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ca6140车床进给系统的改进合计
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2024-04-18
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本文旨在深入阐述普通数控机床中CA6140车床进给系统的全面设计改造过程,重点聚焦在机械元件的精细设计以及各项关键参数的精确计算与选择。改造的核心在于提升加工精度、扩大机床的使用范围,并进一步提高生产效率。我们针对现有CA6140普通车床的不足之处进行了深入分析,并据此提出了一套切实可行的数控改装方案。该方案的核心在于对进给系统进行全面的优化升级,以满足现代加工需求。
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ca6140 车床进给系统的改进合计
摘 要:本文旨在深入阐述普通数控机床中 CA6140 车床进给系统的全面设计
改造过程,重点聚焦在机械元件的精细设计以及各项关键参数的精确计算与选
择。改造的核心在于提升加工精度、扩大机床的使用范围,并进一步提高生产
效率。我们针对现有 CA6140 普通车床的不足之处进行了深入分析,并据此提
出了一套切实可行的数控改装方案。该方案的核心在于对进给系统进行全面的
优化升级,以满足现代加工需求。在机械元件设计方面,我们重点对滚珠丝杠、
轴承、步进电机等关键部件进行了优化选择和设计。滚珠丝杠的选用考虑了其
高精度和高刚性的特点,以确保机床在高速运转时仍能保持稳定的加工精度。
轴承的选择则注重其承载能力和耐磨性,以延长机床的使用寿命。此外,步进
电机的选型也充分考虑了其控制精度和响应速度,以实现精确的进给控制。在
传动比的计算与选择方面,我们根据机床的实际需求和加工精度要求,对齿轮
传动比进行了精确计算,并选择了合适的齿轮组合。这不仅确保了机床在不同
加工条件下的稳定运行,还提高了机床的加工效率和精度。经过改造后的
CA6140 车床,主运动实现了自动变速功能,使得机床能够适应更多种类的加工
任务。同时,纵向和横向进给系统均采用了数控控制技术,使得进给速度和精
度得到了显著提升。具体而言,纵向最小运动单位达到了 0.01mm 每脉冲,横
向最小运动单位更是达到了 0.005mm 每脉冲,这极大地提高了机床的加工精度
和灵活性。此外,我们还对刀架进行了改造,采用了自动控制的自动转位刀架,
使得刀具更换和调整变得更加方便快捷。同时,该刀架还具备自动切削螺纹的
功能,进一步提高了机床的加工能力。
关键词:齿轮;进给丝杠;步进电机
ca6140 lathe feed system improvements total
Abstract: This paper aims to elaborate the overall design and transformation process
of CA6140 lathe feed system in ordinary CNC machine tools, focusing on the fine
design of mechanical components and the accurate calculation and selection of key
parameters. The core of the transformation is to improve the processing accuracy,
expand the use of machine tools, and further improve production efficiency. Based on
the in-depth analysis of the shortcomings of CA6140 ordinary lathe, a feasible NC
retrofit scheme is proposed. The core of the program is to optimize and upgrade the
feed system to meet the needs of modern processing. In terms of mechanical
component design, we focus on the optimization and design of key components such
as ball screws, bearings, and stepper motors. The selection of ball screw takes into
account its high precision and high rigidity characteristics to ensure that the machine
tool can still maintain stable processing accuracy at high speed. The selection of
bearings pays attention to its bearing capacity and wear resistance to extend the
service life of the machine tool. In addition, the selection of the stepper motor also
fully considers its control accuracy and response speed to achieve accurate feed
control. In the calculation and selection of the transmission ratio, we have calculated
the gear ratio accurately according to the actual needs of the machine tool and the
processing accuracy requirements, and selected the appropriate gear combination.
This not only ensures the stable operation of the machine tool under different
processing conditions, but also improves the processing efficiency and accuracy of the
machine tool. After the transformation of the CA6140 lathe, the main motion realizes
the automatic transmission function, so that the machine can adapt to more kinds of
machining tasks. At the same time, both the longitudinal and transverse feed systems
adopt numerical control technology, which significantly improves the feed speed and
accuracy. Specifically, the longitudinal minimum motion unit reached 0.01mm per
pulse, and the transverse minimum motion unit reached 0.005mm per pulse, which
greatly improved the machining accuracy and flexibility of the machine tool. In
addition, we have also modified the tool holder and adopted the automatic control of
the automatic rotation tool holder, which makes the tool change and adjustment more
convenient and fast. At the same time, the tool holder also has the function of
automatic thread cutting, which further improves the processing capacity of the
machine tool.
Key words: gear; Feed lead screw; Stepper motor
目 录
摘 要..............................................................2
Abstract............................................................3
1 引言..............................................................5
2.机床行业的研究现状及前景..........................................6
2.1 我国机床行业的研究现状.......................................6
2.2 我国机床行业的发展前景 ......................................6
3.机床和进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案......................7
3.1 机床改造总体方案设计要求.....................................7
3.2 进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案.......................8
4 机床进给伺服系统机械部分的设计和计算..............................9
4.1 设计参数 ....................................................9
4.2 选择脉冲当量.................................................9
4.3 计算切削力 .................................................9
4.4 纵向进给丝杠 ..............................................10
4.5 横向进给丝杠 ...............................................13
4.6 齿轮传动比计算 ............................................18
4.7 进给步进电机的计算 ........................................19
4.8 轴承的选择和验算 ..........................................24
4.9 刀架的选用 ................................................24
参 考 文 献........................................................25
1 引言
机床,这一被誉为“工作母机”的关键工具,在国民经济中占据着举足轻
重的地位。它不仅是制造机器的机器,更是衡量一个国家工业制造实力与科技
进步的重要标志。机床的技术水平直接关系到机械制造工业的产品质量和劳动
生产率,对于提升整个工业体系的竞争力具有至关重要的作用。
随着计算机技术的突飞猛进和新技术的不断涌现,机床行业也迎来了前所
未有的变革。特别是计算机控制在机床中的广泛应用,为机床行业带来了革命
性的突破。面对多品种、中小批生产的新挑战,数控机床应运而生,成为应对
这一挑战的关键力量。
数控机床凭借其强大的加工能力,能够轻松应对复杂的加工程序,精确地
控制机床完成各种加工运动。相较于传统机床,它在加工能力上实现了质的飞
跃,能够轻松满足平面曲线和空间曲面的加工需求。数控机床的构成相当复杂,
集成了机械部分、数字控制计算机、伺服系统、PC 控制部分、液压气压传动系
统以及冷却润滑和排屑装置等众多组件。这些组件共同协作,使得数控机床能
够按照预定的程序进行高精度、高效率的加工。
在数控机床中,零件的编程工作至关重要。通过编程,我们可以精确地定
义零件的形状、尺寸和加工路径,确保机床能够按照我们的要求进行加工。而
计算机输出的控制命令,通过伺服系统转化为机床的实际运动,实现精确的坐
标定位和运动控制。数控机床作为一种高科技、高精度、高度机电一体化的产
品,不仅提高了加工精度和效率,还实现了高度的自动化,能够完成许多手工
操作无法完成的任务。
与普通机床相比,数控机床无疑展现出了诸多引人注目的优势。首先,其
强大的适应性让它成为加工单件或小批量复杂工件的首选。每当需要加工新工
件时,只需重新编制加工程序,数控机床便能迅速适应并投入到新工件的加工
中,极大地提升了生产的灵活性和响应速度。其次,数控机床的加工精度之高、
质量之稳定,为精密制造领域提供了坚实的支撑。无论是对于微小零件的精细
加工,还是对于大型构件的精确成型,数控机床都能以卓越的精度和稳定性满
足生产需求。此外,生产效率方面,数控机床同样表现出色。相较于普通机床,
它的生产效率更高,能够大幅缩短生产周期,为企业节省宝贵的时间成本,进
而提升经济效益。除了上述优势,数控机床还能显著减轻工人的劳动强度,改
善劳动条件。通过自动化和智能化的加工方式,数控机床减少了人工操作的繁
琐和劳累,使生产环境更加舒适和安全。
然而,尽管数控机床具有诸多优点,但其高昂的价格和复杂的维修操作也
限制了其普及程度。在我国,机床发展水平相对较低,大量普通机床仍在实际
工业生产中占据一席之地。
为了克服这一难题,利用机电一体化新技术对普通机床进行数控化改造成
为了一个切实可行的方案。这种改造不仅能够有效降低成本,提高加工精度和
生产效率,还有助于提升我国机床行业的整体水平。对于众多企业来说,这也
是一个实现技术升级、效益提升的重要途径。
2.机床行业的研究现状及前景
2.1 我国机床行业的研究现状
改革开放以来,我国机床行业取得了显著的发展成就,但与国际同行相比,
仍存在一定的差距。尽管我国已成为全球最大的机床生产和消费国,但在高端
机床领域,仍需大量依赖进口。不过,令人振奋的是,近年来,随着国内企业
技术实力的不断增强和市场需求的多元化,国产高端机床的市场份额正在稳步
提升,这无疑彰显了我国机床行业在技术创新和市场竞争力方面的显著进步。
在机床种类方面,金属切削机床以其广泛的应用和庞大的数量,成为机床行业
的重要组成部分。随着制造业的转型升级和智能化发展,金属切削机床的性能
和精度也在不断提升,为各类制造业提供了有力的支持。这反映出我国制造业
对金属切削机床的大量需求,同时也推动了相关技术的研发和应用。此外,机
床行业的产业链结构完整,包括上游供应链如钢铁、铸造、电子元器件等原材
料供应商,以及机床功能部件(如数控系统、主轴、滚珠丝杠等)制造商。中
游则以机床整机制造商为主,包括普通机床、数控机床、加工中心等各类机床
的生产企业。这种完整的产业链结构为我国机床行业的发展提供了坚实的基础。
2.2 我国机床行业的发展前景
进入 21 世纪,我国机床制造业迎来了前所未有的发展机遇与挑战。随着机
械制造业的迅猛发展,对制造装备的需求不断提升,为我国机床行业提供了巨
大的市场空间。同时,加入 WTO 后,国际市场的竞争压力也促使我国机床行业
必须加快技术创新和产业升级,以应对激烈的市场竞争。从技术层面剖析,数
控技术无疑是机床制造业的基石与核心动力,正日益成为推动整个行业持续创
新与升级的关键所在。数控机床,凭借其卓越的柔性自动化性能、出色的精度
稳定性以及灵活多变的功能,已成为传统产业转型升级、数字化企业建设不可
或缺的重要基础装备。数控机床的广泛应用,不仅引领了机械产品向机电一体
化方向的快速发展,为传统制造业注入了新的活力,更为先进制造技术的广泛
应用提供了坚实的技术支撑。它的出现,极大地提高了生产效率,降低了生产
成本,同时提升了产品质量,为制造业的可持续发展奠定了坚实的基础。随着
科技的不断进步和市场的日益竞争,数控机床的技术也在不断创新和完善。从
最初的简单数控系统,到现在的智能数控系统,数控机床的性能和功能得到了
极大的提升。未来,随着人工智能、大数据等新一代信息技术的深度融合,数
控机床将更加智能化、高效化,为制造业的转型升级和高质量发展提供更加强
有力的技术支撑。
近年来,信息技术的深化应用为数控机床的进一步发展注入了新的活力。
随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展,数控机床的智能化、网络
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