CK6140数控车床设计总体方案

(云南工程职业学院 云南 昆明 650000)

一、CK6140的现状和发展

自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。

下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面来看机床数控技术的发展趋势如下：1.性能方面的发展趋势呈现高速高精度高效、柔性化、工艺复合和轴化、实时智能化。2.功能发展方面为用户界面图形化、科学计算可视化、插补和补偿方式多样化、内置高性能PLC、多媒体技术应用。3.体系结构的发展趋势向集成化、模块化、网络化、开放式闭环控制模式发展。

二、认识数控车床基本结构

车床的主要部件：床身、主轴箱组件、尾架组件、拖板组、变速齿轮箱、丝杆和光杆。

床身是车床的基础件。它通常是由经过充分正火或时效处理的灰铸铁或者球墨铸铁制成，它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。通常在球墨铸铁制成，它是一个坚固的刚性框架，所有其他主要部件都安装在床身上。通常在床身上面有内外两组平行的导轨。

主轴箱安装在床身一端内导轨的固定位置上。它提供动力。使工件在各种速度下旋转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心轴和一系列变速齿轮——类似于卡车变速箱所组成，通过变速齿轮，主轴可以在许多中转速的旋转。大多数现代车床上只需扳动2～4个手柄，就能得到全部挡位的转速。

尾座组件主要有三部分组成。底座与床身的内侧导轨配合，并可以在导轨上做纵向移动，底座上有一个可以使整个尾座组件夹紧在任意位置上的装置。尾座安装在底座上，可以沿键槽在底座横向移动，使尾座与主轴箱中的主轴对中并为切削锥体提供方便。尾座组件的第三部分是尾座套筒，它是一个直径通常在2～3英寸之间的刚制空心圆柱轴。通过手轮和螺杆，尾座套筒可以在尾座体中纵向移入和移出几英寸。

拖板组件用于安装和移动切削工具。拖板上一个相对平滑的H形铸件，安装在床身外侧导轨上，并可在上面移动。上刀架安装在底座上，可用手轮和刻度盘控制一个短丝杆使其前后移动。溜板箱装在大拖板前面，通过溜板箱内的机械装置可以手动和动力驱动大拖板以及动力驱动横拖板。通过转动溜板箱前的手轮，可以手动操作拖板沿床身移动。手轮的另一端与溜板箱背面的小齿轮连接，小齿轮与齿条啮合，齿条倒装在床身前上边缘的下面。

变速齿轮箱，齿轮箱的输入端由车床主轴通过合适的齿轮传动驱动。齿轮箱的输出端与光杆和丝杆连接。主轴在带动丝杆和光杆，然后带动拖板，刀具就可以按主轴的转数纵向地或横向地精确移动。一台典型的车床的主轴每转一圈，通过光杆可以获得从0.002到0.118英寸尺寸范围内的48种进给量；而使用丝杆可以车削从1.5到92牙/英寸范围内的48种不同螺纹。

利用光杆可以将动力传递给大拖板和横拖板。光杆上有一个几乎贯穿于整个光杆的键槽，光杆通过两个转向相反并用键连接的锤齿轮传递动力。通过溜板箱前的换向手柄可使啮合齿轮与其中的一个锤齿轮啮合。适当的离合器或者与齿条小齿轮连接或者与横拖板的螺杆连接，使拖板纵向移动或使横拖板横向移动。丝杆提供了第二种纵向移动的方法。丝杆产生的运动是通过溜板箱与丝杆之间的直接机械连接来实现的，对开螺母紧紧包合丝杆。

三、CK6140数控卧式车床的总体方案论证与拟定

(一)数控车床。数控车床又称数字控制(Numbercal control，简称NC)机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：

(1)由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。

(2)为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

(3)更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

(二)CK6140数控卧式车床的拟定

(1)CK6140数控卧式车床具有定位，纵向和横向的直线插补功能，还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。

(2)CK6140数控卧式车床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。

(3)根据设计所给出的条件，主运动部分z=12级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是1440r/min，最低转速是31.5r/min，ψ=1.41。

(4)根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路，包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。

(5)纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。

(6)为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

(7)采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。