CK6140數(shù)控車床設計總體方案

(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，機床數(shù)控技術的發(fā)展迅速，經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，在生產中，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，微電子技術和計算機技術的發(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、功能和體系結構三方面來看機床數(shù)控技術的發(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、內置高性能PLC、多媒體技術應用。3.體系結構的發(fā)展趨勢向集成化、模塊化、網絡化、開放式閉環(huán)控制模式發(fā)展。

二、認識數(shù)控車床基本結構

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。

床身是車床的基礎件。它通常是由經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外兩組平行的導軌。

主軸箱安裝在床身一端內導軌的固定位置上。它提供動力。使工件在各種速度下旋轉。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速的旋轉。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速。

尾座組件主要有三部分組成。底座與床身的內側導軌配合，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，通過溜板箱內的機械裝置可以手動和動力驅動大拖板以及動力驅動橫拖板。通過轉動溜板箱前的手輪，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一圈，通過光桿可以獲得從0.002到0.118英寸尺寸范圍內的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)控車床的主機結構上具有以下特點：

(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構得到了簡化。

(2)為了適應數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機械結構，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)控臥式車床屬于經濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)應采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。

(3)根據(jù)設計所給出的條件，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速是1440r/min，最低轉速是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動電路。此外，系統(tǒng)中還應該包括脈沖發(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，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。

(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。