CA6140车床的数控化改造

常州轻工职业技术学院毕业设计用纸1摘要数控机床的优点：具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，改善劳动条件，利于生产管理现代化。普通机床的缺点：普通机床靠齿轮和普通丝杠螺母传动。由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确，因此重复精度较低。普通机床测量时需停车后手工测量，测量误差较大，而且效率低下。适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工资水平高。在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。物竞天择，适者生存。一些不适应社会发展在机床必将被淘汰，所以实施机床的数控化改造是机械行业在必然趋势。通过搜集资料、实践研究等方法对机床就行改造即是用较少的成本去创造更高的价值。而这也将极大的推动中国机械行业的发展。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。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床，这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明：机床的数控化改造可以为企业带来可观的经济效益。目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本文以车床的数控改造为例，介绍了机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，性能与精度的选择以及最后改造方案的确定。关键字：机床、数控化、改造、意义常州轻工职业技术学院毕业设计用纸2目录第一章数控化改造的好处第二章数控化改造方案第三章介绍CA6140普通车床第一节简单介绍……………………………………………………4第二节加工范围及特点……………………………………………6第三节传动系统的介绍……………………………………………7第四章设计进给系统第一节设计纵向进给系统…………………………………………9第二节设计横向进给系统…………………………………………18第五章改造车床主轴及控制系统第一节改进主轴电机………………………………………………26第二节主轴脉冲编码器的运用……………………………………26第三节改进刀架……………………………………………………28第四节改进机床导轨………………………………………………29第五节坐标系的建立X、Z轴的限位和参考返回电路……………30第六节安装用键和变频器…………………………………………31第七节机床的安装、调试、精度检验……………………………31致谢参考文献常州轻工职业技术学院毕业设计用纸3第一章数控化改造的好处一、有利于企业技术的提高，成本的节约数控机床与普通机床相比，有很大的优势，数控机床具有高度柔性，加工精度高，加工质量稳定、可靠，生产率高，改善劳动条件，利于生产管理现代化；而普通机床精度低，效率低，适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。它投资较数控低，但对工人的操作技能要求较高，因此工人工资水平高。这样会大大的加大企业的支出，对企业的收入也是有所影响的。二、有利于企业经济开支的节约数控化改造一般用户都能承担的起,这为资金紧张的中小型企业的技术改造开辟了新路,也对实力雄厚的大型企业产生了较大的吸引力。由于新型机床价格昂贵,一次性投资巨大,如果把旧机床设备全部用新型机床替换。要花费大量的资金,而替换下的机床又会闲置起来造成巨大浪费,若采用数控技术对旧机床加以改造和购买机床相比,则可省50%以上的资金,一套经济型数控装置的价格仅为全功能装置的1/3到1/5。三、有利于数控化市场的扩大订购新的数控机床的交货周期一般较长,往往不能满足用户的需要,而改造的数控机床能够适应市场对产品多样化和高精度的要求。因此得到了用户广泛的应用,机床的数控化改造已成为满足市场需求的主要补充手段,对中、小型企业来说是十分理想的选择。四、有利于企业生产的扩大在现代机械制造工业中,中小批量甚至单件生产,个性化的产品占有相当大的比重,尤其是我国加入世贸组织后,成为世界性的加工基地,产品出口的增长迅速,从低附加值、劳动密集型产品逐步过度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的数控机床起了重要的作用。数控机床是最能适应这种生产需要的。五、有利于企业的工业化水平的提高以数控机床为代表的现代基础机械是制造实现生产现代化的重要设备，数控技术水平的高低和机床的数控化率，数控设备的拥有量已成为衡量一个国家现代工业化水平的重要标志。六、有利于企业的多方面发展数控技术用于机床的改造是建立在微电子技术与传统技术相结合的基础上，具有高可靠性、柔性强，易于实现机电一体化、经济性可观等特点。为此，在旧机床上进行数控化改造可以提高机床的使用性能、降低生产成本、用较少的资金投入而得到较大的经济效益。第二章数控化改造方案一、改造的内容常州轻工职业技术学院毕业设计用纸4普通车床的数控化改造主要有4个内容：（1）车床的主轴的正、反向转数控制和实现其不同切削速度的主轴变速。（2）车床纵横两个方向的走刀量控制。由计算机控制的电动机直接带动传动丝杠来实现。（3）自动换刀的控制。是通过计算机控制的电动机来达到转角的目的。（4）在加工螺纹时，应保证主轴转一转、刀架移动一个被加工螺纹的螺距或导程。二、改造原则确定具体改造方案的基本原则是：在满足使用要求的前提下对机床的改动尽可能少，以降低成本、增强抗干扰性。三、改造方案采用SINUMERIK802D数控系统，由I/O接口输出步进脉冲，步进电机经减速齿轮减速后带动丝杠转动，利用滚珠丝杠螺母副从而实现纵向、横向的进给运动。使用四方刀架进行自动换刀。此外，为了保证车床加工螺纹的功能和防止意外事故的发生，增加光电编码器和电路中设置了保护电路。四、进给系统改造的要求具有较高的定位精度、有良好的动态响应特性，即系统跟踪指令信号的响应要好、稳定性要好，为了确保数控机床进给的传动精度和工作稳定性。要求进给系统达到无间隙、低惯量、高刚度和高谐频率以及适应的阻尼等。第三章介绍CA6140普通车床第一节简单介绍一、机床的组成和主要技术参数1．机床的组成CA6140车床的主要组成部件由图1所示。图1CA6140车床外形图1—主轴箱2—刀架3—尾座4—床身5—右床腿6—溜板箱7—左床腿8—进给箱6—溜板箱7—左床腿8—进给箱常州轻工职业技术学院毕业设计用纸51．主轴箱主轴箱1是一部件，由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动，也可以安装前尖顶通过拨盘带动工件旋转。2．刀架四方刀架装在小滑板上，而小滑板装在中滑板上，纵滑板可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动，用来车外圆、镗内孔等。而中滑板相对于纵滑板作横向移动，用来带动刀具加工端面、切断、切槽等。小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给，用来车削内外短锥面。3、尾座尾座3可沿其导轨纵向调整位置，其上可安装顶尖支撑长工件的后段以加工长圆柱体，也可以安装孔加工刀具加工孔。尾座可横向作少量的调整，用于加工小锥度的外锥面。4、进给箱进给箱8内装有进给运动的传动及操作装置，通过改变进给量的大小，可改变所加工螺纹的种类及导程。5、床身及床腿床身4是机床的支承件，它安装在左床腿7和右床腿5上并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件，并保证它们之间具有要求的相互准确位置。床身上面有纵向运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。6、溜板箱溜板箱6与纵向滑板（床鞍）相连，溜板箱内装有纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。2．CA6140车床的主要技术参数，如表1.表1CA6140车床的主要技术参数床身上最大工件回转直径400mm刀架上最大工件回转直径210mm最大工件长度750、1000、1500mm主轴中心至床身平面导轨距离205mm最大车削长度650、900、1400mm主轴孔径48mm常州轻工职业技术学院毕业设计用纸6主轴转速正转（24级）10～1400r/min反转（12级）14～1580r/min刀架纵向及横向进给量各64种纵向一般进给量0.08～1.59mm小进给量0.028～0.054mm加大进给量1.71～6.33mm横向一般进给量0.04～0.79mm小进给量0.014～0.027mm加大进给量0.86～3.16mm刀架纵向快速移动速度4m/min车削螺纹范围米制螺纹（44种）1～192mm英制螺纹（20种）2～24牙/in模数螺纹（39种）0.25～48mm经节螺纹（37种）1～96牙/in主电动机功率7.5kw转速1450r/min快速电动机功率250kw转速2800r/min第二节加工范围及特点一．加工范围CA6140车床的工艺范围很广，它能完成车削内外圆柱面、圆锥面、车削端面、各种螺纹、成形回转面和环形槽等多种多样的加工工序。也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。其典型表如图2所示。CA6140车床主运动由工件随主轴旋转来实现，而进给运动由刀架的横向动来完成。由于机械产品中回转表面的零件很多。车床的工艺范围又较广泛，因此CA6140车床使用十分广泛。图2车床加工的典型零件常州轻工职业技术学院毕业设计用纸7二．CA6140车床的加工特点1加工范围较大。2加工时，主运动是工件和旋转运动，进给运动是刀具的纵向和横向移动。3正常情况下，在车削加工过程中，切削力比较稳定，加工比较平稳。4在车削加工过程中切屑和刀具之间的剧烈挤压和摩擦，以及刀具与工件之间的摩擦，产生了大量的切削热，但大部分热量被切屑带走，所以CA6140在加工过程中一般可以不使用切削液。5在一般情况下，这种机床多用于粗加工和半精加工。第三节传动系统的介绍CA6140车床的传动系统，由主运动传动系统、车螺纹进给传动系统组成，见图3。图3CA6140车床主运动传动系统图常州轻工职业技术学院毕业设计用纸8一.主运动传动系统1.传动路线表达式写传动路线表达式的方法是“抓两头带中间”，即将首件通过中间传动件将末端件联系起来，对于CA6140型卧式车床主运动传动链来说，即从主电动机经Φ130mm带轮带动Φ230mm带轮，从而带动Ⅰ轴，Ⅰ轴上有双摩擦离合器M1，M1向左结合，左边的z51、z56双联齿轮与Ⅰ轴一起转动，通过两对传动副「5638，5143」传动Ⅱ轴实现主轴正转。M1向右结合，由z50与Ⅰ轴一起转动，z50通过Ⅶ轴z34传动Ⅱ轴上的z30实现主轴反转。M1处于中间，则Ⅰ轴空转，即不传动左边的z51和z56，也不传动右边的z50，Ⅱ轴的运动通过Ⅱ——Ⅲ轴之前的三对传动副「3950，2258，3050」传动Ⅲ轴，Ⅲ轴有两条路线可传动主轴，即通过Ⅵ轴上的M2，M2向左滑移至z63与z50啮合，使得Ⅲ轴通过﹝2080，5050﹞直接传动主轴Ⅵ轴，实现主轴高速转动，即为450～1400r/min;若M2向右结合，Ⅲ轴通过﹙2080，5150﹚传动Ⅳ轴，Ⅳ轴通过﹝2080，5150﹞传动Ⅴ轴，Ⅴ轴通过2658传动Ⅵ轴（主轴），其传动路线表达式为二．车螺纹进给传动系统CA6140型卧式车床的螺纹进给传动系统可车削米制，模数制，英制和径节制4种标准螺纹，另外还可以加工大导程螺纹，非标准螺纹及较精密螺纹以及右旋，左旋螺纹。车制螺纹时，刀架通过车螺纹传动链得到运动，两端件——主轴，刀架之间必须保持严格的运动关系，即主轴每转一周，刀具移动一个被加工螺纹的导程L。车螺纹传动链运动平衡式为：常州轻工职业技术学院毕业设计用纸91UL丝主轴=L式中U为主轴至丝杠间全部传动机构的总传动比；L丝为机床丝杠的导程，CA6140型车床的丝杠导程L丝=12mm；L为工件螺纹的导程（mm）。三、纵向、横向进给机构车削内、外圆柱表面时，可使用机动的纵向进给车削端面时，可使用机动的横向进给。为了减少丝杠的摩孙和便于操作，保证螺纹传动链的精