C6140车床数控化改造

成都纺织高等专科学校机械工程学院C6140车床数控化改造设计班级：机设112班姓名：蒲显东、李纯伟、杨伟林、杨启东、杜卿玮一、C6140普通车床数控化改造设计二、总体方案的确定三、机械系统的改造设计方案1．主传动系统的改造方案2．安装电动卡盘3．换装自动回转刀架4．螺纹编码器的安装方案5．进给系统的改造与设计方案四、进给传动部件的选型1．脉冲当量的确定2．滚珠丝杠螺母副的选型（纵向）3.同步带减速箱的设计（纵向）五、步进电动机驱动电源的选用六、进给伺服系统机械部分设计引言普通车床（如C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630等）是金属切削加工最常用的一类机床。当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面、圆锥面、端面、螺纹面等，借助成型刀具，还能加工各种成形回转表面。图C6140普通车床的结构布局1-床脚2-挂轮3-进给箱4-主轴箱5-纵溜板6-溜板箱7-横溜板8-刀架9-上溜板10-尾座11-丝杠12-光杠13-床身车床数控化改造，顾名思义就是在车床上增加微型计算机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺要求。CNC系统伺服系统变频器主轴控制机床本体CNC变频器驱动器伺服电机普通车床刀架的纵向和横向进给运动，是由主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动溜板箱、纵溜板以及横溜板产生移动。进给参数依靠手工调整，改变参数时需要停车。刀架的纵向进给和横向进给不能联动，切削次序需要人工控制。对普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统；将手动刀架换成能自动换刀的电动刀架。一、C6140普通车床数控化改造设计主要技术指标如下：（1）床身上最大加工直径400mm；（2）最大加工长度1000mm；（3）X方向(横向)的脉冲当量δx=0.005mm/脉冲,Z方向(纵向)δz=0.01mm/脉冲；（4）X方向最快移动速度vxmax=3000mm/min，Z方向为vzmax=6000mm/min；（5）X方向最快工进速度vxmaxf=400mm/min，Z方向为vzmaxf=800mm/min；（6）X方向定位精度±0.01mm，Z方向±0.02mm（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；（8）安装螺纹编码器，可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为24mm；（9）安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；（10)自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；（11)自动控制冷却泵的启/停；（12)安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；（13)纵、横向安装限位开关；（14)数控系统可与PC机串行通信；（15)显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU的选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。二、总体方案的确定数控系统应设计成连续控制型。进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。8位单片机作为数控系统的CPU。（5）用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副（6）计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速轮副，且应有消间隙机构。（7）选择四工位自动回转刀架与电动卡盘，选择螺纹编码器等。1．主传动系统的改造方案三、机械系统的改造设计方案保留原有的主传动机构和变速操纵机构用2～４速的多速电动机代替原有的单速主电动机；用交流变频器来控制主轴电动机，以实现无级变速采用有级变速时，可选用7.5kW变极多速三相异步电动机，实现2～４档变速；选用电动三爪自定心卡盘2．安装电动卡盘3．换装自动回转刀架选用四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。4．螺纹编码器的安装方案它与车床主轴同步转动。5．进给系统的改造与设计方案（1）拆除挂轮架所有齿轮，在此寻找主轴的同步轴，安装螺纹编码器。（2）拆除进给箱总成，在此位置安装纵向进给步进电动机与同步带减速箱总成。（3）拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮齿条，在纵溜板的下面安装纵向滚珠丝杠的螺母座与螺母座托架。（4）拆除四方刀架与上溜板总成，在横溜板上方安装四工位立式电动刀架。（5）拆除横溜板下的滑动丝杆螺母副，将滑动丝杆靠刻度盘一段（长216mm）锯断保留，拆掉刻度盘上的手柄，保留刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杠副。（6）将横向进给步进电动机通过法兰座安装到横溜板后部的纵溜板上，并与滚珠丝杠的轴头相联。（7）拆去三杆（丝杆、光杆与操纵杆），更换丝杆的右支承。其公称直径为40mm，基本导程为6mm，双螺母滚珠总圈数为3×2=6圈，精度等级取4级，额定动载荷为13200N，满足要求。初选型号四、进给传动部件的计算和选型控制系统的操作面板布置如图所示。面板设置了48个微动按键，三个船形开关，一只急停按钮，显示器包括1组数码显示管和7只发光二极管。图车床数控系统操作面板布置图六、控制系统硬件电路设计螺纹编码器通常有两种安装形式：同轴和异轴安装。X向步进电机的型号110BYG5802，Z向步进电机的型号为130BYG5501.七、步进电动机驱动电源的选用为5相混合式，5线输出，电机供电电压DC120～310V，电流5A，驱动器型号BD5A1、进给系统机械结构改造设计挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱总成丝杠、光杠和操作杠拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠，滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。溜板箱部分：全部拆除，在原来安装滚珠丝杠中间支撑架和螺母以及部分操作按钮。横溜板箱部分：将原横溜板的丝杠的、螺母拆除，改装横向进给滚珠丝杠螺母副、横向进给步进电机与齿轮减速箱总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠相连。刀架：拆除原刀架，改装自动回转四方刀架总成。八、进给伺服系统机械部分设计与计算2、进给伺服系统机械部分的计算与选型进给伺服系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量、计算切削力滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型、齿轮传动计算、步进电机的计算和选型等。计算简图如下图所示：1、确定系统的脉冲当量脉冲当量是指一个进给脉冲使机床执行部件产生的进给量,它是衡量数控机床加工精度的一个基本参数。因此,脉冲当量应根据机床精度的要求来确定。2、纵向滚珠丝杠螺母副的副的型号选择（1）滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副的结构原理示意图如图所示3、横向滚珠丝杠螺母副的型号选择经济型数控改造的横向进给的设计比较简单，一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，使刀架横向运动。步进电机安装在大拖板上，用法兰盘将步进电机和机床大拖板连接起来，以保证其同轴度，提高传动精度。4滚珠丝杠螺母副的精度等级：数控机床根据定位精度的要求通常选用1---5级精度的滚珠丝杠，1---5级精度丝杠的行程公差数值如下表所示：