CA6140車床數(shù)控化改造解析

1、 摘要 數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)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(jī)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(jī)床價(jià)格昂貴，一次性投入對(duì)企業(yè)來說負(fù)擔(dān)很大。另一方面，在國內(nèi)還有大量的普通機(jī)床,只需對(duì)其進(jìn)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(jì)型數(shù)控機(jī)床。不僅能節(jié)省很大一部分資金，還能提升其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。具有極大的經(jīng)濟(jì)潛力。 對(duì)于職業(yè)院校的數(shù)控實(shí)訓(xùn)教學(xué)而言，通過閑置的普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造，可盤活資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)優(yōu)化配置，同時(shí)對(duì)教師和學(xué)生而言也是一次很好的學(xué)習(xí)、鍛煉和提高的機(jī)會(huì)。對(duì)推動(dòng)教學(xué)改革、專業(yè)轉(zhuǎn)型和課程開發(fā)

2、都有積極的意義。 我院現(xiàn)有閑置的普通車床為云南機(jī)床廠生產(chǎn)的CAY6140-1000，通過對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)機(jī)械和電氣進(jìn)行數(shù)控化改造，改造后的數(shù)控車床主要用于中小型軸類零件、盤類零件及螺紋的加工。 第一章 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作原理1.1數(shù)控車床工作原理及加工特點(diǎn)以數(shù)字形式進(jìn)行信息控制的機(jī)床稱為數(shù)字控制機(jī)床，簡(jiǎn)稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)字控制系統(tǒng)是相對(duì)于模擬系統(tǒng)而言：數(shù)字控制系統(tǒng)中的信息是數(shù)字量，而模擬控制系統(tǒng)中的信息是模擬量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已被逐漸淘汰，取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)。 圖1-1 數(shù)控車床1數(shù)控車床的工作原理數(shù)控車床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的數(shù)控程序

3、，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將數(shù)控程序輸入數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、啟停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移大小，以及其他諸如擇刀、工件夾緊松開和冷卻潤滑的啟、停等動(dòng)作，使刀具與工件及其輔助裝置嚴(yán)格地按照程序規(guī)定的順序、路程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。2數(shù)控車床的加工特點(diǎn) （1）高難度零件加工：“口小肚大”的內(nèi)成型面零件，有僅在普通車床上難以加工，還難以測(cè)量。 （2）高精度零件加工：高精度零件均可在高精度的特種數(shù)控車床上加工完成。 （3）高效率完成加工：為了提高車削加工的效率，通過增加車床的控制坐標(biāo)軸，就能在一臺(tái)數(shù)控車床上同時(shí)加工出兩個(gè)多工序的相同或不同的

4、零件，也便于實(shí)現(xiàn)一批工序特別復(fù)雜零件車削全過程的自動(dòng)化。1.2 數(shù)控車床的組成數(shù)控車床一般由輸入/輸出裝置、CNC裝置、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置、可編程控制器及電器控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體和測(cè)量裝置組成。圖3-1是數(shù)控車床的組成框圖。其中除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為CNC系統(tǒng) 圖1-2 數(shù)控車床的組成 數(shù)控車床各個(gè)方面的性能比普通車床優(yōu)越，如：結(jié)構(gòu)剛性好，能適應(yīng)高速和強(qiáng)力車削需要；可靠性好能適應(yīng)精密加工和長時(shí)間連續(xù)工作主軸回轉(zhuǎn)精度，直接影響到零件的加工精度；數(shù)控車床的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌（金屬型），也有新型的滑動(dòng)導(dǎo)軌（貼塑導(dǎo)軌）。貼塑導(dǎo)軌的摩檫系數(shù)小，耐磨性、耐腐蝕性及吸振性好，潤滑條件優(yōu)越；

5、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比普通車床簡(jiǎn)單，傳動(dòng)鏈短；刀架是數(shù)控車床普遍采用的一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀設(shè)備；輔助裝置:可配有對(duì)刀儀、位置檢測(cè)反饋裝置、自動(dòng)編程系統(tǒng)及自動(dòng)排屑裝置等。 1.程序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)零件進(jìn)行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標(biāo)系上的相對(duì)位置，即零件在機(jī)床上的安裝位置；刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)；以及輔助裝置的動(dòng)作。這樣得到零件的所有運(yùn)動(dòng)、尺寸、工藝參數(shù)等加工的數(shù)控程序單，編制程序的工作可由人工進(jìn)行，或者在數(shù)控機(jī)床以外用自動(dòng)編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成，比較先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，可以在它的數(shù)控裝置上直接編程。 編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(shù)控裝置的一種存儲(chǔ)載體

6、上，它可以是穿孔紙帶、錄音磁卡、軟磁盤等，采用那種存儲(chǔ)載體，取決于數(shù)控裝置達(dá)到設(shè)計(jì)類型。 2.輸入裝置 它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。根據(jù)程序存儲(chǔ)介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、錄音機(jī)或軟盤驅(qū)動(dòng)器。有些數(shù)控機(jī)床，不用任何程序存儲(chǔ)器，而是將數(shù)控程序單的內(nèi)容通過數(shù)控裝置上的鍵盤，用手工的方式（MDI方式）輸入，或者將數(shù)控程序由編程計(jì)算機(jī)由通信的方式傳到數(shù)控裝置。 3.數(shù)控裝置及強(qiáng)電控制裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，它接受輸入裝置送來的脈沖信號(hào)，經(jīng)過算術(shù)裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令控制機(jī)床的各個(gè)部分，進(jìn)行

7、規(guī)定的、有序的動(dòng)作。這些控制信號(hào)中最基本的信號(hào)是：經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算決定的各坐標(biāo)軸（即作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的各執(zhí)行部件）的進(jìn)給速度、進(jìn)給方式和位移方向和位移量指令，送伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其他還有主運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停信號(hào)；選擇和交換刀具的刀具指令信號(hào)；控制冷卻、潤滑的啟停。工件和機(jī)床部件松開、夾緊、分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助指令信號(hào)等。 強(qiáng)電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)變速、刀具選擇轉(zhuǎn)換、輔助裝置動(dòng)作多功能指令信號(hào)，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械部件，以完成指令所規(guī)定的動(dòng)作。此外還有開關(guān)信號(hào)

8、經(jīng)它送到控制裝置進(jìn)行處理。 4.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及位置檢測(cè)裝置 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。每一個(gè)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。在半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，還得使用位置檢測(cè)裝置，間接或直接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際進(jìn)給位移，與指令位移進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 5.機(jī)床的機(jī)械部件 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件包括：主運(yùn)動(dòng)部件，進(jìn)給執(zhí)行部件如工作臺(tái)，拖板及其傳動(dòng)部件和床身立柱等支承

9、部件，此外，還有冷卻、潤滑轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、抗震性等方面要求更高，而且傳動(dòng)和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。第二章 機(jī)床改造的總體方案設(shè)計(jì)21基本思路總體方案內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定等。對(duì)于普通車場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造，在考慮總體改造的方案時(shí)，應(yīng)遵循的基本原則是在滿足改造要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。 圖2-1 基本思路圖22總體方案設(shè)計(jì)1主軸系統(tǒng)改造 保留了原來的主軸變速箱，不采用變頻器，使用皮帶主軸編碼器。該系統(tǒng)的主軸速度也是有級(jí)調(diào)速，共12個(gè)檔

10、位24級(jí)，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(shí)現(xiàn)?？梢杂脭?shù)字量控制電機(jī)的正，反轉(zhuǎn)，停止及各檔速度。本系統(tǒng)采用手工機(jī)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。2進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。本車床的X，Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了伺服電機(jī)剛性聯(lián)軸器絲桿的傳動(dòng)方案。保留原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝伺服電機(jī)及絲桿螺母副。根據(jù)計(jì)算，伺服電機(jī)的扭矩是5 Nm。我們選用伺服電機(jī)是FANUC公司的86BYG250C-SAFRBC

11、-0302，步距角選用0.9/1.8，扭矩是7.5Nm。驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)是SH20806，輸入電壓是45V。 3刀架結(jié)構(gòu) 本次改造仍采用旋轉(zhuǎn)式刀架，拆除原手動(dòng)刀架和小托板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架，根據(jù)車床的型號(hào)及主軸中心高度，我們將實(shí)訓(xùn)車間的閑置的CAK6140數(shù)控車床上能正常使用的LD4B-CK6140型電動(dòng)刀架，該刀架內(nèi)帶120W三相交流異步電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)換刀。4控制部分中硬件的改造 （1）PC機(jī)可采用工控PC機(jī)，可滿足該控制系統(tǒng)的控制要求。 （2）運(yùn)動(dòng)控制卡。我們采用了由ADVANTECH公司生產(chǎn)的PCL運(yùn)動(dòng)控制卡。該卡是一種高速三軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、

12、輸出口，可實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)。因此，它可以滿足車床X，Z軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)直線，圓弧插補(bǔ)。（3）光電耦合電路是從學(xué)院閑置數(shù)控機(jī)床中拆得的，它的作用是能夠隔離外部干擾信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)沖擊，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（4）機(jī)床本體是由C6140改造而來，拆除原來的光桿，溜板箱等，保留原來的三爪卡盤等。 （5）伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器是采用FANUC公司的。驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓式45V，考慮伺服電機(jī)的步距角和絲桿的螺距，本系統(tǒng)X軸的脈沖當(dāng)量是0.00125，Z軸的脈沖當(dāng)量是0.0025。完全能夠達(dá)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(jī)床本體上，限位開關(guān)是起這硬件硬限位的作用，當(dāng)車床

13、加工工件超出加工范圍時(shí)，車床自動(dòng)停止加工。減速開關(guān)的作用是當(dāng)車床刀架回零并走到車床零點(diǎn)附近時(shí)，減速開關(guān)被開啟并通知車床減速走到零位置。 5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。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(diǎn)，手工對(duì)刀，加工中斷，超程軟限位等功能。它可處理進(jìn)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(tái)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(jìn)行編譯，編譯器能給出不符合本軟件的語法錯(cuò)誤提示；有錯(cuò)誤可也立

14、即修改；然后按照毛胚的實(shí)際尺寸輸入，軟件進(jìn)行加工前仿真。在確認(rèn)沒有因G代碼引起的加工錯(cuò)誤的情況下，可以開始機(jī)床加工。加工前得首先對(duì)刀，對(duì)刀的意義在于建立起工件坐標(biāo)與車床坐標(biāo)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(dāng)前的坐標(biāo)，加工狀態(tài)，加工時(shí)間等信息。23改造要點(diǎn)將學(xué)院實(shí)習(xí)工廠現(xiàn)有一臺(tái)舊車床CA6140改造成接近當(dāng)前數(shù)控車床主流產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的使用數(shù)控車床。改造后能實(shí)現(xiàn)車削外圓柱面、圓弧面等回轉(zhuǎn)表面?？v向進(jìn)給精度±0.01mm,橫向精度±0.005mm，空載快速進(jìn)給速速V=2m/min,主切削力p=2254N,橫向拖板刀架質(zhì)量W=465.5N,大拖板刀架質(zhì)量W=10

15、39N。不要求保留原有手動(dòng)操作功能?？刂撇糠忠筮\(yùn)動(dòng)可靠，防塵，抗干擾，維修方便。改造成本低。 圖2-2 CA6140普通車床2.4 改造內(nèi)容改造后的數(shù)控車床應(yīng)當(dāng)把主軸傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)分離為兩個(gè)互不相關(guān)的系統(tǒng)，為了便于編程，保證加工精度，要求車床縱向脈沖當(dāng)量為0.01，橫向脈沖當(dāng)量為0.005，那么車床需要改造的部分有：掛輪架系統(tǒng)全部拆去；進(jìn)給齒輪箱箱體內(nèi)的零件全部拆去；溜板箱部分應(yīng)拆去箱體，光桿及操縱桿，并增加支撐架，利用原有絲桿。橫向溜板安裝伺服電機(jī)，并通過傳動(dòng)齒輪將電機(jī)軸與橫向絲杠連接。刀架體應(yīng)安裝縱、橫微調(diào)裝置以供鉸刀使用。縱向絲杠掛腳應(yīng)安裝伺服電機(jī)，并通過傳動(dòng)齒輪與縱向滾珠絲桿連接

16、，伺服電機(jī)與絲桿的連接方式要求連接可靠，傳動(dòng)無間隙，無噪音。對(duì)于電氣部分，選用工控機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路對(duì)縱橫兩個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制，系統(tǒng)中有復(fù)位電路，數(shù)碼顯示器接口電路，光電耦合器等。采用工控機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，將整個(gè)控制系統(tǒng)放在控制柜中，由電纜把控制系統(tǒng)和伺服電機(jī)聯(lián)系起來。第三章 機(jī)械部分改造 31主傳動(dòng)的改造主傳動(dòng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它的轉(zhuǎn)速高，傳遞功率大，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一。因此對(duì)它的精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有嚴(yán)格要求。1主傳動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的主軸部件一般包括主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等。對(duì)于加工中心，主軸部件還包括刀具自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸孔的切屑消

17、除裝置。圖3-1 數(shù)控機(jī)床主軸軸承的配置形式 數(shù)控機(jī)床主軸軸承主要有以下幾種配置形式：（1）前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60度角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用向心推力球軸承，如圖3-1（a）所示。（2）前支承采用高精度雙列向心 推力球軸承，如圖3-1（b）所示。（3）前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承，如圖3-1（c）所示。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)承受主切削力，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度直接影響到機(jī)床的加工效率，其中主軸部件是保證機(jī)床加工精度和自動(dòng)化程度的主要部件，它們對(duì)數(shù)控機(jī)床的性能有著決定性的影響。我們?cè)?jì)劃采用變頻驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。后經(jīng)過反復(fù)討論，認(rèn)識(shí)到改造成本過高，

18、且實(shí)用價(jià)值不大，決定簡(jiǎn)化主傳動(dòng)改造程序，仍保留原有主軸箱齒輪傳動(dòng)，分為二十四個(gè)檔位，滿足主軸高剛性和大扭矩要求。主軸電機(jī)從閑置的數(shù)控車床上拆轉(zhuǎn)，在改造過程中由于電機(jī)的帶輪與主軸帶輪不一致，所以必須重新加工制作一個(gè)新的電機(jī)帶輪。同時(shí)為改造后的車床能夠加工螺紋，在掛輪箱加裝主軸脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測(cè)。 圖3-2 主軸改造傳動(dòng)示意圖2改造步驟（1）清理、修整主軸箱，查看傳動(dòng)系統(tǒng)是否正常運(yùn)動(dòng)。 圖3-3 CA6140主軸箱（2）簡(jiǎn)化改造程序，保留齒輪傳動(dòng)。在掛輪箱加裝主軸脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速的同步檢測(cè)。32 進(jìn)給傳動(dòng)的改造1進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它包括減

19、速齒輪、聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠、絲杠支撐、導(dǎo)軌副傳動(dòng)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的蝸桿蝸輪等機(jī)械環(huán)節(jié)，它們的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等對(duì)執(zhí)行件能否實(shí)現(xiàn)每一脈沖的微量移動(dòng)有重要影響，另外，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩很大，負(fù)載變化頻繁，故對(duì)剛性也有特殊要求。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制方式數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分?，F(xiàn)在市面上很多改造的車床的加工精度并不是很高，原因是通常的情況下均采用以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制。因?yàn)殚_環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。開環(huán)控制多用于負(fù)載變化不大或要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備中,而我們?yōu)榱耸垢脑旄荏w現(xiàn)水平，將采用伺服電機(jī)，進(jìn)

20、行半閉環(huán)控制。根據(jù)機(jī)床的切削力、進(jìn)給牽引力選用滾珠絲杠副，經(jīng)穩(wěn)定性及剛度驗(yàn)算，縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)脈沖當(dāng)量確定為=0.0lmm/step；橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)脈沖當(dāng)量確定為=0.005 mm/step，均采用一級(jí)變速裝置。在縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造方面,拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，在橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造方面,由于原橫向進(jìn)給的絲杠空間有限，伺服電機(jī)放置機(jī)床左側(cè)。縱向驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)及減速箱安裝在車床的床尾，并不占據(jù)絲杠空間。采用了滾珠絲杠可提高系統(tǒng)的精度和縱向進(jìn)給整體剛度。2改造步驟（1）Z軸進(jìn)給改造1）維修、清理Z軸進(jìn)給絲杠。使其符合數(shù)控化改造的技術(shù)要求。圖3-4 CA61

21、40進(jìn)給傳動(dòng) 圖3-5 掛輪箱2）拆掛輪箱擋板。3）改造掛輪箱（由于掛輪箱與機(jī)床床身是焊接件，如將掛輪箱全部拆去，工作量很大，實(shí)在不易，故將掛輪箱中的部分齒輪進(jìn)行了拆除，在不影響伺服電機(jī)帶動(dòng)Z軸的傳動(dòng)的前提對(duì)其進(jìn)行了改造。） 圖3-6 拆卸掛輪箱 圖3-7 傳動(dòng)花鍵4）在Z軸傳動(dòng)軸中加花鍵軸。5）將帶輪加以設(shè)計(jì)改造，使之能和花鍵連接。 圖3-8 剛性聯(lián)軸器 圖3-9 帶輪與花鍵配合6）將帶輪裝配在花鍵上，確保其同軸度。7）將伺服電機(jī)裝配在固定板上，并將固定板裝配在主軸箱的左側(cè)。將伺服電機(jī)的帶輪和花鍵上的帶輪用皮帶連接好，試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保無誤。 圖3-10 加裝伺服電機(jī)（2）X軸進(jìn)給改造1）測(cè)繪X軸

22、絲杠 圖3-11 清洗絲杠 圖3-12 測(cè)繪絲杠2）由于伺服電機(jī)安裝位置為X軸的后方，而原車床絲杠的力矩傳動(dòng)來源于前方，故在改造過程中，凸顯絲杠長度不夠。3）設(shè)計(jì)改造方案（利用UG軟件，設(shè)計(jì)出一套改造方案，重新制作一根軸，與原絲杠配合，延長其長度，并和帶輪配合。）圖3-13 設(shè)計(jì)延長軸4）加工制作延長軸，達(dá)到尺寸要求 圖3-14 制作延長軸 圖3-15 制作剛性聯(lián)軸器5）設(shè)計(jì)并加工制作剛性聯(lián)軸器，確延長軸能與絲杠同軸。6）裝配延長軸與聯(lián)軸器，并將帶輪裝配至合理位置。圖3-16 延長軸與帶輪的裝配7）絲杠與延長軸連接裝配，并將電機(jī)支承座安裝上。 圖3-17 連接絲杠與延長軸 圖3-18 裝支承座

23、8）將壓力軸承和帶輪安裝在延長軸端部，調(diào)試好帶輪位置。9）拆數(shù)控車床上X軸上伺服電機(jī)。圖3-19 選擇伺服電機(jī) 圖3-20伺服電機(jī)與絲杠的裝配10）將伺服電機(jī)裝至支承座上。調(diào)試好皮帶輪位置，確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常。33 刀架的改造1、刀架結(jié)構(gòu)和改造思路拆除原手動(dòng)刀架和小托板，安裝由數(shù)控系統(tǒng)控制的四工位電動(dòng)刀架，根據(jù)車床的型號(hào)及主軸中心高度，我們將實(shí)訓(xùn)車間的閑置的CAK6140數(shù)控車床上能正常使用的LD4B-CK6140型電動(dòng)刀架，該刀架內(nèi)帶120W三相交流異步電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)換刀，內(nèi)置的4個(gè)霍爾元件檢測(cè)刀位位置，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)完成刀具定位鎖緊，安裝時(shí)，先拆除車床上的小拖板，置刀架于中拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)罩，

24、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)45º左右，裝上螺釘，然后固定刀架即可，安裝必須注意兩點(diǎn)：電動(dòng)刀架的兩側(cè)與原車床縱、橫進(jìn)給方向平行。電動(dòng)刀架裝的位置不能過高，以免裝刀后，刀尖中心高于工件中心。2、改造步驟（1）清理、修整普通車床刀架 圖3-21 CA6140方刀架 圖3-22拆除方刀架（2）拆除原有舊刀架。并在溜板上鉆孔，（3）將四方刀架裝至溜板上，注意刀架的兩側(cè)與原車床縱、橫進(jìn)給方向平行且高度不能高于卡盤中心。 圖3-23 裝電動(dòng)刀架第四章 電氣部分改造4.1電氣控制系統(tǒng)改造 將普通車床改造成數(shù)控車床后，原普通車床電氣控制系統(tǒng)主電路部分可以視具體情況保留，但是控制電路必修更換，采用數(shù)

25、控系統(tǒng)進(jìn)行控制。具體選用FANUC 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制。1 電氣控制系統(tǒng)連接（1）主軸電氣連接圖4-1 主軸電氣連接圖（2）數(shù)控系統(tǒng)連接 圖4-2 數(shù)控系統(tǒng)連接圖（3）伺服系統(tǒng)連接圖4-3 伺服系統(tǒng)連接圖（4）主軸電氣設(shè)計(jì)、改造因改造后無主軸編碼器，主軸定向是對(duì)主軸位置的簡(jiǎn)單控制，使主軸和電機(jī)之間齒輪比為 1:1，通過修改PMC程序使主軸與進(jìn)給軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。圖4-4 PMC程序4.2 PMC程序設(shè)計(jì)與調(diào)試在數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)中除進(jìn)給軸有CNC控制外，其它輔助功能包括主軸電機(jī)均由PMC進(jìn)行控制。1存儲(chǔ)卡格式 PMC 的轉(zhuǎn)換通過存儲(chǔ)卡備份的 PMC 梯形圖稱之為存儲(chǔ)卡格式的PMC（Memory ca

26、rd format file）。 由于其為機(jī)器語言格式，不能由計(jì)算機(jī)的 Ladder 3 直接識(shí)別和讀取并進(jìn)行修改和編輯， 所以必須進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。同樣，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上編輯好的 PMC 程序也不能直接存儲(chǔ)到M-CARD 上，也必須通過格式轉(zhuǎn)換，然后才能裝載到 CNC 中。M-CARD 格式(.00)-計(jì)算機(jī)格式（.LAD）1）運(yùn)行 LADDER軟件，在該軟件下新建一個(gè)類型與備份的 M-CARD 格式的 PMC 程序類型相同的空文件。圖4-5 新建文件2）選擇 FILE 中的 IMPORT（即導(dǎo)入 M-CARD 格式文件），軟件會(huì)提示導(dǎo)入的源文件格式，選擇 M-CARD 格式即可。圖4-6 導(dǎo)入 M

27、-CARD 格式文件3）在 LADDER軟件中打開要轉(zhuǎn)換的 PMC 程序，再選擇 FILE 中的 EXPORT。圖4-7 打開要轉(zhuǎn)換的 PMC 程序圖4-8 選擇 FILE 中的 EXPORT4）改造后的PMC程序圖4-9改造后的PMC程序第五章 系統(tǒng)與參數(shù)調(diào)試及結(jié)論5.1 硬件連接簡(jiǎn)要介紹0IC/0I Mate TC的系統(tǒng)與各外部設(shè)備（輸入電源，放大器，I/O 等）之間的總體連接，放大器（i 系列電源模塊，主軸模塊，伺服模塊，is 系列放大器，iSVPM）之間的連接以及和電源，電機(jī)等的連接，和 RS232C 設(shè)備的連接。最后介紹了存儲(chǔ)卡的使用方法（數(shù)據(jù)備份，DNC 加工等）。目前北京FANU

28、C出廠的0iC/0i-Mate-C 包括加工中心/銑床用的0IMC/0i-Mate-MC 和車床用的 0iTC/ 0i-Mate-TC，各系統(tǒng)一般配置如下：系統(tǒng)型號(hào)用于機(jī)床放大器電機(jī)iC最多 4 軸iMC加工中心，銑床i 系列的放大器i,Is 系列iTC車床i 系列的放大器i,Is 系列0i Mate C最多 3 軸i Mate MC加工中心，銑床i 系列的放大器i, Is 系列i Mate TC車床i 系列的放大器i, Is 系列表5-11.硬件安裝和連接（1）在機(jī)床不通電的情況下，按照電氣設(shè)計(jì)圖紙將 CRT/MDI 單元，CNC 主機(jī)箱,伺服放大器，I/O 板，機(jī)床操作面板，伺服電機(jī)安裝到

29、正確位置。（2）基本電纜連接。圖5-1基本電纜連接圖2.伺服、主軸放大器的連接圖5-2伺服、主軸放大器的連接圖3. I/O 連接I/O 分為內(nèi)置 I/O 板和通過 I/O Link 連接的 I/O 卡或單元，包括機(jī)床操作面板用 的 I/O 卡、分布式 I/O 單元、手脈、PMM 等。圖5-3 I/O 連接圖4.電源的連接圖5-4電源的連接圖5.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置1、基本參數(shù)設(shè)定(1) 上電全清當(dāng)系統(tǒng)第一次通電時(shí)，最好是先做個(gè)全清(上電時(shí)，同時(shí)按 MDI 面板上RESET+DEL)。全清后一般會(huì)出現(xiàn)如下報(bào)警：100參數(shù)可輸入?yún)?shù)寫保護(hù)打開（設(shè)定畫面第一項(xiàng) PWE=1）。506/507 硬超程報(bào)警梯

30、形圖中沒有處理硬件限位信號(hào)，設(shè)定3004#5OTH 可消除。417伺服參數(shù)設(shè)定不正確,重新進(jìn)行設(shè)定伺服參數(shù)，進(jìn)行伺服參數(shù)初始化。5136FSSB 電機(jī)號(hào)碼太小FS設(shè)定沒有完成或根本沒有設(shè)定（如果需要系 統(tǒng)不帶電機(jī)調(diào)試時(shí)，把 1023 設(shè)定為-1，屏蔽伺服電機(jī)，可消除 5136 報(bào)警）。(2)伺服 FSSB 設(shè)定和伺服參數(shù)初始化1)參數(shù) 1902 的位0 = 02)在放大器設(shè)定畫面，指定各放大器連接的被控軸的軸號(hào)（，等）。3)按SETING軟鍵。（若顯示警告信息，請(qǐng)重新設(shè)定）。4)在軸設(shè)定畫面上，指定關(guān)于軸的信息，如分離型檢測(cè)器接口單元的連接器號(hào)。5)按SETING鍵（若顯示警告信息，重復(fù)上述步

31、驟）。此時(shí)，應(yīng)關(guān)閉電源，然后開機(jī)，6)如果沒有出現(xiàn) 5138 報(bào)警，則設(shè)定完成。7)首先把 3111#0 SVS 設(shè)定為 1 顯現(xiàn)伺服設(shè)定和伺服調(diào)整畫面。翻到伺服參數(shù)設(shè)定 畫面，如下圖示，設(shè)定各項(xiàng)（如果是全閉環(huán)，先按半閉環(huán)設(shè)定）。圖5-5 參數(shù)設(shè)定圖(3)主軸設(shè)定在4133#參數(shù)中輸入電機(jī)代碼，把4019#7 設(shè)定為“1”進(jìn)行自動(dòng)初始化。斷電再上電后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加載部分電機(jī)參數(shù)，如果在參數(shù)手冊(cè)上查不到代碼，則輸入最接近的電機(jī)代碼，初始化后根據(jù)主軸電機(jī)參數(shù)說明書 的參數(shù)表對(duì)照一下，有不同的部分加以修改，（沒有出現(xiàn)的不用更改）。修改后主 軸初始化結(jié)束。設(shè)定相關(guān)的電機(jī)速度（3741，3742，3743 等）參數(shù)，在 MDI 畫面 輸入“M03 S1”檢查電機(jī)的運(yùn)行情況是否正常。(4)其他參數(shù)的設(shè)定。 包括運(yùn)行速度，到位寬度，加、減速時(shí)間常數(shù)，軟限位、運(yùn)行、停止時(shí)的位置偏差，和顯示有關(guān)的參數(shù)等。5.3伺服參數(shù)調(diào)整系統(tǒng)連接并通電運(yùn)行后，進(jìn)行伺服參數(shù)調(diào)整，包括基本伺服參數(shù)的設(shè)定以及按機(jī)床的機(jī)械特性和加工