畢業(yè)論文 題 目： 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 副 標(biāo) 題： 學(xué) 生 姓 名： 所在系、專業(yè)： 機電工程系、模具設(shè)計與制造 班 級： 指 導(dǎo) 教 師： 日 期： 摘要 I 摘 要 普通車床改造屬于經(jīng)濟型車床的改造，主要針對車床的導(dǎo)軌，床鞍，刀架進(jìn)行改造。在提高企業(yè)生產(chǎn)力，產(chǎn)品精度和質(zhì)量的前提下設(shè)計方案力求簡單，經(jīng)濟，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)，力求操作簡單，易上手，使用與維修方便。綜合考慮 性價比。 關(guān)鍵詞 ： 普通車床改造，導(dǎo)軌，床鞍，刀架，產(chǎn)品精度和質(zhì)量 目 錄 I 目 錄 摘 要 . I 目 錄 . I 1、對車床導(dǎo)軌和床鞍配合滑動面的改造 . 1 2、刀架設(shè)計和選擇 . 1 2.1 刀架的設(shè)計方法 . 2 2.1.1 確定刀架傳動方案 . 2 2.1.2 三相異步電動機選擇 . 2 2.1.3 減速機轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設(shè)計 . 2 2.1.4 螺旋機構(gòu)的設(shè)計計算 . 3 2.1.5 刀架改造后的裝配技術(shù)條件 . 3 2.2 電動刀架的選擇 . 3 2.2.1 機床刀架選擇的基本要求 . 3 2.2.2 車床自動轉(zhuǎn)位刀架結(jié)構(gòu)及工作原理 . 4 2.2.3 刀架的安裝 . 5 3、主軸編碼器的選用與安裝 . 5 3.1 編碼器選用 . 5 3.2 編碼器的安裝 . 6 4、絲杠及導(dǎo)軌的自動潤滑 . 6 5、總結(jié) . 7 6、參考文獻(xiàn) . 9 致謝 . 10 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 1 1、對車床導(dǎo)軌和床鞍配合滑動面的改造 隨著當(dāng)今社會的進(jìn)步發(fā)展，普通車床已經(jīng)滿足不了各大機械行業(yè)的產(chǎn)品精度要求，對于大型企業(yè)而言，購置那些高自動化高精度的新型機床提高產(chǎn) 品生產(chǎn)力，精度，質(zhì)量本是一件無可厚非的事情。但對于一些小型企業(yè)來說，那些新型機床的價格幾十萬，幾百萬，有的乃至上千萬，是根本承受不了的。然后，現(xiàn)在的中國行情是大部分企業(yè)還是在使用普通車床，為了提高企業(yè)的生產(chǎn)力，產(chǎn)品精度，質(zhì)量，還要減少資金，那對普通車床的部分區(qū)域改造是當(dāng)前局勢的最好選擇。 首先是導(dǎo)軌，導(dǎo)軌除了應(yīng)該具有臥式車床導(dǎo)軌的精度和工藝性外，還要有良好的耐磨性，并減少因摩擦力而致死區(qū)，同時還要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響。 原車床導(dǎo)軌材料為 HT200，其靜摩擦因數(shù)大，動、靜摩擦因數(shù)相差較 大，低速時易出現(xiàn)爬行，力矩?fù)p失大，影響運動的平穩(wěn)性和定位精度?？紤]到改造后的車床對導(dǎo)軌精度和導(dǎo)軌摩擦因數(shù)的要求，對原床身的鑄鐵導(dǎo)軌和床鞍的相互配合面進(jìn)行以下改造：第一，將床身放置導(dǎo)軌磨床上精磨導(dǎo)軌，使其達(dá)到平面直線度 0.01/1000mm，平行度0.02/1000mm，表面粗糙度 1.6 m的精度，并進(jìn)行表面硬化處理；第二，將床鞍放置導(dǎo)軌磨床上粗加工配合面，修正原有磨損，使其表面粗糙度達(dá)到 6.3 m 即可；第三，對床鞍的配合面采用粘貼聚四氟乙烯軟帶進(jìn)行工藝改造，達(dá)到減少摩擦力，特別是使動靜摩擦因數(shù)接近，達(dá)到床鞍 移動時低速無爬行，抗嚙合性和耐磨性好的要求。 在該項工作中，主要是對貼塑材料的選用和貼接工藝的控制。考慮到性能價格比，選用聚四氟乙烯軟帶作為粘貼材料。具體工藝為：選用厚度為 2.0mm，寬度為 100 的軟帶；用納基溶液處理聚四氟乙烯軟帶表面，用丙酮清洗床鞍的配合面；將粘貼表面清洗干凈，沒有銹斑、油漬；選用含氟膠和膠液兩組全 2SW-2膠作為粘貼劑，膠層控制在0.10 0.15mm左右；加壓粘接固化，壓強為 0.05 0.10Mpa,常溫下 24h；固化后切去軟帶工藝余量并倒角；對軟帶進(jìn)行開油槽和刮研。刮研要求達(dá)到與 導(dǎo)軌面接觸面積為：全長不少于 75%兩端不能無接觸，全寬不少于 50%。軟帶與導(dǎo)軌配合應(yīng)嚴(yán)密，用 0.04mm塞尺檢查，插入深度不得大于 20mm。 經(jīng)過刮研后，導(dǎo)軌與床鞍配合精度達(dá)到要求，并根據(jù) GB/T4020 1997 臥式車床精度檢驗標(biāo)準(zhǔn)中 G2項檢驗，達(dá)到了在水平面內(nèi)溜板移動的直線度 0.02mm 的標(biāo)準(zhǔn)。 按上述方法改造床鞍和大拖板配合滑動面導(dǎo)軌。精磨床鞍導(dǎo)軌，大拖板滑動面、調(diào)整塞鐵滑動面粘貼聚四氟乙烯軟帶，并進(jìn)行刮研，使床鞍與大拖板配合精度達(dá)到要求。 2、刀架設(shè)計和選擇 此改造后的車床的方刀架可以根據(jù)機床的實 際尺寸選擇，也可以選用廠家生產(chǎn)的成品刀架，下面分別介紹自行設(shè)計和選擇成品刀架的方法。 鑒于本機床的具體情況，對設(shè)計刀架的技術(shù)要求有如下三方面： （ 1）夾緊力在 4000N 以上。 （ 2）需要進(jìn)行四個方位的轉(zhuǎn)換選擇。 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 2 （ 3）重復(fù)定位精度不大于 0.005mm。 2.1 刀架的設(shè)計方法 2.1.1 確定刀架傳動方案 經(jīng)過比較，仍采用四方刀架，安裝在原機床小刀架的位置上較為合適。刀架的動作順序為，電動機（三相異步微型電動機）減速機構(gòu)（渦輪蝸桿）上升機構(gòu)（螺旋機構(gòu)）刀架旋轉(zhuǎn)電器信號確定（霍爾元件）電動機反轉(zhuǎn)粗定位 （反靠盤）刀架下降精定位刀架鎖緊換刀結(jié)束信號執(zhí)行加工程序。 2.1.2 三相異步電動機選擇 根據(jù)機床上的空間位置和初步設(shè)計計算的夾緊力情況，選擇電動機 A06134 型微型異步電動機。根據(jù)參考文獻(xiàn)，查其相關(guān)參數(shù)為： Q 額定功率 WPN 180 ；額定轉(zhuǎn)速min/1400 rn ；額定電壓為 380V,頻率為 50 ZH ；額定電流為 0.625A,效率 為 0.64；功率因數(shù) 66.0cos ；起動電流為 6A。 一般根據(jù)經(jīng)驗可知： .22額定轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 4.2額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 .41額定轉(zhuǎn)矩最小轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩可計算為： mNnPT NN 228.1602 故取起動轉(zhuǎn)矩 mNTq 7.2 ，最大轉(zhuǎn)矩 mNT 95.2m ax ，最小轉(zhuǎn)矩minT 1.72 mN 。 2.1.3 減速機轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設(shè)計 刀架傳動的減速轉(zhuǎn)位機構(gòu)采用渦輪蝸桿傳動，取蝸桿頭數(shù)為 21 Z ,傳動比 20i ；蝸桿材料采用 40Cr,表面淬火，硬度為 45 55HRC；渦輪材料用鑄錫青銅 ZQSn10 1，沙模鑄。取模數(shù) m=2.5，蝸桿直徑系數(shù) q=12，確定傳動 尺寸及蝸桿渦輪各中心距： mmizqma 652 )( 1 蝸桿：分度圓直徑 mmmqd 301 齒頂圓 直徑 mmd a 351 齒根圓直徑 mmd f 241 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 3 螺旋角 46.9 螺旋螺紋部分長度： mmL 40 渦輪：分度圓直徑 mmd 1002 喉圓直徑 mmd a 1051 齒根圓直徑 mmd f 942 齒寬角 46.92 尺寬 mmdb a 2675.0 1 蝸桿渦輪的精度、表面粗糙度選擇：根據(jù)參考文獻(xiàn) ,查得表 )/(3665.02 smv ， 分度機構(gòu)選用級為 6 DCJB162 60,.蝸桿渦輪的表面粗糙度 6.1aR m。 通過對蝸桿渦輪齒面接觸疲勞強度進(jìn)行的計算、對蝸輪齒根彎曲疲勞強度的校核以及蝸桿軸承的校驗，滿足設(shè)計要求。 2.1.4 螺旋機構(gòu)的設(shè)計計算 參照螺旋轉(zhuǎn)位刀架 CB3432 1和 CE7112，進(jìn)行類比，確定螺旋機構(gòu)。試選 T44 16 2 8螺桿，直接在方刀架體上加工 T44 16 2 8螺母，選取螺桿材料為淬火鋼，刀架材料為碳素鋼。 通過對螺旋機構(gòu)夾緊力 Q的計算， QMAX為 7889.8N,Qmin為 4600N,滿足設(shè)計要求。 2.1.5 刀架改造后的裝配技術(shù)條件 （ 1）裝配時所有零件必須清洗上油，傳動部件應(yīng)上潤滑油。 （ 2）按零部件的裝配順序進(jìn)行裝配。 （ 3）配合時應(yīng)進(jìn)行試車，保證四方對正。 2.2 電動刀架的選擇 在普通車床化改造中，將原機床的普通手動轉(zhuǎn)位刀架替換成自動轉(zhuǎn)位刀架。自動轉(zhuǎn)位刀架由系統(tǒng)控制，效率高，工藝性能可靠。根據(jù)所加工零件的工藝要求及機床控制方式，在這次改造中，采用四方自動轉(zhuǎn)位刀架。 2.2.1 機床刀架選擇的基本要求 車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平，所以有如下要求： （ 1）轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全。 （ 2）按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時間短。 （ 3）應(yīng)當(dāng)滿 足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲存量足夠、結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求。 （ 4）防塵、防屑，密封性能優(yōu)良。 （ 5）夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削，回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受機床在切削加工時的切削抗力。 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 4 2.2.2 車床自動轉(zhuǎn)位刀架結(jié)構(gòu)及工作原理 微電機經(jīng)彈簧安全離合器至蝸桿副帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母抬起刀架使定位用端齒盤的上盤與下盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位。然后發(fā)現(xiàn)號使電動機反轉(zhuǎn)鎖緊，完成刀架換位后，再進(jìn)行切削加工。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位及壓緊等。 具 體過程是：當(dāng)微機發(fā)出換刀信號后，刀架控制器中間繼電器動作，電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動渦輪蝸桿減速機構(gòu)，螺桿升降機構(gòu)使刀架上升，當(dāng)?shù)都苌仙揭欢ǖ母叨葧r，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)。刀架上端的發(fā)信盤中對應(yīng)每個刀位都安裝一個霍爾元件，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某一刀位時，該刀架上霍爾元件輸出高電平。在上刀體旋轉(zhuǎn)過程中，發(fā)信盤不斷地向數(shù)控系統(tǒng)反饋刀位信號。數(shù)控系統(tǒng)將反饋刀位信號與指令刀位信號相比較，當(dāng)兩信號相同時，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。螺桿帶動上刀體下降，直至齒牙盤嚙合，完成定位，并通過渦輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。向數(shù)控系統(tǒng) 發(fā)出轉(zhuǎn)位完成信號，切斷電源，完成選到過程。本設(shè)計采用的是常州宏達(dá)機床機床設(shè)備廠 LD4 CK6163立式轉(zhuǎn)位刀架，其工作原理如圖 1、 2，參數(shù)見表 1。 圖 1 自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖 1-電動機 2 固定安裝絲桿 3-安全離合器 4-上刀位 表 1 型號尺寸表 單位： mm 型號 H h A B C C1 D E E1 L L1 L2 h1 h2 h3 F Z K LD4-6163 120 25 200 200 150 150 177 25 35 500 200 310 310 40 120 40 13 80 51 表 2 技術(shù)參數(shù)表 型號 換刀時間（ s） 最大許用力矩 （ Nm） 重復(fù)定位 精度（ mm） 電機功 率（ w） 電機轉(zhuǎn) 速（ rpm） 凈重（ Kg） 90 180 270 Mq Mx Ms LD4-6163 2.8 3.5 4.2 1000 2500 800 0.005 180 1400 55 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 5 圖 2 自動轉(zhuǎn)位刀架工作原理圖 2.2.3 刀架的安裝 每一臺改造后的車床都必須具備快速準(zhǔn)確換刀的功能。該刀架安裝時，需先拆除原機床上的小滑板和刀架，然后把電動刀架置于中滑板上。此時，刀架高度應(yīng)使車刀前面基本通過車床主軸軸心線，否則要在刀架下面加墊板，調(diào)整其高度。然后，卸掉刀架電動機風(fēng)扇罩殼，逆時針方向轉(zhuǎn) 動電動機，使上刀體相當(dāng)于轉(zhuǎn)動 45左右。打裝螺孔，再用內(nèi)六角螺栓將刀架與中滑板固定。固定時應(yīng)注意，將刀架的兩側(cè)面分別與車床縱向和橫向的進(jìn)給方向平行，用墊板來調(diào)整其中心高。使用前應(yīng)試運行，運轉(zhuǎn)時要達(dá)到輕松靈活、無噪聲的要求。 3、主軸編碼器的選用與安裝 傳統(tǒng)車床加螺紋時，是通過交換齒輪組來完成，加工不同的螺紋需不同的交換齒輪組，操作麻煩。改造后的車床已拆掉原交換齒輪系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，車床主運動和進(jìn)給運動相互獨立，為了保留車床加工螺紋的功能，必須配置一個主軸同步編碼器作為車床主軸位置信號的反饋元件，這樣就能使主軸 轉(zhuǎn)角位置變化信號輸送到系統(tǒng)，系統(tǒng)按加工螺矩進(jìn)行計算處理，從而控制機床伺服電動機實現(xiàn)準(zhǔn)確加工螺紋的目的。 3.1 編碼器選用 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，它分為光電式、接觸式、電磁式三種。光電式脈沖發(fā)生器根據(jù)編碼方式不同分為絕對式和增量式，而增量式光電編碼器結(jié)構(gòu)簡單，價格低，精度易于保證，體積小，質(zhì)量輕，力矩小，可靠性高，壽命長等特點被廣泛使用。 根據(jù)所選的車床系統(tǒng) KND-1000T的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合脈沖編碼器每轉(zhuǎn)進(jìn)給脈沖數(shù)對螺紋加工范圍，加工精度和車螺紋時伺服電動機運行頻率及主軸轉(zhuǎn) 速的影響，脈沖編碼器每轉(zhuǎn)進(jìn)給脈沖數(shù)應(yīng)盡可能取較大值，再結(jié)合環(huán)境特性，最后根據(jù)機床主軸轉(zhuǎn)速不允許超過脈沖發(fā)生器的最高許用轉(zhuǎn)速的原則，選擇 長春禹衡光學(xué)有限公司 生產(chǎn)的常規(guī)型實心軸增量式光電編碼器 ZXF-102.4BM-C05E編碼器；其分辨率為 FB=1024p/r,該編碼器經(jīng)濟適用，環(huán)境適應(yīng)性好，壽命長，其最高許用轉(zhuǎn)速為 6000r/min，遠(yuǎn)大于車床主軸最高轉(zhuǎn)速800r/min。 ZXF-102.4BM-C05E編碼器具體參數(shù)見表 3。 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 6 表 3 ZXF-102.4BM-C05E 性能參數(shù) 型 號 實心軸 最高轉(zhuǎn)速 （ r/min） 徑向負(fù)載 （ N） 軸向負(fù)載 （ N） 啟動力矩 （ N.m） 轉(zhuǎn)動慣量 （） 重量 （ kg） ZXF-102.4BM -C05E 15mm 6000 50 50 5 6.5 約 0.35 3.2 編碼器的安裝 該車 床所加工零件中途無需自動改變主軸轉(zhuǎn)速，從降低改造成本考慮，主軸箱僅改動 I軸，即去除原正、反轉(zhuǎn)手動控制離合器機構(gòu)，改用定軸定齒傳動，保留其它各傳動軸變速齒輪及各級手動變速機構(gòu)。其中軸原為進(jìn)給傳動輸出軸，該軸轉(zhuǎn)速嚴(yán)格與主軸轉(zhuǎn)速同步，為編碼器安裝的首選傳動軸。 為了降低改造難度，決定采用異軸安裝的方式來安裝編碼器，編碼器的引入軸通過傳動比為 1： 1的齒輪組與主軸箱軸輸出端聯(lián)系起來，使其間接與主軸同速運轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺絲固定在主軸箱體上，（見圖 3）。 圖 3 編碼器安裝位置圖 工作時，編碼器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng) 裝置控制進(jìn)給伺服電動機準(zhǔn)確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生進(jìn)給運動，保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，螺紋車刀移動一個螺紋導(dǎo)程，同時還保證每次進(jìn)給都在工作的同一點切入，而不亂牙。 編碼器安裝應(yīng)注意，擺放時應(yīng)小心輕放，不能有較大的沖擊和振動，以防光學(xué)元器件損壞而報廢。 4、絲杠及導(dǎo)軌的自動潤滑 本機床采用自動潤滑系統(tǒng)對縱向、橫向?qū)к壝婕翱v向、橫向滾珠絲桿副定點、定量、定時供應(yīng)潤滑油。潤滑系統(tǒng)由電動潤滑泵、定量注油器、潤滑接頭組成，自動潤滑系統(tǒng)工作電壓 （ V） 分辨率 （ P/r） 工作溫度 （） 儲存溫度 （） 耐沖擊 （ m/s） 耐振動 （ m/s） 防護(hù)等級 5 0.25 1024 -30+70 -40+80 980（ X、 Y、 Z各三次） 98（ 10200Hz, X、 Y、 Z各 2小時） IP65 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 7 見圖 4。 電動泵油箱的潤滑油可采用 30號機械油。（ 機械油牌號是按其在 50 的運動粘度值來定的。 30號機械油 50 的運動粘度為 2733mm2/s。凝點 -10 ，閃點 180 。機械油是從 10到 70七個牌號。號越大粘度也越大。 ） 一般習(xí)慣上把礦物潤滑油統(tǒng)稱為機油。除了機械油外，還有一些專用潤滑油，如高速機械油、主軸油、汽輪機油，這些都是按 50 的粘度來定牌號；內(nèi)燃機油、壓縮機油、齒輪油、過熱汽缸油、軋鋼機油是按 100 的運動粘度值來定其牌號的。 電動潤滑開、停時間，由系統(tǒng)的診斷參數(shù)中的 160、 161及 162、 163 號設(shè)定。用戶可根據(jù)實際情況自行設(shè)定開停時間。 自動潤滑裝置選用杭州譜威公司 VERSA型 電動潤滑泵和 SJM型定量注油器組成。SJM是卸壓指示定量注油器，系統(tǒng)加壓時儲油指示桿伸出，系統(tǒng)卸荷后注油，指示桿收回。此種定量器有 1-5 個出油口可選，每個出油口的注油量可在規(guī)格范圍內(nèi)任意選擇，不用的出油口可用專用堵頭堵起。 圖 4 自動潤滑系統(tǒng)圖 5、總結(jié) 機床的改造的優(yōu)缺點總結(jié)以下幾點： （ 1） 減少投資額，制造周期短。 三通分油塊 電動潤滑泵 （ 2 升） SJM 型定量注油器 （至尾座潤滑點） 1-SJM 型定量注油器 （至大拖板潤滑點） SU 型濾油器 1-SJM 型定量注油器 （至中拖板潤滑點） 普通車床導(dǎo)軌、床鞍、刀架和部分區(qū)域的改造 8 （ 2）機械性能穩(wěn)定性可靠所利用的床身箱體、等基礎(chǔ)件都是重而堅固的鑄造構(gòu)件性能高，質(zhì)量好，可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。 （ 3）熟悉了解設(shè)備便 于維修，改造的機床操作者對機床的性能早已了解經(jīng)過短期培訓(xùn)就可上機操作。 （ 4）可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時那樣需重新構(gòu)筑地基。 （ 5）提高設(shè)備質(zhì)量和檔次將舊機床改成當(dāng)今水平的機床。 （ 6）缺點是受到原來機械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 車床改造后，大大提