【正文】 四、有利于企業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大 在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中 ,中小批量甚至單件生產(chǎn) ,個(gè)性化的產(chǎn)品占有相當(dāng)大的比重 ,尤其是我國(guó)加入世貿(mào)組織后 ,成為世界性的加工基地 ,產(chǎn)品出口的增長(zhǎng)迅速 ,從低附加值、勞動(dòng)密集型產(chǎn)品逐步過(guò)度到高附加值的精密型零件的出口，高精度的數(shù)控機(jī)床起了重要的作用。數(shù)控機(jī)床是最能適應(yīng)這種生產(chǎn)需要的。 五、有利于企業(yè)的工業(yè)化水平的提高 以數(shù)控機(jī)床為代表的現(xiàn)代基礎(chǔ)機(jī)械是制造實(shí)現(xiàn)生 產(chǎn)現(xiàn)代化的重要設(shè)備，數(shù)控技術(shù)水平的高低和機(jī)床的數(shù)控化率，數(shù)控設(shè)備的擁有量已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。 六、有利于企業(yè)的多方面發(fā)展 數(shù)控技術(shù)用于機(jī)床的改造是建立在微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上，具有高可靠性、柔性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化、經(jīng)濟(jì)性可觀等特點(diǎn)。為此，在舊機(jī)床上進(jìn)行數(shù)控化改造可以提高機(jī)床的使用性能、降低生產(chǎn)成本、用較少的資金投入而得到較高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 5 大的經(jīng)濟(jì)效益 。 第二章 數(shù)控化改造方案 一、 改造的內(nèi)容 普通車(chē)床的數(shù)控化改造主要有 4 個(gè)內(nèi)容：（ 1）車(chē)床的主軸的正、反向轉(zhuǎn)數(shù)控制和實(shí)現(xiàn)其不同切削速度的主軸 變速。（ 2）車(chē)床縱橫兩個(gè)方向的走刀量控制。由計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)傳動(dòng)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)。（ 3）自動(dòng)換刀的控制。是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)角的目的。（ 4）在加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)、刀架移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的螺距或?qū)С獭? 二、改造原則 確定具體改造方案的基本原則是：在滿足使用要求的前提下對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本、增強(qiáng)抗干擾性。 三、改造方案 采用 SINUMERIK802D 數(shù)控系統(tǒng)，由 I/O 接口輸出步進(jìn)脈沖，步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速齒輪減速后帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，利用滾珠絲杠螺母副從而實(shí)現(xiàn)縱向、橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。使用 四方刀架進(jìn)行自動(dòng)換刀。此外，為了保證車(chē)床加工螺紋的功能和防止意外事故的發(fā)生，增加光電編碼器和電路中設(shè)置了保護(hù)電路。 四、進(jìn)給系統(tǒng)改造的要求 具有較高的定位精度、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)要好、穩(wěn)定性要好，為了確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性。要求進(jìn)給系統(tǒng)達(dá)到無(wú)間隙、低慣量、高剛度和高諧頻率以及適應(yīng)的阻尼等。 第三章 介紹 CA6140普通車(chē)床 第一節(jié) 簡(jiǎn)單介紹 一、機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù) 1．機(jī)床的組成 CA6140 車(chē)床的主要組成部件由圖 1 所示。 圖 1 CA6140 車(chē)床外形圖 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 6 1．主軸箱 主軸箱 1 是一部件，由箱體、主軸、傳動(dòng)軸、軸上傳動(dòng)件、變速操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封件等組成。主軸通過(guò)前端的卡盤(pán)或者花盤(pán)帶動(dòng)工件完成旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，也可以安裝前尖頂通過(guò)撥盤(pán)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。 2．刀架 四方刀架裝在小滑板上，而小滑板裝在中滑板上，縱滑板可沿床身導(dǎo)軌縱向移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來(lái)車(chē)外圓、鏜內(nèi)孔等。而中滑板相對(duì)于縱滑板作橫向移動(dòng)，用來(lái)帶動(dòng)刀具加工端面、切斷、切槽等。小滑板可相對(duì)中滑板改變角度后帶動(dòng)刀具斜進(jìn)給，用來(lái)車(chē)削內(nèi)外短錐面。 尾座 尾座 3 可沿其導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置 ，其上可安裝頂尖支撐長(zhǎng)工件的后段以加工長(zhǎng)圓柱體，也可以安裝孔加工刀具加工孔。尾座可橫向作少量的調(diào)整，用于加工小錐度的外錐面。 進(jìn)給箱 進(jìn)給箱 8 內(nèi)裝有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)及操作裝置，通過(guò)改變進(jìn)給量的大小，可改變所加工螺紋的種類(lèi)及導(dǎo)程。 床身及床腿 床身 4 是機(jī)床的支承件，它安裝在左床腿 7 和右床腿 5 上并支承在地基上。床身上安裝著機(jī)床的各部件，并保證它們之間具有要求的相互準(zhǔn)確位置。床身上面有縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和尾座縱向調(diào)整移動(dòng)的導(dǎo)軌。 溜板箱 溜板箱 6 與縱向滑板（床鞍）相連，溜板箱內(nèi)裝有縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)換向機(jī)構(gòu)和快速進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。 2． CA6140 車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù)，如表 1. 表 1 CA6140車(chē)床的主要技術(shù)參數(shù) 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 400mm 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 210mm 最大工件長(zhǎng)度 750、 1000、 1500mm 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 7 主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離 205mm 最大車(chē)削長(zhǎng)度 650、 900、 1400mm 主軸孔徑 48mm 主軸轉(zhuǎn)速 正轉(zhuǎn)（ 24 級(jí)） 10～ 1400r/min 反轉(zhuǎn)（ 12 級(jí)） 14～ 1580r/min 刀架縱向及橫向進(jìn)給量 各 64 種 縱向 一般進(jìn)給量 ～ 小進(jìn)給量 ～ 加大進(jìn)給量 ～ 橫向 一般進(jìn)給量 ～ 小進(jìn)給量 ～ 加大進(jìn)給量 ～ 刀架縱向快速移動(dòng)速度 4m/min 車(chē)削螺紋范圍 米制螺紋（ 44種） 1～ 192mm 英制螺紋（ 20種） 2～ 24 牙 /in 模數(shù)螺紋（ 39種） ～ 48mm 經(jīng)節(jié)螺紋（ 37種） 1～ 96 牙 /in 主電動(dòng)機(jī) 功率 轉(zhuǎn)速 1450r/min 快速電動(dòng) 機(jī) 功率 250kw 轉(zhuǎn)速 2800r/min 第二節(jié) 加工范圍及特點(diǎn) 一．加工范圍 CA6140 車(chē)床的工藝范圍很廣，它能完成車(chē)削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車(chē)削端面、各種螺紋、成形回轉(zhuǎn)面和環(huán)形槽等多種多樣的加工工序。也可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。其典型表如圖 2所示。 CA6140 車(chē)床主運(yùn)動(dòng)由工件隨主軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由刀架的橫向動(dòng)來(lái)完成。由于機(jī)械產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)表面的零件很多。車(chē)床的工藝范圍又較廣泛，因此 CA6140 車(chē)床使用十分廣泛。 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 二． CA6140車(chē)床的加工特點(diǎn) 1 加工范圍較大。 2 加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是工件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的縱向和橫向移動(dòng)。 3 正常情況下，在車(chē)削加工過(guò)程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。 4 在車(chē)削加工過(guò)程中切屑和刀具之間的劇烈擠壓和摩擦，以及刀具與工件之間的摩擦，產(chǎn)生了大量的切削熱，但大部分熱量被切屑帶走，所以 CA6140 在加工過(guò)程中一般可以不使用切削液。 5 在一般情況下，這種機(jī)床多用于粗加工和半精加工。 第三節(jié) 傳動(dòng)系統(tǒng)的介紹 CA6140 車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖 3。 圖 3 CA6140 車(chē)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 一 .主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 寫(xiě)傳動(dòng)路線表達(dá)式的方法是“抓兩頭帶中間”，即將首件通過(guò)中間傳動(dòng)件將末端件聯(lián)系起來(lái)，對(duì)于 CA6140 型臥式車(chē)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈來(lái)說(shuō)，即從主電動(dòng)機(jī)經(jīng)Φ 130mm 帶輪帶動(dòng)Φ 230mm 帶輪，從而帶動(dòng)Ⅰ軸，Ⅰ軸上有雙摩擦離合器M1， M1向左結(jié)合，左邊的 z5 z56 雙聯(lián)齒輪與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)兩對(duì)傳動(dòng)副「 5638 ，5143 」傳動(dòng)Ⅱ軸實(shí) 現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)。 M1 向右結(jié)合，由 z50 與Ⅰ軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)， z50 通過(guò)Ⅶ軸z34 傳動(dòng)Ⅱ軸上的 z30 實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。 M1處于中間，則Ⅰ軸空轉(zhuǎn)，即不傳動(dòng)左邊的 z51和 z56，也不傳動(dòng)右邊的 z50，Ⅱ軸的運(yùn)動(dòng)通過(guò)Ⅱ —— Ⅲ軸之前的三對(duì)傳動(dòng)副「 3950 ，2258 ， 3050 」傳動(dòng)Ⅲ軸，Ⅲ軸有兩條路線可傳動(dòng)主軸，即通過(guò)Ⅵ 軸上的 M2 ， M2 向左滑移至 z63 與 z50 嚙合，使得Ⅲ軸通過(guò)﹝ 2080 ， 5050 ﹞ 直接傳動(dòng)主軸Ⅵ軸，實(shí)現(xiàn)主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，即為 450～ 1400r/min。若 M2 向右結(jié)合，Ⅲ軸通過(guò)﹙ 2080 ， 5150 ﹚ 傳動(dòng)Ⅳ軸，Ⅳ軸通過(guò)﹝ 2080 ， 5150 ﹞傳動(dòng)Ⅴ軸， Ⅴ軸通過(guò) 2658 傳動(dòng)Ⅵ軸（主軸） ，其傳動(dòng)路線表達(dá)式為 二．車(chē)螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) CA6140 型臥式車(chē)床的螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)可車(chē)削米制，模數(shù)制，英制和徑節(jié)制 4種標(biāo)準(zhǔn)螺紋，另外還可以加工大導(dǎo)程螺紋，非標(biāo)準(zhǔn)螺紋及較精密螺紋以及右旋，左旋螺紋。 車(chē)制螺紋時(shí)，刀架通過(guò)車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈得到運(yùn)動(dòng)，兩端件 —— 主軸，刀架之間必須高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系 ，即主軸每轉(zhuǎn)一周，刀具移動(dòng)一個(gè)被加工螺紋的導(dǎo)程 L。車(chē)螺紋傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)平衡式為： 1 UL??絲主 軸 =L 式中 U為主軸至絲杠間全部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比； L絲為機(jī)床絲杠的導(dǎo)程， CA6140 型車(chē)床的絲杠導(dǎo)程 L 絲 =12mm； L為工件螺紋的導(dǎo)程（ mm）。 三、縱向、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 車(chē)削內(nèi)、外圓柱表面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的縱向進(jìn)給車(chē)削端面時(shí)，可使用機(jī)動(dòng)的橫向進(jìn)給。為了減少絲杠的摩孫和便于操作，保證螺紋傳動(dòng)鏈的精度，機(jī)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)鏈不用絲杠及開(kāi)合螺母?jìng)鲃?dòng)。機(jī)動(dòng)進(jìn)給是由光杠 XIX 經(jīng)溜板箱傳動(dòng)。 從主軸 VI 至進(jìn)給箱軸 XVII 上滑移齒輪 Z28 處于左位，使 5M 脫開(kāi)，從而切斷進(jìn)給箱與絲杠的聯(lián)系。運(yùn)動(dòng)由齒輪副 2856 及聯(lián)軸節(jié)傳至光杠 XIX，再由光杠通過(guò)溜板箱中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別傳至齒輪齒條機(jī)構(gòu)或橫向進(jìn)給絲杠 XXVII，使刀架做縱向或橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給。溜板箱內(nèi)的雙向齒式離合器 8M 及 9M 分別用于縱、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的接通、 斷開(kāi)及控制進(jìn)給方向。CA6140 型臥式車(chē)床可以通過(guò) 4種不同的傳動(dòng)路線來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而獲得縱向和橫向進(jìn)給量各 64 種。以同樣傳動(dòng)路線傳動(dòng)時(shí)，橫向進(jìn)給量為縱向進(jìn)給量的一半。 、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給的傳動(dòng)路線表達(dá)式為 (32 種 ) 5 8 3 3 6 3 1 0 0 2 5 2 5 3 6 2 8 3 6 3 2 4 4 0 2 8 2 . 5 1 25 8 3 3 1 0 0 7 5 3 6 3 6 2 5 5 6 3 2 5 6 2 9 4 8 8 0f I i i m m?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?縱 基 倍主 軸 ? 基 倍 (64 種 ) 5 8 3 3 6 3 1 0 0 2 5 2 5 3 6 2 8 3 6 3 2 4 4 0 4 8 5 9 55 8 3 3 1 0 0 7 5 3 6 3 6 2 5 5 6 3 2 5 6 2 9 4 8 4 8 1 8f I i i m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?縱 基 倍主 軸 ? 基 倍 橫向機(jī)動(dòng)進(jìn) 給量為縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給量的一半。 四、刀架的快速移動(dòng) 在 CA6140 車(chē)床上加工零件時(shí)，為了縮短輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率：刀架可實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)縱向、橫向快速移動(dòng)。按下快速移動(dòng)按鈕（點(diǎn)動(dòng)控制），快速電機(jī)（ ， 2800rpm）經(jīng)齒輪副 13/29 使軸 XX 高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)蝸桿副 4/29 及溜板箱內(nèi)的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向的快速移動(dòng)，快速移動(dòng)的方向由溜板箱內(nèi)的雙向離合器 M8及 M9控制。 第四章 設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng) 第一節(jié) 設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速齒輪的設(shè)計(jì)、步 高 等教育自學(xué)考試畢業(yè)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 進(jìn)電機(jī)的確 定等。 操作步驟為：拆除原 CA6140 車(chē)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（進(jìn)給箱、溜板箱、傳動(dòng)絲杠、光杠、操作絲杠），利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷(xiāo)釘孔，安裝步進(jìn)電機(jī)減速箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置，兩端仍采用原固定方式（一端固定、一端浮動(dòng)）。由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，所以縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體剛性?xún)?yōu)于從前，所以采用一級(jí)齒輪減速裝置。 已知條件，如表 2： 表 2 已知條件 最大工件直徑 /mm 最大工件長(zhǎng)度 /mm 溜板及刀架重量 /mm 刀架快移速度 m/min 最大進(jìn)給速度 m/min 定位精度 mm 主電動(dòng)機(jī)功率 /kw 起動(dòng)加速時(shí)間 /ms 滾珠絲杠導(dǎo)程 /mm 床身上 床鞍上 750/1000 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 縱向 橫向 400 210 800 600 177。 30 6 5 選擇脈沖當(dāng)量 根據(jù)機(jī)床精度要求選擇脈沖當(dāng)量，縱向： ，橫向?yàn)榭v向的一半，即 。 一、切削力的計(jì)算 車(chē)床的主電動(dòng)機(jī)最大切削功率 P切 =P主 η K 式中 P主 —— 主電動(dòng)機(jī)功率， CA6140 車(chē)床 P主 = η —— 主傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般為 ～ ，取η = K—— 進(jìn)給系統(tǒng)功率總效率 取 K= ∴ P切 = = 又 ∵ 切削力 P切 = 31060cFv? 式中 FC —— 主切削力（ N）