CA6140臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)說明書

1、 . I / 43CA6140CA6140 臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)臥式車床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)專業(yè)：數(shù)控設(shè)備應(yīng)用與維護(hù) ：何波指導(dǎo)教師：金鵬、魯亞莉摘要：企業(yè)要在當(dāng)前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價(jià)格、最好的質(zhì)量、最短的時(shí)間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機(jī)床已不適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工大批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對象時(shí)只需要換零件加工程序，無需對機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。如果將機(jī)床設(shè)備全部更新?lián)Q代，不僅資金投入太大，

2、成本太高，而且原有設(shè)備的閑置又將造成極大的浪費(fèi)。所以最經(jīng)濟(jì)的辦法就是進(jìn)行普通機(jī)床的數(shù)控改造。采用數(shù)控改造技術(shù)，不但可以使改造后的機(jī)床滿足了技術(shù)發(fā)展的需要，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品精度，增大了設(shè)備適應(yīng)能力和型面加工圍，還可以彌補(bǔ)定購新的數(shù)控機(jī)床交貨周期長的不足。所以采用此方法對中、小型企業(yè)來說是十分理想的選擇。本設(shè)計(jì)采用的 GSK980TA1 進(jìn)行的數(shù)控化改造。GSK980TA1 系統(tǒng)具有性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、操作輕便等特點(diǎn) ,在我國機(jī)械制造行業(yè)中使用非常廣泛。本設(shè)計(jì)說明書包括：緒論、總體設(shè)計(jì)方案的擬定、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)、自動轉(zhuǎn)位刀架的選擇設(shè)計(jì)、編碼盤安裝等部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：CA614

3、0 車床；數(shù)控化改造；進(jìn)給系統(tǒng)；自動刀架 . I / 43目 錄第 1 章緒論11.1 本文選題的背景與意義 11.2 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性 11.3 數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀 11.4 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性 3第 2 章總體設(shè)計(jì)方案的擬定42.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 42.2 總體方案的確定 42.3 改造后機(jī)床的特點(diǎn) 7第 3 章數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)83.1 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) 83.2 硬件設(shè)計(jì) 93.3 軟件功能 103.3.1 顯示 113.3.2 PMC 控制 113.3.3 進(jìn)給伺服驅(qū)動 123.3.4 主軸驅(qū)動 123.3.5 RS-232C 口與數(shù)據(jù)通訊 133.3.6 調(diào)機(jī)、維護(hù)與故障診

4、斷 143.3.7 系統(tǒng)的功能 15第 4 章機(jī)床的電氣改造164.1 數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接 164.2 數(shù)控系統(tǒng)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸 164.2.1 數(shù)控系統(tǒng)與進(jìn)給控制模塊間信息傳輸 174.2.2 數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸 17第 5 章進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算185.1 縱向機(jī)械傳動部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 185.2 橫向機(jī)械傳動部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算 26第 6 章主運(yùn)動傳動系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)346.1 主運(yùn)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 346.1.1 無級變速傳動系統(tǒng) 346.1.2 有級變速傳動系統(tǒng) 356.1.3 固定傳動比的傳動系統(tǒng) 356.2 電動機(jī)的選擇 366.2

5、.1.電動機(jī)工作方式的確定 366.2.2 電動機(jī)類型的確定 366.2.3 電動機(jī)型號的選擇 36 . II / 436.3 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 366.4 主軸脈沖發(fā)生器的安裝 37第 7 章刀架的選型38第 8 章設(shè)計(jì)小結(jié)408.1 優(yōu)缺點(diǎn)分析 408.2 設(shè)計(jì)的改進(jìn)與擴(kuò)展 40總結(jié)41致42附 錄43參考文獻(xiàn)46 . 1 / 43第 1 章 緒論1.1 本文選題的背景與意義金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，他是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又被稱為“工業(yè)母機(jī)”或“工具機(jī)” 。機(jī)床的母機(jī)屬性決定了它在國民經(jīng)濟(jì)中的地位。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的

6、機(jī)床設(shè)備，促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機(jī)器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)。可見，機(jī)械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機(jī)床則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個(gè)國際機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。1.2 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動控制、自動檢測與精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度與自動化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精

7、度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動化程度極高,可減輕工人的體力勞動強(qiáng)度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工,因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。1.3 數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平，即國市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢,一方面國市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90 年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá) 15%左右,而 95 年已達(dá) 77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、

8、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn), . 2 / 43新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長,從而不能與時(shí)針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面:(1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為 1518 個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為 58 個(gè)月,占總周期的 40%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為 69 個(gè)月,其中設(shè)計(jì)約 1.52 個(gè)月,只占 25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。(2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評價(jià)軟件、整

9、機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以與機(jī)床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙與技術(shù)文件。在國外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機(jī)床廠用手工操作就至少需 12 個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉與多個(gè)部門,常會出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。(4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)

10、負(fù)著開發(fā)的重任。(5)由于長期以來形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。為解決這些問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬臺

11、， . 3 / 43即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近 10 年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.60.8 萬臺，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。我國機(jī)床役齡 10 年以上的占 60%以上；10 年以下的機(jī)床中，自動/半自動機(jī)床不到 20%，F(xiàn)MC/FMS 等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機(jī)床占 60%以上） ?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(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、國市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影

12、響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的擬定要求將 CA6140 臥式車床改造成用廣數(shù)系統(tǒng)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，采用伺服電動機(jī)半閉環(huán)控制，縱向和橫向均具有直線和圓弧查補(bǔ)功能。要求該車床增配自動回轉(zhuǎn)刀架和主軸編碼器，具有螺紋切削的功能。系統(tǒng)橫向分辨率達(dá) 0.005mm。2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)1）機(jī)床最大加工直徑：在床身上 400mm，

13、在床鞍上 210mm。2）最大加工長度：100mm。3）拖板與刀架重力：縱向：1000N，橫向：600N。4）刀架快移速度：縱向：2m/min，橫向：1m/min。maxv5）最大進(jìn)給速度：縱向：0.6m/min，橫向：0.3m/min。6）定位精度：0.015mm。7）主軸電機(jī)功率：7.5KW。8）啟動加速時(shí)間：30ms。 . 4 / 439）最小分辨率：縱向：0.01mm，橫向：0.005mm。2.2 總體方案的確定（1）系統(tǒng)的運(yùn)動方式和伺服控制系統(tǒng)的選擇。由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、米/英制螺紋加工等功能，故選擇連續(xù)控制系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采

14、用伺服電機(jī)半閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制系統(tǒng)采用 GSK980TA1系統(tǒng)。GSK980TA1 是 GSK980 系列的最新產(chǎn)品之一，采用了 32 位嵌入式CPU 和超大規(guī)?？删幊唐骷?FPGA，運(yùn)用實(shí)時(shí)多任務(wù)控制技術(shù)和硬件插補(bǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn) m 級精度的運(yùn)動控制，確保高速、高效率加工。在保持 980 系列外形尺寸與接口不變的前提下，采用 7 英寸彩色寬屏 LCD 與更友好的顯示界面，加工軌跡實(shí)時(shí)跟蹤顯示，增加了系統(tǒng)時(shí)鐘與報(bào)警日志。在操作編程方面，采用 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控 G 代碼，同時(shí)兼容日本發(fā)那科（FANUC）數(shù)控系統(tǒng)，國主流的編程方式，方便操作者更快、更容易使用

15、本系統(tǒng)。GSK980TA1 以最高的集成度、簡易的操作、簡單的編程命令，實(shí)現(xiàn)高速、高精與高可靠性，可匹配手脈（電子手輪）與手持單元、伺服主軸、六鑫刀架（帶就近換刀）等，具有中高性能數(shù)控系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格，是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的最佳選擇。其特點(diǎn)如下：程序預(yù)讀功能實(shí)現(xiàn)了切削速度最佳的加/減速控制系統(tǒng)預(yù)測控制可預(yù)讀多個(gè)加工程序段，實(shí)現(xiàn)了切削速度最佳的加/減速控制，從而有效地減少了工件形狀的轉(zhuǎn)角處或小半徑圓弧的伺服跟蹤誤差，并有效地提高加工速度和加工精度。彩色寬屏 LCD 有更大的視覺圍，更豐富的顯示容 . 5 / 43車載視頻彩色 LCD 的采用，使顯示界面更豐富、更友好，視覺圍更大，在較

16、強(qiáng)光線的環(huán)境下仍能清晰看到系統(tǒng)顯示的容。倒角/倒圓角在程序中直接指令倒角長度或倒圓角的半徑等尺寸，簡化了部件加工程序的編制。具有輔助軸功能，可控制伺服電機(jī)進(jìn)行定位匹配伺服主軸 GSK DAP03 時(shí)通過速度或位置模式的轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)主軸的高速旋轉(zhuǎn)與對主軸的精確定位與分度。 . 6 / 43加工軌跡圖形顯示功能反映工件坐標(biāo)和刀具補(bǔ)償?shù)牡都廛壽E，進(jìn)行跟蹤顯示。超大容量存儲器。超大容量存儲器，26M 的存儲空間，最大 500 個(gè)加工程序，滿足多品種、多規(guī)格產(chǎn)品的加工需求。（一般數(shù)控系統(tǒng)的存儲空間100K，程序數(shù)量100 個(gè)。）（3）機(jī)械傳動方式。為實(shí)現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用齒輪絲杠的減速方法；為保證

17、一定的傳動精度和平穩(wěn)性，盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副取代原車床絲杠；為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)；齒輪傳動也采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示：光電隔離功率放大光電隔離功率放大 微 機(jī)伺服電動機(jī)Z 向伺服電動機(jī)X 向床鞍與拖板中滑板圖 2-1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)框圖2.3 改造后機(jī)床的特點(diǎn)(1)具有與原機(jī)床一致的剛度與強(qiáng)度.(2)具有與原機(jī)床一致的加工圍。 . 7 / 43(3)縱向進(jìn)給直線度與原機(jī)床一樣，其運(yùn)動精度則有數(shù)控系統(tǒng)和縱向電機(jī)、滾珠絲杠的精度保證。(4)橫向進(jìn)給的直線度和運(yùn)動精度全部有改造部分的制造和裝配精度保證。(5)

18、可充分利用機(jī)床床身部分的已加工表面作為改造部分的定位和測量基準(zhǔn)。(6)改造后的機(jī)床外型將類似于國產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，整體較美觀、大方。第 3 章 數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計(jì)由于本車床經(jīng)改造后成為一臺專用數(shù)控車床，專用于加工車削軸類、盤類零件，因而用廣數(shù) GSK980TA1 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本數(shù)控系統(tǒng)功能。3.1 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)(CNC 系統(tǒng))是數(shù)控機(jī)床的控制核心，隨著機(jī)床數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，提高了數(shù)控機(jī)床的整體性能，尤其是它的加工精度和生產(chǎn)效率提高得更為顯著?，F(xiàn)在，數(shù)控機(jī)床已在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。目前市場上流行的數(shù)控系統(tǒng)，如 FANUC、西門子、GSK980 等都配置有車床數(shù)控

19、系統(tǒng)，能夠勝任車、削加工的大部分工作，并具有價(jià)格低廉、可靠性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在對多家數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較后。選擇了GSK980TA1 型數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床應(yīng)能長期連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長期無故降連續(xù)運(yùn)行。為保證機(jī)床長期可靠地運(yùn)行，數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。常年的工作考臉證明 GSK980TA1 系統(tǒng)是可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一，它能在一般車間環(huán)境下運(yùn)行。其工作場地的室溫為 045，相對濕度 75%短時(shí)可達(dá) 95%,抗震為 0.5，電網(wǎng)電壓波動為 10%15%,經(jīng)對使用中系統(tǒng)的實(shí)g際統(tǒng)計(jì)，GSK980TA1 系統(tǒng)的故障率為 0.008，比較好地滿足了我國市場的要求。GSK980T

20、A1 系統(tǒng)之所以有非常高的可靠性，主要源自以下因素： . 8 / 43(1)可靠的高質(zhì)量的元器件與良好的老化篩選工藝。(2)大規(guī)模與超大規(guī)模的專用集成電路芯片：GSK980TA1 系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專用功能芯片。(3)全自動化工廠生產(chǎn)制造：多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝出廠全部為自動化，這就使得在生產(chǎn)過程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預(yù)。所以產(chǎn)品的一致性好，增加了可靠性。(4)良好的控制軟件設(shè)計(jì)：GSK980TA1 系統(tǒng)經(jīng)過在國各地?cái)?shù)年的運(yùn)行，積累了豐富的數(shù)據(jù)，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)考慮了可能

21、出現(xiàn)的各種故障情況，加入了許多保護(hù)和提高可靠性的措施，如開機(jī)和狀態(tài)切換時(shí)的層層檢側(cè)、過壓、過流、反饋斷線等報(bào)警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能與時(shí)處理，從而避免了元部件的損壞。(5)數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動：數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。主軸控制信號的傳送使用光纜，使信號減少受外界來的干擾。3.2 硬件設(shè)計(jì)采用 CISC（超大規(guī)模集成電路）技術(shù)的 GSP 主板，主板上連接可插接(分離的)小模板。對于數(shù)控系統(tǒng)，由于其是弱電電路，如果采用+24VDC 為電源輸入，可以大大降低其熱源和不穩(wěn)定因素。用戶可以把+24V 穩(wěn)壓電源放在電氣柜，從而大大提高了整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的可命性能。

22、GSK980TA1 系統(tǒng)的可靠性好，性能/價(jià)格比高，在全國各地己銷售 10余萬臺。隨著大規(guī)棋集成電路芯片的發(fā)展，GSK980TA1 系統(tǒng)的破件結(jié)構(gòu)已經(jīng)改進(jìn)過多次。目前銷售的 TA1 和 TD，其硬件結(jié)構(gòu)基本一樣，只是控制軸數(shù)不同，所配置的進(jìn)給軸驅(qū)動電機(jī)不同。GSK980TA1 系統(tǒng)的 CNC 單元為大板結(jié)構(gòu)?；九渲糜兄靼濉⒋鎯ζ靼?、I/O 板、伺服軸控制板和電源。各板插在主板上，與 CPU 的總線相連。(1)主板主 CPU 在該板上。主 CPU 用于系統(tǒng)主控，原來用 80386，從 1998 年起改用 80486/DX2。此外，顯示的 CRT 控制也在該板上。 . 9 / 43(2)存儲器板

23、該板上有：系統(tǒng)的控制軟件 ROM(共 5 片)。GSK980TA1 系統(tǒng)可控制車床。不同類型的機(jī)床控制軟件不同；伺服控制軟件 ROM 1 片；PMC-L 的 ROM 芯片 2 片，用于存儲機(jī)床的強(qiáng)電控制邏輯程序；RAM 芯片，用于寄存 CPU 的中間運(yùn)算數(shù)據(jù)，根據(jù)需安裝；COMSRAM，用于存儲系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、零件加工程序，根據(jù)用戶要求配置，最大可為 128K 字節(jié)。CMOSRAM 與 4.5V 電池相連，關(guān)機(jī)時(shí)保存信息。(3)I/O 板該板是 CNC 單元與機(jī)床強(qiáng)電柜的接口，接收或輸出 24V 直流信號，由PMC 實(shí)施輸入/輸出控制，I/O 點(diǎn)數(shù)可根據(jù)機(jī)床的復(fù)雜程度選擇，標(biāo)準(zhǔn)配置為 104

24、個(gè)輸入點(diǎn)，72 個(gè)輸出點(diǎn)。(4)進(jìn)給伺服控制板GSK980TA1 系統(tǒng)全部用數(shù)字式交流伺服控制。其控制板裝在 CNC 單元，插在主板上，即 CNC 單元與進(jìn)給伺服為一體化設(shè)計(jì)。伺服板上有 2 個(gè)CPU(TMS320)，用于伺服的數(shù)字控制。每個(gè) CPU 控制 2 個(gè)軸，一塊板可控制 4 個(gè)軸。該板接受主 CPU 分配的伺服控制指令，輸出 6 個(gè)相位各差 60的脈寬調(diào)制信號(每軸)，加于各軸的伺服驅(qū)動的功率放大器上。TD 系統(tǒng)為4 軸(最大配里)控制，2 軸聯(lián)動，只用一塊伺服板。(5)電源主要有 5V 直流電，用于各板的供電。24V 直流電，用于單元各繼電器控制。除上述這些板外，還有圖形控制板、P

25、MC-M 板、遠(yuǎn)程緩沖器(REMOTE BUFFER)板，這些板用戶可根據(jù)自身要求選訂。(6)PLC 功能的部集成PLC 功能的部集成化，提高了 PLC 和 CNC 的部通訊能力，增強(qiáng)了機(jī)床的邏輯控制，PLC 的 32 輸入和 24 輸出模塊，可以和外圍的電路相連接，而這種模塊，通過陽 M 提供的電纜和剛 M 數(shù)控系統(tǒng)連接。這就提高了整個(gè)機(jī)床的可靠性。同時(shí)又提高了數(shù)控系統(tǒng)的保護(hù)(如果有間題，只能損壞這種模塊，不會對數(shù)控系統(tǒng)造成破壞)。光纖技術(shù)的通訊，可以擴(kuò)展 PLC 輸入輸出點(diǎn)，通過光纖進(jìn)行連接，簡化和線路的連接。(7)軸轉(zhuǎn)接模塊 . 10 / 43GSK980TA1 提供了軸轉(zhuǎn)接模塊，機(jī)床的

26、編碼器和到伺服的線路可以直接聯(lián)到此模塊，通過它再和數(shù)控系統(tǒng)的軸板進(jìn)行連接。提高了數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，如果機(jī)床的軸有問題，可以直接把軸模塊上的插頭相對換，就能很快的查出問題所在(系統(tǒng)部或外部)。3.3 軟件功能(1)CNC 功能系統(tǒng)軟件的開放性和友好界面，幫助性的編程方式。定義的固定循環(huán)并使用戶很方便地根據(jù)其加工特性進(jìn)行編寫自己的固定循環(huán)，用戶集成的G 代碼功能。M 功能和 PLC 功能的調(diào)用子程序，E 參數(shù)(用戶可以通過 E 參數(shù)來讀取或改變 CNC 的數(shù)值)。強(qiáng)大的通訊功能(RS232IRS4221RS485) ，邊加工邊傳輸功能。提高了計(jì)算機(jī)的 CAD/CAM 程序的加工能力。完善的絲杠螺距

27、補(bǔ)償。GSK 的螺距補(bǔ)償為線性補(bǔ)償，補(bǔ)償中僅把相應(yīng)的拐點(diǎn)坐標(biāo)值輸入即可。并且沒有固定的距離和補(bǔ)償值的限制。(2)PLC 功能梯形圖的 PLC 程序，多任務(wù)的 PLC 程序的編程結(jié)構(gòu)，提高了 PLC 程序的編寫和可讀性。梯形圖 PLC 程序在屏幕上的動態(tài)顯示，方便了最終用戶的維修。豐富的 PLC 和 CNC 交換信息量, PLC 圖形界面的管理。(3)強(qiáng)大的編程軟件GSKCC 軟件。Windows 環(huán)境下并運(yùn)行在 PC 計(jì)算機(jī)上，PLC 程序的編寫工具，方便的機(jī)床程序管理。簡便的通訊能力(PCIONC 間為主從關(guān)系，所有操作均在 PC 側(cè)完成)，動態(tài)的 PLC 程序顯示(PC 側(cè))。GSKCC

28、軟件 Windows 環(huán)境并運(yùn)行在 PC 計(jì)算機(jī)。調(diào)整 NC 的機(jī)床參數(shù)和伺服系統(tǒng)，圖形的動態(tài)響應(yīng)，強(qiáng)大的優(yōu)化功能，方便地調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。3.3.1 顯示GSK980TA1 系統(tǒng)的顯示器 480 234 點(diǎn)陣，用彩色液晶顯示器(LCD),標(biāo)準(zhǔn)為 5.7。GSK980TA1 系統(tǒng)有圖形顯示功能：對編制的加工程序進(jìn)行加工前的圖形模擬，模擬刀尖的軌跡或加工件的三維實(shí)體形狀:在加工過程中顯示刀尖的軌跡，使操作員能夠監(jiān)視切削過程。圖形可局部放大，以便觀察 . 11 / 43細(xì)部。顯示圖形必須用圖形控制板，該板為專用微機(jī)，CPU 用 80186。3.3.2 PMC 控制PMC 就是可編程序機(jī)床控制器，是專門

29、用于控制機(jī)床的PLC。GSK980TA1 系統(tǒng)的 PMC 只有 47 條指令基本指令有 12 條，功能指令有 35 條)?；局噶顬?2 進(jìn)制位的邏輯運(yùn)算，功能指令主要有數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)變換、譯碼和代數(shù)運(yùn)算。GSK980TD 系統(tǒng)用梯形圖編制 PMC 順序邏輯程序。由于有功能指令，使得 PMC 程序編制非常容易，簡捷。梯形圖可用下述兩種方法 用專用的編輯卡利用 LCD 液晶顯示畫面在系統(tǒng)上現(xiàn)場編制。在計(jì)算機(jī)上裝入專用軟件用計(jì)算機(jī)編制，然后經(jīng)RS-232C 口將梯形圖程序傳送到數(shù)控系統(tǒng)。調(diào)試好的程序要用寫入器寫入EPROM。GSK980TA1 系統(tǒng) PMC 控制有 FMC-L 和 PMC-M2 種

30、。PMC-L 的處理機(jī)與主機(jī)共用，其處理時(shí)間為 6 /步，最大步數(shù)為 5000 步。PMC-M 為專用處理機(jī)，徽處理器為 80186，專用一塊板，插在主板上，處理時(shí)間為 2us 步，最大步數(shù)為 8000 步。2 種 PMC 的掃描周期均為 I6ms。3.3.3 進(jìn)給伺服驅(qū)動GSK980TA1 系統(tǒng)進(jìn)給軸的驅(qū)動使用交流同步電動機(jī)，目前為 a 系列。根據(jù)其負(fù)載特性和快速性分為:a(標(biāo)準(zhǔn)型)、am(高加速特性)、ac(經(jīng)濟(jì)型)和 aL(低慣量型)。最大力矩為 400。 0-C 配 a 型;0-D 配置 ac 型。mN am 加速特性好，從 0 至最高轉(zhuǎn)速的啟動過程為 24ms，故用于高速加工。電機(jī)軸

31、上裝有脈沖編碼器，每轉(zhuǎn)發(fā)出 65536 個(gè)脈沖(經(jīng)電路倍頻)，用做位置反饋和速度反饋。這種位置反饋，是間接測量工作臺的直線位移，所以稱為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。但是，只要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù) GSK980TA1 系統(tǒng)可以使用直線光柵尺，使系統(tǒng)接成全閉環(huán)。除此之外，還可接成雙位置反饋，即同時(shí)具有上述 2 個(gè)閉環(huán)。這樣，既可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還可以提高系統(tǒng)的快逮性和加工精度。進(jìn)給伺服單元的控制用前述的軸控制板，該板輸出控制指令信號到功率放大器。功率放大器為模塊化結(jié)構(gòu)，分為整流模塊和逆變模塊，使用IPM 元件。LSI 是專用位置控制大規(guī)模集成電路芯片。ROM 中存儲的控制程 . 12 / 43序主要有同步電機(jī)的

32、快速響應(yīng)矢量控制、IP 調(diào)節(jié)器、速度和位里的反饋控制、前饋和提前前饋控制和狀態(tài)觀測器。此外，還有許多非線性補(bǔ)償與控制，如單脈沖抑制、超調(diào)抑制、反向間隙加速補(bǔ)償、機(jī)床的速度反饋等。還有運(yùn)行過程的監(jiān)測與保護(hù)。由于有這些控制，使 GSK980TA1 系統(tǒng)運(yùn)行可靠、快速、平穩(wěn)、精度高。3.3.4 主軸驅(qū)動GSK980TA1 系統(tǒng)可以同時(shí)控制 2 個(gè)主軸電動機(jī)，可以是 2 個(gè)數(shù)字式控制的電機(jī)，也可以一個(gè)為數(shù)字式，另一個(gè)為模擬式控制電機(jī)。模擬控制指令是 010V 的直流電壓。該系統(tǒng)的主軸電機(jī)為異步電機(jī)，目前為 a 系列。有以下品種;a:標(biāo)準(zhǔn)型，恒功率調(diào)速圍 4:1; aP：恒功率寬調(diào)速圍型(8:1); a

33、C 經(jīng)濟(jì)型;aT：與主軸直連型。主軸電機(jī)的最大功率為 37kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 15000r/min，用數(shù)字式矢量控制。主軸驅(qū)動有速度控制和位置控制 2 種工作方式，普通加工為速度控制。主軸電機(jī)軸上裝有圓型的磁性傳感器，用做速度反饋。位置控制用于主軸同步、主軸定向、剛性攻絲、Cs 軸輪廓控制。因此需要控制主軸的轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)位，輪廓控制時(shí)要與其它軸插補(bǔ)。此時(shí)需在機(jī)床的主軸上裝位置編碼器，位置編碼器有光電式和磁性傳感器。普通為每轉(zhuǎn)發(fā)出 1024 個(gè)脈沖，高精度的發(fā)出 360000 個(gè)脈沖/轉(zhuǎn)。主軸控制用單獨(dú)的 CPU 控制，處理器為 TMS-320。從 CNC 單元輸出的控制指令用一條光纜送到主軸的控制

34、單元，數(shù)據(jù)為串行傳送，因此可靠性比較高。3.3.5 RS-232C 口與數(shù)據(jù)通訊GSK980TA1 系統(tǒng)有 2 個(gè)串口(RS-232C)，分 4 個(gè)通道，用于系統(tǒng)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。交換的數(shù)據(jù)包括:系統(tǒng)與機(jī)床的設(shè)定參數(shù)、PMC 參數(shù)、零件加工程序、刀具補(bǔ)償值、設(shè)定的工件坐標(biāo)系、絲杠的螺補(bǔ)值等。與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，計(jì)算機(jī)必須裝有數(shù)據(jù)傳送軟件。最快的傳送速率為 9600bps。除上述的信息交換外，利用串行通訊還可實(shí)現(xiàn)下列方式的在線加工與機(jī)床的 DNC 管理:(1)紙帶方式的加工:加工復(fù)雜零件時(shí)，加工程序非常長，CNC 的存容 . 13 / 43量不夠用，可將程序存于外設(shè)，如計(jì)算機(jī)的軟盤。用電纜將 P

35、C 機(jī)與 CNC經(jīng)串口連接后，啟動自動加工，CNC 預(yù)讀 15 個(gè)程序段，開始加工。此后加工一段讀入一段，直至結(jié)束。(2)遠(yuǎn)程緩沖(REMOTEBUFFER):上述方式雖然解決了長程序的存儲問題，但由于數(shù)據(jù)的邊讀入、邊處理、邊加工，所以加工速度慢。對于小程序段、快速加工，走刀有停頓現(xiàn)象，為此，開發(fā)了 REMOTEBUFFER 功能。該功能可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的傳送，有 2 種工作方式:計(jì)算機(jī)存儲的加工程序是通常的加工代碼指令方式。緩沖器接受后變?yōu)?2 進(jìn)制，然后送到 CNC 執(zhí)行。計(jì)算機(jī)存儲的加工程序是按 2 進(jìn)制編制的。緩沖器收到后不經(jīng)轉(zhuǎn)換即送往CNC 執(zhí)行。這 2 種方式都比紙帶方式的加工速度快，

36、數(shù)據(jù)傳送速率最快為77900bps.最訣加工速度為 15m/s，電纜最長可達(dá) 100m(無調(diào)制解調(diào)器時(shí))。(3)DNC2:它可使 8 臺 CNC 機(jī)床與主計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程相連，實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)床的加工監(jiān)控與管理。連接方式為點(diǎn)點(diǎn)式，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為 LVS2，傳送速率最高為 19200bps。CNC 與主計(jì)算機(jī)交換的信息除了系統(tǒng)和機(jī)床的參數(shù)、加工程序、加工的設(shè)定值外，還可傳送機(jī)床的工作狀態(tài)，如自動加工啟動、停止、加工中暫停、報(bào)警等。DNC2 共設(shè)計(jì)了 60 多條指令。主計(jì)算機(jī)必須根據(jù)這些指令格式編制相應(yīng)的處理程序，編程語言用 C。為方便用戶，可提供宏指令庫。3.3.6 調(diào)機(jī)、維護(hù)與故障診斷(1)伺服參數(shù)設(shè)定與

37、調(diào)整:為了方便調(diào)機(jī)，系統(tǒng)的 CRT 有進(jìn)給伺服參數(shù)設(shè)定畫面和調(diào)整畫面。在參數(shù)的設(shè)定畫面上，只需設(shè)定初始化位、電機(jī)代碼等參數(shù)即可設(shè)定好所用電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，使電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。其中的柔性變速比可設(shè)定電機(jī)與滾珠絲杠與位置反饋傳感器(脈沖編碼器)之間的齒輪傳動比。該變比可以不為整數(shù)。在伺服調(diào)整畫面上可以定量地讀出機(jī)床工作臺移動時(shí)各軸的伺服增益、伺服誤差與其變動情況。據(jù)此，可判斷系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定、有無爬行以與跟隨精度等，根據(jù)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。有故降時(shí)該畫面還顯示伺服的報(bào)警。(2)主軸參數(shù)設(shè)定:輸入主軸電機(jī)的代碼與初始化位即可設(shè)定好主軸電 . 14 / 43機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，電機(jī)即可穩(wěn)定運(yùn)行。主軸運(yùn)行有監(jiān)視畫面

38、，在該畫面上可讀出主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載百分比與主軸的轉(zhuǎn)速，從而可以省去通常的轉(zhuǎn)速表和負(fù)載表。(3)加工程序錯(cuò)誤顯示:程序出錯(cuò)時(shí)，CRT 上顯示報(bào)警號。根據(jù)報(bào)警號可由說明書中查出錯(cuò)誤原因，報(bào)警表是多年經(jīng)驗(yàn)的積累，幾乎所有的編程錯(cuò)誤都可從該表中查出。(4)運(yùn)行故障顯示:CNC 控制軟件的運(yùn)行、硬件的各主要元件、伺服控制、主軸控制等出現(xiàn)故障時(shí)，CRT 上均顯示相應(yīng)的報(bào)警號。GSK980TA1 系統(tǒng)對這些故障有較好的保護(hù)。例如，伺服反饋斷線形成大開環(huán)時(shí)，既不會撞車，也不會損壞元件。(5)I/O 信號診斷。CRT 可顯示梯形圖，在該圖上可以檢查機(jī)床強(qiáng)電信號的工作。CRT 還有診斷畫面，通過該畫面，根據(jù)信

39、號的地址檢查 0/1 狀態(tài)變化，可判斷其是否正常工作。3.3.7 系統(tǒng)的功能GSK980TA1 系統(tǒng)為全功能型，下列一些功能增加了系統(tǒng)的應(yīng)用圍和操作的方便:Cs 軸輪廓控制:可以省掉 Cf 軸，用主軸的轉(zhuǎn)動作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)與其它直線軸插補(bǔ)，加工輪廓曲線。剛性攻絲:Z 軸進(jìn)給與主軸轉(zhuǎn)動同步，不用彈簧卡頭實(shí)現(xiàn)攻絲，從而提高了螺紋的加工精度。PMC 軸控制:用梯形圖程序控制伺服進(jìn)給軸，用于回轉(zhuǎn)軸分度或定量位置進(jìn)給。0-C 系統(tǒng)PMC 可控制 2 個(gè)進(jìn)給軸。主軸雙刀架。0.1um 分辨率:系統(tǒng)分辨率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為 1urn?？捎脜?shù)設(shè)定為其 1/10.加工程序的后臺編輯:自動切削過程中可以編輯新的程序。菜單編

40、程。圖形會話在線自動編程:有多種形式，最新的是符號指令形式，易學(xué)，易操作。有工藝參數(shù)語句。用戶宏程序:一種參量編程軟件包，用來編制加工程序(適合于成組工藝)或者用其接口變量編制 PMC 程序，控制 CNC 的運(yùn)行狀態(tài)。CNC 是本系統(tǒng)的核心部分，用以完成人機(jī)對話與通訊，解釋機(jī)械加工語言，分配加工任務(wù)，以與協(xié)調(diào)各功能模塊的工作等。輔助控制部分包括機(jī)床的冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)與主軸運(yùn)動等方面的控制。同時(shí)在主軸箱安裝 . 15 / 43編碼器，以構(gòu)成加工螺紋所需的主輸系統(tǒng)(c 軸)。選用 IOO Opmr 的編碼器，由于主軸大齒輪為 128 齒(m=5)，故編碼器前端齒輪選用 20 齒，其速比為6.4:

41、1,則主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，編碼器將返回 6400 個(gè)脈沖，經(jīng)四分頻后，每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)脈沖為 25600，分辨率為 50.625 秒/脈沖，完全滿足數(shù)控系統(tǒng)對 C 軸的反饋精度要求。第 4 章 機(jī)床的電氣改造4.1 數(shù)控系統(tǒng)電氣控制線的連接原機(jī)床已有一個(gè)電控柜，里面放置了開關(guān)、繼電器、接觸器等。根據(jù)改造后的電氣原理圖，設(shè)計(jì)制作電控柜，淘汰了原有的電控柜。GSK980TA1 數(shù)控系統(tǒng)外圍接口棋塊如下:(1)RS-232 通訊接口。(2)X 軸,Z 軸與主軸控制接口:用來控制 X 軸、Z 軸伺服電機(jī)的運(yùn)動與主軸的轉(zhuǎn)速。(3)編碼器反饋信號接口:用于與主軸電機(jī)的編碼器的連接，編碼器的作用是將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號

42、，從而實(shí)現(xiàn)了對主軸轉(zhuǎn)速的檢測，這在螺紋加工的時(shí)候是不可缺少的。(4)手搖脈沖發(fā)生器接口:實(shí)現(xiàn)手動、聯(lián)動切削。(5)開關(guān)量輸入輸出接口:輸入信號主要用于 X、Z 方向是否超程的檢測，刀架的位置檢測，坐標(biāo)原點(diǎn)位置檢測等。輸出信號主要用于主軸的轉(zhuǎn)速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)或停止控制，主軸的冷卻液的開、閉控制，刀架正、反控制等，另外，輸入模塊除接受一般的 24VDC 開關(guān)量外，還可以接三線式的接近傳感器信號。這樣對該機(jī)床的一些三線式接近開關(guān)，提供了方便可靠的連接。(6)機(jī)床操作面板接口，GSK980TA1 機(jī)床操作面板有多達(dá) 39 個(gè)自定義鍵。面板與系統(tǒng)采用光纖連接，結(jié)合該機(jī)床控制操作的自身特點(diǎn)要求，在機(jī)

43、床立板上定義了一些操作鍵，完全滿足了機(jī)床控制的要求。(7)模擬輸入輸出與外部中斷接口.此接口為機(jī)床提供了一個(gè)靈活的模擬輸出口，便于與其它模塊相連。 . 16 / 43(8)密集型面板接口?？赏ㄟ^密集型面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。輸入零件加工程序，實(shí)時(shí)跟蹤加工情況。4.2 數(shù)控系統(tǒng)部總線上數(shù)據(jù)信息的傳輸數(shù)控系統(tǒng)與功能模塊間的數(shù)據(jù)交換可方便地利用總線進(jìn)行，系統(tǒng)中總線上的數(shù)據(jù)信息傳遞是通過公共數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行的，如數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)寫入進(jìn)給控制模塊的公共數(shù)據(jù)區(qū)，供模塊 CPU 隨時(shí)讀取，同樣進(jìn)給控制模塊 CPU發(fā)出數(shù)據(jù)信息也要寫入公共數(shù)據(jù)區(qū)，供數(shù)控系統(tǒng)隨時(shí)讀取。為了保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行，要求所傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)信息都應(yīng)選用最

44、有效率的信息，即是必須傳輸?shù)模饬x準(zhǔn)確完整的，和盡量選用使用頻率高的信息，這有助于提高系統(tǒng)的可靠性，運(yùn)行效率和減少信息傳輸費(fèi)用。以下為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)部總線上傳輸?shù)母鞣N信息。4.2.1 數(shù)控系統(tǒng)與進(jìn)給控制模塊間信息傳輸數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:設(shè)定值?？刂茀?shù) :PID 調(diào)節(jié)參數(shù)，行程極限，速度極限?？刂谱?: 進(jìn)給控制運(yùn)行(運(yùn)行、停止等)。進(jìn)給控制給定:位置進(jìn)給量、速度進(jìn)給量進(jìn)給控制模塊發(fā)出:運(yùn)行狀態(tài): 正常運(yùn)行，加工受阻，停止加工。運(yùn)行參數(shù): 實(shí)測位置，實(shí)測轉(zhuǎn)速。4.2.2 數(shù)控系統(tǒng)與輸入輸出模塊間信息傳輸數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出:主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定值。邏輯控制 :控制刀架，冷卻泵，冷卻閥等。輸入輸出模塊發(fā)出:實(shí)測主軸轉(zhuǎn)速

45、值。運(yùn)動邏輯狀態(tài):刀具到位識別，液壓卡盤夾緊，主軸超速，機(jī)床原點(diǎn)，越位限制等。對上列數(shù)據(jù)信息，根據(jù)其表示方式與容要求，在控制系統(tǒng)中為它們各自分配存儲空間，設(shè)計(jì)傳輸通道。 . 17 / 43第 5 章進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 縱向機(jī)械傳動部分的數(shù)控化改造和設(shè)計(jì)計(jì)算（1）切削力的計(jì)算。由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，切削功率KPPc式中 主軸電動機(jī)功率，PKWP5 . 7主傳動系統(tǒng)總效率，一般為 0.750.85，?。? . 0進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，??；K96. 0K則KWKWPc76. 596. 08 . 05 . 7切削功率應(yīng)按在各種加工情況下經(jīng)常遇到的最大切削力和最大切削轉(zhuǎn)速來計(jì)算，即31060vFPZ

46、c式中主切削力（N） ；ZF切削速度（m/min）;v按最大切削速度計(jì)算，取m/min，則主切削力100vNNvPFcZ34561010076. 560106033由機(jī)床設(shè)計(jì)手冊可知，在外圓車削時(shí)：，ZXFF)55. 01 . 0(ZYFF)65. 015. 0(取縱向切削分力，橫向切削分力，則ZXFF5 . 0ZYFF6 . 0NNFFZX172834565 . 05 . 0NNFFZY6 .207334566 . 06 . 0（2）滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算螺紋滾道型面的選擇：單圓弧型面、雙圓弧型面。要求：經(jīng)濟(jì)、易調(diào)試、穩(wěn)定。方案：選用雙圓弧型面。原因：雙圓弧型面的接觸角不變，雙圓弧交接處尚有小空隙

47、可容納一些臟物，這對滾珠絲杠有利而不致堵塞。滾珠循環(huán)方式：循環(huán)、外循環(huán)。 . 18 / 43方案：選用外循環(huán)。原因：結(jié)構(gòu)簡單、工藝性優(yōu)良、適合成批生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于重載荷傳動、高速驅(qū)動與精密定位系統(tǒng)，是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。軸向間隙的調(diào)整和預(yù)緊力的選擇：墊片式、螺紋式、齒差式。要求：經(jīng)濟(jì)可靠、易拆裝、剛度高。方案：選用雙螺母墊片式預(yù)緊。原因：結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便、剛度高。（3）計(jì)算進(jìn)給牽引力（N） ?？筛鶕?jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊中進(jìn)給牽引力的mF試驗(yàn)公式計(jì)算，縱向?yàn)槿切螌?dǎo)軌，則)(GFfKFFZXm式中切削分力（N） ；XF顛覆力矩影響的試驗(yàn)系數(shù)，；K15. 1K滑動導(dǎo)軌摩擦因數(shù)，取；f18. 01

48、5. 0f16. 0f溜板與刀架重力，。GNG1000則NNNFm16.2700)10003456(16. 0172815. 1（4）計(jì)算最大動載荷（N）CmHWFfftC3其中61060nTt 01000Pvns式中 壽命，以為 1 單位；t610絲杠轉(zhuǎn)速；n滾珠絲杠導(dǎo)程；0P最大切削力下的進(jìn)給速度，可取最高進(jìn)給速度的 1/31/2，sv本機(jī)床取 1/2；運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，按一般運(yùn)轉(zhuǎn)，取；Wf5 . 12 . 1 Wf3 . 1Wf . 19 / 43硬度系數(shù)，為 60時(shí)，=1，小于 60時(shí)，HfHRCHfHRC1，本機(jī)床取 1；Hf使用壽命，按 15000h 計(jì)算。T則min/50min/65 .

49、 06 . 0100010000rrPvnsrrnTt萬萬4510150005060106066NNFfftCmHW8 .1248516.270013 . 14533（5）選擇滾珠絲杠螺母副。查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 ，根據(jù)（是絲杠的額定載荷，見表 51）的原則，使選取的滾珠絲杠aCC aC的額定動載荷大于計(jì)算的最大工作載荷。由上面初選絲杠導(dǎo)程與計(jì)算所得的最大動載荷，選取絲杠型號為 CDM40065 的額定動載荷為28771N12485.8N，故強(qiáng)度足夠。CDM40065 型號滾珠絲杠具體參數(shù)見表51。表 51 CDM40065 型號滾珠絲杠具體參數(shù)公稱直徑/mm導(dǎo)程/mm鋼球直徑/mm絲杠外徑/m

50、m螺紋底徑/mm額定載荷/N0d0PWD1d2daCaC0接觸剛度/(N/)um4063.96939.535.128770959702191螺母安裝連接尺寸/mmD1D3D4DB5D6DhL1LCAM71110901591591385473M6（6）滾珠絲杠的驗(yàn)算1）傳動效率計(jì)算。根據(jù)機(jī)械原理 ，絲杠螺母副的傳動效率為0)tan(tan0式中摩擦角，；01 螺旋升角，根據(jù)，可得。公稱直徑螺距14. 3tan372則 . 20 / 43966. 0)01372tan(372tan)tan(tan02）剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程的0P變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程

51、變化很小，可忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為0PEAPFPm00式中材料彈性模量，對于鋼，（EMPaE4106 .20） ；26/106 .20cmN滾珠絲杠的截面積，按絲杠螺紋底徑確定，即，則Adcmd51. 32267. 94cmdA滾珠絲杠導(dǎo)程，。0PcmmmP6 . 060其中， “+”用于拉伸時(shí)， “”用于壓縮時(shí)。cmEAPFPm660010133. 867. 9106 .206 . 016.2700滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不計(jì)，即P，所以導(dǎo)程變形總誤差為01PP總P00PPPP總總式中縱向最大行程，由機(jī)床說明書可知，總P。則cmmmP90900總mmP2

52、.1210133. 86 . 0906總由機(jī)床說明書可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度等級為 3 級，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊電子版（有效行程的目標(biāo)行程公差ul和行程變動量見表 52） ，縱向行程允許的行程變動量為peupV17，CDM40065 的為 12.28824.4N，故強(qiáng)度足夠。CDM20045 型號滾珠絲杠具體參數(shù)見表 54。表 54 CDM20045 型號滾珠絲杠具體參數(shù)公稱直徑/mm導(dǎo)程/mm鋼球直徑/mm絲杠外徑/mm螺紋底徑/mm額定載荷/N0d0PWD1d2daCaC0接觸剛度/(N/)um2042.38119.717.010639287221178螺母安裝連接尺

53、寸/mmD1D3D4DB5D6DhL1LCAM406653115.81061003943M6（6）滾珠絲杠的驗(yàn)算1）傳動效率計(jì)算。根據(jù)機(jī)械原理 ，絲杠螺母副的傳動效率為0)tan(tan0式中摩擦角，；01 螺旋升角，根據(jù)，可得。公稱直徑螺距14. 3tan463則972. 0)01463tan(463tan)tan(tan0 . 27 / 432）剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠工作時(shí)受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，將引起導(dǎo)程的0P變化，因滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩時(shí)引起的導(dǎo)程變化很小，可忽略不計(jì)，所以工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為0PEAPFPm00式中材料彈性模量，對于鋼，；E26/106 .20cmNE滾珠絲杠的截面積，按絲

54、杠螺紋底徑確定，即，則Adcmd7 . 12227. 24cmdA滾珠絲杠導(dǎo)程，。0PcmmmP4 . 040其中， “+”用于拉伸時(shí)， “”用于壓縮時(shí)。cmEAPFPm66001096.1767. 9106 .206 . 016.2700滾珠絲杠受轉(zhuǎn)矩引起的導(dǎo)程變化很小，可以忽略不計(jì)，即P，所以導(dǎo)程變形總誤差為：01PP總P00PPPP總總式中縱向最大行程，由機(jī)床說明書可知，總P。則cmmmP24240總mmP78.101096.174 . 0246總由機(jī)床說明書可知，絲杠縱向有效行程為 900mm，且絲杠精度等級為 3 級，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊電子版 有效行程的目標(biāo)行程公差lul和行程變動量

55、見表 55，縱向行程允許的行程變動量為peupV12，CDM40065 的為 10.7812,故剛度足夠。m總Pmm表 55 有效行程的目標(biāo)行程公差和行程變動量（單位：）ulpeupVm精度等級有效行程mmlu/12345大于至peupVpeupVpeupVpeupVpeupV3156688121216162323800100011915132117292540333）穩(wěn)定性校核。要使?jié)L珠絲杠不失穩(wěn)的條件是：臨界負(fù)載荷。根據(jù)公式maxFFk . 28 / 43KLEIfFkk22式中絲杠支承方式系數(shù)，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊可知，kf（雙推簡支） ；0 . 2kf材料彈性模量，對于鋼，；EMPaE6

56、106 .20絲杠兩支承端距離，查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊可知，LCDM20045 絲杠兩支承端距離為 600mm=60cm；滾珠絲杠的靜安全系數(shù)，??；K4/1K截面慣性矩。I，其中464dI)2 . 1(0WDdd滾珠絲杠的公稱直徑，；0dcmmmd2200滾珠絲杠的滾珠直徑，。則WDcmmmDW2381. 0381. 244441. 0)2381. 02 . 12(64cmcmINNFk11566416041. 0106 .2014. 30 . 2262（7）確定齒輪傳動比?？捎墒接?jì)算。其中；0360Pibp步/005. 0mmp參考實(shí)用微電機(jī)手冊 ，初選；，則b75. 0bmmP406 . 04

57、75. 0005. 0360i可選定齒輪齒數(shù)為301821ZZi齒輪材料采用 40，調(diào)質(zhì)處理，精度等級取 7 級，前后軸承選用Cr8024 型流動軸承，齒輪傳動時(shí)效率為。98. 0i由于進(jìn)給運(yùn)動齒輪受力不大，且根據(jù)優(yōu)先選用第一系列的原則，取模數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式可知，齒寬，則分度圓直徑分別為mmm2mmb20mmmmmZd3221811mmmmmZd6023022 . 29 / 43中心距mmmmZZma482)3018(22)(21（8）伺服電機(jī)的計(jì)算與選擇1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩（）與最大靜轉(zhuǎn)矩（）的計(jì)算。根據(jù)能量守恒原理，mTmaxjT電動機(jī)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩可按下式估算：mNmNiPFTimm34. 26 .

58、 098. 0972. 014. 3210448.21002300若不考慮起動時(shí)運(yùn)動部件慣性的影響，則起動轉(zhuǎn)矩為5 . 03 . 0 mqTT 取安全系數(shù)為 0.3，則mNmNTTmq8 . 73 . 034. 23 . 0查實(shí)用微電機(jī)手冊 ，根據(jù)加工要求選擇伺服電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，則951. 0maxjqTTmNmNTTqj2 . 8951. 08 . 7max2）初選伺服電機(jī)型號。查數(shù)控進(jìn)給伺服電機(jī)相關(guān)型號與信息，根據(jù)估算出來的最大靜轉(zhuǎn)矩，可初選 80SJT-M032C 型伺服電機(jī)，其mNTj2 . 8max最大靜轉(zhuǎn)矩為 9.6，基本可滿足要求。mN 3）各種工況下轉(zhuǎn)矩計(jì)算負(fù)

59、載動慣量計(jì)算。折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量按下式計(jì)算。)2()(20322211PgGJJZZJJF式中折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量（） ；FJ2cmkg 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（） ；1J2cmkg 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量（） ；2J2cmkg 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（） ；3J2cmkg . 30 / 43重力加速度。g對于材料為鋼的圓柱形零件，其轉(zhuǎn)動慣量按下式估算：LDJ44108 . 7式中圓柱形零件的直徑；D零件軸向長度。L則22441262. 026 . 3108 . 7cmkgcmkgJ22442022. 226108 . 7cmkgcmkgJ22443749. 0602108 . 7cmkgcmkgJ

60、222348. 1)14. 324 . 0(8 . 9600)749. 0020. 2()3018(262. 0cmkgJF快速空載起動時(shí)所需轉(zhuǎn)矩。因數(shù)控機(jī)床對動態(tài)性能要求較高，確定電T動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)滿足快速空載起動時(shí)所需轉(zhuǎn)矩的要求：T0maxTTTTfa式中快速空載起動時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩（） ；maxaTmN 克服摩擦所需的轉(zhuǎn)矩（） ；fTmN 絲杠預(yù)緊所引起的折算到電動機(jī)軸上的附加轉(zhuǎn)矩（） 。0TmN 由動力學(xué)可知：FaJTmax其中， 為加速度時(shí)間常數(shù)，。tn30tsmst03. 0300maxPivn 則min/375min/46 . 02500rrnmNmNTa1765. 003.