普通車床數控化改造總體實施方案書方案設計書

1、普通車床數控化改造總體方案設計1.機械部分的改造設計ca6140 車床的主軸以及進給系統(tǒng)都是由法蘭式電動機拖動。普通車床 主軸傳動系統(tǒng)部分改造難度大、 成本高， 且精度提高有限，所以在改造此類機床時，搖臂鉆床 要選那些主軸各方面性能能滿足使用要求的。改造時， 保留原主軸系統(tǒng)，對進給傳動系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)進行改造。進給傳動系統(tǒng)的傳動精度及效率也是數控機床性能的重要組成部分。原機床進給箱為交換齒輪箱，結構復雜、反向間隙大、傳動精度差。在改造過程中，采用步進電動機與滾珠絲杠，并裝有減速機構的傳動方式，通過減速機構可得到所需的減速比并增大驅動力矩。普通車床原機床是用滑動絲杠，傳動誤差大， 因此在數控化

2、改造中將其更換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的傳動效率高、無爬行、預緊后可消除反向間隙、精度高。改造后ca6140 車床的橫向、縱向傳動方式為：步進電動機一消隙齒輪一滾珠絲杠螺母副一工作臺的傳動方式。ca6140車床垂直方向的傳動方式為：步進電動機一圓錐齒輪一滾珠絲杠螺母副一工作臺。同時， 垂直方向還應考慮滾珠絲杠的自鎖，采用超越離合器的自動平衡裝置實現自鎖。ca6140 車床的導軌是采用鑄鐵-鑄鐵或鑄鐵 淬火鋼滑動導軌，其靜摩擦因數大，搖臂鉆床動、靜摩擦因數相差較大，低速時易出現爬行，力矩損失大，影響運動的平穩(wěn)性和定位精度。若是將導軌改造成滾動導軌或靜壓導軌，工藝復雜、費用大、周期長；所以在對ca61

3、40 車床改造時采用在普通車床原導軌上粘接聚四氟乙烯軟帶的方法。聚四氟乙烯軟帶是以聚四氟乙烯樹脂為基材與耐磨填充料復合后，在常溫下用模壓法成型燒結、車削和活化處理制得。其特點是摩擦因數低，抗磨損，靜、動摩擦因數差值小，定位準確，防振消聲運行平穩(wěn)， 低能耗， 具有耐老化和足夠的力學性能，對提高機械加工精度、延長導軌副使用壽命也有一定的作用。這種方法比較方便，費用低，動、靜摩擦因數相差小，耐磨性和抗咬傷力強，具有良好的自潤滑和抗振性，進給運動無爬行，運動平穩(wěn)。2伺服系統(tǒng)的改造、選型ca6140 的原調速方法是靠交換齒輪調速、人工手動，不能實現伺服調速。搖臂鉆床改造后需實現數控無級調速，必須使用與數

4、控系統(tǒng)配對的伺服驅動系統(tǒng)。根據進給脈沖指令輸入驅動裝置， 普通車床經驅動電路控制和功率放大后，驅動執(zhí)行電動機轉動。因此， 在改造過程中要根據所選的電動機參數來選擇合適的伺服系統(tǒng)。在驅動執(zhí)行裝置中，直流伺服電動機的價格昂貴，在普通機床的數控化改造中一般采用步進電動機和交流伺服電動機。步進電動機采用脈沖數字信號進行控制，每轉一轉步距誤差自動變?yōu)榱?，能方便地實現調速及定位，改變各相繞組的接通次序即可實現正反轉。在ca6140 車床數控化改造中，采用步進電動機拖動的開環(huán)控制系統(tǒng)。3電氣系統(tǒng)的改造、選型原機床的電氣電路比較分散，電氣元件使用時間也較長，老化現象嚴重，故障幾率大，會影響加工穩(wěn)定性。 且改造

5、后需要增加伺服電動機、普通車床驅動器及數控系統(tǒng)的電氣連接。把機床中原控制電路拆掉，采用以數控裝置內置PLC 為主的現代電氣控制系統(tǒng)，搖臂鉆床用軟件實現邏輯控制，可以省去大量的控制電器及線路連接。數控機床的主軸、冷卻、橫向、縱向、 垂直方向步進電動機等需系統(tǒng)自動控制，為此需設計強電控制電路。電器元件可保留使用原機床中的變壓器、自動斷路器等。 把所需控制的部件與數控裝置連接好，拆除原電控箱，原位安裝改造后的電控箱；改造后的元件都裝在電控箱里。4數控系統(tǒng)選型數控系統(tǒng)是數控機床的核心。它的主要功能是正確識別和解釋數控加工程序，對解釋結果進行各種數據計算和邏輯判斷處理，完成各種輸入、 輸出任務。 普通車

6、床其形式可以是由數字邏輯電路構成的專用硬件數控裝置或計算機數控裝置。在數控化改造中，應該考慮成本問題和舊機床本身具有的精度局限性，搖臂鉆床所以數控系統(tǒng)選型方面也要考慮成本問題。銑床的數控化改造屬于經濟型改造，一般選用經濟型數控系統(tǒng)。從國外進口的系統(tǒng)，雖然在穩(wěn)定性和加工精度方面有一定的優(yōu)勢，但價格昂貴、成本高。 目前國內市場上主要的經濟型系統(tǒng)有北京航天數控公司、華中數控設備有限公司、 廣州數控設備有限公司等生產的數控系統(tǒng)，普通車床它們的數控系統(tǒng)在性能上可以滿足本設計的使用要求，且價格合理。廣州數控設備有限公司生產的GSK990MA 銑床數控系統(tǒng)為廣州數控設備有限公司自主研發(fā)的普及型銑床數控系統(tǒng)，

7、采用32 位高性能的 CPU 和超大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA ，搖臂鉆床實時控制和硬件插補技術保證了系統(tǒng)微米級精度下的高效率，可編輯的PLC 使邏輯控制功能更加靈活強大。由于國產數控系統(tǒng)較為經濟實惠，所以選用廣州數控GSK 的數控系統(tǒng)。普通車床數控改造方案（伺服）待改造設備明細：序號機床型號數量機床生產廠生產日期1C6150*15001沈陽20022JIC616*13002濟南2004普通車床數控改造改造內容及配置：1、 采用圣維 SWAI SKC2 Fa 數控車床系統(tǒng)對該機床進行改造，交流伺服電機采用國產伺服電機，交流伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、 取消原機床前刀架及相關傳動機構，僅對原機床后

8、刀架進給機構進行數控改造。3、 采用四度電機 +彈性聯軸器 +滾珠絲杠副的傳動方式。4、 曾裝軸承座、螺母座、電機座等相關零部件。5、 增裝 X 、Z 行程開關及相關附件。6、 增裝 Z 向導軌防護裝置。7、 電氣控制柜安裝，操作箱安裝在電控柜上方(根據實際情況確定是否增加支臂)。8、 增加機床潤滑控制方式及手動潤滑泵、數控系統(tǒng)應該實現對主軸啟、?？刂疲鋮s泵啟、?？刂啤８脑旌髾C床進給軸行程不低于原機床行程，幾何精度不低于改造前的精度。9、 改造后兩個進給軸快速進給速度為30005000mm/min( 視機床本身而定)。10、備貨周期為510天，現場改造及培訓周期為57 天。圣維skc2Fa

9、數控系統(tǒng)配置及功能。普通車床數控改造主要特點1、采用高性能微處理器和基于現場可編程門陣列（FPGA ）的專用數控電路，實現粗細高速插補。2、 液晶（ LCD ）圖文顯示、中文操作菜單、友好界面。3、 自動升降速速控制。可配交流伺服驅動器和步進驅動器。4、 內置電子齒輪。5、 位置反饋坐標實時顯示。普通車床數控改造實現主要功能G 功能： 30 多種 G 代碼：各種循環(huán)（內、外、端面、錐面、錐面、柱面、單頭、多頭螺紋循環(huán)、柱面、端面、錐面循環(huán)加工等） ；X 軸直徑、半徑編程；回起刀點位置校驗；可實現恒線速切削。編輯功能：全屏幕編輯自動功能：自動執(zhí)行加工程序；自動過程中可以暫停、斷停、速度倍率修調、

10、調整主轉速；空運行；斷點等。手動功能：手動連續(xù)運行；手動增量；手脈進給（選件）；手動回參考點；手動回機零點；手動換到等。主軸功能 ：“有極調速”：SOS13;“無極調速”： SOS9999。刀具功能：可控 4-12 工位刀架； 12 組刀補值；定點對刀、試切對刀生成刀補，具有具長度和半徑補償，螺距誤差補償，反向間隙補償等。輔助功能：手動、自動控制主軸正轉、反轉、停止；手動、自動控制冷卻液；自動控制夾具；子程序調用及子程序 循環(huán)調用；程序無條件轉移等。通訊功能： RS232 接口，可實現CNC 系統(tǒng)與 PC 及通訊。其他功能：監(jiān)控、報警功能、零件加工圖形顯示（直線、圓弧切削時顯示為整個圖形）普通

11、車床數控改造、調試及試加工事項：1、機床改造周期：從合同需方支付預付款到供方賬戶之日起20 個工作日，將機床改造的零件、系統(tǒng)發(fā)貨至需方現場。2、在改造工程中，若有部分零件需要在永和現場加工、大型的機床零部件拆卸與安裝等情況，請需方提供及時的支持與幫助。對于普通車床的經濟型數控改造，在考慮總體設計方案時，應遵循的原則是：在滿足設計要求的前途下，對機床的改動應盡可能的少，以降低成本。一、車床的數控改造1、數控機床工作原理及組成1）數控機床工作原理：數控機床加工零件時，首先應編制零件的加工程序，這是數控機床的工作指令。將加工程序輸入到數控裝置，再由數控裝置控制機床主運動的變化、起停，進給運動的方向、

12、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、關等動作， 使刀具與工件及其它輔助裝置嚴格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數進行工作，從而加工出符合要求的零件。2）數控機床的組成：數控機床主要由控制介質、數控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如下圖所示：2、設計內容及任務普通車床（ C618 ）的數控改造設計內容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的設計計算（包括縱向、橫向進給系統(tǒng)的設計與計算）、主運動自動變速原理及改造后的機床傳動系統(tǒng)圖的設計、機床調速電動機控制電路的設計、電磁離合器的設計計算。本設計任務是對C618 臥式車床進行數控化改造，實現微機對車床

13、的數控化控制。利用微機對車床的縱向、 橫向進給系統(tǒng)進行數字控制，并要達到縱向最小運動單位為0.01/脈沖，橫向最小運動單位0.005/脈沖，主運動要實現自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉位刀架，要能自動的切削螺紋。3、數控部分的設計改造1）數控系統(tǒng)運動方式的確定數控系統(tǒng)按其運動軌跡可分為：點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點移到另外一點的位置，而對于運動軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩個或兩個以上坐標方向的位移進行嚴格的不間斷的控制。由于 C618 車床要加工復雜輪廓零件，所以本微機數控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2）伺服進給系統(tǒng)的設計改造數控機床的伺服進給系統(tǒng)按有

14、無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到和好的機床精度，能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對加工精度的影響。但他結構復雜、技術難度大、調式和維修困難、造價高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調速范圍寬，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步進電動機驅動的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調式比開環(huán)要復雜，設計上也要有其自身的特點，技術難度較大。開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路，因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結構簡單， 易于調整，所以常用于精度要求不高的場合。經過上序比較，由于所改造的C618 車床的目標加工精度要求不高，所以決

15、定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。3）數控系統(tǒng)的硬件電路設計數控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎，性能的好壞直接影響整體數控系統(tǒng)的工作性能。數控裝置的設計方案通常有：可以全部自己設計制作可以采用單板機或STD 模塊或工控機改制可以選用現成的數控裝置作少量的適應化改動在普通機床的經濟型數控改造中，由于第一種設計周期較長且不經濟，同時質量也難于保證。第二種則更加不經濟。所以不課程設計將采取第三鐘方案。4、機械改造部分的設計1）主傳動部分的改造設計將原機床的主軸電動機換成變頻調速電動機，無級調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。改造后使其主運動和進給運

16、動分離，主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉。2）進給機構的改造將原機床的掛輪機構、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除。縱向、橫向進給以步進電動機作為驅動元件經一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。3）其它部件的改造刀架部分：拆除原手動刀架和小拖板，安裝由微機控制的四工位電動機刀架，該刀架具有重復定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點。二、可行性論證根據自動化制造系統(tǒng)，可行性論證使用戶建造自動化制造系統(tǒng)項目前所進行的技術和經濟性分析報告， 是上級主管部門審定和批準立項的基本依據。 同樣， 在進行普通車床的經濟型數控改造之前進行合理的、科學的可行性論證是必要的。根據傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的

17、經濟型數控改造的可行性論證應圍繞以下幾個方面進行，即企業(yè)生產經營現狀及存在的問題分析，企業(yè)生產經營目標，改造的基礎條件、目標、技術方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實施計劃，結論等。由于本設計僅作為大學本科生的畢業(yè)設計，故在此，設計者僅對改造的投資概算作一簡要的可行性論證。本改造設計是對普通車床C618 進行經濟型數控改造。在改造設計中， 采用的是廣州數控設備廠生產的GSK980T型數控系統(tǒng)， 加上兩臺伺服電機，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動部分以及齒輪副， 一臺變頻調速電動機，四個電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。這樣設備改造費用和舊設備費用總計不會超過15 萬元。因此，對普通車床作經濟型數控改造適合我國國情，是國內企業(yè)提高車床的自動化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實用性。普通車床數控改造內容及配置：1、采用圣維 SWAI SKC2 Fa 數控車床系統(tǒng)對該機床進行改造，交流伺服電機采用國產伺服電機，交流伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、取消原機床前刀架及相關傳動機構，僅對原機床后刀架進給機構進行數控改造。3、采用四度電機 +彈性聯軸器 +滾珠絲杠