對CA6150車床控制系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計

1、對 CA6150 車床控制系統(tǒng)的數(shù)控化改造設(shè)計摘 要：為實現(xiàn) CA6150 普通車床數(shù)控化， 對機床的控 制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計、改造，改造后的普通車床能夠滿足具有 準(zhǔn)確定位、直線插補、圓弧插補、暫停等數(shù)控功能的要求。關(guān)鍵詞： CA6150 車床；控制系統(tǒng)；改造設(shè)計 中圖分類號： TG511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A1 引言對 CA6150 車床進(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、能獨立運動的進(jìn)給伺服 系統(tǒng)，保證改造后的車床具有定位、直線插補、圓弧插補、 暫停等控制功能。伺服系統(tǒng)又叫伺服機構(gòu)，它是一種反饋控 制系統(tǒng)，它的受控變量是機械運動或者位置。在數(shù)控機床的 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，由電動機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床 坐標(biāo)軸、主軸等運動，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使 刀具相對工件產(chǎn)生各種機械運動，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)動元件種類的選擇 永磁式交流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單、 運行可靠、 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機減 小 1/2 左右、重量減輕 60% 、轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動機的 1/5 。 與異步電動機相比，由于采用永磁鐵勵磁消除了勵磁損耗及 相關(guān)的雜散損耗，因而效率提高，而且無換向器、電刷等， 其機械可靠性與感應(yīng)電動機相同而功率因數(shù)大大提高，所

3、以 永磁同步電動機的體積比異步電動機小些，在數(shù)控機床進(jìn)給 驅(qū)動中多采用永磁式同步交流伺服電動機作為伺服系統(tǒng)的 驅(qū)動裝置。2.2 伺服驅(qū)動元件的選擇計算2.2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的估算 查閱武漢華大新型電機科技有限公司提供的交流永磁 同步伺服電機 ST 系列產(chǎn)品樣本， 選擇 110ST-M06020LFB 電 機作為改造后的 CA6150 車床的伺服驅(qū)動元件，選用邁信公 司 EP100-3A 伺服驅(qū)動器構(gòu)成伺服系統(tǒng)可以滿足設(shè)計使用要 求。2.3 交流調(diào)速方式的選擇 交流伺服電動機的調(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。對于 CA6

4、150 普通車床數(shù)控化改造，選用邁信 公司 EP100-3A 伺服驅(qū)動器。 EP100-3A 伺服驅(qū)動器， 采用先 進(jìn)的控制算法，能實現(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 戶調(diào)度與故障診斷；內(nèi)置華大電機公司 ST-M 全系列伺服電 機參數(shù)，達(dá)到電機與驅(qū)動器無縫聯(lián)接，形成的全套產(chǎn)品，性 價比極佳； IPM 智能模塊的使用，按國內(nèi)工業(yè)環(huán)境的可靠性 設(shè)計，使產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。EP100 伺服驅(qū)動器功能特性及參數(shù)型號： EP100-3A輸入電源：單相或三相 220VAC-15+10% 50Hz60Hz驅(qū)

5、動器在配置小轉(zhuǎn)矩的伺服電機時，可采用單相AC220V 電源對驅(qū)動器供電，但驅(qū)動器驅(qū)動大轉(zhuǎn)矩伺服電機 時，必須要三相 AC220V 電源對驅(qū)動器供電。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。選用電動機，確定減速比和保持轉(zhuǎn) 矩。電動機經(jīng)傳動比為 1 : 2的減速箱與滾珠絲杠副相連， 將拖動轉(zhuǎn)矩傳給滾珠絲杠副，帶動拖板沿縱向往復(fù)運動。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，絲杠不會因 發(fā)熱而伸長。2.4.2 橫向進(jìn)給系統(tǒng) 拆除橫向絲杠，換上滾珠絲杠。確定電動機減速比、保

6、持轉(zhuǎn)矩和脈沖當(dāng)量、選擇電動機，通過1 : 2減速箱與滾珠絲杠相連。2.4.3 伺服電動機的安裝與接線 伺服電動機采用立式方形凸緣安裝方式，通過法蘭盤和 止口固定在機床的絲杠托架上。伺服電動機的輸出軸經(jīng)傳動 比為 1 : 2 的減速箱減速后，通過軸套與絲杠相連。伺服電 動機的 4 芯插頭應(yīng)嚴(yán)格與驅(qū)動器的相應(yīng)端口相接。結(jié)語通過對 CA6150 車床的控制系統(tǒng)的研究設(shè)計，使改造后 的車床具有了準(zhǔn)確定位、直線插補、圓弧插補、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，減輕了工人勞動強度，提高了機床的加工精度。隨著電 子技術(shù)、計算機技術(shù)和管理技術(shù)的不斷發(fā)展，對現(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)控機床的結(jié)構(gòu)與維修 M. 北京：機 械工業(yè)出版社， 2004.2 陳白寧，段智敏，劉文波 . 機電傳動控制 M. 沈陽： 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：機械工 業(yè)出版社， 2002.4