CA6140機床的數(shù)控化改造畢業(yè)設(shè)計論文

1、CA6140 機床的數(shù)控化改造一、市場研究與需求分析 目前機床數(shù)控化改造的市場在我國還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率 比較低。 用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、 品種少、檔次低、成本高、 供貨期長， 從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的 生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。機床數(shù)控改造的意義：1） 節(jié)省資金。 機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及 特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結(jié)構(gòu)進 行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。2

2、） 性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎(chǔ)件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精 度。3） 提高生產(chǎn)效率。 機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費 用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。二、CA6140車床數(shù)控系統(tǒng)總體設(shè)計方案 數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、 網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基 礎(chǔ)。數(shù)控裝備的整體水平標志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強弱。 機床數(shù)控系統(tǒng) 總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容： 系統(tǒng)運動方式的確定， 伺服系統(tǒng)的選擇、 執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 及傳動方式的確定，計算機系統(tǒng)的選擇

3、等內(nèi)容。一般應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求提出數(shù)個總體方案， 進行綜合分析、 比較和論證， 最后確定 一個可行的總體方案。1、設(shè)計任務(wù)對CA6140普通車床進行數(shù)控化改造的車床能進行生產(chǎn)加工，其加工質(zhì)量和精度（誤差萬o.03ram）達到或超過改造前車床出廠時的水平，接近同檔次數(shù)控車床的水平，數(shù)控改造 的車床其生產(chǎn)效率、安全性超過改造前普通車床出廠時的水平。2.2總體方案確定2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 由于改造后的經(jīng)濟型數(shù)控銑床應(yīng)具有定位、 直線插補、 順、逆圓插補、 暫停、 循環(huán)加工、 公英制螺紋加工等功能， 由于在銑削加工中， 要求工作臺或刀具沿各坐標軸運動有確定的函 數(shù)關(guān)系， 即刀具以

4、給定的速率相對于工件沿加工路徑運動， 所以不能選用點位系統(tǒng)， 因為點 位控制系統(tǒng)要求工件相對于刀具移動過程中不進行切削。因此，應(yīng)選用連續(xù)控制系統(tǒng)。1.確定伺服系統(tǒng)1）小型機床都采用步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。這種系統(tǒng)價格低，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試和維修 都非常方便，但控制精度和速度較低。2）大、中型機床則都采用可控硅直流伺服系統(tǒng)和PWh直流伺服系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)控制精度高、調(diào)速范圍寬、快速性好，容易實現(xiàn)半閉環(huán)控制，但價格較高，維修較困難。2.數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的控制方式有三種： 開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)方式。選擇哪種控制方式，需根據(jù) 具情況確定。1）一般小型機床的數(shù)控化改造多半采用開環(huán)控制方式。數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)為以單板機

5、為主 控制單元的簡易數(shù)控系統(tǒng)。 因該類機床本身價格低廉， 而該控制方式投資少， 安裝調(diào)試方便， 但控制精度和速度較低。2）大、小型機床的數(shù)控化改造多半采用半閉環(huán)控制方式。數(shù)控系統(tǒng)有北京數(shù)控設(shè)備廠研究生產(chǎn)得BS03經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，如FANU（System3、DYNAPATSystemIO等中檔數(shù)控系統(tǒng)。 該控制方式雖然改造費用較大但該類機床本身價格較貴，特別是大型、重型機床，價格更昂貴，且該控制方式多以直流伺服電機為驅(qū)動元件，控制精度和速度比開環(huán)控制方式高，安裝調(diào)試也比較方便。3）閉環(huán)控制由于需直接測出移動部件的實際位置，因此要在機床的相應(yīng)部位安裝直線測量元件，工作量大，費時多而且閉環(huán)控制的調(diào)試

6、相當麻煩，它的穩(wěn)定性與機械部分的各種非線性因素有很大關(guān)系。在機床數(shù)控化改造中一般不采用這種控制方式。CA6140型車床改造屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，加工精度要求不高，為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成 本，采用步進電機控制系統(tǒng)，因閉環(huán)控制系統(tǒng)適用于精度要求較高的機床設(shè)計，且閉環(huán)控制系統(tǒng)的造價昂貴。2.2.2機械傳動方式為實現(xiàn)機床所要求的分辨率，采用步進電機齒輪減速再傳動絲杠，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副以及滾動導軌。同時，為提高傳動剛度和消除間隙，采用預加負載的滾動導軌和滾珠絲杠副機構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的消隙齒輪結(jié)構(gòu)。三、CA614 0車床進給系統(tǒng)的改造設(shè)計本章主要

7、完成縱向和橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算、滾珠絲杠螺母副的選型、步進電機的型號選擇計算等，該部分設(shè)計的總體方案見圖3-1縱向和橫向進給系統(tǒng)圖所示。要使進給系統(tǒng)的部分改造與數(shù)控裝置系統(tǒng)的配合達到好的效果，在后面的章節(jié)中還將涉及到步進電動機相關(guān)的驅(qū)動電源、功率放大電路、輔助電路；與滾珠絲杠副相關(guān)的機床導軌的貼塑等內(nèi)容的 設(shè)計。圖3-1縱向和橫向進給系統(tǒng)圖3.1脈沖當量的選擇一個進給脈沖，使機床運動部件產(chǎn)生位移量，也稱為機床的最小設(shè)定單位。脈沖當量 是衡量數(shù)控機床加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。經(jīng)濟型數(shù)控車床銃床常采用的脈沖當量是0.010.005m m/脈沖。根據(jù)機床精度要求確定脈沖當量，縱向：0.01mm

8、/脈沖，橫向：0.005mm/脈沖。3.2切削力的計算在設(shè)計機床進給伺服系統(tǒng)時，計算傳動和導向元件，選用伺服電機等都需要用到切削力， 下面介紹數(shù)控車床中的切削力的計算。3.2.1縱車外圓主切削力Fz（N）按經(jīng)驗公式估算：F1.5Z=0.67Dmax1 .5=0.67X400=5360按切削力各分力比例：FZ: FX: FY= 1: 0.25: 0.4Fx=5360X0.25=1340FY=5360X0.4=21443.2.2橫切端面I主切削力FZ（N）可取縱切的1/2.1FZFZ= 26802II此時走刀抗力為FY（N）,吃刀抗力為FZ（N）.仍按上述比例粗略計算：IIIFZ:FY：FX=1:

9、0.25:0.4IFY=2680X0.25=670IFx=2680X0.4=10723.3滾珠絲杠螺母副的計算和選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計首先要選擇結(jié)構(gòu)類型：確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定之后，再計算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑do（絲杠外徑d）、導程Lo、滾珠的工作圈數(shù)j、列數(shù)K精度等級等。滾珠循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。我們在此選用螺旋槽式外循環(huán)：在螺母外圓上銃出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔，同螺母的螺紋滾道相切，形成滾珠返回通道。為防止?jié)L珠脫落，螺旋槽用鋼套蓋住。在通孔口設(shè)有擋珠器，引 導滾珠進入通孔。擋珠器用圓鋼彎成弧形桿，并

10、焊上螺栓，用螺帽固定在螺母上。它的優(yōu)點是：工藝簡單，螺母外徑尺寸較小。缺點是：螺旋槽同通孔不易連接準確，擋珠器鋼性差、 耐磨性差。滾珠絲杠副的預緊方法有：雙螺母墊片式預緊、雙螺母螺紋式預緊、雙螺母齒差式預緊、 單螺母變導程預緊以及過盈滾珠預緊等。本設(shè)計采用雙螺母螺紋式預緊結(jié)構(gòu)，它通過調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。 其特點是結(jié)構(gòu)較緊湊，工作可靠，滾道磨損時可隨時調(diào)整，預緊量不很準確，應(yīng)用較普遍。3.3.1縱向進給絲杠1.計算進給率引力Fm（N）作用在滾珠絲杠上的進給率引力主要包括切削時的走刀抗力以及移動部件的重量和切 削分力作用在導軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導軌的型式有關(guān)?？v向進給為

11、綜合型導軌由前所知：Fx=1340 NFz=5360 NG=1000 NK=1.15If=0.16得：Fm（N）=KFxfFzG=1.15X1340+0.16X（5360+1000）=2559 N式中K考慮顛復力矩影響的實驗系數(shù)，綜合導軌取K=1.15;If-滑動導軌摩擦系數(shù):0.150.18;G-溜板及刀架重力：G=1000 N.2.計算最大動負載C利用滾珠絲杠副的直徑do時，必須保證在一定軸向負載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后在它的滾道上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載C,可以用下式計算：Fm60 n TL=1061000 usn二LUs-

12、最大切削力下的進給速度，可取最高進給速度的（22/3 ）,此處Us=0.6m/minT-使用壽命,按15000h;c二L fwFm=3 45x1.2X2559=10799 N3.滾珠絲杠螺母副的選型查閱附錄A表3,可采用WL3506外循環(huán)螺紋調(diào)整預緊的雙螺母滾珠絲杠副,1列2.5圈，其額定動負載為16400 N,精確等級按表4-15選為3級（大致相當于老標準E級）.4.傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為:tg_ n=tg( - Jcp-摩擦角取10滾動摩擦系數(shù)0.0030.004將各數(shù)據(jù)帶入上式得:tg3Z二0.949n=tg( )=tg(307 10)式中L-滾珠絲杠導程，初選L=6伽;

13、w-運轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運轉(zhuǎn)取w=1.21.5; 6L-壽命，以10轉(zhuǎn)為1個單位。將數(shù)據(jù)分別帶入上式得:n_1000Us1000 0.6 0.5一L。=50r/min60 n T 60 50 15000L=106106=45式中螺旋升角，W1L3506=3395.剛度驗算滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性因此應(yīng)考慮以下引起軸向變形的因素：絲杠的拉伸或壓縮變形量； 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形；支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形； 滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起導程的變化量；和螺母座及軸承支座的變形。最后一種常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，但變形量計算較為困難，一般根據(jù)其精度要求，在結(jié)

14、構(gòu)上盡量增強其剛度而不作計算。因此滾珠絲杠副剛度的驗算，主要是前三種變形量，他們的和應(yīng)不大于機床精度要求允許變形量的一半，否則，應(yīng)考慮選用較大直徑的滾珠絲杠副。先畫出縱向進給滾珠絲杠支承方式草圖如圖3-2所示。最大牽引力為2559 N.軸承支撐間距L=1500 mm,絲杠螺母及軸承均進行預緊，預緊力為最大軸向負荷的/3。圖3-2(1)絲杠的拉伸或壓縮變形量5-2LX1500=1.6X10 x1500=2.4x10(m).由于兩斷均采用向心推力球軸承，且絲杠又進行了預拉伸I(1=21=0.6x10(2)滾珠與螺紋滾道接觸變形2查圖4-7,W系列1列2.5圈滾珠和螺紋滾道接觸變形量-V：-=7.1

15、卩m查圖4-6，根據(jù)Pm=2559 N,DO=35m,*查出;L/ L=1.2 10*，可算出:-J,故其剛度可以提高4倍。其1 1M因進行了預緊，；2 = 29=2x7.1=3.35卩mdl=35伽，滾珠體直徑dQ=6.35伽，滾動體數(shù)量z=18,3；_Fmdc=0.0024dQ Z=0.0024注意，此公式中Fm單位應(yīng)為kgf因施加預緊力，故1丄 3= 29 = 2x0.0076=0.0038伽根據(jù)以上計算：、=、1+、2+、3=0.006+0.00355+0.0038=0.01335伽nK（一般nK=2.54）此滾珠絲杠不會產(chǎn)生失穩(wěn)。3.4齒輪傳動比的計算3.4.1縱向進給齒輪箱傳動比計

16、算已確定縱向進給脈沖當量沖=0.01滾珠絲杠導程S=6 mm,初選步進電機步距角0.75?？捎嬎愠鰝鲃颖萯360P360 0.01i=0.75漢6=0.8可選定齒輪齒數(shù)為：ZL3220i=乙=40或253.4.2橫向進給齒輪箱傳動比計算 已確定橫向進給脈沖當量P=0.005 ,滾珠絲杠導程LO=5 mm,初選步進電機步距角0.75可計算傳動比i:360p360 0.05i=日丄o=0.755=0.48考慮到結(jié)構(gòu)上的原因， 不使大齒輪直徑太大，以免影響到橫向溜板的有效行程,故此處2Zl Z1 34 2420i=Z2乙=5x5=40 x25乙=24、Z2=40、Z3=2O、Z4=25因進給運動齒輪

17、受力不大，模數(shù)m取2。有關(guān)參數(shù)如下：表2-1齒數(shù)324024402025分度圓d = mz648048804050齒頂圓da=d +2m688452844454齒根圓df=d -2* 1.25m597543753545齒寬（610）m202020202020中心距A = +d2） /27264453.5步進電機的計算和選型選用步進電機時，必須首先根據(jù)機械結(jié)構(gòu)草圖計算機械傳動裝置及負載折算到電機軸 上的等效轉(zhuǎn)動慣量，分別計算各種工況下所需的等效力矩，在根據(jù)步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩和起動、運行矩頻特性選擇合適的步進電機。3.5.1縱向進給步進電機計算1.等效轉(zhuǎn)動慣量計算（互）2J =JM+J1+Z22式

18、中JM-步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量（kgcm）;Jl、J2-齒輪Zl、z2的傳動慣量（kgcm2）2可采用兩級齒輪降速計算見圖3-2，傳動系統(tǒng)折算到電機軸上的總的慣量J（cm2）可由下式計算:Js-滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量（kgcm）。參考同類型機床，初選反應(yīng)式步進電機150BF,起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量I2M=10 kgcm。山=0.78X10 Xd：=0.78X10 X6.44X2=2.622kgcmI-3J2= 0.78X10Xd；L2=0.78*10-34X8X2=6.39kgcm2Js=0.78X10JX44X150=29.952G=1000 N代入上式：（三）2 （J2 +JS ）+9 J J咅JM+Ji

19、+Z2 -g0丿-/32r, 1000（0.6丫326.39 +29.952 +-i而丨9.8 0丿=10+2.62+ - -2=36.474 kgcm考慮步進電機與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題JM/J=10/36.474=0.274基本滿足匹配的要求。2.電機力矩的計算機床在不同的工況下，其所需轉(zhuǎn)距不同，下面按個階段計算：（1）快速空載起動力矩M起。在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計算公式如下：M起=Ma max+M f+M0nmax60Mamax=J、；=J乂p =JX60 taVmax.bnmax=- pX360將前面數(shù)據(jù)代入，式中各符號意義同前。起動加速時間ta=30ms2nma

20、x2 * 500Mamax=JX60*ta=36.474X60* 0.03X10=636.6 N2kgcm2:nmaxOnm ax -vmax入2400 0.75- -.A.-X 360=0.01360=500r. min折算到電機軸上的摩擦力矩M f:f (PZG) L。Mf=2二i=2- z2/Z|0.16 (5360 800) 0.6最大靜力矩M jmax=881.5/0.951=927 Nm。按此最大靜轉(zhuǎn)距從表查出，150BF002型最大靜轉(zhuǎn)距為13.72 Nm。大于所需最大靜轉(zhuǎn)距，可作為初選型號，但還必須進一步考核步進電機起動距頻特性和運行距頻特性。3.計算步進電機空載起動頻率和切削

21、時的工作頻率F0L02二0.8 1.25=94 N附加摩擦力矩M。:Fp0L013FmL0(1 _2)_M=2二i0=2二z2/Zj1 -0132530 0.62(1-0.9 )2二0.8 1.25=805.3x0.19=153 Nm上述三項合計:起=Mamax+Mf+M=636.6+94+153=881.5 N-cm(2)快速移動時所需力矩M快=M f+M 0=94+153=247 Ncm(3)最大切削負載時所需力矩M切F丄0M切=Mf+M0+Mx=Mf+M0+2二i=94+153+1340 0.62二0.8 1.25=94+153+127.96=375 N-cm從上面的計算可以看出,M起、

22、M快和M切三種工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以次作為初選步進電機的依據(jù)。從表中查出， 當=0.951。WOWmax1000 x2.4fk=60=60 0.01=4000 HZ1000vsfe=60、.p=1000 0.6:60 0.01=1000 HZ從表中查出150BF 002型步進電機允許的最高空載起動頻率為2800 HZ運行頻率為8000 HZ，130BF001步進電機的起動矩頻特性和運行矩頻特性曲線如圖3-4，3-5所示，可以看出，當步進電機起動時，f起=2500Hz時，M=100Ncm，遠遠不能滿足此機床所要求的空載起動力矩（881.5N cm）直接使用將會產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必

23、須采取升降速控制（用軟件實現(xiàn)），將起動頻率將到1000Hz時，起動力矩可增到588.4N cm，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動電路，還可以將步進電機輸出力矩擴大一倍左右。圖3-5 130BF001步進電機的運行矩頻特性當快速運動和切削進給時，130BF001型步進電機運行矩頻特性（圖3-5）完全可以滿足要求。3.5.2橫向進給步進電機計算和選型電機選為9BF2計算步驟如上所述，經(jīng)計算滿足要求，此處計算略。4.CA6140車床數(shù)控化改造數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計4.1數(shù)控裝置系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)作為車床的核心部分也正向多樣化、多層次化方向發(fā)展。先期由單板機開發(fā)的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)存在通用性差、不易于用戶進行功能擴展的問

24、題，可靠性與穩(wěn)定性也較差，主要表現(xiàn)為抗干擾能力差，經(jīng)常會由于外界干擾出現(xiàn)誤動作，這種現(xiàn)象以單板機z8為CPU勺數(shù)控系統(tǒng)尤為突出。為此，所選擇數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)克服以上問題，而具有通用性強、抗干擾能力強等特點，還應(yīng)考慮下一步的升級到信息化、網(wǎng)絡(luò)化制造的需要。4.1.1數(shù)控裝置系統(tǒng)選型根據(jù)所改造的性能和精度指標來選配數(shù)控裝置系統(tǒng)，進口數(shù)控裝置系統(tǒng)常用的有FANUC公司系統(tǒng)、SIEMENS司系統(tǒng)、MITSUBISHI公司系統(tǒng)、A-B公司系統(tǒng)、FAGO公司系統(tǒng)等，這 些系統(tǒng)有多個系列，每一系列有多種可選擇的功能，適用于多種機床使用，但價格較貴，而國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)中有珠峰數(shù)控公司的CME988中華I型）系統(tǒng)、北京航

25、天數(shù)控集團的cAsNuc9IIMc（航天I型）系統(tǒng)、華中理工大學的HNCI（華中I型）系統(tǒng)、中科院的1060型系統(tǒng)、 廣州數(shù)控設(shè)備有限公司的GSK980 GSK92系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)也提供了多種可選擇的功能，適用于多種機床使用，價格較低，一般為進口系統(tǒng)的1/3左右，而且配置容易安裝方便，性能與精度指標能滿足一般機械加工的要求，其性價比高，通常為普通機床數(shù)控化改造所選配。根據(jù)對國內(nèi)生產(chǎn)的經(jīng)濟性數(shù)控系統(tǒng)市場的調(diào)研，從性能和價格上進行綜合比較評判，CA6140數(shù)控化改造的數(shù)控裝置系統(tǒng)選擇廣州數(shù)控CSK928TC-I車床數(shù)控系統(tǒng)。它的性能特點、參數(shù)見表4-1所示。圖4-1 SK928TC-I車床數(shù)控系統(tǒng)

26、表41 GSK 928TC一1車床數(shù)控系統(tǒng)特點、參數(shù)特點：CPLD硬件插補、p m級精度；國際標準ISO代碼，24種G代碼，可滿足多種加工需要；主軸編碼器可選1024p/r或1200p/r增量式編碼器： 加減速時間參數(shù)可調(diào)，可適配步進驅(qū)動、交流伺服構(gòu)成不同檔次車床數(shù)控系統(tǒng)，具有更 高性能價格比；192 x 64點陣LCD顯示，中文菜單，全屏幕編輯；操作更直觀、簡單、方便；功能參數(shù)控制軸：X Z兩軸最小指令單位：0.001mm插補方式：X、Z二軸直線、圓弧插補運動控制功能位置指令氾圍土8000.OOOmn最咼移動速度：15000mm/ min最高進給速度：直線6000mm7min、圓弧3000m

27、n/min進給倍率：0150%十六級實時調(diào)節(jié)快速倍率：25%、50%、75%、100%四級（手動方式/自動方式有效）電子齒輪比：無電子手輪功能：X1、x10、x100顯示界面顯示器類型：192 X 64點陣圖形式LCD顯示方式：中文菜單操作圖形顯示功能：無G弋碼供24種G弋碼，包括同定/復合循環(huán)加1=、z軸鉆孔攻絲等代碼螺紋功能公制/英制單頭多頭直螺紋、錐螺紋，螺紋退尾長度可設(shè)定螺紋螺距：0.250-100.000mm （公制）牙/英寸牙/英寸（英螺紋功能制）具有剛性攻絲功能補償功能主軸編碼器：1024p/r或1200p/r;增量式編碼器（與主軸1：1傳動）反向間隙補償：（x、z軸）065.5

28、35mm切具補償：8組刀具長度補償?shù)毒吖δ苓m配刀架：四工位八工位電動刀架、排刀刀位信號輸入方式：1號4號刀位信號直接輸入，5號8號刀位編碼輸入換刀方式：T代碼絕對換刀或手動相對換刀，正轉(zhuǎn)選刀、到位反轉(zhuǎn)鎖 緊對刀方式：定點對刀、試切對刀刀補執(zhí)行方式：移動刀具/修改坐標、參數(shù)選定主軸功能控制方式：可設(shè)置檔位控制或模擬控制檔位控制：s1、s2、S3、s4直接輸出或BC歸碼輸出S0-S15模擬控制：可設(shè)置三檔主軸，輸出OV10V控制主軸轉(zhuǎn)速輔助功能主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動；冷卻啟停；潤滑啟停；卡盤夾緊放松； 進給保持；2點用戶輸入、2點用戶輸出程序編輯程序容量：24KB、100個程序格式：ISO代碼

29、、相對/絕對混合編程子程序：可編輯用戶程序、參數(shù)斷電 保護通訊RS232通訊接口為標準配置； 可選配通訊功能， 提供通訊軟件及通訊電 纜，與PC機雙向傳送程序適配部件開關(guān)電源：GSK PC（配套提供，已安裝連接）驅(qū)動裝置：DF 3A三相反應(yīng)式、DY3BE相混合式、DA98交流伺服刀架控制器：GSK TC（可配4工位8工位電動刀架，僅供改造用戶）裝配形式標準面板、箱式一體化（配DF 3A或DY3BK動裝置）下出線、一體化后出線程度格式標準ISO代碼、小數(shù)點編程、相對/絕對混合編程、圓弧可用R或I、K外形尺寸75mnK200ramx118mm7420ramx260ramx123.5mm小/大）重量

30、3.8kg通過表5-1可知廣州數(shù)控CSK928TC-1車床數(shù)控系統(tǒng)，精度la m級，所控制軸X、Z兩軸 的最小指令單位：0. 001mm=l u m最高移動速度：15000mm/min;進給速度：直線6000mm/min、圓弧3000mm7min，能實現(xiàn)X、Z二軸直線、圓弧插補，24種G弋碼，包括固定/復合循環(huán)加工、Z軸鉆孔攻絲等代碼，程序容量：24KB、100個程序。具有剛性攻絲功能、螺紋螺距：0.250mm- 100.000mm公制）100.000牙/英寸O.250牙/英寸（英制），8組刀具長度補償、1號4號刀位信號直接輸入、T代碼絕對換刀或手動相對換刀，正轉(zhuǎn)選刀、到位反轉(zhuǎn)鎖緊、定點對刀、

31、試切對刀、移動刀具/修改坐標、參數(shù)選定，可設(shè)置檔位控制或模擬控制，可設(shè)置三檔 主軸，輸出0IOV控制主軸轉(zhuǎn)速，主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、制動，冷卻啟停、潤滑啟停、 卡盤夾緊放松、進給保持等。滿足經(jīng)濟性數(shù)控裝置對縱向進給系統(tǒng)、橫向進給系統(tǒng)等伺服進給步進電機開環(huán)控制，達到經(jīng)濟型一般為分辨率10um,進給快移速度8000-15000mm/min，能控制3個坐標軸，具有 設(shè)定單位、插補類型、絕對和增量（相對）坐標編程，G MS、T功能、刀補功能、間隙補償功能及循環(huán)功能、中文菜單操作顯示方式，通訊功能，可手工編程和自動編程、在線編程和 離線編程，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化加工。符合設(shè)計要求。4.1.2數(shù)控（CNC）裝置安裝

32、根據(jù)設(shè)計方案，將CSK928TC-1車床數(shù)控系統(tǒng)裝置安裝在車床的右上方，高度和寬度符 合正常操作位置，與車床整體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)。4.2步進電機驅(qū)動器選型根據(jù)設(shè)計方案，保留主軸箱、床身導軌、溜板、尾座，即主傳動的主軸電動機驅(qū)動保持 原有設(shè)備?？v向和橫向進給傳動的設(shè)計已在第2章完成，已確定了滾珠絲杠的型號、步進電機的型號等，本節(jié)主要選擇縱向和橫向進給傳動步進電機的驅(qū)動器。步進電機的驅(qū)動器主要由環(huán)形分配器和功率驅(qū)動電路兩個部分組成.功率驅(qū)動電路將環(huán)形分配器輸出的微弱電流進行放大，滿足步進電機的驅(qū)動，因此選擇步進電機驅(qū)動器的良好性能是保證普通車床數(shù)控化改造的精度之一。常見的步進電機驅(qū)動器的功率驅(qū)動電路有血

33、 種，其中細分驅(qū)動電路是通過控制繞組中的電流數(shù)值來調(diào)整步進電機步距角的大小，控制精度高。根據(jù)第2章已選擇的縱向進給傳動和橫向進給傳動選擇的步進電機分別為：ilOBYG350C、1IOBYG 350B,查閱相關(guān)資料以及產(chǎn)品可知，廣州數(shù)控DY3B系列三相混合式步進電機驅(qū)動器，采用DC310V驅(qū)動電壓。高速高轉(zhuǎn)矩輸出。產(chǎn)品特點：正弦波驅(qū)動，數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)矢 量細分，電機旋轉(zhuǎn)定位精度高、 運行平穩(wěn)、噪音低。用戶可設(shè)置十五種電機步距角（0 . 0360 75），應(yīng)用靈活、適合精密控制。選用三菱公司第四代智能模塊（IPM），耐電壓沖擊力強，穩(wěn)定性好，具有過載、短路、過壓、過熱等完善的保護措施?？刂凭€路集成度

34、高， 可靠性好，整機結(jié)構(gòu)緊湊、臺理。具有外部電流可調(diào)功能，用戶可根據(jù)負載情況靈活調(diào)節(jié)。采用驅(qū)動電壓，高速高轉(zhuǎn)矩輸出。采用機外風冷散熱設(shè)計，防護好。結(jié)構(gòu)如圖4-3所示，技術(shù)參數(shù)見表42所示。綜合以上產(chǎn)品特點和技術(shù)參數(shù)，步進電機IIOBYG 350C、IIOBYG 350B的驅(qū)動器選擇為:廣州數(shù)控DY3B-30、DY3B-28三相混合式步進電機驅(qū)動器。表4-2廣州數(shù)控DY3啄列三相混合式步進電機驅(qū)動器技術(shù)參數(shù)驅(qū)動器型號DY3B-13DY3B-24DY3B-28DY3B-30輸出相電流1.3A2.4A2.8A3.0A適配電機90BYG350B1lOBYG350A11OBYG350B11OBYG350

35、C保持轉(zhuǎn)矩4Nm8Nm12Nm16Nm工作環(huán)境0.C-45.C 10-85%RH不結(jié)露：無腐蝕性.易燃.易爆.導電性氣體.液 體和粉塵存放環(huán)境IO一85%RH不結(jié)露輸入電源AC220V-1 5%-+1 0%50/60HZ 3A（Max）驅(qū)動方式三相正弦波電流輸出可設(shè)定步距角0.036 0.045 0.06 0.072 0.075 0.09 0.12 0.144 0.18O. 3 O.36 O.45 0.6 O.72 O.75電機每轉(zhuǎn)脈沖10000 8000 6000 5000 4800 4000 3000 25000 2000 1200 l000 800 600 500480p/r步距角設(shè)定方

36、 式DIP開關(guān)（SWl.SW2 SW3 SW5設(shè)定電機最高轉(zhuǎn)速不低于1200rpm脈沖輸入方式但脈沖方式：CP（脈沖）+DIR（方向）脈沖寬度2us:脈沖頻率IOOKHZ輸入信號CP/ CP DIR/DIR:EN/EN（使能）輸入電平5V,5-10mA, 12V寸串入1K電阻，24V時串入2.2K電阻，輸入回路有電流時 輸入有效電流可調(diào)動功 能DIP開關(guān)（SW4SW6設(shè)置，40%60%80%100%滿電流保護功能制動.欠壓.超壓.過載.短路.過熱.IPM莫塊異常輸出信號RDYl/RDY2（準備好）正常工作輸出閉合信號狀態(tài)指示綠色LED RDY正常指示，無故障時亮.相序指示A.B. C:紅色LE

37、D RDY報警指示.外形尺寸220*95*165單位：mm220*130*165（帶風扇）單位：mm重量2.7kg4.3脈沖發(fā)生器DC310V為保持切削螺紋的功能， 必須在主軸上安裝脈沖發(fā)生器，采用脈沖發(fā)生器直接與主軸由無間隙傳動聯(lián)軸器連接，達到傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，傳動鏈短，傳動剛度提高。主軸與脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路阻及I/O接口送給數(shù)控裝置（CNC）。4.3.1脈沖發(fā)生器一一光柵編碼器選型按照經(jīng)濟性改造方案，查閱脈沖發(fā)生器的相關(guān)產(chǎn)品，最后選定HEDS公司生產(chǎn)的光柵編碼器，型號記為：HKY250一W00IGSI2BZ5E。該公司是國際著名的

38、編碼器模塊、光柵、碼盤 及延伸產(chǎn)品的研發(fā)、 制造商，采用德國技術(shù)， 模塊化生產(chǎn)。光柵編碼器HKT-w是一種高性能、 經(jīng)濟的兩通道光電增量編碼器。在與光柵盤一起使用時，這個模塊可以檢測旋轉(zhuǎn)角度（位置）， 具有體積小，安裝方便，分辨率范圍寬，不要求信號調(diào)節(jié)，兼容TTL,具有兩通道或者三通道正交輸出。光柵編碼器HKT-w基本參數(shù)見表4-3。表4-3光柵編碼器HKT-W!本參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)輸出波形方波電路特征E-電壓L-長線驅(qū)動 器儲存溫度-40100消耗電流40Ma工作濕度3085%無結(jié)露工作溫度-40100電壓輸出E軸徑8mm光柵外徑25mm電源電壓DC5V脈沖數(shù)512p/r A、B、

39、Z信號4.3.2脈沖發(fā)生器一一光柵編碼器裝配設(shè)計根據(jù)車床主軸右端直徑=24mm選擇及設(shè)計彈性柱銷聯(lián)軸器，它的左部分結(jié)構(gòu)見圖4-5所示，用緊盯螺釘與車床主軸固定，它的右部分結(jié)構(gòu)見圖4-6光柵編碼器裝配圖所示，用彈性軸套套在左右兩軸上，再用緊盯螺釘與之固定，又將彈性柱銷聯(lián)軸器裝在套筒內(nèi)，套筒的結(jié)構(gòu)見圖4-7所示。彈性柱銷聯(lián)軸器將光柵編碼器HKT-w直接與主軸無間隙連接，由于彈性柱銷聯(lián)軸器具有一定的緩沖、減振能力，且彈性柱銷為圓柱狀，因此既保證了傳動的穩(wěn)定性，又保證了傳動的精度。光柵編碼器裝配要求見圖5-9。* V圖4-5聯(lián)軸器Kft 1122M6技術(shù)要求h梭邊2、未注WAJX45*代號:G02材料

40、:45U#/&tfl H5U圖4-6光柵編碼器裝配圖4-7套筒的結(jié)構(gòu)4.4數(shù)控系統(tǒng)功能CA6140床數(shù)控化改造的數(shù)控系統(tǒng)裝置選擇廣州數(shù)控CSK928T一1車床數(shù)控系統(tǒng)，采用高速CPU超大規(guī)?？删幊涕T陣列集成電路芯片構(gòu)成控制核心，國際標準數(shù)控語言一IS0代碼編寫零件程序，u級精度，全屏幕編輯，配有中文操作界面，加工零件圖形實時跟蹤顯示， 操作簡單直觀。將普通車床CA6140數(shù)控化改造，主軸采用有級變速(正轉(zhuǎn)32級、反轉(zhuǎn)16級)，可實現(xiàn)直線 插補、圓弧插補、固定循環(huán)、復合循環(huán)、恒線速度車削、刀尖半徑自動補償功能， 刀具功能， 進給編變速功能，并能實現(xiàn)冷卻液壓控制輔助功能和手動工作方式等。通

41、過編程可以完成外圓、端面、切槽、錐度、圓弧、螺紋等加工，具有較高的性能價格比。4.4.1系統(tǒng)工作方式本系統(tǒng)操作面板采用320X240分辨率點陣顯示器，具有09數(shù)據(jù)輸入和英文字母地址輸 入，16個功能鍵，11個編輯鍵/狀態(tài)選擇鍵，12個手動軸控制鍵(X軸、Z軸正負向和手輪選 擇，快速進給，手動步長，單步，主軸正傳反轉(zhuǎn)停止)，還有換刀鍵、冷卻液控制鍵、系統(tǒng)復位鍵和狀態(tài)指示燈。 本系統(tǒng)可采用工作方式鍵直接選擇相應(yīng)的工作方式，常用的有編輯工作方式、手動工作方式、參數(shù)工作方式、刀偏工作方式、診斷工作方式；各種工作方式之間 可以直接轉(zhuǎn)換，操作簡便、直觀。(1)輯工作方式通過鍵盤新建、選擇和刪除零件程序，可

42、以對選擇的零件程序的內(nèi)容進行插入、修改和刪除等編輯操作。還可以通過RS232通訊接口與通同用個人的計算機的串行接口連接，將系 統(tǒng)內(nèi)零件程序傳送到外部計算機中或外部計算機內(nèi)編輯好的零件程序傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。(2)手動工作方式通過鍵盤來完成車床拖板的移動，主軸及冷卻液的啟動，手動換刀，X Z軸回程序參考點和回機械零點等功能。手動工作方式有手動單步和手動點動兩種方式。手動點動按住手動進給方向鍵不放開， 車床拖板按照所選定的坐標軸連續(xù)移動，按鍵放 開，車床拖板減速停止。手動單步按照設(shè)定的步長，每按一次鍵，移動一個步長。手輪控制通過轉(zhuǎn)到手搖脈沖發(fā)生器來控制車床拖板的微量移動。手動進給速度選擇有25%、5

43、0%、75%、100%四檔可選擇，大小等于快速移動速度與快速倍率的乘積。(3)設(shè)置工作坐標系和程序參考點采用工件坐標系， 它是對刀及相關(guān)尺寸的基準， 在系統(tǒng)安裝完畢， 調(diào)試時首先設(shè)置工件 坐標系， 對因特殊原因造成實際位置與工件坐標系統(tǒng)不符時也應(yīng)重新設(shè)置工件坐標系。 程序 參考點可以是車床上任意一點，在沒有重新設(shè)置坐標系的前提下，回程序參考點指令(G26，G27, G29)及系統(tǒng)面板上按鍵回程序參考點的造作，均回到此點，同時撤銷刀補及系統(tǒng)偏置。(4)換刀控制和對刀操作數(shù)控系統(tǒng)控制四工位刀架，T1-T4的刀位信號按編碼方式輸入，實現(xiàn)換刀控制。加工一 個零件常需要幾把不同的刀具， 由于刀具安裝及刀具偏差， 每把刀轉(zhuǎn)到切削位置時， 其刀尖 所處位置并不完全重合。采用試切對刀和定點對刀兩種方式，消除以上偏差。(5)自動工作方式系統(tǒng)按照選定的零件程序逐段自動執(zhí)行， 其工作方式有車床鎖住運行和加工運行及單程 序段加工運行和連續(xù)加工運行方式。(6)參數(shù)設(shè)置工作方式本系統(tǒng)有P01-P23共23個參數(shù)，主要包括xz軸正負方向行程限位值、快速移動速度、 到位數(shù)、刀架反轉(zhuǎn)時間等，每個參數(shù)對應(yīng)有確定的意義， 控制相應(yīng)機床的工作方式。在車床 安裝調(diào)試時根據(jù)需要對應(yīng)的進行修改。(7)刀偏設(shè)置工作方式本系統(tǒng)有9組刀偏值，每組刀偏有Z軸、X軸方向兩個數(shù)值，可通過手動對刀操作自動生 成的刀偏數(shù)組量和使用的