【正文】 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 1 摘 要 我國(guó)目前機(jī)床總量 380 余萬(wàn)臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 萬(wàn)臺(tái)，即我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近 10年來(lái)，我國(guó)數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 ～ 萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。我國(guó)機(jī)床役齡 10 年以上的占 60%以上； 10年以下的機(jī)床中，自動(dòng) /半自動(dòng)機(jī)床不到 20%， FMC/FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60%以上）。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在 質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 物競(jìng)天擇，一些不適應(yīng)社會(huì)發(fā)展在機(jī)床必將被淘汰，所以實(shí)施機(jī)床的數(shù)控化改造是機(jī)械行業(yè)在必然趨勢(shì)。通過搜集資料、實(shí)踐研究等方法對(duì)機(jī)床就行改造即是用較少的成本去創(chuàng)造更高的價(jià)值。而這也將極大的推動(dòng)中國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、 見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：機(jī)床的數(shù)控化改造可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 關(guān)鍵字： 機(jī)床、數(shù)控化、改造、意義 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 2 目 錄 第一章 數(shù)控機(jī)床改造的意義 第二章 CA6140車床簡(jiǎn)介 第一節(jié) CA6140 車床概述 ????????????????? 4 第二節(jié) CA6140 車床的加工范圍及特點(diǎn) ??????????? 6 第三節(jié) CA6140 車床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析 ???????????? 7 第 三 章 總體改造方案及進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 總體改造方案 ?????????????????? 9 第 二 節(jié) 縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ?? ????????????? 9 第 三 節(jié) 橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ??????????????? 18 第 四 章 主軸及機(jī)床控制系統(tǒng)的改造 第一節(jié) 主軸電機(jī)的改進(jìn) ???????????????? ? 26 第二節(jié) 主軸脈沖編碼器的運(yùn)用 ?????????????? 26 第三節(jié) 刀架的設(shè)計(jì) ??????????????????? 28 第四節(jié) 機(jī)床導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) ?????????? ??????? 29 第五節(jié) 坐標(biāo)系的建立 Y、 X、 Z 軸的限位和參考返回電路 ??? 30 第六節(jié) 配置用鍵和變頻器的安裝 ????????????? 31 第七節(jié) 機(jī)床的安裝、調(diào)試、與精度檢驗(yàn) ???????? ?? 31 致謝 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 3 第一章 數(shù)控機(jī)床改造的意義 一、 機(jī)床現(xiàn)狀 我國(guó)是生產(chǎn)和使用機(jī)床最多國(guó)家之一 ,現(xiàn)有金屬切削機(jī)床 400 萬(wàn)臺(tái)左右，但現(xiàn)有的機(jī)床大多數(shù)服役年限較長(zhǎng) ,設(shè)備陳舊落后 ,功能嚴(yán)重不足 ,運(yùn)運(yùn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。 二、 技術(shù)分析 在過去的幾十年 ,金屬切削機(jī)床的 基本 動(dòng)作是原 理變化不大。如今科學(xué)技術(shù)發(fā)展很快 ,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用到機(jī)床控制系統(tǒng)上 ,不但能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度 ,而且能提高加工精度和表面質(zhì)量。近年來(lái) ,我國(guó)已經(jīng)積極開展了對(duì)機(jī)床數(shù)控化再制造技術(shù)的研究 ,如武漢華中數(shù)控公司先后完成了 50多家企業(yè)數(shù)百臺(tái)設(shè)備的數(shù)控化在制造。實(shí)踐證明。改造的機(jī)床滿足了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展需要 ,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度 ,增大了設(shè)備的適應(yīng)能力和型面的加工范圍 (曲面、各種螺紋的加工等 ),利用日臻完善的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)及配套部件改造現(xiàn)有的普通機(jī)床的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。 三、 市場(chǎng)分析 國(guó)內(nèi)資料分析 ,訂 購(gòu)新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長(zhǎng) ,往往不能滿足用戶的需要 ,而改造的數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應(yīng)用 ,機(jī)床的數(shù)控化改造已成為滿足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段 ,對(duì)中、小型企業(yè)來(lái)說是十分理想的選擇。 四、 經(jīng)濟(jì)分析 由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴 ,一次性投資巨大 ,如果把舊機(jī)床設(shè)備全部用新型機(jī)床替換。要花費(fèi)大量的資金 ,而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來(lái)造成巨大浪費(fèi) ,若采用數(shù)控技術(shù)對(duì)舊機(jī)床加以改造和購(gòu)買機(jī)床相比 ,則可省 50%以上的資金 ,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能裝置的 1/3 到 1/5。一般用戶都能 承擔(dān)的起 ,這為資金緊張的中小型企業(yè)的技術(shù)改造開辟了新路 ,也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。 五、 生產(chǎn)分析 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。 六、 重要性分析 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。 七、 綜合分析 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 4 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大的經(jīng)濟(jì)效益 。 第二章 CA6140車床簡(jiǎn)介 CA6140 車床是一種機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜而電氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單的機(jī)電設(shè)備，是用來(lái)進(jìn)行車削加工的機(jī)床。在加工時(shí)，通過主軸和刀架運(yùn)動(dòng)的相互配合來(lái)完成對(duì)工件的車削加工。車床的種類很多，按其用途和 結(jié)構(gòu)的不同，可分為臥式車床、落地車床、立式車床、仿形車床、轉(zhuǎn)塔車床、多刀半自動(dòng)車床、自動(dòng)車床等。 第一節(jié) CA6140 車床概述 一、機(jī)床的組成和主要技術(shù)參數(shù) 1．機(jī)床的組成 CA6140 車床的主要組成部件由圖 1 所示。 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。主軸通過前端的卡盤或者花盤帶動(dòng)工件完成旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，也可以安裝前尖頂通過撥盤帶動(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)軌縱圖 1 CA6140 車床外形圖 1— 主軸箱 2— 刀架 3— 尾座 4— 床身 5— 右床腿 6— 溜板箱 7— 左床腿 8— 進(jìn)給箱 6— 溜板箱 7— 左床腿 8— 進(jìn)給箱 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 5 向移動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具縱向移動(dòng)，用來(lái)車外圓、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，通過改變進(jìn)給量的大小，可改變所加工螺紋的種類及導(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 車床的主要技術(shù)參數(shù) ，如表 1. 表 1 CA6140車床的主要技術(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 主軸中心至床身平面導(dǎo)軌距離 205mm 最大車削長(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 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 6 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) CA6140 車床的加工范圍及特點(diǎn) 一．加工范圍 CA6140 車床的工藝范圍很廣，它能完成車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、車削端面、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。車床的工藝范圍又較廣泛，因此 CA6140 車床使用十分廣泛。 二． CA6140 車床的加工特點(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，在車削加工過程中，切削力比較穩(wěn)定，加工比較平穩(wěn)。 4 在車削加工過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。 圖 2車床加工的典型零件 安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)控工程系 畢業(yè)（論文）設(shè)計(jì) 7 第三節(jié) CA6140 車床的傳動(dòng)系統(tǒng)分析 CA6140 車床的傳動(dòng) 西統(tǒng)，由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、車螺紋進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)組成，見圖 3。 一 .主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 寫傳動(dòng)路線表達(dá)式的方法是“抓兩頭帶中間”，