扳动断路器qf以及空气开关，将三 相电源引入。km1和

52、km2两个触点控制主轴电动机ml正反转。紧接着也是不改动的 冷却泵。然后三相电路连接至数控系统，再由数控系统连接m3、m4、m5,由于数控 系统输出的电压不足以驱动步进电机，所所以要在数控系统与步进电机z间加上驱动 器，数控系统输出弱点信号控制驱动器，驱动器再外接电源，使其可以有足够的电压驱 动步进电机。第6章自动转位刀架的选型6.1选用自动转位刀架的概述ca6140数控化改造需要将原来的手动转动刀架换成自动转位刀架。自动转位刀架 有数控系统控制，保证了转位的速度与精确度。在选择自动刀架的时候要根据刀位数与 加工方式。6.2数控车床刀架需要的基本要求数控车床的刀架是车床的不可或缺的组成部分，刀

53、架是用來夹持切削刀具的，在一 定程度上，刀架的结构和性能体现了车床的设计与制作技术水平，对面本设计，需要满 足如下要求：(1) 转位准确可靠，工作平稳安全；(2) 按最短路线转位，转位时间段；(3) 重复定位精度高；(4) 防水防屑，密封性好；(5) 加紧刚性高，适宜重负荷切削；(6) 能在原刀架处不加工安装。6.3数控车床刀架结构及选型e da图6-1自动转位刀架结构最终选择信号ld4-ck6140立式转位刀架，它与ca6140机床原刀架刀位相同，安 装也较方便，只需将原车床的刀架拆下将电动刀架装上即可。在安装时，应将电动机一 侧放在远离人站的一面，以免妨碍操作。表6-1 ld4-ck6140尺寸参数型号hiae垃dbld4-ck614019281401922020152152192fcv5012168133752421622390表6-2 ld4-ck6140自动转位刀架其他参数型号电机功率w电机转 速 n/min锁紧力kn重复定位精度mm换刀时间90°180°270°ld4-ck6140120140012错误!未找到引用源。0.00422.536.4自动回转刀架的工作原理自动回转刀架工作原理如图62所示，自动刀架有上下两个端齿盘，在需要换刀的 时候，有数控系统