CQ6123车床数控化改造中的机械结构设计

1 张新义 , 经济型数控机床 系统设 计 [ M ] . 北京 : 机 械工 业出版社 , 1994 2 王爱玲 , 现代数控机床结 构与设 计 [ M ] . 北京 : 兵 器工 业出版社 , 1999
收稿时间: 2001- 07- 23
( 上接第 161 页) f 3 ( A 2 ) = d ( A 2, A 3 ) + 1 = AC 2+ AR 2 AC 3+ R A3 AC 4 R A4
1 F A 蒂 尔曼 [ 美 ] 出版社 , 1988 2 林同曾 运筹学 北京 : 机械工业出版社 , 1986 系统 可靠 性最优 化 北 京 : 国防 工业
收稿时间 : 2001- 06- 26
收稿时间: 2001- 05- 17
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机床 与液压 2002 No 1
CQ6123 车床数控化改造中的机械结构设计
胡国军, 魏宏玲
( 绍兴文理学院机电系, 浙江绍兴 312000)
摘要 : 介绍了对 CQ6123 车床进行数控化改造中的机械结 构设计方 法 , 实践证明 , 该方法简 单、可靠 , 改 造后的 车床经 济、 实用。 关键词 : 数控改装 ; 机械传动 ; 结构设计 中图分类号 : TG659 文献编识码 : B 文章编号 : 1001- 3881 ( 2002) 1- 132- 1
2 纵向进给系统的设计 CQ6123 车床的纵向进给系统改装, 如图 2 所示。 拆除原进给箱和溜板箱内的传动件、操纵件和其它零 部件, 只保留箱体。步进电机经一级齿轮减速, 驱动 丝杠, 螺母固定在溜板箱上, 带动纵拖板、小拖板和 刀架左右移动, 实现纵向进给运动。 为了降低改造费用, 利用原机床的进给箱改造成 一级齿轮减速箱, 滚珠丝杠仍安装在原丝杠的位置上, 为了便于手动与对刀, 在丝杠的右端设有手轮, 使用 时安装上, 不用即卸下, 以防造成伤害。原机床拖板 予以保留, 并设有一螺母座架, 安装在拖板上, 以实 现丝杠螺母与拖板之间的联接。步进电机安装在丝杠 的左端原进给箱的位置上, 由电机上的止口定位, 靠 四个螺钉和二个定位销与床体相连。丝杠左右端分别 用支架与轴承支承 , 左端用向心球轴承, 右端用推力 球轴承支承。 3 横向进给系统设计 横向进给系统改装后的结构如图 3 所示。步进电 机经一对减速齿轮 , 驱动丝杠螺母, 推动刀架拖板作 横向运动, 由于小型台式车床丝杠直径太小, 成品丝 杠无法购买 , 设计定制价格昂贵。因此采用普通螺纹 螺母传动, 其传动性能虽稍差一些, 但可与纵向所用 滚珠丝杠传动方案作一比较, 既可取得纵、横向传动 性能对比资料, 也符合实验教学的需要。
图1
数控改造的总体方案简图
图 1 是 CQ6123 车床改造后的结构简图。机床具有 的加工精度、工件表面粗糙度等取决于电气驱动部件 和机械传动部件的优良设计。机械传动部件的设计好 坏对进给伺服系统的性能影响很大。由于 CQ6123 车床 属于小型机床 , 加工精度要求较低, 所以伺服系统采 用开环控制。同时, 考虑到因改造经费有限, 且改造 后的车床面向教学实验, 对 CQ6123 普通车床作如下改 装: ( 1) 主传动系统不变, 取消了螺纹加工系统, 改 造后的车床不能加工螺纹 ; ( 2) 进给系统采用开环控制, 纵向进给采用滚珠 丝杠传动, 横向采用普通螺纹传动; ( 3) 刀架采用微机控制, 能自动转位。
1 FRENIC 变频器说明书 富士电机栋 式会社 作者简介 : 徐 硕士研究生。 晖 , 华 中 科技 大 学 控制 科 学与 工 程系 ,
根据以前砂轮转速 , 设定基本频率为 50Hz, 将最 高频率设定为 70Hz。0~ 10V 的电压值对应为 0~ 70Hz 的频率输出值。对相关的功能码也进行了合理设定。 4 调试 ( 1) 砂轮启动过程 当 CNC 断电后首次上电时, 按下 砂轮启动 按 钮后, 砂轮接触器接通, 变频器运行信号接通, 同时 模拟量给定单元 A10 输出基本电压值为 6 8V, 砂轮电 机运行在基本转速上 , 为 1430r/ min; 随后, 机床运行 对刀程序, 测出当前的砂轮直径, 当 CNC 程序设定直 径测量完成后 , A10 的输出值即随之改变, 输出值对 应着当前砂轮的实际直径值, 保证砂轮工作转速恒定。 为了使电机启动平稳, 我们设定启动时间为 30s。 ( 2) 砂轮运行监测 该电机额定功率为 22kW, 额定电流为 45A, 实际 观察变频器输出电流值在加工中多为 20A 左右, 峰值 仅为 35A; 电机带负载能力很强, 机床的加工倍率开 关可打至 110% 以上, 与改造前相比加工效率有了很 ( 上接第 132 页) 杠的后端, 由电机上止口定位, 通过一盖板固定在床 体上, 步进电机经一对减速齿轮驱动丝杠 , 丝杠通过 与小拖板相连的丝杠螺母 , 带动小拖板及刀架的横向 进给, 为了便于安装步进电机, 横向丝杠定制, 用一 支架延伸大拖板并支承丝杠。 4 刀架设计 刀架部分是机床的重要功能部件 , 对其进行改装 主要是为了实现多刀夹持, 自动转位。拆除了原机床 的刀架, 换成常州武进机床数控设备厂生产的 LD4- 1 型自动刀架。该刀架具有重复定位精度高、刚性好、 使用寿命长、工艺性好等特点。 另外, 对纵向和横向系统中和减速机构设有有机 玻璃罩壳, 一方面用以防尘, 另一方面便于实验时观 察齿轮的啮合情况。 5 结束语 通过 机 械 改装 后 的 CQ6123, 配 上自 行 研 制 的 SYSNC- I 型数控系统, 经调试并进行了有色金属棒的 切削实验, 试验结果证明其主要技术参数都符合设计 要求。 该机床可用于普通高校、职校的数控加工实验, 学生可在屏幕上对简单台阶轴类零件进行手工编程并 进行切削操作。 参考文献
0 引言 CQ6123 车床主要用于小型轴套类、盘盖类、箱体 类零件的加工 , 普通高校用于切削加工实验。随着生 产技术的进步和社会对数控技术人才需求量的增加, 加强数控技术教学与培训已成为当务之急。为此, 我 们对 CQ6123 车床配置 SYCNC- I 型数控系统进行数控 化改造, 以探索普通车床数控化改造方法。下面介绍 CQ6123 车床数控化改造中的机械结构设计。 1 机械结构设计的总体方案
=
f 2( D1 ) = d( D 1 , A 2) + 1
f 3( A 2 ) = 2288
因为 f2 ( A1 ) 最小, 从 A1 、B1 、C1 、D1 到 AE 的最 短路线为: A1 A2 A3 A4 AE , 也即 A0 到 AE 的最 短路线, 也就是说加工该零件选用 A1 、A2 、A3 、A4 机 床, 可使工艺过程的可靠度和加工费用都达到最优值。 R sman = 0 975 0 98 0 97 0 98 = 0 91 Cs min = 300+ 400+ 450+ 700= 1850 ( 元) 参考文献
C C C AC 1 + A2 + A3 + A4 R R R R = 2037 A1 A2 A3 A4 同理可得: f 2( B 1 ) = d ( B 1 , A 2) + 1 f 3( A 2 ) = 2114 f 2( C 1 ) = d ( C 1 , A 2) + 1 f 3( A 2 ) = 2176
图3
横向进给机构改造设计示意图
图2
纵向进给机构改造设计示意图
与纵向进给系统一样, 保留原横向进给系统中前 端的手动机构, 以便手动和对刀。步进电机安装在丝 ( 下转第 135 页左下方)
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大的提高。 对砂轮转速值我们也进行了观察 , 当砂轮直径最 大为 740mm 时, 数控模块输出的模拟信号为 6 8V, 变 频器的频率输出为 47 6Hz, 电机的转速为 1430r/ min; 当砂轮直径减小到最小值 560mm 时 , 数控模块输出的 模拟信号为 8 9V , 变频器的频率输出为 62 3Hz, 电机 的转速为 1880r/ min, 线性度很好, 实现了砂轮旋转的 恒线速功能。 5 结语 改造后砂轮电机及驱动系统工作正常 , 很好地实 现了原有功能。经过实际工作的检验 , 证明其控制简 单、性能可靠、故障率低、便于维修, 同时满足了工 艺要求, 对于类似数控机床, 该方法具有良好的推广 价值。 参考文献
F4( A 3) = 1664 f 4( A 3 ) = 1762 f 4( A 3 ) = 1913
同理可得: f 3( B 2 ) = d ( B 2 , A 3) + 1 f 3( C 2 ) = d ( C 2 , A 3) + 1
为: A2 A3 A4 AE 下面在求 A1 、B1 、C1 、D1 到 AE 的最短路线 f 2 ( A 1 ) = d ( A 1, A 2 ) + 1 f 3 ( A 2)