凱達(dá)加工中心增加第四軸的改造

1、 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告系 別： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 班 號(hào)： 數(shù)控 133* 學(xué) 生 姓 名： 李 森 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 1304033330 設(shè)計(jì)（論文）題目： 凱達(dá)加工中心 KVDM1000L增加第 4 軸的改造 指 導(dǎo) 教 師： 朱 俊 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn)： 機(jī)電工程學(xué)院 起 迄 日 期： 2015.6.152015.11.2 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)（論論文文）任任務(wù)務(wù)書(shū)書(shū)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè) 數(shù)控技術(shù) 班級(jí)班級(jí) 數(shù)控 133 姓名姓名 李森 一、課題名稱(chēng)： 凱達(dá)加工中心 KVDM1000L 增加第 4 軸的改造 二、主要技術(shù)指標(biāo)

2、：1.數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)中心高：160mm 2.工作臺(tái)面直徑 250mm 3.氣壓剎緊，壓力 0.5MPa0.8MPa 4.工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速 11.1r/min 5.設(shè)定最小分度單位 0.001 度。 三、工作內(nèi)容和要求：1. 完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)、氣動(dòng)元器件的選型； 2. 完成電路改造電氣原理圖、電氣布局圖、電氣接線圖的設(shè)計(jì)； 3. 完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)的機(jī)械連接，完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝，完成氣動(dòng)回路的連接，完成電氣線路的連接； 4. 完成 FANUC 0i-MC 數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)控制 PMC 程序的編制，并聯(lián)機(jī)調(diào)試完成； 5. 完成增加第 4 軸改造 FANUC 0i-MC 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)備，并輸

3、入至數(shù)控系統(tǒng)，聯(lián)調(diào)完成；四、主要參考文獻(xiàn)： 1.北京發(fā)那科公司 0i-C 簡(jiǎn)明安裝調(diào)試 北京：北京 FANUC 有限公司 2003 2.北京發(fā)那科公司 0i-C 子程序庫(kù)說(shuō)明 北京：北京 FANUC 有限公司 2003 3.彭二寶，王宏穎. 利用 PLC 狀態(tài)顯示信息診斷機(jī)床故障 4 例J.木工機(jī)床 2007 學(xué) 生（簽名） 年 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目題目凱達(dá)加工中心凱達(dá)加工中心 KVDM1000

4、LKVDM1000L 增加第增加第 4 4 軸的改造軸的改造一、選題的背景和意義：在三軸加工中心上，一套夾具只能一面加工工件，操作人員頻繁更換夾具，影響工件的定位精度。在承接外加工任務(wù)時(shí)，除了要在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行正常的輪廓、孔的加工，有時(shí)還需加工曲線、曲面類(lèi)零件。如在法蘭盤(pán)上加工均勻分布的孔、在細(xì)長(zhǎng)的棒料上銑出定位槽、在圓柱面上加工曲線槽等。而這些加工在普通的三坐標(biāo)數(shù)控銑床上是很難完成的，如果需要購(gòu)置高精度的四軸聯(lián)動(dòng)的配置高檔 CNC 系統(tǒng)的加工中心，機(jī)床性能的增強(qiáng)必然導(dǎo)致成本的增長(zhǎng)。此時(shí)可在數(shù)控機(jī)床上安裝第四軸，擴(kuò)展機(jī)床功能，使之成本投入較前者大幅度降低。還提高了機(jī)床的加工能力和產(chǎn)品的加工精度

5、。二、課題研究的主要內(nèi)容：1. 完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)、氣動(dòng)元器件的選型； 2. 完成電路改造電氣原理圖、電氣布局圖、電氣接線圖的設(shè)計(jì)； 3. 完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)的機(jī)械連接，完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝，完成氣動(dòng)回路的連接，完成電氣線路的連接； 4. 完成 FANUC 0i-MC 數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)控制 PMC 程序的編制，并聯(lián)機(jī)調(diào)試完成； 5. 完成增加第 4 軸改造 FANUC 0i-MC 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)備，并輸入至數(shù)控系統(tǒng)，聯(lián)調(diào)完成；常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)三、主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述：1.上網(wǎng)和到圖書(shū)館查找相關(guān)的資料，綜合分析。2.對(duì)硬件的選用，采取了比較論證的方法。3.根

6、據(jù)對(duì)電路原理圖的分析，了解電路控制的過(guò)程和方法。4.根據(jù)對(duì)機(jī)械部分的理解，以及機(jī)械部分的選用，去了解機(jī)械部分的工作過(guò)程以及方法。5.在對(duì)伺服電機(jī)和分度轉(zhuǎn)臺(tái)的論述中我們采取了因果論述法四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：時(shí)間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容6.157.15收集、整理相關(guān)的資料7.167.22理清思路，確定總方案，并撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告7.238.1凱達(dá)加工中心 KVDM1000L 增加第 4 軸的改造的設(shè)計(jì)方案的比較、論證8.28.15對(duì)增加第 4 軸的改造的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)、氣動(dòng)元器件的選型8.168.24對(duì)增加第 4 軸的改造電路改造電氣原理圖、電氣布局圖、電氣接線圖的分析與設(shè)計(jì)8.259.3對(duì)

7、增加第 4 軸的改造數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服電機(jī)的機(jī)械連接，完成數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝，完成氣動(dòng)回路的連接，完成電氣線路的連接與調(diào)試9.49.20對(duì)增加第 4 軸的改造完成 FANUC 0i-MC 數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)控制 PMC 程序的編制，并聯(lián)機(jī)調(diào)試完成9.219.26完成增加第 4 軸改造 FANUC 0i-MC 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)備，并輸入至數(shù)控系統(tǒng)，聯(lián)調(diào)完成9.2710.16整理并撰寫(xiě)論文初稿10.1711.6審核，定稿11.1711.19答辯常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見(jiàn)： 系主任簽名： 年 月 日 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)

8、設(shè)計(jì)凱達(dá)加工中心凱達(dá)加工中心 KVDM1000LKVDM1000L 增加第增加第 4 4 軸的改造軸的改造目錄目錄摘摘 要要 .I IABSTRACTABSTRACT .IIII第第 1 1 章章 數(shù)控技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r數(shù)控技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r .1 11.1 數(shù)控機(jī)床的概念 .11.1.1 國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 .11.1.2 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀 .21.2 加工中心的概述 .21.2.1 加工中心的概述 .21.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) .3第第 2 2 章章 增加第四軸的意義增加第四軸的意義 .4 4第第 3 3 章章 凱達(dá)加工中心凱達(dá)加工中心 KDVM1000LKDVM1000L 設(shè)計(jì)改造設(shè)計(jì)改

9、造 .6 63.1 現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的功能分析 .63.1.1 現(xiàn)有的設(shè)備功能.63.1.2 需要改造的部分.73.2 第四軸的設(shè)計(jì)改造方案 .83.2.1 第四軸的類(lèi)型選擇.83.2.2 四軸控制單元的連接圖.93.2.3 PMC 改造設(shè)計(jì)方案 .11常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)第第 4 4 章章 數(shù)控分度頭的設(shè)計(jì)數(shù)控分度頭的設(shè)計(jì) .13134.1 數(shù)控分度頭的概述 .134.2 數(shù)控分度頭的功能分析和選型 .134.3 數(shù)控分度頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) .144.3.1 數(shù)控分度頭安裝尺寸圖 .144.3.2 主要規(guī)格及其參數(shù) .164.3.3 數(shù)控分度頭的結(jié)構(gòu) .174.3.4 數(shù)控

10、分度頭的工作原理 .174.4 數(shù)控分度頭的回零（A 軸回零）.18第第 5 5 章章 伺服的選用伺服的選用 .19195.1 伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .195.2 伺服系統(tǒng)的選型 .195.3 伺服安裝接線 .23第第 6 6 章章 PMCPMC 程序的設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì).24246.1 PMC.246.2 PMC 的程序設(shè)計(jì) .24第第 7 7 章章 機(jī)床調(diào)試機(jī)床調(diào)試 .29297.1 機(jī)床參數(shù)設(shè)定 .297.2 伺服系統(tǒng)的調(diào)試 .297.2.1 FANUC 0i MC 系統(tǒng)添加四軸的調(diào)試 .30第第 8 8 章章 四軸的試切削四軸的試切削 .3232第第 9 9 章章 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) .4040參考文獻(xiàn)

11、參考文獻(xiàn) .4141答謝詞答謝詞 .4242常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)摘摘 要要數(shù)控機(jī)床以高效率生產(chǎn)和穩(wěn)定的精度質(zhì)量逐漸成為現(xiàn)代制造類(lèi)領(lǐng)域的基礎(chǔ)裝備，以數(shù)控技術(shù)為核心的數(shù)控系統(tǒng)裝配和制造水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的標(biāo)準(zhǔn)。而機(jī)床的改造是以成本低、時(shí)間短，成為現(xiàn)在許多中、小型企業(yè)的必選方式。因此，對(duì)原先的機(jī)床進(jìn)行改造，變成新型數(shù)控機(jī)床，成為當(dāng)前的趨勢(shì)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本設(shè)計(jì)制定了改造的總體方案，根據(jù)機(jī)床的實(shí)際情況，選擇了數(shù)控分度頭的型號(hào)，安裝數(shù)控分度頭的方法，對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定，最后是對(duì)機(jī)床的安裝調(diào)試。經(jīng)過(guò)一系列的改造，終于把老舊數(shù)控機(jī)床改造成現(xiàn)在可以完成的精度要求

12、，經(jīng)過(guò)機(jī)床總體調(diào)試，該數(shù)控機(jī)床終于滿(mǎn)足了各類(lèi)的加工條件。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；改造；數(shù)控分度頭常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)IIAbstractNumerical control machine tool with high efficiency production and stability of the accuracy of the quality of modern manufacturing has gradually become the basic equipment in the field of modern manufacturing, numerical

13、 control technology as the core of the assembly and manufacturing level has become a measure of a countrys manufacturing standards. The machine transformation is based on low cost, short time, now many medium and small enterprises, mandatory way. Therefore, the transformation of the original machine

14、 tool, into a new type of CNC machine tools, become the current trend, has a very important practical significance.The design and development of the overall program, according to the actual situation of the machine tool, select the model of the NC dividing head, the method of the installation of NC

15、dividing head, the machine parameters are set, and finally the installation and commissioning of the machine tool. After a series of transformation, finally the old CNC machine tool can be transformed into the accuracy of the present requirements, after the machine tool overall debugging, the numeri

16、cal control machine tool finally meet all kinds of processing conditions.Keywords: CNC；transform；NC dividing hea常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)III常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第第 1 1 章章 數(shù)控技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r數(shù)控技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r1.1 數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，能控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)加工過(guò)程，是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，數(shù)字控制機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng) NC 機(jī)床。計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng) CNC 機(jī)床。是利用具有專(zhuān)門(mén)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的全部或部分控

17、制功能。1.1.1 國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展數(shù)控機(jī)床的制造距離現(xiàn)在已經(jīng)有 62 年了，世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床是在美國(guó)誕生的，距離現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過(guò)了兩個(gè)重要發(fā)展階段。第一階段：數(shù)控（NC）階段，采用的數(shù)字控制的一臺(tái)數(shù)字機(jī)床，用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)入了數(shù)字機(jī)床的時(shí)代，簡(jiǎn)稱(chēng) NC。第二階段：計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)縮放在一塊很小的一塊芯片上，用小型計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此就進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控階段，簡(jiǎn)稱(chēng) CNC。目前數(shù)控技術(shù)的機(jī)床研發(fā)、系統(tǒng)、技術(shù)和使用上是美、德、日三國(guó)最為先進(jìn)、經(jīng)驗(yàn)最多的國(guó)家。但也都是各自有各自的特點(diǎn)。美國(guó)數(shù)控市場(chǎng)是政府重視機(jī)床工業(yè)，國(guó)防部也在

18、不斷的提出數(shù)控機(jī)床的各種發(fā)展方向，故其在高性能的數(shù)控機(jī)床的技術(shù)上也是在世界上一直處于領(lǐng)先的狀態(tài)，美國(guó)不僅研發(fā)高端數(shù)控機(jī)床，也為中小型企業(yè)研發(fā)中低高端實(shí)用的數(shù)控機(jī)床。德國(guó)數(shù)控市場(chǎng)是政府一貫重視機(jī)床工業(yè)，也它作為重要戰(zhàn)略地位。德國(guó)的數(shù)控機(jī)床無(wú)論質(zhì)量還是性能都可以說(shuō)是世界聞名，尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床讓世界為之瘋狂，例如：西門(mén)子的數(shù)控系統(tǒng)和 Heidenhain 最為出色。日本也是對(duì)數(shù)控機(jī)床工業(yè)尤為重視，就目前產(chǎn)量、出口量都是為世界排名第一位，日本的機(jī)床工業(yè)主要研發(fā)高、中、低端的數(shù)控系統(tǒng)，例如：FANCU 最為突出，產(chǎn)量居世界第一。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文21.1.2 我

19、國(guó)數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀一直以來(lái)我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)以封閉式為基本結(jié)構(gòu)的，CNC 只能作為非智能型的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器，而加工時(shí)候的變量都是一邊在實(shí)際加工過(guò)程中，一邊手工方式通過(guò) CAD/CAM 來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的編程，屬于封閉式的開(kāi)環(huán)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，一般的在加工復(fù)雜的環(huán)境下，刀具的組合、工件的材料性能、主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率的大小、刀具的加工軌跡、背吃刀量、加工的余量等加工工藝參數(shù)。都是無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部的干擾和稅金因數(shù)去進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)。所以說(shuō)國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床嚴(yán)重的限制了向多變量智能化發(fā)展的。因此國(guó)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床變革主要在以下幾個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行：（1）研發(fā)型的產(chǎn)品，具有很大的市場(chǎng)前景，技術(shù)含量高的產(chǎn)品占主要地位

20、（2）數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量將是井噴式的增長(zhǎng)，數(shù)控智能化顯著提高（3）數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵配套產(chǎn)品能有所突破1.2 加工中心的概述1.2.1 加工中心的概述加工中心的概述加工中心是指帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。他的這加工性能強(qiáng)，加工精度高，能在一尺裝夾后進(jìn)行膛、銑、車(chē)、鉆、擴(kuò)、絞、攻絲等多種加工工序的加工，特別的是它能加工完成普通機(jī)床所不能加工的工件，對(duì)形狀復(fù)雜、精度要求高的單件加工或者中、小批量多品生產(chǎn)更為合適。加工效率高，就中等加工的批量工件，其加工效率一般是普通機(jī)床的 510 倍的生產(chǎn)效率。它適用于箱體類(lèi)的零件，盤(pán)、套、板類(lèi)的零件，異形件和復(fù)雜曲面的零件如：型面、葉片、螺旋槳、模具等數(shù)控加工。因

21、此它是目前世界上產(chǎn)量最高的、應(yīng)用最廣的數(shù)控機(jī)床之一，可從一個(gè)方面來(lái)判斷一個(gè)國(guó)家的或者企業(yè)的技能和工藝水平的高低。（1）臥式加工中心：是指主軸中心線為水平狀態(tài)，最適合加工簡(jiǎn)單的箱體類(lèi)零件。（2）立式加工中心：是指主軸中心線位于垂直狀態(tài)，主要適用于加工箱體類(lèi)復(fù)雜的小型零件。（3）龍門(mén)加工中心：是指具有能加工 5 面加工功能的加工中心。主要用于加工復(fù)雜的工件。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文3加工中心的工藝特點(diǎn)：（1）加工精度高（2）表面質(zhì)量好（3）加工生產(chǎn)質(zhì)量高（4）工藝適應(yīng)性強(qiáng)（5）勞動(dòng)強(qiáng)度低，勞動(dòng)條件好（6）具有良好的經(jīng)濟(jì)效益（7）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化1.3 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

22、數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備是各國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。我國(guó)數(shù)控技術(shù)與世界先進(jìn)國(guó)家之間仍存在差距，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略問(wèn)題?，F(xiàn)在我國(guó)正在轉(zhuǎn)型改革中，所以數(shù)控機(jī)床的使用功能在不斷擴(kuò)大，并正在不斷的研發(fā)中，以滿(mǎn)足生產(chǎn)加工的需要。其發(fā)展趨勢(shì)是高速、高精度、復(fù)雜、智能、開(kāi)放、網(wǎng)絡(luò)、多軸、綠色等。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4第第 2 2 章章 增加第四軸的意義增加第四軸的意義在我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)就開(kāi)始注重技術(shù)、設(shè)備、和生產(chǎn)線的數(shù)控機(jī)床改造，在對(duì)這些數(shù)控機(jī)床的改造中，很大一部分為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。由于現(xiàn)在的工件對(duì)精度的要求也日益增加，老一批的數(shù)控機(jī)床加工不到現(xiàn)在的

23、精度要求，但要是舍棄這些老一批的數(shù)控機(jī)床的話(huà)，那就意味著我國(guó)有將近一半的數(shù)控車(chē)床走下工作崗位，這也是那些中小型企業(yè)所不能承受的，也是對(duì)國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工的一個(gè)大的打擊，對(duì)國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)將會(huì)造成重創(chuàng)。所以這些老一批的數(shù)控機(jī)床是很大一批的存量資產(chǎn)，改造好了就是一筆財(cái)富，只要找到機(jī)床對(duì)精度的影響因素，攻克難關(guān)，解決技術(shù)難題，就可以以最小的財(cái)富代價(jià)去爭(zhēng)取到最大的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)利益，所以說(shuō)是一個(gè)巨大的發(fā)展空間。我國(guó)家的數(shù)控機(jī)床業(yè)也提出了“以舊換新”的概念，但我們國(guó)家的數(shù)控機(jī)床也都高低不同，其中中、低檔數(shù)控機(jī)床是在實(shí)際應(yīng)用中占得比例比較大,所以對(duì)中、低檔的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行全面或部分“以舊換新”的難度是比較大。目前

24、,多軸聯(lián)動(dòng)化復(fù)合加工是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要趨勢(shì)。雖然制造業(yè)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的需求量較大。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大的阻礙就是購(gòu)買(mǎi)比較高檔數(shù)控機(jī)床投資比較大，這使得許多商家都難以承受。如果淘汰掉大量的中低檔數(shù)控機(jī)床，而去購(gòu)買(mǎi)昂貴的數(shù)控機(jī)床或者加工中心機(jī)床，勢(shì)必造成巨大的資源浪費(fèi)。一般的老舊數(shù)控車(chē)床只能加工單一的工作面，不能加工多個(gè)面，所以 ，就需要反復(fù)的裝夾，從而影響了加工精度。在一些必要的加工工件時(shí)，除了要在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行正常的輪廓、孔的加工，有時(shí)還需加工曲線、曲面類(lèi)零件。如：圖 2-1 卡盤(pán)類(lèi)工件 圖 2-2 圓柱曲面工件 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文5在加工這樣的工件時(shí)，可

25、以考慮在數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)面上增加一個(gè)第四軸。此時(shí)可在數(shù)控機(jī)床上安裝第四軸，當(dāng)普通三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加上數(shù)控分度工作臺(tái)后便可以實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)。四軸聯(lián)動(dòng)化改造后的數(shù)控機(jī)床,避免了對(duì)工件的反復(fù)裝夾，影響加工精度,可以通過(guò)數(shù)控分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)工件單次裝夾的多工序、多表面復(fù)合加工。擴(kuò)展機(jī)床功能，使之成本投入較前者大幅度降低。還提高了機(jī)床的加工能力和產(chǎn)品的加工精度。通過(guò)對(duì)凱達(dá)加工中心增加第四軸的改造，使其加工范圍變得廣泛，定位更加的精準(zhǔn)，操作起來(lái)簡(jiǎn)單，總體性?xún)r(jià)比高。本次改造主要針對(duì)凱達(dá)加工中心的增加第四軸、分度頭的選用、伺服器的選型、可變控制器的設(shè)計(jì)及聯(lián)機(jī)調(diào)試、試切削進(jìn)行了改造，方法簡(jiǎn)單，改造步驟便于實(shí)

26、施。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6第第 3 3 章章 凱達(dá)加工中心凱達(dá)加工中心 KDVM1000LKDVM1000L 設(shè)計(jì)改造設(shè)計(jì)改造3.1 現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的功能分析3.1.1 現(xiàn)有的設(shè)備功能現(xiàn)有的設(shè)備功能如圖 3-1 凱達(dá)加工中心 KDVM1000L 外觀凱達(dá)加工中心性能的主要技術(shù)參數(shù)：表 3-2 所示項(xiàng) 目KDVM1000L行程工作臺(tái)行程(X)1000 mm滑鞍行程(Y)500 mm主軸箱行程(Z)510 mm主軸中心線至立柱導(dǎo)軌面的距離550 mm主軸端面至工作臺(tái)的距離155-665 mm工作臺(tái)工作臺(tái)尺寸1130510 mm工作臺(tái)承重600 Kg常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工

27、程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7T 型槽（寬槽數(shù)間距）183160mm主軸主軸錐孔B-T40主軸轉(zhuǎn)速8000 rpm主電機(jī)功率7.5/11KW主軸卸刀方式氣動(dòng)進(jìn)給X、Y 軸移動(dòng)速度Z 軸移動(dòng)速度0-20m/minX、Y、Z 軸電機(jī)扭矩0-20m/min重復(fù)定位精度(X/Y/Z)12Nm換刀系統(tǒng)刀庫(kù)容量圓盤(pán)式：24 把80 mm（圓盤(pán)式）相鄰刀具最大直徑90 mm（斗笠式）130 mm（圓盤(pán)式）無(wú)相鄰刀具最大直徑150mm（斗笠式）300mm（圓盤(pán)式）最大刀具長(zhǎng)度250mm（斗笠式）7kg（圓盤(pán)式）刀具最大重量8kg（斗笠式）換刀時(shí)間（刀對(duì)刀）2s（圓盤(pán)式）其他 最小移動(dòng)單位(X/Y/Z)0.001mm最

28、小輸入單位(X/Y/Z)0.001 mm機(jī)床外形尺寸(長(zhǎng)寬高)395021002600mm(帶排屑器)機(jī)床凈重5480產(chǎn)品特點(diǎn)：底座設(shè)計(jì)，X、Y、Z 向采用精密直線導(dǎo)軌滾珠軸承采用預(yù)拉伸即適合強(qiáng)切削，也適合精密加工可加配第四軸3.1.2 需要改造的需要改造的部分部分需要改造的部分如下：常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8（1）數(shù)控分度頭的安裝、調(diào)試；（2）對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械、電氣、液壓以及電氣原理圖的設(shè)計(jì)、選型，保證其擴(kuò)展功能達(dá)到加工要求。（3）修改機(jī)床 PMC 程序。利用 FANUC 0i 數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的 PMC 進(jìn)行邏輯控制及信息處理，機(jī)床各部分能協(xié)調(diào)工作。3.2 第四軸的設(shè)計(jì)改造

29、方案3.2.1 第四軸的類(lèi)型選擇第四軸的類(lèi)型選擇數(shù)控機(jī)床的各種零件配套的性能，從而使得機(jī)床的加工范圍變得寬廣?，F(xiàn)在我們國(guó)家在數(shù)控機(jī)床行業(yè)的迅猛發(fā)展，從而帶動(dòng)了與數(shù)控機(jī)床相配套的零件產(chǎn)業(yè)，已形成了專(zhuān)業(yè)化、系列化的格局。一般的老舊數(shù)控車(chē)床只能加工單一的工作面，不能加工多個(gè)面，所以就需要反復(fù)的裝夾，從而影響了加工精度。在一些必要的加工工件時(shí)，除了要在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行正常的輪廓、孔的加工，有時(shí)還需加工曲線、曲面類(lèi)零件。本設(shè)計(jì)正是基于這種情況，在改造好的凱達(dá)加工中心上，通過(guò)安裝旋轉(zhuǎn)軸(即第四軸（A 軸）)，增加了機(jī)床的自由度，擴(kuò)展其功能，不僅使工件能一次裝夾成功，而且提高了加工精度、質(zhì)量和效益。改造后的加

30、工中心能實(shí)現(xiàn)四軸三聯(lián)動(dòng)，改造性?xún)r(jià)比較高。一般的我們國(guó)家選用的第四軸的話(huà)，都是在數(shù)控分度頭和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)二選一。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查后，和性?xún)r(jià)比的基礎(chǔ)上，本設(shè)計(jì)在數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和數(shù)控分度頭中選擇數(shù)控分度頭作為本設(shè)計(jì)的第四軸，即為 A 軸。數(shù)控分度頭是加工復(fù)雜形狀零件的最佳輔助產(chǎn)品，也需要更穩(wěn)定。主傳動(dòng)軸系統(tǒng)的氣動(dòng)或液壓制動(dòng)裝置。通過(guò)主傳動(dòng)軸的放松，通過(guò)對(duì)主水平和伺服電機(jī)的數(shù)字化控制，編碼器反饋，完成任意角度或連續(xù)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的高精度?？梢园惭b在一個(gè)垂直或水平軸的工作臺(tái)，作為數(shù)控機(jī)床的第四個(gè)回軸，并能達(dá)到很高的精度要求。根據(jù)研究最終確定本設(shè)計(jì)選擇煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的數(shù)控分度頭，F(xiàn)Kl4160D

31、 數(shù)控分度頭，使用標(biāo)準(zhǔn)的短錐法蘭軸端，與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和短型卡盤(pán)，5C或 3J 型卡盤(pán)和尾座，主要適合加工復(fù)雜的零件，大型、小型細(xì)長(zhǎng)軸型棒料。加工工件在分度頭上找正，要在主軸剎緊后進(jìn)行。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文93.2.2 四軸控制單元的連接圖四軸控制單元的連接圖常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10圖 3 -3 四軸控制單元的連接圖常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文113.2.3 PMC 改造設(shè)計(jì)方案改造設(shè)計(jì)方案PMC 程序相關(guān)的型號(hào)有 X、Y、F、G 四種功能，其中 X、Y 主要是機(jī)床的輸入、輸出符號(hào)，這個(gè)定義是有廠家決定的 F、G 信號(hào)是數(shù)控系統(tǒng)

32、的制造商決定的，F(xiàn) 信號(hào)是指 CNC 到 PMC，而 G 信號(hào)是指 PMC 到 CNC。在編制程序時(shí)主要依靠這四類(lèi)信號(hào)。否否否否是是圖 3-4 PMC 編程流程圖FANUC 0i 系統(tǒng)具有內(nèi)裝型 PMC。機(jī)床 IO 信號(hào)是將機(jī)床的開(kāi)關(guān)信號(hào)送到 PMC，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，再次輸入到機(jī)床內(nèi)，輸入的信號(hào)有控制、行程、接近、夾緊、放松等開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)控制的，機(jī)床 IO 是執(zhí)行數(shù)控輔助功能的主要通道。（1）輸入相關(guān)的代碼信號(hào)，戶(hù)口機(jī)床經(jīng)過(guò)運(yùn)算后，執(zhí)行相關(guān)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作（2）機(jī)床的 CN 柜后面有個(gè) IO 信號(hào)轉(zhuǎn)接板子，所有的機(jī)床 IO 信號(hào)都在這邊進(jìn)行轉(zhuǎn)接。開(kāi)始確定 I/O 點(diǎn)數(shù)制定控制方案設(shè)計(jì)梯形圖編輯程序是否正確傳

33、程序模擬程序是否正確聯(lián)機(jī)調(diào)試是否正確存盤(pán)結(jié)束常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12改造后的加工中心主要功能的 PMC 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容：表 3-5 PMC 程序設(shè)計(jì)表單常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文13第第 4 4 章章 數(shù)控分度頭的設(shè)計(jì)數(shù)控分度頭的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中有些產(chǎn)品需在回轉(zhuǎn)體曲面上進(jìn)行加工，這些產(chǎn)品出于質(zhì)量的需要，常要求一次裝夾加工完成，像這類(lèi)回轉(zhuǎn)體若用普通的三軸數(shù)控機(jī)床加工是無(wú)法完成的。所以像這種情況下如果購(gòu)買(mǎi)高檔的數(shù)控機(jī)床，那樣在資金方面肯定造成很大程度上的浪費(fèi)，但如果在原有的機(jī)床的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，那就可以說(shuō)是大大的減少資金浪費(fèi)，而且時(shí)間上也是比較富裕的。本設(shè)計(jì)改

34、造是在凱達(dá)加工中心機(jī)床工作臺(tái)上安裝數(shù)控分度頭作為第四軸(A 軸)。4.1 數(shù)控分度頭的概述數(shù)控分度頭是一個(gè)比較精確的分度設(shè)備，他可以和數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、機(jī)床等三軸數(shù)控車(chē)床完成相應(yīng)的配套，使用更廣泛，他可以與系統(tǒng)連接，輸入相應(yīng)的信號(hào)，他可以準(zhǔn)確的向哪個(gè)方向移動(dòng)，加工更復(fù)雜的工件，數(shù)控系統(tǒng)直接與旋轉(zhuǎn)軸連接，從而大大提高機(jī)床的使用和使用。主要性能指標(biāo)有以下幾個(gè)方面：（1）分度精度和重復(fù)定位精度。（2）制動(dòng)力矩的大小。（3）密封性能。（4）旋轉(zhuǎn)速度。（5）運(yùn)載能力。（6）精度保持性。4.2 數(shù)控分度頭的功能分析和選型通過(guò)數(shù)控銑床、加工中心加工工件，經(jīng)常遇到的就是加工產(chǎn)品的圓柱表面上的旋轉(zhuǎn)曲線，而且一

35、部分的零件必須在水平方向加工，如箱體類(lèi)，葉片零件，現(xiàn)在我們沒(méi)有設(shè)備。所以在數(shù)控機(jī)床設(shè)備上安裝數(shù)控分度頭，以解決缺乏水平方向加工和加工圓柱表面上的旋轉(zhuǎn)曲線，以滿(mǎn)足迫切的加工需求。數(shù)控分度的精度、夾緊力和夾緊工件的直徑是選擇數(shù)控分度頭的關(guān)鍵。根據(jù)加工精度和工件的最大質(zhì)量，以滿(mǎn)足對(duì) 0.001 度的最小單位值得分度頭的精度要求，最大切向力矩 M 300N 以上，高的中心是 160 毫米：對(duì)工作臺(tái)直徑為 250mm 的常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文14要求。通過(guò)向市場(chǎng)調(diào)查和比較，結(jié)合分度頭的廠商數(shù)據(jù)，煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，F(xiàn)Kl4160D 數(shù)控分度頭，更適合于主體的變換，主

36、軸端采用標(biāo)準(zhǔn)的短錐法蘭與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和短型卡盤(pán)，5C 或 3J 型卡盤(pán)和尾座，更復(fù)雜的零件加工，大型和小型細(xì)長(zhǎng)圓柱型軸零件。產(chǎn)品質(zhì)量保證，且價(jià)格低于國(guó)外產(chǎn)品，因此 FKl4160D 的選擇是這一設(shè)計(jì)改造選用數(shù)控分度頭的最佳選擇。4.3 數(shù)控分度頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)4.3.1 數(shù)控分度頭安裝尺寸圖數(shù)控分度頭安裝尺寸圖圖 4-1 FKl4160D 實(shí)圖常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文151圓工作臺(tái)定位套 2圓工作臺(tái) 3定位鍵4彈簧夾頭拉管 5伺服電機(jī)罩 6主軸端部 7吊鉤部圖 4-2 FKl4160D 安裝尺寸圖常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文164.3.2 主要規(guī)格及其參

37、數(shù)主要規(guī)格及其參數(shù)本設(shè)計(jì)選用的數(shù)控分度頭是煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的 FKl4160D 數(shù)控分度頭。其主要規(guī)格及其參數(shù)見(jiàn)：FKl4160D 主要規(guī)格及其參數(shù)表 4-3 所示No項(xiàng)目 ItemsFK14160D1中心高Center height mm1602圓工作臺(tái)直徑Diameter of on face plate mm2003圓工作臺(tái) T 型槽寬度T-slot Width on face plate mm10H104圓工作臺(tái) T 型槽相鄰角度Angle of T-slot in the table surface9005臺(tái)面定位孔直徑Diameter of center bushi

38、ng mm25H76分度頭主軸找正定位孔直徑Diameter of indexer tram bushing mm10H77底座定位鍵寬度Width of locating key mm188主軸端連接尺寸(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))Connecting dimensions of the spindle nose5 1NCH NOSE9主軸孔所配帶彈簧夾頭Celt3J10總傳動(dòng)比Total reduction ratio1：18011主軸剎緊、松開(kāi)供氣（液）壓力 Air(hydraulic)pressure Pa5l0512伺服電機(jī)功率Servo power Kw(扭矩 Nm)0.8(6)13切向最大允許力

39、矩Tangent Max torque N.m30014重復(fù)定位精度Repeatability accuracy5”15總分度誤差Dividing accuracy3016分度頭最大轉(zhuǎn)速M(fèi)ax speedr/min11.117毛重Gross weight Kg14718凈重132常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文17NET weight Kg19氣（液）管路接口尺寸Air(hydraulic)inlet21/420最大承載Max workload Kg12021標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)接口FANUC-5M4.3.3 數(shù)控分度頭的結(jié)構(gòu)數(shù)控分度頭的結(jié)構(gòu)1螺母 2蝸輪 3氣缸 4傳感器 5蝸桿圖 4-4

40、 FKl4160D 結(jié)構(gòu)圖4.3.4 數(shù)控分度頭的工作原理數(shù)控分度頭的工作原理FKl4160D 型數(shù)控分度頭是用壓縮空氣使主軸剎緊松開(kāi)，壓縮空氣必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾，在系列霧化裝置最好的過(guò)濾器，它不僅可以潤(rùn)滑防銹。數(shù)控分度頭由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)由控制系統(tǒng)傳遞。角位移和速度引入機(jī)械傳動(dòng)部分。1:180 的蝸輪蝸桿減速器的運(yùn)動(dòng)傳遞到分度頭，實(shí)現(xiàn)分度頭的分度準(zhǔn)確。數(shù)控分度頭主軸一般依靠彈簧處于緊密狀態(tài)，不轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪 5，以避免應(yīng)變，如果要轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，通過(guò)壓縮空氣，通過(guò)常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文18氣缸 3 帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而使凸輪機(jī)構(gòu)松開(kāi)蝸輪，然后將傳感器 4 連接，伺服電機(jī)接收

41、信號(hào)，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。4.4 數(shù)控分度頭的回零（A 軸回零）根據(jù)數(shù)控機(jī)床的回零信號(hào)控制，數(shù)控機(jī)床要建立坐標(biāo)系，一般必須返回到參考點(diǎn)，發(fā)出信號(hào)是的數(shù)控機(jī)床返回參考點(diǎn)。圖 4-5 第四軸回零信號(hào)原理圖如圖 4-5 所示，9.3 為 A 軸回零信號(hào)，直接連接到數(shù)控系統(tǒng)，使中間繼電器 ka20處于常閉狀態(tài)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)輸出相應(yīng)的信號(hào)，使 ka20 斷開(kāi)，輸入軸回零信號(hào)，實(shí)現(xiàn)回零。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文19第第 5 5 章章 伺服的選用伺服的選用5.1 伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介伺服系統(tǒng)是 CNC 裝置和機(jī)床的聯(lián)系環(huán)節(jié)，主要由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)、位置檢測(cè)與反饋裝置組成。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)是指數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的位

42、置和速度作為控制器量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，也就是隨動(dòng)系統(tǒng)。他的作用就是接受其他部件產(chǎn)生的脈沖，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化，放大為數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)部位的位移信號(hào)保證位移的速度和準(zhǔn)確性數(shù)控分度頭的技術(shù)指標(biāo)如果發(fā)生故障，位移量不準(zhǔn)確等等，最主要的就是伺服系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)決定的，因此，成功正確的選用伺服系統(tǒng)是對(duì)本次設(shè)計(jì)而言至關(guān)重要的。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床的改造所選用的數(shù)控分度頭，所以要以最小單位值來(lái)確定伺服系統(tǒng)的選型。要求選擇的伺服系統(tǒng)具有以下的技術(shù)要求：（1）可反轉(zhuǎn)運(yùn)行。電機(jī)能反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際過(guò)程中，轉(zhuǎn)向隨時(shí)隨地的都了能 發(fā)生變化，說(shuō)以要確保轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性（2）調(diào)速范圍大。要求電機(jī)具有很好的調(diào)速范圍且范圍寬廣。（3）超快的響應(yīng)

43、。為了加工一些特定的零件精度要求，肯定會(huì)頻繁的去改變 轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向，這就需要伺服系統(tǒng)有很好的反應(yīng)效果并且沒(méi)有反超或者延時(shí)。（4）高精度。為了滿(mǎn)足分度的精度要求，滿(mǎn)足數(shù)控分度頭的重復(fù)定位和分度 精度。（5）在外界干擾下的穩(wěn)定性。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器裝置和驅(qū)動(dòng)控制線路構(gòu)成。其中驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)按控制分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。5.2 伺服系統(tǒng)的選型伺服系統(tǒng)按照有沒(méi)有控制測(cè)量的反饋環(huán)節(jié)，來(lái)分為閉環(huán)和開(kāi)環(huán)和半閉環(huán)三類(lèi)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是由執(zhí)行部件、驅(qū)動(dòng)裝置和數(shù)控機(jī)床三部分組成的。它的功能是輸入一個(gè)信號(hào)源，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度數(shù)，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度在于脈沖頻率，轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小是脈沖決定的，因?yàn)槲恢玫臋z

44、測(cè)裝置，所以他的精度可能會(huì)稍微差點(diǎn)。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文20圖 5-1 開(kāi)環(huán)控制器的原理圖該系統(tǒng)簡(jiǎn)單，容易做出調(diào)整，但是一般都用在精度不是太高的數(shù)控系統(tǒng)上，應(yīng)用是比較廣泛的。閉環(huán)控制系統(tǒng)是由電機(jī)、光柵、路線和放大器組成的。他的功能是自己具有檢測(cè)裝置和位置的控制器，一般的都是應(yīng)用在高精密的數(shù)控機(jī)床上，因?yàn)樗茏约簷z測(cè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)位置，從而反饋到伺服系統(tǒng)，所以他的精度是要比開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要高上許多。5-2 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖該系統(tǒng)主要應(yīng)用于精度比較高的數(shù)控系統(tǒng)上。半閉環(huán)控制系統(tǒng)是伺服電機(jī)或絲桿上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器（角位移檢測(cè)裝置） ，采樣旋轉(zhuǎn)角度來(lái)間接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置進(jìn)

45、行反饋。因此，絲杠的螺距誤差和同步帶輪等引起的誤差都難已消除，但大部分都可用誤差補(bǔ)償法提高運(yùn)動(dòng)精度。因?yàn)榘腴]環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)試維修方便，穩(wěn)定性好，所以目前應(yīng)用的比較廣泛，適用于中小型（普及型）數(shù)控機(jī)床。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文215-3 半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖結(jié)合本次設(shè)計(jì)改造的主要內(nèi)容，所以選用閉環(huán)控制系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)控分度頭的主要是加工一些需要等均或不等均分布的圓孔，和葉片之類(lèi)的精度要求高的工件。伺服系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)（包括檢測(cè)位置和速度的編碼器）組成，一般的是需要配套使用的。所以本設(shè)計(jì)選用的是伺服系統(tǒng)是安川伺服系統(tǒng)，其安川伺服驅(qū)動(dòng)器選用的型號(hào)是 SGDV-2R8A01A

46、。安川伺服電機(jī)選用的型號(hào)是 SGMJV-04A（自帶編碼器）圖 5-4 安川伺服系統(tǒng)常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文22圖 5 -5 安川伺服電機(jī)平常看到的那種普通的電機(jī)，斷電后它還會(huì)因?yàn)樽陨淼膽T性再轉(zhuǎn)一會(huì)兒，然后停下。而伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)是說(shuō)停就停，說(shuō)走就走，反應(yīng)極快。但步進(jìn)電機(jī)存在失步現(xiàn)象。所以現(xiàn)在伺服電機(jī)的應(yīng)用比較廣泛。特點(diǎn)：（1）精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問(wèn)題。（2）轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 20003000 轉(zhuǎn)。（3）適應(yīng)性：抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用。（4）穩(wěn)定：

47、低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合。（5）及時(shí)性：電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)。（6）舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。旋轉(zhuǎn)軸功率計(jì)算：速度功率的計(jì)算：常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文23（1）伺服、主軸電機(jī)的選擇：FANUCai 系列伺服系統(tǒng)，電機(jī)的性能參數(shù)見(jiàn)表 5-5。（2）軸伺服模塊選擇：X、Y 軸伺服電機(jī)共用一個(gè)模塊，z、A 軸伺服電機(jī)各用一個(gè)模塊，主軸單獨(dú)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。（3）電源模塊的選擇：在基于連續(xù)額定輸出功率的額定輸出容量電源模塊選擇 FANUC 選擇符合大于或等于 主軸電機(jī)為 1.15 +伺服電機(jī)額定

48、輸出功率 x 0.6 = 1.15 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文24+（3 x 5.5 3 + 1.6 x 0.6） = 12.685kw。電源模塊：PSM 15，額定輸出功率為 15KW。5.3 伺服安裝接線圖 5-6 伺服電路接線圖第第 6 6 章章 PMCPMC 程序的設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)6.1 PMCPMC 是一個(gè)可編程機(jī)床控制器。PMC 是數(shù)控機(jī)床的核心部分，PMC 和 PLC 是非常相似的，因?yàn)槎际怯糜?jì)算機(jī)控制其數(shù)控機(jī)床，所以稱(chēng)為可編程機(jī)床控制器。無(wú)論是數(shù)控機(jī)床可以運(yùn)行或運(yùn)行不好，很大程度上取決于 PMC 程序的設(shè)計(jì)，如果 PMC 設(shè)計(jì)好，然后機(jī)床上實(shí)驗(yàn)，完全可以達(dá)到你

49、想要的精度要求，否則會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。PMC 程序設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，出現(xiàn)數(shù)控機(jī)床無(wú)法正常運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題時(shí)會(huì)出現(xiàn)在報(bào)警程序。PMC 進(jìn)行 O /I 的控制，這是邏輯的相關(guān)操作和行動(dòng)順序。FANUC 系統(tǒng)有一個(gè)內(nèi)置的PMC，而西門(mén)子 PLC 系統(tǒng)內(nèi)部也有一個(gè)內(nèi)裝系統(tǒng)。機(jī)床 I/ 0 電路和裝置是用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出/輸入的元件，是一個(gè)組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)：（1）由數(shù)控機(jī)床接收到的指令，被解碼并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，并控制該機(jī)床常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文25的相應(yīng)的開(kāi)關(guān)操作。（2）I 模塊信號(hào)從操作面板和機(jī)床側(cè)接收，其處理后，輸出指令控制的數(shù)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。該

50、機(jī)床的輔助裝置包括：冷卻系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，芯片系統(tǒng)，夾緊裝置和自動(dòng)工件交換（APC）系統(tǒng)等等。它打破了以繼電器來(lái)控制領(lǐng)域的機(jī)械、電氣設(shè)備和工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域的模式，相比繼電器控制系統(tǒng)，PMC 以克服了繼電器控制領(lǐng)域的“大尺寸，低可靠性，故障率高，難以找到，過(guò)程中變化的適應(yīng)性差”等相關(guān)問(wèn)題。6.2 PMC 的程序設(shè)計(jì)（1）四軸回零報(bào)警功能如圖 6 -1 所示，有陰影部分為修改部分。圖中 F120.3 為第四軸回零已完成信號(hào)。若未回零，則 A06 接通，則在顯示屏上顯示：“Z、ANO ZERO”。A、Z 軸回零結(jié)束，常閉觸點(diǎn) F120.2、F120.3 斷開(kāi)，報(bào)警消除。圖 6 -1 回零報(bào)警 PMC（

51、2）四軸手動(dòng)(JOG)功能如圖 6-2 所示，有陰影部分為修改部分。X7.6、X10.0 分別為第四軸正、負(fù)方向選擇信號(hào)，當(dāng) G100.3=1 時(shí)，第四軸向正方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng) G102.3=l 時(shí)，第四軸向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文26圖 6-2 四軸手動(dòng)功能 PMC（3）四軸手輪功能如圖 6-3 所示，有陰影部分為修改部分。圖中 X06、X1.2、X1.5、X2.1 分別為x、y、z 及第四軸手輪選通信號(hào)。當(dāng) G18#0、撐 1、舵符合表 3 所示條件，并且滿(mǎn)足其他手輪設(shè)定條件時(shí)，相應(yīng)軸可以手輪動(dòng)作。圖 6-3 第四軸手輪功能 PMC圖 6-4 G18 對(duì)應(yīng)軸的關(guān)

52、系常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文27按照以上步驟設(shè)定完成后，并完成相應(yīng)的第四軸控制信號(hào)連接，數(shù)控機(jī)床第四軸即可以正常工作。其實(shí)很多機(jī)床已經(jīng)考慮了 4 軸功能，直接通過(guò)讀取 PMC 程序明確轉(zhuǎn)臺(tái)的輸入輸出點(diǎn)。法道機(jī)床，PMC 程序沒(méi)有添加任何一行代碼，都是齊全的，直接使用即可。法道，PMC 輸入 X9.3 原點(diǎn)減速開(kāi)關(guān) X9.6 夾緊反饋開(kāi)關(guān) X9.7 放松反饋開(kāi)關(guān)。 PMC 輸出 Y3.3 M11，Y3.3 得電， 放松 Y3.3 M10，Y3.3 失電， 夾緊。凱達(dá)，PMC 輸入 X23.6 夾緊開(kāi)關(guān) X23.7 放松開(kāi)關(guān) X24.1 原點(diǎn)開(kāi)關(guān)原點(diǎn)減速開(kāi)關(guān)也可以自由分配至其他

53、的 X 地址，只要重新設(shè)定 3008#2=1 即可。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文28其實(shí)凱達(dá)加工中心他自己也加了幾行程序常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文29常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文30第第 7 7 章章 機(jī)床調(diào)試機(jī)床調(diào)試7.1 機(jī)床參數(shù)設(shè)定數(shù)控機(jī)床的調(diào)試過(guò)程，首先是接線，按照接線圖和 FANUC 公司提供系統(tǒng)的連接手冊(cè)，按照步驟，然后要上電，進(jìn)行無(wú)故障排除，在這一點(diǎn)上，系統(tǒng)會(huì)有各種各樣的# 401 報(bào)警。這是因?yàn)橄到y(tǒng)沒(méi)有輸入?yún)?shù)，伺服和主軸控制都沒(méi)有初始化。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控系統(tǒng)的核心，機(jī)床的參數(shù)是外部設(shè)備，它決定了數(shù)控機(jī)床的功能、控制精度、正

54、確執(zhí)行的指令，只有正確、合理的設(shè)置這些參數(shù)，數(shù)控機(jī)床工作正常。FANUC 0i MC 系統(tǒng)參數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)的型式可分為以下幾類(lèi)：(見(jiàn)表 7-1)在凱達(dá)加工中心機(jī)床上調(diào)試第 4 軸時(shí)，發(fā)現(xiàn)第 4 軸無(wú)法運(yùn)行，后來(lái)觀察 G100.3 得電了，但軸不動(dòng)，所以懷疑 G130.3（軸鎖?。┳兞繘](méi)有被置 1，后來(lái)修改相關(guān) PMC 程序，使得 G130.3 為 1，第 4 軸就可以正常的運(yùn)動(dòng)。在回參考點(diǎn)時(shí)，一開(kāi)始是無(wú)法返回參考點(diǎn)，在仔細(xì)查看了 PMC 程序，發(fā)現(xiàn)是一個(gè)K 變量導(dǎo)致 G100.3 不得電，修改 PMC 相關(guān)參數(shù)后，就可以正常返回參考點(diǎn)了。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文317.2 伺

55、服系統(tǒng)的調(diào)試伺服系統(tǒng)引導(dǎo)是指迸給伺服系統(tǒng)的參數(shù)初始化，沒(méi)有進(jìn)行伺服引導(dǎo)前顯示屏上出現(xiàn) 417報(bào)警。按伺服控制放大器的說(shuō)明書(shū)操作，若有參數(shù)設(shè)定不合理，即出現(xiàn)報(bào)警，則需按照參數(shù)手冊(cè)作相應(yīng)的調(diào)整。7.2.1 FANUC 0i MC 系統(tǒng)添加四軸的調(diào)試系統(tǒng)添加四軸的調(diào)試（1）先關(guān)機(jī)，斷電，接線（包括電器箱內(nèi)線與轉(zhuǎn)臺(tái)部分的信號(hào)線與動(dòng)力線）；（2）檢查一遍，看接線是否有誤，認(rèn)真檢查無(wú)誤后，上電、開(kāi)機(jī)。（3）設(shè)定參數(shù) 8130=4；（4）設(shè)定系統(tǒng)參數(shù) N9900=4(控制軸數(shù)) N9943#1(制御擴(kuò)張) N9944#=1(軸取出) 關(guān)機(jī)、開(kāi)機(jī)。（5）設(shè)定伺服電機(jī)參數(shù) NO2020(2/2000=46 2/

56、3000 3/3000=15 6/2000=16 6/3000=17)（6）設(shè)定初始化參數(shù) NO1023：第四軸設(shè)定 4，NO2000#1=0 關(guān)/開(kāi)機(jī)（7）依次設(shè)定下參數(shù)見(jiàn)表 7-2表 7-2 FANUC 0i MC 系統(tǒng)添加四軸參數(shù)設(shè)定表號(hào)碼參數(shù)說(shuō)明設(shè)定值12#7第四軸(0：使用 1：不使用) (NO1005#7=1 有效)01005#7解除控制軸11006#1，#00,0 第四軸為直線軸 0,1 為旋轉(zhuǎn)軸0，11006#5原點(diǎn)復(fù)歸(0：正向 1：負(fù)向)01008#0旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)機(jī)能(0，無(wú)效 1，有效)11010CNC 控制軸數(shù)41020名稱(chēng)(65 為 A，66 為 B )661023各軸

57、伺服軸號(hào)碼41260旋轉(zhuǎn)軸一回轉(zhuǎn)移動(dòng)量(NO1008#0=1 有效3600001420各軸快速進(jìn)給的速度(F100%)依規(guī)格1421各軸快速進(jìn)給的速度 F0400常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文321422所有軸最大切削進(jìn)給率100001423各軸手動(dòng)最快速進(jìn)給速度依規(guī)格1424各軸手動(dòng)快速進(jìn)給速度(F100%)同 14201425各軸原點(diǎn)復(fù)歸減速度3001430各軸最大切削進(jìn)給率同 14231620各軸快速進(jìn)給線性或鐘型加、減速時(shí)間常數(shù)1501621各軸快速進(jìn)給鐘型加、減速時(shí)間常數(shù)501622各軸切削慢速進(jìn)給加，減速時(shí)間常數(shù)601624各軸手動(dòng)慢速進(jìn)給加，減速時(shí)間常數(shù)60182

58、0各軸 CMR 指令倍率21821各軸參考計(jì)數(shù)器容量依規(guī)格1825各軸位置回路增益30001826各軸定位寬度201827各軸切削進(jìn)給定位寬度(NO1801#4=1 時(shí)有效)201828各軸移動(dòng)中位置偏差極限值依規(guī)格1829各軸停止中位置偏差極限值5001850各軸柵格飄移量依規(guī)格1851各軸慢速進(jìn)給(G01)背隙量依規(guī)格1852各軸快速進(jìn)給(G00)背隙量 NO1800#4=1 時(shí)有效依規(guī)格2001AMR00000002021各軸負(fù)載慣量比2562022各軸馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向(CW-111，CCW111)-1112023各軸速度回授脈波數(shù)81922024各軸位置回授脈波數(shù)125002084各軸混合

59、齒數(shù)比之分子(N)依規(guī)格2085各軸混合齒數(shù)比之分母(M)依規(guī)格需要修改的 K 參數(shù)：K6.0=0第四軸動(dòng)作時(shí)電磁閥為 0：松開(kāi) 1：夾緊)K8.2=0第四軸夾緊時(shí)是否伺服 OFF。0：不 OFF 1：OFF)常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文33K8.6=0切至手動(dòng)模式時(shí)，第四軸是否自動(dòng)松開(kāi)0:自動(dòng)松 1：夾緊第第 8 8 章章 四軸的試切削四軸的試切削圓柱凸輪是機(jī)械設(shè)備最常用的零件，種類(lèi)比較多，需求量比較大。又因?yàn)閳A柱凸輪在普通的加工中心機(jī)床上是無(wú)法加工的，必須需要有安裝第四軸的數(shù)控車(chē)床才能加工的，所以本設(shè)計(jì)改造就把圓柱凸輪作為第四軸的試切削驗(yàn)證，看下改造的凱達(dá)加工中心上增加第

60、四軸的功能是否齊全。圖 8-1 圓柱凸輪的設(shè)計(jì)圖紙第一步：在 UG 軟件程序上，建模設(shè)計(jì)制造出一個(gè)圓柱凸輪的模型。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文34圖 8-2 UG 建模第二步：根據(jù)自己所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)完成圓柱凸輪的刀軌加工行進(jìn)路線。圖 8-3 刀軌加工行進(jìn)路線常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文35第三步：做完刀軌加工工藝路線后，進(jìn)行建模仿真的 3D 動(dòng)態(tài)模擬加工。圖 8-4 仿真 3D 動(dòng)態(tài)模擬加工第四步：建模的 3D 動(dòng)態(tài)仿真模擬無(wú)誤后，進(jìn)行建模的后處理工序，就是導(dǎo)出加工步驟順序程序，選中 MILL-4-AXIS 導(dǎo)出四軸聯(lián)動(dòng)加工順序程序。圖 8-5 導(dǎo)出四軸聯(lián)