CK6140数控卧式车床设计说明书

目录1总体方案················································01.1CK6140的现状和发展····································11.2CK6140数控卧式车床的总体方案论证与拟定·····················21.2.1数控车床········································21.2.2CK6140数控卧式车床的拟定···························22机械部分设计计算说明·······································42.1主运动部分计算········································42.1.1参数的确定······································42.1.2传动设计·······································52.1.3转速图的拟定·····································82.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定··························112.1.5传动件的估算和验算································192.1.6展开图设计······································362.2纵向进给运动设计······································532.2.1滚珠丝杆副的选择·································532.2.2驱动电机的选用···································583控制系统设计············································623.1绘制控制系统结构框图···································623.2.选择中央处理单元（CPU）的类型···························623.3存储器扩展电路设计····································633.４I/O接口电路及辅助电路设计····························64参考文献···············································70致谢···················································72LATHES···················································77湖南工业大学共80页第1页1总体方案1.1CK6140的现状和发展自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。数控技术的发展趋势：1.性能方面的发展趋势（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工艺复合和轴化（4）.实时智能化2.功能发展方面（1）.用户界面图形化（2）.科学计算可视化（3）.插补和补偿方式多样化（4）.内置高性能PLC（5）.多媒体技术应用3.体系结构的发展（1）.集成化（2）.模块化（3）.网络化湖南工业大学共80页第2页（4）.开放式闭环控制模式1.2CK6140数控卧式车床的总体方案论证与拟定1.2.1数控车床数控车床又称数字控制（Numbercalcontrol，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。（3）.更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2.2CK6140数控卧式车床的拟定1.CK6140数控卧式车床具有定位，纵向和横向的直线插补功能，还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。2.CK6140数控卧式车床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。3.根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，1.26。4.根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路，包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。5.纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。6.为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。7.采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。（附注：伺服系统总体方案框图1.1）湖南工业大学共80页第3页图1.1伺服系统总体方案框图湖南工业大学共80页第4页2机械部分设计计算说明2.1主运动部分计算2.1.1参数的确定一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。二.参数确定的步骤和方法1.极限切削速度umax﹑umin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类﹑工艺要求刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如《机床主轴变速箱设计指导书》。然而，根据本次设计的需要选取的值如下：取umax=300m/min；umin=30m/min。2.主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=400mm，则主轴极限转速应为：nmax=max1000(0.1~0.2)uDr/min………………………………2.1=2000r/min；nmin=min1000(0.45~0.5)uDr/min……………………………2.2=40r/min；由于转速范围R=maxminnn=2000/min40/minrr……………………………2.3=50；湖南工业大学共80页第5页因为级数Z已知：Z=18级。现以Φ=1.26和Φ=1.41代入R=1zФ得R=50和355，因此取Φ=1.26更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以Φ=1.06的从1～10000的数值，因Φ=1.26=41.06，从表中找到nmax=2000r/min，就可以每隔3个数值取一个数，得：2000，1600，1250，1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40。3.主轴转速级数z和公比￠已知:maxminnn=RnRn=z-1Ф且：z=ab2x318=1293x3x24.主电机功率—动力参数的确定合理地确定电机功率N，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中推荐的数值：取P=5.5kw2.1.2传动设计一.传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有Z1、Z2、Z3…个传动副。即Z=Z1Z2Z3………………………………2.4传动副数由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子:Z=23abx………………………………2.5可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设湖南工业大学共80页第6页计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目2x（3+3+2）+2x2+1=21个轴向尺寸19b传动轴数目6根操纵机构简单，两个三联滑移齿轮，一个双联滑移齿轮图2.1总的传动系统二.组传动顺序的安排18级转速传动系统的传动组，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或3x2x3选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在Ⅰ轴上摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以2为宜，本次设计中就是采用的2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。湖南工业大学共80页第7页主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2，或者用一个定比传动副。三.传动系统的扩大顺序的安排对于18级的传动可以有三种方案，准确的说应该不只有这三个方案，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是：18=3［1］3［3］2［9］传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。四.传动组的变速范围的极限植齿轮传动副最小传动比umin≥14，最大传动比umax≤2，决定了一个传动组的最大变速范围rmax=umax/nmin≤8因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数x，,x值为：极限传动比指数1.26x：umin=1x￠=146x’值；umax=x’￠=23（x+x’）值：umin=xx’￠=89五.最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为：Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］即是：Z=18=3［1］3［3］2［9］湖南工业大