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1、I 摘 要 本论文叙述了 CA6140 型车床的各主要部件及工作原理，结构及机床的进给 运动的传动装置。 CA6140 型车床的转塔刀架是其主要的工作刀架，主要的切削加工工作由它 担负，前后刀架为辅助刀架。本文介绍了转塔刀架的结构及其控制原理，同时也 介绍了机床主轴变速机构的机构及液压系统的情况。 结构设计部分着重论述了转塔刀架的纵向进给系统、转塔刀架自动转位的设 计及重要部位的设计及校核；电气控制部分则主要介绍了 PLC 在机床上的应用。 关键词： 转塔刀架；前后刀架; 进给系统：PLC Abstract This thesis was narrated the kinetic gearin
2、g of feed of each major component and work principle, structure and machine tool of lathe of CA6140-1s mould. The cupola tool carrier of lathe of CA6140-1s mould is his central work tool carrier, and central cutting processing work is born by it, and the tool carrier is the supplementary tool carrie
3、r from beginning to end. This text, article, etc. was introduced the structure of cupola tool carrier and is reached his and controls the principle, and also introduces the organization of machine tool principal axis speed change organization and the circumstances of hydraulic system at the same tim
4、e. Vertial feed system the discussing the cupola tool carrier, design of automatic indexing of cupola tool carrier and the design of important position and school nuclear are partly stressed to the structural design; But the electric control part was chiefly introduced the application on the machine
5、 tool of PLC. The keyword: the turret tool post; The tool carrier from beginning to end; The feed system: PLC II 前 言 大学生活即将结束，在这美好的四年中我学到了各方面的知识。本次毕业设 计对我所学知识作了全面的考察，让我对机械设计制造及其自动化这个专业有了 全面的了解。 我设计的题目是 CA6140 型车床刀架的数控改造。此题目涉及的知识面很广， 是机械，电气，液压的综合运用。CA6140 型车床用于：形状比较简单的盘套类零 件的加工 且主要用于工件的粗加工和半精加工，适用于汽车
6、，拖拉机，机床，通用机 械等成批及大量生产制造中。虽然此机床具有定的万能性，但它仅仅解决了大 批量生产用的机床自动化问题。为了适应中，小批量及每月有定重复批量的自 动化要求，必须对它进行数控改造。 在设计过程中，经李枫老师的精心指导下以及其他老师的大力帮助下，我顺 利完成厂本次的设计任务，编者在此致以衷心的感谢。 由于本人设计水平有限，加之设计时间仓促，在设计中肯定有很多，错误和 不足之处，恳切期待各位老师和同学的批评指正！ III 设计人：李伟明 二零零五年六月于大庆石油学院 目 录 摘 要I AbstractII 目 录.IV 第 1 章 设计任务的提出.1 第 2 章 机床的主要技术性能
7、.2 2.1 CA6140 型机床的主要技术性能 2 2.2 改进后增加的技术参数2 2.3 CA6140 型车床的特点 3 第 3 章 结构设计方案.4 3.1 纵向进给的改装4 3.2 滚珠丝杠螺母副5 3.3 步进电机13 3.4 降速齿轮在进给系统中的应用18 3.5 回转刀架21 IV 第 4 章 电气控制设计.22 4.1 可编程控制器 PLC 的发展概况.22 4.2 可编程控制器(PLC)的特点24 4.3 可编程控制器 PLC 的功能。.25 4.4 可编程控制器的基本原理25 致 谢.29 参考文献.30 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 设计任务的提出
8、目前，在机械加工工业中，绝大多数是旧式的机床，若改为微机控制，实现 机电一体化的改造，会使机床适应中、小批量的生产加工。这样，不但提高加工 精度和生产率，减轻工人的劳动强度，而且成本低，适合我国国情，因而，我采 用了回转刀架的 PLC 数控改造。 CA6140 型车床适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制、 英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。为了使机床适应 不同批量的生产，我将其刀架进行数控改造。使其运行可靠，转动灵活，定位准 确。 设计前，我需要完全弄懂 CA6140 型刀架的结构组成及相关要求。采用与数控 相关的精密机械技术，完成此结构的设计。 大庆石
9、油学院本科生毕业设计（论文） 2 第 2 章 机床的主要技术性能 2.1 CA6140 型机床的主要技术性能 床身上最大回转直径 mm 400 刀架上回转直径 mm 210 二顶尖间距离 mm 1000 主轴通孔直径 mm 52；76；80 主轴头形式 A6；C8；D8 床身导轨宽度 mm 400 床身导轨硬度 RC 52 主轴转速范围 （24） r/min 10-1400 进给量范围（标准） mm/r 0.08-1.59 进给量范围（细进给） mm/r 0.028-0.054 进给量范围（加大进给） mm/r 1.71-6.33 加工公制螺纹范围（44 种） mm 1-192 加工英制螺纹范
10、围（20 种） tpi 24-2 加工模数螺纹范围（39 种） mm 0.25-48 加工径节螺纹范围（37 种） DP 96-1 主电机功率 kW 7.5 2.2 改进后增加的技术参数 2.2.1 刀架纵向进给步进电机（110BF003） 相数 3 相 步矩角 0.75 电压 80V 空载运行频率 7000 步/s 启动矩频率特性 m 运行频率特性 n 电感 35.5mH 电阻 0.37 分配方式 三相六拍 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 3 外形尺寸 110 *160mm 重量 6kg 回转刀架纵向进给滚珠丝杠(50082.5) 中径 50mm 大径 49mm 导程 8mm 循环列数
11、圈数 1 2.5 额定动载荷 22556N 额定静载荷 69825N 2.3 CA6140 型车床的特点 CA6140 型车床本机床适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各 种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。床身宽 于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐用。机床操作灵便集 中，溜板设有快移机构。采用单手柄形象化操作。机床结构刚度与传动刚度均高 于一般车床，功率利用率高，适于强力高速切削，主轴孔径大。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 4 第 3 章 结构设计方案 3.1 纵向进给的改装 3.1.1 改装方案 为了适应自动进给，发挥数控机床的
12、优越性，必须将进给系统做彻底的改装。 具体方案如下： (1) 先将原机床的纵向进给连接装置全部拆除，换上滚珠丝杠及步进电机。 (2) 在机床的床头箱壁上钻孔，用以固定滚珠丝杠的一端；然后将步进电机 和滚珠丝杠之间的传动箱固定在机床床头。 (3) 增加滚珠丝杠间的防尘胶套 (4) 增加步进电机与滚珠丝杠间的传动系统。 3.1.2 进给系统的布局 数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，不论点位还是连续控制，被加 工工件的最后坐标精度和轮廓精度都受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性 的影响。为此，在设计进给系统时应充分注意到减少摩擦阻力，提高传动精度和 刚度、消除传动间隙以及减少运动件的惯性。
13、通常采用由步进电机直接带动滚珠丝杠或加一对至两对齿轮带动丝杠进行运 转。具体方案如下(图 3-1)： 方案()具有传动键短，传动精度高的特点。但由于步进电机有效转矩小， 而且有效转矩还会随频率的升高而下降，不能满足使用要求；另外由于步进电机 的脉冲当量的限制及车床最小进给量的需求，所以进给系统般不采用方案(一)， 而采用方案(二)，即采用降速齿轮传动。 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 5 图 3-1 进给方案框图 3.2 滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副(以下简称滚珠丝杆副)是回转运动与自线运动相互转换的新 型传动装置。图 3-2 是滚珠丝杠副的原理图。在丝杠和螺母上加工：有弧形的螺 旋槽，
14、并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而 滚珠则沿着滚道流动。螺母螺旋槽的两端用回珠管连接起来，使滚珠能做周而复 始的循环运动，管道的两端还起着挡珠的作用，以防滚珠从滚道掉出。 数控车床出现后就采用滚珠丝杆副，被公认为是一种精密而又省力的运动转 换装臂，如今它的用途越来越广泛。 3.2.1 滚珠丝杠副的特点 (1)传动效率高，摩擦损失小。 从机械原理：中知丝杠螺母的传动效率为： = (3-1) )( tg tg 式中： 螺旋升角 一一摩擦角 (非常小，对于滚珠丝杠的微 10 左右) 大庆石油学院本科生毕业设计（论文） 6 图 3-2 滚珠丝杠原理图 滚珠丝杠的传动效率=
15、0.920.96，而一般常规的丝杠螺母副的传动效率 为 =0.200.40，所以滚珠丝杠副的传动效率比常规螺母副提高了 34 倍，因 此功率消耗相当于常规丝杠的 1/4l/3。 给与适当的预紧可消除丝杆和螺母的螺纹间隙。 滚珠丝杠副预紧后，可消除螺纹间隙，这样返程就没有空程死区，反向定位 精度，与常规相比螺母副比较有较高的轴向刚度。 运动平稳，无爬行现象，传动精度高。 滚珠丝杠基本上是滚动摩擦，摩擦阻力小，摩擦阻力的大小几乎与运动速度 无关，这样就保证的平稳性。由于是滚动摩擦，与常规丝杠螺母副相比较不易出 现爬行现象，故传动精度高。 有可逆性 由于滚珠丝杠副摩擦损失小，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直 线运动转换为旋转运动，丝杠和螺母都可以作为主动件， 也都可以作为从动件， 所以具有可逆性。 磨损小，使用寿命长。 因为滚动摩擦系数小，磨损小，故使用寿命长。 制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母元件的加上精度高，光洁度要求也高，因此制造成本高。 不能自锁 特别是垂直丝杠，由于自重惯性力的关系下降时，当传动切断后，不能停止 运动。故常需加制动装置。 大庆石油学院本科生毕业设计（论
