CJK6132数控车床及其控制系统设说明书解读

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1、CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字一、总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防 现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经 济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。 经济效果显著的最佳可行方 案，以获得高的经济效益和社会效益。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、 新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收 国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创 新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维 修容易、

2、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽 量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。（一）、主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组 成。主传动系统属于外联系传动链。主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵 机构等十部分组成。1、动力源电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方 向。2、定比传动机构具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采 用齿轮和带传动。3、变速装置传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速 组和一个背

3、轮机构使主轴获得18级转速。4、主轴组件机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，5、开停装置用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主 轴的启动和停止。6、制动装置用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式 制动器。7、换向装置用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。8操纵机构控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和 制动采用电控制；变速采用液压控制。9、润滑与密封为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可 靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴

4、组件采用迷宫式密封。10、箱体上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中 采用灰铁铸造箱体。11、刀架数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。（二八 机床主要部件及其运动方式的选定主运动的实现根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。 其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。 所有的变 速都采用液压操作。进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、丫方向上,进给运动均采用滚珠丝杠螺母副， 其动力由步进电机通过齿轮传递。 齿轮的消隙 米用偏心环调整。数字控制的实现采用单片机控制，各个

5、控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作 的位置，这一点须根据实际情况而定。机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标 准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。（三八 机床的主要技术参数由设计任务书的要求，现将CJK6132经济型数控车床的主要技术参数及加工 范围技术参数列于下：项目 单位规格床身上最大回转直径mm 320最大工件长度mm 750最大切削直径mm 320最大切削长度mm 750床鞍（滑板）上最大切削直径 mm 250主轴前端锥孔莫氏6号锥度主轴孔径mm 350主轴转速范围r/min 401800主轴转速级数 18级主轴电机输出功率

6、（普通）kW 5中心高距床身mm 250距地面mm 1130尾座套筒直径mm 65尾座套筒行程mm 150尾座套筒锥孔锥度莫氏5号（四八 各组成部件的特性与所应达到的要求1. 床身机床床身采用优质铸铁，内部筋采用 U形布局，床身整体刚性高。滑动导轨 面采用中频淬火，淬硬层深。硬度达 HRC52以上，拖板滑动面贴塑，使得进给 系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都处于最佳状态。2. 床头箱结构机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿 轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支 撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良

7、好的 精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器， 解决主轴的刹车及离合问题，离 合器安装于床头箱带轮侧，使床头箱内结构大为简化，便于维修。3. 进给系统机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床 鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有 TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于 提高了机床的快速响应性能及生产效率。在进给系统各滑动处及两轴丝杠丝母处 都设置了润滑点。4. 刀架机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。5. 尾座米用手动尾座6. 冷却系统冷却箱放在后床腿中。7. 卡盘机床标准配置为_250手动卡盘，8. 电气系统电路的动力回路，均有过流、短路保护，机床相关动

8、作都有相应的互锁，以 保障设备和人身安全。电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观 察到机床各部分的运行状态。9. 安全保护当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给 轴，冷却电机等如已在 启动”状态者，将进入 停止”状态；如已在 停止”状态的 则不可自行进入启动状态，确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程 序是固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电 或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。由于软件的合理设计，报警可通过显示器显示文字及报警号

9、， 通过操作面板的指 示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行 急停”； 对一般报警实行 进给保持”；对操作错误只进行 提示”。第5页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字二、机床主传动设计（一）、主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的，它必须满足以下要求：a直接反映出机床的加工能力和特性；b、决定其他基本参数值的大小；c、作为机床设计的出发点；d、作为用户选用机床的主要依据。对于通用机床（包括专门化机床），主参数通常都以机床的最大加工尺寸表 示，只有在不适用于用工件最大尺寸表示时， 才采用其他尺寸或物理量。如卧

10、式 镗床的主参数用主轴直径，拉床用额定拉力等。为了更完整地表示出机床的工作 能力和加工范围，有时在主参数后面标出另一参数值，称为第二主参数。如最大 工件长度、最大跨度、主轴数和最大加工模数等。除主参数外，机床的主要技术参数还包括下列基本参数：a、与工件尺寸有关的参数；b、与工、夹、量具标准化有关的参数；c、与机床结构有关的参数；d、与机床运动特性和动力特性有关的参数。这些基本参数可以归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数三种。1 .尺寸参数尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、 夹、量具的标准化及机床结 构有关的主要参数。如普通车床横刀架上最大工件的回转直径，在相同中心高的 情况下，这一尺寸参

11、数既决定加工长工件的最大直径， 又决定刀架的厚度及其刚 性。机床主要尺寸参数内容见下表（）。与工件主 要尺寸有关 的参数最大加工尺寸最大加工直径或最大工件直径，最大加工模数、螺 旋角主轴通孔直径最大加工长度或最大工件长度最大工件安装尺寸。如工作台尺寸、主轴端面至工 作台面最大距离、主轴中心线至工作台面最大距离或 立柱间距等最小工件加工尺寸。如主轴中心线至工作台面距 离、最小车削直径、最小磨削外径或孔径等部件运 动尺寸范 围刀架、工作台、主轴箱、横梁的最大行程刀架、工作台、砂轮（导轮）箱或摇臂的最大回 转角度与工、夹、量具标准化 有关的参数主轴或尾架套筒的锥孔大小 工件头架或尾架的顶尖安装锥度刀

12、杆断面尺寸、刀夹最大尺寸、安装的刀具直 径工作台T型槽的尺寸和数目与机床结构有关的参 数床身或摇臂的导轨宽度花盘或圆工作台的直径主轴中心线或工作台面至地面的咼度机床主要尺寸参数内容机床的主参数主要决定于工件的尺寸。对于各类通用机床，已在调查研究各 种工件的基础上制定出了机床的参数标准， 设计时应该遵照执行。专用机床的主 参数则基本上可以根据工件尺寸决定。主参数系列采用优先数系，这样做有如下好处：（1）优先数按等比级数分级，能在较宽的范围内以较少的品种，经济合理 地满足用户的需要，即可把产品的品种规格限制在必需的最少范围内。（2）优先数系具有各种不同公比的系列，因而可以满足较密和较疏的分级要求。

13、随着形势的发展，可以通过插入中间值使较疏的系列变成较密的系列，而原来的项值保留不变。在参数范围很宽时，根据经济性和需要量等不同的条件， 还可以分段选用最合适的基本系列（即选用不同的公比），以复合系列的形式组 成最佳系列。（3）优先数系是国际上统一的数值制度，有利于国际的标准化。其他尺寸参数一般根据主参数来确定。但由于机床的使用情况比较复杂， 这些尺寸参数的确定还有相似分析法和图解分析法及回归分析法。由此可以得到CK6140数控车床的尺寸参数如下表所示：参数项目单位数值床身上最大工件回转直径mm320刀架上最大工件回转直径mm160主轴通孔直径mm35第8页共34页CJK6132传动系统课程设计

14、说明书键入文字主轴锥孔莫氏Nq6尾架顶尖套锥孔莫氏Nq5最大工件长度Lmm750刀杆截面尺寸mm20 X 202. 运动参数运动参数包括机床主运动(切削运动)的速度范围和级数，进给量范围和级 数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动的工艺要求所决定的。主轴极限转速和变速范围对于主运动为回转运动的机床，主轴极限转速为：nmax1000V max(r / min)心 d minnmin1000V min( r /min)d max式中的dmin或dmax不是该机床可能加工的的最小或最大直径，而是认为是在机床全部工艺范围内可以用最大切削速度Vmax来加工时的最小工件直径和用最小切削速度Vmin

15、来加工时的最大工件直径，这样才能得出合理的极限转速值。(1)极限切削速度Vmax、Vmin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。允许的切削速度极限参考值如下表所示:加工条件vmaxvmin硬质合金刀具粗加工80120硬质合金刀具半精加工或精加工150250高速钢刀具低速光刀10安装磨头附件进行磨削3.57.5精铰孔1.54宽刀加工1.53.5精车丝杠或蜗轮1.251.5选择极限转速的典型条件为：a. 最大切削速度按硬质合金车刀半精车和精车钢料来取值考虑较小规格 车床可普遍采用可转位刀片，切速可适当提高，故对主参数为D （最大工件回转 直径）=2

16、50630mm的车床取250m/min,而大规格车床换刀费时取切速小些耐用 度可以高些，故D= 8001000mm的车床取200m/min ;b 最小切速Vmin可考虑两种情况，即（a）高速钢车刀精车丝杠和（b）高速钢车刀低速光车盘类零件，故 vmin分别取（a） 1.5m/min和（b） 8m/min ；C.最小工件直径dmin，即使用Vmax时可能遇到的最小工件直径，一般取0.1D；d最大工件直径dmax，当Vmin为b中情况（a）时，即按车削丝杠可能遇到的最大直径，取0.1D，Vmin为b中情况（b）时，按刀架滑板上最大工件回转直 径D 1 （对多数车床D 1 = 0.5D）.由上分析得

17、到按典型加工条件选取的数值如下表（）所示:主参数系列极限切削速度（m/min）最大和最小工件直径（mm）变速范围R n最大工件 回转直径D（mm）VmaxVminRvdmind maxRn=RvRd(a)(b)(a)(b)2506302501.58(a)Rv=166.70.1D0.1DD1(0.5D)(a)Rn=166.7(b)Rv=31.25(b)Rn=156.28001000200(a)Rv=133.3(b )Rv=25(a)Rn=133.3(b) Rn=1253、主轴转速的确定(1)、主轴最高转速NMax的确定根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高,按经验，并参

18、考切削用量资料，取 Vmax =200m/min，k=0.5,Rd=0.2,则:dmax = k D =0.5 320 = 160mmdmin Rd dmax = 216 = 32mm-1000Vmaxn max2d min1000 200二 32=1990r/min第12页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字第#页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字(2)、主轴最低转速NMin的确定根据分析，主轴最低转速由以下工序决定：用高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。按经验，并参切削用量资料，取Vmax=15m/min,则最低转速为：nmin1000Vmin心d

19、max1000 15-160二 30r/min第#页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字第#页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字4、转速范围及公比 的确定根据最高转速与最底转速可初步得出主轴转速范围RnN M a x 1990Nm i n 30=66.33则公比= Rn -18466.31.2 7 9由设计手册取标准值得=1.26根据标准公比及初算NMin，查表取NMin=40r/min，则最高转速NMa=NMin X F=40X=2034r/mi n则主轴转速范围R =N7L =203%0=5.85且验算公比得 =1.25993 1/4。在升速时，为防止产生

20、过大的振动和噪声，常限制最大传动比imax x 0)在 BC段：M=F1xz-R1xz X( a+x) -F1xz X a(l-b x a)在 CD段：M=-R2xz (l-x )(l x l-b )则该轴在xz平面内的弯矩图为：3）、作出轴的扭矩图由受力分析及受力简图可知，该轴只在yz平面内存在扭矩。其扭矩大 小为：T1=Fyz r1T2=Fyz r2则扭矩图为：4）、作出总的弯矩图由以上求得的在xz、yz平面的弯矩图，根据M= . M xz2 M 2yz可得总的弯矩图为：M |X5）、作出计算弯矩图根据已作出的总弯矩图和扭矩图，则可由公式 Mca=M 2一（T）2求出 计算弯矩，其中a是考

21、虑扭矩和弯矩的加载情况及产生应力的循环特性差异的系 数，因通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转切 应力则常常不是对称循环的变应力， 故在求计算弯矩时，必须计及这种循环特性 差异的影响。即当扭转切应力为静应力时，取a -0.3;扭转切应力为脉动循环变应力时，取a0.6;若扭转切应力也为对称循环变应力时，则取a =1。应本次设计中扭转切应力为静应力，所以取 a -0.3,则计算弯矩图为：6) 、校核轴的强度选择轴的材料为45钢，并经过调质处理。由机械设计手册查得其许用弯曲 应力为60MP,由计算弯矩图可知，该轴的危险截面在 F1的作用点上，由于该 作用点上安装滑移齿轮，开

22、有花键，由机械设计可查得其截面的惯性矩为：W= n d4+ ( D-d) ( D+d) 2zb/32D其中z为花键的数目，在本次设计中，z=6， D=30mm，d=26mm， b=4mm所以其截面的惯性矩为W=575.963mm3根据标准直齿圆柱齿轮受力计算公式可得圆周力与径向力：Ft=2T1/d1Fr=Ft X tg a其中T1为小齿轮传递的扭矩，N mm； a为啮合角，对标准齿轮，取a =20 ; 而Ft与Fr分别对应与xz平面及yz平面的力。各段轴的长度可从 2号A0图中 得出，则根据前面的公式可得出该轴危险截面的计算弯矩为： Mca=25014.22N m， 则该轴危险截面所受的弯曲应

23、力为： S ca=25014.22/575.96343.43MPW60MP， 所以该轴的强度满足要求。(2)、主轴的刚度校核1)、主轴材料的选择考虑到主轴的刚度几强度，选择主轴的材料为40Cr,并经过调质处理;2）、主轴结构的确定主轴的结构应根据主轴上应安装的组件以及在主轴箱里的具体布置来确定，主轴的具体结构已在零件图上表达清楚，其图号为 6,在此不在绘出。3）、主轴的刚度验算轴的变形和允许值轴上装齿轮和轴承处的绕度和倾角 （y和二）应该小于弯曲变形的许用值y和1 即厂和 ：轴的类型V1( mm)变形部位B 】（rad）一般传动轴4.00030.00051装向心轴承处0.0025刚度的要求较高

24、-0.00021装齿轮处0.001安装齿轮轴(0.010.00)m装单列圆锥滚子轴承0.006L表跨距，m表模数轴的变形计算公式 计算轴本身弯曲变形产生的绕度 y及倾角二时，一般常将轴简化为集中载荷下的简支梁。按材料力学相关公式计算，主轴的直径相差不大且计算精度要求不高的 时候，可把轴看作等径轴，采用平均直d来计算，计算花键时同样选择用平均直 径圆轴：二 di d -i惯性矩：i二 di4I64矩形花键轴:,D +dd2d2F 64i ji二d4 6z(D -d)(D d)264惯性矩:轴的分解和变形合成对于复杂受力的变形，先将受力分解为三个垂直面上的分力，应用弯曲变形公 式求出所求截面的两个

25、垂直平面的二和y。然后进行叠加，在同以平面内的可进 行代数叠加，在两平面内的按几何公式，求出该截面的总绕度和总倾角 危险工作面的判断验算刚度时应选择最危险的工作条件进行，一般时轴的计算转速低传动齿轮的直 径小，且位于轴的中央时，轴受力将使总变形剧烈，如对：二、三种工作条件难 以判断那一种最危险，就分别进行计算，找到最大弯曲变形值 二和y 提高轴刚度的一些措施加大轴的直径，适当减少轴的跨度或增加第三支承，重新安排齿轮在轴上的位置 改变轴的布置方位等。轴的校核计算轴的计算简图在XZ平面内：第33页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字第#页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书

26、键入文字同理可得在yz平面内的受力图，在此不在画出 主轴的传动功率：64P 主=4 0.990.9 =3.513KWFtB =2 = 2 1.569 10=2614.8N支点上的力：d135T主di2 1.569 10545= 2092N主轴转矩：69.50103.513T 主=156900Nmm250根据弯矩平衡：Rhe 623 - Ftc (623 - 329) FtB (623 - 408) = 0求得：RHE=-84.9根据力得平衡：Rha =67.7N则弯矩图为：2)垂直平面得弯矩图：Frb 二 FtB tg： =951.71NFrC = Frc tg： =761.4N根据平面内得弯

27、矩平衡有：Rne 623 - Frc (623 - 329) Fb (623 - 408) - 0Rne = 88.6N再根据力得平衡：rRna 101.71N则可得B、C点得弯矩图：在B点和C点为最危险截面，要满足要求，B、C点满足即可，在B、C截面得弯矩为： 2 2 Mbh M bv =803403.1N 伽MC= ,mch Mcv =675702.3 N扭矩图为：计算弯矩Mcb 二，Mb、(2TB)2=862517.2 N轴得抗弯截面系数为：w 兀d4 +(D _d)(D +d)zb32D=4069440020 140 8 1032 汇 803二 145983.7mmMcaCa W 53

28、.96 ：卜故满足第三强度理论刚度验算：在水平面内，FtB单独作用时:2 2fc1pb(3l -4b )48EI2 22614.8 2.5(3 623 -4 215 )548 2.1 105 I=-0.02598mm44二(D _d )其中 I= =48 2.1 105 I=-0.0072mm=2747500在ftc单独作用下:pb(3l2 -4b2)fc248EI2092 294(3 6232 -42942)548 2.1 10 I=-0.0182mm在两力得共同作用下：fc 二 f c2 f fc1 = 0.00778mm在垂直面内有在FrB单独作用时2 2fc1 _ pb(3l -4b

29、)48EI2 2951.71 2.15(3 623 -4 215 )44二(D -d )其中1=32=2747500在FrC单独作用下:2 2c2pb(3l -4b )48EI2 2故在FtB、FrB、Ftc、FrC共同作用下,xT处为危险截面,其最大绕度为=0.0078031mm而一般的刚度 3 二(.0003 .005)l=0.210.35mm故fc “ y I符合刚度要求，其转角就不验算了。B)下面校核由V传到主轴时的强度，刚度，校核,主轴的传动功率：6P 主= 7.5 0.96 0.97 =5.9974KW69.500 105.9974主轴转矩：T 主= =143188Nmm支点上的力

30、:FtB =2丁主d12 143188120= 2386.5Nd12 143188150= 1376.8N761.4 294(3 6232 -4 2942)根据弯矩平衡：Rhe 6 2 3 FtD 4 8 3 FtB 2 1 5 0求得：RHE=-244.9N根据力得平衡：Rha =1254.6N2）垂直平面得弯矩：Frb = FtB tg ： =868.6NFrC = Frc tg： =501.1 N根据平面内得弯矩平衡有：Rne 623 - FrD 483.5 FrB 215 = 0Rne =-89.1N再根据力得平衡：R Rna二278.4N则可得B、C点得弯矩图：在B点和C点为最危险截

31、面，要满足要求，B、C点满足即可，在B、C截面得 弯矩为：Mb、一 Mb/ M=11489.6N 伽: 22M C = M CH M cvCCH CV =708402.5 N扭矩图为：经分析可知B所在得位置为最危险截面，只要B满足条件即可，则刚度满足。计算弯矩Mcb = ； Mb(2TB)2=942100 N轴得抗弯截面系数为：4w 二d(D -d)(D d)zb32D二 4069440020 140 8 1032 汉 80=145983.7mm3第39页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字第#页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字CcaMcaW =58.94

32、第40页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字故满足第三强度理论刚度验算：在水平面内，FtB单独作用时:2 2fc1b（31 皿）48EI2 22386.5 215(3 62348 2.1 10 I -4 215=-0.0066mm 4：(D d )其中 I= 32=2747500在FrC单独作用下:)48 沢2.1 沢1048 2.1 10 I=-0.00551mm在两力得共同作用下：fc = fc2 f fc1 = 0.01264mm在垂直面内有在FrB单独作用时 5 x I=-0.018147mm44二(D _d )其中 I= 32=2747500在ftc单独作用下:c2p

33、b(3l2 -4b2)48EI第41页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字第42页共34页CJK6132传动系统课程设计说明书键入文字fc1pb(3l2 -4b2)48EI2 21376.8 483.5(3 623 -4 483.5 )868.6 215(3 6232 -4 2152)2 2c2pb(3l -4b )48EI2 2501.1 483.5(3 6232 -4 483.52) =48 2.1 105 I=-0.001515mm在两力得共同作用下：fc = fc2 - fd = 0.00848mm故在FtB、FrB、Ftc、FrC共同作用下,xT处为危险截面,其最大绕度为而一般的刚度y l =(0.00030.0005)l=0.210.35mm故fcy |符合刚度要求，其转角就不验算了第43页共34页