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车床-CA6140车床主传动系统的数控化改造设计.rar

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    编号:20180915103122311    类型:共享资源    大小:2.97MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    车床 CA6140 传动系统 数控 改造 设计
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    太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造1目 录摘要 ……………………………………………………………21、数控机床改造的意义………………………………………………32、CA6140 车床简介…………………………………………………42.1 CA6140车床概述………………………………………………………42.2 CA6140车床的加工范围及特点………………………………………62.3 CA6140车床的传动系统分析………………………………………73、纵向进给系统的分析………………………………………………9设计心得 ……………………………………………………23参考文献 ……………………………………………………24太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造2摘要我国目前机床总量 380余万台,而其中数控机床总数只有 11.34万台,即我国机床数控化率不到 3%。近 10年来,我国数控机床年产量约为 0.6~0.8 万台,年产值约为 18亿元。机床的年产量数控化率为 6%。我国机床役龄 10年以上的占 60%以上;10 年以下的机床中,自动/半自动机床不到 20%,FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数(美国和日本自动和半自动机床占 60%以上) 。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床,而且半数以上是役龄在 10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长,从而在国际、国内市场上缺乏竞争力,直接影响一个企业的产品、市场、效益,影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。物竞天择,一些不适应社会发展在机床必将被淘汰,所以实施机床的数控化改造是机械行业在必然趋势。通过搜集资料、实践研究等方法对机床就行改造即是用较少的成本去创造更高的价值。而这也将极大的推动中国机械行业的发展。 经过大量实践证明普通机床数控化改造具有一定经济性、实用性和稳定性。所以很多企业纷纷将现有机床改造成经济型数控机床,这种做法具有投资少、见效快的特点。事实证明:机床的数控化改造可以为企业带来可观的经济效益。关键字:机床、数控化、改造、意义太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造31、 数控机床改造的意义(1) 、机床现状我国是生产和使用机床最多国家之一,现有金属切削机床 400万台左右,但现有的机床大多数服役年限较长,设备陈旧落后,功能严重不足,运运不能满足现代生产的需要。(2) 、技术分析在过去的几十年,金属切削机床的基本动作是原理变化不大。如今科学技术发展很快,特别是计算机技术的发展,应用到机床控制系统上,不但能提高机床的自动化程度,而且能提高加工精度和表面质量。近年来,我国已经积极开展了对机床数控化再制造技术的研究,如武汉华中数控公司先后完成了 50多家企业数百台设备的数控化在制造。实践证明。改造的机床满足了科学技术的发展需要,提高了生产效率和产品精度,增大了设备的适应能力和型面的加工范围(曲面、各种螺纹的加工等),利用日臻完善的经济型数控系统及配套部件改造现有的普通机床的技术条件已经成熟。(3) 、市场分析国内资料分析,订购新的数控机床的交货周期一般较长,往往不能满足用户的需要,而改造的数控机床能够适应市场对产品多样化和高精度的要求。因此得到了用户广泛的应用,机床的数控化改造已成为满足市场需求的主要补充手段,对中、小型企业来说是十分理想的选择。(4) 、经济分析由于新型机床价格昂贵,一次性投资巨大,如果把旧机床设备全部用新型机床替换。要花费大量的资金,而替换下的机床又会闲置起来造成巨大浪费,若采用数控技术对旧机床加以改造和购买机床相比,则可省 50%以上的资金,一套经济型数控装置的价格仅为全功能装置的 1/3到 1/5。一般用户都能承担的起,这为资金紧张的中小型企业的技术改造开辟了新路,也对实力雄厚的大型企业产生了较大的吸引力。(5) 、生产分析在现代机械制造工业中,中小批量甚至单件生产,个性化的产品占有相当大的比重,尤其是我国加入世贸组织后,成为世界性的加工基地,产品出口的增长迅速,从低附加值、劳动密集型产品逐步过度到高附加值的精密型零件的出口,高精度的数控机床起了重要的作用。数控机床是最能适应这种生产需要的。(6) 、重要性分析以数控机床为代表的现代基础机械是制造实现生产现代化的重要设备,数控技太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造4术水平的高低和机床的数控化率,数控设备的拥有量已成为衡量一个国家现代工业化水平的重要标志。(7) 、综合分析数控技术用于机床的改造是建立在微电子技术与传统技术相结合的基础上,具有高可靠性、柔性强,易于实现机电一体化、经济性可观等特点。为此,在旧机床上进行数控化改造可以提高机床的使用性能、降低生产成本、用较少的资金投入而得到较大的经济效益。2、CA6140 车床简介CA6140车床是一种机械结构比较复杂而电气系统简单的机电设备,是用来进行车削加工的机床。在加工时,通过主轴和刀架运动的相互配合来完成对工件的车削加工。车床的种类很多,按其用途和结构的不同,可分为卧式车床、落地车床、立式车床、仿形车床、转塔车床、多刀半自动车床、自动车床等。2.1 CA6140车床概述一、机床的组成和主要技术参数1、机床的组成CA6140车床的主要组成部件由图 1所示。图 1 CA6140车床外形图1—主轴箱 2—刀架 3—尾座 4—床身 5—右床腿 6—溜板箱 7—左床腿 8—进给箱6—溜板箱 7—左床腿 8—进给箱太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造5(1) 、主轴箱 主轴箱 1是一部件,由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动,也可以安装前尖顶通过拨盘带动工件旋转。(2) 、刀架 四方刀架装在小滑板上,而小滑板装在中滑板上,纵滑板可沿床身导轨纵向移动,从而带动刀具纵向移动,用来车外圆、镗内孔等。而中滑板相对于纵滑板作横向移动,用来带动刀具加工端面、切断、切槽等。小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给,用来车削内外短锥面。(3) 、尾座 尾座 3可沿其导轨纵向调整位置,其上可安装顶尖支撑长工件的后段以加工长圆柱体,也可以安装孔加工刀具加工孔。尾座可横向作少量的调整,用于加工小锥度的外锥面。(4) 、进给箱 进给箱 8内装有进给运动的传动及操作装置,通过改变进给量的大小,可改变所加工螺纹的种类及导程。 (5) 、床身及床腿 床身 4是机床的支承件,它安装在左床腿 7和右床腿 5上并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件,并保证它们之间具有要求的相互准确位置。床身上面有纵向运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。(6) 、溜板箱 溜板箱 6与纵向滑板(床鞍)相连,溜板箱内装有纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。2、CA6140 车床的主要技术参数,如表 1。表 1 CA6140车床的主要技术参数床身上最大工件回转直径 400mm刀架上最大工件回转直径 210mm最大工件长度 1000mm主轴中心至床身平面导轨距离 205mm最大车削长度 650、900、1400mm主轴孔径 48mm正转(24 级) 10~1400r/min主轴转速反转(12 级) 14~1580r/min刀架纵向及横向进给量 各 64种纵向 一般进给量 0.08~1.59mm太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造6小进给量 0.028~0.054mm加大进给量 1.71~6.33mm一般进给量 0.04~0.79mm小进给量 0.014~0.027mm横向加大进给量 0.86~3.16mm刀架纵向快速移动速度 4m/min米制螺纹(44 种) 1~192mm英制螺纹(20 种) 2~24 牙/in模数螺纹(39 种) 0.25~48mm车削螺纹范围经节螺纹(37 种) 1~96 牙/in功率 7.5kw主电动机转速 1450r/min功率 250kw快速电动机转速 2800r/min2.2 CA6140车床的加工范围及特点一、加工范围CA6140车床的工艺范围很广,它能完成车削内外圆柱面、圆锥面、车削端面、各种螺纹、成形回转面和环形槽等多种多样的加工工序。也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。其典型表如图 2所示。CA6140 车床主运动由工件随主轴旋转来实现,而进给运动由刀架的横向动来完成。由于机械产品中回转表面的零件很多。车床的工艺范围又较广泛,因此 CA6140车床使用十分广泛。图 2车床加工的典型零件太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造7二、CA6140 车床的加工特点(1) 、加工范围较大。 (2) 、加工时,主运动是工件和旋转运动,进给运动是刀具的纵向和横向移动。(3) 、正常情况下,在车削加工过程中,切削力比较稳定,加工比较平稳。(4) 、在车削加工过程中切屑和刀具之间的剧烈挤压和摩擦,以及刀具与工件之间的摩擦,产生了大量的切削热,但大部分热量被切屑带走,所以 CA6140在加工过程中一般可以不使用切削液。(5) 、在一般情况下,这种机床多用于粗加工和半精加工。2.3 CA6140车床的传动系统分析CA6140车床的传动西统,由主运动传动系统、车螺纹进给传动系统组成,见图3。图 3 CA6140车床主运动传动系统图太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造8一、主运动传动系统1.传动路线表达式写传动路线表达式的方法是“抓两头带中间” ,即将首件通过中间传动件将末端件联系起来,对于 CA6140型卧式车床主运动传动链来说,即从主电动机经 Φ130mm带轮带动 Φ230mm 带轮,从而带动Ⅰ轴,Ⅰ轴上有双摩擦离合器 M1,M1 向左结合,左边的 z51、z56 双联齿轮与Ⅰ轴一起转动,通过两对传动副「 , 」传动Ⅱ轴563814实现主轴正转。M 向右结合,由 z50与Ⅰ轴一起转动,z50 通过Ⅶ轴 z34传动Ⅱ轴1上的 z30实现主轴反转。M1 处于中间,则Ⅰ轴空转,即不传动左边的 z51和 z56,也不传动右边的 z50,Ⅱ轴的运动通过Ⅱ——Ⅲ轴之前的三对传动副「 , ,95028」传动Ⅲ轴,Ⅲ轴有两条路线可传动主轴,即通过Ⅵ 轴上的 M ,M 向左滑移305 2至 z63与 z50啮合,使得Ⅲ轴通过﹝ , ﹞ 直接传动主轴Ⅵ轴,实现主轴高速2085转动,即为 450~1400r/min;若 M 向右结合,Ⅲ轴通过﹙ , ﹚传动Ⅳ轴,Ⅳ2 0851轴通过﹝ , ﹞传动Ⅴ轴,Ⅴ轴通过 传动Ⅵ轴(主轴)2085165二、车螺纹进给传动系统CA6140型卧式车床的螺纹进给传动系统可车削米制,模数制,英制和径节制 4种标准螺纹,另外还可以加工大导程螺纹,非标准螺纹及较精密螺纹以及右旋,左旋螺纹。车制螺纹时,刀架通过车螺纹传动链得到运动,两端件——主轴,刀架之间必须保持严格的运动关系,即主轴每转一周,刀具移动一个被加工螺纹的导程 L。车螺纹传动链运动平衡式为:=L1UL丝主 轴式中 U为主轴至丝杠间全部传动机构的总传动比;L 丝为机床丝杠的导程,CA6140型车床的丝杠导程 L丝=12mm;L 为工件螺纹的导程(mm) 。三、纵向、横向进给机构太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造9车削内、外圆柱表面时,可使用机动的纵向进给车削端面时,可使用机动的横向进给。为了减少丝杠的摩孙和便于操作,保证螺纹传动链的精度,机动进给传动链不用丝杠及开合螺母传动。机动进给是由光杠 XIX经溜板箱传动。从主轴 VI至进给箱轴 XVII上滑移齿轮 Z28处于左位,使 脱开,从而切断进给箱与丝杠的联系。5M运动由齿轮副 及联轴节传至光杠 XIX,再由光杠通过溜板箱中的传动机构,分别2856传至齿轮齿条机构或横向进给丝杠 XXVII,使刀架做纵向或横向机动进给。溜板箱内的双向齿式离合器 及 分别用于纵、横向机动进给运动的接通、断开及控制进8M9给方向。CA6140 型卧式车床可以通过 4种不同的传动路线来实现机动进给运动,从而获得纵向和横向进给量各 64种。以同样传动路线传动时,横向进给量为纵向进给量的一半。1.纵向机动进给量(32 种)58361025362834028.517569fI ii m纵 基 倍主 轴0.71i基 倍2.横向机动进给量(64 种)58361025362836408597355291fI ii m纵 基 倍主 轴0.i基 倍横向机动进给量为纵向机动进给量的一半。四、刀架的快速移动在 CA6140车床上加工零件时,为了缩短辅助时间,提高生产效率:刀架可实现机动纵向、横向快速移动。按下快速移动按钮(点动控制) ,快速电机(0.25kw,2800rpm)经齿轮副 13/29使轴 XX高速转动,再经蜗杆副 4/29及溜板箱内的转换机构,使刀架实现纵向或横向的快速移动,快速移动的方向由溜板箱内的双向离合器 M8及 M9控制。3、纵向进给系统的设计纵向(Z 轴)进给系统改造太原工业学院 CA6140 普通车床的数字化改造10纵向进给传动系统的改造如图 2 所示。纵向步进电机 1 通过一对减速齿轮 2 把动力传递给纵向滚珠丝杠 3,再由滚珠丝杠螺母副拖动工作台 4 做往复移动。原车床的进给箱保留,滚珠丝杠左端仍然采用原固定支承结构,支撑轴 6 通过套筒联轴器 5与滚珠丝杠相连,这种联轴器用 2 个互相垂直的锥销将支撑轴与丝杠联接起来,结构简单,径向尺寸小,可防止被连接轴的位移和偏斜带来的装配困难和附加应力。如图 3 所示,滚珠丝杠右端仍利用原有的滑动轴承支承座 4,通过一对深沟球轴承 1 实现径向支承,丝杠左端通过一对圆螺母(图中未画出) 实现滚珠丝杠的预拉伸和锁紧。因此纵向滚珠丝杠的支承形式为一端固定,一端浮动,三点支承。滚珠丝杠采用双螺母螺纹预紧方式消除丝杠和螺母间的间隙,调整方便。步进电机通过消隙齿轮 2 减速,减速器输出轴用套筒联轴器 6 与丝杠 3 (见图 2)联接,固定销 3 防止减速器转动。图 2 纵向进给系统图1. 纵向步进电机 2. 减速齿轮 3. 纵向滚珠丝杠 4. 工作台5. 套筒联轴器 6. 支撑轴图 3 纵向步进电机装配图1. 深沟球轴承 2. 消隙齿轮 3. 固定销 4. 滑动轴承支承座
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