1、 . . . 1 / 40農業大學農業大學普普通通本本科科生生畢畢業業設設計計 CA6140CA6140 數控改裝設計數控改裝設計NUMERICALNUMERICAL CONTROLCONTROL REFORMATIONREFORMATION FORFOR LATHELATHE OFOF CA6140CA6140目 錄摘要 1關鍵詞11 前言 12 CA6140 數控車床主要技術參數 23 總體設計方案的確定3 4 傳動系統設計4 41 轉速圖的擬定54.1.1 數控車床的傳動原理設計 54.1.2 公比 確定 64.1.3 結構式的擬定 64.1.4 驗算傳動組的變速圍 74.1.5 計算各

2、軸轉速 74.1.6 齒輪齒數的確定8 42 主傳動改造設計8 43 皮帶輪的設計94.3.1 參數確定 94.3.2 V 帶輪結構設計 9 44 齒輪的設計114.4.1 確定齒輪類型、材料、精度 114.4.2 按齒面接觸強度設計114.4.3 幾何尺寸計算12 45 軸的結構的設計13 46 軸承的改造設計 13 47 主軸脈沖發生器 13 . . . 2 / 40 48 主軸電機的選擇144.8.1 主軸的基本要求144.8.2 主軸電機的使用要求144.8.3 電機工藝性經濟性要求14 49 其它輔助設備的改造設計 154.9.1 減少熱源的熱量154.9.2 各部件間的溫差154.

3、9.3 主軸箱的密封 155 進給系統改造設計 15 51 概述15 5 .2 進給系統改造設計與計165.2.1 縱向進給系統的設計與計算165.2.2 橫向進給系統的設計與計算20 53 進給系統的安裝與調整 216 機床導軌的改造 227 自動轉位刀架的改造設計 228 可控電動尾座設計 249 結論24參考文獻25致26朋友對我文章的賞識，充值后就可以下載此設計說明書（不包朋友對我文章的賞識，充值后就可以下載此設計說明書（不包含含 CADCAD 圖紙）圖紙） 。我這里還有一個壓縮包，里面有相應的。我這里還有一個壓縮包，里面有相應的 wordword 說說 . . . 3 / 40明書和

4、明書和 CADCAD 圖紙。需要壓縮包的朋友聯系圖紙。需要壓縮包的朋友聯系 客服客服1 1：14599196091459919609 或或 客服客服 2 2：19690432021969043202。需要其他設計題目。需要其他設計題目直接聯系！直接聯系！ . . . 4 / 40C CA A6 61 14 40 0 數數控控改改裝裝設設計計摘 要:本設計就是對 CA6140 車床的機械部分進行數控改裝。主要針對傳動系統圖、進給系統、導軌和自動轉位刀架進行改造設計。簡化機械傳動機構，縮短傳動鏈和提高自動化程度，解決復雜的零件加工、精度控制與提高產品質量和生產率等問題。 關鍵詞: 數控改裝;改造設

5、計;傳動機構;傳動鏈Numerical Control Reformation for Lathe of CA6140Abstract:Abstract: Design aims to modify numerical control of the parts of machine mechanism on CA6140.Which are mainly for transmission map, feeding system, rail and transform the automatic indexing turret design. While simplify the transmi

6、ssion mechanism , reduce driving chain and increase the degree of automation to address complex parts processing, precision control and improve product quality and productivity issues. keykey words:words:the numerical control re-equips; the transformation design;the transmission system;the transmiss

7、ion chain . . . 5 / 401 前言 隨著我國工業生產的需要，當前，設備改造是機械工業面臨的一個十分重要的課題，本次設計就是對 CA6140 車床的機械部分進行數控改裝，主要是簡化機械傳動機構縮短傳動鏈，提高自動化程度與數控相適應，同時也解決復雜零件的加工精度控制，提高產品質量和生產率，在這次設計容上主要針對傳動系統圖和進給系統改造設計，導軌的改造設計，自動轉位刀架的改造設計等。為達到本設計的目的，必須查閱相關資料以與向老師請教，同時也得到相關企業參觀考查。就目前，經濟型數控機床，仍然是我國市場經濟需要量最大、銷售量最高。在利用我國現有的大量閑置舊機床，對舊機床進行數控化改造，

8、研制出一種新型高效、多能的經濟型數控機床，是一種推出新、盤活存量資金的有效方法和低成本自動必由之路。而隨著科學技術和社會生產力的迅速發展，對機械產品的質量和生產率提出了越來越高的要求，為使機械加工工藝過程自動化成為實現上述的最重要措施之一。它不僅能夠提高生產質量、提高年產率、降低生產率、降低成本，還能夠極改善生產者的勞動條件。數控技術和數控機床的延生于二十世紀中葉，經過半個世紀來，數控系統經歷了從硬件到計算機數控兩個階段和從電子管數控到基于個人計算機數控平臺六代的發展，數控機床的控制軸數已由半軸的點位控制。兩軸聯動發展到五軸以上聯動，基本上已實現數控自動化。由于數控系統的優越性，目前，在工業發

9、達國家中，數控機床的應用幾乎已擴展到所有加工領域。現今，經濟型數控機床，仍然是我國市場需要量最大，銷售量最高的數控機床，而利用我國現有大量閑置的舊機床，對其進行數控化改造，研制出一種推出新，盤活存量資金的和低成本自動必由之路，而我們研制的 CA6140 小型數控車床正是這個思路的探索與實踐。因此，為了提高產品質量提高產品精度，減少勞動強度，降低成本，實現自動化，對我國原有普通車床進行經濟型的數控改裝，是當前機械工業的個十分重要的課題。2 CA6140 數控車床主要技術參數最大加工工件直徑：400 毫米最大加工工件長度：1000 毫米 . . . 6 / 40主軸孔徑：48 毫米主軸前端孔錐度：

10、莫氏 6 號進給量和螺距圍縱向：0.0120.48 毫米橫向：0.0210.24 毫米快速進給速度縱向：3 米/分鐘橫向：1.5 米/分鐘主軸轉速：正轉 12 級 101400 轉/分鐘主電機功率：7.5 千瓦轉速：1440 轉/分鐘控制坐標數目：2 個脈沖分配方式：逐點比較法輸入方式：絕對值或增量值輸入脈沖當量：Z 軸（縱向）：0.01 毫米/脈沖X 軸（橫向）：0.005 毫米/脈沖車床外形尺寸：長寬高 266810001190 毫米3 總體設計方案的確定CA6140 車床主要用于中小型軸類。盤類以與螺紋零件的加工。這些零件的加工工藝要求完成的主要任務是：控制主軸正反轉和實現其不同切削速度

11、；刀架能實現縱向和橫向的進給，并具備在換刀點自動改變四個刀位完成選擇刀具、冷卻泵、潤滑泵的合、停；加工螺紋時保證主軸轉一致，刀架移動一個補加工螺紋的螺距或導程。這些容是數控改造系統控制的對象。根據 CA6140 車床的有關數據資料，確定CA6140 車床的機械改造方案為：(1) 傳動系統的改造將 CA6140 的正轉 24 級和反轉 12 級改為正轉 12 級和反轉 6 級的簡易經濟型數 . . . 7 / 40控機床。在滿足基本轉速圍和工作性能要求同時，簡化傳動機構，縮短傳動鏈，并在主軸后端安裝光電編碼器，將 CA6140 車床的手動分級變速改造為自動分級變速，使之具有操作方便，結構簡單的特

12、點。(2) 進給系統的改造Z 軸（縱向）進給系統。拆除原機床的進給箱。溜板箱。光桿和絲杠，將步進電機布置在原絲杠左端，利用原機床進給箱的安裝孔和銷釘孔安裝減速齒輪箱，步進電機采用 V 帶輪減速。將滾珠絲桿代替原絲杠，仍安置原絲杠位置，滾珠絲杠采用可預緊安裝方式，安裝方式以減少或消除絲桿產生的彎曲變形，使絲桿拉壓剛度有較大提高。工作時，步進電機經 V 帶傳動到主軸箱，將拖動扭矩傳給滾珠絲杠副，帶動大拖板連接沿縱向往復運動。X 軸（橫向）進給，將步進電機安裝在大拖板上，用法蘭盤將步進電機和機床大拖扳連接，步進電機，齒輪箱體安裝在中拖的后側。第一刀架的改造：拆除原刀架和小拖扳，換上數控刀架。第二電動

13、尾座改造：該改裝可根據加工需要使刀具自動進給或手動進給，采用鏈傳動和牙嵌離合器，結構簡單可靠。4 傳動系統設計CA6140 型車床，其主動鏈可使主軸獲得 24 級正轉（10-1400r/min）和 12 級反轉（14-1580r/min） 。首先分析一下 CA6140 的傳動路線，運動由電機（7.5kw，1450r/min）經 V 帶輪傳動副114mm220mm 傳至主軸箱中的軸 I，在軸 I 上裝有雙向多片摩察離合器 M1，使主軸正轉反轉或停止。當壓緊離合器 M1 左部的摩擦片時，軸 I 的運動經齒輪副 56/38 或者說 51/43 傳動軸，使軸獲得兩種轉速。壓緊右部摩擦片時，經齒輪 50

14、 軸上的空套齒輪 34 傳給軸上固齒輪30，這時軸 I 至軸間多一個中間齒輪 34，使軸的轉向與經 M1 左部傳動時相反。反轉轉速只有一種，當離合器處于中間位置時，左右摩擦片都沒有被壓緊，軸 I 的運動不能傳至軸，主軸停止。運動由軸傳往主軸有兩條路線：高速傳動路線：主軸上的滑移齒輪 50 移至左端，使之與軸上右端的齒輪63 嚙合，運動由軸經齒輪副 63/50 直接傳給主軸，得到 450r/min 至 1400r/min的 6 種高速。低速傳動路線：主軸上的滑移齒輪 Z50 移至右端使主軸上的齒式離合器 M2 齒合軸的運動經齒輪副 20/80 或 50/50 傳給軸，又經齒輪副 20/80 或

15、51/50 傳給軸，再經齒輪副 26/58 和齒式離合器 M2 傳至主軸，使主軸獲得 10500r/min 的 . . . 8 / 40低速。從 CA6140 車床傳動路線分析可得出其還存在以下缺點： CA6140 傳動路線礦長，傳動機構較多，其中傳動軸最少有 4 根，最多有 6根，主軸正轉，齒輪副數最少有 3 對，最多有 5 對，反轉時，最少有 4 對，最多有6 對，這不僅使箱體結構尺寸復雜，造價費用高，而且降低傳動效率，降低加工精度。 CA6140 車床主軸能夠獲得 12 級反轉轉速。作為普通車床，主軸反轉不是用切削加工，而且用于車削螺紋時，切削完一刀之后使車刀沿螺紋線退回，以便提高加工精

16、度，但實際應用中，通常使用的只是其中 2 至 3 種。 在傳動路線上，滑移齒輪達 5 對之多，因滑移齒輪都是采用花鍵聯接，這就使得花鍵軸強度.剛度.材料比普通要高，成本顯然也高。 當主軸正轉時，軸 I 上 Z=56 齒輪帶動軸上 Z=38 齒輪，軸轉速很高，此時軸 Z=39 齒輪帶動齒輪 Z=41，使軸也高速旋轉，也使軸右端齒輪 Z=63 高速轉動。即使空載線速度也很高，也是一個重要的噪聲源。此次 CA6140 數控改裝設計機械設計部分，其設計任務的基本要求為：簡化機械傳動機構，縮短傳動鏈，提高傳動精度。參照有關機床數控改造資料對 CA6140 改造成主軸為 12 級的經濟型數控機床。此改造方

17、案有以下優點： 與 CA6140 車床相比，改造后減少了 2 根傳動軸，而且只有 3 對齒輪傳動，簡化了傳動機構，縮短了傳動鏈，減少制造成本費，提高了傳動精度。 改造后，有 12 級正轉（31.5r/min 至 1400r/min）和反轉 6 級（31.5r/min至 1350r/min）轉速圍與 CA6140 基本一樣，至于最低轉速只有 31.5 轉/分鐘，但進給機構與刀架都已自動化，所以這種轉速能夠滿足使用要求。 經改造后，滑移齒輪由原來的 5 對減少到 3 對，不僅減少了輪齒數和齒輪傳動軸，而且總體結構得到簡化，造價費用也可減少 1/4。 經改造后，改造了齒輪的加工工藝，同時也降低了齒在

18、主軸上嚙合線速度，減少了噪聲源。 價格便宜。僅數控系統與國外同類型系統相比，前者只要 12 萬元，而國外系統則要十幾至幾十萬。 解決復雜零件的加工精度，提高生產率。 提高工人素質，減輕工人的勞動強度，促進技術進步和科技成果的普與應用。 . . . 9 / 404.1 轉速圖的擬定4.1.1 數控車床的傳動原理設計數控車床的傳動原理與臥式車床原則上一樣，只是許多地用電聯系代替了機械聯系。設計臥式車床時，主軸轉速在實際操作中經常改變，需要設置主動變速的換置器官；同時，車削螺紋的導程以與普通車削中的進給量也隨加工對象不同改變，vu所以還需設置換置器官，用以在主軸毎轉一周時，刀具具有不同的位移量。和f

19、uvu的位置不同，可以產生完全不同的設計方案。圖 1 是三種設計方案的比較。圖 1 fu中 a圖 1 傳動原理設計方案圖Fig.1Transmission principle design diagram和 b 都有一個共同的缺點，即在車削一定導程的螺紋時，改變一個切削參數，另一個切削參數隨之改變，因此，在改變某一參數時，對vu和fu都要進行換置，使用起來，非常不便。圖 c 中，vu和fu分別控制主運動的轉速 v 和主軸每轉時刀具的位移量 f，這種設計方案被廣泛采用，它已成為典型的臥式車床的傳動原理圖。 . . . 10 / 404.1.2 公比 確定由于設計的車床是普通型，從使用性能方面考慮

20、公比 最好選小些，以便減少相對轉速損失，但公比 太小，級數就多，將使機床的結構復雜，對于一般生產要求較高的普通車床，減少相對轉速損失是主要的，根據這原因與資料1選定公比=1.26。4.1.3 結構式的擬定已知設計的車床類型為普通型，主軸轉速級數確定為 12 級，選定公比=1.26，擬定該車床的結構式有以下幾種：a.12=232631 b.12=262331c.12=212632 d.12=212234e.12=212632 f.12= 222134為了減少主傳動件結構尺寸，根據三個基本原則：傳動副數“前多后少”原則；傳動線“前密后疏”的原則；降速“前慢后快”的原則；同時也考慮安全可靠，需在第一

21、軸上裝一個安全離合器。因此確定結構式為：12=212234檢查傳動組的變速圍，我們只需檢查最后一個擴大組。因為其他傳動組的變速圍都比它小，根據公式 8-21求得 Rmax= Xn(p2-1)=6.35300mm 時采用輪副式。這里 D=220mm，d=24mm，可采用孔板式帶輪結構，其各部分尺寸由表 8-10 與公式2分別求得如下：bp=19mm hf=16mm ha=5mme=25mmf=17mm=10mmB=(Z-1)e+2f=(3-1)25+217=84mmDw=D+2ha=220+25=230mmd1=(1.8-2)d=(1.8-2)24=44mmD1=D-2(hf+)=220-2(1

22、6+10)=168mmD0=0.5(D1+d1)=84+22=102mm D2d0=(0.2-0.3)(D-d1)=(30-22)=26mmL=(1.5-2)d=36-48=42mm . . . 14 / 40C=(1/7-1/4)B=12-21=16mmV 帶帶輪結構如圖 4 所示：圖 4 V 帶帶輪結構圖Fig. 4V belt pulleys structure4.4 齒輪的設計4.4.1 確定齒輪類型、材料、精度 為了保證加工工件的精度，減少機床振動，在主軸上的齒輪應選斜齒輪，以減少軸向力，徑向力等因素的影響，其余的齒輪都選用直齒圓柱齒輪。考慮到車床的功率較大，故各對齒輪都選用硬質齒面

23、，由表 1012選用齒輪的材料均為 40cr，調質與表面淬火。故初選 7 級精度。初選小齒輪齒數為 Z=21，Z=87，螺旋角 =144.4.2 按齒面接觸強度設計按式 10-212，先確定公式的各計算值：（1）試選 Kt=1.6.（2）由圖 10302選取區域系數 ZH =2.433.（3）由圖 10262查得 a1 =0.87， a2=0.87,則 a=a1+a2=1.65 . . . 15 / 40（4）計算大齒輪傳遞的轉矩P3=7.50.960.992=7.057N3j=125r/min故 T1=95500007.057/125=5.39Nmm（5）許用接觸應力H=(H1+H2)/2=

24、1041.5Mp 試算小齒輪分度圓直徑，由公式（1022）求得： d1t69.599770mm 計算圓周速度V=d1tn1/601000=0.3297m/s 符合要求。 計算齒寬 b 與模數 mntb=dd1t=0.970=63mmmnt=d1tcos/Z=70cos14/21=3.23mmh=2.25mnt=7.275mmb/h=8.65 計算縱向重合度=0.31d8Z1tg14=1.713 計算載荷系數 K已知使有系數 KA=1，根據 V=0.3505m/s，7 級精度，由圖 1082查得動載系數Kv=1.11；由表 1032查得 KHB=1.14，由圖 10132查得 KFB=1.37，

25、由表 1042查 得 KHAKFA1.2，故載荷系數為：K=KAKvKHAKHB=1.88 按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式 1010a2得：d1=78.53mm 計算模數Mnt= d1cos/Z=74.42cos14/21=3.43mm 故取 mn=3mm4.4.3 幾何尺寸計算 計算中心距a=(Z1+Z2)mnt/2cos=167.01mm圓整后為 167mm 計算大小齒輪的分度圓直徑d1=Z1mn/cos=64.95mm . . . 16 / 40d2=Z2mn/cos=269.07mm 計算齒寬b=dd1=0.964.95=58.455mm圓整后取B2=58mm B1=64

26、mm 其他結構尺寸根據圖 10-392求得齒輪參數如表 1 所示。表 1 齒輪參數Table 1 Gear parameters符號 數值(mm)ha 3 hf 3.75 da 275.07 df 261.57 Do 239 D1 191.5 D2 28 D3 144 r 5 （5）齒輪結構圖根據齒輪結構尺寸要求，當齒頂直徑 160da500mm 時，做成腹板式。4.5 軸的結構設計此次改造技術采用的結構與原來的 CA6140 結構大部分一樣。I 軸上有三個傳動副與摩擦離合器與 CA6140 一樣；II 軸上有三個固定齒輪和一個二聯滑移齒輪與CA6140 一樣；III 軸上左端采用的是二聯滑移

27、齒輪，右端采用的是三聯滑移齒輪與CA6140 的左端是三聯滑移齒輪，右端是三個固定齒輪基本相似。故改造時只需把右端軸的結構改為花鍵軸即可。從前三軸來看，結構，尺寸，基本一樣，故前三軸不作大改動，基本結構與軸承保持不變。這樣為改造成本減少許多，提高了改造方案的經濟性，軸 IV 是將 CA6140 的固定齒輪 58 和齒式離合器 50 去掉，將部分改造設計成三對固定齒輪 87，64，40，將操作桿拆除掉，安裝上主軸控制旋轉開關，并在 . . . 17 / 40主軸的后端安裝脈沖發生器，它們之間用彈性聯軸節聯接安裝，保持與主軸同步。在加工螺紋時，使主軸轉速與縱向滾珠絲桿的轉速保持一定的數量關系，從而

28、能按數控加工指令加工出指定的螺紋，主軸上的其它部分均保留不變，不作改造設計。4.6 軸承的改造設計CA6140 機床原來的主軸支承為前后支承，經改造后改為前中后支承，以前中支承為主支承，后支承為輔助支承，考慮到經濟性，其前后支承不進行改造，只將中間支承的軸承 E32216 拆除，在其位置上用加強筋加以支承，更換軸承 D3182120，同時 I，II，III，IV 軸上各個支承均保留不變其原來的位置與型號。將 IV，VII 的各個支承軸承拆除。4.7 主軸脈沖發生器主軸脈沖發生器也叫光電編碼器。其作用是當數控機床加工螺紋時，用主軸脈沖發生器作為車床主軸位置信號的反饋元件，它應與車床主軸同步轉動，

29、并發出主軸角位置變化信號，輸送給計算機。計算機按所需加工的螺距進行處理，控制機床縱向或橫向步進電動機運轉，實現加工螺紋的目的。其加工螺距為：6，5，3.5，3，2.5，2，1.75，1.5，1.25，1，0.75，0.6，0.5，0.4，0.3，0.25共 18 種。主軸脈沖發生器的安裝，通常采用兩種方式：一是同軸安裝，二是采用異軸安裝。同軸安裝的結構簡單，聯接方便。但缺點是安裝后不能加工穿出車床主軸孔的零件，而異軸安裝則沒有這個缺陷，所以目前經濟數控系統改造臥式車床，多采用同軸方式。主軸脈沖發生器從傳動聯接方面分為剛性聯接和柔性聯接。所謂剛性聯接就是常用的軸套方式聯接，這種聯接對聯接件的制造

30、精度和安裝精度要求較高。因為同軸度的差，會引起主軸脈沖發生器的偏扭，造成信號不準，甚至損壞部光柵盤。另一種聯接方式為柔性聯接，即車床主軸與主軸脈沖發生器之間用彈性元件聯接，常用的元件為波紋管和橡膠管。這是較為適用的授聯接方式。須引起注意的是，主軸脈沖發生器屬精密光學元件，安裝時應格外小心，以免損壞光柵盤。另外，在使用中還應注意最高轉速，使用時車床主軸不能超過此轉速。最好能做到使用時可將其裝上，不使用時將其脫開，以延長其使用壽命。4.8 主軸電動機的選擇電動機是機床的一個核心部件，它的選擇直接影響到機床的工作性能與加工精 . . . 18 / 40度，為了滿足要求，選擇合適的 主軸電機需從以下幾

31、個方面考慮。4.8.1 主軸的基本要求機床主軸除了作高速回轉外，還要承受徑向，軸向的切削力，主軸在彎曲、扭轉、交變載荷下按照要求進行起動增速，減速和停止等，因此電機一般要求較高。4.8.2 主軸電機的使用要求與一般用途電機一樣，主軸電機滿足驅動的基本要求即:電機的輸出功率，轉速，轉距等機械負載相匹配.另外不要考慮使用環境，應用場合，工作和使用電源等.因主軸經常起動、加速、切削、制動，停止這樣循環，故機床主軸電機對其控制要恒速運動時要求，平穩，轉速波動小，抗干擾能力強，調速圍寬，并連續可調，電機起動，制動安全可靠。4.8.3 電機工藝性經濟性要求為適應市場經濟需要，主軸電機制造必須具備下列條件:

32、(1) 主軸與電機的制造工藝性好。(2) 主軸電機的裝配，調試，維護性能要好。(3) 主軸電面應具有效率高，壽命長，體積小，重量輕，可控制性好。根據以上要求，我們選擇步進電動機.其優點是:一是在工作狀態下對各種干擾因素不敏感。電壓的波動，電流的數值，波形，溫度的變化等干擾因素在其大小未引起步進電機出現“失步”現象前，不影響其工作狀態。二是誤差不會長期積累。步進電機的步距角是有誤差的，當轉子轉過一定步數以后也出現積累誤差，但轉過 360以后，積累誤差則為“零” 。4.9 其他輔助設備的改造設計4.9.1 減少熱源的熱量根據有關資料對 CA6140 機床的試驗分析，床頭箱的主要熱源以主軸軸承的發熱

33、為主，其前軸承就更為明顯，而軸承的發熱源于液體的動力摩擦，它隨潤滑油的粘度降低而下降，前軸承的 AT 與主軸前端部提高量 DB 約與潤滑油的動力粘度少0.40.5 次方的關系。故改用 T2 高速機油代替原來 30#機油，便可使熱量減少，使DB 下降到 47%左右，同時，增大主軸前軸承側的供油量至 1.52 公升/分，并用油管將油從前中軸承側面射進前中軸承的滾子部分，以減少前中支承的發熱量。4.9.2 各部件間的溫差 . . . 19 / 40從 CA6140 機床的試驗證明：主軸前部提高 DB 是由主軸箱的熱變型（占 60%）與機床床身的熱變（占 40%）兩部分組成，床身的熱變形對于主軸中心線

34、相對于床身導軌的不平行性 Aa 的影響尤為顯著，約占 84%左右，其中 78%是和下部分的變形導致的，6%是導軌部分變形產生的，將潤滑油箱另外獨立于機床，采用強制性循環潤滑，這樣不僅消除了次生熱源，同時使油和箱也起到了散熱作用。4.9.3 主軸箱的密封箱體拆除的零件所留下來的孔徑，用塞子把其塞住，以防灰塵雜質進入主軸箱產生摩擦熱變形與降低加工精度。5 進給系統設計5.1 概述進給傳動系統的改裝，應根據機床自身精度與性能來決定。由于舊車床的改造，一般都是將原來的機床進給傳動系統，即由主軸箱通過掛輪架帶動進給變速箱，將運動傳給光杠或絲杠，再驅動床鞍或中滑板運動的傳動過程，改裝為由功率步進電動機通過

35、消隙減速傳動齒輪，直接帶動滾珠絲杠，使刀架分別實現縱向運動和橫向運動，進行兩個坐標的控制。在機床改造過程中，必須拆除機床上原有的溜板與主軸箱等保留部件進行修理，使精度能達到大修要求。精度符合要求的臥式車床，進行數控化改造，一般對車床部件不做大的運動，只是把床鞍的縱向滑動絲杠副改造為縱向滾珠絲杠副。在縱向滾珠絲杠的右端安裝一消隙減速箱和功率步進電動機。同時，也把中滑板的端向滑動絲杠副改為橫向滾珠絲杠。在橫向滾珠絲杠的外端安裝一消隙減速箱和功率步進電動機。從而，使車床的縱向和橫向運動既能用微機系統進行控制，又能由操作者進行普通操作。在機床改造中，只要把溜板箱中的開合螺母與中滑板上的滑動螺母拆除，在

36、合適位置上安裝好滾珠螺母座即可。在電氣控制方面，為了避免數控操作與普通操作相干涉發生操作失誤現象，必須由電氣連鎖開關控制操作轉換。對于全新或較新車床來說，在進行簡易數控改造時，一般都是全部保留車床的零部件。直接把消隙減速箱和功率步進電機分別安裝在縱向滑動絲杠的右端和橫向滑動絲杠的外端。從而也可以使車床同時具有普通操作功能和簡易數控功能。這時，要注意的問題同樣是必須避免數控操作與普通操作相干涉，發生操作失誤現象。在普通操作與數控操作的轉換中，必須由電氣連鎖開關控制，若要進行數控操作，必須把連鎖開關至“數控位置” ，合緊開合螺母方可進行。5.25.2 進給系統設計與計算進給系統設計與計算5.2.1

37、 縱向進給系統的設計與計算縱向進給系統的設計 經濟型數控車床的改裝一般是步進電動機經減速后驅動 . . . 20 / 40絲杠轉動，螺母固定在溜板箱上，帶動床鞍運動。步進電動機要安裝在絲杠的任意一端，對于車床改造，外觀不必像產品設計要求的那么高，而應從操作、改造方便、實用等方面來考慮。縱向傳動滾珠絲杠改裝，縱向傳動滾珠絲杠，應采用三點支承的形式。若結構中保留進給變速箱，可以使滾珠絲杠的左端通過聯軸套直接連接在進給變速箱的原絲杠聯接軸上。若結構中拆除了進給變速箱，則滾珠絲杠的左端可以一個專用軸承支座，采用軸套式滑動軸承作為徑向支承，在滑動軸承的兩側分別布置一對推動球軸承，進行軸向支承，并且使支承

38、短軸與滾珠絲杠通過軸套聯接起來。滾珠絲杠的右端通過一個聯軸套和消隙減速的輸出軸聯接起來，并且在三杠托架上布置一個軸套式滑動軸承作為徑向支承，對消隙減速箱的輸出軸進行支承，消隙減速箱固定在三杠托架上。滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母與床鞍直接聯接。因此。滾珠絲杠對臟物敏感，要加防護罩。縱向進給系統的計算：已知條件：工作臺重量：g=800N(根據圖紙估算)時間常數：T=25ms滾珠絲杠導程：Lo=6mm行程：=640mm脈沖當量：p=0.01mm/p步距角：=0.75/p快速進給速度：V=5m/min（1）切削力計算 由14可知，切削功率為式中 p-切削功率(KW)； P電動機功率：查機床說明書，p=

39、4kw主傳動系統總功率，一般為.，取 .； K進給系統功率系數，取 k.；則 PC =40.650.96=2.496KW又因為 Pc=FzV/6120 所以 Fz=6120P/V如取切削速度 V=100M/MIN，則主切削力得 . . . 21 / 40Fz=61202.469/100=152.76Kg=1527.6N由14可知，主切削力 FZ=CFZapxFzfYFZKFZ查有關手冊得 CFz=188Kg/mm2=1880MPa XFz=1 YFz=0.75 KFz=1則在不同切削深度與進給量時主切削力計算結果如表 2 所示。表 2 主切削力Table 2 Main forceap/mm f

40、/mm Fz/N2 0.2 11252 0.3 15242 0.4 18913 0.2 16873 0.3 22873 0.4 2837當切削深度 a p =2mm，走刀量 f=0.3mm 時產生的主切削力與前面所計算出的主切削力 Fz =1524N 相近，故以此參數做為下面計算的依據。從1中可得知，在一般車削外圓時Fx=(0.1-0.6) Fz Fy=(0.15-0.7)Fz取 Fx=0.5Fz Fy=0.6Fz則 Fx=0.51527.6=763.8NFy=0.61527.6=916.5N（2）滾珠絲杠設計計算 綜合導軌車床絲杠的軸向工作負載采用下面公式4計算 P=KFx+f(FZ+W)式

41、中 p-工作負載(N) k-考慮顛覆力矩影響的實驗系數，取 K=1.15 Fx-進給抗力Fz-主切削力(N)f-導軌上的磨擦因數，f=0.15-0.18，取 f=0.16W-移動部件的重量，根據已知條件得知 W=800N . . . 22 / 40則 P=1，1763.8+0.16(1527.6+800)+1250.8N 強度計算（滾珠絲杠）壽命值 L=60nT/1062式中 L- 壽命（以 106r 為單位.則為4r） ；n-滾珠絲杠的轉速(r/min)T-機器使用壽命時間(h)絲杠轉速 n 可根據下式求出：n =n主f/Lo=1000vf/D0L0 2式中 n主-主軸轉速(r/min) f

42、-走刀量(mm/r) v-切削線速度，取=100m/min D-工件直徑(mm) L0 -滾珠絲杠基本導程(mm)如取工件直徑 D=80mm， 并查有關手冊得 T=15000h 則 n=10001000.3/3.14806=20r/min L=602015000/106=18106r根據最大動負載公式得C=L1/3fwfHP 2查表 3-34和得運轉系數=1.2， 硬度系數 fH=1則 C=(18) 1/31.211250.8=3933.6N根據最大動負載 C 的值，可選擇滾珠絲杠的型。例如，滾珠絲杠參照漢江機床廠的產品樣本選取 FC1B 系列，滾珠絲杠直徑為 32mm， 型號為 FC1B32

43、*6-5-E2，其額定動載荷是 10689N ，與上面計算結果相比，強度足夠。 效率計算 根據7的公式，絲杠螺母副的傳動效率 為：tg/tg(+)式中 -傳動效率；-絲杠螺旋升角；-摩擦角，其中摩擦角=10 螺旋升角=則 tg325/(325+10)=0.953 剛度驗算 滾珠絲杠在工作負載作用下的變形量計算公式4得 L1=PL0/EF . . . 23 / 40其中 L0 =6mm=0.6cm，對于鋼材其彈性模量 E=20.6106N/cm2P=1250.8N(前面結果） ，滾珠絲杠截面積（按徑計算） ，滾珠絲杠徑根據初選的絲杠參數可得 d=28.031mm=2.8031cm其面積 F=(d

44、/2) 2=(2.803/2) 23.14cm2則 L=(1250.80.6)/20.6106(2.803/2) 23.145.910-6cm滾珠絲杠工作負載 p 和扭矩 M 共同作用下，所引起每一導程變化量 L 為：L=L1+L，因滾珠絲杠受扭矩 M 引起的導程變化量 L2很小，可忽略，即：L=L1. 所以絲杠長度為 100cm 時，導程變形總誤差 為：=100L/L0=1005.910-6/0.6=9.8um/m查有關手冊得知 E 級精度絲杠允許的螺距誤差為 15um/m，故剛度足夠。 穩定性驗算 由于機床原絲杠直徑為 30 mm，現選用的滾珠絲杠直徑為32mm，支承方式不變，所以穩定不存

45、在問題。 齒輪計算根據傳動比與公式得i=360p/L0故取 Z1=32 Z2=40 =20m=2mm b=20mmd1=mz1=232=64mm d2=mz2=240=80mmda1=d1+2ha=68mm da2=d2+2ha*=84mma=(da1+da2)/2=(64+84)/2=72mm5.2.2 橫向進給系統的設計與計算（1）橫向進給系統的設計 經濟型數控改造的橫向進給系統，一般是步進電動機經減速后驅動滾珠絲杠，使刀架橫向運動。具體結構改造方法是：橫向傳動珠絲杠改造 橫向滾珠絲杠也采用三點支承形式，靠近操作者一端應布置一根支承短軸9，通過聯軸套 8 與滾珠絲杠聯接起來。可利用車床原橫

46、向進給絲杠的滑動軸套 11作為徑向支承，并對原支承處進行適當改裝，布置一對推力球軸承 10，以實現軸向支承。在遠離操作者的一端，用聯軸套 5 和聯接短軸 4，把滾珠絲杠 6 與消隙減速箱 2 的輸出軸聯接起來。從而，就可以利用消隙減速箱 2 上的軸承實現對滾珠絲杠另一端的支承。滾珠螺母 7 直接固定在中滑板上。（2）橫向進給系統的設計計算 由于橫向進給系統的設計計算同縱向類似，所用到的公式不再詳細說明，只計算結果，由已知求得： . . . 24 / 40切削力計算橫向進給量為縱向的 1/21/3， 取 1/2， 則切削力約為縱向的 1/2Fz=1/2152.76=76.38Kg=763.8N在

47、切斷工件時Fy=0.5Fz=0.576.38=38.19Kg=381.9N滾珠絲杠設計計算 強度計算 對于燕尾型導軌P=Kfy+f (Fz+W)取 K=1.4 f=0.2 則 P=1.438.19+0.2(76.38+30)=74.74Kg=747.4N壽命值為 L=60nT/106=(601515000)/106=13.5106r最大動荷負載C=L1/3fWfHP=(13.5) 1/31.2174.74=213.55Kg=2135.5N根據最大動荷負載 C 的值，可選擇滾珠絲杠的型號。例如：滾珠絲杠參照漢江機床廠的產品樣本取 FC1B 系列，滾珠絲杠公稱直徑 20mm，型號為 FC1B20*

48、45E2 左，其 額定動負載為 5393N，所以，強度足夠用。 效率計算 螺旋升角 =338，摩擦角 。則傳動效率tg/tg(+)tg338/tg(338+10)=0.956 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負載 P 引起的導程的變化量L1=PL/EF=(74.740.44)/(3.1420.61061.76992)=5.9610-6cm滾珠絲杠受扭矩引起的導程變化量 L2很小，可忽略，即 L=L1， 所以，導程變形總誤差為：=100L/L0=1005.9610-6/0.6=9.93um/m查有關手冊得知 E 級精度絲杠允許的螺距誤差為 15um/m，故剛度足夠。 穩定性驗算 由于選用滾珠絲杠的直徑與

49、原絲杠直徑一樣，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空，變為一端固定，一端徑向支承，所以穩定性增強，故應為不再驗算。（3）齒輪設計與計算 . . . 25 / 40傳動比 i=360 p/L=(360.005)/0.754=0.6故取 Z1=18 Z=30 =20m=2mm b=20mm（齒輪厚度）d1=36m d=60mmda1=40mm da2=64mma=48mm（中心距）5.3 進給系統的安裝調整安裝調整是設備改裝的一個重要環節。采用滾珠絲杠對車床改裝。進行安裝調整時應注意以下問題：安裝中必須注意滾珠螺母的滾珠數量不能隨意增減。滾珠數量過多，會影響滾珠絲杠的正常運動；生產滾珠數量少，會使

50、滾珠數量少，會使滾珠絲杠的承載能力下降。當滾珠出于安裝不慎丟失時，若重新安放滾珠，要盡量保持原有數。如果數目搞不清楚，必須使滾珠在滾道中放滿后，仍留有 46 個滾珠在空隙。安放前，一定在對新裝滾珠進行認真推選，保證新用滾珠的直徑大致與原裝滾珠一致，保持在原裝滾珠的最大直徑與最小直徑之間，表面粗糙度達到原裝滾珠的等級要求。在利于用螺母的間隙調整裝置調整絲杠螺母副的間隙時，應使調緊后產生的預緊力為絲杠副最大負載量的 1/3 為宜。在實際調整中，可以把車床處于最大工作負地載，使絲杠螺母副部仍不產生間隙，或者間障量小于 0.01mm，而且動轉靈活，以此作為螺母間隙調整裝置預緊量的判斷標準。傳動絲杠軸線

51、上各聯軸套上的錐銷孔，應按十字分配方式進行配作，這是因為一聯軸套上分布的錐銷孔，都由同一方向加工時往往會使軸心線度誤差增大。從而會使安裝在傳動絲杠軸線上各零件間的同軸度 誤差增大，產生傳動附加載荷 ，影響絲杠螺母的傳動性能。6 機床導軌的改造臥式車床上的運動部件，如刀架，工作臺都是沿著機床的導軌運動的。導軌的作用就是支承和導向，導軌的導向達式精度過，精度保持性能和低速運動平穩性，直接影響機床的加工期精度，承載能力和使用性能。數控機床上，常使用滑動導軌或滾動導軌。滾動導軌摩擦系數小，動、靜磨擦系數數控接近，因而運動靈活輕便，低速運行時不易產生爬行現象，精度高，但價格昂貴，經濟型數控機床一般不使用

52、滾動導軌。尤其是數控改造，若使用滾動導軌，將大大增加機床床身的改造工作量和改造成本。因此，數控改造一般仍使用滑動導 . . . 26 / 40軌。滑動導軌具有結構簡單，剛性好，抗振性強等優點。普通機床的導軌一般是鑄鐵鑄鐵或鑄鐵淬火鋼導軌。這種導軌的缺點是靜摩擦系數大，且動摩擦系數隨速度的變化而變化，低速時產生爬行現象，影響運動平穩和定位精度。為克服滑動導軌的上述缺點。數控改造一般是將原機床導軌進行修整后貼塑導軌。貼塑導軌摩擦系數小，且動、靜摩擦系數差很小，能防止低速爬行現象；耐摩性、抗咬傷性能強、加工性和化學性能穩定，具有良好的自潤滑性和抗振性；工藝簡單，成本低。目前應用較多的是聚四氟乙稀（P

53、TEE）貼塑軟帶，如美國生產的 Turcite-B 和我國生產的 TSF 軟帶材料。考慮承載變形宜選用厚度小的規格，如果同時考慮到加工余量，選作厚度為 1.6mm 的為宜。貼塑軟帶粘結工藝非常簡單，可直接粘結在原有滑動導軌面上，不受到形式的限制，各種組合形式的滑動導軌均可粘結。粘結前按導軌的精度要求對金屬導軌面的表面，根據需要可進行加工修整。根據尺寸的長、寬放大4mm，切下貼塑軟帶。金屬粘結面與軟帶粘結面應清洗干凈，用特殊配制的粘合劑粘結，加壓固化，等其完全固化時進行修整加工。作為導軌面的表面，根據需要可進行磨、銑、刮研，開油槽、鉆孔等，加以滿足裝配要求。7 自動轉位刀架改造設計刀架是車床的重

54、要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，其結構直接影響機床的切削性能和效率。臥式車床數控改造應將原機床普通手動轉位刀架替換自動轉位刀架。自動轉位刀架由數控系統制，效率高，工藝性能可靠。自動工刀架的工作原理:當微機發出信號后，刀架控制箱中繼電器動作， 電動機正轉驅蝸輪蝸桿減速機構，螺桿升降機構使上刀體升。當上刀體上升到一定高度時， 離合轉盤起作用，帶動上刀體旋轉。刀架上端的發信盤中對每個刀位都安裝有一個霍爾元件，當上刀體旋轉到某一刀位時，該刀位上霍爾元件向數控系統輸出低電平，而其它刀位霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉過程中，發信盤不斷向數控系統反饋刀位信號。數控系統將反饋刀位信號與指令刀位信號相比

55、較，當兩信號同時，說明上刀體已旋轉到所選刀位。此時，數控系統立刻控制刀架控制箱繼電器使電動機反轉，活動銷反靠在反靠盤上初定位。在活動銷反靠作用下，螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數控系統發出轉位完成信號，切斷電源，電動機停轉，完成選刀過程。電動刀子架結構如圖 5 所示： . . . 27 / 401-上刀體 2-活動銷 3-反靠盤 4-固定軸 5-下刀體 6-蝸桿 7-螺桿 8-離合器盤 9-霍爾元件 10-磁鋼圖 5 電動刀子架結構圖Fig. 5 Electric knife frame structure自動轉位刀架的安裝:在進行臥式車床數

56、控改造安裝自動刀架時，拆除小滑板，置刀架于中滑板上。此時，刀架高度應使車床前刀面基本通地車床主軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調整其高度，然后，卸掉電動機風扇，逆時針方向轉動電動機，使上刀體相對下刀體轉動 45左右。打裝螺孔，將刀架固定于中滑板上即可。8 可控電動尾座可控尾座結構如圖所示。其工作原理為：電動機接通后，通過齒輪減速器帶動絲杠傳動。通過裝在軸套 2 上絲杠螺母使軸套前進并壓縮蝶形彈簧 4，當頂尖頂緊工件時，螺母與軸套不能前進，因此迫使絲杠后退壓縮蝶形彈簧，并使大齒輪后退。大齒輪壓下頂桿 5，頂桿 5 壓下開關 6，切斷電動機電源，頂緊過程結束。可控電動尾座結構簡單，工作可靠，只有在頂尖頂緊工作并達到定力時，頂緊過程才結束，并有手動和計算機控制二種方式。故適合簡易改造的 CA6140 車床。可控電動尾座結構如圖 6 所示： . . . 28 / 401-尾架體 2-軸套 3-螺母 4-壓縮碟形彈簧5-頂桿 6-連接盤 7-端蓋圖 6 可控電動尾座結