C6132车床的数控改装与设计

C6132车床的数控改装与设计

许吉庆刘文

济南机械职工大学（250100）

谭颖济南第一机床厂

摘要本文以实例介绍了车床的改造部位和主要部件的设计步骤，说明了数控系统的设计方法及联接关系，阐述了机与电是如何结合在一起的。

关键词脉冲当量数控改装存储器步距角

C1632车床主要由三箱两架一床身组成，三箱是主轴箱、进给箱和溜板箱，二架是刀架和尾架，其主要运动是：主轴的旋转运动称为主运动，刀架的左右运动称为纵向（Z向）进给运动，刀架的前后运动称为横向（X向）进给运动。把C1632车床改造成数控机床，就是用数控机床的主运动进给运动及辅助运动。主要改造部位是：主传运系统设有改造，只是在主电机端面加上一个电磁或离合器，以便用指令控制主轴停转；将原来的手动刀架改造成数控刀架；冷却泵的启停由原来的手动改造成用微机控制；在主轴后端加一编码器（又称脉冲发生器），以便加工螺纹。本文主要介绍进给系统的发行及数控系统的硬件设计。

1．纵向（Z向）进给系统的设计

纵向进给系统的改造：拆掉原机床的进给箱和溜板箱，利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装内有步进电机和一对齿轮的箱体，将原来的普通丝杠改换成滚珠丝杠螺母副。

1.1 量的估算

工作台总质量m=73.2（床鞍）+16.4（中滑板）+2（刀架）=110.6kg

1.2 切销力计算

切销功率P C=P·η·K （1）

式中P ——主电机功率，4KW

η——主传动系统总功率，取0.65

K ——进给系统功率

系数，取0.96

根据（1）式可得

P C=4×0.65×0.96=2.496KW

又P C=F Z V 则F Z=P C/V （2）

式中F Z——切销力，N

V ——销线速度，取V=1.667m/s

代入（1）、（2）式可得

F Z=P C/V=2496/1.667=1497N

通常F X=（0.1~0.6）F Z

F Y=（0.15~0.7）F Z

纵向切削分力：

F X=0.5F Z=0.5×1497=748.5N

横向切销分力：

F Y=0.5F Z=0.5×1497=748.5N

1.3 滚珠丝杠设计

车床丝杠的纵向轴向力

F轴=KF X+μ（F Z+W）（3）

式中K——颠复力矩影响的实验系统，K=1.15

F X——纵向切削分力

μ——导轨上的磨擦系统，μ=0.17

F Z——主切削力

W——工作台作用在导轨上的重力

W=m·g=110.6×9.8=1084N

式中m——工作台的质量

g——重力加速度

代入（3）式得

F轴=1.15×748.5+0.17×(1497+1084)≈1300N

1.3.1 强度计算

滚珠丝杠的转速

n t=

1000v·f

π·D·P

(4)

式中v——切削线速度，v=100m/min

f——进给量，f=0.3mm

D——工件直径，D=80mm

P——滚珠丝杠螺距，P=6mm 代入（4）式得

n t=

1000×100×0.3

3.14×80×6

=20r/min

取寿命时间T =15000h

寿命值A=60n t·T/106

=60×20×15000÷106=18 取运转系数K W=1.2，硬度系数K H=1，则最大负载Q=

3

A ·K W·K H·F轴=

3

18 ×1.2×1×1300=4088N，选取滚珠丝杠的公称直径为35mm，型号为ND3506-1×2/E 左，即双螺母垫片调隙式，内循环，一圈二列，滚珠直径为3.969 mm，螺距为6mm，其额定动负荷是12847N>Q=4088N，故强度够用。

1.3.2 效率计算

由于所选滚珠丝杠的螺旋升角α=3°7′，摩擦角ψ=10′，则滚珠丝杠的传动效率

n t=

tgα

tg(α+ψ)

=

tg3°7′

tg3°17′

=0.96

由于机床原丝杠直径为30mm，现采用的滚珠丝杠直径为35mm，支承方式不变，所以刚度及稳定性确验算。

2．横向进给系统的设计

横向进给系统的设计与纵向进给系统的统计类似，计算从略。/

3．步进电机的选用

3.1 纵向步进电机的选取

3.1.1 确定步距角

设步进电等效负载力矩为M，负载力为F负，根据能量守恒原理，电机所作的功与负载所作的功的关系：

M·ψ·η=F负·L

M=F负·L/ψ·μ（5）

式中ψ——电机转角，ψ=Q b=0.75°

L——移动部件的相对位移，L=δp=0.01mm/脉冲

μ——滚珠丝杠的传动效率，μ=0.96

F负——负载力，F负=Fs+μ(W+Fz) (6)

式中W——工作台作用在导轨上的重力

μ——机床导轨磨擦系数，取μ=0.17

F Z——作用在工作台上的切削力，F Z=1497N

F S——纵向丝杠牵引力，F S=F X+1.414F当W （7）

式中F X——纵向切削分力，F X=748.5N

F当——当量磨擦系数，F当=0.01

代入（7）式得

F S=748.5+1.414×0.01×1084=763.8N

将F负=Fs+μ(W+Fz), ψ=Q b，L=δp 代入（5）式得

M=

36δp[Fs+μ(W+Fz)]

2π·Q b·η

=·

36×0.01×[763.8+0.17×(1084+1497)]

2×3.14×0.75×0.96

≈95.75N·cm

3.1.2 步进电机的最高频率

取V max=1m/s，则f max=

1000V max

60δp

=

1000×1

60×0.01

=1667H Z

根据以上数据和经验，选用110BFG