普通車床數(shù)控化改造總體方案設(shè)計方案

1、普通車床數(shù)控化改造總體方案設(shè)計1.機械部分的改造設(shè)計ca6140 車床的主軸以及進給系統(tǒng)都是由法蘭式電動機拖動。 普通車床 主軸傳動系統(tǒng)部分 改造難度大、 成本高， 且精度提高有限，所以在改造此類機床時， 搖臂鉆床 要選那些主軸各 方面性能能滿足使用要求的。 改造時， 保留原主軸系統(tǒng)， 對進給傳動系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)進 行改造。進給傳動系統(tǒng)的傳動精度及效率也是數(shù)控機床性能的重要組成部分。原機床進給箱為交 換齒輪箱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反向間隙大、傳動精度差。在改造過程中，采用步進電動機與滾珠絲 杠，并裝有減速機構(gòu)的傳動方式， 通過減速機構(gòu)可得到所需的減速比并增大驅(qū)動力矩。 普通 車床原機床是用滑動絲杠，

2、傳動誤差大， 因此在數(shù)控化改造中將其更換為滾珠絲杠。 滾珠絲 杠的傳動效率高、無爬行、預(yù)緊后可消除反向間隙、精度高。改造后 ca6140 車床的橫向、 縱向傳動方式為：步進電動機一消隙齒輪一滾珠絲杠螺母副一工作臺的傳動方式。 ca6140 車床垂直方向的傳動方式為： 步進電動機一圓錐齒輪一滾珠絲杠螺母副一工作臺。 同時， 垂 直方向還應(yīng)考慮滾珠絲杠的自鎖，采用超越離合器的自動平衡裝置實現(xiàn)自鎖。ca6140 車床的導(dǎo)軌是采用鑄鐵 -鑄鐵或鑄鐵 淬火鋼滑動導(dǎo)軌，其靜摩擦因數(shù)大，搖臂 鉆床動、靜摩擦因數(shù)相差較大， 低速時易出現(xiàn)爬行，力矩損失大， 影響運動的平穩(wěn)性和定位 精度。若是將導(dǎo)軌改造成滾動導(dǎo)軌

3、或靜壓導(dǎo)軌，工藝復(fù)雜、費用大、周期長；所以在對 ca 6140 車床改造時采用在普通車床原導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶的方法。聚四氟乙烯軟帶是 以聚四氟乙烯樹脂為基材與耐磨填充料復(fù)合后， 在常溫下用模壓法成型燒結(jié)、 車削和活化處 理制得。其特點是摩擦因數(shù)低，抗磨損，靜、動摩擦因數(shù)差值小，定位準確，防振消聲運行延長導(dǎo)軌副使用壽命平穩(wěn)，低能耗， 具有耐老化和足夠的力學(xué)性能，對提高機械加工精度、 也有一定的作用。這種方法比較方便，費用低，動、靜摩擦因數(shù)相差小，耐磨性和抗咬傷力 強，具有良好的自潤滑和抗振性，進給運動無爬行，運動平穩(wěn)。2伺服系統(tǒng)的改造、選型ca6140 的原調(diào)速方法是靠交換齒輪調(diào)速、人工手

4、動，不能實現(xiàn)伺服調(diào)速。搖臂鉆床改造 后需實現(xiàn)數(shù)控?zé)o級調(diào)速， 必須使用與數(shù)控系統(tǒng)配對的伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 根據(jù)進給脈沖指令輸入 驅(qū)動裝置， 普通車床經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，驅(qū)動執(zhí)行電動機轉(zhuǎn)動。因此， 在改造過程中要根據(jù)所選的電動機參數(shù)來選擇合適的伺服系統(tǒng)。在驅(qū)動執(zhí)行裝置中，直流伺服電動機的價格昂貴，在普通機床的數(shù)控化改造中一般采用 步進電動機和交流伺服電動機。 步進電動機采用脈沖數(shù)字信號進行控制， 每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差 自動變?yōu)榱?，能方便地實現(xiàn)調(diào)速及定位，改變各相繞組的接通次序即可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。在 ca 6140 車床數(shù)控化改造中，采用步進電動機拖動的開環(huán)控制系統(tǒng)。3電氣系統(tǒng)的改造、選型 原機床的電氣

5、電路比較分散，電氣元件使用時間也較長，老化現(xiàn)象嚴重，故障幾率大， 會影響加工穩(wěn)定性。 且改造后需要增加伺服電動機、 普通車床驅(qū)動器及數(shù)控系統(tǒng)的電氣連接。把機床中原控制電路拆掉，采用以數(shù)控裝置內(nèi)置 PLC 為主的現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)， 搖臂鉆 床用軟件實現(xiàn)邏輯控制， 可以省去大量的控制電器及線路連接。數(shù)控機床的主軸、 冷卻、橫 向、縱向、 垂直方向步進電動機等需系統(tǒng)自動控制，為此需設(shè)計強電控制電路。電器元件可 保留使用原機床中的變壓器、 自動斷路器等。 把所需控制的部件與數(shù)控裝置連接好， 拆除原 電控箱，原位安裝改造后的電控箱；改造后的元件都裝在電控箱里。4數(shù)控系統(tǒng)選型 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心。它

6、的主要功能是正確識別和解釋數(shù)控加工程序，對解釋結(jié) 果進行各種數(shù)據(jù)計算和邏輯判斷處理， 完成各種輸入、 輸出任務(wù)。 普通車床其形式可以是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置或計算機數(shù)控裝置。在數(shù)控化改造中，應(yīng)該考慮成本問題和舊機床本身具有的精度局限性，搖臂鉆床所以數(shù) 控系統(tǒng)選型方面也要考慮成本問題。 銑床的數(shù)控化改造屬于經(jīng)濟型改造， 一般選用經(jīng)濟型數(shù) 控系統(tǒng)。從國外進口的系統(tǒng)，雖然在穩(wěn)定性和加工精度方面有一定的優(yōu)勢， 但價格昂貴、成 本高。 目前國內(nèi)市場上主要的經(jīng)濟型系統(tǒng)有北京航天數(shù)控公司、 華中數(shù)控設(shè)備有限公司、 廣 州數(shù)控設(shè)備有限公司等生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)， 普通車床它們的數(shù)控系統(tǒng)在性能上可以滿足

7、本設(shè)計 的使用要求，且價格合理。GSK 的數(shù)控廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 GSK 990MA 銑床數(shù)控系統(tǒng)為廣州數(shù)控設(shè)備有限公司自主 研發(fā)的普及型銑床數(shù)控系統(tǒng)，采用 32 位高性能的 CPU 和超大規(guī)?？删幊唐骷?FPGA ，搖 臂鉆床實時控制和硬件插補技術(shù)保證了系統(tǒng)微米級精度下的高效率，可編輯的 PLC 使邏輯 控制功能更加靈活強大。由于國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)較為經(jīng)濟實惠，所以選用廣州數(shù)控 系統(tǒng)。普通車床數(shù)控改造方案（伺服）待改造設(shè)備明細：序號 機床型號數(shù)量機床生產(chǎn)廠生產(chǎn)日期1C6150*15001沈陽20022JIC616*13002濟南2004普通車床數(shù)控改造改造內(nèi)容及配置：1、采用圣維 SWAI

8、 SKC2 Fa 數(shù)控車床系統(tǒng)對該機床進行改造，交流伺服電機采用國產(chǎn)伺服電機，交流 伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、取消原機床前刀架及相關(guān)傳動機構(gòu)，僅對原機床后刀架進給機構(gòu)進行數(shù)控改造。3、采用四度電機 +彈性聯(lián)軸器 +滾珠絲杠副的傳動方式。4、曾裝軸承座、螺母座、電機座 等相關(guān)零部件。5、增裝 X 、Z 行程開關(guān)及相關(guān)附件。6、增裝 Z 向?qū)к壏雷o裝置。7、電氣控制柜安裝，操作箱安裝在電控柜上方（根據(jù)實際情況確定是否增加支臂 ）。8、增加機床潤滑控制方式及手動潤滑泵、數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)對主軸啟、?？刂?，冷卻泵啟、?？刂啤８?造后機床進給軸行程不低于原機床行程，幾何精度不低于改造前的精度。9、改造

9、后兩個進給軸快速進給速度為 30005000mm/min（ 視機床本身而定 ）。10、備貨周期為 510 天，現(xiàn)場改造及培訓(xùn)周期為 57 天。 圣維 skc2Fa 數(shù)控系統(tǒng)配置及功能。普通車床數(shù)控改造主要特點1、采用高性能微處理器和基于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA ）的專用數(shù)控電路，實現(xiàn)粗細高速插補。2、液晶（ LCD ）圖文顯示、中文操作菜單、友好界面。3、自動升降速速控制?？膳浣涣魉欧?qū)動器和步進驅(qū)動器。4、內(nèi)置電子齒輪。5、位置反饋坐標實時顯示。 普通車床數(shù)控改造實現(xiàn)主要功能G 功能： 30 多種 G 代碼：各種循環(huán)（內(nèi)、外、端面、錐面、錐面、柱面、單頭、多頭螺紋循環(huán)、柱面、端 面、錐面循

10、環(huán)加工等） ；X 軸直徑、半徑編程；回起刀點位置校驗；可實現(xiàn)恒線速切削。 編輯功能：全屏幕編輯 自動功能：自動執(zhí)行加工程序；自動過程中可以暫停、斷停、速度倍率修調(diào)、調(diào)整主 轉(zhuǎn)速；空運行；斷點等。手動功能：手動連續(xù)運行；手動增量；手脈進給（選件） ；手動回參考點；手動回機 零點；手動換到等。主軸功能：“有極調(diào)速”：SOS13; “無極調(diào)速”：SOS9999。刀具功能：可控 4-12 工位刀架； 12 組刀補值；定點對刀、試切對刀生成刀補，具有 具長度和半徑補償，螺距誤差補償，反向間隙補償?shù)取］o助功能：手動、自動控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止；手動、自動控制冷卻液；自動控制夾具；子程序調(diào)用 及子程序 循

11、環(huán)調(diào)用；程序無條件轉(zhuǎn)移等。通訊功能：RS232接口，可實現(xiàn) CNC系統(tǒng)與PC及通訊。 其他功能：監(jiān)控、報警功能、零件加工圖形顯示（直線、圓弧切削時顯示為整個圖形） 普通車床數(shù)控改造、調(diào)試及試加工事項：1 、機床改造周期：從合同需方支付預(yù)付款到供方賬戶之日起20 個工作日，將機床改造的零件、系統(tǒng)發(fā)貨 至需方現(xiàn)場。2、在改造工程中，若有部分零件需要在永和現(xiàn)場加工、大型的機床零部件拆卸與安裝等情況，請需方提供 及時的支持與幫助。對于普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計方案時， 應(yīng)遵循的原則是：在滿足設(shè)計要 求的前途下，對機床的改動應(yīng)盡可能的少，以降低成本。一、車床的數(shù)控改造1、數(shù)控機床工作原理及

12、組成1）數(shù)控機床工作原理：數(shù)控機床加工零件時，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主運動的變化、起停，進給運動的方向、 速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、 工件夾緊松開和冷卻潤滑的開、 關(guān)等動作，使刀具與工 件及其它輔助裝置嚴格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合要求的零件。2）數(shù)控機床的組成：數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖 如下圖所示：IP 國機床阿（】Eachiie主袖控制單元主鈾機床截控機床組於工 作 臺速度控制單元一伺服電機com俺立網(wǎng)2、設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)普

13、通車床（C618 ）的數(shù)控改造設(shè)計內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗證、機械改造部分的 設(shè)計計算（包括縱向、橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算）、主運動自動變速原理及改造后的機床 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計、機床調(diào)速電動機控制電路的設(shè)計、電磁離合器的設(shè)計計算。本設(shè)計任務(wù)是對 C618 臥式車床進行數(shù)控化改造，實現(xiàn)微機對車床的數(shù)控化控制。利用 微機對車床的縱向、 橫向進給系統(tǒng)進行數(shù)字控制， 并要達到縱向最小運動單位為 0.01 /脈沖， 橫向最小運動單位 0.005 /脈沖，主運動要實現(xiàn)自動變速，刀架要改造成自動控制的自動轉(zhuǎn) 位刀架，要能自動的切削螺紋。3、數(shù)控部分的設(shè)計改造1）數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定 數(shù)控系統(tǒng)按其運動軌

14、跡可分為：點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點位控制系統(tǒng)只要求控 制刀具從一點移到另外一點的位置， 而對于運動軌跡原則上不加控制。 連續(xù)控制系統(tǒng)能對兩 個或兩個以上坐標方向的位移進行嚴格的不間斷的控制。 由于 C618 車床要加工復(fù)雜輪廓零 件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2）伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計改造 數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)按有無位置檢測和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、 閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制方案的優(yōu)點是可以達到和好的機床精度， 能補償機械傳動系統(tǒng)中的各種誤差， 消除 間隙、干擾等對加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過載

15、能力強，又采用反饋控制，因此性能遠優(yōu)于以步 進電動機驅(qū)動的開環(huán)控制系統(tǒng)。 但是， 采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜， 設(shè)計上也要有 其自身的特點，技術(shù)難度較大。開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路， 因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差， 但其結(jié)構(gòu)簡單， 易 于調(diào)整，所以常用于精度要求不高的場合。經(jīng)過上序比較，由于所改造的 C618 車床的目標加工精度要求不高，所以決定采用開環(huán) 控制系統(tǒng)。3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響 整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。數(shù)控裝置的設(shè)計方案通常有：可以全部自己設(shè)計制作可以采用單板機或 STD 模塊或工控機改制可以

16、選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動在普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計周期較長且不經(jīng)濟，同時質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟。所以不課程設(shè)計將采取第三鐘方案。4、機械改造部分的設(shè)計1）主傳動部分的改造設(shè)計將原機床的主軸電動機換成變頻調(diào)速電動機，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機床的 主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機構(gòu)。改造后使其主運動和進給運動分離， 主軸電動機的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。2）進給機構(gòu)的改造將原機床的掛輪機構(gòu)、進給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除。縱向、橫向進給以步進電動機作為驅(qū)動元件經(jīng)一級齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動。3）其它部件的改造刀架部分：拆除原手動

17、刀架和小拖板，安裝由微機控制的四工位電動機刀架，該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長、工藝性好等優(yōu)點。、可行性論證根據(jù)自動化制造系統(tǒng)，可行性論證使用戶建造自動化制造系統(tǒng)項目前所進行的技術(shù) 和經(jīng)濟性分析報告， 是上級主管部門審定和批準立項的基本依據(jù)。 同樣， 在進行普通車床的 經(jīng)濟型數(shù)控改造之前進行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個方面進 行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及存在的問題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標，改造的基礎(chǔ)條件、目標、 技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實施計劃，結(jié)論等。由于本設(shè)計僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計，故

18、在此，設(shè)計者僅對改造的投資概算作一簡 要的可行性論證。本改造設(shè)計是對普通車床 C618 進行經(jīng)濟型數(shù)控改造。 在改造設(shè)計中， 采用的是廣州數(shù)控設(shè) 備廠生產(chǎn)的 GSK980T 型數(shù)控系統(tǒng)， 加上兩臺伺服電機， 兩套滾珠絲杠副和相配的傳動部分 以及齒輪副， 一臺變頻調(diào)速電動機， 四個電磁離合器以及主傳動部分的齒輪副。 這樣設(shè)備改 造費用和舊設(shè)備費用總計不會超過 15 萬元。因此，對普通車床作經(jīng)濟型數(shù)控改造適合我國 國情，是國內(nèi)企業(yè)提高車床的自動化能力和精密程度的有效選擇。 它具有一定的典型性和實 用性。普通車床數(shù)控改造內(nèi)容及配置：1、采用圣維 SWAI SKC2 Fa 數(shù)控車床系統(tǒng)對該機床進行改造，交流伺服電 機采用國產(chǎn)伺服電機，交流伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、取消原機床前刀架及相關(guān)傳動機構(gòu)，僅對原機床后刀架進給機構(gòu)進行數(shù)控改 造。3、采用四度電機 +彈性聯(lián)軸器 +滾珠