CK6140數(shù)控車床設(shè)計總體方案

(云南工程職業(yè)學院 云南 昆明 650000)

一、CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展

自第一臺數(shù)控機床在美國問世至今的半個世紀內(nèi)，機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個階段的發(fā)展過程。其中，第一個階段為NC階段；第二個階段為CNC階段，從1974年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從20世紀90年代開始，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，PC微機的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進展日新月異，計算機所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強，而成本卻越來越低，原來在大，中型機上才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機上就可以實現(xiàn)。在美國首先推出了基于PC微機的數(shù)控系統(tǒng)，即PCNC系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。

下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面來看機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢如下：1.性能方面的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)高速高精度高效、柔性化、工藝復合和軸化、實時智能化。2.功能發(fā)展方面為用戶界面圖形化、科學計算可視化、插補和補償方式多樣化、內(nèi)置高性能PLC、多媒體技術(shù)應(yīng)用。3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢向集成化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、開放式閉環(huán)控制模式發(fā)展。

二、認識數(shù)控車床基本結(jié)構(gòu)

車床的主要部件：床身、主軸箱組件、尾架組件、拖板組、變速齒輪箱、絲桿和光桿。

床身是車床的基礎(chǔ)件。它通常是由經(jīng)過充分正火或時效處理的灰鑄鐵或者球墨鑄鐵制成，它是一個堅固的剛性框架，所有其他主要部件都安裝在床身上。通常在球墨鑄鐵制成，它是一個堅固的剛性框架，所有其他主要部件都安裝在床身上。通常在床身上面有內(nèi)外兩組平行的導軌。

主軸箱安裝在床身一端內(nèi)導軌的固定位置上。它提供動力。使工件在各種速度下旋轉(zhuǎn)。它基本上由一個安裝在精密軸承中的空心軸和一系列變速齒輪——類似于卡車變速箱所組成，通過變速齒輪，主軸可以在許多中轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)。大多數(shù)現(xiàn)代車床上只需扳動2～4個手柄，就能得到全部擋位的轉(zhuǎn)速。

尾座組件主要有三部分組成。底座與床身的內(nèi)側(cè)導軌配合，并可以在導軌上做縱向移動，底座上有一個可以使整個尾座組件夾緊在任意位置上的裝置。尾座安裝在底座上，可以沿鍵槽在底座橫向移動，使尾座與主軸箱中的主軸對中并為切削錐體提供方便。尾座組件的第三部分是尾座套筒，它是一個直徑通常在2～3英寸之間的剛制空心圓柱軸。通過手輪和螺桿，尾座套筒可以在尾座體中縱向移入和移出幾英寸。

拖板組件用于安裝和移動切削工具。拖板上一個相對平滑的H形鑄件，安裝在床身外側(cè)導軌上，并可在上面移動。上刀架安裝在底座上，可用手輪和刻度盤控制一個短絲桿使其前后移動。溜板箱裝在大拖板前面，通過溜板箱內(nèi)的機械裝置可以手動和動力驅(qū)動大拖板以及動力驅(qū)動橫拖板。通過轉(zhuǎn)動溜板箱前的手輪，可以手動操作拖板沿床身移動。手輪的另一端與溜板箱背面的小齒輪連接，小齒輪與齒條嚙合，齒條倒裝在床身前上邊緣的下面。

變速齒輪箱，齒輪箱的輸入端由車床主軸通過合適的齒輪傳動驅(qū)動。齒輪箱的輸出端與光桿和絲桿連接。主軸在帶動絲桿和光桿，然后帶動拖板，刀具就可以按主軸的轉(zhuǎn)數(shù)縱向地或橫向地精確移動。一臺典型的車床的主軸每轉(zhuǎn)一圈，通過光桿可以獲得從0.002到0.118英寸尺寸范圍內(nèi)的48種進給量；而使用絲桿可以車削從1.5到92牙/英寸范圍內(nèi)的48種不同螺紋。

利用光桿可以將動力傳遞給大拖板和橫拖板。光桿上有一個幾乎貫穿于整個光桿的鍵槽，光桿通過兩個轉(zhuǎn)向相反并用鍵連接的錘齒輪傳遞動力。通過溜板箱前的換向手柄可使嚙合齒輪與其中的一個錘齒輪嚙合。適當?shù)碾x合器或者與齒條小齒輪連接或者與橫拖板的螺桿連接，使拖板縱向移動或使橫拖板橫向移動。絲桿提供了第二種縱向移動的方法。絲桿產(chǎn)生的運動是通過溜板箱與絲桿之間的直接機械連接來實現(xiàn)的，對開螺母緊緊包合絲桿。

三、CK6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定

(一)數(shù)控車床。數(shù)控車床又稱數(shù)字控制(Numbercal control，簡稱NC)機床，它是20世紀50年代初發(fā)展起來的一種自動控制機床，而數(shù)控車床四其中的一類使用性很強的機床形式。數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同的是，數(shù)控車床的主機結(jié)構(gòu)上具有以下特點：

(1)由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此，數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化。

(2)為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。

(3)更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副，直線滾動導軌高，CNC裝置這是數(shù)控車床的核心，用于實現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數(shù)據(jù)的變換，插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。

(二)CK6140數(shù)控臥式車床的擬定

(1)CK6140數(shù)控臥式車床具有定位，縱向和橫向的直線插補功能，還能要求暫停，進行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。

(2)CK6140數(shù)控臥式車床屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。

(3)根據(jù)設(shè)計所給出的條件，主運動部分z=12級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉(zhuǎn)速是1440r/min，最低轉(zhuǎn)速是31.5r/min，ψ=1.41。

(4)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。

(5)縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應(yīng)滿足機床所要求的。

(6)為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小，傳動效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。

(7)采用滾動導軌可以減少導軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。