CA6140车床进给系统的数控化改造

目录

序言----------------------------------------------------------------------------------- 2

一、 设计方案的确定-----------------------------------------------------------3 （一） 设计任务--------------------------------------------------------------------3 （二） 总体设计方案的确定-----------------------------------------------------3

二、机械部分改造与设计-------------------------------------------------------- 4 （一） 纵向进给系统的设计与计算--------------------------------------------4 （二） 横向进给系统的设计与计算--------------------------------------------10

三、步进电机的选择---------------------------------------------------------------13 （一）步进电机选用的基本原则------------------------------------------------13 （二）步进电机的选择------------------------------------------------------------14

四、机床导轨改造------------------------------------------------------------------15

五、自动转位刀架的选用---------------------------------------------------------16

六、小结------------------------------------------------------------------------------17

七、参考文献------------------------------------------------------------------------17

序言

数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。但从目前企业面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大使企业心有余而力不足。我国作为机床大国，对普通机床数控化改造不失为一种较好的良策。

中小型企业为了发展生产，常希望对原有旧机床进行改造，实现数控化、自动化。目前机床数控化改造就是结合生产实际和我国国情，在满足实际加工需求的前提下，尽可能降低成本。经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。因此特别适合在生产设备中普通机床占有较大比重的企业，适合在生产第一线大面积推广。

数控机床由机床主体、主轴传动、伺服进给、数控装置、辅助装置等组成。所以机床数控化改造的主要内容有主轴传动改造、进给系统改造、加装数控装置等。其中进给系统改造对机床的改动最多，是机床数控化改造中最重要的环节，它直接影响到改造后的机床的加工精度。可见进给系统改造是机床数控化改造成功的关键所在。

本设计题目主要围绕机床进给系统的数控化改造而展开，其改造的机床是针对普通车床。CA6140型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。实践证明，把此类车床改造为数控车床，已经得到了良好的经济效果。C6140车床进给系统的数控化改造主要内容如下：

普通车床的X轴和Z轴均由同一电机驱动，走刀运动是经进给箱传动丝杠到溜板箱，获得不同的工件螺距即Z轴运动；走刀运动是经进给箱传动光杆到溜板箱，获得不同的进刀量即Z轴运动和X轴运动。车床进给系统数控化改造要拆除进给箱总成、溜板箱总成，改用进给伺服（或步进）传动链分别代替。

具体体现为：

Z轴：纵向电机→减速箱（或联轴器）→纵向滚珠丝杠→溜板箱，纵向按数控指令获得不同的走刀量和螺距。

X轴：横向电机→减速箱（或联轴器）→横向滚珠丝杠→横滑板，横向按数控指令获得不同的走刀量。

改造后整个传动链的传动精度在保证机床刚性的前提下，与滚珠丝杠副的选择和布置结构形式、机床导轨的精度情况等有很大的关系。

一、设计方案的确定

（一）设计任务

本设计任务是CA6140型普通车床进行系统数控化改造。利用微机对纵横进给系统进行开环控制，纵向脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。

进给系统的机械改造设计。根据机床的运动精度，改动尽量少，且保证加工精度的要求，运动的平稳。

（二）总体设计方案的确定

考虑到该数控系统是开环控制，没有位置反馈，故进给系统尽可能的要减少中间传动环节。本车床的纵向、横向两轴进给系统去掉了原来的进给系统的中间传动环节，直接采用了步进电机＋减速箱（或联轴器）＋滚珠丝杆的传动方案。拆除原来的进给箱、丝杆等，增加少量的机械附件，就可安装步进电机及滚珠丝杆螺母副。

二、机械部分改造与设计

（一）纵向进给系统的设计与计算 1、纵向进给系统的设计

车床的纵向进给改造设计一般是步进电机经减速后驱动滚珠丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架台左右移动。步进电机的布置，可放在丝杠的任意一端。对车床改造来说，外观不必象产品设计要求那么高，而从改造方便、实用方面来考虑，现把步进电机放在纵向丝杠的左端，即进给箱部位。 2、纵向进给系统的设计计算 已知条件：

工作台重量： W=90kgf=900N (根据图纸粗略计算)

时间常数： T=25ms 滚珠丝杠基本导程： L0=6mm 行程： S=1130mm 脉冲当量： δp=0.01mm/step 步距角： α=0.75°/step 快速进给速度： Vmax=2m/min

（1）切削力计算

由〈〈实用机床设计手册〉〉可知：

切削功率： Nc=NηK 式中 N—电机功率，查机床说明书，N=7.5KW

η—主传动系统总效率，一般为0.75～0.85 取η=0.8 K—进给系统功率系数，取K=0.96。

则： Nc=7.5×0.8×0.96=5.76KW 又因为： NC=

FZv 61206120NC v 则： FZ=

式中 v—切削线速度，取v=100m/min

所以： FZ =352.512(kgf)=3525.12(N)

由〈〈金属切削原理〉〉可知：

主切削力 FZ=CFz apx Fz fYFz KFz