ca6140普通車床的數(shù)控化改造總體方案

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1、湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院HUNAN RAILWAY PROFESSIONAL TECHNOLOGY COLLEGE畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目: CA6140普通車床的數(shù)控化改造系 別: 機(jī)電工程系 學(xué)生姓名: 郭 柳 專業(yè)班級(jí): 數(shù)控維修091班 指導(dǎo)老師: 孫貴清老師 完成時(shí)間： 2011年12月 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱書1. 指導(dǎo)教師評(píng)語： 簽名: 年 月 日2 . 答辯委員會(huì)綜合評(píng)語:經(jīng)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯委員會(huì)綜合評(píng)定成績?yōu)? 答辯委員會(huì)主任(簽字):畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)考核項(xiàng)目及總分具 體 內(nèi) 容分值評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分差及中良優(yōu)設(shè)計(jì)過程20查閱資料及手冊(cè)能力50233.54.55工作態(tài)度及紀(jì)律情況5

2、0233.54.55獨(dú)立工作能力50233.54.55基本概念、基本理論及專業(yè)知識(shí)掌握情況50233.54.55設(shè)計(jì)結(jié)果40規(guī)定任務(wù)的完成情況100578910說明書質(zhì)量1005 78910圖紙及技術(shù)文檔的質(zhì)量150810121315設(shè)計(jì)有無獨(dú)到和創(chuàng)新之處50233.54.55答辯情況40對(duì)設(shè)計(jì)的闡述（自述）150810121315基本理論和方法問題150810121315有關(guān)設(shè)計(jì)問題100278910班級(jí)數(shù)控維修091學(xué)號(hào)2009020501111姓名郭 柳總分指 導(dǎo) 老 師簽 名考 核 小 組 專 家 簽 名畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書機(jī)電工程系一、設(shè)計(jì)課題名稱：CA6140車床的數(shù)控化改造二、指導(dǎo)教師

3、：孫貴清三、設(shè)計(jì)要求：采用數(shù)控裝置和伺服裝置，對(duì)CA6140車床進(jìn)行數(shù)控化改造。要求能進(jìn)行車削數(shù)控加工，達(dá)到或超過原車削加工性能。數(shù)控裝置、伺服裝置選擇合理，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單可靠，保護(hù)措施完備。四、設(shè)計(jì)依據(jù)：CA6140車床控制要求、電氣原理圖及相關(guān)參數(shù)；數(shù)控裝置型號(hào)規(guī)格參數(shù)；伺服裝置型號(hào)規(guī)格參數(shù)；常用低壓控制電器型號(hào)規(guī)格參數(shù)。五、參考資料：熊光華主編數(shù)控機(jī)床北京：機(jī)械工業(yè)出版社；2002廖兆榮主編機(jī)床電氣自動(dòng)控制北京：化學(xué)工業(yè)出版社；2003王愛玲主編現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)北京：兵器工業(yè)出版社；1999余良英編著機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例北京：機(jī)械工業(yè)出版社；1998白恩遠(yuǎn)主編現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床伺服及

4、檢測(cè)技術(shù)北京：國防工業(yè)出版社；2002袁任光編著交流變頻調(diào)速器選用手冊(cè)廣州：廣東科技出版社，2002曾毅等編著變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2002編寫組編機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第5卷上、下冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979李榮生主編電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004姜德希編機(jī)床電氣線路圖冊(cè)北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，編寫組編著工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)上、下冊(cè)北京：中國電力出版社，1997六、設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)度及工作量(一)設(shè)計(jì)內(nèi)容和進(jìn)度要求序號(hào)進(jìn)度要求設(shè)計(jì)內(nèi)容11周了解車床傳動(dòng)、控制、加工性能，分析國內(nèi)外數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)、控制和加工要求。經(jīng)過分析、比較、計(jì)算，確定改造總體方案。

5、205周對(duì)進(jìn)給、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析計(jì)算，選擇拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)并確定傳動(dòng)系統(tǒng)改造方案。1周完成進(jìn)給、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)改造圖。305周選擇伺服裝置05周完成伺服系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，并完成伺服系統(tǒng)控制原理圖。405周選擇數(shù)控裝置。51周完成電氣原理圖草圖和電氣安裝接線圖草圖。05周完成電氣原理圖和電氣安裝接線圖。605周伺服系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計(jì)。05周數(shù)控裝置調(diào)試設(shè)計(jì)。05周機(jī)床安裝及調(diào)試設(shè)計(jì)。72周編寫設(shè)計(jì)說明書。81周畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯。(二)工作量設(shè)計(jì)說明書：數(shù)控化改造總體方案設(shè)計(jì)；機(jī)械部分改造設(shè)計(jì)；伺服裝置選型；伺服系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)；數(shù)控裝置選型；電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；機(jī)床安裝與調(diào)試設(shè)計(jì)。圖紙：機(jī)械改造圖；伺服系統(tǒng)控

6、制原理圖；電氣安裝接線圖；電氣原理圖；元器件清單；七、說明書的格式和裝訂要求（一）畢業(yè)設(shè)計(jì)封面（全系統(tǒng)一格式）（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱書（全系統(tǒng)一格式）（三）評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（全系統(tǒng)一格式）（四）畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書（指導(dǎo)教師下發(fā)）（五）畢業(yè)設(shè)計(jì)明細(xì)表（全系統(tǒng)一格式）（六）目錄（七）畢業(yè)設(shè)計(jì)正文（八）設(shè)計(jì)圖紙（九）畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)（十）參考資料注:說明書用A4開紙打印或書寫，畢業(yè)設(shè)計(jì)正文字?jǐn)?shù)不少于1.5萬（含空格）八、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題審批表審批具體意見審查部門負(fù)責(zé)人意見 專業(yè)負(fù)責(zé)人時(shí) 間 年 月 日 學(xué)術(shù)負(fù)責(zé)人時(shí) 間 年 月 日目 錄第1章 前言11.1 問題提出11.2 普通車床數(shù)控化改造的好處11.3 機(jī)床數(shù)控化改造

7、的意義2第2章 改造總體方案32.1 CA6140車床介紹32.1.1 CA6140車床組成圖32.1.2 CA6140改造參數(shù)42.2 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容4第3章 機(jī)械部分改造73.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)73.1.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的介紹73.1.2 主軸脈沖發(fā)生器73.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)73.2.1 縱向進(jìn)給的改造與計(jì)算73.2.2 橫向進(jìn)給的改造與計(jì)算113.2.3 導(dǎo)軌15第4章 輔助裝置164.1 刀架的改造與安裝16第5章 數(shù)控部分195.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇195.2 數(shù)控系統(tǒng)的介紹195.2.1 操作面板195.2.2 軟件操作界面215.2.3 系統(tǒng)參數(shù)215.3 伺服驅(qū)動(dòng)225.4 伺服電

8、機(jī)24第6章 機(jī)床的安裝與調(diào)試256.1 數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試256.1.1 參數(shù)設(shè)置256.1.2 外部狀態(tài)檢查286.1.3 伺服電機(jī)安裝調(diào)試306.1.4 接通伺服電源316.1.5 連接機(jī)床調(diào)試316.1.6 參數(shù)的設(shè)置與系統(tǒng)的調(diào)試346.1.7 其他參數(shù)設(shè)置及傳動(dòng)鏈注意事項(xiàng)346.2 電氣PLC的調(diào)試346.3 安裝調(diào)試的注意事項(xiàng)35元器件清單36畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙38致謝42參考文獻(xiàn)43第1章 前言1.1 問題提出數(shù)控車床作為機(jī)電液氣一體化的典型產(chǎn)品，是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、零件多變的加工問題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量

9、穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競爭中獲得生存、求得發(fā)展,就必須在最短的時(shí)間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出合乎市場(chǎng)需要的、性能合適的產(chǎn)品,而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣,制造周期的快慢,生產(chǎn)成本的高低,又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。購買新的數(shù)控機(jī)床是提高數(shù)控化率的主要途徑,但是成本太高，很多工廠在短時(shí)間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時(shí)目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通機(jī)床，由于普通機(jī)床加工精度相對(duì)較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機(jī)床、配備與

10、之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機(jī)床改裝成數(shù)控機(jī)床，是當(dāng)前許多企業(yè)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提高機(jī)床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強(qiáng)國的進(jìn)程中，占有一席之地。所以，針對(duì)普通車床6140存在以下幾個(gè)問題：1）車床整體太破舊，機(jī)床磨損嚴(yán)重，加工精度達(dá)不到要求。2)車床電氣元件老化，連接線不穩(wěn)固。3)普通車床加工存在局限性，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代多種零件的加工。4)隨著機(jī)床的發(fā)展，機(jī)床也變成了數(shù)控化、人性化、效益化。而，普通車床實(shí)現(xiàn)一人操作多臺(tái)機(jī)床，不能自動(dòng)化控制。故，據(jù)上述問題普通車床即將面臨淘汰，因此

11、，普通車床的改造勢(shì)在必行。1.2 普通車床數(shù)控化改造的好處（1）有利于普通車床的再次利用經(jīng)改造后的車床能夠再次利用，能夠達(dá)到生產(chǎn)要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、人性化、效益化。（2）有利于企業(yè)技術(shù)的提高，成本的節(jié)約數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，有很大的優(yōu)勢(shì)，數(shù)控機(jī)床具有高度柔性，加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，生產(chǎn)率高，改善勞動(dòng)條件，利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化；而普通機(jī)床精度低，效率低，適合批量較小，精度要求不高，零活類零件。它投資較數(shù)控低，但對(duì)工人的操作技能要求較高，因此工人工資水平高。這樣會(huì)大大的加大企業(yè)的支出，對(duì)企業(yè)的收入也是有所影響的。（3）有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)開支的節(jié)約數(shù)控化改造一般用戶都能承擔(dān)的起,這為資金緊張的中

12、小型企業(yè)的技術(shù)改造開辟了新路,也對(duì)實(shí)力雄厚的大型企業(yè)產(chǎn)生了較大的吸引力。由于新型機(jī)床價(jià)格昂貴,一次性投資巨大,如果把舊機(jī)床設(shè)備全部用新型機(jī)床替換。要花費(fèi)大量的資金,而替換下的機(jī)床又會(huì)閑置起來造成巨大浪費(fèi),若采用數(shù)控技術(shù)對(duì)舊機(jī)床加以改造和購買機(jī)床相比,則可省50%以上的資金,一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價(jià)格僅為全功能裝置的1/3到1/5。（4）有利于數(shù)控化市場(chǎng)的擴(kuò)大訂購新的數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長,往往不能滿足用戶的需要,而改造的數(shù)控機(jī)床能夠適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品多樣化和高精度的要求。因此得到了用戶廣泛的應(yīng)用,機(jī)床的數(shù)控化改造已成為滿足市場(chǎng)需求的主要補(bǔ)充手段,對(duì)中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。1.3 機(jī)床數(shù)

13、控化改造的意義(1)節(jié)省資金。機(jī)床數(shù)控改造同購置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購置新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。(2)性能穩(wěn)定可靠。因?yàn)闄C(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。(3)提高生產(chǎn)效率。機(jī)床數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3至5倍。對(duì)復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。并且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。第2章 改造總體方案2.1 CA6140車床介紹2.1.1 CA6140車床組成圖1、CA

14、6140車床的基本組成如圖2-1所示：圖2-1 CA6140車床外形圖 1-主軸箱 2-刀架 3-尾座 4-床身 5-右床腿 6-溜板箱 7-左床腿 8-進(jìn)給箱2、車床的參數(shù)普通CA6140車床的主要參數(shù)如表2-1所示：表2-1 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑（mm）400刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑（mm）220最大工件長度（mm）750/1000/1500主軸內(nèi)孔（通孔）直徑（mm）52主軸孔前端錐度莫氏6號(hào)刀架縱向的快速移動(dòng)速度（mm）4.5m/min刀架橫向的快速移動(dòng)速度（mm）1.9m/min床身導(dǎo)軌長度（mm）340主軸轉(zhuǎn)速的范圍（r/min）91600電動(dòng)機(jī)功率（kw）7.52.1.2 CA6

15、140改造參數(shù)CA6140數(shù)控化改造后應(yīng)達(dá)到的參數(shù)如表2-2最大加工直徑：在床面上400mm在橫刀架以上210mm最大加工長度：1000mm快進(jìn)速度：縱向2.4m/min橫向1.2m/min最大切削進(jìn)給速度：縱向0.5m/min橫向0.25m/min溜板及刀架重力：縱向800N橫向600N主電機(jī)功率：7.5KW控制坐標(biāo)數(shù)：2最小指令值（脈沖當(dāng)量）縱向0.01mm/脈沖橫向0.005mm/脈沖進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量縱向0.15mm橫向0.075mm2.2 數(shù)控化改造要求和內(nèi)容1、改造要求車床6140主要用于對(duì)中小型軸類、盤類及螺紋零件的加工，加工這些零件工藝上要求機(jī)床應(yīng)該滿足以下要求：(1)能夠控

16、制主軸正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)不同切削速度的主軸變速；(2)刀架能夠?qū)崿F(xiàn)縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并具有在換刀點(diǎn)自動(dòng)改變四個(gè)刀位完成選擇刀具的功能；(3)加工螺紋時(shí)，應(yīng)保證主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架移動(dòng)一個(gè)加工螺紋的螺距或?qū)С?。所以，根?jù)以上要求，普通車床CA6140數(shù)控化改造后數(shù)控系統(tǒng)需要完成的任務(wù)。2、改造內(nèi)容普通車床改造的目的是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車床自動(dòng)完成機(jī)械加工任務(wù)，提高車床的加工精度和生產(chǎn)效率。因此，在考慮機(jī)床的數(shù)控化改造具體方案時(shí)，所遵循的原則是在滿足需要的前提下，對(duì)原有車床盡可能減少改動(dòng)，以降低改成本。根據(jù)CA6140車床有關(guān)數(shù)據(jù)改造內(nèi)容如下：(1)機(jī)械部分精度恢復(fù)和機(jī)械傳動(dòng)部分的改進(jìn)。隨著機(jī)床使用的役齡

17、的增加，機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)部件，如導(dǎo)軌、絲杠、軸承等都有不用程度的磨損。因此，機(jī)床改造過程中的首要任務(wù)是對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行類似于通常的機(jī)床大修，以恢復(fù)機(jī)床精度，達(dá)到新機(jī)床的制造標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用伺服電機(jī)齒輪減速再傳動(dòng)絲杠，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副以及滾動(dòng)導(dǎo)軌。同時(shí)，為提高傳動(dòng)剛度和消除間隙，采用預(yù)加負(fù)載的滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)。齒輪傳動(dòng)也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。1)主傳動(dòng)系統(tǒng)保留原有的主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速機(jī)構(gòu)，由于添加了自動(dòng)加工螺紋功能，因此，在主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生器，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量。如果要自動(dòng)改變切

18、削速度，可采用交流變頻調(diào)速，這樣改造成本較高，本次改造主傳動(dòng)系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。2）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)為保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性和機(jī)床加工精度,取消原機(jī)床的滑動(dòng)絲桿螺母副,選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副,并應(yīng)用預(yù)緊機(jī)構(gòu),以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。3）導(dǎo)軌當(dāng)機(jī)床加工精度要求不是很高,尤其是對(duì)于開環(huán)控制系統(tǒng),一般不作導(dǎo)軌改造調(diào)整改造,可大為降低改造成本。 (2)輔助裝置輔助裝置指的是數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件。如冷卻系統(tǒng)、排屑裝置（采用原有的冷卻和排屑裝置）、自動(dòng)換刀裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。1）對(duì)刀架部分的改造，通過將原機(jī)床的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架來實(shí)現(xiàn)換刀切削,自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常

19、見的形式是螺旋型四工位刀架,由數(shù)控系統(tǒng)直接控制,效率高,工藝性能可靠。2）對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改造，拆除原機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用伺服電機(jī)經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿,帶動(dòng)刀架縱向或橫向運(yùn)動(dòng)。在伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩足夠大,構(gòu)件許可時(shí),可以不用減速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),由伺服電機(jī)直接與絲桿副相連。(3)電氣部分在這里我使用電控柜裝置，在進(jìn)行機(jī)床數(shù)控化改造時(shí)，原機(jī)床的電器控制部分一般只能報(bào)廢，重新按數(shù)控化改造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。數(shù)控機(jī)床的強(qiáng)電控制部分設(shè)計(jì)中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號(hào)的特點(diǎn)和形式要相配，并且在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量簡化強(qiáng)電控制線路。實(shí)物圖如下所示：圖2-1電柜箱（1）圖2-2電柜箱（2）(4)數(shù)控部分1)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)

20、控系統(tǒng)是機(jī)床數(shù)控化改造的核心。數(shù)控改造的目的是要求機(jī)床穩(wěn)定可靠,運(yùn)轉(zhuǎn)故障率低。在這里我采用HNC-21T數(shù)控裝置2) 伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于控制X和Y軸的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制進(jìn)給兩，達(dá)到高精度的加工零件，這里我們采用和華中數(shù)控系統(tǒng)匹配的驅(qū)動(dòng)器HSV-160B和GK6系列交流永磁伺服電機(jī)。(5)整體調(diào)試整機(jī)聯(lián)接調(diào)試。舊機(jī)床上述各個(gè)部件的改造過程完成后，就可對(duì)組裝后改造機(jī)床各個(gè)部件進(jìn)行調(diào)試。一般先對(duì)電氣控制部分進(jìn)行調(diào)試，看單個(gè)動(dòng)作是否正常，然后再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試階段。第3章 機(jī)械部分改造3.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)3.1.1主傳動(dòng)系統(tǒng)的介紹主軸電機(jī)采用車床原有的三相異步電動(dòng)機(jī)。在主傳動(dòng)軸上安裝一個(gè)脈沖發(fā)生

21、器，這樣既保留了機(jī)床原有的功能，又降低了改造工作量，本次改造主軸電動(dòng)機(jī)不做任何改動(dòng)。為了保證車螺紋時(shí)嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，在主軸箱上安裝脈沖發(fā)生器，通過主軸脈沖發(fā)生器數(shù)控系統(tǒng)伺服電機(jī)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一圈，刀架縱向進(jìn)給一個(gè)螺紋導(dǎo)程的車螺紋運(yùn)動(dòng)。3.1.2 主軸脈沖發(fā)生器為了加工螺紋或絲杠，需要配置主軸及脈沖發(fā)生器作為車床位置信號(hào)的反饋元件，它與車床主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出主軸轉(zhuǎn)角位置變化信號(hào)，輸送給數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)按照所需加工的螺距進(jìn)行計(jì)算處理,從而控制機(jī)床縱向橫向伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)加工螺紋的目的。根據(jù)實(shí)際需要，在這里我選用海德ISC5815-0021增量編碼器。ISC5815-0021增量編碼

22、器技術(shù)參數(shù)如表3-1所示：表3-1 ISC5815-0021增量編碼器技術(shù)參數(shù)輸出波形方波電源電壓DC+5或512V/+1224V消耗電流150mA工作濕度3085 無結(jié)霜響應(yīng)頻率0120KHZ電源電壓980、6ms載空比0.5T0.1T沖擊力50、10最大轉(zhuǎn)速6000rmp抗震力MTBF3000h起動(dòng)力矩輸出電壓高電平Vh、低電平Vh軸最大負(fù)載質(zhì)量0.8Kg防護(hù)防水、油、塵工作溫度3.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)3.2.1 縱向進(jìn)給的改造與計(jì)算1、縱向進(jìn)給的改造縱向進(jìn)給滾珠絲杠必須采用三點(diǎn)式支承形式。伺服電機(jī)的布置，可放在絲杠的任一端。由于拆除了進(jìn)給箱，可在原安裝進(jìn)給箱處布置伺服電機(jī)的減速齒輪，也可在滾

23、珠絲杠的左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在素剛托架處布置伺服電機(jī)，機(jī)床改造常采用后一種布置方案。在絲杠左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承座，采用一個(gè)軸套式滑動(dòng)軸承作為徑向支承，在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)分別布置一對(duì)推力球軸承承受兩個(gè)方向的軸向力，支承短軸與滾珠絲杠通過聯(lián)軸套連接起來，滾球絲杠可托架上，滾珠絲杠的中間支承為滾珠螺母與床鞍直接連接。如圖5-1所示。圖3-2 縱向進(jìn)給傳動(dòng)示意圖1、4推力球軸承 2、10徑向滑動(dòng)軸承 3左端軸承座 5左接拉桿 6、9聯(lián)軸套 7滾珠絲杠螺母副 8螺母座 11絲杠托架 12伺服電機(jī)（1）滾珠絲杠縱向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)如下表3-2：表3-2 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)名稱符號(hào)公式

24、公稱直徑38導(dǎo)程6接觸角37鋼球直徑()3.969滾道法面半徑2.064偏心距0.056螺紋升角37螺桿外徑40螺桿內(nèi)徑36.125螺桿紋接觸直徑37.258螺母螺紋直徑45.365螺母內(nèi)徑42.1252、縱向進(jìn)給的計(jì)算縱向進(jìn)給滾珠絲杠必須采用三點(diǎn)式支承形式。伺服電機(jī)的布置，可放在絲杠的任一端。在左端設(shè)計(jì)一個(gè)專用軸承支承座，而在絲杠托架處布置伺服電機(jī)和減速齒輪。如上圖3-2（1）已知條件：工作臺(tái)重量W=2300N，加速時(shí)間常數(shù)t=25s，滾珠絲杠基本導(dǎo)程L0=6mm,快速進(jìn)給速度v=98m/min.由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知,切削功率PC=PK（公式3-1）式中 P電動(dòng)機(jī)功率，查機(jī)床說明書，P=4kw

25、； 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.750.85,=0.8; k進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k=0.96.則PC =3.072kw切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或轉(zhuǎn)矩)和最大切削轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)速)來計(jì)算,即PC=或PC=式中 主切削力（N） 切削速度() T切削轉(zhuǎn)矩(Nm) N主軸轉(zhuǎn)速()設(shè)按最大切削速度來計(jì)算,取 =,則主切削力FZ=1880.8N由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，在外圓車削時(shí)FX=（0.10.55）FZ取FX =0.5FZ=0.51880.8N=940.4N（2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副有設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷首先根

26、據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷。（公式3-2）式中 FP工作負(fù)載（N），指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力； 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)取1.21.5,有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)取1.52.5; 硬度系數(shù)，為60HRC時(shí)，為1；為； G壽命（以轉(zhuǎn)為單位，如1.5則為150萬轉(zhuǎn)）。壽命G可按下式計(jì)算： 式中 n滾珠絲的轉(zhuǎn)速（r/min） T使用壽命時(shí)間（h），數(shù)控機(jī)床T取15000h。工作負(fù)載的數(shù)值可用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，對(duì)于三角或綜合導(dǎo)軌 （公式3-4）式中FX、FZ切削分力；W移動(dòng)部件的重力（800

27、N）;K考慮顛覆力的矩影響的系數(shù)，k=1.5; 導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，=0.15 0.18,取0.16。則FP+0.16(1880.8+2300)N=1750.5 N 當(dāng)機(jī)床以線速度V=98m/min,進(jìn)給量f=0.3mm/r,車削直徑D=80mm的我外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速mm/min=19.5/min則G=萬轉(zhuǎn)=17.55萬轉(zhuǎn)根據(jù)工作負(fù)載、壽命G，取=12, =1，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)負(fù)荷=5461.5N由查滾珠絲杠地產(chǎn)品或機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇絲杠的型號(hào)。例如參照某廠滾珠絲杠的產(chǎn)品樣本，選擇滾珠絲杠的直徑為38mm，型號(hào)為其額定動(dòng)載荷是20500N，強(qiáng)度足夠用。(3) 效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理，絲

28、杠螺母副的傳動(dòng)效率為 （公式3-5）式中 螺紋的螺旋升角，該絲杠為 摩擦角，約等于10則=0.953（4）剛度驗(yàn)算滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭轉(zhuǎn)的作用，將引起基本導(dǎo)程的變化，因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為 （公式3-6）式中 E彈性模量，對(duì)于鋼，E=20.6 S滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定d，若d=2.77cm），則S=6.023其中，“+”用于拉伸，“-”用于壓縮時(shí)則= =cm絲杠1m長度上導(dǎo)程變形誤差為=14因3級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15，故此絲杠的精度足夠。3、縱向滾珠絲杠的安裝：（1）拆下普通滑動(dòng)絲杠與溜板箱，取消絲杠與主軸箱齒輪

29、的傳動(dòng)聯(lián)系，利用原機(jī)床進(jìn)給箱的安裝孔和銷孔安裝齒輪箱體，滾珠絲杠仍安裝在原絲杠位置，兩端采用原固定方式這樣可減小改裝現(xiàn)場(chǎng)，并且由于滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小于原絲杠，從而使縱向進(jìn)給整體剛性優(yōu)于以前。 （2）拆下絲杠右端的支撐座，在坐標(biāo)鏜床上將其孔徑鏜至40mm，便與伺服電動(dòng)機(jī)的支撐軸相配合； （3）車削兩個(gè)軸套（分別為一長一短），長套用于連接絲杠左端和左支撐座，短套用于連接絲杠右端與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸； （4）對(duì)安裝螺母的配件進(jìn)行刨、磨、鉆、鉸和攻絲等加工，使其符合安裝條件； （5）總裝后，進(jìn)行局部調(diào)整（如滾珠絲杠與道軌的平行度、螺母間隙和螺母上下前后位置等），力求使?jié)L珠絲杠受力均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，無傳動(dòng)間隙

30、。 3.2.2 橫向進(jìn)給的改造與計(jì)算1、橫向進(jìn)給的改造橫向滾珠絲杠也采用三點(diǎn)式支承形式。伺服電機(jī)一般采都安在床鞍的后部,靠近操作都一端 ，布置一根支承短軸通過一個(gè)聯(lián)軸套與滾珠絲桿連接起來。利用車床原橫向進(jìn)給絲桿可滑動(dòng)軸承作為徑向支承，并對(duì)原支承處進(jìn)行適當(dāng)改裝布置一對(duì)推力球軸承，以實(shí)現(xiàn)軸向支承,在遠(yuǎn)離操作者的一端，用一個(gè)聯(lián)軸套和一根連接短軸把滾珠絲杠與減速箱輸出軸連接起來，滾球螺母直接固定在中滑板上。車床橫向傳動(dòng)的支承結(jié)構(gòu)如5-2 所示。圖3-3 橫向進(jìn)給傳動(dòng)示意圖1-伺服電機(jī) 2-支承架 3、4、7-聯(lián)軸套 5-滾珠絲杠螺母副 6-螺母座 8-支承短軸（1）滾珠絲杠橫向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)如

31、下表3-3：表3-3 橫向進(jìn)給滾珠絲杠的相關(guān)參數(shù)名稱符號(hào)公式公稱直徑25導(dǎo)程4接觸角433鋼球直徑()3.175滾道法面半徑1.651偏心距0.045螺紋升角433螺桿外徑24.4螺桿內(nèi)徑21.78螺桿紋接觸直徑21.835螺母螺紋直徑28.212螺母內(nèi)徑25.6352、橫向進(jìn)給的計(jì)算（1）假設(shè)已知條件：工作臺(tái)重量W=2300N，時(shí)間常數(shù)t=25ms，滾珠絲杠基本導(dǎo)程L0=4mm(左旋)，快速進(jìn)給速度=98m/min。機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)可知,切削功率PC=PK（公式3-7）式中 P電動(dòng)機(jī)功率，查機(jī)床說明書，P=4kw； 主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.750.85,=0.8; k進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取k=

32、0.96.則PC =PK =40.80.96kw=3.072kw切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力(或轉(zhuǎn)矩)和最大切削轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)速)來計(jì)算,即PC=或PC=式中 FZ主切削力（N） 切削速度() T切削轉(zhuǎn)矩(Nm) n主軸轉(zhuǎn)速()設(shè)按最大切削速度來計(jì)算,取,則主切削力FZ=N=1880.8N由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，在外圓車削時(shí)FX=0.5FZ ,取FX=0.51880.8N=940.4N（2)滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算滾珠絲杠副已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，滾珠絲杠副有設(shè)計(jì)歸結(jié)為滾珠絲杠副型號(hào)的選擇。計(jì)算作用在絲杠上的最大動(dòng)負(fù)荷:首先根據(jù)切削力和運(yùn)動(dòng)部件的重量引起的進(jìn)給抗力，計(jì)算出絲杠的軸向載荷，再根據(jù)要

33、求的壽命值計(jì)算出絲杠副應(yīng)能承受的最大動(dòng)載荷。 （公式3-8）式中 FP工作負(fù)載（N），指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向力； 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)取1.2.5,有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)取.52.5; 硬度系數(shù)，為60HRC時(shí)， 為1；為； G壽命（以轉(zhuǎn)為單位，如1.5則為150萬轉(zhuǎn)）。壽命G可按下式計(jì)算：G=（公式3-9）式中 n滾珠絲的轉(zhuǎn)速 T使用壽命時(shí)間（h），數(shù)控機(jī)床T取15000h。工作負(fù)載的數(shù)值可用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)中進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，對(duì)于三角或綜合導(dǎo)軌 （公式3-10）式中、切削分力； W移動(dòng)部件的重力（800N）; K考慮顛覆力的矩影響的系數(shù)，k=1.5; 導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)，f,

34、=0.150.18,取f,.16。則+0.16(1880.8+2300)N=1750.5 N 當(dāng)機(jī)床以線速度V=,進(jìn)給量f=0.3mm/r,車削直徑D=80mm的外圓時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)速mm/min=29.25r/min則萬轉(zhuǎn)=26.87萬轉(zhuǎn)根據(jù)工作負(fù)載、壽命G，取=12, =1，計(jì)算出滾珠絲杠副承受的最大動(dòng)負(fù)荷N=6301.8N（3)效率計(jì)算根據(jù)機(jī)械原理，絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 (公式3-11） 式中 螺紋的螺旋升角，該絲杠為433 摩擦角，約等于10則=0.953（4)剛度驗(yàn)算滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和扭轉(zhuǎn)的作用，將引起基本導(dǎo)程的變化，因滾珠絲杠受扭時(shí)引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)，故工作負(fù)載引

35、起的導(dǎo)程變化量為（公式3-12）式中 E彈性模量，對(duì)于鋼，E=20.6 S滾珠絲杠截面積（按絲杠螺紋底徑確定d，若d=2.77cm），則S=6.023cm2其中，“+”用于拉伸，“-”用于壓縮時(shí)則= =cm絲杠1m長度上導(dǎo)程變形誤差為=14因3級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差為15，故此絲杠的精度足夠。3、橫向滾珠絲杠的安裝（1）拆下刀架、小拖板及滑動(dòng)絲杠； （2）車削一根定位芯軸，保證法蘭盤孔與大拖板后孔的同軸度。定位后，配鉆四個(gè)螺釘孔，并攻螺紋； （3）車削一根手輪軸，代替原絲杠手輪軸，用于與滾珠絲杠連接； （4）車削兩個(gè)連接套，用于絲杠連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)和手輪軸； （5）銑去大拖板上與螺母發(fā)生干涉的部

36、位； （6）利用車床主軸和尾座將螺母安裝到絲杠上，在利用鎖緊螺母進(jìn)行預(yù)緊，消除間隙； （7）總裝后，用墊片調(diào)整螺母上下位置，使其傳動(dòng)平穩(wěn)。3.2.3 導(dǎo)軌當(dāng)機(jī)床加工精度要求不是很高,一般不作導(dǎo)軌改造調(diào)整改造,可大為降低改造成本。第4章 刀架部分的改造對(duì)刀架部分的改造，通過將原機(jī)床的手動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架替換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架來實(shí)現(xiàn)換刀切削,自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架最常見的形式是螺旋型四工位刀架,由數(shù)控系統(tǒng)直接控制,效率高,工藝性能可靠。由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改造在主傳動(dòng)系統(tǒng)和安裝調(diào)試中提到，因此在這里我主要將對(duì)刀架的改造進(jìn)行敘述。1、電動(dòng)刀架的工作原理需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動(dòng)螺

37、桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體逐漸抬起-上刀體與下刀體之間的端面齒慢慢脫開：與此同時(shí)，上蓋圓盤也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿連接），-當(dāng)轉(zhuǎn)過約270時(shí)，上蓋圓盤直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷的正上方，由于彈簧的作用，圓柱銷落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤就通過圓柱銷使得上刀體轉(zhuǎn)動(dòng)起來（此時(shí)端面齒已完全脫開）。上刀體帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷馬上就落入反靠圓盤的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。此時(shí)，反靠銷從反靠圓盤的十次槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下降，而上蓋圓盤繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷的頭部壓入

38、上刀體的銷孔內(nèi)-上蓋圓盤的下表面開始與圓柱銷的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可穩(wěn)定地工作。2、 電動(dòng)刀架的電氣原理圖如圖圖4-1 電動(dòng)刀架的電氣原理圖3、 電動(dòng)刀架的動(dòng)作過程 數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開始執(zhí)行時(shí)，或行動(dòng)調(diào)刀時(shí)，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，使刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到指定的刀具的到位信號(hào)后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，延遲50ms時(shí)間后，到家開始反轉(zhuǎn)而進(jìn)行鎖緊，并開始檢查緊縮信號(hào)，當(dāng)接收到該信號(hào)后關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號(hào)。如執(zhí)行的刀號(hào)與現(xiàn)在的刀號(hào)（自動(dòng)記錄）一致時(shí)，則換刀指令立刻結(jié)束，并轉(zhuǎn)入下一程序段執(zhí)

39、行。我們根據(jù)上述描述的換刀動(dòng)作過程，做了如下動(dòng)作流程圖如圖4-2圖4-2 電動(dòng)刀架動(dòng)作流程圖4、電動(dòng)刀架的相關(guān)參數(shù)（1）經(jīng)查國標(biāo)刀架參數(shù)，我選擇了下列表格（表4-1）中的刀架。表4-1刀架的參數(shù)刀架型號(hào)配車床型號(hào)刀位數(shù)電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)速夾緊力上刀體尺寸下刀體尺寸LDB4-CA6140CA6140490W140012000N166166mm192192mm（2）刀架指標(biāo)如表4-2表4-2刀架指標(biāo)刀架型號(hào)配車床型號(hào)重復(fù)定位精度工作可靠性換刀時(shí)間90度180度270度LDB4-CA6140CA61400.00560000次2.4s3.1s3.7s6、 電動(dòng)刀架的安裝（1)電動(dòng)刀架實(shí)物圖和安裝尺寸圖如圖

40、4-3所示圖4-3 電動(dòng)刀架實(shí)物圖和安裝尺寸圖（2）刀架尺寸如下表4-3所示：表4-3刀架尺寸H1328 mmB 230 mmH2140 mmB1115 mmH380 mmA90 mmH420 mmL1379 mm(3)電動(dòng)刀架的安裝步驟1）拆下原手動(dòng)刀架； 2）在小拖板上鉆四個(gè)安裝孔，并攻絲； 3）手動(dòng)抬起電動(dòng)刀架，將刀架安裝在小拖板上； 4）安裝后，試用MDI功能換刀，觀察三相電源有無接反。第5章 數(shù)控部分5.1 數(shù)控系統(tǒng)的選擇1、 CA6140的數(shù)控化改造1)將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造為用數(shù)控裝置控制的、能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 2)刀架改造成為能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架。由于加工過程中的切削

41、參數(shù)、切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換。3）再加上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削。2、 數(shù)控系統(tǒng)選擇數(shù)控機(jī)床的價(jià)格主要由數(shù)控系統(tǒng)來決定，數(shù)控系統(tǒng)從功能上可分為低中高三檔，中高檔系統(tǒng)（如Fanuc、LBNC2T型、FAGOR、SIEMENS、華中HNC2T/2M等）功能齊全，性能優(yōu)良，但價(jià)格偏高。結(jié)合實(shí)際，從實(shí)用角度出發(fā)，在這里我們選擇了華中HNC21T型數(shù)控車床系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放式體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)置嵌入式工業(yè)PC，配置7.5彩色液晶顯示屏和通用工程面板，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式PLC接口于

42、一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲(chǔ)方式及軟驅(qū)、DNC、以太網(wǎng)等程序交換功能，具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用可靠性高的特點(diǎn)，編程格式符合ISO國際代碼標(biāo)準(zhǔn)，兩軸動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，具有自動(dòng)加工、自動(dòng)換刀、車螺紋和MDI等功能。5.2 數(shù)控系統(tǒng)的介紹5.2.1 操作面板 華中“世紀(jì)星”HNC-21T是一基于嵌入式工業(yè)PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)，配備高性能32位微處理器、內(nèi)裝式PLC及彩色LCD顯示器。采用國際標(biāo)準(zhǔn)G代碼編程，與各種流行的CAD/CAM自動(dòng)編程系統(tǒng)兼容。1）操作面板 HNC-21T車床數(shù)控裝置操作臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)固定結(jié)構(gòu)，外形尺寸為420310110毫米（WHD），如圖5-1所示：圖5-1

43、HNC-21T車床數(shù)控裝置操作面板2）顯示器操作臺(tái)的左上部為7.5彩色液晶顯示器，分辨率為640480。3）NC鍵盤NC鍵盤包括精簡型MDI鍵盤和F1F10十個(gè)功能鍵。 標(biāo)準(zhǔn)化的字母數(shù)字式鍵盤的大部分鍵具有上檔鍵功能，當(dāng)“UPPER”鍵有效時(shí)，指示燈亮，輸入的是上檔鍵。 NC鍵盤用于零件程序的編制、參數(shù)輸入、MDI及系統(tǒng)管理操作等。4）機(jī)床控制面板標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床控制面板的大部分按鍵（除“急?！卑粹o外）位于操作臺(tái)的下部。機(jī)床控制面板用于直接控制機(jī)床的動(dòng)作或加工過程。 5.2.2 軟件操作界面1、HNC-21T的軟件操作界面如圖5-2所示：圖5-2 HNC-21T的軟件操作界面其界面由如下幾個(gè)部分組成：

44、1) 圖形顯示窗口 2) 菜單命令條 3) 運(yùn)行程序索引 4)選定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，坐標(biāo)系可在機(jī)床坐標(biāo)系/工件坐標(biāo)系/相對(duì)坐標(biāo)系之間切換；顯示值可在指令位置/實(shí)際位置/剩余進(jìn)給/跟蹤誤差/負(fù)載電流/補(bǔ)償值之間切換。 5)工件坐標(biāo)零點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo) 6) 輔助功能M、S、T；當(dāng)前刀位CT、選擇刀位ST 7)當(dāng)前加工程序行 8) 當(dāng)前加工方式、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及當(dāng)前時(shí)間 9) 當(dāng)前坐標(biāo)、剩余進(jìn)給 10)直徑/半徑編程、公制/英制編程、每分鐘進(jìn)給/每轉(zhuǎn)進(jìn)給、快速修調(diào)、進(jìn)給修調(diào)、主軸修調(diào)倍率5.2.3 系統(tǒng)參數(shù)1、系統(tǒng)參數(shù)如下表5-1表5-1系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)號(hào)參數(shù)定義單位初始值范圍P01Z軸正限位值毫米

45、8000.00008000.000P02Z軸負(fù)限位值毫米-8000.000-8000.0000P03X軸正限位值毫米8000.00008000.000P04X軸負(fù)限位值毫米-8000.000-8000.0000P05Z軸最快速度值毫米6000015000P06X軸最快速度值毫米6000015000P07Z軸反向間隙毫米00.000065.535P08X軸反向間隙毫米00.000065.535P09主軸低檔轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分150006000P10主軸高檔轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分300006000P11位參數(shù)100000000011111111P12位參數(shù)200000000011111111P13最大刀位數(shù)414P1

46、4刀架反轉(zhuǎn)時(shí)間0.1秒100.199.9P15M代碼時(shí)間0.1秒100.199.9P16主軸制動(dòng)時(shí)間0.1秒100.199.9P17Z軸最低起始速度毫米/分5081000P18X軸最低起始速度毫米/分5081000P19Z軸加速時(shí)間毫秒60089999P20X軸加速時(shí)間毫秒60089999P21切削進(jìn)給起始速度毫米/分5086000P22切削進(jìn)給加減速時(shí)間毫秒60089999P23順序號(hào)間距101255P24主軸中檔轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分200006000P25位參數(shù)3000000000111111115.3 伺服驅(qū)動(dòng)1、驅(qū)動(dòng)器在這里我采用和華中數(shù)控系統(tǒng)匹配的驅(qū)動(dòng)器HSV-160B ，HSV-160B是采

47、用專用運(yùn)動(dòng)控制數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和智能化功率模塊（IPM）等當(dāng)今最新技術(shù)設(shè)計(jì)，操作簡單、可靠性高、體積小巧、易于安裝。驅(qū)動(dòng)器的示意圖如5-3所示： 圖5-3 HSV-106B驅(qū)動(dòng)器2、 HSV-160B驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)如表5-2：表5-2輸入電源三相AC220V （-15+10% 50/60Hz） 使用環(huán)境溫度工作：055 存貯：-2080濕度濕度 小于 90%（無結(jié)露）振動(dòng)小于 0.5G(4.9m/S2)，1060Hz（非連續(xù)運(yùn)行）控制方法位置控制 速度控制 內(nèi)部速度控制運(yùn)行 JOG運(yùn)行再生制動(dòng)內(nèi)置 外接 制動(dòng)電阻連接與選用特性速度頻率響應(yīng)300Hz或更高速度波動(dòng)率0.1(負(fù)載0100

48、%);0.02(電源-15+10%)調(diào)速比20000:1脈沖頻率500kHz控制輸入伺服使能 報(bào)警清除偏差計(jì)數(shù)器清零指令脈沖禁止CCW 驅(qū)動(dòng)禁止CW 驅(qū)動(dòng)禁止控制輸出伺服準(zhǔn)備好輸出 伺服報(bào)警輸出 定位完成輸出/速度到達(dá)輸出位置控制輸入方式兩相A/B 正交脈沖脈沖+方向CCW 脈沖/CW 脈沖電子齒輪132767/132767反饋脈沖電機(jī)編碼器線數(shù)：1024 Pusle/r、2000 Pusle/r、2500 Pusle/r、6000 Pusle/r加減速功能參數(shù)設(shè)置 110000ms(02000r/min 或20000r/min)監(jiān)視功能轉(zhuǎn)速、當(dāng)前位置、指令脈沖積累、位置偏差、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電機(jī)電

49、流、轉(zhuǎn)子位置、指令脈沖頻率、運(yùn)行狀態(tài)、輸入輸出端子信號(hào)等保護(hù)功能超速、主電源過壓、欠壓、過流、過載、制動(dòng)異常、編碼器異常、控制電源欠壓、過熱、位置超差等操作6 位LED 數(shù)碼管、5 個(gè)按鍵適用負(fù)載慣量小于電機(jī)慣量的5 倍5.4 伺服電機(jī)1、伺服電機(jī)在對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)的改造，我選擇了與華中數(shù)控系統(tǒng)HNC-21T及驅(qū)動(dòng)器HSV-160B匹配的登奇GK6023交流永磁伺服電機(jī)。關(guān)于登奇GK6023交流永磁伺服電機(jī)參數(shù)如下表6-1所示：表6-1型號(hào)登奇GK6023-8AF31額定功率0.17（kW）額定電壓220（V）轉(zhuǎn)速范圍0-1500r/min縱向伺服電機(jī)900r/min橫向伺服電機(jī)1200r/mi

50、n控制伺服電動(dòng)機(jī)的工作連接圖，如圖6-5所示：圖 6-5 工作步驟方框圖2、伺服電機(jī)與系統(tǒng)的連接伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置與華中HNC-21世紀(jì)星數(shù)控裝置是通過XS30XS33脈沖接口控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器裝置，在這里采用伺服電機(jī)（登奇GK6023）、驅(qū)動(dòng)器（HSV-160B）與數(shù)控系統(tǒng)（HNC-21T）連接。3、伺服調(diào)試1）再次確認(rèn)PLC 對(duì)伺服部分的控制邏輯主要包括上電使能禁止和電路準(zhǔn)確無誤2）松開急停按鈕使中間繼電器KA 通電見2.10 節(jié)接通伺服動(dòng)力電源3）檢查抱閘電機(jī)的抱閘已經(jīng)打開可測(cè)量抱閘控制電源DC24V 或在系統(tǒng)通電時(shí)刻仔細(xì)聆聽抱閘打開時(shí)發(fā)出的噠聲來判斷抱閘是否打開4）若伺服驅(qū)動(dòng)器帶有手持編

51、程器可用該手持編程器直接控制電機(jī)運(yùn)行以檢驗(yàn)伺服與電機(jī)連接的正確性5）將逐個(gè)軸的軸類型設(shè)為1 使數(shù)控裝置對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制使能有效逐步調(diào)試各進(jìn)給軸的伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)6）所有進(jìn)給軸調(diào)試好后可檢查各軸的回參考點(diǎn)功能第6章 機(jī)床的安裝與調(diào)試6.1 數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試6.1.1 參數(shù)設(shè)置HNC-21 數(shù)控裝置通電后經(jīng)自檢進(jìn)入主控制畫面進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置菜單請(qǐng)對(duì)照現(xiàn)場(chǎng)硬件檢查系統(tǒng)參數(shù)是否正確建議按以下順序核查設(shè)置參數(shù)（帶*號(hào)項(xiàng)是用戶可隨機(jī)調(diào)整項(xiàng)）表6-1系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名值說明差補(bǔ)周期8差補(bǔ)周期為8毫秒刀具壽命管理0刀具壽命管理禁止移動(dòng)軸脈沖當(dāng)量分母1移動(dòng)軸內(nèi)部脈沖當(dāng)量為1微米旋轉(zhuǎn)軸脈沖當(dāng)量分母1旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)部脈沖當(dāng)量為0

52、.001度表6-2 通道參數(shù) 參數(shù)名值說明通道使能1“0通道”使能X軸軸號(hào)0X軸部件號(hào)Z軸軸號(hào)2Z軸部件號(hào)主軸編碼器部件號(hào)-1或23根據(jù)實(shí)際設(shè)定主軸編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)0根據(jù)實(shí)際設(shè)定移動(dòng)軸拐角誤差1000禁止更改旋轉(zhuǎn)軸拐角誤差1000禁止更改通道內(nèi)部參數(shù)0禁止更改注: 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置選0 通道 其余通道不用.表6-3 坐標(biāo)軸參數(shù)參數(shù)名值軸0軸1軸名XZ所屬通道號(hào)0軸類型00外部脈沖當(dāng)量分子1外部脈沖當(dāng)量分母1正軟極限位置 *2000000負(fù)軟極限位置 *-2000000回參考點(diǎn)方式2回參考點(diǎn)方向+參考點(diǎn)位置0參考點(diǎn)開關(guān)偏差0回參考點(diǎn)快移速度500回參考點(diǎn)定位速度200單向定位偏移值1000最高快移速度*

53、1000最高加工速度*500快移加減速時(shí)間常數(shù)100快移加減速捷度時(shí)間常數(shù)60加工加減速時(shí)間常數(shù)100加工加減速捷度時(shí)間常數(shù)60定位允差20伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)串行接口式49脈沖接口式45模擬接口式41伺服驅(qū)動(dòng)器部件號(hào)01位置環(huán)開環(huán)增益3000位置環(huán)前饋系數(shù)0速度環(huán)比例系數(shù)2000速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)100最大力矩值150額定力矩值100最大跟蹤誤差12000電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)2500表6-4 軸補(bǔ)償參數(shù)參數(shù)名值X軸Z軸反向間隙 *0螺補(bǔ)類型0表6-5 硬件配置參數(shù)參數(shù)名型號(hào)標(biāo)識(shí)地址配置0配置1部件05301串行式49伺服電機(jī)46脈沖式 45模擬式 41/42000部件110部件220部件330部件201300部件211310部件221540部件233240部件243150表6-6 PMC 系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名值備注開關(guān)量輸入總組數(shù)46開關(guān)量輸出總組數(shù)38輸入模塊0 部件號(hào)2