CK6140数控卧式车床纵向进给机构设计概述

第2章CK6140数控卧式车床纵向进给机构设计

纵向进给传动系统主要由纵向滑板和纵向滚珠丝杠组成。其纵向滑板安装在床身的导轨上,它可以沿床身导轨纵向移动。导轨的截面形状是三角形导轨和平面导轨的组合。在滑动导轨上图一层特殊的塑料层,动静摩擦系数相接近,摩擦系数小。为了防止由于切削力作用而使滑板颠覆,纵向滑板的前后装有压板,压板与床身接触部分的表面上也涂有塑料层。在滑板导轨部分的端面上装有橡胶挡板,它用钢板和螺钉固定,当纵向滑板运动时,将床身导轨表面上的切屑、灰尘物刮掉,不使杂物进入到导轨表面之间,以减少导轨的磨损。

2.1ck6140数控卧式车床结构

1.通用机床的规格和类型有系列型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。

(1)机床本体

数控车床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响,加工中又是自动控制,不能像在普通车床那样由人工进行调整、补偿,所以其设计要求比普通机床更严格,制造要求更精密,采用了许多新结构,以加强刚性、减小热变形、提高加工精度。

(2)数控装置

数控装置是数控系统的核心,主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联系的各种接口等。数控机床的数控系统完全由软件处理输入信息,可处理逻辑电路难以处理的复杂信息,使数字控制系统的性能大大提高。

(3)输入/输出设备

键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。除此以外,还可以用串联通信的方式输入。

(4)伺服单元

伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节,它将来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不同,伺服单元有数字式和模拟式之分,而模拟伺服单元按电源种类又可分为直流伺服和交流伺服。

(5)驱动装置

驱动装置把经过发大的指令信号转变为机械运动,通过机械传动部件驱动机床主轴、刀架、工作台等精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动,最后加工

出图纸所要求的零件和伺服单元相对应,驱动装置有步进电动机、直流伺服电机和交流伺服电机等。

伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统,它是机床工作的动力装置,数控装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实践。所以伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说,数控机床功能的强弱主要取决于数控装置,而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。

2.车床的主参数(规格尺寸)和基本参数

最大的工件回转直径D(mm)是400;刀架上最大工件回转直径D1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。

2.2 ck6140数控卧式车床纵向进给机构设计

进给系统改造设计需要改动的主要部分有挂轮架、进给箱、溜板、刀架等改造方案不是唯一的。以下是其中的一种方案:

挂轮架系统:原有挂轮架全部拆除,在原挂轮主动轴处安装光电脉冲发生器。

进给箱部分:原有进给箱全部拆除,在该处安装纵向进给步进电机与齿轮减速箱,齿轮箱连接滚珠丝杠,滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座端原来装轴承座的部分。

溜板箱部分:将原有滚珠丝杠的螺母拆除,改装滚珠丝杠螺母副、将进给步进电机与齿轮减速箱组装安装在溜板后部并与滚珠丝杠相连。

刀架:拆除原刀架,改装自动回转四方刀架总成。

2.2.1 对进给系统的要求

总体方案设计应考虑机床数控系统的类型,计算机的选择,以及传动方式和执行机构的选择等。

1.普通车床数控化改造后应具有定位、纵向和横向的直线插补、圆弧插补功能,还要求能暂停,进行循环加工和螺纹加工等,因此,数控系统应选连续控制系统。

2.车床数控化改装后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,进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。

3.根据系统的功能要求,微机数控系统中除了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,系统中还应包括螺纹加工中用的光电脉冲发生器和其他辅助电路。

4.纵向进给是套独立的传动链,它们由步进电机、齿轮副、丝杠螺母副组成,其传动比应满足机床所要求的分辨率。

5.为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性,选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副,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。

6.采用贴塑导轨,以减小导轨的摩擦力。

2.2.2 进给系统的组成及特点

数控机床的进给系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行元件和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统,机械传动部件和执行元件组成机械传动系统,检测元件与反馈电路组成检测装置,亦称检测系统。数控机床进给系统中的机械传动装置和器件具有高寿命、高刚度、无间隙、高灵敏度和低摩擦阻力等特点。

目前,数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置有以下几种:滚珠丝杠副、静压蜗杆、蜗母一条、预加载荷双齿轮齿条及直线电动机。滚珠丝杠副是在丝杠和螺母之间以滚珠为滚动体的螺旋传动元件。滚珠丝杠副有多种结构型式。按滚珠循环方式分为外循环和内循环两大类。外循环回珠器用插管式的较多,内循环回珠器用腰形槽嵌块式的较多。按螺纹轨道的截面形状分为单圆弧和双圆弧两种截形。由于双圆弧截形轴向刚度大于单圆弧截形,因此目前普遍采用双圆弧截形的丝杠。按预加负载形式分,可分为单螺母无预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母加大钢球径向预紧、双螺母垫片预紧、双螺母差齿预紧、双螺母螺纹预紧。数控机床上常用双螺母垫片式预紧,其预紧力一般为轴向载荷的1/3。滚珠丝杠副与滑动丝杠螺母副比较有很多优点:传动效率高、灵敏度高、传动平稳:磨损小、寿命长;可消除轴向间隙,提高轴向刚度等。滚珠丝杠螺母传动广泛应用于中小型数控机床的进给传动系统。在重型数控机床的短行程进给系统中也常被采用。

第3章纵向进给机构设计计算

3.1 机构参数设计

3.1.1减速系统设计

对减速器的要求是:制动迅速、平稳、结构简单、紧凑、维修和调整方便。

本次设计采用一级齿轮传动减速。

3.1.2传动方案拟定

单级圆柱齿轮减速器

(1).工作条件:使用年限5年,工作为一班工作制,载荷平稳,环境清洁。

(2). 假设滚珠丝杆圆周力F=2200N;

3.1.3电动机选择

(1).电动机类型和结构的选择:选择Y系列三相异步电动机,此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机,其结构简单,工作可靠,价格低廉,维护方便,适用于不易燃,不易爆,无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。

(2).电动机容量选择:

电动机所需工作功率为:

式(1):Pd=PW/ηa (KW) (3-1)

=FV/1000 (KW) (3-2)由式(2):P

W

因此 Pd=FV/1000ηa (KW)

由电动机至运输带的传动总效率为:

η总=η1×η23×η3×η4×η5 (3-3)

式中:η1、η2、η3、η4、η5分别为带传动、轴承、齿轮传动、联轴器和卷筒的传动效率。

取η1=0.96,η2=0.98,η3=0.97,η4=0.97

则:η总=0.96×0.983×0.97×0.99×0.96

=0.83

所以:电机所需的工作功率:

= FV/1000η总

P

d

=(2200×1.7)/(1000×0.83)

=4.5 (kw)

(3).确定电动机转速

滚珠丝杠工作转速为:

n滚珠丝杠=60×1000·V/(π·D)(3-4) =(60×1000×1.7)/(420·π)

=77.3 r/min

根据手册P7表1推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’=3~6。

则传动比理论范围为:Ia’=6~24。

故电动机转速的可选范为

N’d=I’a×n滚珠丝杠(3-5) =(16~24)×77.3

=463.8~1855.2 r/min

则符合这一范围的同步转速有:750、1000和1500r/min

根据容量和转速,由相关手册查出三种适用的电动机型号:(如下表)

电动机型号表3-1

方案电动

机型

额定

功率

电动机转速

(r/min)

电动

机重

N

传动装置传动比

同步

转速

满载

转速

总传

动比

V带

传动

减速

1 Y132S-4 5.5 1500 1440 650 1200 18.6 3.5 5.32

2 Y132M2-

6

5.5 1000 960 800 1500 12.42 2.8 4.44

3 Y160M2-

8

5.5 750 720 1240 2100 9.31 2.5 3.72

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格

、减速器传动比,可见第2方案比较适合。

此选定电动机型号为Y132M2-6。

3.1.4确定传动装置的总传动比和分配级传动比:

由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n

(1).可得传动装置总传动比为:

ia=nm/n=nm/n滚珠丝杠(3-6)

=960/77.3

=12.42总传动比等于各传动比的乘积

(2).各级传动装置传动比:

根据指导书P7表1,取i

=2.8

因为:ia=i

×i

所以: i=i

a

/i0

=12.42/2.

=4.44

3.1.5传动装置的运动和动力设计:

将传动装置各轴由高速至低速依次定为Ⅰ轴,Ⅱ轴等等

i 0, i

1

,......为相邻两轴间的传动比

η01,η12,......为相邻两轴的传动效率

P Ⅰ,P

,......为各轴的输入功率(KW)

T Ⅱ,T

,......为各轴的输入转矩(N·m)

n Ⅰ, n

,......为各轴的输入转矩(r/min)

可按电动机轴至工作运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数(1).运动参数及动力参数的计算

1).计算各轴的转数:

Ⅰ轴:n

Ⅰ= n

m

/ i

=960/2.8=342.86 (r/min)

Ⅱ轴:n

Ⅱ= n

/ i

1

=324.86/4.44=77.22 r/min

滚珠丝杠:n

Ⅲ= n

2).计算各轴的功率:

Ⅰ轴: P

=Pd×η01 =Pd×η1

=4.5×0.96=4.32(KW)

Ⅱ轴: P

Ⅱ= P

×η12= P

×η2×η3

=4.32×0.98×0.97 =4.11(KW)

滚珠丝杠: P

Ⅲ= P

·η23= P

·η2·η4

=4.11×0.98×0.99=4.07(KW)计算各轴的输入转矩:

电动机轴输出转矩为:

T

d =9550·P

d

/nm=9550×4.5/960 (3-8)=44.77 N·m

Ⅰ轴: T

= T

d

·i

·η

01

= T

d

·i

·η

1

=44.77×2.8×0.96=120.33 N·m

Ⅱ轴: T

Ⅱ= T

·i

1

·η

12

= T

·i

1

·η

2

·η

4

=120.33×4.44×0.98×0.99=518.34 N·m

滚珠丝杠输入轴转矩:T

Ⅲ= T

·η

2

·η

4

=502.90 N·m 计算各轴的输出功率:

由于Ⅰ~Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:

故:P’

Ⅰ=P

×η轴承=4.32×0.98=4.23 KW

P’

Ⅱ= P

×η轴承=4.23×0.98=4.02 KW

计算各轴的输出转矩:

由于Ⅰ~Ⅱ轴的输出功率分别为输入功率乘以轴承效率:则:

T’

Ⅰ= T

×η轴承

=120.33×0.98=117.92 N·m

T’

Ⅱ= T

×η轴承

=518.34×0.98=507.9 综合以上数据,得表如下:

表3-2功率表

轴名效率P (KW)转矩T (N·m)转速n

r/min 传动比 i 效率

η

输入输出输入输出

电动机轴 4.5 44.77 960 2.8 0.96

Ⅰ轴 4.32 4.23 120.33 117.92 342.86

4.44 0.95

Ⅱ轴 4.11 4.02 518.34 507.97 77.22

1.00 0.97

卷筒轴 4.07 3.99 502.90 492.84 77.22

3.1.6联轴器的设计

(1)类型选择

由于两轴相对位移很小,运转平稳,且结构简单,对缓冲要求不高,故选用弹性柱销联。

(2)载荷计算

计算转矩TC=KA×TⅡ=1.3×518.34=673.84Nm,

其中KA为工况系数,由课本表14-1得KA=1.3

(3)型号选择

根据TC ,轴径d ,轴的转速n , 查标准GB/T 5014—2003,选用LXZ2型弹性柱销联,其额定转矩[T]=1250Nm, 许用转速[n]=3750r/m ,故符合要求。

3.1.7齿轮传动的设计:

(1)选定齿轮传动类型、材料、热处理方式、精度等级。

小齿轮选硬齿面,大齿轮选软齿面,小齿轮的材料为45号钢调质,齿面硬度为250HBS ,大齿轮选用45号钢正火,齿面硬度为200HBS 。

齿轮精度初选8级

(2)初选主要参数

PC =20 ,u=4.5

Z 2= Z 1·u=20×4.5=90

取ψa=0.3,则ψd=0.5·(i+1)·=0.675

(3)按齿面接触疲劳强度计算

计算小齿轮分度圆直径

d 1≥ 2

1123⎪⎪

⎝⎛+][σΨεH H E Z Z Z u u d kT

(3-17) 确定各参数值

1)载荷系数 查课本表6-6 取K=1.2

2) 小齿轮名义转矩

T 1=9.55×106×P/ n 1=9.55×106×4.23/342.86

(3-18) =1.18×105 N ·mm

3)材料弹性影响系数

由课本表6-7 ZE=189.8MPa

4) 区域系数 ZH=2.5

5) 重合度系数

εt=1.88-3.2·(1/Z1+1/Z2) (3-19) =1.88-3.2×(1/20+1/90)=1.69

Z ε=77.0369

.1434=-=-t

ε

6)许用应力 查课本图6-21(a )

MPa H 6101lim =][σ MPa

H 5602lim =][σ

查表6-8 按一般可靠要求取SH=1

则 MPa S H

H H 6101lim 1==σ][σ (3-20) MPa S H

H H 5602lim 2==σ][σ (3-21)

取两式计算中的较小值,即[σH ]=560Mpa

于是 d 1≥ 2

1123⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+][σΨεH H E Z Z Z u u d kT

c=2

556077.05.28.1895.415.411018.12.123⎪⎭⎫

⎝⎛⨯⨯+⨯⨯⨯=52.82 mm

(4)确定模数

m= d 1/Z 1≥52.82/20=2.641

取标准模数值 m=3

(5) 按齿根弯曲疲劳强度校核计算 ][σσεF FS F Y Y m

bd KT ≤=11

2 校核 (3-22)

式中 1)小轮分度圆直径d 1=m ·Z=3×20=60mm

2)齿轮啮合宽度b=Ψd ·d 1 =1.0×60=60mm

3)复合齿轮系数 YFS1=4.38 YFS2=3.95

4)重合度系数Y ε=0.25+0.75/εt

=0.25+0.75/1.69=0.6938

5)许用应力 查图6-22(a )

σFlim1=245MPa σFlim2=220Mpa

查表6-8 ,取SF=1.25

则 a F

F F MP S 19625.1245

1

lim 1===σ][σ a F F F MP S 17625

.12202

lim 2===σ][σ

6)计算大小齿轮的F

FS

Y σ并进行比较

02234.019638.411

==][σF FS Y 02244.0176

95.322==][σF FS Y 11][σF FS Y <2

2][σF FS Y

取较大值代入公式进行计算 则有

6938.095.3360601018.12.1225

21

12⨯⨯⨯⨯⨯⨯

⨯==εσY Y m bd KT FS F

=71.86<[σF ]2

故满足齿根弯曲疲劳强度要求

(6)几何尺寸计算

d 1=m ·Z=3×20=60 mm

d 2=m ·Z1=3×90=270 mm

a=m ·(Z1+Z2)=3×(20+90)/2=165 mm b=60 mm b2=60

取小齿轮宽度 b1=65 mm

(7)验算初选精度等级是否合适

齿轮圆周速度 v=π·d 1·n 1/(60×1000)

=3.14×60×342.86/(60×1000)

=1.08 m/s

对照表6-5可知选择8级精度合适。

3.1.8轴的设计

(1)齿轮轴的设计

1)确定轴上零件的定位和固定方式 (如图)

图3-2轴上零件的定位和固定方式

1,5—滚动轴承 2—轴 3—齿轮轴的轮齿段 4—套筒 6—密封盖 7—轴端挡圈 8—轴承端盖 9—带轮 10—键

2)按扭转强度估算轴的直径 选用45#调质,硬度217~255HBS 轴的输入功率为P 1=4.32 KW 转速为n 1=342.86 r/min

根据课本P205(13-2)式,并查表13-2,取c=115

d ≥mm n P C 76.2686

.34232

.4115·

33=⨯=Ⅰ 3)确定轴各段直径和长度

a. 从大带轮开始右起第一段,由于带轮与轴通过键联接,则轴应该增加5%,取D 1=Φ30mm ,又带轮的宽度

B=(Z-1)·e+2·f

=(3-1)×18+2×8=52 mm 则第一段长度l 1=60mm b.右起第二段直径取D 2=Φ38mm

根据轴承端盖的装拆以及对轴承添加润滑脂的要求和箱体的厚度,取端盖的外端面与带轮的左端面间的距离为30mm ,则取第二段的长度l 2=70mm

c.右起第三段,该段装有滚动轴承,选用深沟球轴承,则轴承有径向力,而轴向力为零,选用6208型轴承,其尺寸为d ×D ×B=40×80×18,那么该段的直径为D 3=Φ40mm ,长度为l 3=20mm

d.右起第四段,为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径,取D 4=Φ48mm ,长度取l 4= 10mm

e.右起第五段,该段为齿轮轴段,由于齿轮的齿顶圆直径为Φ66mm ,分度圆直径为Φ60mm ,齿轮的宽度为65mm ,则,此段的直径为D 5=Φ66mm ,长度为l 5=65mm

60右起第六段,为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径,取D 6=Φ48mm

长度取l 6= 10mm

f.右起第七段,该段为滚动轴承安装出处,取轴径为D 7=Φ40mm ,长度l 7=18mm

(4)求齿轮上作用力的大小、方向 1)小齿轮分度圆直径:d 1=60mm

2)作用在齿轮上的转矩为:T 1 =1.18×105 N ·mm 3)求圆周力:F t

F t =2T2/d2=2×1.18×105/60=1966.67N

4)求径向力:F r

F r = F t ·tan α=1966.67×tan200=628.20N

F t ,F r 的方向如下图所示 5)轴长支反力

根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置,建立力学模型。

水平面的支反力:R A = R B = F t /2 =983.33 N 垂直面的支反力:由于选用深沟球轴承则F a =0

那么R A = R B ’ = F r ×62/124=314.1 N

6)画弯矩图

右起第四段剖面C 处的弯矩:

水平面的弯矩:M C =PA ×62=60.97 Nm

垂直面的弯矩:M C1’= M C2’=RA ’×62=19.47 Nm 合成弯矩:

Nm M M M M C C C C 0.6447.1997.60222

12

21=+=+==

7)画转矩图: T= F t ×d 1/2=59.0 Nm 8)画当量弯矩图

因为是单向回转,转矩为脉动循环,α=0.6 可得右起第四段剖面C 处的当量弯矩:

Nm T M M C eC 14.73)(22

22=+=α

9)判断危险截面并验算强度

○1.右起第四段剖面C 处当量弯矩最大,而其直径与相邻段相差不大,所以剖面C 为危险截面。

已知 Me C2=73.14Nm ,由课本表13-1有: [σ-1]=60Mpa 则:

σe= Me C2/W= Me C2/(0.1·D 43)

=73.14×1000/(0.1×443)=8.59 Nm<[σ-1]

2.右起第一段D 处虽仅受转矩但其直径较小,故该面也为危险截面: Nm T M D 4.35596.02

=⨯==)(α

σe= MD/W= MD/(0.1·D13)

=35.4×1000/(0.1×303)=13.11 Nm<[σ-1]

所以确定的尺寸是安全的 。

3.1.9箱体结构设计

(1)窥视孔和窥视孔盖在减速器上部可以看到传动零件啮合处要开窥视孔,以便检查齿面接触斑点和赤侧间隙,了解啮合情况。润滑油也由此注入机体内。窥视孔上有盖板,以防止污物进入机体内和润滑油飞溅出来。

(2)放油螺塞减速器底部设有放油孔,用于排出污油,注油前用螺塞赌注。 (3)油标油标用来检查油面高度,以保证有正常的油量。 油标有各种结构类型,有的已定为国家标准件。

(4)通气器减速器运转时,由于摩擦发热,使机体内温度升高,气压增大,导致润滑油从缝隙向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通气器,使机体内热涨气自由逸出,达到集体内外气压相等,提高机体有缝隙处的密封性能。

(5)启盖螺钉机盖与机座结合面上常涂有水玻璃或密封胶,联结后结合较紧,不易分开。为便于取盖,在机盖凸缘上常装有一至二个启盖螺钉,在启盖时,可先拧动此螺钉顶起机盖。在轴承端盖上也可以安装启盖螺钉,便于拆卸端盖。对于需作轴向调整的套环,如装上二个启盖螺钉,将便于调整。

(6)定位销 为了保证轴承座孔的安装精度,在机盖和机座用螺栓联结后,镗孔之前装上两个定位销,孔位置尽量远些。如机体结构是对的,销孔位置不应该对称布置。

(7)调整垫片调整垫片由多片很薄的软金属制成,用一调整轴承间隙。有的垫片还要起调整传动零件轴向位置的作用。

(8)环首螺钉、吊环和吊钩在机盖上装有环首螺钉或铸出吊环或吊钩,用以

搬运或拆卸机盖。

(9)密封装置在伸出轴与端盖之间有间隙,必须安装密封件,以防止漏油和污物进入机体内。密封件多为标准件,其密封效果相差很大,应根据具体情

况选用。

箱体结构尺寸选择如下表:3-3

名称符号尺寸(mm)

机座壁厚δ8

机盖壁厚δ1 8

机座凸缘厚度 b 12

机盖凸缘厚度b

1

12

机座底凸缘厚度b

2

20

地脚螺钉直径d

f

20

地脚螺钉数目n 4

轴承旁联结螺栓直径d

1

16

机盖与机座联接螺栓直径d

2

12

联轴器螺栓d

2

的间距 l 160

轴承端盖螺钉直径d

3

10

窥视孔盖螺钉直径d

4

8

定位销直径 d 8

d f ,d

1

, d

2

至外机壁距离C

1

26, 22, 18

d f , d

2

至凸缘边缘距离C

1

24, 16

轴承旁凸台半径R

1

24, 16

凸台高度h 根据低速级轴承座外径确定,以便于扳

手操作为准

外机壁至轴承座端面距离l1 60,44

大齿轮顶圆与内机壁距离△1 12

齿轮端面与内机壁距离△2 10

机盖、机座肋厚m

1 , m

2

7, 7

轴承端盖外径D

1

90, 105 轴承端盖凸缘厚度t 10

轴承旁联接螺栓距离S 尽量靠近,以Md

1和Md

2

互不干涉为准,

一般s=D

1 3.1.10键联接设计

(1)输入轴与大带轮联接采用平键联接

此段轴径d

1=30mm, l

1

=50mm

查手册得,选用C型平键,得:

A键 8×7 GB1096-79 L= l

1

-b=50-8=42mm T=44.77N·m h=7mm

根据课本P243(10-5)式得

σp=4 ·T/(d ·h ·L)

=4×44.77×1000/(30×7×42)

=20.30Mpa < [σR] (110Mpa)

(2)输入轴与齿轮1联接采用平键联接 轴径d 2=44mm l 2=63mm T 1=120.33N ·m 查手册 选A 型平键 GB1096-79 B 键12×8GB1096-79

l= l 2-b=62-12=50mm h=8mm σp=4 ·T Ⅰ/(d ·h ·l )

=4×120.33×1000/(44×8×50) = 27.34Mpa < [σp] (110Mpa)

(3)输出轴与齿轮2联接用平键联接 轴径d3=60mm L3=58mm T Ⅱ=518.34Nm 查手册P51 选用A 型平键 键18×11 GB1096-79 l=L3-b=60-18=42mm h=11mm σp=4·T Ⅱ/(d ·h ·l )

=4×518.34×1000/(60×11×42) =74.80Mpa < [σp] (110Mpa) 3.1.11滚动轴承设计

据条件,轴承预计寿命 Lh5×365×8=14600小时

(1)输入轴的轴承设计计算 1)初步计算当量动载荷P

因该轴承在此工作条件下只受到Fr 径向力作用,所以P=Fr=628.20N 2)求轴承应有的径向基本额定载荷值

5048.38N

1460010

86.34260120.6282.110·60··'1

616=⨯⨯⨯⨯==ε

ε)()(h t d L n f P f C 3)选择轴承型号

查课本表11-5,选择6208轴承 Cr=29.5KN 由课本式11-3有

146002913133820

.622.129500186.3426010)(60103

66>=⨯⨯⨯⨯==)(εP f C f n L d t h

∴预期寿命足够 ∴此轴承合格

(2)输出轴的轴承设计计算 1)初步计算当量动载荷P

因该轴承在此工作条件下只受到Fr 径向力作用,所以P=Fr=1369.61N 2)求轴承应有的径向基本额定载荷值

6696.63N

146001022.7760161.13692.110·60··'1

6

16=⨯⨯⨯⨯==ε

ε)

()(h t d L n f P f C 3)选择轴承型号

查课本表11-5,选择6211轴承 Cr=43.2KN 由课本式11-3有

14600391954561

.13692.143200122.776010)(60103

66>=⨯⨯⨯⨯==)(εP f C f n L d t h

∴预期寿命足够

∴此轴承合格

3.1.12密封和润滑的设计

(1)密封

由于选用的电动机为低速,常温,常压的电动机则可以选用毛毡密封。毛毡密封是在壳体圈内填以毛毡圈以堵塞泄漏间隙,达到密封的目的。毛毡具有天然弹性,呈松孔海绵状,可储存润滑油和遮挡灰尘。轴旋转时,毛毡又可以将润滑油自行刮下反复自行润滑。 (2)润滑

1)对于齿轮来说,由于传动件的的圆周速度v< 12m/s,采用浸油润滑,因此机体内需要有足够的润滑油,用以润滑和散热。同时为了避免油搅动时泛起沉渣,齿顶到油池底面的距离H 不应小于30~50mm 。对于单级减速器,浸油深度为一个齿全高,这样就可以决定所需油量,单级传动,每传递1KW 需油量V0=0.35~0.7m 3。

2).对于滚动轴承来说,由于传动件的速度不高,且难以经常供油,所以选用润滑脂润滑。这样不仅密封简单,不宜流失,同时也能形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。

3.2滚珠丝杠螺母副设计

3.2.1滚珠丝杆螺母副类型选择

滚珠丝杠螺母副的制造精度要求高,加工工艺比较复杂。都是由专业工厂按系列化进行生产。因此在进行设备改造时,要按厂家生产标准进行选择。选择合

适以后再决定被改造设备的其他相关部分的结构和尺寸。

(1).主要种类

滚珠丝杆副的类别主要从三个方面考虑:循环方式、循环列数与圈数、预紧方式。钢珠在丝杆与螺母之间的滚动是一个循环闭路。根据回珠方式可分两类:内循环和外循环。本次设计中根据应用的需要选:外循环。

钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。外循环滚珠丝杆副的每个螺母有1列2.5圈,1列3.5圈,2列1.5圈,2列2.5圈等,种类很多。本次设计中采用的是外循环2列3.5圈。

为了消除间隙和提高滚珠丝杆副的刚度,可以预加载荷,使它在过盈的条件下工作,称为预紧。常用的滚珠丝杆副预紧方法有:双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧等。预紧后的刚度可提高到为无预紧时的2倍。但是,预加载荷过大,将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常,滚珠丝杆在出厂时,就已经由制造厂调好预加载荷,并且预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷有一定的比例关系。本次设计中的采用的是垫片式预紧,调整方法—调整垫片厚度,使螺母产生轴向位移。这种方法结构简单,装卸方便,刚度高;但调整不便,滚道有磨损时,不能随时消除间隙和预紧,适用于高刚度重载传动。

(2).参数及代号

1)滚珠丝杆副的主要参数

①.公称直径d1,公称直径即滚珠丝杆的名义直径,d1越大,承载能力和刚度越大。数控机床常用进给丝杆的公称直径d

为Φ30mm至Φ80mm。

1

本次设计中选用的公称直径为Φ40mm。

②.基本导程(螺距)l0。丝杆相对于螺母旋转2Лrad时,螺母的轴向位移,基本导程也称为螺距。它按承载能力选取,并与进给系统的脉冲当量的要求有关。

=6mm

本次设计中的导程l

③.精度等级。滚珠丝杆副按其使用范围及要求分为7个精度等级,即1,2,3,4,5,7,及10七个精度等级,1级精度最高,其余依次逐级降低,一般选取4级~7级,数控车床及精密机械可选用2级~3级。滚珠丝杆副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度,因此它是滚珠丝杆副的重要质量指标,选用时要予以注意。本次所设计的机床是数控机床,所以选用的精度等级还是很高的,是3级。

2)滚珠丝杆副代号的标注

本次设计中所选用的滚珠丝杆副的特征代号见下表:表3-4 序特征代号

1 钢

外循环插管式 C

2

预紧

方式双螺母垫片式

D

3

结构

特征导珠杆埋入式

M

4

螺纹

方向

右旋

5

负荷

钢球

圈数 3.5

3.5

6 类型

传动滚珠丝杆副(与旋转角度无关,用于传递

动力的滚珠丝杆副)T

精度 3

7

3

等级

3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择校与核步骤

(1)最大工作荷载计算

滚珠丝杠的工作载荷Fm是指滚珠丝杠副的在驱动工作台时滚珠丝杠所承受的轴向力,也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠受到的抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。

由于原普通Ck6140车床的纵向导轨是三角形导轨,则用公式3-1计算

工作载荷的大小。

Fm=KFL+f’(Fv+G) (3-23)

车削抗力分析

车削外圆时的切削抗力有Fx﹑Fy﹑Fz,主切削力和主切削速度方向一致垂直向下,是计算机床主轴电机切削功率的主要依据。切深抗力Fy与纵向进给垂直,影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力Fx与进给方向平行且相反指向,设计或校核进给系统是要用它。

纵切外圆时,车床的主切削力Fz可以用下式计算:

Fz=CFzαPXFzfyFzVnFz KFz (3-24) =5360(N)

由Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-25)

得 Fx=1340(N)

Fy=2144(N)

作用在进给托板上的载荷可以按下式求出:

托板上的载荷(进给方向) F1=Fx=1340(N)

托板上的载荷(垂直方向) Fv=Fz=5360(N)

托板上的横向载荷 Fc=Fy=2144(N)

因此,最大工作载荷 Fm=KFL+f’(Fv+G)

=1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8) =1790.68(N)

对于三角形导轨K=1.15, f’=0.03~0.05,选f’=0.04(因为是贴塑导轨),G是

纵向﹑横向溜板箱和刀架的重量,选纵向﹑横向溜板箱的重量为75kg,刀架重量为15kg.

(2)最大动载荷C的计算

滚珠丝杠应根据额定动载荷Ca选用,可用式3-4计算:

C=错误!未找到引用源。fmm

(3-26)

L为工作寿命,单位为10r,L=60nt/10;n为丝杠转速(r/min),n=1000v

/L

;v为在最大切削力下的进给速度(m/min),L0是丝杠的基本导程,取最高0

=12mm;fm为运转状态系数,因有冲击振动,所进给速度的1/2~1/3;查资料得L

以取fm=1.5.

V纵向=1.59mm/r×1400r/min=2226mm/min

=2226×1/2/12=92.75r/min

n纵向=v纵向×1/2/L

∴ L=60nt/106=60×92.75×15000/106=83.5

则C=4、37× 1.5×1790.68=11740(N)

选滚珠丝杠副的尺寸规格,相应的额定动载荷Ca≥最大载荷C;因此有

Ca>C=11740N

初选滚珠丝杠为:外循环,因为内循环较外循环丝杠贵,并且较难安装。考

虑到简易经济改装,所以采用外循环。

因此初选滚珠丝杠的型号为型CD63×8-3.5-E型,主要参数为

Dw=4.763mm,Lo=8mm,dm=63mm,λ=2o19 ’,圈数×列数3.5×1

(3)纵向滚珠丝杠的校核

1)传动效率计算

滚珠丝杠螺母副的传动效率为η

η=tgλ/tg(λ+φ)=tg2o19 ’/tg(2o19 ’+10’)=92% (3-27)

2)刚度验算

①.丝杠的拉升(压缩)变形量δ1

δ1=±Fml/EA (3-28)

=±1790.68×2280/20.6×10×π×(31.5)2

=0.0064mm

②. 滚珠与螺纹滚道接触变形量δ2

采用有预紧的公式,在这里 Fyj =1/3Fm=1/3×1790.68=597N

Z=πdm/Dw=3.14×63/4.763=41.53

Z∑=41.53×3.5×1=145.36

CK6140数控车床进给系统设计(全套图纸+论文)

摘要 CK6140型数控机床,主运动系统采用1.26和1.58两种公比的混合公比传动系统,并用双速电机驱动,结构简单转速范围广。合理地确定有关结构参数及动力参数,并对传动轴、齿轮、键等进行粗算及检验计算。粗选步进电机及滚珠丝杠,构成开环控制系统。 关键词:数控;机床;开环控制 第1章绪论 1.1数控机床的发展趋势 我国数控机床产量持续高速增长,根据市场需求和技术发展趋势,应重点推进高效、精密为核心的数控机床“”级工程,加强民展性能、高可靠性数控功能部件,积极开展复合加工机床、超精密数控机床和可重构制造系统的工程化研究等机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础,镄的民展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性的自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目。它开创了机械产品向机电一体化发展的先河,因此数控技术成为先进成为先进制造技术的一项核心技术。通过持续的开发研究以及对信息技术的深化应用,促进了数控机床性能和质量的进一步提升,使数控机床成为国民经济和国防建设发展的重要制造装备。 近6年来,我国数控金切机床(简称数控机床)产量一直以年均增长超过30%速度发展。据初步统计,2004年数控机床的产量为51860台,事比增长40.8%,数控机床的消费量约74000台,事比增长32%。数控机床需求的旺盛也促进了2004年内建的三资和民营机床厂以及数控机床品种的明显增加。 与此同时,甸进口的数控机床数量也在逐年同步增加,而且进口数控机床的消费额的增长趋势更快。2004年数控机床的进口数量同比年增长30%,而进口消费额的增长却达52%,从而导致国产数控机床在国内市场消费额中的所占比例已不足30%。之所以出现这一现象,其主要原因在于国内市场对技术和附加值高的高效、精密和高性能大型、重型数控机床需求增长,需要靠进口解决。 振兴我国数控机床市场占有率应着重于剖析数控机床及由其组成的制造系

卧式车床数控化改造设计——纵向进给系统的设计

目录 1 绪论 (1) 1.1 国内外数控机床的发展现状 (1) 1.2 数控系统的发展趋势 (2) 1.3 普通机床数控改造的意义 (3) 1.4 本文的设计任务 (3) 2 C6140普通车床数控改造的总体方案设计 (5) 2.1 C6140普通车床介绍 (5) 2.2 总体方案的确定 (6) 2.3 机械系统的改造设计方案 (8) 3 纵向进给系统的详细设计与计算 (13) 3.1 脉冲当量的确定 (13) 3.2 切削力的计算 (13) 3.3 滚珠丝杠螺母副的设计及计算 (14) 3.4 齿轮传动的计算 (18) 3.5 步进电动机的选择 (19) 4 传动间隙的调整与预紧及导轨的设计 (22) 4.1 滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 (22) 4.2 进给系统传动齿轮间隙的消除 (23) 4.3 数控改造C6140车床导轨设计 (24) 5 数控系统硬件电路设计和软件设计 (28) 5.1 数控系统基本硬件组成 (28) 5.2 单板机控制系统的设计 (28) 5.3 软件设计 (31) 结束语 (33) 致谢 (34) 参考文献 (35)

1 绪论 1.1 国内外数控机床的发展现状 1.1.1 国内数控机床的发展现状 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升,在大中企业已有较多的使用,在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中,除少量机床以FMS模式集成使用外,大都处于单机运行状态,并且相当部分处于使用效率不高,管理方式落后的状态。 2001年,我国机床工业产值已进入世界第5名,机床消费额在世界排名上升到第3位,达47.39亿美元,仅次于美国的53.67亿美元,消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求,使我国机床的进口额呈逐年上升态势,2001年进口机床跃升至世界第2位,达24.06亿美元,比上年增长27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等,普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 1.1.2 国内数控机床的特点 (1)新产品开发有了很大突破,技术含量高的产品占据主导地位。 (2)数控机床产量大幅度增长,数控化率显著提高。 2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台,比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 (3)数控机床发展的关键配套产品有了突破。 1.1.3 国外数控机床的发展现状 (1)国际机床市场的消费主流是数控机床。 1998年世界机床进口额中大部分是数控机床,美国进口机床的数控化率达70%,我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。 (2)国外数控机床的网络化。 随着计算机技术、网络技术日益普遍运用,数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向,互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看,目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说,仅仅局限于通常的管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的,工厂、车间的

CA6140型卧式车床进给箱设计-任务书

本科毕业设计(论文)任务书 机电工程学院机械工程及自动化专业级(09届)班学生: 题目:CA6140车床进给箱设计 专题题目:离合器M3所连接轴上的一双联滑移齿轮设计与校核 原始依据(包括设计(论文)的工作基础、研究条件、应用环 境、工作目的等): CA6140型车床是我国自行设计制造的一种卧式车床,具有以下特点:机床刚性好,抗振性能好,可进行高速强力切削和重载荷切削;机床操纵手柄集中,安排合理,溜板箱有快速移动机构,进给操纵较直观,操作方便,可减轻劳动强度;机床具有高速细进给量,加工精度高,表面粗糙度小(公差等级能达到IT6一IT7,表面粗糙度可达Ral.25):机床溜板刻度盘有照明装置,尾座有夹紧机构,操作方便等等。 C6140车床是我国设计制造的典型的卧式车床,在我国机械制造类工厂中使用极为广泛。近年来又在机床结构上进行改革,并在此机床的基础上,开发出来新的先进的系列产品。 主要内容和要求:(包括设计(研究)内容、主要指标与技术参数,并根据课题性质对学生提出具体要求): 一、设计内容: 1、学生在规定的时间内,要求完成CA6140车床进给箱总体设计,传统方 法绘制总装配图一张,零件工作图一至两张(具体绘那几个零件工作图, 由指导教师指定): 2、根据设计计算步骤对该机器的某一个零件进行CAD设计; 3、在零件CAD设计的基础上,重新对箱内齿轮齿数进行优化选择; 4、编写完整设计说明书一份。

二、主要指标与技术参数 在床身上最大工作回转直径: 400mm。 最大工作长度: 750、1000、1500、2000mm。 最大车削长度: 650、900、1400、1900mm。 刀架上最大工作回转直径: 210mm。 主轴中心到床身平面导轨距离(中心高): 205mm。 主轴转速:正转24级 10~1400转/分。 反转12级14~1580转/分。 进给量:纵向进给量S 纵 =0.028~6.33mm。 横向进给量S 横=0.5S 纵 。 刀架纵向快速速度: 4米/分。 车削螺纹范围:公制螺纹44种 S=1~192mm。 英制螺纹20种α=2~24牙/英寸。 模数螺纹39种 m=0.25~48mm。 径节螺纹37种 DP=1~96牙/英寸。 主电动机: 7.5千瓦,1450转/分。 三、本专题的具体要求: 1.C6140车床进给箱装配图(要求:0#图幅传统绘制方法) 2.理解进给传动系统的工作原理,并对传动系统的齿轮进行设计和校正说明 3.完成对CA6140车床进给箱体和传动系统的数据计算,同时合理设计出 CA6140车床进给箱的装配图,完成设计说明书的编写。完成进给箱中滑 移齿轮各方面参数的计算,如着重讨论ⅩⅤⅠ轴上的一双联滑移齿轮,ⅩⅤⅠ轴其左侧齿数Z1=28,右侧齿数Z2=18,模数m=2mm,精度等级均为7 级,不进行变位传动,为直齿轮,z1的公法线长度L1=21.449mm,上偏差为—0.09mm,下偏差为—0.13mm,Z2的公法线长度L2=15.265mm,其上偏差为—0.075mm,下偏差为—0.119mm。z1的一转度量距差=0.063mm,Z2的一转度量距差=0.055mm。Z1的齿向公差=0.015mm,Z2的齿向公差=0.005mm。 此齿轮为进给箱中的重要齿轮,故需保证其齿面接触强度和齿根弯曲强 度,根据所传动力的大小对其进行校核和验算,从而保证丝杆和光杆的准确运动,以能进行切制螺纹和切削加工。 日程安排: 第1—3周:完成对C6140车床进给箱相关数据的计算。 第4—10周:绘制进给箱装配图 第10—11周:完成论文 第12周:论文答辩 主要参考文献和书目: 濮良贵等.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2001 巩云鹏、田万禄.机械设计课程设计[M] .沈阳,东北大学出版社 贾亚洲.金属切削机床概论[M] .北京:机械工业出版社 指导教师签字:111 年月日 教研室主任签字:年月日

机电一体化课程设计--卧式数控车床CK6140工作台二维伺服进给系统设计

**大学 机电一体化系统设计 课程设计 题目: 卧式数控车床CK6140工作台二维伺服 进给系统设计 学生姓名 专业 学号 班级 指导教师 成绩

**学院 20 年月 2

目录 1 前言 (1) 2 设计任务 (1) 3 总体方案确定 (2) 3.1 机械传动部件的选择 (2) 3.1.1 导轨副的选用 (2) 3.1.2 丝杠螺母副的选用 (2) 3.1.3 减速装置的选用 (2) 3.1.4 伺服电动机的选用 (2) 3.2 控制系统的设计 (2) 3.2.1 控制类型的确定 (2) 3.2.2 控制方式的确定 (3) 3.2.3 CPU的选用 (3) 3.2.4 扩展系统的设计 (3) 3.2.5 驱动电源的选择 (3) 3.3 绘制总体方案图 (3) 4 机械系统的设计 (3) 4.1 脉冲当量的确定 (3) 4.2 导轨上移动部件的重量估算 (3) 4.3 切削力的计算 (4) 4.4直线滚动导轨副的计算与选型(纵向) (4) F的计算及导轨型号的选取 (4) 4.4.1 滑块承受工作载荷 max 4.4.2 距离额定寿命L的计算 (4) 4.4.3 滚珠丝杠螺母副计算和选型 (5) 4.4.4 步进电机减速箱的设计 (7) 4.4.5 步进电机的计算与选型 (8) 4.5绘制进给传动系统示意图 (11) 5 控制系统的设计 (11) I

5.1控制系统硬件电路的设计 (11) 5.2 控制系统原理框图 (11) 5.3 步进电机驱动电源的选择 (12) 6 结束语 (12) 参考文献 (13) II

1 卧式数控车床CK6140工作台二维伺服进给系统设计 **** **大学**学院,重庆 400716 1 前言 机电一体化系统设计课程设计,是我们大学几年里很重要的一次课程设计,这不仅让我们大学几年里所学的知识得以巩固与综合应用,同时也锻炼了我们将所学的理论知识应用于实际问题的能力。通过这次课程设计,让我们对专业课程《机电一体化》进行了一次补充学习、巩固和运用,也对我们所学的机械、电子、传感器、微机原理等理论知识的巩固与补充。 机电一体化系统设计课程设计是我们独立进行的卧式数控车床CK6140工作台二维运动伺服进给系统的设计,通过这次课程设计,让我们了解卧式数控车床CK6140工作台二维运动伺服进给系统的工作过程、工作原理,学会其机械系统、控制系统等的设计方法,进而举一反三,为今后的学习、工作打下一定的基础。 2 设计任务 设计卧式数控车床CK6140工作台二维运动伺服进给系统。主要技术指标如下: (1) 床身最大加工直径410mm ; (2) 最大加工长度750mm ; (3) X 方向(横向)的脉冲当量0.005/X mm δ=脉冲,Z 方向(纵向)的脉冲当量 Z 0.01/mm δ=脉冲; (4) X 方向最快移动速度x max 3000/min mm υ=,Z 方向最快移动速度z max 6000/min mm υ=; (5) X 方向最快工作速度x max 400/min f mm υ=,Z 方向最快工作速度z max 800/min f mm υ=;

CK6140数控卧式车床纵向进给机构设计概述

第2章CK6140数控卧式车床纵向进给机构设计 纵向进给传动系统主要由纵向滑板和纵向滚珠丝杠组成。其纵向滑板安装在床身的导轨上,它可以沿床身导轨纵向移动。导轨的截面形状是三角形导轨和平面导轨的组合。在滑动导轨上图一层特殊的塑料层,动静摩擦系数相接近,摩擦系数小。为了防止由于切削力作用而使滑板颠覆,纵向滑板的前后装有压板,压板与床身接触部分的表面上也涂有塑料层。在滑板导轨部分的端面上装有橡胶挡板,它用钢板和螺钉固定,当纵向滑板运动时,将床身导轨表面上的切屑、灰尘物刮掉,不使杂物进入到导轨表面之间,以减少导轨的磨损。 2.1ck6140数控卧式车床结构 1.通用机床的规格和类型有系列型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。 (1)机床本体 数控车床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响,加工中又是自动控制,不能像在普通车床那样由人工进行调整、补偿,所以其设计要求比普通机床更严格,制造要求更精密,采用了许多新结构,以加强刚性、减小热变形、提高加工精度。 (2)数控装置 数控装置是数控系统的核心,主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联系的各种接口等。数控机床的数控系统完全由软件处理输入信息,可处理逻辑电路难以处理的复杂信息,使数字控制系统的性能大大提高。 (3)输入/输出设备 键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。除此以外,还可以用串联通信的方式输入。 (4)伺服单元 伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节,它将来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接受指令的不同,伺服单元有数字式和模拟式之分,而模拟伺服单元按电源种类又可分为直流伺服和交流伺服。 (5)驱动装置 驱动装置把经过发大的指令信号转变为机械运动,通过机械传动部件驱动机床主轴、刀架、工作台等精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动,最后加工

CK数控卧式车床纵向进给机构设计

CK数控卧式车床纵向进给机构设计 本文主要介绍CK数控卧式车床纵向进给机构设计。车床是一种主要用于加工金属的机械加工设备,凭借其高效性和稳定性被广泛应用。车床最重要的部件之一就是进给机构。进给机构的设计直接影响车床的加工能力和加工精度。因此,CK数控卧式车床的进给机构设计是至关重要的。 1. 机床主要参数 机床尺寸:长3000mm*宽1650mm*高1800mm 最大工件直径:630mm 最大工件长度:2000mm 主轴最高转速:1600rpm 进给速度范围:1-2000mm/min 2. 进给机构的结构设计 CK数控卧式车床的进给机构采用了双级减速结构设计,同时具有前进一定量后翻转再前进的功能。其主要由进给电机、齿轮减速器、丝杠及导轨等部分组成。 进给电机:进给电机为机床提供动力,主要负责驱动齿轮减速器和后续的传动部件。 齿轮减速器:齿轮减速器将进给电机提供的高速功率减速为所需低速高转矩。

丝杠及导轨:丝杠负责转换回转运动为直线运动,从而驱动卧床的移动。导轨则为卧床的移动提供支撑。为了保证精度,丝杠和导轨需要进行特殊的处理。 3. 进给控制系统的设计 CK数控卧式车床进给控制系统采用了开环控制,进给电机利用数码驱动器直接驱动。进给系统采用伺服电机直线推进控制,通过读取编码器,确认当前位置,然后根据预定路径和运动速度控制伺服电机运动,并与主轴同步工作,进而实现车床的车削工作。在此基础上,设计了进给管芯,用于转送来自伺服电机的各种信号,包括位置信号和速度信号等。进给管芯内部采用光电耦合技术进行信息传递,可以有效避免信号干扰和电磁干扰的影响。 4. 结语 CK数控卧式车床纵向进给机构设计是一个复杂而重要的工程,我们需要在满足车床加工的要求基础上,尽可能的提高加工精度,同时尽量减轻操作人员的负担,提高生产效率。在此过程中,我们还需要理顺各个部件之间的关系,减少能量损失,确保汽车的稳定运转。随着现代技术的发展,我相信车床的质量和效率会越来越高,人们的生产效率和经济效益也会得到进一步提升。

CK6140卧式车床的数控化改造设计

优秀设计 摘要 数控车床又称数字控制(Numbercal control,简称NC)机床。它是基于数字控制的,采用了数控技术,是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机,CNC,驱动装置,数控机床的辅助装置,编程机及其他一些附属设备所组成。 本次设计课题是CK6140数控卧室车床,CK是数控车床,61是卧式车床,40是床身上最大工件回转直径为400mm。 此次设计包括机床的总体布局设计,纵向进给设计,其中还包括齿轮模数计算及校核,主轴刚度的校核等。控制系统部分包括步进电机的选用及硬件电路设计和软件系统设计,说明了芯片的扩展,键盘显示接口的设计等等。 关键词数控机床;开放式数控系统;电动机

Abstract The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is composed. This design topic is the CK6140 numerical control bedroom lathe, CK is the numerical control lathe, 61 is the horizontal lathe, 40 is on the lathe bed the biggest work piece rotation diameter is 400mm. This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including step-by-steps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on. Key word numerical control tool;Open-architecture;motor

数控车床进给系统设计

数控车床进给系统设计 数控车床是一种自动化程度较高的机床,通过计算机控制实现工件的加工。数控车床进给系统是数控车床的一个重要组成部分,主要用于控制工件在加工过程中的进给运动。本文将从数控车床进给系统的基本原理、主要组成部分以及设计要点等方面进行详细介绍。 一、数控车床进给系统的基本原理 数控车床进给系统主要通过控制工件在X、Z轴上的运动来实现加工目标。具体来说,进给系统通过控制伺服电机的动作来驱动滑块沿X轴方向实现进给运动,同时利用滚珠丝杠传动机构和伺服电机实现滑块在Z轴方向的进给运动。 二、数控车床进给系统的主要组成部分 1.控制器:控制器是数控车床进给系统的核心部分,主要负责解析加工程序,并将指令转化为伺服电机的运动控制信号。控制器可以分为硬件控制器和软件控制器两种形式。 2.伺服电机:伺服电机是数控车床进给系统中的驱动元件,主要负责控制滑块的运动。通过控制电机的转速和转向,可以实现工件在X、Z轴上的进给运动。 3.滚珠丝杠传动机构:滚珠丝杠传动机构作为数控车床进给系统中的关键部件,负责将伺服电机的转动运动转化为滑块的线性运动。滚珠丝杠传动机构具有高传动效率、刚性好等特点,可以有效提高进给系统的运动精度和工作效率。

4.传感器:传感器用于检测滑块的位置和速度等参数,将检测结果反 馈给控制器。常用的传感器包括编码器、位移传感器、速度传感器等。 三、数控车床进给系统的设计要点 1.系统的精度要求:根据加工要求确定进给系统的精度等级,选择合 适的滚珠丝杠传动机构和伺服电机。同时,通过合理的控制算法和参数设 置来提高系统的运动精度。 2.系统的刚性要求:数控车床在加工过程中会产生较大的切削力,因 此进给系统需要具有较高的刚性来抵抗切削力的作用。通过采用高刚性的 滚珠丝杠传动机构和合理的结构设计来确保系统的刚性。 3.系统的稳定性要求:数控车床的进给系统需要具有较好的稳定性, 以保证加工过程中工件的定位精度和表面质量。通过合适的控制算法和运 动参数的设定,可提高系统的稳定性。 4.系统的安全性要求:数控车床的进给系统需要具备良好的安全性能,以保护工人和设备的安全。设计时要考虑安全回零、急停、过负荷保护等 功能,避免意外事故的发生。 以上是关于数控车床进给系统的设计的一些基本原理、组成部分和设 计要点的介绍。通过合理的设计和选用适当的部件,可以提高数控车床进 给系统的工作效率和加工精度,满足不同加工要求的需求。

CK6140数控卧式车床设计说明书

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 (71) LATHES (76)

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,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,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).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

CK6140数控车床主传动系统设计

CK6140数控车床主传动系统设计 数控车床的主传动系统是整个机床的核心组成部分,它主要由主轴、 主轴驱动装置和主动工具头等组成。设计一个稳定可靠的数控车床主传动 系统,需要考虑诸多因素,如主轴精度、刚度、转速范围、加工能力等。 首先,主轴是数控车床主传动系统的核心部件,其精度和刚度直接影 响到整个机床的加工质量。主轴通常由高强度、高刚性的合金钢材料制成,并通过精密加工和热处理工艺提高其表面质量和硬度。主轴的设计应考虑 转动稳定性、轴向和径向刚度等因素,以确保在高速运转和大负载下能保 持较小的振动和变形。 其次,主轴驱动装置主要是通过电机将动力传递给主轴,实现车床的 加工运行。常见的主轴驱动装置包括皮带传动、齿轮传动、液压传动等。 不同的传动方式具有不同的特点,需要根据数控车床的具体要求进行选择。同时,主轴驱动装置还需要考虑电机的功率、转速调节范围、动态响应性 能等因素,以满足不同加工工艺和加工材料的需求。 另外,主动工具头也是数控车床主传动系统的重要组成部分。主动工 具头一般由进给系统和切削工具组成,其主要功能是控制刀具的进给速度 和刀具路径,实现工件的加工。进给系统通常由伺服电机、滚珠丝杠等组成,将电机的旋转运动转化为刀具的直线运动。切削工具的选择要根据不 同的加工工件和加工要求进行,可以是转动刀具、切削刀具或磨削工具等。 除了上述部件,数控车床主传动系统的设计还需要考虑其控制方式和 辅助装置。传统的数控车床主传动系统采用闭环控制,通过编码器和反馈 系统实现对主轴和主动工具头运动的精确控制。辅助装置如冷却系统、润 滑系统、自动换刀系统等,可以提高加工效率和工作环境的安全性。

ck6140数控车床毕业设计开题报告

郑州大学 本科生毕业设计(论文)开题报告 题 目 CK6140数控机床主传动系统设计 _______________________ 指导教师: 琚爱云 _____________ 职称: 讲师 学生姓名: 刘辉_____________ 学号: ______________ 专 业:2010级机械设计制造及其自动化 ______________________ 院(系): ____________ 机电工程学院 __________________________ to ;';. o.”r .•:卅壬匚噫亞:::应也二T 注m.f 虽::i ...r P“."...'

2014年01月09日毕业设计(论文)开题报告

2.1本课题的主要内容: 通过查阅相关资料来了解ck6140数控机床主传动系统机械部分和控制部分的工作原理及相关设计步骤,病用三维绘图软件绘制出ck6140数控机床主传动系统 的总装图的三维模型和相关工程图,最后再绘制出各主要零件的图纸。 2.2设计方案及步骤: 1.完成ck6140数控机床主传动系统机械部分的设计。 2.完成ck6140数控机床主传动系统控制部分的设计。 3.用三维绘图软件完成ck6140数控机床主传动系统的总装图的三维模型机工程图。 4.完成各主要零件图纸。 2.3进度安排: 2014年2月01 日---2014 22 查阅相关资料,完成开题报告及文献 综述,外文翻译。 2014年2月23 日---2014 10 完成ck6140数控机床主传动系统机 械部分的设计。 2014年3月11 日---2014 10 完成ck6140数控机床主传动系统控 制部分的设计。 2014年4月11 日---2014 26 完成ck6140数控机床主传动系统的 总装图的三维模型及工程图和主要零件图纸。 2014 年 4 月 27 日---2014 年 5 月 15 完成正文部分定稿、打印,准备答辩。 3.本课题的重点、难点,预期结果和成果形式

CA6140型卧式车床的传动系统

CA6140型卧式车床的传动系统 CA6140型卧式车床的传动系统 ⑴主运动传动链 A.传动路线 运动由电动机(7.5W,1450r/min)经V带轮传动副φ130mm/φ230mm 传至主轴箱中的轴Ⅰ.在轴Ⅰ上装有双向多片摩擦离合器M1,使主轴正转,反转或停止.当压紧离合器M1左部的摩擦片时,轴Ⅰ的运动经齿轮副56/38或51/43传给轴Ⅱ,使Ⅱ获得2种转速.压紧右部摩擦片时,经齿轮50(齿数),轴Ⅶ的空套齿轮34传给轴Ⅱ上的固定齿轮30.这时轴Ⅰ至Ⅱ间多经一个中间齿轮34,故轴Ⅱ的转向与经M1左部传动时相反.轴Ⅱ的反转转速只有1种.当离合器处于中间位置时,左,右摩擦片都没有被压紧.轴Ⅰ的运动不能传至轴Ⅱ,主轴停转. 轴Ⅱ的运动可通过轴Ⅱ,Ⅲ间三对齿轮种的任一对传至轴Ⅲ,故轴Ⅲ正转共6种转速. 运动由轴Ⅲ传往主轴有2条路线:

a.高速传动路线主轴上的滑移齿轮50向左移,使之与轴Ⅲ上右端的齿轮63啮合,运动由轴Ⅲ经齿轮副63/50直接传给主轴,得到 450--1400r/min的6级高转速. b.低速传动路线主轴上的滑移齿轮50移至右端,使其与主轴上的齿式离合器M2啮合.轴Ⅲ的运动经齿轮副20/80或50/50传给轴Ⅳ,又经齿轮副20/80或51/50传给轴Ⅴ,再经齿轮副26/58和齿式离合器M2传至主轴,使主轴获得10--500r/min的低速转. B.主轴转速级数和转速 主轴的各级转速可按下列运动平衡式计算: n主=n点*(D/D')*(1-ε)*(ZⅠ-Ⅱ/Z'Ⅰ-Ⅱ)*(ZⅡ-Ⅲ/Z'Ⅱ-Ⅲ)*(ZⅢ-Ⅳ/Z'Ⅲ-Ⅳ)*.... ⑵进给运动传动链 A.车削螺纹传动路线 车削螺纹时传动链的运动平衡式为: l(主轴)*u*L丝=L工 式中:u-----从主轴倒丝杆之间的总传动比 L丝---机床丝杆的导程,CA6140型车床的L丝=12mm L工---被加工螺纹的导程(mm)

(完整word版)CK6140数控车床主传动系统设计

燕山大学 课程设计说明书 题目:CK6140数控车床主传动系统设计 学院(系):机械工程学院机制系 年级专业: 08级机制2 学号: 080101010127 学生姓名:吕伟彪 指导教师: 王敏婷李宇鹏 1 共24 页第页

目录 第1章概述……………………………………………. .……。。1 1.1 设计要求………………………………………………。.1 第2章主传动的设计 (2) 2.1计算转速的确定 (2) 2.2变频调速电机的选择.....................................。。 (2) 2.3转速图的拟定…………………………………………。..2 2。3。1传动比的计算……………………………………。。.2 2.3.2参数确定…………………………………………. .。2 2.3.3 主轴箱传动机构简图……………………………..。3 2。3.4 转速图拟定……………………………………….。。3 2.4传动轴的估算..............................................。 (3) 2。5主轴轴颈的确定 (5) 2。6主轴最佳跨距的选择 (5) 2.7齿轮模数的估算………………………………………。。 6 2.8 同步带传动的设计 (8) 2。9 滚动轴承的选择 (10) 2.10 主要传动件的验算..............................。. (10) 2.10。1 齿轮模数的验算 (10) 2.10。2 传动轴刚度的验算 (14) 2。10。3 滚动轴承的验算......................................。. 15总结.................................。。.................................。. (16) 参考文献………………………………………………..……….。 17

床身上最大回转直径400mm的数控车床总体设计及主轴箱设计

兰州理工大学毕业论文 论文题目:床身上最大回转直径400mm的 数控车床总体设计及主轴箱设计 专业名称: 层次: 学生姓名: 完成日期:

摘要 数控车床又称数字控制(Numbercal control,简称NC)机床。它是基于数字控制的,采用了数控技术,是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机,CNC,驱动装置,数控机床的辅助装置,编程机及其他一些附属设备所组成。 本次设计课题是CK6140数控卧室车床,CK是数控车床,61是卧式车床,40是床身上最大工件回转直径为400mm。 此次设计包括机床的总体布局设计,纵向进给设计,其中还包括齿轮模数计算及校核,主轴刚度的校核等。控制系统部分包括步进电机的选用及硬件电路设计和软件系统设计,说明了芯片的扩展,键盘显示接口的设计等等。 车床适用于车削内外圆柱面,圆锥面及其他基准面,车削各种公制、英制、模数和径节螺纹,并能进行钻孔,铰孔和拉油槽等工作。设计主抽箱主要是从主传动系统的运动设计、主运动部件的结构设计和箱体这三方面进行设计。 主传动系统的运动设计有:确定极限转速、确定公比、确定转速级数、确定结构网和结构式、绘制转速图、确定齿轮齿数和拟定传动系统图。 主运动部件的结构设计有:带传动的设计、确定各种计算转速、确定齿轮模数、确定各轴最小直径和设计部分主轴主件。 关键词:数控机床;开放式数控系统;电动机;纵向进给设计

Abstract The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is composed. This design topic is the CK6140 numerical control bedroom lathe, CK is the numerical control lathe, 61 is the horizontal lathe, 40 is on the lathe bed the biggest work piece rotation diameter is 400mm. This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including step-by-steps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on. Key word:numerical ;control tool;Open-architecture;motor

C6140车床数控化改造课程设计

目录 第一节设计任务 (2) 1.1题目: (2) 1.2 任务 (2) 第二节总体方案的确定 (3) 第三节机械系统的改造设计方案 (3) 3.1主轴系统的改造方案 (3) 3.2安装电动卡盘 (4) 3.3换装自动回转刀架 (4) 3.4螺纹编码器的安装方案 (4) 3.5进给系统的改造与设计方案 (5) 第四节进给传动部件的计算和选型 (5) 4.1脉冲当量的确定 (5) 4.2切削力的计算 (5) 4.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (6) 4.4同步带减速箱的设计 (8) 4.5步进电动机的计算与选型 (10) 4.6同步带传递效率的校核 (14) 第五节绘制进给传动机构的装配图 (14) 第六节控制系统硬件电路设计 (15) 第七节步进电动机驱动电源的选用 (16) 第八节控制系统的部分软件设计 (17) 参考文献 (21)

第一节 设计任务 1.1设计方案的确定: C6140普通车床数控化改造设计。 C6140型普通车床是一种加工效率高,操作性能好,并且社会拥有量较大的普通型车床。经过大量实践证明,将其改造为数控机床,无论是经济上还是技术都是确实可行了。 一般说来,如果原有车床的工作性能良好,精度尚未降低,改造后的数控车床,同时具有数控控制和原机床操作的性能,而且在加工精度,加工效率上都有新的突破。 本设计主要是对C6140普通型车床进行数控改造,用微机对纵、横进给系统进行控制。系统可采用开环控制和闭环控制,开环控制虽然有不稳定、振动等缺点,但其成本较低,经济性较好,车床本身所进行的加工尺寸是粗、半精加工。驱动原件采用步进电动机。系统传动主要有:滑动丝杠螺母传动和滚珠丝杠螺母传动两种,经比较分析:前者传动效率及精度较低,后者精度和效率高,但成本高,考虑对车床的性能要求,故采用滚珠丝杠螺母传动。刀架性能要求是准确快速的换刀,因此采用自动转位刀架。 1.2 任务 将一台C6140普通车床改造成经济型数控车床。主要技术指标如下: (1) 床身上最大加工直径mm 400; (2) 最大加工长度mm 1000; (3) X 方向(横向)的脉冲当量脉冲/005.0mm x =δ,Z 方向(纵向) 脉冲/01.0mm z =δ; (4) X 方向最快移动速度m in /3000max mm v x =,Z 方向为m in /6000max mm v x =; (5) X 方向最快工进速度min /400max mm v f x =,Z 方向为 min /800max mm v f x =; (6) X 方向定位精度mm 01.0±,Z 方向mm 02.0±; (7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等; (8) 安装螺纹编码器,可以车削公/英制的直螺纹与锥螺纹,最大导程mm 24; (9) 安装四工位立式电动刀架,系统控制自动选刀; (10)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;

「C6140纵向进给系统改造设计」

计算机技术和先进制造技术的发展,推动了机械加工在各方面的变革和进步。典型的数控机床已成为现代加工器械的鲜明代表。考虑到企业的生产效率和投资成本,普通车床的数控化改造将是一个极为有意义的课题。 在过去的几十年,虽然金属切削的基本原理变化不大,但随着社会生产力的发展,要求制造业向自动化和精密化方向发展,而刀具材料和电子技术的几部,特别是微电子技术、电子计算机技术的进步,运用到控制系统中,技能帮助机床的自动化又能提高加工精度,这些都要求对旧机床进行改造,另外,在经济方面,用机床的数控改造比更新设备节约50%的资金。再加上市场的原因,由于目前机床市场供给无法满足大量的机床设备的更新要求,因此更显示出机床数控化改造的必要性。 数控改造相对于购置机床来说,能充分发挥设备的潜力,改造后的机床比传统机床有很多的突出优点。由于数控机床的计算机有很高的运算能力,可以准确的计算出每个坐标轴的运动量,加工出较复杂的曲面和曲线。而且计算机有很强的记忆和储存能力,可以将输入的程序记忆和储存下来,然后按程序规定的顺序自动去执行,从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序就可以实现另一工件的加工,从而实现“柔性自动化”。改造后的机床不像新购买的机床不了解加工精度,而改造的机床可以精确的计算出加工能力。另外,数控改造可以充分利用现有地基,还可以根据技术革新发展的速度,及时的提高生产设备的自动化水平。 数控技术改造机床是以微电子技术和传统技术相结合为基础,不但技术上还有先进性同时在应用上臂其他传统的自动化改造方案有较大的通用性和可用性。而且投入费用低,。由于自投入以来取得了显著的技术经济效益,已成为我国设备技术改造中主要方向之一也为我国传统技术制造技术朝机电一体化方向过渡的主要任务之一。 普通车床数控化改造的设计是机电一体化系统课程设计的主要内容,通过综合运用所学的机械、电子、自动控制、计算机等知识,进行一次机电结合的全面训练,已培养学生的独立分析问题、解决问题和进行机电一体化系统初步设计的能力。本人将在四个星期内,在陈建刚老师的指导下,对CA6140数控车床进行开环控制纵向进给的改造。

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