對(duì)CA6140的改造方案

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告一引言數(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(guó)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。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀： 我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，隨著科技的發(fā)展，科技技術(shù)是第一生產(chǎn)力越來越明顯，制造 的產(chǎn)品越來越復(fù)雜，精度也越來越高，以前的機(jī)床已不能滿足當(dāng)今世界加工要求，

2、從而使數(shù)控 技術(shù)得到廣泛的運(yùn)用。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在 70 年代末、 8 0 年代初已開始大 規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（包括軍、民機(jī)械工業(yè)）進(jìn)行技術(shù)改 造。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造（稱之為信息化），最終使得他們 的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。 而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā) 達(dá)國(guó)家約落后 20 年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重（數(shù)控化率）到 19 9 5 年只有 1.9 ，而日本在 19 9 4 年已達(dá) 20.8 ，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上 說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展

3、中國(guó)家，企業(yè)資金普遍緊張，而新的數(shù)控機(jī) 床價(jià)格很貴，一臺(tái)機(jī)床動(dòng)不動(dòng)就是幾十萬、幾百萬。因此決定了企業(yè)不能把買新數(shù)控設(shè)備作為 唯一的數(shù)控化之路。企業(yè)的數(shù)控化之路有三：一是對(duì)關(guān)鍵工藝的關(guān)鍵設(shè)備，當(dāng)國(guó)內(nèi)尚不能生產(chǎn) 或與國(guó)外同類產(chǎn)品質(zhì)量有較大差別時(shí)， 則應(yīng)下決心進(jìn)口； 第二是對(duì)原有已使用十幾年的現(xiàn)有數(shù) 控設(shè)備進(jìn)行更新改造，即對(duì)電控進(jìn)行更新，對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行大修，這樣使現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備可以像 新機(jī)床一樣，再可靠使用十年以上；第三是對(duì)現(xiàn)有普通設(shè)備進(jìn)行數(shù)控化升級(jí)改造，實(shí)踐告訴我 們這種做法可以獲得非常實(shí)用、非常便宜的數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)節(jié)約大量技改資金。目前高檔型數(shù)控系統(tǒng)和普及型數(shù)控系統(tǒng)的功能雖然越來越齊全 ,

4、但因價(jià)格較貴 , 且在某些 具體應(yīng)用的場(chǎng)合 , 這些系統(tǒng)的功能得不到充分應(yīng)用。 所以 , 為了降低價(jià)格 , 追求實(shí)用性 , 便出現(xiàn) 了適應(yīng)不同加工要求 , 功能簡(jiǎn)化的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)可以滿足一般的精度要求 用于加工形狀簡(jiǎn)單的直線、斜線、圓弧以及帶有螺紋的零件。它適用于多品種、大、中、小批 量的自動(dòng)化生產(chǎn) , 對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)。加工出的產(chǎn)品尺寸一致性好、合格率高?？梢怨?jié)省大的 需求潛力是很大的 , 發(fā)展前景是光明的。而在數(shù)控系統(tǒng)的需求中 , 符合我國(guó)國(guó)情 , 具有中國(guó)特 色的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) , 因其技術(shù)成熟、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、覆蓋面廣、容易掌握 , 因而更加適合我國(guó)廣 大用戶的需要?？梢?/p>

5、 , 從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā) , 緊密圍繞國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)發(fā)展的需要 , 大力 發(fā)展量大面廣的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) , 可以顯著地提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 。研究?jī)?nèi)容 :本次設(shè)計(jì)是將 C6140 改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床預(yù)期結(jié)果： 通過改造后的機(jī)床可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件；可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高37倍；加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要"修配 "；可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)；降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期， 。目錄1.總體或概

6、念設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未定義書簽。1.1 設(shè)計(jì)改造方案的確定1.2總體布局的設(shè)計(jì) 42 、數(shù)控系統(tǒng)的選擇62.1 、 FANUC 0 系列的主要功能及特點(diǎn)：錯(cuò)誤 !未定義書簽。2.2 、 SIEMENS 數(shù)控系統(tǒng)的主要功能：錯(cuò)誤 !未定義書簽。2.3 、 FANUC 0i-A 系列的主要功能及特點(diǎn)：錯(cuò)誤 !未定義書簽。3 、數(shù)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及連接103.1 、基本構(gòu)成103.2 、部件的連接114 、 主傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣控制錯(cuò) 誤 ! 未定義書簽。5 、進(jìn)給系統(tǒng)的電氣控制136 、刀架的電氣控制137 、光電脈沖編碼器187.1 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)187.2 光電脈沖編碼器的工作原理197.3 光

7、電脈沖編碼器的應(yīng)用（如何用于改裝的CK6132 ）198、總裝圖總圖電柜圖9、 系統(tǒng)安裝調(diào)試與分析錯(cuò)誤 !未定義書簽。參 考 文 獻(xiàn) 231.總體或概念設(shè)計(jì)一、總體方案：總體框架說明：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 速三軸步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制卡，它有16位的數(shù)字輸入、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、光電耦合電路是自己設(shè)計(jì)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

8、原來的絲桿，溜板箱，變速箱等，保留原來的三 爪卡盤等。5、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器是采用 南京四通公司的。驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓式45V， 考慮步進(jìn)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。 &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。二、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

9、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)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)+剛性聯(lián)軸器+滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。根據(jù)計(jì)算，要求步進(jìn)電機(jī)的扭距是5 Nm。我們選用步進(jìn)電機(jī)是南京四通公司的 86BYG250C-SAFRBC-0302，步距角選用091.8，扭距是7.5Nm。驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)是 SH20806，輸入電壓是45V。三、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 VC+ + 6.0編寫，該軟件的加工界面如圖2。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

10、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。四、主軸系統(tǒng)改造 拆除了原來

11、的主軸變速箱，采用變頻器+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 7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)。利用變頻器的五個(gè)端子，可以用數(shù)字量控制電機(jī)的正，反轉(zhuǎn)，停止及各檔速度。本變頻器是松下產(chǎn)品，其中七檔頻率在 A20A26中設(shè)置，端口應(yīng)該由端口控制器（A1 ）控制。本系統(tǒng)沒有采用手工機(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，自動(dòng)控制主軸電機(jī) 轉(zhuǎn)速。五、刀架結(jié)構(gòu)由于本車床刀架改裝以后，只能安裝兩把刀具，一把用于車削普 通柱，錐面及端面，一把用于加工螺紋，故沒有采用旋轉(zhuǎn)式刀架，刀具是被安裝在刀架 的

12、前后兩端，采用X軸前后走刀以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。數(shù)控系統(tǒng)目前在市場(chǎng)上可提供各種經(jīng)濟(jì)性和標(biāo)準(zhǔn)性的 FANUC 0數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)性的數(shù)控系 統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，技術(shù)容易掌握及制造成本低等特點(diǎn)， 而標(biāo)準(zhǔn)性的數(shù)控系統(tǒng) 具有性能完善，與機(jī)械、強(qiáng)電接合方便，可靠性高等特點(diǎn)?？刂品椒ㄍǔ？刂葡到y(tǒng)的控制方法分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三種。開環(huán)控制系統(tǒng)無位置檢測(cè)反饋裝置，其加工精度由執(zhí)行元件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度來保證。定位精度低一般只能±0.02mm/300mm，且這種控制方式多以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，因此受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的影響，進(jìn)給數(shù)度一般不高。但該控制方式的投資少，安裝調(diào)試方便，因此適用 于精度要求不高的

13、機(jī)床的改進(jìn)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)雖然改造費(fèi)用較大，但控制精度高可 達(dá)到土0.01mm/300mm，且多以直流、交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，速度也比開環(huán)控制方式高，安裝調(diào)試也比較方便，因此適用于控制精度要求較高的機(jī)床改進(jìn)。閉環(huán)控制系統(tǒng)由于需直接測(cè)量出移動(dòng)部件的實(shí)際位置，要在機(jī)床的相應(yīng)的部位安裝直線檢測(cè)元件，工作量大、費(fèi)用高、調(diào)試?yán)щy。他的穩(wěn)定性與機(jī)械部分的各種非線性因素有很大的 關(guān)系，因此在機(jī)床數(shù)控化改造中一般不用這種控制方式。伺服驅(qū)動(dòng)元件目前在機(jī)床的數(shù)控花改造中常用的驅(qū)動(dòng)元件有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)。這些驅(qū)動(dòng)元件，配以適當(dāng)?shù)墓Ψ叛b置，組成伺服系統(tǒng)。主運(yùn)動(dòng)變速普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)一般

14、都采用普通交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)的變速主要由變速 箱的各滑移齒輪位置的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。由于改造后的機(jī)床要求傳動(dòng)的效率要高且變速范圍 廣，這就要求傳動(dòng)連要短且驅(qū)動(dòng)元件的調(diào)速 范圍要廣。對(duì)要求加工螺紋的機(jī)床，應(yīng)在 主軸的相應(yīng)的位置安裝主軸位置脈沖編碼器進(jìn)行。機(jī)械部分機(jī)械系統(tǒng)的改造方案主要涉及提高移動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)特性，女口：靈活性，減小和消除傳動(dòng)間隙，特別是減小反動(dòng)間隙，其改造的工程量大。通常的改造部位有導(dǎo)軌副、傳動(dòng) 元件、以及聯(lián)軸器等。A、導(dǎo)軌副普通機(jī)床的導(dǎo)軌多采用滑動(dòng)導(dǎo)軌， 效率低，在低速時(shí)易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，直接的影響 了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。若把滑動(dòng)導(dǎo)軌改為滾動(dòng)或靜壓導(dǎo)軌，這就要求工藝復(fù)雜， 許多

15、的相關(guān)的零件需要進(jìn)行更換或加工，改造的工作量大、周期長(zhǎng)、改造費(fèi)用高，實(shí)現(xiàn) 起來比較困難。另一種改造方案是采用貼塑導(dǎo)軌，既來的滑動(dòng)導(dǎo)軌上貼上特種塑料材料如：聚四氟乙烯，這樣能有效的防止爬行現(xiàn)象且這種材料具有自潤(rùn)滑性，提高了導(dǎo)軌壽命，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，零部件不需更換、加工部位少、改造的工作量小、周期短、費(fèi)用低。在數(shù)控化 改造中得到了廣泛的應(yīng)用。B、傳動(dòng)元件在普通機(jī)床數(shù)控化的改造中所涉及的傳動(dòng)元件是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 副。普通車床通常采用普通滑動(dòng)絲杠副。而數(shù)控車床由于要求移動(dòng)部件靈敏、精度高、 反應(yīng)快、無爬行，因此采用滾珠絲杠副來滿足要求。再使用滾珠絲杠副時(shí)應(yīng)注意，由于 滾珠絲杠副具有可逆?zhèn)鲃?dòng)

16、性沒有自鎖能力，在高速達(dá)慣性系統(tǒng)中需要設(shè)置制動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于滾珠絲杠副的徑項(xiàng)尺寸較大，在進(jìn)行普通車床的數(shù)控化改造時(shí)， 許多相應(yīng)的部 分都需要修改，因此，如果在數(shù)控化改造中，須采用其他傳動(dòng)元件，應(yīng)注意消除間隙措 施的采用，如雙齒輪消隙機(jī)構(gòu)會(huì)采用同步齒輪帶傳動(dòng)以提高反向精度。C、聯(lián)軸器為消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，伺服驅(qū)動(dòng)元件所采用聯(lián)軸器多 數(shù)采用無鍵連接，如錐銷剛性聯(lián)軸器、錐環(huán)聯(lián)軸器等。C6140主要用于對(duì)中小型的軸類、盤類及螺紋零件的加工。其數(shù)控改造后數(shù)控系 統(tǒng)控制的對(duì)象主要有：主軸的正反轉(zhuǎn)、主軸的變速；刀架的縱向和橫行的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制， 刀具的選擇控制、刀位自動(dòng)換刀的控制；冷卻液的

17、開、?？刂?；脈沖編碼器的加裝等。 根據(jù)C6140普通車床的相關(guān)資料，確定總體的改造方案。機(jī)床改造項(xiàng)目主要有：主傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪有級(jí)變速改為變速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的無級(jí)變速； 撤掉手動(dòng)刀架和小拖板裝上數(shù)控刀架；撤掉普通絲杠、光杠進(jìn)給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸上加一對(duì)齒輪副帶動(dòng)一個(gè)脈沖編碼器。改變導(dǎo)軌的組合形式。改 造后的機(jī)床傳動(dòng)形式為下圖所示：JL帛IIITTJ m圖1-1機(jī)床傳動(dòng)形式1.2總體布局的設(shè)計(jì)與其他的數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)一樣，數(shù)控車床的總體結(jié)構(gòu)和普通機(jī)床的既有相同之處又 有諸多不同之處?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)是高精度、高速和重切削，這就對(duì)機(jī)床的總 體結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。因此，與改造前相比

18、，從床身的擺放位置上看機(jī)床的形式主 要可以分為：水平床身水平導(dǎo)軌和斜床身斜導(dǎo)軌，其水平床身水平導(dǎo)軌工藝性好，便于導(dǎo)軌面的加工。運(yùn)動(dòng)精度高。但是水平床身由 于下部的空間小，故排屑困難。從結(jié)構(gòu)上看，刀架水平放置使得滑板橫橫向尺寸較長(zhǎng)， 從而加大了機(jī)床寬度方向的結(jié)構(gòu)尺寸。其斜床身斜導(dǎo)軌傾斜的角度分別為 30 °、0 °75。以及90 °的立式床身。傾斜度小 排屑不便；傾斜度大導(dǎo)軌的導(dǎo)向性差，受力情況也不好。導(dǎo)軌傾斜度的大小還會(huì)影響機(jī) 床的外形尺寸高度和寬度的比例。綜合上述所示的各種形式機(jī)床的優(yōu)、缺點(diǎn)而把機(jī)床設(shè)計(jì)為水平床身斜導(dǎo)軌，導(dǎo)軌斜 度設(shè)計(jì)為60。這樣就盡可能的綜合優(yōu)

19、點(diǎn)排除缺點(diǎn)。由于數(shù)控機(jī)床的加工精度要求一般比普通機(jī)床的高，導(dǎo)軌的作用主要是對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起導(dǎo)向 和支持。也就是支承運(yùn)動(dòng)部件并保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下能準(zhǔn)確的沿著規(guī)定方向運(yùn)動(dòng)。因此， 導(dǎo)軌的制造精度和安裝精度直接的影響機(jī)床的加工精度。改造后的機(jī)床的導(dǎo)軌應(yīng)滿足導(dǎo)向精度 高、精度保持性好、足夠的剛度、良好的摩擦性能以及導(dǎo)軌的工藝性要好，便于制造和裝配，便 于檢驗(yàn)、調(diào)整和維修，而且有合理的導(dǎo)軌防護(hù)、潤(rùn)滑措施等。導(dǎo)軌按其性能可分為導(dǎo)向性好和受 力性好的導(dǎo)軌。按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌；機(jī)床上常用的導(dǎo) 軌按其外形有矩形導(dǎo)軌、三角形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌、圓柱形導(dǎo)軌等幾種；導(dǎo)軌的組合形式有

20、雙三 角形組合、雙矩形組合、三角形-平形組合、三角形-矩形組合、平平三角形組合、三角形-三角形 -平形組合等幾種。本次改造可以選用安裝和調(diào)整放便的矩形導(dǎo)軌和雙三角形組合（如下圖）；其選用矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)便，承載能力大。水平方向和垂直方向的位置各不相關(guān)。即一個(gè)方向上的調(diào)整不會(huì)影響到 另一個(gè)方向上的位移，因此安裝、調(diào)整都較方便。矩形導(dǎo)軌起導(dǎo)向作用的導(dǎo)軌面 N、K，磨損 后不能自動(dòng)的補(bǔ)償間隙，須有調(diào)整間隙裝置；其選用雙三角形組合是因這種導(dǎo)軌（圖 1-6A、B） 同時(shí)起支承、導(dǎo)向作用。磨損后相對(duì)位置不變，能自行補(bǔ)償垂直方向及水平方向的磨損。導(dǎo)向精 度高，但要求四個(gè)表面的刮削或磨削后同時(shí)接觸，工藝性較差，

21、床身與運(yùn)動(dòng)部件熱變形不一樣時(shí)，難保證四個(gè)同時(shí)接觸。這種導(dǎo)軌常用于龍門刨床與高精度車床。圖1-5導(dǎo)軌的截面形式I；圖1-6雙三角形組合3、數(shù)控系統(tǒng)的選擇本次改造數(shù)控系統(tǒng)可以選用FANUC 0系列：FANUC 0系列分別有A、B、C、D等產(chǎn)品，在這四種產(chǎn)品中，目前在國(guó)內(nèi)使用最多的是普及型 FANUC 0 D和FANUC 0 C系列。1、FANUC 0系列采用高速微處理器芯片，現(xiàn)在的產(chǎn)品都改用使用Intel 80486DX22、產(chǎn)品采用高可靠性的硬件設(shè)計(jì)及全自動(dòng)化生產(chǎn)制造：采用高品質(zhì)的元器件，大量采用專用VLSI芯片。3、豐富的系統(tǒng)功能：在系統(tǒng)的功能上具有刀具壽命管理、極坐標(biāo)插補(bǔ)、多邊形加工、簡(jiǎn)易同

22、步控制、Cf軸控制（主軸回轉(zhuǎn)由進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)、回轉(zhuǎn) 位置可與其它進(jìn)給軸一起參與插補(bǔ)）忽然 Cs軸控制（主軸電機(jī)不是進(jìn)給伺服 電機(jī)，而是FANUC主軸電機(jī)，由裝在主軸上的編碼器檢測(cè)主軸位置，可與其 它進(jìn)給軸一起參與插補(bǔ)），串行和模擬的主軸控制、主軸剛性攻絲、多主軸控 制功能、主軸同步控制功能、PLC梯形圖顯示和PLC梯形圖編輯功能（需要 編程卡）、PLC軸控制功能等。用戶還可以通過編程對(duì)顯示屏幕、處理過程控 制等進(jìn)行編輯，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化機(jī)床的設(shè)計(jì)。4、具有高精度的控制：FANUC 0C數(shù)控系統(tǒng)采用了多CPU方式進(jìn)行分 散處理，實(shí)現(xiàn)了高速連續(xù)的切削；對(duì) PLC的接口增加了高速 M、S、T接口功

23、能，進(jìn)一步縮短了執(zhí)行時(shí)間，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度；系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高速的DNC操作。5、全數(shù)字伺服控制結(jié)構(gòu)：可以實(shí)現(xiàn)伺服波形（位置、偏差、電流）的 CRT 顯示，用于伺服系統(tǒng)的診斷調(diào)試。6、全數(shù)字的主軸控制：FANUC 0C系統(tǒng)除了模擬接口以外，還提供了串 行主軸控制，主軸控制信號(hào)通過光纜與主軸放大器連接，連接方便、簡(jiǎn)潔、可 靠?？梢詫?shí)現(xiàn)主軸的剛性攻絲、定位、雙主軸的速度、相位同步以及主軸的Cs輪廓控制。圖3-1為FANUC 0系統(tǒng)基本軸控制板（AXE ）與伺服放大器、伺服電機(jī) 編碼器連接圖。圖3-1M184M199為軸控制板上的插座編號(hào)，其中 M184、M187、M194、M197為控制器指令輸出

24、端；M185、M188、M195、M198是內(nèi)裝型脈沖編碼器輸入端，在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中為速度 /位置反饋。在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中作為速度反饋，M186、M189、M196、M199只作為在全閉環(huán)伺服系統(tǒng)中的位置反饋，可以接分離型脈沖編碼器或光柵。H20表示20針HONDA插頭，M表示“針”，F(xiàn)表示“孔”。如果選用絕對(duì)編碼器，CPA9端接相應(yīng)電池盤主板匚二疙基M3本控V5制板'11、灼電 源 單 元sr.57.P3CP?£2-I-I叮八門單元L設(shè)備-手搖脈沖發(fā)生器電池33-主軸控制電路主軸位置編碼器:桿汁：電源ON/OF電路輸出分扇 = 單元 ，-單相輸入圖3-2 FANUC 0系

25、統(tǒng)存儲(chǔ)器板、電源單元連接圖在圖3-2電源單元中，CP15為24V DC輸出端，供顯示單元使用，BN6.F 為6針棕色插頭；CP1是單相AC220V輸出端，BK3.F為3鎮(zhèn)黑色插頭；CP3 接電源開關(guān)電路；CP2為AC220 V輸出端，可以接冷卻風(fēng)扇或其他需要 AC220V 設(shè)備。圖3-3圖3-3這是內(nèi)置I/O接口連接圖，其中M1、M18為I/O輸出插座，共計(jì)80個(gè)I/O輸入點(diǎn)；M2、M19為I/O輸出插座，共計(jì) 56個(gè)I/O輸出點(diǎn)；M20包括24個(gè)I/O輸入點(diǎn)和16個(gè)I/O輸出點(diǎn)。這些I/O點(diǎn)可以用與強(qiáng)電柜中的中 間繼電器控制，機(jī)床控制面板的按鈕和指示燈、行程開關(guān)等開關(guān)量控制。4、數(shù)控系統(tǒng)的基

26、本結(jié)構(gòu)及連接4.1、基本構(gòu)成FANUCOi系統(tǒng)由主板和I/O兩個(gè)模塊構(gòu)成。主板模塊包括主 CPU、內(nèi)存、PMC控制、I/O Link控制、伺服控制、主軸控制、內(nèi)存卡 l/F、LED顯示等， 如圖4-1。顯示狀態(tài)/報(bào)警的L匚丨保險(xiǎn)存儲(chǔ)卡插槽存儲(chǔ)器備用電池z ir=iinIDIQa"（ I .插座串行主軸或位置編碼器插座j ； m|CD串行主軸或模擬主軸插座18伺服放大器插座4 JU嚴(yán) JfMH屮丘1s_iua< i JIZDI 設(shè)備T 一插座電源指示燈機(jī)床.；插座顯示器插座插座I 一設(shè)備插座-手搖脈沖發(fā)生器插座機(jī)床】/F插座分離式檢測(cè)器.插槽分離式二脈沖編碼器電池插槽母p .h

27、p 嚴(yán)Li .v 'KJ 嚴(yán)tl高速串行總線微型插座圖4-14.2、部件的連接FANUCOi系統(tǒng)的連接圖如圖4-2 :電源24/j電源單元CC- KCPJA)X-QUTCCPIB9CRTCJA1)CRT；JAI)i.RE3眾 尺打孔-KJ此片MPG(JA3>DIDD-XCB1C4) ri£n-EGBlCo) DIDn-3CCB10&)DWD-4CC1H-XIE顯示單兀( /CCN2JCRT(JADLZD3>3>3-A-nuTGJAe；SFL'L-l(i 乜3)3>SERVOKJSU；SERVOKJS2AOSERV03<JS3A)S

28、EWVO4<JSZ)SCALE KJS21)SCALEcS = 13 、*LF ；、WSCALE4C-S21；老“口設(shè)備（通道1）RS/口設(shè)備（通道 1）一機(jī)床一側(cè)的1/1 電源24單元 （.'儀用/ULink 勺卜可連接的單元 位置編碼器E-IFCE模擬主軸放大器串行主軸放大器伺服放大器口 位置編碼器匚串行主軸nJ;L-軸伺服電機(jī)1&N-軸伺服電機(jī)?第4軸伺服電機(jī)L-軸伺服電機(jī)3)羽-1-軸光柵尺 軸光柵尺 -| 軸光柵尺 第4軸光柵尺3>圖4-2光柵尺用的電池在圖中，系統(tǒng)的輸入電壓為 DC24V ±10 %，電壓約7A。伺服和主軸電動(dòng)機(jī)為AC200V

29、（不是220V，其他系統(tǒng)如0系統(tǒng)，系統(tǒng)電源和伺服電源均為 AC220V）輸入。這兩個(gè)電源的通電及斷電順序是有要求的，不滿足要求會(huì)出 現(xiàn)報(bào)警或損壞驅(qū)動(dòng)放大器，原則是要保證通電和斷電都在CNC的控制之下，具體見附錄表4。4、主傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣控制：將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，無級(jí)調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)分離，主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。主傳動(dòng)系一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、 工作臺(tái)）、以及開停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。4.1步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式如附錄中的表

30、 5所示，若按表中相反的順序通電，電 機(jī)則反轉(zhuǎn)。4.2步進(jìn)電機(jī)的CNC系統(tǒng)框圖系統(tǒng)中的鍵盤用來向計(jì)算機(jī)輸入和編輯控制代碼程序。顯示器用于顯示控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)值，故障報(bào)警，工作狀態(tài)和編程代碼等信息。存儲(chǔ)器用來存 放監(jiān)控程序，解釋程序，插補(bǔ)運(yùn)算程序，故障診斷程序，脈沖分配程序，鍵盤 掃描程序，顯示驅(qū)動(dòng)程序和用戶控制代碼程序。功率放大器用以對(duì)計(jì)算機(jī)送來 的脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行，如圖5-1所示存儲(chǔ)器顯示器鍵盤""-JIL存儲(chǔ)器接口顯示器接匚鍵盤接口功率驅(qū)動(dòng)器接口"1 I功率驅(qū)動(dòng)器I步進(jìn)電機(jī)Ir 圖5-14.3進(jìn)給電機(jī)的調(diào)速步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是由繞組的

31、脈沖電流控制的，即由指令脈沖決定的。指令 脈沖數(shù)決定它的轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)，即角位移的大小，指令脈沖頻率決定它的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。 只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度在很寬的范圍內(nèi)連續(xù)無 級(jí)調(diào)速5、進(jìn)給系統(tǒng)的電氣控制：將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動(dòng)一、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)作用數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖指令，并經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。二、 對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求為保證數(shù)控機(jī)床高的加工精度，要求其進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)有高的傳動(dòng)精度、高的靈敏度（響應(yīng)速度快）、工作穩(wěn)定、有高

32、的構(gòu)件剛度及使用壽命、小的摩擦及運(yùn)動(dòng)慣量，并能清除傳動(dòng)間隙。三、 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)種類 1、步進(jìn)伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。2、直流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)功率穩(wěn)定，但因采用電刷，其磨損導(dǎo)致在使用中需進(jìn)行更換。一般用于中檔數(shù)控機(jī)床。3、交流伺服電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)用極為普遍，主要用于中高檔數(shù)控機(jī)床。4、直線電機(jī)伺服進(jìn)給系統(tǒng)無中間傳動(dòng)鏈，精度高，進(jìn)給快，無長(zhǎng)度限制；但散熱差，防護(hù)要求特別高，主要用于高速機(jī)床。四、 進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)部件 1、滾珠絲杠螺母副數(shù)控加工時(shí)，需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，故采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床上一般采用滾珠絲 杠，如圖2-19所示，它可將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，滿

33、足進(jìn)給系統(tǒng)減少 摩擦的基本要求。該傳動(dòng)副傳動(dòng)效率高，摩擦力小，并可消除間隙，無反向空 行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機(jī)床 的直線進(jìn)給。2、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為了擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的工藝范圍，數(shù)控機(jī)床除了沿X、丫、Z三個(gè)坐標(biāo)軸作直線進(jìn)給外，往往還需要有繞丫或Z軸的 圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于加工中 心，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已成為一個(gè)不可缺少的部件。數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。（1 ）分度工作臺(tái)分度工作臺(tái)只能完成分度運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給，它是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時(shí)將工作臺(tái)連同工件回轉(zhuǎn)一定的角度。分度時(shí)也可以采用

34、手動(dòng)分度。分度 工作臺(tái)一般只能回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度 （如90、60和45度等）。（2 ）數(shù) 控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)外觀上與分度工作臺(tái)相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功用大不相同。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖 信號(hào)，完成圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行各種圓弧加工或曲面加工，它也可以進(jìn)行分度 工作。3、導(dǎo)軌導(dǎo)軌是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)床基本結(jié)構(gòu)的要素之一，它在很大程度上決定數(shù)控機(jī)床的剛度、精度與精度保持性。目前，數(shù) 控機(jī)床上的導(dǎo)軌形式主要有滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌等。（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛，目前多數(shù)使用金屬對(duì)塑料形式，

35、稱為貼塑導(dǎo)軌，如圖 2-20所示。貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：摩擦特性好、耐磨性好、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、工藝性好、速度較低。（2）滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌是在導(dǎo)軌面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體，使導(dǎo)軌面之間為滾動(dòng)摩擦而不是滑動(dòng)擦擦。滾動(dòng)導(dǎo)軌與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，其靈敏度高，摩擦系數(shù)小，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差 很小，因而運(yùn)動(dòng)均勻，尤其是在低速移動(dòng)時(shí)，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高， 重復(fù)定位精度可達(dá)0.2卩m ;牽引力小，移動(dòng)輕便；磨損小，精度保持性 好，使用壽命長(zhǎng)。但滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗振性差，對(duì)防護(hù)要求高 ，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困 難，成本高。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)；它一般由動(dòng)力源、 變速機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)分配

36、機(jī)構(gòu)、過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī) 構(gòu)等組成。由于本次改造經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造，X軸:Z軸:06、刀架的電氣控制：若需要，可將原刀架換成自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，則可以用程序數(shù)控轉(zhuǎn)換刀具進(jìn)行 切屑加工。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)時(shí)，首先繼電器 K1動(dòng)作，換刀電動(dòng)機(jī)正 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，使上刀體上升。當(dāng)上刀體上升到一定的高度時(shí)，離合轉(zhuǎn) 盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。刀架上方的發(fā)信盤中對(duì)應(yīng)每個(gè)刀位都安 有一個(gè)傳感器，當(dāng)上刀體旋轉(zhuǎn)到某個(gè)刀位時(shí)，該刀位的傳感器向數(shù)控系統(tǒng)輸出 信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號(hào)與指令刀位信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)兩信號(hào)相同時(shí)，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K

37、2吸合，換刀電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，活動(dòng)銷在反靠盤上初定位。在活動(dòng)銷反靠的作用下，螺 桿帶動(dòng)上刀體下降，直到齒牙盤咬合，完成精定位，并通過蝸輪蝸桿鎖緊螺母， 使刀架緊固。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器 K2釋放，換刀電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，完成換刀 動(dòng)作。也可以保留原刀架仍采用手動(dòng)轉(zhuǎn)換刀具， 但在換刀時(shí)必須設(shè)置程序暫停。 如果需要加工螺紋，則要在主軸外端或其他適當(dāng)部位裝上一個(gè)脈沖發(fā)生器C，用它發(fā)出脈沖使步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生相應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。7、光電脈沖編碼器7.1光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)（見圖7-1）圖7-1圖中1-光源；2-光柵；3-指示光柵；4-光電池組；5-機(jī)械部件；6-護(hù)

38、罩；7- 印刷電路板7.2光電脈沖編碼器的工作原理當(dāng)圓光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線透過兩個(gè)光柵的線紋部分，形成明暗相同的三路莫爾 條紋。同時(shí)光電元件接收這些光信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為交替變化的電信號(hào)A、B （近似于正弦波）和乙再經(jīng)放大和整形變成方。其中 A、B信號(hào)稱為主計(jì)數(shù)脈沖， 他們?cè)谙辔簧舷嗖?0°（見圖7-2）； Z信號(hào)稱為零位脈沖，“一轉(zhuǎn)一個(gè)”，該信 號(hào)與A、B信號(hào)嚴(yán)格同步。零位脈沖的寬度是主計(jì)數(shù)脈沖寬度的一半，細(xì)分后 同比例變窄。這些信號(hào)作為位移測(cè)量脈沖。圖7-2光電脈沖編碼器的輸出波形7.3光電脈沖編碼器的應(yīng)用：光電脈沖編碼器將位置檢測(cè)信號(hào)反饋給 CNC裝置有兩種方式：一是適應(yīng)帶加減計(jì)數(shù)要求的可逆計(jì)數(shù)器，形成加計(jì)數(shù)脈沖和減計(jì)數(shù)脈沖。二是適應(yīng)