【正文】 目 錄1 總體方案 0 CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 CK6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定 2 數(shù)控車床 2 CK6140數(shù)控臥式車床的擬定 22 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說明 4 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 4 參數(shù)的確定 4 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5 轉(zhuǎn)速圖的擬定 8 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 11 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算 19 展開圖設(shè)計(jì) 36 53 滾珠絲桿副的選擇 53 583 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 62 62（CPU）的類型 62 63I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 64參 考 文 獻(xiàn) 70致 謝 72LATHES 77 1 總體方案 CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展自第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國問世至今的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個(gè)階段的發(fā)展過程。其中，第一個(gè)階段為NC階段；第二個(gè)階段為CNC階段，從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實(shí)際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從20世紀(jì)90年代開始，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，PC微機(jī)的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進(jìn)展日新月異，計(jì)算機(jī)所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強(qiáng)，而成本卻越來越低，原來在大，中型機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)。在美國首先推出了基于PC微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，即PCNC系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面討論機(jī)床。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工藝復(fù)合和軸化（4）.實(shí)時(shí)智能化（1）.用戶界面圖形化（2）.科學(xué)計(jì)算可視化（3）.插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化（4）.內(nèi)置高性能PLC（5）.多媒體技術(shù)應(yīng)用（1）.集成化（2）.模塊化（3）.網(wǎng)絡(luò)化（4）.開放式閉環(huán)控制模式 CK6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定 數(shù)控車床 數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡稱NC）機(jī)床，它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制機(jī)床，而數(shù)控車床四其中的一類使用性很強(qiáng)的機(jī)床形式。數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同的是，數(shù)控車床的主機(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)：（1）.由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡化。（2）.為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。（3）.更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌高，CNC裝置這是數(shù)控車床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 CK6140數(shù)控臥式車床的擬定，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能，還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。，主運(yùn)動(dòng)部分z=18級(jí)，即傳動(dòng)方案的選擇采用有級(jí)變速最高轉(zhuǎn)速是2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是40r/min。，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。，選用摩擦小，傳動(dòng)效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤滑方法簡單。（附注：）2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說明 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 參數(shù)的確定一. 了解車床的基本情況和特點(diǎn)車床的規(guī)格系列和類型1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說明了。 （規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB158279，JB/Z14379）：最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號(hào)（JB252179）是6；最大工件長度L是750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級(jí)數(shù)范圍是：18；縱向進(jìn)給量mm/～；主電機(jī)功率（kw）～10。二. 參數(shù)確定的步驟和方法1. 極限切削速度umax﹑umin根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下：取umax=300m/min； umin=30m/min。2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速計(jì)算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。ā〥和（～）D。由于D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： nmax=r/min ……………………………… =2000r/min ； nmin=r/min …………………………… =40r/min ； 由于轉(zhuǎn)速范圍 R = = …………………………… = 50 ；因?yàn)榧?jí)數(shù)Z已知： Z=18級(jí) ?，F(xiàn)以Φ===得R=50和355 ，因此取Φ=。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ=～10000的數(shù)值，因Φ==，從表中找到nmax=2000r/min，就可以每隔3個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得：2000，1600，1250，1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40。3. 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)z和公比￠已知 : =Rn Rn=且： z=18=4. 主電機(jī)功率—?jiǎng)恿?shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量：根據(jù)設(shè)計(jì)書表中推薦的數(shù)值： 取 P= 傳動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有ZZZ3…個(gè)傳動(dòng)副。即 Z=Z1 Z2 Z3 ……………………………… 傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子:Z= ……………………………… 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（3+3+2）+2x2+1=21個(gè)軸向尺寸 19b傳動(dòng)軸數(shù)目 6根操縱機(jī)構(gòu) 簡單，兩個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，一個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪 總的傳動(dòng)系統(tǒng)18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或3x2x3選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。三. 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排對(duì)于18級(jí)的傳動(dòng)可以有三種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這三個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是： 18=3［1］3［3］2［9］傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。四. 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比umin≥，最大傳動(dòng)比umax≤2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過極限值的所有傳動(dòng)方案。極限傳動(dòng)比及指數(shù)x，值為：極限傳動(dòng)比指數(shù) x：umin== 6 值；umax==2 3（x+）值：umin==8 9五. 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］即是： Z=18=3［1］3［3］2［9］ 轉(zhuǎn)速圖的擬定運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具體化。一. 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：1. 電機(jī)功率N：根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 N=異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 在此處選擇的是： nd=1500r/min 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動(dòng)。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī) 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊(cè)查到。根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用： Y132S4 電動(dòng)機(jī)Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)化成主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。Ⅰ軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸間的傳動(dòng)方式，如用帶傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計(jì)選用： n1=960r/min 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（如采用先升后降的傳動(dòng)），中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：d∝ 、 m∝，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于85dB）加大： N空=) KW ………………………… 式中：C系數(shù)，兩支承滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承C=，三支承滾動(dòng)軸承C=10；da所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）；d主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm）；∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。 ……………… （mz）a—所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm；（mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值mm；q傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對(duì)數(shù)；β主軸齒輪螺旋角；CK系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床C1=。車床K=54，銑床K=。從上訴經(jīng)驗(yàn)公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和∑n對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正：，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。∠8m/s（可用7級(jí)精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比：1. 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比umax≤2。過大，容易引起震動(dòng)和噪音。，最小傳動(dòng)比umin≥1/4。過小，則使主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 主