CA6140车床数控化改造设计解析课件

CA6140数控化改造方案组员：

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----------------------CA6140数控化改造方案组员：1CA6140车床CA6140车床2CA6140车床结构CA6140车床结构3CA6140传动系统简图CA6140传动系统简图4

CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开。分别由各自的步进电机来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。同时，为了提高机床的精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。一：数控化改造概述

CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都5

CA6140普通车床改造成经济型数控车床。

主要参数如下：

（1）床身上最大加工直径400mm；

（2）最大加工长度1000mm；

（3）X方向(横向)的脉冲当量δx=0.005mm/脉冲，Z方向(纵向)δz=0.01mm/脉冲；

（4）X方向最快移动速度Vxmax=3000mm/min，Z方向为Vzmax=6000mm/min；

（5）X方向最快工进速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向为Vzmaxf=800mm/min；

CA6140普通车床改造成经济型数控车床。

主要参数如下：6（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm；

（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；

（8）安装编码器，可以车削公/英制的直螺纹与

锥螺纹，最大导程为24mm；

（9）安装四工位立式电动刀架，系统自动选刀；

（10）纵、横向安装限位开关；

（11）数控系统可选用国产数控系统；（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm7二、总体方案的确定

总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，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单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。二、总体方案的确定

总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，传8（2）普通车床经数控化改造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，进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。

（3）根据普通车床改造，应在降低成本的同时缩短改造的周期，应选用市场上生产成熟的数控系统，广州数控系统、华中数控系统等。

（2）普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加9（4）根据系统的功能要求，需要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。

（5）设计自动回转刀架及其控制电路。

（6）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、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。

（4）根据系统的功能要求，需要光电隔离电路和步进电机驱动电路10（7）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。

（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。

（9）选择四工位自动回转刀架，选择螺纹编码器等。（7）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11总体方案设计图总体方案设计图12三、机械系统的改造设计方案

1．主传动系统的改造方案

对普通车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可减少机械改造的工作量。三、机械系统的改造设计方案

1．主传动系统的改造方案

132．换装自动回转刀架

为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。2．换装自动回转刀架

为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道143．螺纹编码器的安装方案

螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动；通常直接安装在主轴后端，与主轴同轴比较方便3．螺纹编码器的安装方案

螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或154．进给系统的改造与设计方案

首先拆去进给箱、溜板箱、光杠；还要对车床的床鞍进行部分的改造，拆去纵向小拖板、横向拖板，将丝杠换成滚珠丝杠，并且由一端驱动的步进电机来控制。4．进给系统的改造与设计方案

首先拆去进给箱、溜16进给系统改造简图进给系统改造简图17四、进给传动部件的计算和选型

纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：

1、确定脉冲当量

2、计算切削力

3、选择滚珠丝杠螺母副

4、设计减速箱

5、选择步进电动机

四、进给传动部件的计算和选型

纵、横向进给传动部件的计算和选18确定脉冲当量对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技术参数中，要求纵向脉冲当量为0.01mm/step。横向脉冲当量为=0.005mm/step。确定脉冲当量对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.0119计算切削力

纵向切削力计算查阅相关资料计算得：车削时最大工作载荷

=1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8)=1790.68(N)最大动载荷=×1.5×1790.68=11740（N）计算切削力

纵向切削力计算查阅相关资料计算得：20横向切削力计算横向进给量为纵向的，取，则切削力约为纵向的：；在切断工件时：

最大动载荷横向切削力计算横向进给量为纵向的，取，则切削力21选择纵向滚珠丝杠螺母副故滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷Ca不得小于最大载荷C;因此有Ca＞C=11740N因此初选外循环滚珠丝杠的型号为型CD63×8-3.5-E型经过传动效率计算、刚度验算、压杆稳定性验算等一系列验证此型号滚珠丝杠符合纵向传动要求。选择纵向滚珠丝杠螺母副故滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载22选择横向滚珠丝杠螺母副根据最大负载Q值，可选择滚珠丝杠的型号,外循环插管埋入式双螺母预紧式的滚珠丝杠，型号为2004—2.5—3左，其中额定动载荷为14200N，所以强度够用经过效率计算、刚度验算、稳定性等一系列计算验证得此横向滚珠丝杠满足横向传动要求。选择横向滚珠丝杠螺母副根据最大负载Q值，可选择滚珠丝杠的型号23减速箱设计减速箱设计24CA6140车床数控化改造设计解析课件25选择步进电机为了保证步进电机的启动性能，要特别考虑负载惯性矩。当所带负载的惯性矩增大时，由于步进电机是按电磁铁吸力原理来动作，所以当惯性矩增大到某一值时，就会使步进电机产生擅动就会产生启动不良效果，所以，使用步进电机时尽量选小的负载。在本次设计过程中我们采用减速齿轮来联结滚珠丝杠和步进电机，以达到改变惯性矩的目的。同时，应该尽可能地消除配对齿轮之间的间隙，否则就会产生使运动滞后的指示信号的误差，对加工件的精度就会产生很大的影响。选择步进电机为了保证步进电机的启动性能，要特别考虑负载惯性矩26步进电机选择原则步进电机选择原则27CA6140车床数控化改造设计解析课件28纵向驱动电机选择纵向驱动电机选择29横向电机选择横向电机选择30五、数控系统的选择现在国内数控设备使用的数控系统也是有不少的品牌和种类，大体分为国产系统和进口系统，现在国内厂家主流系统有：广州数控，北京KND，华兴数控，华中数控，蓝天系统等，台湾系统有：新代系统，宝元系统等，进口系统有：三菱系统，西门子系统，发那科系统。但是进口系统在某些性能上的确有其过人之处，但是价格比较昂贵。从数控化改造的经济性和系统的稳定性及综合性能上考虑我们选用广数的GSK980TDb系统，作为数控改造的系统，用来控制机床的运行。五、数控系统的选择现在国内数控设备使用的数控系统也是有不少的31GSK980TDb系统界面GSK980TDb系统界面32CA6140数控化改造方案组员：

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----------------------CA6140数控化改造方案组员：33CA6140车床CA6140车床34CA6140车床结构CA6140车床结构35CA6140传动系统简图CA6140传动系统简图36

CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都由主轴电机控制，而改造后的车床则把主传动系统和进给系统的运动分离开。分别由各自的步进电机来控制，但是为保证车床在车螺纹时主传动运动与进给运动之间的联系，所以在拆掉进给系统的同时，必须在主轴上安装一个脉冲发生器，来实现主轴传动和进给运动之间的联系。同时，为了提高机床的精度和效率，用滚珠丝杠来代替原机床的光杠，并且采用单独的步进电机来控制。这样不仅提高了机床的性能和精度，还提高了机床的使用性能。一：数控化改造概述

CA6140型普通车床的主传动系统和进给系统都37

CA6140普通车床改造成经济型数控车床。

主要参数如下：

（1）床身上最大加工直径400mm；

（2）最大加工长度1000mm；

（3）X方向(横向)的脉冲当量δx=0.005mm/脉冲，Z方向(纵向)δz=0.01mm/脉冲；

（4）X方向最快移动速度Vxmax=3000mm/min，Z方向为Vzmax=6000mm/min；

（5）X方向最快工进速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向为Vzmaxf=800mm/min；

CA6140普通车床改造成经济型数控车床。

主要参数如下：38（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm；

（7）可以车削柱面、平面、锥面与球面等；

（8）安装编码器，可以车削公/英制的直螺纹与

锥螺纹，最大导程为24mm；

（9）安装四工位立式电动刀架，系统自动选刀；

（10）纵、横向安装限位开关；

（11）数控系统可选用国产数控系统；（6）X向定位精度±0.01mm，Z向±0.02mm39二、总体方案的确定

总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，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单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。二、总体方案的确定

总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，传40（2）普通车床经数控化改造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，进给伺服系统常采用步进电动机的开环控制系统。

（3）根据普通车床改造，应在降低成本的同时缩短改造的周期，应选用市场上生产成熟的数控系统，广州数控系统、华中数控系统等。

（2）普通车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加41（4）根据系统的功能要求，需要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。

（5）设计自动回转刀架及其控制电路。

（6）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、丝杠螺母副组成，其传动比应满足机床所要求的分辨率。

（4）根据系统的功能要求，需要光电隔离电路和步进电机驱动电路42（7）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。

（8）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。

（9）选择四工位自动回转刀架，选择螺纹编码器等。（7）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43总体方案设计图总体方案设计图44三、机械系统的改造设计方案

1．主传动系统的改造方案

对普通车床进行数控化改造时，一般可保留原有的主传动机构和变速操纵机构，这样可减少机械改造的工作量。三、机械系统的改造设计方案

1．主传动系统的改造方案

452．换装自动回转刀架

为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道工序，将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架，选用常州市宏达机床数控设备有限公司生产的LD4B-CK6140型四工位立式电动刀架。实现自动换刀需要配置相应的电路，由数控系统完成。2．换装自动回转刀架

为了提高加工精度，实现一次装夹完成多道463．螺纹编码器的安装方案

螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或圆光栅。数控车床加工螺纹时，需要配置主轴脉冲发生器，作为车床主轴位置信号的反馈元件，它与车床主轴同步转动；通常直接安装在主轴后端，与主轴同轴比较方便3．螺纹编码器的安装方案

螺纹编码器又称主轴脉冲发生器或474．进给系统的改造与设计方案

首先拆去进给箱、溜板箱、光杠；还要对车床的床鞍进行部分的改造，拆去纵向小拖板、横向拖板，将丝杠换成滚珠丝杠，并且由一端驱动的步进电机来控制。4．进给系统的改造与设计方案

首先拆去进给箱、溜48进给系统改造简图进给系统改造简图49四、进给传动部件的计算和选型

纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：

1、确定脉冲当量

2、计算切削力

3、选择滚珠丝杠螺母副

4、设计减速箱

5、选择步进电动机

四、进给传动部件的计算和选型

纵、横向进给传动部件的计算和选50确定脉冲当量对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.01mm/step和0.005mm/step,在CA6140的技术参数中，要求纵向脉冲当量为0.01mm/step。横向脉冲当量为=0.005mm/step。确定脉冲当量对经济型数控机床来说，常采用的脉冲当量为0.0151计算切削力

纵向切削力计算查阅相关资料计算得：车削时最大工作载荷

=1.15×1340+0.04×(5360+90×9.8)=1790.68(N)最大动载荷=×1.5×1790.68=11740（N）计算切削力

纵向切削力计算查阅相关资料计算得：52横向切削力计算横向进给量为纵向的，取，则切削力约为纵向的：；在切断工件时：

最大动载荷横向切削力计算横向进给量为纵向的，取，则切削力53选择纵向滚珠丝杠螺母副故滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载荷Ca不得小于最大载荷C;因此有Ca＞C=11740N因此初选外循环滚珠丝杠的型号为型CD63×8-3.5-E型经过传动效率计算、刚度验算、压杆稳定性验算等一系列验证此型号滚珠丝杠符合纵向传动要求。选择纵向滚珠丝杠螺母副故滚珠丝杠副的尺寸规格，相应的额定动载54选择横向滚珠丝杠螺母副根据最大负载Q值，可选择滚珠丝杠的型号,外循环插管埋入式双螺母预紧式的滚珠丝杠，型号为2004—2.5—3