CA6140普通車床改為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)及進(jìn)給系統(tǒng)的潤(rùn)滑設(shè)計(jì),ca6140,普通,車床,改為,改成,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控車床,縱向,進(jìn)給,系統(tǒng),設(shè)計(jì),潤(rùn)滑 摘 要 隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對(duì)精密程度的要求越來(lái)越高，加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來(lái)越高。而在中國(guó)的機(jī)械加工設(shè)備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來(lái)越制約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對(duì)機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改造很是必要。本篇論文是在對(duì)普通臥式車床C6140的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造。 作者在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)床自動(dòng)化改造技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)改造過(guò)程主要對(duì)車床縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行改造，選用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，由脈沖發(fā)生器來(lái)加工所需要的螺紋。整個(gè)控制系統(tǒng)以單片機(jī)為中心，通過(guò)編程對(duì)機(jī)床的驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行控制以達(dá)到所需要的加工程度。 關(guān)鍵詞： 機(jī)床改造； 自動(dòng)化機(jī)床； 控制系統(tǒng) ABSTRACT With the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic. The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree. Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system 目 錄 第1章 緒論 1 第2章 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹 5 第3章 總體方案論證 6 3.1確定何種傳動(dòng)系統(tǒng) 6 3.2選擇傳動(dòng)裝置 6 3.3選擇潤(rùn)滑方式 7 第4章 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 8 4.1伺服電機(jī)型號(hào)選擇 9 4.1.1進(jìn)給電機(jī)功率的確定 9 4.1.2伺服電機(jī)型號(hào) 9 4.2縱向進(jìn)給滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)選擇 10 4.2.1確定滾珠絲杠的支承方式 11 4.2.2滾珠絲杠副參數(shù)的確定 12 4.2.3對(duì)選定的滾珠絲杠副參數(shù)進(jìn)行核算 13 第5章 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 附件清單 24 1緒論 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)及進(jìn)給系統(tǒng)的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)。“主傳動(dòng)系統(tǒng)”“縱向進(jìn)給系統(tǒng)”和“橫向進(jìn)給系統(tǒng)”可稱為車床的三大核心系統(tǒng)，其重要地位更是不言而喻的。三大系統(tǒng)的精確性、準(zhǔn)確性、必將影響加工產(chǎn)品的性能。為什么我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)與西歐等國(guó)家的制造業(yè)有著很大的差距，這就是因?yàn)槲覀儧](méi)有精良的加工工具或者是自動(dòng)化系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不及他們。制造業(yè)是關(guān)系到國(guó)際民生的大事，是富民強(qiáng)國(guó)的必要因素，必須在較短的時(shí)間內(nèi)形成我們獨(dú)立自主的現(xiàn)代化制造體系。 隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的日新月異，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，數(shù)控機(jī)床及其系統(tǒng)己成為現(xiàn)代化機(jī)器制造業(yè)中不可缺少的組成部分。鑒于我國(guó)機(jī)床擁有量大、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小的特點(diǎn)，突出的任務(wù)是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能地提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。而實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的有效的、基本的途徑就是普及應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控，并對(duì)原有的機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造。這就是本課題的來(lái)由。 前提條件： l 床身上最大回轉(zhuǎn)直徑為400mm l 加工最大工作長(zhǎng)度1000mm l 快進(jìn)速度 z軸8 m/min. l 定位精度 z軸0.04 mm. l 重復(fù)定位精度 z軸0.01 mm. 設(shè)計(jì)要求： 縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，電機(jī)與絲杠采用柔性連接，電機(jī)選用伺服電機(jī)對(duì)電機(jī)的大小選擇進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核。潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)要做到潤(rùn)滑充分且達(dá)到各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)。 本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液。顯著提高生產(chǎn)力水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)自己幾個(gè)月來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫(xiě)了這本《設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》，由于自己的經(jīng)驗(yàn)不足，所學(xué)的知識(shí)有限，書(shū)中肯定存在著相當(dāng)?shù)囊恍﹩?wèn)題，期望領(lǐng)導(dǎo)、老師給予批評(píng)、指正。 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及現(xiàn)狀介紹[1] 自從第一臺(tái)商品數(shù)控機(jī)床問(wèn)世以來(lái) ，到1965年，世界主要工業(yè)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床己進(jìn)入了大批量生產(chǎn)階段。數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量，擁有量，數(shù)控化率都在急速上升。1970年前美國(guó)處于領(lǐng)先地位。1971年蘇聯(lián)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床2538臺(tái)，一舉超過(guò)美國(guó)，名列世界第一。1977年以前，蘇聯(lián)一直保持產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，以后日本的半導(dǎo)體技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)機(jī)床的生產(chǎn)。1976年日本數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量是3300臺(tái)，1978年時(shí)為7300臺(tái)，1980年為22000臺(tái)，到1981年僅用4年時(shí)間便超過(guò)了其他各國(guó)而成為世界上最大的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量達(dá)到26000臺(tái)，基本上兩年翻一番。1981年，日本、美國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)五國(guó)的數(shù)控機(jī)床總產(chǎn)量為39000臺(tái)，其中日本占66.2%，美國(guó)占19.8%，聯(lián)邦德國(guó)占8.3%,法國(guó)占2.9%，英國(guó)占2.8%。到期988年，日本年產(chǎn)數(shù)控機(jī)床約為50000臺(tái)，數(shù)控化率達(dá)70%. 我國(guó)從1958開(kāi)始研究數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，60年代針對(duì)壁錐，非圓齒輪等復(fù)雜形狀的工件研制出了數(shù)控壁錐銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)等設(shè)備，保證了加工質(zhì)量，減少了廢品，提高了效率，取得了良好的效果。70年代針對(duì)航空工業(yè)等加工復(fù)雜形狀零件的急需，從1973年以來(lái)組織了數(shù)控機(jī)床攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)三年努力，到1975年己研制出了40多個(gè)品種300多臺(tái)數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過(guò)30年的努力，我國(guó)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的研制也歷經(jīng)了第一代電子管靈敏控、第二代晶體管數(shù)控及第三代集成電路數(shù)控。從1975年到1979年，7年內(nèi)累計(jì)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床4108臺(tái)（其中約3/4以上的數(shù)控線切割機(jī)床）。進(jìn)入80年代，我國(guó)重新重視發(fā)展數(shù)控技術(shù)，采取了暫從國(guó)外引進(jìn)控制機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)主機(jī)配套的方針。1981年，我國(guó)從日本FANUC公司引進(jìn)了FANUC3系列、5系列、7系列的數(shù)控系統(tǒng)和在直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī) 技術(shù)，并在北京機(jī)床研究所建立了數(shù)控設(shè)備廠。于1981年底開(kāi)始驗(yàn)收投產(chǎn)，1982年生產(chǎn)約40套系統(tǒng)，1982年生產(chǎn)約100套系統(tǒng)，1985年生產(chǎn)約400套系統(tǒng)，伺服電機(jī)與主軸電機(jī)也配套生產(chǎn)。這些系統(tǒng)是外國(guó)70年代的水平，功能較全，可靠性能比較高，這樣就使機(jī)床行業(yè)發(fā)展數(shù)控機(jī)床有了可靠的基礎(chǔ)，使我國(guó)的主機(jī)品種與技術(shù)水平都有成套的發(fā)展與提高。我國(guó)己有少數(shù)產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，還有幾種合作生產(chǎn)的數(shù)機(jī)床返銷國(guó)外。目前，我國(guó)除了能獨(dú)立地設(shè)計(jì)與生產(chǎn)常規(guī)的數(shù)控機(jī)床外，還能生產(chǎn)五坐標(biāo)數(shù)控銑床，加工中心以及柔性制造系統(tǒng)，如北京機(jī)床研究所開(kāi)發(fā)研制的JCS-FMC=1，JCS=FMC-2柔性加工單元，XH715型立式加工中心，昆明機(jī)床床廠THK4680型全閉環(huán)精密加工中心，沈陽(yáng)中捷友誼廠的TK66100臥式銑削加工中心，青海第一機(jī)床廠的XH754臥式加工中心等。這一切都說(shuō)明，我國(guó)的機(jī)床數(shù)控技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)趕上或超過(guò)世界先進(jìn)國(guó)家水平。 3 總體方案論證 3．1確定何種傳動(dòng)系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床動(dòng)力系統(tǒng)可分為三類 步進(jìn)電機(jī)式: 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與定位，是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)限于造價(jià)，不再采用其它措施補(bǔ)償位置誤差。由于目前功率步進(jìn)電機(jī)力矩還不太大，所以機(jī)床的空選擋速度較低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有2-3種插補(bǔ)功能，通過(guò)軟件控制接口，可加工錐面，螺紋，簡(jiǎn)單外形的曲面等十分靈活。由于性價(jià)比較恰當(dāng)，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財(cái)力上都比較容易實(shí)現(xiàn)，因此在全國(guó)較容易推廣和普及。 交流點(diǎn)位式: 采用交流電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，用光柵數(shù)字點(diǎn)位控制，與步進(jìn)電機(jī)相比，提高了定位精度。光柵分辨率可達(dá)0.001mm，重復(fù)定位精度為0.005mm，所以加工精度較高。由于采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率大，可進(jìn)行大切屑量加工零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點(diǎn)位式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋，功能上有限，而且成本高，使性能價(jià)格比相對(duì)下降，一般用于大企業(yè)或?qū)I(yè)化工廠使用，國(guó)內(nèi)用的很少。 半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以脈沖編碼器檢測(cè)位置，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用高性能直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，扭矩大，速度高，過(guò)載能力強(qiáng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削。當(dāng)絲杠螺母在6mm左右時(shí)，快速可達(dá)8～9m/min，且不丟步，效率高。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強(qiáng)操作大大簡(jiǎn)化。 以上三種驅(qū)動(dòng)方式而言，各有利弊。經(jīng)過(guò)比較選擇直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)因?yàn)樗俣雀撸^(guò)載能力強(qiáng)，且擁有可編程序控制器，易學(xué)易用，在機(jī)床伺服控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)執(zhí)行單元，具有控制方便可靠，價(jià)格低，且適合于開(kāi)環(huán)控制等特點(diǎn)，因此在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。但由于步進(jìn)電機(jī)步距角、功率較小，存在振蕩等弱點(diǎn)的限制，在高精度大功率應(yīng)用場(chǎng)合并不很合適，故考慮采用伺服電機(jī)控制。 3.2 選擇傳動(dòng)裝置 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈及其附屬結(jié)構(gòu)。包括齒輪減速機(jī)，絲杠螺母副，導(dǎo)軌、工作臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)當(dāng)中，傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此，數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)裝置與普通機(jī)床中傳動(dòng)裝置上有重要差別，故它的設(shè)計(jì)與普通機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同。數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)要求除了有較高的定位精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即系統(tǒng)跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好，為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置時(shí)，通常提出了無(wú)間隙，低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率有適應(yīng)阻尼比的要求。 設(shè)計(jì)任務(wù)要完成的設(shè)計(jì)是縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)此種系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置采用螺旋傳動(dòng)。 螺旋傳動(dòng)主要用來(lái)把旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或把直線傳動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其中，有傳遞能量為主的傳力螺旋；有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，并要求有較高的傳動(dòng)精度的傳動(dòng)螺旋；還有調(diào)節(jié)零件相互位置的調(diào)整螺旋。螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又有滑動(dòng)絲杠螺母、滾珠絲杠螺母和液壓絲杠螺母機(jī)構(gòu)。 在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，螺旋傳動(dòng)主要來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并廣泛采用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 選用滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇朔N機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)： a. 傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為η：0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高了3～4倍（滑動(dòng)絲杠效率為0.2 ～0.4）,因此，功率消耗只當(dāng)于常規(guī)絲杠副的1/4 ～1/3。 b. 給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空程死區(qū)。定位精度高，剛度好。 c. 有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線傳動(dòng)，也可以從直線傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 d. 磨損小，使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好。 3．3 選擇潤(rùn)滑方式 潤(rùn)滑方式總體來(lái)說(shuō)分為手動(dòng)潤(rùn)滑和自動(dòng)潤(rùn)滑，前者在現(xiàn)代化的加工制造業(yè)中使用己變得越來(lái)越少。 本課題的潤(rùn)滑系統(tǒng)有六個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)： 床鞍的兩個(gè)導(dǎo)軌（2點(diǎn)） 拖板上的兩個(gè)導(dǎo)軌（2點(diǎn)） 縱向進(jìn)給絲杠螺母副的潤(rùn)滑（1點(diǎn)） 橫向滾珠絲杠副的潤(rùn)滑（1點(diǎn)） VERSAⅡ電子程控潤(rùn)滑器C型。由一套電子裝置控制電子齒輪泵，以時(shí)間或計(jì)數(shù)的周期方式工作，適用于單阻尼的潤(rùn)滑系統(tǒng)。廣泛用于機(jī)械制造、紡織、沖壓、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等領(lǐng)域，是一種多用途，高性能的程控潤(rùn)滑設(shè)備。因此選擇VERSAⅡ電子程控潤(rùn)滑器能滿足潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求。