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1、茂名职业技术学院CA6140普通车床的数控化改造设计摘要CA6140普通车床是金属切削加工中最常用的一类机床，当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向移动和横向移动，车床能加工出内外圆柱面，圆锥面，端面，螺纹面等。普通车床刀架纵向和横向的进给运动由主轴的回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杆或丝杆带动溜板箱，纵溜板，横溜板移动。进给参数要靠手工预先调整好，如果要改变参数，则要停车进行操作。对CA6140普通车床进行数控化改造，主要是将纵向和横向进给系统改造成为CNC装置控制的能独立运动的进给伺服系统，将刀架改造成能自动换刀的回转刀架。这样，利用CNC装置，车床就可以按预先输入的加工程序进行
2、切削加工。数控化改造后的车床就可以加工出各种形状复杂的回转零件，并能实现多工序自动切削，从而提高生产效率和加工精度，还能适应小批量，多品种复杂零件的加工。 关键词：进给伺服系统，回转刀架 CONVENTIONAL LATHES NUMERICAL CONTRAL TRANSFORMATION DESIGNSABSTRACTThe conventional lathe is in the metal removal processing a most commonly used kind of engine bed, when the work piece rotates along with
3、the main axle, through tool rests longitudinal shift and the derailing, the lathe can process in the outer annulus cylinder, the circular conical surface, the end surface, the flank of thread and so on. The conventional lathe tool rest longitudinal and the crosswise feed motion after hangs a round t
4、ransmission by main axles gyroscopic motion to come, after gear box speed change, leads the apron by the polished rod or the lead screw, vertical apron, horizontal apron migration. To feed parameter must depend on the presetting manually, if must change the parameter, then must stop carries on the o
5、peration. Makes the numerical control transformation to the conventional lathe, is mainly transforms into longitudinal and the cross feed system the CNC installment control to be able the independence movement to feed server, transforms the tool rest can trade knifes turret saddle automatically. Thu
6、s, uses the CNC installment, the lathe may according to the processing program which inputs in advance carry on the machining. After the numerical control transformations lathe may process each kind of shape complex rotation components, and can realize the multi-working procedures to cut automatical
7、ly, thus enhancement production efficiency and working accuracy, but can also adapt the small batch, multi-variety complex parts processing. Key words: to feed server, turret saddle目录前 言1第1章 数控机床总体设计41.1 总体方案设计41.2 设计参数51.3 实施方案5第2章 进给传动链设计计算62.1 主切削力的计算及其切削分力的计算62.1.1计算主切削力62.1.2 计算各切削分力62.1.3 导轨摩擦
8、力的计算6第3章 滚珠丝杠螺母副的计算与选型73.1 横向滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算73.1.1 按预期工作时间估算你滚珠丝杠预期的额定动载荷73.2 滚珠丝杠螺母副的承载能力校验83.2.1 滚珠丝杠螺母副临界压缩载荷Fc的校验83.2.2 滚珠丝杠螺母副临界转速nc的校验83.2.3 滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验93.3 计算机械传动系统的刚度93.3.1 计算滚珠丝杠的拉压刚度Ks93.3.2 计算滚珠丝杠螺母副支承轴承的刚度Kb103.4 机械传动系统的动态分析113.4.1 计算丝杠-工作台纵向震动系统的最低固有频率。113.4.2 计算扭矩震动系统的最低固有频率123.5 机械
9、传动系统的误差计算与分析123.5.1 计算机械传动系统的反向死区123.5.3 计算滚珠丝杠因扭转变形产生的误差133.6 确定横向滚珠丝杠螺母副的精度等级和规格型号133.6.1确定滚珠丝杠螺母副的精度等级。133.6.2确定滚珠丝杠螺母副的规格型号。143.7纵向滚珠丝杠螺母副的选择143.7.1滚珠丝杠的承载能力的计算143.7.2 纵向滚珠丝杠螺母副的确定17第4章 驱动电动机的选型与计算184.1计算折算到电动机轴上的负载惯量184.1.1 计算转动惯量184.2 计算折算到电动机主轴上的负载力矩194.2.1 计算折算到电动机轴上的切削负载力矩T194.3 计算折算到电动机轴上的
10、加速力矩T2044计算横向进给系统所需的折算到电动机轴上的各种力矩204.4.1 计算空载启动力矩T204.4.2 计算快进力矩T214.4.3 计算工进力矩TGJ214.5 选择横向驱动电动机的型号214.5.1选择驱动电动机的型号214.5.2 确定最大静转矩T214.5.3 验算惯量匹配224.6纵向电动机的选型与校验224.6.1传动级数与传动比的确定224.6.2 计算负载惯量235.3 确定纵向步进电动机的型号24结论26谢 辞27参考文献2828前 言数控技术是利用数字化信息对机床及加工过程进行控制的一种方法，是发展最快的工业技术之一。数控机床交较好地解决了复杂精密、小批量、多品
11、种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。1952年，美国麻省理工学院最先成功的研制出一套三坐标联动数控铣床，1959年由美国克耐.杜列克公司发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。1960年，出现了小规模的集成电路，使数控系统的可靠性得到进一步的提高，数控发展到第三代。1967年，英国首先出现了FMS柔性制造系统。1974年，美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床，多年来得到飞速发展和广泛的应用，这就是第五代数控MNC。20世纪80年代，国际上又出现了柔性制造单元FMC。我国从1958年开始
12、到20世纪60年代中期处于研制开发时期。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。70年代初研制成功X53K-1G立式数控铣床，CJK-18数控系统和数控非圆齿轮插齿机。80年代，我国从日本FANUC公司引进5、7、3等系列的数控系统和直流伺服电机、直流主轴电机技术，以及从美、德等国引进了一些新技术。1995年我国数控机床品种有了新的发展，品种增多，规格齐全。现在，我国已建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。2004年，我过机床工具行业产品销售收入1032亿元，大约是2000年507亿元的2.3倍，平均年增长23%，其发展远高于机床工具全行业的平均发展速度。而机床产量从“九五”计划末期的几千台
13、，增长到2001年的17521台，2002年的24803台，2003年的36813台，2004年的51861台。机床品种也从“九五”期间的128种增长到1500多种。国产数控机床大部分达到了国际90年代初期或中期水平。“十五”期间，我国在高端数控机床关键技术研究方面取得了重大突破。目前数控机床在我国国民经济的各行业发挥着越来越重要的作用，数控机床已经成为企业技术改造的首先设备之一。我过也已成为数控机床的生产大国、消费大国和进口大国。国民经济的各个行业需要大量数控机床的开发人才和应用人才。虽然我国数控技术取得了巨大发展，但与世界最先进的技术水平还有一定的差距。国外数控机床发展很快，呈现出高速、高
14、效、高精度高、高可靠性、多轴控制、工艺复合、集成化、智能化、网络化和环保化发展的趋势，我国数控技术的发展与世界的差距主要体现在以下几个方面：1，在技术水平上，国外对加工中心的研究已经转向高速、精密、多轴、复合、智能和环保等技术的研究。而我国加工中心的总体技术水平与国外同类产品的先进水平相比大约落后10-15年，在“高、精、尖”技术水平方面则更大。2，在产品结构上，高端市场（即高速、精密、多轴、复合加工中心市场）基本上被美国、日本和欧洲发达工业国家所垄断，国内开发的五轴联动数控机床、复合加工中心、高速加工中心等产品，虽然已经投入使用，但多数产品与商品化尚有一段距离，而且在技术水平上和性能参数上与
15、欧、美、日等地的产品还有较大差距。低端市场（即普及型数控机床市场）受到周边的日本、韩国和我国台湾地区产品的冲击较大，形成激烈竞争。多年来，国产数控机床产量小、进口产品量大的局面一直存在。3，产品开发能力上，国内生产企业缺乏对产品竞争前数控技术的深入研究和开发，特别是对加工中心应用领域的拓展力度不强，集中体现在：产品开发能力较弱，对产品标准规范的研究、制定滞后，技术创新能力不强。导致开发出的产品技术先进性不明显，市场针对性不强，缺乏市场竞争力。4，产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小。从总体上看，加工中心还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及配套能力较低；产品质量不高，主要体现在可靠性不高，商品化程度不足，关键功能部件没有自己配套的主渠道；数控系统的推广应用还不够等等。对于这些问题，首先国家政策要支持数控机床产业化基地建设；二是加强功能部件的开发制造能力；三是提高高档数控机床开发能力。同时，现如今的主要任务有以下四点：1，加快开发高档数控机床品种，缩短与世界先进水平的差距，提升我国机床工具行业的整体水平，对市场急需的高档数控机床品种，要集中力量，重点突破，加大科技投入，加强基础研究与开发研究，提高原始创新和集成创新能力，掌握一批高档数控关键产品开发的核心技术，推出一批高档数
