ca6140車床的數控改裝設計(doc畢業設計論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 144 r 5 （ 5）齒輪結構圖根據齒輪結構尺寸要求，當齒頂直徑 160≤da≤500mm 時，做成腹板式。 軸的結構設計此次改造技術采用的結構與原來的 CA6140 結構大部分相同。I 軸上有三個傳動副及摩擦離合器與 CA6140 相同；II 軸上有三個固定齒輪和一個二聯滑移齒輪與CA6140 相同；III 軸上左端采用的是二聯滑移齒輪，右端采用的是三聯滑移齒輪與CA6140 的左端是三聯滑移齒輪，右端是三個固定齒輪基本相似。故改造時只需把右端軸的結構改為花鍵軸即可。從前三軸來看，結構，尺寸，基本相同，故前三軸不作大改動，基本結構及軸承保持不變。這樣為改造成本減少許多，提高了改造方案的經濟性，軸 IV 是將 CA6140 的固定齒輪 58 和內齒式離合器 50 去掉，將部分改造設計成三對固定齒輪 87，64，40，將操作桿拆除掉，安裝上主軸控制旋轉開關，并在主軸的后端安裝脈沖發生器，它們之間用彈性聯軸節聯接安裝，保持與主軸同步。在加工螺紋時，使主軸轉速與縱向滾珠絲桿的轉速保持一定的數量關系，從而能按數控加工指令加工出指定的螺紋，主軸上的其它部分均保留不變，不作改造設計。 軸承的改造設計CA6140 機床原來的主軸支承為前后支承，經改造后改為前中后支承，以前中支承為主支承，后支承為輔助支承，考慮到經濟性，其前后支承不進行改造，只將中間支承的軸承 E32216 拆除，在其位置上用加強筋加以支承，更換軸承 D3182120，同時 I，II，III，IV 軸上各個支承均保留不變其原來的位置及型號。將 IV，VII 的各個支承軸承拆除。 主軸脈沖發生器主軸脈沖發生器也叫光電編碼器。其作用是當數控機床加工螺紋時，用主軸脈沖發生器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它應與車床主軸同步轉動，并發出主軸角位置變化信號，輸送給計算機。計算機按所需加工的螺距進行處理，控制機床縱向或橫向步進電動機運轉，實現加工螺紋的目的。其加工螺距為：6，5，3，2，，1，，，共 18 種。主軸脈沖發生器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二是采用異軸安裝。同軸安裝的結構簡單，聯接方便。但缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，而異軸安裝則沒有這個缺陷，所以目前經濟數控系統改造臥式車床，多采用同軸方式。主軸脈沖發生器從傳動聯接方面分為剛性聯接和柔性聯接。所謂剛性聯接就是常用的軸套方式聯接，這種聯接對聯接件的制造精度和安裝精度要求較高。因為同軸度的差，會引起主軸脈沖發生器的偏扭，造成信號不準，甚至損壞內部光柵盤。另一種聯接方式為柔性聯接，即車床主軸與主軸脈沖發生器之間用彈性元件聯接，常用的元件為波紋管和橡膠管。這是較為適用的授聯接方式。須引起注意的是，主軸脈沖發生器屬精密光學元件，安裝時應格外小心，以免損壞光柵盤。另外，在使用中還應注意最高轉速，使用時車床主軸不能超過此轉速。最好能做到使用時可將其裝上，不使用時將其脫開，以延長其使用壽命。 主軸電動機的選擇電動機是機床的一個核心部件，它的選擇直接影響到機床的工作性能及加工精度，為了滿足要求，選擇合適的 主軸電機需從以下幾個方面考慮。 主軸的基本要求機床主軸除了作高速回轉外，還要承受徑向，軸向的切削力，主軸在彎曲、扭轉、交變載荷下按照要求進行起動增速，減速和停止等，因此電機一般要求較高。 主軸電機的使用要求與一般用途電機一樣，主軸電機滿足驅動的基本要求即:電機的輸出功率，轉速，應用場合，主軸經常起動、加速、切削、制動，停止這樣循環，故機床主軸電機對其控制要求是恒速運動時要求，平穩，轉速波動小，抗干擾能力強，調速范圍寬，并連續可調，電機起動，制動安全可靠。 電機工藝性經濟性要求 為適應市場經濟需要，主軸電機制造必須具備下列條件:(1) 主軸及電機的制造工藝性好。(2) 主軸電機的裝配，調試，維護性能要好。(3) 主軸電面應具有效率高，壽命長，體積小，重量輕，可控制性好。根據以上要求，:一是在工作狀態下對各種干擾因素不敏感。電壓的波動，電流的數值，波形，溫度的變化等干擾因素在其大小未引起步進電機出現“失步”現象前，不影響其工作狀態。二是誤差不會長期積累。步進電機的步距角是有誤差的，當轉子轉過一定步數以后也出現積累誤差，但轉過 360176。以后，積累誤差則為“零” 。 其他輔助設備的改造設計 減少熱源的熱量根據有關資料對 CA6140 機床的試驗分析，床頭箱的主要熱源以主軸軸承的發熱為主，其前軸承就更為明顯，而軸承的發熱源于液體的動力摩擦，它隨潤滑油的粘度降低而下降，前軸承的 AT 及主軸前端部提高量 DB 約與潤滑油的動力粘度少— 次方的關系。故改用 T2 高速機油代替原來 30機油，便可使熱量減少，使DB 下降到 47%左右，同時，增大主軸前軸承側的供油量至 —2 公升/分，并用油管將油從前中軸承側面射進前中軸承的滾子部分，以減少前中支承的發熱量。 各部件間的溫差從 CA6140 機床的試驗證明：主軸前部提高 DB 是由主軸箱的熱變型（占 60%）及機床床身的熱變（占 40%）兩部分組成，床身的熱變形對于主軸中心線相對于床身導軌的不平行性 Aa 的影響尤為顯著，約占 84%左右，其中 78%是和下部分的變形導致的，6%是導軌部分變形產生的，將潤滑油箱另外獨立于機床，采用強制性循環潤滑，這樣不僅消除了次生熱源，同時使油和箱也起到了散熱作用。 主軸箱的密封箱體內拆除的零件所留下來的孔徑，用塞子把其塞住，以防灰塵雜質進入主軸箱內產生摩擦熱變形及降低加工精度。5 進給系統設計 概述進給傳動系統的改裝，應根據機床自身精度及性能來決定。由于舊車床的改造，一般都是將原來的機床進給傳動系統，即由主軸箱通過掛輪架帶動進給變速箱，將運動傳給光杠或絲杠，再驅動床鞍或中滑板運動的傳動過程，改裝為由功率步進電動機通過消隙減速傳動齒輪，直接帶動滾珠絲杠，使刀架分別實現縱向運動和橫向運動，進行兩個坐標的控制。在機床改造過程中，必須拆除機床上原有的溜板及主軸箱等保留部件進行修理，使精度能達到大修要求。精度符合要求的臥式車床，進行數控化改造，一般對車床部件不做大的運動，只是把床鞍的縱向滑動絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一消隙減速箱和功率步進電動機。同時，也把中滑板的端向滑動絲杠副改為橫向滾珠絲杠。在橫向滾珠絲杠的外端安裝一消隙減速箱和功率步進電動機。從而，使車床的縱向和橫向運動既能用微機系統進行控制，又能由操作者進行普通操作。在機床改造中，只要把溜板箱中的開合螺母及中滑板上的滑動螺母拆除，在合適位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數控操作與普通操作相干涉發生操作失誤現象，必須由電氣連鎖開關控制操作轉換。對于全新或較新車床來說，在進行簡易數控改造時，一般都是全部保留車床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進電機分別安裝在縱向滑動絲杠的右端和橫向滑動絲杠的外端。從而也可以使車床同時具有普通操作功能和簡易數控功能。這時，要注意的問題同樣是必須避免數控操作與普通操作相干涉，發生操作失誤現象。在普通操作與數控操作的轉換中，必須由電氣連鎖開關控制，若要進行數控操作，必須把連鎖開關至“數控位置” ，合緊開合螺母方可進行。 進給系統設計與計算 縱向進給系統的設計與計算縱向進給系統的設計 經濟型數控車床的改裝一般是步進電動機經減速后驅動絲杠轉動，螺母固定在溜板箱上，帶動床鞍運動。步進電動機要安裝在絲杠的任意一端，對于車床改造，外觀不必像產品設計要求的那么高，而應從操作、改造方便、實用等方面來考慮。縱向傳動滾珠絲杠改裝，縱向傳動滾珠絲杠，應采用三點支承的形式。若結構中保留進給變速箱，可以使滾珠絲杠的左端通過聯軸套直接連接在進給變速箱的原絲杠聯接軸上。若結構中拆除了進給變速箱，則滾珠絲杠的左端可以一個專用軸承支座３，采用軸套式滑動軸承４作為徑向支承，在滑動軸承的兩側分別布置一對推動球軸承２，進行軸向支承，并且使支承短軸５與滾珠絲杠７通過軸套６聯接起來。滾珠絲杠的右端通過一個聯軸套９和消隙減速的輸出軸１２聯接起來，并且在三杠托架上布置一個軸套式滑動軸承１０作為徑向支承，對消隙減速箱的輸出軸１２進行支承，消隙減速箱１３固定在三杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母８與床鞍直接聯接。因此。滾珠絲杠對臟物敏感，要加防護罩。縱向進給系統的計算：　　已知條件：工作臺重量：Ｗ＝８０Ｋg=800N(根據圖紙估算)時間常數：T=25ms滾珠絲杠導程：L o=6mm行程：δ=640mm脈沖當量：δ p=步距角：α=176。/p快速進給速度：V=5m/min（1）切削力計算 由 ［14］ 可知，切削功率為　Ｐ Ｃ ＝ＰηＫ式中 p切削功率(KW)； P－電動機功率：查機床說明書，p=4kw η－主傳動系統總功率，－，取 η＝； K－進給系統功率系數，取 k＝；則 　P C =4=又因為 P c=FzV/6120 所以 F z=6120PＣ /V如取切削速度 V=100M/MIN，則主切削力得Fz=6120由 [14]可知，主切削力 FZ=CFZ　 apxFzfYFZKFZ查有關手冊得 CFz=188Kg/mm2=1880MPa XFz=1 YFz= KFz=1則在不同切削深度及進給量時主切削力計算結果如表 2 所示。表 2 主切削力Table 2 Main forceap/mm f/mm Fz/N2 11252 15242 18913 16873 22873 2837當切削深度 a p =2mm，走刀量 f = 時產生的主切削力與前面所計算出的主切削力 Fz =1524N 相近，故以此參數做為下面計算的依據。從 [1]中可得知，在一般車削外圓時Fx=() Fz Fy=()Fz取 Fx= Fy=則 Fx==Fy==（2）滾珠絲杠設計計算 綜合導軌車床絲杠的軸向工作負載采用下面公式 [4]計算 P=KFx+f＇(F Z+W)式中 p工作負載(N) k考慮顛覆力矩影響的實驗系數，取 K= Fx進給抗力Fz主切削力(N)f導軌上的磨擦因數，f=，取 f＇=W移動部件的重量，根據已知條件得知 W=800N則 P=1，1+(+800)+① 強度計算（滾珠絲杠）壽命值 L=60nT/10 6[2]式中 L 壽命（以 106r １０ 4r） ；n滾珠絲杠的轉速(r/min)T機器使用壽命時間(h)絲杠轉速 n 可根據下式求出：n =n 主 f/Lo=1000vf/πD 0L0 [2]式中 n 主 主軸轉速(r/min) f走刀量(mm/r) v切削線速度，取=100m/min D工件直徑(mm) L0 滾珠絲杠基本導程(mm)如取工件直徑 D=80mm， 并查有關手冊得 T=15000h 則 n=1000100806=20r/min L=602015000/106=18106r根據最大動負載公式得C=L1/3fwfHP [2]查表 33[4]和３－４ ［４］ 得運轉系數=， 硬度系數 fH=1則 C=(18) 1/31=根據最大動負載 C 的值，可選擇滾珠絲杠的型。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠直徑為 φ32mm， 型號為 FC1B32*65E2，其額定動載荷是 10689N ，與上面計算結果相比，強度足夠。② 效率計算 根