(畢業(yè)論文)CA6140的改造方案(2013年優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計論文)

畢業(yè)設(shè)計開題報告 一 引 言數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好的解決了現(xiàn)代機械制造中的結(jié)構(gòu)復(fù)雜.精密.批量小.多變零件的加工問題。且能穩(wěn)定加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但數(shù)控機床價格昂貴，一次性投入對企業(yè)來說負擔很大。另一方面，在國內(nèi)還有大量的普通機床,只需對其進行一些相關(guān)的技術(shù)性改造就可以形成一定生產(chǎn)能力的經(jīng)濟型數(shù)控機床。不僅能節(jié)省很大一部分資金，還能提升其市場競爭力。具有極大的經(jīng)濟潛力。國內(nèi)外現(xiàn)狀：我國是制造業(yè)大國，隨著科技的發(fā)展，科技技術(shù)是第一生產(chǎn)力越來越明顯，制造的產(chǎn)品越來越復(fù)雜，精度也越來越高，以前的機床已不能滿足當今世界加工要求，從而使數(shù)控技術(shù)得到廣泛的運用。工業(yè)發(fā)達國家的軍、民機械工業(yè)，在70 年代末、8 0 年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機械工業(yè)）進行技術(shù)改造。由于采用信息技術(shù)對國外軍、民機械工業(yè)進行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強。而我們在信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達國家約落后20 年。如我國機床擁有量中，數(shù)控機床的比重（數(shù)控化率）到19 9 5 年只有1.9 ，而日本在19 9 4 年已達20.8 ，因此每年都有大量機電產(chǎn)品進口。這也就從宏觀上說明了機床數(shù)控化改造的必要性。我國是一個發(fā)展中國家，企業(yè)資金普遍緊張，而新的數(shù)控機床價格很貴，一臺機床動不動就是幾十萬、幾百萬。因此決定了企業(yè)不能把買新數(shù)控設(shè)備作為唯一的數(shù)控化之路。企業(yè)的數(shù)控化之路有三：一是對關(guān)鍵工藝的關(guān)鍵設(shè)備，當國內(nèi)尚不能生產(chǎn)或與國外同類產(chǎn)品質(zhì)量有較大差別時，則應(yīng)下決心進口；第二是對原有已使用十幾年的現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備進行更新改造，即對電控進行更新，對機械部分進行大修，這樣使現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備可以像新機床一樣，再可靠使用十年以上；第三是對現(xiàn)有普通設(shè)備進行數(shù)控化升級改造，實踐告訴我們這種做法可以獲得非常實用、非常便宜的數(shù)控機床，可以為企業(yè)節(jié)約大量技改資金。目前高檔型數(shù)控系統(tǒng)和普及型數(shù)控系統(tǒng)的功能雖然越來越齊全, 但因價格較貴, 且在某些具體應(yīng)用的場合, 這些系統(tǒng)的功能得不到充分應(yīng)用。所以, 為了降低價格, 追求實用性, 便出現(xiàn)了適應(yīng)不同加工要求, 功能簡化的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)可以滿足一般的精度要求, 用于加工形狀簡單的直線、斜線、圓弧以及帶有螺紋的零件。它適用于多品種、大、中、小批量的自動化生產(chǎn), 對產(chǎn)品的適應(yīng)性強。加工出的產(chǎn)品尺寸一致性好、合格率高?？梢怨?jié)省大的需求潛力是很大的, 發(fā)展前景是光明的。而在數(shù)控系統(tǒng)的需求中, 符合我國國情, 具有中國特色的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng), 因其技術(shù)成熟、質(zhì)優(yōu)價廉、覆蓋面廣、容易掌握, 因而更加適合我國廣大用戶的需要?？梢? 從我國的實際情況出發(fā), 緊密圍繞國民經(jīng)濟各行各業(yè)發(fā)展的需要, 大力發(fā)展量大面廣的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng), 可以顯著地提高經(jīng)濟效益和社會效益 。研究內(nèi)容:本次設(shè)計是將C6140改造成經(jīng)濟型數(shù)控機床。預(yù)期結(jié)果：通過改造后的機床可以加工出傳統(tǒng)機床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件；可以實現(xiàn)加工的自動化，從而效率可比傳統(tǒng)機床提高37倍；加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要修配；可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件 在機床間的頻繁搬運；降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力（一個人可以看管多臺機床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，。目 錄1.總體或概念設(shè)計11.1設(shè)計改造方案的確定11.2總體布局的設(shè)計32、數(shù)控系統(tǒng)的選擇92.1、FANUC 0系列的主要功能及特點：92.2、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)的主要功能：122.3、FANUC 0i-A系列的主要功能及特點：123、數(shù)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及連接133.1、基本構(gòu)成133.2、部件的連接144、主傳動系統(tǒng)的電氣控制165、進給系統(tǒng)的電氣控制166、刀架的電氣控制167、光電脈沖編碼器217.1光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)217.2光電脈沖編碼器的工作原理227.3光電脈沖編碼器的應(yīng)用（如何用于改裝的CK6132）228、總裝圖總圖電柜圖 9、系統(tǒng)安裝調(diào)試與分析24參 考 文 獻25四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計1.總體或概念設(shè)計一、總體方案：總體框架說明： 1、 PC機可采用工控PC機，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。 2、運動控制卡。我們采用了由ADVANTECH公司生產(chǎn)的PCL運動控制卡。該卡是一種高速三軸步進電機運動控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、輸出口，可實現(xiàn)三軸聯(lián)動。因此，它可以滿足車床X，Z軸聯(lián)動，實現(xiàn)直線，圓弧插補。 3、光電耦合電路是自己設(shè)計的，它的作用是能夠隔離外部干擾信號對運動控制卡的信號沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 4、機床本體是由C6140改造而來，拆除原來的絲桿，溜板箱，變速箱等，保留原來的三爪卡盤等。 5、步進電機及其驅(qū)動器是采用南京四通公司的。驅(qū)動器的輸入電壓式45V，考慮步進電機的步距角和絲桿的螺距，本系統(tǒng)X軸的脈沖當量是0.00125，Z軸的脈沖當量是0.0025。完全能夠達到0.005mm的加工精度要求。 6、各種限位開關(guān)，減速開關(guān)，回零開關(guān)均安裝在機床本體上，限位開關(guān)是起這硬件硬限位的作用，當車床加工工件超出加工范圍時，車床自動停止加工。減速開關(guān)的作用是當車床刀架回零并走到車床零點附近時，減速開關(guān)被開啟并通知車床減速走到零位置。 二、進給系統(tǒng)的設(shè)計 考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動環(huán)節(jié)。本車床的X，Z兩軸進給系統(tǒng)去掉了原來的進給系統(tǒng)的中間傳動環(huán)節(jié)，直接采用了步進電機剛性聯(lián)軸器滾珠絲桿的傳動方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機械附件，就可安裝步進電機及滾珠絲桿螺母副。根據(jù)計算，要求步進電機的扭距是5 Nm。我們選用步進電機是南京四通公司的86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角選用0.9/1.8，扭距是7.5Nm。驅(qū)動器的型號是SH20806，輸入電壓是45V。 三、控制系統(tǒng)的軟件部分 該車床控制系統(tǒng)的軟件部分采用VC6.0編寫，該軟件的加工界面如圖2。其功能主要有讀取零件的加工G代碼，編輯和編譯G代碼，仿真加工（包括加工前仿真和與加工同步仿真，回參考點，手工對刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進給速度，主軸速度及轉(zhuǎn)速方向，刀具信息，M功能等多種加工信息。該軟件的操作平臺是Windows98。該軟件的操作過程是首先讀入*.NC或*.TXT的G代碼文件；然后進行編譯，編譯器能給出不符合本軟件的語法錯誤提示；有錯誤可也立即修改；然后按照毛胚的實際尺寸輸入，軟件進行加工前仿真。在確認沒有因G代碼引起的加工錯誤的情況下，可以開始機床加工。加工前得首先對刀，對刀的意義在于建立起工件坐標與車床坐標之間得關(guān)系。加工過程中，軟件界面的狀態(tài)欄還顯示出刀具當前的坐標，加工狀態(tài)，加工時間等信息。四、主軸系統(tǒng)改造 拆除了原來的主軸變速箱，采用變頻器皮帶主軸編碼器。該系統(tǒng)的主軸速度也是有級調(diào)速，共7級，速度可以從40rpm到1200rpm，不過每一檔的速度可以根據(jù)需要通過設(shè)置變頻器來實現(xiàn)。利用變頻器的五個端子，可以用數(shù)字量控制電機的正，反轉(zhuǎn)，停止及各檔速度。本變頻器是松下產(chǎn)品，其中七檔頻率在A20A26中設(shè)置，端口應(yīng)該由端口控制器（A1）控制。本系統(tǒng)沒有采用手工機械調(diào)速，所有的速度均由G代碼中的S命令來控制。軟件可以讀取G代碼，自動控制主軸電機轉(zhuǎn)速。 五、刀架結(jié)構(gòu) 由于本車床刀架改裝以后，只能安裝兩把刀具，一把用于車削普通柱，錐面及端面，一把用于加工螺紋，故沒有采用旋轉(zhuǎn)式刀架，刀具是被安裝在刀架的前后兩端，采用X軸前后走刀以實現(xiàn)自動換刀。1.1.1數(shù)控系統(tǒng) 目前在市場上可提供各種經(jīng)濟性和標準性的FANUC 0數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟性的數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，技術(shù)容易掌握及制造成本低等特點，而標準性的數(shù)控系統(tǒng)具有性能完善，與機械、強電接合方便，可靠性高等特點。1.1.2控制方法 通常控制系統(tǒng)的控制方法分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán) 三種。開環(huán)控制系統(tǒng)無位置檢測反饋裝置，其加工精度由執(zhí)行元件和傳動機構(gòu)的精度來保證。定位精度低一般只能0.02mm/300mm，且這種控制方式多以步進電動機為驅(qū)動元件，因此受步進電動機性能的影響，進給數(shù)度一般不高。但該控制方式的投資少，安裝調(diào)試方便，因此適用于精度要求不高的機床的改進。半閉環(huán)控制系統(tǒng)雖然改造費用較大，但控制精度高可達到0.01mm/300mm，且多以直流、交流伺服電動機為驅(qū)動元件，速度也比開環(huán)控制方式高，安裝調(diào)試也比較方便，因此適用于控制精度要求較高的機床改進。閉環(huán)控制系統(tǒng)由于需直接測量出移動部件的實際位置，要在機床的相應(yīng)的部位安裝直線檢測元件，工作量大、費用高、調(diào)試困難。他的穩(wěn)定性與機械部分的各種非線性因素有很大的關(guān)系，因此在機床數(shù)控化改造中一般不用這種控制方式。1.1.3伺服驅(qū)動元件 目前在機床的數(shù)控花改造中常用的驅(qū)動元件有步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機。這些驅(qū)動元件，配以適當?shù)墓Ψ叛b置，組成伺服系統(tǒng)。1.1.4主運動變速 普通機床的主傳動系統(tǒng)一般都采用普通交流電動機帶動，主運動的變速主要由變速箱的各滑移齒輪位置的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。由于改造后的機床要求傳動的效率要高且變速范圍廣，這就要求傳動連要短且驅(qū)動元件的調(diào)速 范圍要廣。對要求加工螺紋的機床，應(yīng)在主軸的相應(yīng)的位置安裝主軸位置脈沖編碼器進行。1.1.5機械部分 機械系統(tǒng)的改造方案主要涉及提高移動部件的動態(tài)特性，如：靈活性，減小和消除傳動間隙，特別是減小反動間隙，其改造的工程量大。通常的改造部位有導(dǎo)軌副、傳動元件、以及聯(lián)軸器等。A、 導(dǎo)軌副 普通機床的導(dǎo)軌多采用滑動導(dǎo)軌，效率低，在低速時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接的影響了機床的運動部件的定位精度。若把滑動導(dǎo)軌改為滾動或靜壓導(dǎo)軌，這就要求工藝復(fù)雜，許多的相關(guān)的零件需要進行更換或加工，改造的工作量大、周期長、改造費用高，實現(xiàn)起來比較困難。另一種改造方案是采用貼塑導(dǎo)軌，既來的滑動導(dǎo)軌上貼上特種塑料材料如：聚四氟乙烯，這樣能有效的防止爬行現(xiàn)象且這種材料具有自潤滑性，提高了導(dǎo)軌壽命，工藝相對簡單，零部件不需更換、加工部位少、改造的工作量小、周期短、費用低。在數(shù)控化改造中得到了廣泛的應(yīng)用。B、 傳動元件 在普通機床數(shù)控化的改造中所涉及的傳動元件是將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的傳動副。普通車床通常采用普通滑動絲杠副。而數(shù)控車床由于要求移動部件靈敏、精度高、反應(yīng)快、無爬行，因此采用滾珠絲杠副來滿足要求。再使用滾珠絲杠副時應(yīng)注意，由于滾珠絲杠副具有可逆?zhèn)鲃有詻]有自鎖能力，在高速達慣性系統(tǒng)中需要設(shè)置制動機構(gòu)。由于滾珠絲杠副的徑項尺寸較大，在進行普通車床的數(shù)控化改造時，許多相應(yīng)的部分都需要修改，因此，如果在數(shù)控化改造中，須采用其他傳動元件，應(yīng)注意消除間隙措施的采用，如雙齒輪消隙機構(gòu)會采用同步齒輪帶傳動以提高反向精度。C、 聯(lián)軸器 為消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，伺服驅(qū)動元件所采用聯(lián)軸器多數(shù)采用無鍵連接，如錐銷剛性聯(lián)軸器、錐環(huán)聯(lián)軸器等。 C6140主要用于對中小型的軸類、盤類及螺紋零件的加工。其數(shù)控改造后數(shù)控系統(tǒng)控制的對象主要有：主軸的正反轉(zhuǎn)、主軸的變速；刀架的縱向和橫行的進給運動控制，刀具的選擇控制、刀位自動換刀的控制；冷卻液的開、?？刂?；脈沖編碼器的加裝等。根據(jù)C6140普通車床的相關(guān)資料，確定總體的改造方案。機床改造項目主要有：主傳動系統(tǒng)的齒輪有級變速改為變速電動機帶動的無級變速；撤掉手動刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架；撤掉普通絲杠、光杠進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸上加一對齒輪副帶動一個脈沖編碼器。改變導(dǎo)軌的組合形式。改造后的機床傳動形式為下圖所示：圖1-1 機床傳動形式1.2總體布局的設(shè)計與其他的數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)一樣，數(shù)控車床的總體結(jié)構(gòu)和普通機床的既有相同之處又有諸多不同之處?，F(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展趨勢是高精度、高速和重切削，這就對機床的總體結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。因此，與改造前相比，從床身的擺放位置上看機床的形式主要可以分為：水平床身水平導(dǎo)軌和斜床身斜導(dǎo)軌，其水平床身水平導(dǎo)軌工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。運動精度高。但是水平床身由于下部的空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)上看，刀架水平放置使得滑板橫橫向尺寸較長，從而加大了機床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。 其斜床身斜導(dǎo)軌傾斜的角度分別為30、6075以及90的立式床身。傾斜度小排屑不便；傾斜度大導(dǎo)軌的導(dǎo)向性差，受力情況也不好。導(dǎo)軌傾斜度的大小還會影響機床的外形尺寸高度和寬度的比例。綜合上述所示的各種形式機床的優(yōu)、缺點而把機床設(shè)計為水平床身斜導(dǎo)軌，導(dǎo)軌斜度設(shè)計為60這樣就盡可能的綜合優(yōu)點排除缺點。由于數(shù)控機床的加工精度要求一般比普通機床的高，導(dǎo)軌的作用主要是對運動部件起導(dǎo)向和支持。也就是支承運動部件并保證運動部件在外力作用下能準確的沿著規(guī)定方向運動。因此，導(dǎo)軌的制造精度和安裝精度直接的影響機床的加工精度。改造后的機床的導(dǎo)軌應(yīng)滿足導(dǎo)向精度高、精度保持性好、足夠的剛度、良好的摩擦性能以及導(dǎo)軌的工藝性要好，便于制造和裝配，便于檢驗、調(diào)整和維修，而且有合理的導(dǎo)軌防護、潤滑措施等。導(dǎo)軌按其性能可分為導(dǎo)向性好和受力性好的導(dǎo)軌。按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌；機床上常用的導(dǎo)軌按其外形有矩形導(dǎo)軌、三角形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌、圓柱形導(dǎo)軌等幾種；導(dǎo)軌的組合形式有雙三角形組合、雙矩形組合、三角形-平形組合、三角形-矩形組合、平平三角形組合、三角形-三角形-平形組合等幾種。本次改造可以選用安裝和調(diào)整放便的矩形導(dǎo)軌和雙三角形組合（如下圖）；其選用矩形導(dǎo)軌制造簡便，承載能力大。水平方向和垂直方向的位置各不相關(guān)。即一個方向上的調(diào)整不會影響到另一個方向上的位移，因此安裝、調(diào)整都較方便。矩形導(dǎo)軌起導(dǎo)向作用的導(dǎo)軌面N、K，磨損后不能自動的補償間隙，須有調(diào)整間隙裝置；其選用雙三角形組合是因這種導(dǎo)軌（圖1-6A、B）同時起支承、導(dǎo)向作用。磨損后相對位置不變，能自行補償垂直方向及水平方向的磨損。導(dǎo)向精度高，但要求四個表面的刮削或磨削后同時接觸，工藝性較差，床身與運動部件熱變形不一樣時，難保證四個同時接觸。這種導(dǎo)軌常用于龍門刨床與高精度車床。 圖1-5 導(dǎo)軌的截面形式 圖1-6雙三角形組合3、數(shù)控系統(tǒng)的選擇本次改造數(shù)控系統(tǒng)可以選用FANUC 0 系列：FANUC 0系列分別有A、B、C、D等產(chǎn)品，在這四種產(chǎn)品中，目前在國內(nèi)使用最多的是普及型FANUC 0D和FANUC 0C系列。1、FANUC 0系列采用高速微處理器芯片，現(xiàn)在的產(chǎn)品都改用使用Intel 80486DX2。2、產(chǎn)品采用高可靠性的硬件設(shè)計及全自動化生產(chǎn)制造：采用高品質(zhì)的元器件，大量采用專用VLSI芯片。3、豐富的系統(tǒng)功能：在系統(tǒng)的功能上具有刀具壽命管理、極坐標插補、多邊形加工、簡易同步控制、Cf軸控制（主軸回轉(zhuǎn)由進給伺服電動機實現(xiàn)、回轉(zhuǎn)位置可與其它進給軸一起參與插補）忽然Cs軸控制（主軸電機不是進給伺服電機，而是FANUC主軸電機，由裝在主軸上的編碼器檢測主軸位置，可與其它進給軸一起參與插補），串行和模擬的主軸控制、主軸剛性攻絲、多主軸控制功能、主軸同步控制功能、PLC梯形圖顯示和PLC梯形圖編輯功能（需要編程卡）、PLC軸控制功能等。用戶還可以通過編程對顯示屏幕、處理過程控制等進行編輯，以實現(xiàn)個性化機床的設(shè)計。4、具有高精度的控制：FANUC 0C數(shù)控系統(tǒng)采用了多CPU方式進行分散處理，實現(xiàn)了高速連續(xù)的切削；對PLC的接口增加了高速M、S、T接口功能，進一步縮短了執(zhí)行時間，提高了系統(tǒng)的運行速度；系統(tǒng)可以實現(xiàn)高速的DNC操作。5、全數(shù)字伺服控制結(jié)構(gòu)：可以實現(xiàn)伺服波形（位置、偏差、電流）的CRT顯示，用于伺服系統(tǒng)的診斷調(diào)試。6、全數(shù)字的主軸控制：FANUC 0C系統(tǒng)除了模擬接口以外，還提供了串行主軸控制，主軸控制信號通過光纜與主軸放大器連接，連接方便、簡潔、可靠?？梢詫崿F(xiàn)主軸的剛性攻絲、定位、雙主軸的速度、相位同步以及主軸的Cs輪廓控制。圖3-1為FANUC 0系統(tǒng)基本軸控制板（AXE）與伺服放大器、伺服電機編碼器連接圖。 圖3-1M184M199為軸控制板上的插座編號，其中M184、M187、M194、M197為控制器指令輸出端；M185、M188、M195、M198是內(nèi)裝型脈沖編碼器輸入端，在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中為速度/位置反饋。在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中作為速度反饋，M186、M189、M196、M199只作為在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的位置反饋，可以接分離型脈沖編碼器或光柵。H20表示20針HONDA插頭，M表示“針”，F(xiàn)表示“孔”。如果選用絕對編碼器，CPA9端接相應(yīng)電池盤。 圖3-2 FANUC 0系統(tǒng)存儲器板、電源單元連接圖在圖3-2電源單元中，CP15為24V DC輸出端，供顯示單元使用，BN6.F為6針棕色插頭；CP1是單相AC220V輸出端，BK3.F為3鎮(zhèn)黑色插頭；CP3接電源開關(guān)電路；CP2為AC220V輸出端，可以接冷卻風扇或其他需要AC220V設(shè)備。 圖3-3圖3-3這是內(nèi)置I/O接口連接圖，其中M1、M18為I/O輸出插座，共計80個I/O輸入點；M2、M19為I/O輸出插座，共計56個I/O輸出點；M20包括24個I/O輸入點和16個 I/O輸出點。這些I/O點可以用與強電柜中的中間繼電器控制，機床控制面板的按鈕和指示燈、行程開關(guān)等開關(guān)量控制。4、數(shù)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及連接4.1、基本構(gòu)成FANUC0i系統(tǒng)由主板和I/O兩個模塊構(gòu)成。主板模塊包括主CPU、內(nèi)存、PMC控制、I/O Link控制、伺服控制、主軸控制、內(nèi)存卡I/F、LED顯示等，如圖4-1。 圖4-14.2、部件的連接FANUC0i系統(tǒng)的連接圖如圖4-2： 圖4-2在圖中，系統(tǒng)的輸入電壓為DC24V10，電壓約7A。伺服和主軸電動機為AC200V（不是220V，其他系統(tǒng)如0系統(tǒng)，系統(tǒng)電源和伺服電源均為AC220V）輸入。這兩個電源的通電及斷電順序是有要求的，不滿足要求會出現(xiàn)報警或損壞驅(qū)動放大器，原則是要保證通電和斷電都在CNC的控制之下，具體見附錄表4。4、主傳動系統(tǒng)的電氣控制： 將原機床的主軸電動機換成變頻調(diào)速電動機，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構(gòu)。改造后使其主運動和進給運動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。 主傳動系一般由動力源（如電動機）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺）、以及開停、換向和制動機構(gòu)等部分組成。4.1步進電機的工作方式步進電機的工作方式如附錄中的表5所示，若按表中相反的順序通電，電機則反轉(zhuǎn)。4.2步進電機的CNC系統(tǒng)框圖系統(tǒng)中的鍵盤用來向計算機輸入和編輯控制代碼程序。顯示器用于顯示控制對象的運動坐標值，故障報警，工作狀態(tài)和編程代碼等信息。存儲器用來存放監(jiān)控程序，解釋程序，插補運算程序，故障診斷程序，脈沖分配程序，鍵盤掃描程序，顯示驅(qū)動程序和用戶控制代碼程序。功率放大器用以對計算機送來的脈沖進行功率放大，以驅(qū)動步進電機帶動負載運行，如圖5-1所示 圖5-14.3 進給電機的調(diào)速步進電機的轉(zhuǎn)動是由繞組的脈沖電流控制的，即由指令脈沖決定的。指令脈沖數(shù)決定它的轉(zhuǎn)動步數(shù)，即角位移的大小，指令脈沖頻率決定它的轉(zhuǎn)動速度。只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進電機的轉(zhuǎn)動速度在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)無級調(diào)速5、進給系統(tǒng)的電氣控制： 將原機床的掛輪機構(gòu)、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進給以步進電動機作為驅(qū)動元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動 一、進給傳動系統(tǒng)作用 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)負責接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖指令，并經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動機床運動執(zhí)行件實現(xiàn)預(yù)期的運動。 二、對進給傳動系統(tǒng)的要求 為保證數(shù)控機床高的加工精度，要求其進給傳動系統(tǒng)有高的傳動精度、高的靈敏度（響應(yīng)速度快）、工作穩(wěn)定、有高的構(gòu)件剛度及使用壽命、小的摩擦及運動慣量，并能清除傳動間隙。 三、進給傳動系統(tǒng)種類 1、步進伺服電機伺服進給系統(tǒng) 一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。 2、直流伺服電機伺服進給系統(tǒng) 功率穩(wěn)定，但因采用電刷，其磨損導(dǎo)致在使用中需進行更換。一般用于中檔數(shù)控機床。 3、交流伺服電機伺服進給系統(tǒng) 應(yīng)用極為普遍，主要用于中高檔數(shù)控機床。 4、直線電機伺服進給系統(tǒng) 無中間傳動鏈，精度高，進給快，無長度限制；但散熱差，防護要求特別高，主要用于高速機床。 四、進給系統(tǒng)傳動部件 1、滾珠絲杠螺母副 數(shù)控加工時，需將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，故采用絲杠螺母傳動機構(gòu)。數(shù)控機床上一般采用滾珠絲杠， 如圖 2 - 19 所示，它可將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，滿足進給系統(tǒng)減少摩擦的基本要求。該傳動副傳動效率高，摩擦力小，并可消除間隙，無反向空行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機床的直線進給。2、回轉(zhuǎn)工作臺 為 了擴大數(shù)控機床的工藝范圍，數(shù)控機床除了沿 X、 Y、 Z 三個坐標軸作直線進給外，往往還需要有繞 Y 或 Z 軸的圓周進給運動。數(shù)控機床的圓周進給運動一般由回轉(zhuǎn)工作臺來實現(xiàn)，對于加工中 心，回轉(zhuǎn)工作臺已成為一個不可缺少的部件。 數(shù)控機床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 。 （ 1 ） 分度工作臺 分度工作臺只能完成分度運動,不能實現(xiàn)圓周進給，它是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時將工作臺連同工件回轉(zhuǎn)一定的角度。分度時也可以采用手動分度。分度工作臺一般只能回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度 ( 如 90、 60 和 45 度 等 ) 。 （ 2 ） 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺外觀上與分度工作臺相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功用大不相同。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖信號，完成圓周進給運動，進行各種圓弧加工或曲面加工，它也可以進行分度工作。 3、導(dǎo)軌 導(dǎo)軌是進給傳動系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機床基本結(jié)構(gòu)的要素之一，它在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度、精度與精度保持性。目前，數(shù)控機床上的導(dǎo)軌形式主要有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌等。 （ 1 ） 滑動導(dǎo)軌 滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點, 在數(shù)控機床上應(yīng)用廣泛，目前多數(shù)使用金屬對塑料形式，稱為貼塑導(dǎo)軌，如圖2-20所示 。 貼塑滑動導(dǎo)軌的特點：摩擦特性好、耐磨性好、運動平穩(wěn)、工藝性好、速度較低。 （ 2 ） 滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動體，使導(dǎo)軌面之間為滾動摩擦而不是滑動擦擦。 滾動導(dǎo)軌與滑動導(dǎo)軌相比，其靈敏度高，摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦系數(shù)相差很小，因而運動均勻，尤其是在低速移動時，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高，重復(fù)定位精度可達0.2 m ；牽引力小 ，移動輕便 ；磨損小，精度保持性好，使用壽命長。但滾動導(dǎo)軌的抗振性差，對防護要求高, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高 。 進給傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床的進給運動和輔助運動；它一般由動力源、變速機構(gòu)、換向機構(gòu)、運動分配機構(gòu)、過載保險機構(gòu)、運動轉(zhuǎn)向機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)等組成。 由于本次改造經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造， X軸： Z軸： 。6、刀架的電氣控制：若需要，可將原刀架換成自動轉(zhuǎn)位刀架，則可以用程序數(shù)控轉(zhuǎn)換刀具進行切屑加工。當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時，首先繼電器K1動作，換刀電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿機構(gòu)，使上刀體上升。當上刀體上升到一定的高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)進行選刀。刀架上方的發(fā)信盤中對應(yīng)每個刀位都安有一個傳感器，當上刀體旋轉(zhuǎn)到某個刀位時，該刀位的傳感器向數(shù)控系統(tǒng)輸出信號，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號與指令刀位信號進行比較，當兩信號相同時，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K2吸合，換刀電動機反轉(zhuǎn)，活動銷在反靠盤上初定位。在活動銷反靠的作用下，螺桿帶動上刀體下降，直到齒牙盤咬合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿鎖緊螺母，使刀架緊固。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K2釋放，換刀電動機停轉(zhuǎn)，完成換刀動作。也可以保留原刀架仍采用手動轉(zhuǎn)換刀具，但在換刀時必須設(shè)置程序暫停。如果需要加工螺紋，則要在主軸外端或其他適當部位裝上一個脈沖發(fā)生器C，用它發(fā)出脈沖使步進電機準確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生相應(yīng)的進給運動，即保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀移動一個導(dǎo)程。 7、光電脈沖編碼器7.1光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)（見圖7-1）。 圖7-1圖中1-光源；2-光柵；3-指示光柵；4-光電池組；5-機械部件；6-護罩；7-印刷電路板7.2光電脈沖編碼器的工作原理 當圓光柵旋轉(zhuǎn)時，光線透過兩個光柵的線紋部分，形成明暗相同的三路莫爾條紋。同時光電元件接收這些光信號，并轉(zhuǎn)化為交替變化的電信號A、B（近似于正弦波）和Z。再經(jīng)放大和整形變成方。其中A、B信號稱為主計數(shù)脈沖，他們在相位上相差90（見圖7-2）；Z信號稱為零位脈沖，“一轉(zhuǎn)一個”，該信號與A、B信號嚴格同步。零位脈沖的寬度是主計數(shù)脈沖寬度的一半，細分后同比例變窄。這些信號作為位移測量脈沖。 圖7-2光電脈沖編碼器的輸出波形 7.3光電脈沖編碼器的應(yīng)用：光電脈沖編碼器將位置檢測信號反饋給CNC裝置有兩種方式：一是適應(yīng)帶加減計數(shù)要求的可逆計數(shù)器，形成加計數(shù)脈沖和減計數(shù)脈沖。二是適應(yīng)有計數(shù)控制端和方向控制端的計數(shù)器，形成正走、反走計數(shù)脈沖和方向控制電平。本設(shè)計選用第一種方式（如圖7-3所示）。（a） 電路框圖（a）波形圖 圖7-3