對(duì)CA6150車(chē)床控制系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)

1、對(duì) CA6150 車(chē)床控制系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)摘 要：為實(shí)現(xiàn) CA6150 普通車(chē)床數(shù)控化， 對(duì)機(jī)床的控 制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、改造，改造后的普通車(chē)床能夠滿(mǎn)足具有 準(zhǔn)確定位、直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等數(shù)控功能的要求。關(guān)鍵詞： CA6150 車(chē)床；控制系統(tǒng)；改造設(shè)計(jì) 中圖分類(lèi)號(hào)： TG511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A1 引言對(duì) CA6150 車(chē)床進(jìn)行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向 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)，保證改造后的車(chē)床具有定位、直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、 暫停等控制功能。伺服系統(tǒng)又叫伺服機(jī)構(gòu)，它是一種反饋控 制系統(tǒng)，它的受控變量是機(jī)械運(yùn)動(dòng)或者位置。在數(shù)控機(jī)床的 控制系統(tǒng)中，

2、伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、 速度指令， 經(jīng)變換、放大與整形后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床 坐標(biāo)軸、主軸等運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架，通過(guò)軸的聯(lián)動(dòng)使 刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，完成復(fù)雜形狀零件的加 工。2 改造的內(nèi)容2.1 伺服驅(qū)動(dòng)元件種類(lèi)的選擇 永磁式交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 運(yùn)行可靠、 效率較高。 在結(jié)構(gòu)上采取改進(jìn)措施后，可使其外形尺寸比直流電動(dòng)機(jī)減 小 1/2 左右、重量減輕 60% 、轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動(dòng)機(jī)的 1/5 。 與異步電動(dòng)機(jī)相比，由于采用永磁鐵勵(lì)磁消除了勵(lì)磁損耗及 相關(guān)的雜散損耗，因而效率提高，而且無(wú)換向器、電刷等， 其機(jī)械可靠性與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同而功率因數(shù)大大提高，所

3、以 永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)小些，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給 驅(qū)動(dòng)中多采用永磁式同步交流伺服電動(dòng)機(jī)作為伺服系統(tǒng)的 驅(qū)動(dòng)裝置。2.2 伺服驅(qū)動(dòng)元件的選擇計(jì)算2.2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算 查閱武漢華大新型電機(jī)科技有限公司提供的交流永磁 同步伺服電機(jī) ST 系列產(chǎn)品樣本， 選擇 110ST-M06020LFB 電 機(jī)作為改造后的 CA6150 車(chē)床的伺服驅(qū)動(dòng)元件，選用邁信公 司 EP100-3A 伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成伺服系統(tǒng)可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)使用要 求。2.3 交流調(diào)速方式的選擇 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，其中波脈寬調(diào)制 （PWM ）是交流調(diào)速方式中常用的一種方式， 選用 PWM 方 式進(jìn)行調(diào)速。對(duì)于 CA6

4、150 普通車(chē)床數(shù)控化改造，選用邁信 公司 EP100-3A 伺服驅(qū)動(dòng)器。 EP100-3A 伺服驅(qū)動(dòng)器， 采用先 進(jìn)的控制算法，能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、位置精確的數(shù)字控制； 具有數(shù)字量和模擬量的接口，能方便與各種上位控制機(jī)互 聯(lián)；具有多種智能化的監(jiān)視功能和精巧的操作面板，方便客 戶(hù)調(diào)度與故障診斷；內(nèi)置華大電機(jī)公司 ST-M 全系列伺服電 機(jī)參數(shù)，達(dá)到電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器無(wú)縫聯(lián)接，形成的全套產(chǎn)品，性 價(jià)比極佳； IPM 智能模塊的使用，按國(guó)內(nèi)工業(yè)環(huán)境的可靠性 設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。EP100 伺服驅(qū)動(dòng)器功能特性及參數(shù)型號(hào)： EP100-3A輸入電源：?jiǎn)蜗嗷蛉?220VAC-15+10% 50Hz60Hz驅(qū)

5、動(dòng)器在配置小轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)時(shí)，可采用單相AC220V 電源對(duì)驅(qū)動(dòng)器供電，但驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)大轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī) 時(shí)，必須要三相 AC220V 電源對(duì)驅(qū)動(dòng)器供電。2.4 進(jìn)給系統(tǒng)的改造2.4.1 縱向進(jìn)給系統(tǒng) 拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠、絲杠及安裝座，配上滾珠 絲杠及相應(yīng)的安裝裝置。選用電動(dòng)機(jī)，確定減速比和保持轉(zhuǎn) 矩。電動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)比為 1 : 2的減速箱與滾珠絲杠副相連， 將拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳給滾珠絲杠副，帶動(dòng)拖板沿縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠采用可預(yù)緊安裝方式，減小或消除了因絲杠自 重而產(chǎn)生的彎曲變形，使絲杠剛度有較大提高，絲杠不會(huì)因 發(fā)熱而伸長(zhǎng)。2.4.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng) 拆除橫向絲杠，換上滾珠絲杠。確定電動(dòng)機(jī)減速比、保

6、持轉(zhuǎn)矩和脈沖當(dāng)量、選擇電動(dòng)機(jī)，通過(guò)1 : 2減速箱與滾珠絲杠相連。2.4.3 伺服電動(dòng)機(jī)的安裝與接線(xiàn) 伺服電動(dòng)機(jī)采用立式方形凸緣安裝方式，通過(guò)法蘭盤(pán)和 止口固定在機(jī)床的絲杠托架上。伺服電動(dòng)機(jī)的輸出軸經(jīng)傳動(dòng) 比為 1 : 2 的減速箱減速后，通過(guò)軸套與絲杠相連。伺服電 動(dòng)機(jī)的 4 芯插頭應(yīng)嚴(yán)格與驅(qū)動(dòng)器的相應(yīng)端口相接。結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì) CA6150 車(chē)床的控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)，使改造后 的車(chē)床具有了準(zhǔn)確定位、直線(xiàn)插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停等數(shù)控 功能，能夠加工出符合要求的復(fù)雜零件，大幅提高了生產(chǎn)效 率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了機(jī)床的加工精度。隨著電 子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和管理技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn) 行數(shù)控化改造以提高設(shè)備的數(shù)控化率，將大有作為。參考文獻(xiàn)1 韓鴻鸞， 榮維芝.數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與維修 M. 北京：機(jī) 械工業(yè)出版社， 2004.2 陳白寧，段智敏，劉文波 . 機(jī)電傳動(dòng)控制 M. 沈陽(yáng)： 東北大學(xué)出版社， 2002.3 孫志永，趙硯江 . 數(shù)控與電控技術(shù) M. 北京：機(jī)械工 業(yè)出版社， 2002.4