机电一体化课程C6140数控车床纵向进给传动机构..

C6140卧式车床纵向进给系统数控化改造

设计设计说明书

一、绪论3

1.机床数控改造的意义3

2.数控改造的主要内容3

3.车床数控改造的必要性与可行性4

二、课题任务及要求4

1.题目:C6140卧式车床纵向进给系统数控化改造设计4 2．主要技术要求4

三、进给系统的改造与设计方案5

四、纵向进给系统的设计计算5

1.脉冲当量的确定5

2.切削力的计算5

3.滚珠丝杆螺母副的计算和选型6

4.同步带减速箱的设计7

5.步进电机的计算与选型9

6.同步带传递功率的校核13

五、绘制进给系统的装配图13

六、控制系统的硬件电路设计14

七、步进电机驱动电源选用17

八、总结19

一、绪论

1.机床数控改造的意义

普通卧式车床应用广泛，约占车床类总数的65%。卧式车床主轴转速和进给量的调整范围大，工艺范围广，能进行多种表面的加工。但其结构也有不足之处，如刚度低，抗震性差，传动件间存在间隙，精度不足，且受操作人员技能的限制较大。而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、尺寸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，一次性投资较大而使中小型企业心有余而力不足。而机床的数控化改造由于其投资少、周期短，改造后能满足企业生产的需要，并且能有效地利用机床的剩余价值，成为中小型企业的首选。

a.节省资金

机床的数控改造同购置新机床费相比，一般可节省40% ～ 60% 的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般机床改造只需花新机床购置费的1/3，即使将原机床的结构进行彻底改造升级，也只需花费购买新机床60% 的费用，并可以利用车间现有的基础。

b.性能稳定可靠

因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。

c.提高生产效率

机床经数控改造后,即可实现加工的自动化，效率可比传统机床提高3～7 倍。对复杂零件而言，难度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用，而且可以缩短生产准备周期。

2.数控改造的主要内容

对卧式车床进行改造，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；将手动的刀架换成能自动换刀的电动刀架。这样，利用数控装置，车床就可以按预先输入的加工指令进行切削加工。由于加工过程中的切削参数、切削次序和刀具都可以按程序自动进行调节和更换，再加上纵、横

向的联动进给功能，所以，改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的的回转零件，并能实现多工序集中车削，从而提高生产效率和加工精度。

3.车床数控改造的必要性与可行性

数控技术是先进制造技术的核心技术，它的整体水平标志着一个国家工业现代化的水平和综合国力的强弱，具有超越其经济价值的战略物资地位。目前我国企业机械制造整体水平与发达国家相比还有很大的差距。由于我国企业大部分数控机床和数控系统依赖进口，企业承受不了巨额购置费，且易受国外的控制，另外数控机械设备维修力量薄弱，进口的备件维修成本高，设备完好率低，大部分进口机床数控系统已经崩溃，有的甚至在进口后还没使用就已因为各方面原因不能使用等等。因此目前我国企业机床数控化比例极低，不到5%，各企业使用的绝大部分为传统老式机床，很难满足企业高技术产品的生产需求和生产效率。为节约成本，进一步发挥老式传统机床的功效和潜在价值，将大批传统老式机床改造为数控机床是一种必然性和趋势。

二、课题任务及要求

1.题目:C6140卧式车床纵向进给系统数控化改造设计

2．主要技术要求：

⑴床身最大加工直径为400mm

⑵最大加工长度1000mm

⑶Z向脉冲当量 z=0.01mm/脉冲；

⑷Z方向最快移动速度νzmax=6000mm/min；

⑸Z方向最快工作速度νzmaxf=800mm/min；

⑹Z方向定位精度+-0.02mm；

⑺可以车削柱面、平面、锥面与球面等；

⑻安装螺纹编码器，可以车削米/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为24mm；

⑼安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；

⑽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；

⑾自动控制冷却泵的起/停；

⑿安装电动卡盘，系统控制工件的夹紧与松开；

⒀纵、横向安装限位开关；

⒁数控系统可与PC机串行通信；

⒂显示界面采用LED数码管，。

三、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总成。

3．拆除溜板箱总成与快走刀的齿轮条，在床鞍的下面安装纵向滚珠丝杆的螺母座与螺母座托架。

4．拆除四方刀架与小滑板总成，在中滑板上方安装四工位立式电动刀架。

5．拆除中滑板下的滑动丝杠螺母副，将滑动丝杠靠刻度盘附近的两个推力轴承，换上滚珠丝杆副。

6．将横向进给步进电机通过法兰座安装到中滑板后部的床鞍上，并与滚珠丝杠的轴头相联。

7．拆去三杠（丝杠、光杠与操纵杠），列换丝杠的右支承。

四、纵向进给系统的设计计算

纵向传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、设计减速箱、选择步进电动机等。

1.脉冲当量的确定

根据设计任务的要求，Z方向（纵向）为δz=0.01mm/脉冲。

2.切削力的计算

设工件为碳素结构钢，σb=650MPa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角κr=60°,前角γ0=10°,刃倾角λ=-5°；切削用量为：背吃

刀量a

p =3mm，进给量f=0.6mm/r,切削速度v

c

=105m/min。

查表得：C

fc =2795,x

fc

=1.0,y

Fc

=0.75,n

fc

=-0.15.