普通車床數(shù)控化改造總體方案設(shè)計

1、普通車床數(shù)控化改造總體方案設(shè)計1.機(jī)械部分的改造設(shè)計    ca6140車床的主軸以及進(jìn)給系統(tǒng)都是由法蘭式電動機(jī)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(jī)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(jìn)給傳動系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。    進(jìn)給傳動系統(tǒng)的傳動精度及效率也是數(shù)控機(jī)床性能的重要組成部分。原機(jī)床進(jìn)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(jìn)電動機(jī)與滾珠絲杠，并裝有減速機(jī)構(gòu)的傳動方式，通過減速機(jī)構(gòu)可得到所需的減速比并增大

2、驅(qū)動力矩。普通車床原機(jī)床是用滑動絲杠，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(jìn)電動機(jī)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(jìn)電動機(jī)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?fù)p失大，影響運動的平穩(wěn)

3、性和定位精度。若是將導(dǎo)軌改造成滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，工藝復(fù)雜、費用大、周期長；所以在對ca6140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(zhǔn)確，防振消聲運行平穩(wěn)，低能耗，具有耐老化和足夠的力學(xué)性能，對提高機(jī)械加工精度、延長導(dǎo)軌副使用壽命也有一定的作用。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(jìn)給運動無爬行，運動平穩(wěn)。    2伺服系統(tǒng)的改造

4、、選型    ca6140的原調(diào)速方法是靠交換齒輪調(diào)速、人工手動，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(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)動。因此，在改造過程中要根據(jù)所選的電動機(jī)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(jī)的價格昂貴，在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)采用脈沖數(shù)字信號進(jìn)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)

5、。在ca6140車床數(shù)控化改造中，采用步進(jìn)電動機(jī)拖動的開環(huán)控制系統(tǒng)。    3電氣系統(tǒng)的改造、選型    原機(jī)床的電氣電路比較分散，電氣元件使用時間也較長，老化現(xiàn)象嚴(yán)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(jī)、普通車床驅(qū)動器及數(shù)控系統(tǒng)的電氣連接。    把機(jī)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(jī)床的主軸、冷卻、橫向、縱向、垂直方向步進(jìn)電動機(jī)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

6、保留使用原機(jī)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(jī)床的核心。它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(jìn)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(jī)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(jī)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

7、屬于經(jīng)濟(jì)型改造，一般選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。從國外進(jìn)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(jì)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)在性能上可以滿足本設(shè)計的使用要求，且價格合理。    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)?？删幊唐骷﨔PGA，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。

8、由于國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)實惠，所以選用廣州數(shù)控GSK的數(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(xì)：     序號     機(jī)床型號       數(shù)量     機(jī)床生產(chǎn)廠      生產(chǎn)日期     &

9、#160;1     C6150*1500        1          沈陽           2002      2     JIC616

10、*1300        2          濟(jì)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  SKC2Fa數(shù)控車床系統(tǒng)對該機(jī)床進(jìn)行改造，交流伺服電機(jī)采用國產(chǎn)伺服電機(jī)，交流伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、 取消原機(jī)床前刀架及相關(guān)傳動機(jī)構(gòu)，僅對原機(jī)床

11、后刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控改造。3、 采用四度電機(jī)+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(jī)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(hù)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(jī)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、?？刂疲鋮s泵啟、?？刂?。改造后機(jī)床進(jìn)給軸行程不低于原機(jī)床行程，幾何精度不低于改造前的精度。9、 改造后兩個進(jìn)給軸快速進(jìn)給速度為30005000mm/min(視機(jī)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

12、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(xì)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(jìn)驅(qū)動器。4、 內(nèi)置電子齒輪。5、 位置反饋坐標(biāo)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

13、。手動功能：手動連續(xù)運行；手動增量；手脈進(jìn)給（選件）；手動回參考點；手動回機(jī)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)?。輔助功能：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

14、事項：1、機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)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(jī)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(jī)床工作原理及組成1）數(shù)控機(jī)床工作原理：    數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)床主運動的變化、起停，進(jìn)給

15、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(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。2）數(shù)控機(jī)床的組成：    數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如下圖所示：2、設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)    普通車床（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(jī)械改造部分的設(shè)計計算（包括縱向、橫向進(jìn)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(jī)床傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計、機(jī)床調(diào)速電動機(jī)控制電路的設(shè)計、電

16、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(jìn)行數(shù)控化改造，實現(xiàn)微機(jī)對車床的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對車床的縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要達(dá)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(biāo)方向

17、的位移進(jìn)行嚴(yán)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(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計改造    數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)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(dá)到和好的機(jī)床精度，能補償機(jī)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，過載能力強，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動機(jī)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，

18、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(biāo)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(jī)或STD模塊或工控機(jī)改制可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的

19、適應(yīng)化改動    在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計周期較長且不經(jīng)濟(jì)，同時質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以不課程設(shè)計將采取第三鐘方案。4、機(jī)械改造部分的設(shè)計1）主傳動部分的改造設(shè)計    將原機(jī)床的主軸電動機(jī)換成變頻調(diào)速電動機(jī)，無級調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運動和進(jìn)給運動分離，主軸電動機(jī)的作用只是帶動主軸旋轉(zhuǎn)。2）進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造    將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動絲杠、光杠等全部拆除?？v向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動機(jī)

20、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：拆除原手動刀架和小拖板，安裝由微機(jī)控制的四工位電動機(jī)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。二、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(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報告，是上級主管部門審定和批準(zhǔn)立項的基本依據(jù)。同樣，在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)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(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個方面進(jìn)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(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實