CK6140数控卧式车床设计

目录

1 总体方案 0

1.1 CK6140的现状和发展 (1)

1.2 CK6140数控卧式车床的总体方案论证与拟定 (2)

1.2.1 数控车床 (2)

1.2.2 CK6140数控卧式车床的拟定 (2)

2 机械部分设计计算说明 (4)

2.1 主运动部分计算 (4)

2.1.1 参数的确定 (4)

2.1.2 传动设计 (5)

2.1.3 转速图的拟定 (8)

2.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定 (11)

2.1.5 传动件的估算和验算 (19)

2.1.6 展开图设计 (36)

2.2纵向进给运动设计 (53)

2.2.1 滚珠丝杆副的选择 (53)

2.2.2驱动电机的选用 (58)

3 控制系统设计 (62)

3.1绘制控制系统结构框图 (62)

3.2.选择中央处理单元（CPU）的类型 (62)

3.3存储器扩展电路设计 (63)

3.４I/O接口电路及辅助电路设计 (64)

参考文献 (70)

致谢 (72)

LATHES (77)

1 总体方案

1.1 CK6140的现状和发展

自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。

下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。

数控技术的发展趋势：

1.性能方面的发展趋势

（1）.高速高精度高效

（2）.柔性化

（3）.工艺复合和轴化

（4）.实时智能化

2.功能发展方面

（1）.用户界面图形化

（2）.科学计算可视化

（3）.插补和补偿方式多样化

（4）.内置高性能PLC

（5）.多媒体技术应用

3.体系结构的发展

（1）.集成化

（2）.模块化

（3）.网络化

（4）.开放式闭环控制模式

1.2 CK6140数控卧式车床的总体方案论证与拟定

1.2.1 数控车床

数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：

（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。

（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

（3）.更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

1.2.2 CK6140数控卧式车床的拟定

1.CK6140数控卧式车床具有定位，纵向和横向的直线插补功能，还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。

2.CK6140数控卧式车床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。

3.根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高

ψ=。

转速是2000r/min，最低转速是40r/min， 1.26

4.根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路，包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。

5.纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。

6.为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

7.采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。

（附注：伺服系统总体方案框图1.1）

图1.1伺服系统总体方案框图

2 机械部分设计计算说明

2.1 主运动部分计算

2.1.1 参数的确定

一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型

1. 通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。

2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）： 最大的工件回转直径D （mm ）是400；刀架上最大工件回转直径D 1大于或等于200；主轴通孔直径d 要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L 是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～

2.5；主电机功率（kw ）是5.5～10。

二.参数确定的步骤和方法

1. 极限切削速度u max ﹑u min

根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类 ﹑工艺要求 刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如《机床主轴变速箱设计指导书》。然而，根据本次设计的需要选取的值如下：

取u max =300m/min ；

u min =30m/min 。

2. 主轴的极限转速

计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.1～0.2）D 和（0.45～0.5）D 。由于D=400mm ，则主轴极限转速应为：

n max =max 1000(0.1~0.2)u D

πr/min ……………………………… 2.1 =2000r/min ；

n min =min 1000(0.45~0.5)u D

πr/min …………………………… 2.2 =40r/min ；

由于转速范围 R =max

min n n =2000/min 40/min r r …………………………… 2.3 = 50 ；