車床的數(shù)控化改造設計論文

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1、機床數(shù)控改造的意義 　　1)節(jié)省資金。機床的數(shù)控改造同購置新機床相比一般可節(jié)省60%左右的費用，大型及特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造只需花新機床購置費的1/3。即使將原機床的結構進行徹底改造升級也只需花費購買新機床60%的費用，并可以利用現(xiàn)有地基。 2)性能穩(wěn)定可靠。因原機床各基礎件經(jīng)過長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度。 3)提高生產(chǎn)效率。機床經(jīng)數(shù)控改造后即可實現(xiàn)加工的自動化效率可比傳統(tǒng)機床提高3至5倍。對復雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費用而且可以縮短生產(chǎn)準備周期。 　　1普通車床的數(shù)控化改造設計 　　機床的數(shù)控改造，主

2、要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單地將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成(那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機床改裝成建議數(shù)控機床的另當別論)。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度、表面質(zhì)量、生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代的數(shù)控技術，特別是加工中心，無論是其支承部件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結構，還是整體布局、外部

3、造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機床的獨特機械結構。因此，我們在對普通機床進行數(shù)控改造的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能地與數(shù)控機床相接近。 　　2數(shù)控車床的性能和精度的選擇 　　并不是所有的舊機床都可以進行數(shù)控改造，機床的改造主要應具備兩個條件：第一，機床基礎件必須有足夠的剛性。第二，改造的費用要合適，經(jīng)濟性好。在改裝車床前，要對機床的性能指標做出決定。改裝后的車床能加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑以及最大長度、主電動機功率等一般都不會改變。加工工件的平面度、直線度、圓柱度以及粗糙度等基本上仍決定于機床本身原有水平。主要有下述性能和精度的選擇需要在改

4、裝前確定。 1)軸變速方法、級數(shù)、轉(zhuǎn)速范圍、功率以及是否需要數(shù)控制動停車等。 2)進給運動： 進給速度：Z向(通常為8～400mm/min)；X向(通常為2～100 mm/min)。 快速移動：Z向(通常為1.2～4m/min)；X向(通常為1.2～3m/min)。 脈沖當量：在0.025～0.005mm內(nèi)選取，通常Z向為X向的2倍。 加工螺距范圍：包括能加工螺距類型(公制、英制、模數(shù)、徑節(jié)和錐螺紋等)，一般螺距在10mm以內(nèi)都不難達到。 3)進給運動驅(qū)動方式(一般都選用步進電機驅(qū)動)。 4)給運動傳動是否需要改裝成滾珠絲杠傳動。 5)刀架是否需要配置自動轉(zhuǎn)位刀架，若配置需要確定工位數(shù)。 6)

5、其他性能指標選擇： 插補功能：車床加工需具備直線和圓弧插補功能。 刀具補償和間隙補償：為了保證一定的加工精度，一般需考慮設置刀補和間隙補償功能。 顯示：采用數(shù)碼管還是液晶或者顯示器顯示，顯示的位數(shù)多少等問題要根據(jù)車床加工功能實際需要確定，一般來說，顯示越簡單成本越低，也容易實現(xiàn)。 診斷功能：為防止操作者輸入的程序有錯和隨之出現(xiàn)的錯誤動作，可在數(shù)控改造系統(tǒng)設計時加入必要的器件和軟件，使其能指示出機床出現(xiàn)故障或者功能失效的部分等，實現(xiàn)有限的診斷功能。 以上是車床數(shù)控改造時需要考慮的一些通用性能指標，有的車床改造根據(jù)需要還會有些專門的要求，如車削大螺距螺紋、在惡劣的環(huán)境下工作的防塵干擾、車刀高精度對

6、刀等，這個時候應有針對性的專門設計。 　　3車床數(shù)控改造方案選擇 　　當數(shù)控車床的性能和精度等內(nèi)容基本選定后，可根據(jù)此來確定改造方案。目前機床數(shù)控改造技術已經(jīng)日趨成熟，專用化的機床數(shù)控改造系統(tǒng)所具備的性能和功能一般均能滿足車床的常規(guī)加工要求。因此，較典型的車床數(shù)控改造方案可選擇為：配置專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)，更換進給運動的滑動絲杠傳動為滾珠絲杠傳動、采用步進電機驅(qū)動進給運動、配置脈沖發(fā)生器實現(xiàn)螺紋加工功能、配置自動轉(zhuǎn)位刀架實現(xiàn)自動換刀功能。 目前較典型的經(jīng)濟型專用車床數(shù)控改造系統(tǒng)具有下列基本配置和功能： 1)采用單片微機為主控CPU，具有直線和圓弧插補、代碼編程、刀具補償和間隙補

7、償功能、數(shù)碼管二坐標同時顯示、自動轉(zhuǎn)位刀架控制、螺紋加工等控制功能。 2)配有步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，脈沖當量或控制精度一般為：Z為0.01mm，X向為0.005mm(要與相應導程的絲杠相配套)。 3)加工程序大多靠面板按鍵輸入，代碼編制，掉電自動保護存儲器存儲；可以對程序進行現(xiàn)場編輯修改和試運行操作。 4)具有單步或連續(xù)執(zhí)行程序、循環(huán)執(zhí)行程序、機械極限位置自動限位、超程報警，以及進給速度程序自動終止等各類數(shù)控基本功能。 　　4車床數(shù)控改造實例 　　如圖1-1所示為CA6140型普通車床數(shù)控化改造例，它采用了一種比較簡單但是較為典型的改裝方案，改造后的車床進給運動由步進電機A和B驅(qū)動

8、，它們分別安裝在床頭箱內(nèi)(或床身尾部)和拖板后方，通過減速齒輪和縱橫向絲杠帶動車床的縱橫進給運動。(插圖1-1) 為使改造后的車床能充分發(fā)揮數(shù)控車床的效能，縱橫向絲杠螺母副一般需要調(diào)換成滾珠絲杠螺母副。當利用原絲杠螺母副時，為了減少改造工作量，縱向驅(qū)動電機及減速箱一般裝在床身尾部，這時連接車床原傳動系統(tǒng)(主軸系統(tǒng))和縱向絲杠傳動的離合器尚未拆除，工作時應使處于脫開位置。同理，脫落蝸桿等原橫向自動進給機構若未拆除，工作時也應使其處于空檔(空擋)位置。改造后的進給脈沖當量的量值靠步進電機步距角、減速齒輪比、絲杠導程三者協(xié)調(diào)確定。三者之間換算關系可以以下式表示： (θ/360)（ac/bd)T=δ

9、式中θ——步進電機步聚角(度)； T——所驅(qū)動絲杠導程(mm); a,b,c,d——齒輪齒數(shù)，當單級減數(shù)時，令c、d等于1； δ——脈沖當量值(mm)。 步進電機的參數(shù)根據(jù)阻力矩及切屑用量的大小和機床型號來選擇，普通車床(如C6140、C620等)的數(shù)控改造中多采用0.08——0.15(Nm)靜力矩的步進電機，如選0.08(Nm)的作為橫向進給電機；選0.15(Nm)的作為縱向進給電機。 若需要，可將原刀架換成自動轉(zhuǎn)位刀架，則可以用程序數(shù)控轉(zhuǎn)換刀具進行切屑加工。當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號時，首先繼電器K1動作，換刀電動機正轉(zhuǎn)驅(qū)動蝸輪蝸桿機構，使上刀體上升。當上刀體上升到一定的高度時，離合轉(zhuǎn)盤起作用

10、，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)進行選刀。刀架上方的發(fā)信盤中對應每個刀位都安有一個傳感器，當上刀體旋轉(zhuǎn)到某個刀位時，該刀位的傳感器向數(shù)控系統(tǒng)輸出信號，數(shù)控系統(tǒng)將刀位信號與指令刀位信號進行比較，當兩信號相同時，說明上刀體已旋轉(zhuǎn)到所選刀位。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K1釋放，繼電器K2吸合，換刀電動機反轉(zhuǎn)，活動銷在反靠盤上初定位。在活動銷反靠的作用下，螺桿帶動上刀體下降，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。此時數(shù)控系統(tǒng)控制繼電器K2釋放，換刀電動機停轉(zhuǎn)，完成換刀動作。也可以保留原刀架仍采用手動轉(zhuǎn)換刀具，但在換刀時必須設置程序暫停。如果需要加工螺紋，則要在主軸外端或其他適當部位裝上一個脈沖發(fā)

11、生器C，用它發(fā)出脈沖使步進電機準確地配合主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生相應的進給運動，即保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀移動一個導程。 上述改造方案中，不更換絲杠方法當數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍可以加工，但滑動絲杠螺母副容易磨損故需要經(jīng)常檢修，而且功率和加工精度均不如滾珠絲杠螺母副驅(qū)動方式。另外，拖板與床身的導軌不夠平行或垂直，以及兩者之間摩擦力過大，絲杠軸線與導軌間存在平行度誤差等問題均會使驅(qū)動阻力增加。為了減阻力以提高步進電機的力矩有效率和加工精度. 機床改造完畢后，還應該對其進行安裝調(diào)試及驗收。一般來說，應特別注意安裝的位置和基礎，使機床處于良好穩(wěn)定的工作環(huán)境。其次是全面檢查各器件、插件的連接情況以及各油路、電路的

12、情況，再進行數(shù)控系統(tǒng)的連接。當完成數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)整，具備了機床聯(lián)機通電試車的條件，可切斷數(shù)控系統(tǒng)的電源，連接電動機的動力線，恢復報警設定，準備通電試車。試車的目的是考核機床的安裝是否穩(wěn)固，各傳動、操縱、控制、潤滑、液壓、氣動等系統(tǒng)是否正常和靈敏可靠。改造后的數(shù)控機床的驗收是和安裝調(diào)試工作同步進行的。一臺機床數(shù)控改造完好后的檢測驗收工作是一項復雜的工作，其試驗檢測手段及技術要求也很高，它需要使用各種高精度的儀器，對機床的機、電、液、氣各部分及整機進行單項性能綜合性能檢測，包括運行剛度和熱變形等一系列試驗，其中應特別注意機床數(shù)控功能的檢驗，最后得出該機床的綜合評價。 　　5結論 　　

13、經(jīng)過大量實踐證明普通機床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性。其改造涉及到機械、電氣、計算機等領域，是一項理論深、實踐強的系統(tǒng)工程。在進行數(shù)控改造時，應該做好改造前的技術準備。改造過程中，機械修理與電氣改造相結合，先易后難、先局部后全局。 一、機床數(shù)控化改造的必要性。 數(shù)控技術是先進制造技術的核心技術，它的整體水平標志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的水平和綜合國力的強弱，具有超越其經(jīng)濟價值的戰(zhàn)略物資地位。目前我國企業(yè)機械制造整體水平與發(fā)達國家相比還有很大的差距。由于我國企業(yè)大部分數(shù)控機床和數(shù)控

14、系統(tǒng)依賴進口，企業(yè)承受不了巨額購置費，且易受國外的控制，另外數(shù)控機械設備維修力量薄弱，進口的備件維修成本高，設備完好率低，大部分進口機床數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)崩潰，有的甚至在進口后還沒使用就已因為各方面原因不能使用等等。因此目前我國企業(yè)機床數(shù)控化比例極低，不到5%，各企業(yè)使用的絕大部分為傳統(tǒng)老式機床，很難滿足企業(yè)高技術產(chǎn)品的生產(chǎn)需求和生產(chǎn)效率。為節(jié)約成本，進一步發(fā)揮老式傳統(tǒng)機床的功效和潛在價值，將大批傳統(tǒng)老式機床改造為數(shù)控機床是一種必然性和趨勢。 二、機床數(shù)控化改造的分類。 機床的數(shù)控化改造可以分為以下幾種： 1、其一是恢復原功能，對機床存在的故障部分進行診斷并恢復； 2

15、、其二是NC化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床； 3、其三是翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新； 4、其四是技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 三、機床數(shù)控化改造的內(nèi)容 下面按第三種改造方式以車床數(shù)控化改造為例，結合我公司在機床改造中的實際操作情況介紹一下其改造的主要內(nèi)容和主要結構形式。 1、進給

16、軸的改造 普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅(qū)動，走刀運動經(jīng)走刀箱傳動絲杠及溜板箱，獲得不同的工件螺距即Z軸運動；走刀運動經(jīng)走刀箱傳動光桿及溜板箱，獲得不同的進刀量即X軸運動。普通車床數(shù)控化改造時一般都去掉走刀箱及溜板箱，改用進給伺服（或步進）傳動鏈分別代替，具體體現(xiàn)為： Z軸：縱向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→縱向滾珠絲杠→大拖板，縱向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量和螺距。 X軸：橫向電機→減速箱（或聯(lián)軸器）→橫向滾珠絲杠→橫滑板，橫向按數(shù)控指令獲得不同的走刀量。 改造后整個傳動鏈的傳動精度在保證機床剛性的前提下，與滾珠絲杠副的選擇和布置結構形式、機床導軌的精度情況等有

17、很大的關系。 1）、滾珠絲杠副的選擇和布置結構形式 普通車床大多采用的是T型絲杠等滑動絲杠副，與滾珠絲杠副相比摩擦阻力大、傳動效率低，不能適應于高速運動。另外由于磨損快，造成其精度保持性和壽命低等等，在進行普通機床數(shù)控化改造時往往都將其更換為滾珠絲杠副。滾珠絲杠副有以下一些特點：摩擦損失小，傳動效率高，可達0.90～0.96；若使用的絲杠螺母預緊后，可以完全消除間隙，提高傳動剛度；摩擦阻力小，幾乎與運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，能保證運動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象；磨損小、壽命長、精度保持性好。但應注意，由于滾珠絲杠副不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⒅?/p>

18、線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，因此絲杠立式和傾斜使用時，應增加制動裝置或平衡裝置。 滾珠絲杠副根據(jù)其滾珠的回轉(zhuǎn)方式可以分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種，根據(jù)螺母的結構形式又可以分為雙螺母和單螺母。在進行改造時應根據(jù)具體情況和結構形式來定，由于外循環(huán)式絲杠副螺母回珠器在螺母外邊，所以很容易損壞而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，而內(nèi)循環(huán)式的回珠器在螺母副內(nèi)部，不存在卡死和脫落現(xiàn)象。由于雙螺母不僅裝配、預緊調(diào)整等比單螺母方便，而且其傳動剛性比單螺母也好，所以只要結構和機床空間滿足要求，在普通機床數(shù)控化改造中多選內(nèi)循環(huán)式雙螺母結構。 改造時各軸滾珠絲杠的直徑一般都是與原T型絲杠直徑相近，對有特殊要求的機床還應根據(jù)桿系的穩(wěn)

19、定性計算其臨界轉(zhuǎn)速，最終確定滾珠絲杠的直徑。絲杠導程在滿足機床改造后性能的前提下越小，對機床的傳動精度越有利。機床的傳動精度在保證機床剛性的情況下，與絲杠副本身的精度和軸承布置形式有很大的關系，一般在普通機床改造中絲杠副選P4級即可滿足要求，特殊精密機床選P3級甚至更高。絲杠副軸承常見的布置形式根據(jù)不同的需要可以分為以下幾種，如圖1。 圖1 絲杠副軸承的布置形式 (1).圖1－a中為一端固定，一端懸空的布置方式。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度低，僅適應于短絲杠，如數(shù)控機床的調(diào)整環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標中。 (2).圖1－b中為一端固定，一端

20、支承的布置方式。這種安裝方式多在絲杠較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承得數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。 (3).圖1－c和1－d中為兩端固定的布置方式。這種布置方式絲杠副得支承剛性最好，通過軸承的預緊力預拉伸絲杠，以減少絲杠熱變形的影響。這種方式多用在絲杠長度不大得情況，但設計時要注意提高平面球軸承的承載能力、支承剛度以及絲杠裝配時的預拉伸量，否則會影響軸承壽命，同時也會因為預加負載得不易控制而增加電機的附加扭矩。 2）、機床導軌 普通車床導軌大多采用的是滑動導軌，其動、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時間后都會有不同程度的磨損，

21、對機床傳動精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對其進行數(shù)控化改造的同時必須針對機床導軌狀況進行必要的檢修處理，對于磨損較嚴重的更要進行大修，即進行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理，同時采用合理的潤滑，充分保證其精度。 3）、電機與絲杠的聯(lián)接 在滿足機床要求的前提下，為減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差，我們多將電機與絲杠副通過聯(lián)軸器直接聯(lián)接，這要根據(jù)改造中實際情況來定。一般對于小型車床如C6116型，由于空間尺寸有限，特別是X軸，電機與絲杠副不能直聯(lián)，多采用齒輪副或同步帶論來傳動；對于大型車床如C6150,床身長5米的車床，由于絲杠較長，直徑較大，除了要考慮傳動力的問題，還要考慮其低速性能

22、及加減速慣量匹配的問題，往往電機都要通過幾級減速來傳動。無論是采用齒輪還是同步帶論來傳動，其傳動間隙的消除是比較關鍵的。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調(diào)整法等等，同步帶論傳動中多采用調(diào)整中心距或張緊輪消隙法。 2、主軸部分的改造 車床主軸帶動工件以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)是車削加工中的主運動，消耗機床大部分動力。普通車床由主電動機經(jīng)皮帶傳動，經(jīng)主軸變速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸箱經(jīng)手動或自動變速獲得（9～24）級轉(zhuǎn)速，通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉(zhuǎn)；而數(shù)控車床主軸箱由電主軸或傳統(tǒng)機械主軸單元加變頻電機和變頻器組成。普通車床在數(shù)控化改造時大部分情況下保留原主軸箱，不做改動或少

23、做改動。如需改動則要注意以下幾點： 如原主軸含液壓操縱主軸的變速、正反轉(zhuǎn)和潤滑功能，則需對其增裝單獨普通電機加以驅(qū)動，避免液壓系統(tǒng)受到主電機正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速變換而失靈。 如不需要原有機械變速換擋時，則需將主軸箱內(nèi)齒輪組固定在一恒定的速度鏈上，摩擦片也應焊死以免因為誤操作出現(xiàn)事故。 機床能否進行螺紋加工是主軸部分數(shù)控化改造的另一重要部分，傳統(tǒng)車床加工螺紋時往往是通過掛輪組來完成，加工不同的螺紋則需不同的掛輪組，操作起來十分麻煩。改造時如圖2， 圖2 主軸編碼器安裝圖 我們通常在主軸末端或掛輪架處增裝一光電編碼器，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速一致，主軸轉(zhuǎn)一周，光電碼

24、盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過反饋給系統(tǒng)控制進給軸與主軸的同步性，從而加工出理想螺距的螺紋。根據(jù)其編碼方式的不同，光電碼盤可分為增量式光電碼盤和絕對式光電碼盤，目前國內(nèi)常用的為增量式光電碼盤。根據(jù)光電碼盤上刻線條數(shù)可分為1024線、2048線等，我們常用的為1024線即可滿足要求。 3、刀架部分的改造 目前數(shù)控車床刀架基本為電動刀架，其特點是定位更準確、迅速。老式傳統(tǒng)車床刀架多為手動、液壓驅(qū)動或少部分的電動，改造時可以根據(jù)需要對其加以更換。 電動刀架可分為臥式轉(zhuǎn)塔刀架（一般安裝8～12把刀）和立式電動刀架，立式電動刀架有四工位（或六工位），其中每一種刀架又有抬刀刀架（兩端齒盤）和免抬刀

25、刀架（三端齒盤）之分。臥式轉(zhuǎn)塔刀架價格相對較貴，改造中常用立式四工位電動刀架。 4、潤滑部分的改造 老式傳統(tǒng)車床除主軸箱外，導軌、絲杠副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑，這對機床的導軌、絲杠副等的精度保持很不利，在同等驅(qū)動下機床運動的穩(wěn)定性、靈活性也差一些。 圖3 機床的潤滑 在對這些機床改造時一般都要對其潤滑部分進行相應的改動，，采用稀油集中定量、定時供油潤滑的方式，可分為手控潤滑和編程自動潤化兩種，在機床導軌、絲杠副布置好油路后可根據(jù)需要任選一種。 絲杠支承軸承一般采用油脂潤滑，如特殊需要和供油充分的條件下也可采用稀油潤滑。

26、 5、機床防護 機床改造后整個防護分局部防護、半防護和全防護三種。 局部防護只對絲杠副、電機、走線等采取防護措施。半防護是在局部防護的基礎上增加切削的保護，即增加擋屑裝置。全防護即在局部防護的基礎上對整個機床加以封閉，此種防護最難處理，考慮的因素也很多如安裝位、防水、美觀等。實際操作起來以前兩種最多，也最易操作。 四、機床數(shù)控化改造的聯(lián)調(diào) 機床安裝、系統(tǒng)各參數(shù)按要求設置完成之后，在機電聯(lián)調(diào)時還需完成各種動作試驗、功能試驗、空運轉(zhuǎn)、負荷試驗，檢驗機床數(shù)控化改造后是否滿足要求。 1、空運轉(zhuǎn)前的檢查 通電前機床外觀檢查（檢查機床各部位的裝配質(zhì)量，

27、使他們能在通電后正常工作）。 （1）重要固定結合面應緊密貼合，用0.03塞尺檢查時應該插不進，滑動導軌面的端部用0.03塞尺檢查深度小于20mm。重要固定結合面為床頭箱與床身的結合面，轉(zhuǎn)塔刀架底座與滑板的結合面，尾座體與尾座底板的結合面，床身與床身（拼結床身）的結合面，鑲鋼導軌與基礎件的結合面等。 （2）仔細檢查各個箱體及各個運動部件是否按要求加油，箱體中的油平面不得低于油標線以下。冷卻箱中是否有足夠的冷卻液，液壓站、自動間歇潤滑裝置的油是否到油位指示器規(guī)定的油位，電器控制箱中的各開關及元器件是否正常，各插裝集成電路板是否到位，通電啟動集中潤滑裝置使各潤滑部位及潤滑油路充滿潤滑

28、油。 2、各種動作試驗 （1）手動操作試驗 如車床依靠手動使刀架沿X、Z正負方向運動和單向進給運動。主要是試驗手動操作的準確性，此功能多在加工對刀時要用。 （2）點動試驗 在點動狀態(tài)下使刀架先慢后快運動，并進行倍率變換。 （3）主軸變檔試驗 主軸變擋試驗可按說明書中規(guī)定的變檔指令進行。 （4）超程試驗 各軸做正負兩個方向的超程試驗。機床超程保護有兩種，一是軟件存儲極限保護，另一種硬件保護。超程狀態(tài)表現(xiàn)為控制機報警和屏幕上有顯示，另外液壓站電源切斷。如果超程保護不起作用，將造成機械部件損壞。 3、功能試驗 （

29、1）功能試驗 用按鍵、開關、人工操縱對機床進行功能試驗。試驗其動作的靈活性、平穩(wěn)性以及功能的可靠性。 （2）任選一種主軸轉(zhuǎn)速做主軸啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止（包括制動）的連續(xù)試驗，連續(xù)操作不少于七次。 （3）主軸高、中、低轉(zhuǎn)速變換試驗。轉(zhuǎn)速的指令值與顯示值允差為5%。 （4）任選一種進給量，將啟動、進給和停止動作連續(xù)操作，在X、Z軸的全部行程上，連續(xù)做工作進給和快速進給試驗?？焖傩谐虘笥?/2全行程，正反方向連續(xù)操作不少于七次。 （5）在X、Z軸的全行程上，做低、中、高進給量變換試驗。 （6）轉(zhuǎn)塔刀架進行正反方向轉(zhuǎn)位和各種轉(zhuǎn)位夾緊試驗。 （

30、7）液壓、潤滑、冷卻系統(tǒng)做密封、潤滑、冷卻性能試驗，做到不滲漏。 （8）卡盤做夾緊、松開、靈活性及可靠性試驗。 （9）主軸做正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及變換主軸轉(zhuǎn)速試驗。 （10）進給機構做低、中、高進給量及快速進給的變換試驗。 （11）用數(shù)字控制指令進行機床的功能試驗，試驗動作的靈活性和功能的可靠性。 （12）試驗進給坐標超程、手動數(shù)據(jù)輸入、位置顯示、回基準點，程序序號顯示和檢索、程序暫停、程序刪除、直線插補、直線切削循環(huán)、錐度切削循環(huán)、螺紋切削循環(huán)、圓弧切削循環(huán)、刀具位置補償、螺距補償、間隙補償?shù)裙δ艿目煽啃浴幼黛`活性等。 4、空運轉(zhuǎn)試驗 （

31、1）主運動機構運轉(zhuǎn)試驗 在不切削狀態(tài)下，試驗主軸運轉(zhuǎn)時間的溫度變化和空載功率。機床主運動機械由低、中、高三檔轉(zhuǎn)速，有級變速為全部轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時間不少于2分鐘，在最高轉(zhuǎn)速段不得少于1小時，使主軸軸承達到穩(wěn)定溫度。檢查主軸軸承的溫度不超過70℃。 （2）連續(xù)空運轉(zhuǎn)試驗 用數(shù)控程序指令全部功能做（不切削）連續(xù)運動和回轉(zhuǎn)試驗。其運動時間不大于15分鐘。每個循環(huán)終了停車，并模擬松卡工作，停車不超過一分鐘，根據(jù)客戶不同的要求連續(xù)運轉(zhuǎn)48h～72h。 5、試切 在機床各項幾何精度和運動精度滿足要求后，應按相應標準和自定標準加工工件，以檢測機床數(shù)控化改造后的加工性能。有的除

32、了要進行必要的精加工外，還要進行一定的負荷試驗，以檢查其精度的穩(wěn)定性。 在上述各項試驗滿足要求后，機床數(shù)控化改造后的聯(lián)調(diào)工作也就完成了。 述： EZMotion-NC E60是三菱電機采用最新技術生產(chǎn)的新概念CNC系統(tǒng)，憑借世界一流的軟硬件水平確保其性能超群。E60提供了出色的速度與精度控制以及簡單靈活的操作，將大大提高加工效率和加工質(zhì)量。深圳興東公司隆重推出三菱數(shù)控系列EZMotion-NC E60：深圳興東公司作為東興集團企業(yè)核心成員，榮獲三菱電機公司授權的CNC數(shù)控產(chǎn)品代理商資質(zhì)，在深圳興東公司總部和重慶分公司隆重推出三菱

33、數(shù)控產(chǎn)品系列EZMotion-NC E60。 日前深圳興東公司派往三菱電機公司進行技術培訓、調(diào)試EZMotion-NC E60系統(tǒng)的工程技術人員已可隨時為客戶作技術咨詢、系統(tǒng)配置、上電編程、調(diào)試、投運等服務。 在深圳公司本部和重慶分公司均陳列有EZMotion-NCE60樣機，可為客戶展示、演示、培訓等。在集團總部香港備有大量E60現(xiàn)貨，可為客戶快捷供貨歡迎來人來電洽談三菱數(shù)控系列業(yè)務。 性能特點： 1．內(nèi)含64位CPU的高性能數(shù)控系統(tǒng)，采用控制器與顯示器一體化設計，實現(xiàn)了起小型化。 2．伺服系統(tǒng)采用薄型伺服電機和高分辨率編碼器（131，072肪沖/轉(zhuǎn)），增量/絕對式對應。 3．標準4種文字操

34、作界面：簡體/繁體中文，日文/英文。 4．由參數(shù)選擇車床或銑床的控制軟件，簡化維修與庫存。 5．全部軟件功能為標準配置，無可選項，功能與M50系列相當。 6．標準具備1點模擬輸出接口，用以控制變頻器主軸。 7．可使用三菱電機MELSEC開發(fā)軟件GX-Developer,簡化PLC梯形圖的開發(fā)。 8．可采用新型2軸一體的伺服一體的伺服驅(qū)動器MDS-R系列，減少安裝空間。 9．開發(fā)伺服自動調(diào)整軟件，節(jié)省調(diào)試時間及技術支援之人力。 E60的典型應用范圍： 1．普通機床數(shù)控化改造； 2．經(jīng)濟型的數(shù)控車和數(shù)控銑床。 1．緒論 1.1 數(shù)控機床的發(fā)展史

35、 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。從此，傳統(tǒng)機床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。（注：兩個階段：數(shù)控NC階段和計算機數(shù)控CNC階段。六代：即電子管時代、晶體管時代、小規(guī)模集成電路時代、小型計算機時代、微處理器時代和基于PC時代）。必須指出，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低、價格極為昂貴、應用很不方便（主要是編程困難）等極為關鍵的問題。因此，數(shù)控技術經(jīng)過了近30年的發(fā)展才走向普及應用。 1.2 機床數(shù)控化改造的意義 機床數(shù)控化改造，顧名思義就是在機

36、床上增加微型計算機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預定的加工工藝目標。 眾所周知，企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、得到發(fā)展,就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本,制造出滿足市場需求、性能合適的產(chǎn)品。目前,采用先進的數(shù)控機床已成為我國制造技術發(fā)展的總趨勢。購買新的數(shù)控機床是提高數(shù)控化率的主要途徑,而改造舊機床、配備數(shù)控系統(tǒng)把普通機床改裝成數(shù)控機床也是提高機床數(shù)控化率的另一條有效途徑。機床數(shù)控化改造的市場目前在我國有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國機床數(shù)控化率不到3％。用普通機床加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高等不良因素，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企

37、業(yè)的生存和發(fā)展，所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。 近年來，美國、日本、德國、英國等發(fā)達國家，在制造大量數(shù)控機床的同時，也非常重視對普通機床的數(shù)控化改造，機床的技術改造市場十分活躍。機床改造業(yè)正逐步從機床制造業(yè)中分化出來，形成了用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線的新的行業(yè)和領域。 1.3 數(shù)控化改造后機床的優(yōu)越性 1) 機床數(shù)控化改造可以提高零件的加工精度和生產(chǎn)效率。 2) 機床數(shù)控化改造可以提高機床的性能和質(zhì)量，加工出普通機床難以加工或者不能加工的復雜型面零件。 3) 機床數(shù)控化改造后可以實現(xiàn)加工的柔性自動化，效率可比傳統(tǒng)機床提高3~7倍。 4) 可實現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機床間的

38、頻繁搬運，降低工件的定位誤差。 5) 擁有自動報警、自動監(jiān)控、自動補償?shù)榷喾N自檢功能，更好的調(diào)節(jié)了機床加工狀態(tài)。還可以提示操作者機床故障或編程錯誤等機床運行中出現(xiàn)的問題。 6) 數(shù)控加工降低了工人的勞動強度，節(jié)省了勞動力，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期很生產(chǎn)周期，并可對市場需求做出快速反應。 1.4 機床數(shù)控化改造的內(nèi)容 1) 精度恢復和機械傳動部分的改進。隨著機床使用的役齡的增加，機床的機械傳動部件，如導軌、絲杠、軸承等都有不用程度的磨損。因此，機床改造過程中的首要任務是對舊機床進行類似于通常的機床大修，以恢復機床精度，達到新機床的制造標準。 2) 選定數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。根據(jù)要

39、求進行數(shù)控化改造機床的控制功能要求，選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)是至關重要的。選擇是，除了考慮各項功能滿足要求外，還一定要確保系統(tǒng)工作可靠性。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的選取，也按改造數(shù)控機床的性能要求決定。 3) 數(shù)控機床輔助裝置的選取。輔助裝置指的是數(shù)控機床的一些必須的配套部件。如冷卻系統(tǒng)、空氣過濾器、自動換刀裝置、排屑裝置等。 4) 電控柜的設計和制作。在進行機床數(shù)控化改造時，原機床的電器控制部分一般只能報廢，重新按數(shù)控化改造要求進行設計制作。數(shù)控機床的強電控制部分設計中要特別注意的是，數(shù)控系統(tǒng)各接口信號的特點和形式要相配，并且在設計過程中應盡量簡化強電控制線路。 5) 整機聯(lián)接調(diào)試。舊機床上述各個部件的

40、改造過程完成后，就可對組裝后改造機床各個部件進行調(diào)試。一般先對電氣控制部分進行調(diào)試，看單個動作是否正常，然后再進行聯(lián)機調(diào)試階段。 經(jīng)數(shù)控化改造的機床就成為了數(shù)控機床，具有數(shù)控機床的特點，如數(shù)控機床本身具有的高速、高效和高精度，工序集中，可靠性高等特點。但是改造后的機床也具有一定的局限性，主要有機床原有結構精度限制了改造后機床的加工精度和加工性能；機床原有的結構形式限制了改造后機床的加工范圍和數(shù)控化程度。這些不利條件最終影響了改造后機床的速度和精度。 隨著數(shù)控產(chǎn)業(yè)整體水平的提高，數(shù)控系統(tǒng)的性能、伺服電動機及其驅(qū)動裝置等配套產(chǎn)品的性能也提高很多，對數(shù)控化改造中機床速度和精度的提高都非常有利

41、。 2．設計要求 2.1總體方案設計要求 總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式，伺服系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。 （1）普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結構、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中，MCS—51系列單片機具有集成度高、可靠

42、性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS—51系列單片機擴展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。 （7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦

43、小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側間隙的機構。 （8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。 2.2 設計參數(shù) 設計參數(shù)包括車床的部分技術參數(shù)和設計數(shù)控進給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 改造CA6140機床設計參數(shù)如下： 最大加工直徑： 在床面上400mm 在橫刀架以上210mm 最大加工長度： 1000mm 快進速度： 縱向2.4m/min 橫向1.2m/min 最大切削進給速度： 縱向0.5m/min 橫向0.25m/min 溜板及刀架重力： 縱向800N 橫向600N 主電機功率： 7.5KW 控制坐標數(shù)： 2

44、 最小指令值（脈沖當量）： 縱向 0.01mm/脈沖 橫向0.005mm/脈沖 進給傳動鏈間隙補償量： 縱向0.15mm 橫向0.075mm 2.3 其他要求 （1） 原機床的主要結構布局基本不變，盡量減少改動量，以降低成本縮短改造周期。 （2）機械結構改裝部分應注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應方便。 3．車床改造的結構特點 3.1 滾珠絲桿 滾珠絲桿必須采用三點支承形式。步進電動機的布置可放在絲杠的任一端，由于拆除了進給箱，可在原安裝進給箱處布置步進電動機和減速齒輪，也可在滾珠絲桿的左端設計一個專用軸承支承座，而在絲

45、杠托架處布置步進電動機和減速箱。 3.2 導軌副 為減少運動部件移動時的摩擦阻力，尤其是減少靜摩擦阻力，滑板和刀架移動部件的導軌可粘貼摩擦系數(shù)低的聚四氟乙烯軟帶 3.3 安裝電動卡盤 為了提高經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工效率，還可考慮用電動三爪自定心卡盤裝置，這種裝置也可與數(shù)控裝置的信號電路相配合，實現(xiàn)自動夾緊、松開，提高加工過程的自動化程。 3.4 脈沖發(fā)生器 改造后的簡易數(shù)控車床需要自動化加工螺紋時，可以在主軸后端同軸安裝或者異軸安裝一個主軸脈沖發(fā)生器，作為主軸位置的信號反饋元件，目的是用來檢測主軸轉(zhuǎn)角的位置，并且將其變化情況輸送給數(shù)控裝置，使其能按照所加工螺紋的螺距值進行處理。 4

46、．步進電動機的計算與選型 4.1 步進電動機的選用原則 選用步進電動機時，通常希望步進電動機的輸出轉(zhuǎn)距，啟動頻率和運行頻率高，步距誤差小，性能價格比高。但增大轉(zhuǎn)距也快速運行存在一定矛盾，高性能也低成本存在矛盾，因此實際選用時，必須全面考慮。 1) 首先，應考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當量小。但是脈沖當量越小，系統(tǒng)的運行速度越低。故因兼顧精度也速度的要求來選定系統(tǒng)的脈沖當量。在脈沖當量確定以后，又可以為依據(jù)來選擇步進電動機的步距角和傳動機構的傳動比。 2) 其次，對位移誤差的要求。步進電動機的步距角從理論上說是固定的，但實際上還是有誤差的。此外，負載轉(zhuǎn)距也將引起

47、步進電動機的定位誤差。應將步進電動機的步距誤差、負載引起的定位誤差和傳動機構的誤差全部考慮在內(nèi)，使總的誤差小于數(shù)控機床允許的定位誤差。 3) 第三，步進電動機的特性曲線對步進電動機參數(shù)選擇有影響的特性曲線包括：起動距頻特性曲線和反映轉(zhuǎn)距也連續(xù)運行頻率之間關系的工作距頻特性曲線。 4) 第四，步進電動機的選擇既要滿足快速進給的要求，又要滿足切削進給的要求。在這兩種情況下，對轉(zhuǎn)距和進給速度有不同的要求。若要求進給驅(qū)動裝置有如下性能：在切削進給時的轉(zhuǎn)距為 ,最大切削進給速度為v,在快速進給時的轉(zhuǎn)距為 ，最大快速進給速度為 。 4.1.1步距角α 步距角應滿足： （4-1） 式中， i

48、---傳動比 ---系統(tǒng)對步進電動機所驅(qū)動部件要求的最小轉(zhuǎn)角 4.1.2精度 步進電動機的精度可以用步距誤差或累積誤差衡量，累積誤差是指轉(zhuǎn)子從任意位置開始，經(jīng)過任意步后，轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角之差的最大值，用累積誤差衡量精度比較實用，所選用的步進電動機應滿足： △θm≤i [△θs] （4-2） 式中， △θm ---步進電動機的累積誤差。 [△θs]---系統(tǒng)對步進電動機驅(qū)動部分允許的角度誤差。 4.1.3轉(zhuǎn)矩 為了使步進電動機正常運轉(zhuǎn)（不失步，不越步）正常啟動并滿足對轉(zhuǎn)速的要求，必須考慮以下條件： a. 起動力矩。一般選取為 Mq≥MLo/0.3-0

49、.5 （4-3） 式中，Mq---電動機起動力矩 MLo---電動機靜負載力矩 根據(jù)步進電動機的相數(shù)和拍數(shù)，啟動力矩選取如表（4—1）所示，表中MJM為步進電動機的最大靜載矩，是步進電動機技術數(shù)據(jù)中給出的。 運行方式 相數(shù) 3 3 4 4 5 5 6 6 拍數(shù) 3 6 4 8 5 10 6 12 Mg/Mjm 0.5 0.866 0.707 0.707 0.809 0.951 0.866 0.866 表（4—1）步進電動機相數(shù)、拍數(shù)啟動力矩表 在要求的運行頻率范圍內(nèi)，電動機運行運行力矩應大于電動機的靜載力矩與電動機轉(zhuǎn)動慣量（包

50、括負載的轉(zhuǎn)動慣量）引起的慣性矩之和。 4.1.4啟動頻率 由于步進電動機的啟動頻率隨著負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的增大而降低，因此，相應負載力矩和轉(zhuǎn)動慣量的極限啟動頻率應滿足： Ft≥[fop]m (4-4) 式中，ft---極限啟動頻率， [fop]m---要求步進電動機最高啟動頻率。 4.2步進電動機的選折 4.2.1 CA6140縱向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq= =308.35 Ncm 為滿足最小步距要求，電動機選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm= =356.06 Ncm 步進電動機最

51、高工作頻率： fmax= =3333.3 HZ 綜合考慮，查步進電機技術數(shù)據(jù)表選用90BF002型直流電動機，能滿足使用要求。 4.2.2 CA6140橫向進給系統(tǒng)步進電機的確定 Mq= =63.3 Ncm 電動機仍選用三相六拍工作方式，查表知： Mq/Mjm=0.866 所以步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Mjm為： Mjm= =73.09 Ncm 步進電動機最高工作頻率： fmax= =3333.3 HZ 為了便于設計和采購，仍選用90BF002型直流電動機，能滿足使用要求。 5．主軸交流伺服電機 5.1 機床主運動電機的確定 伺服電動機是根據(jù)負載條件來選

52、取的。加在電動機軸上的負載主要有兩種：負載轉(zhuǎn)矩和負載慣量，其中負載轉(zhuǎn)矩包括切削轉(zhuǎn)矩和摩擦轉(zhuǎn)矩。負載轉(zhuǎn)矩應小于所選擇電動機的額定轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩與加速轉(zhuǎn)矩之和應等于所選擇電動機的最大轉(zhuǎn)矩。 加速轉(zhuǎn)矩應考慮負載慣量和電動機慣量的匹配，同時還應考慮連續(xù)過載時間在所選電動機的允許范圍內(nèi)，負載快速運動時所需的電動機轉(zhuǎn)速應在電動機的最高轉(zhuǎn)速之內(nèi)。這樣可使電動機在機床的伺服系統(tǒng)中工作性能得以充分發(fā)揮。 5.2 主軸的變速范圍 主軸能實現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為變速范圍Rn, 即Rn=nmax/nmin,數(shù)控機床的工藝范圍寬，切削速度與刀具，工件直徑變化很大，所以主軸變速范圍很寬。 由于 Nma

53、x=1800 nmin=14 Nmax/nj=2nj/nmin （5-1） 則 nj= =113r/min 這里nj為電動機的額定轉(zhuǎn)速 該機床主軸要求的恒功率調(diào)速范圍Rn為： Rn=nmax/nj （5-2） =1800/113=15.9 主軸電機的功率是：7.5kw 5.3 初選主軸電機的型號 選主軸電機的型號為：SIMODRIVE系列交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)型號為1HP6167-4CB4，連續(xù)負載PH/KW=14.5，間歇負載（60%）/kw=17.5kw,短時負載（20min）/kw=19.25kw,額定負載n/r.min =5000，最大轉(zhuǎn)速nmax/r/min=800

54、0,額定轉(zhuǎn)矩277N.m,慣性矩0.206/kg.m 晶體管PWM變頻器型號為6SC6058-4AA02 5.4 主軸電機的校核 電動機恒功率調(diào)速范圍： Rn=nmax/nmin =8000/500 =16 所以所選電動機型號的調(diào)速范圍滿足主軸所要求的調(diào)速范圍。 6.微機控制系統(tǒng)硬件電路設計 6.1 控制系統(tǒng)的功能要求 （1）z向和x向進給伺服運動控制 （2）自動回轉(zhuǎn)刀架控制 （3）螺紋加工控制 （4）行程控制 （5）鍵盤及顯示 （6）面板管理 （7）其他功能：光電隔離、功率放大、報警、急停、復位。 6.2 硬件電路的組成： 數(shù)控車床硬件電路圖采用M

55、CS-51系列單片機組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下： （1）CPU采用8031芯片； （2）擴展程序存儲器2764兩片，6264一片； （3）擴展可編程接口芯片8155兩片； （4）地址鎖存器，譯碼器個一個； （5）鍵盤電路，顯示電路； （6）光電隔離電路，功率放大功率； （7）越程報警電路，急停電路，復位電路； （8）面板管理電路。 6.3 設計說明 （1）CPU采用8031芯片，由于片內(nèi)無程序存儲器，數(shù)據(jù)存儲器也只有128字節(jié)，因此，擴展外部程序存儲器2764兩片（16KB），數(shù)據(jù)存儲器6264（8KB）一片。8031的I/O口也不能滿足輸入輸出口的要

56、求，本系統(tǒng)也擴展了兩片8155可編程接口芯片。 （2）采用74LS138三--—八譯碼器的輸出作為片選信號。2764（1）、2764（2）、6264、8155（1）和8155（2）的片選信號分別接到譯碼器的Y0~Y4,74LS138的輸入A、B、C分別接8031的P2.5、P2.6、P2.7。 （3）由于2764和6264芯片都是8KB，需要13根地址線，A0~A7低8位接74LS373芯片的輸出。A8~A12接8031芯片的P2.0~P2.A，74LS373地址鎖存器在選通信號ALE在高電平時直接傳送8031P0口低8位地址，當ALE在高電平變低電平的下降沿時，低8位地址鎖存器，此時，P

57、0口可用來向片外傳送讀寫數(shù)據(jù)。 （4）接口芯片與外設的聯(lián)接及設計說明如下： 8155（2）PA.0~PA.7輸出的指令脈沖通過光電隔離電路和功率放大電路直接驅(qū)動縱向和橫向步進電機的共八相繞組。在本系統(tǒng)中采用軟件環(huán)形分配器方式，雖然運行速度慢一些，但可以省去兩個硬件環(huán)形分配器，電路比較簡單，由于步進電機的每一相繞組需和一個I/O接口相連，以便與控制寄存器中某一指定相位對應，因此，占用的I/O口數(shù)量較多。 8155（2）的PC.0~PC.5作為顯示器位選信號，顯示器的段選信號則由8031的P1.0~P1.7發(fā)出，8155的PB.0~PB.3是鍵盤掃描輸入。 行程限位報警信號+Z,-Z,+

58、X,-X分別通過8155（2）的PB.4,PB.5,PB.6,PB.7提出中斷請求，根據(jù)不同的中斷口可以直接識別行程的方向，此時相應的紅燈報警。 8155小的PC.0~PC..3接自動回轉(zhuǎn)刀架（四方刀架），自動回轉(zhuǎn)刀架需要換刀時，由PC.0~PC..3發(fā)出換位信號，經(jīng)交流控制箱控制刀架電機回轉(zhuǎn)，到達指定的刀位。刀架夾緊后，即發(fā)出回答信號，表示已完成換刀過程，可以進行切削加工。換刀回答信號經(jīng)8155（1）的PB.5輸入計算機，控制刀架開始進給。 8155（1）PA.0~PA.5接控制面板上的控制開關，設有編輯空運行、自動、手工（I）、手工（II）、回零等選著方式。 8155（1）PB.0~

59、PB.4接控制面板上的按鈕開關，設有啟動、暫停、單段運行、連續(xù)運行、急停等操作功能。 加工螺紋時，與車床主軸相連的光電脈沖發(fā)生器會發(fā)出螺紋加工信號和零位螺紋信號，螺紋加工信號送入8031的T0，通過設置不同的時間常數(shù)，可以改變主軸每轉(zhuǎn)時的縱向進給量，從而加工出不同螺距的螺紋，零位螺紋信號送入8155（1）的PB6,用來防止多次走刀時螺紋亂扣。 （5）系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼，各存儲器及I/O接口芯片地址編碼見表（5） （6）操作面板設計方案之一見圖（5） 芯片 接74LS138引腳 地址選擇線 片內(nèi)地址單元（字節(jié)） 地址編碼 2746（1） Y0 000X XXXX XX

60、XX XXXX 8K 0000H~1FFFH 2746（2） Y1 001X XXXX XXXX XXXX 8K 2000H~3FFFH 6264 Y2 010X XXXX XXXX XXXX 8K 4000H~5FFFH 8155（1） RAM Y3 0111 1110 XXXX XXXX 256 7E00H~7EFFH I/O Y3 0111 1111 1111 1XXX 6 7FF8H~7FFDH 8155（2） RAM Y4 1001 1110 XXXX XXXX 256 9E00H~9EFFH I/O Y4 1001 1

61、111 1111 1XXX 6 9FF8H~9FFDH 表(5)芯片地址編 7.安裝調(diào)整中應注意的問題 7.1滾珠絲杠副的特點 滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。這一發(fā)展的深刻意義如同滾動軸承對滑動軸承所帶來得改變一樣。滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設備、精密儀器、精密數(shù)控機床。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅(qū)動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。這些都取決于其具有以下幾個方面的優(yōu)良特性：在滾珠絲杠副中，自

62、由滾動的滾珠將力與運動在絲杠與螺母之間傳遞。這一傳動方式取代了傳統(tǒng)螺紋絲杠副的絲杠與螺母間直接作用方式，因而以極小滾動摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動摩擦。使?jié)L珠絲杠副傳動效率達到90%以上，整個傳動副的驅(qū)動力矩減少至滑動絲杠的1/3左右，發(fā)熱率也因此得以大幅降低。傳動效率高、 定位精度高、 傳動可逆性、 使用壽命長、同步性能好 7.2 滾珠絲杠螺母副的選擇 滾珠絲杠螺母副的制造精度要求高，加工工藝比較復雜。都是由專業(yè)工廠按系列化進行生產(chǎn)。因此在進行設備改造時，要按廠家生產(chǎn)標準進行選擇。選擇合適以后再決定被改造設備的其他相關部分的結構和尺寸。 7.3 滾珠絲杠螺母副的調(diào)整 利用螺母的

63、間隙調(diào)整裝置調(diào)整絲杠副間隙時，應使調(diào)整后產(chǎn)生的 預緊力為絲杠副最大負載的1 / 3為宜。在實際調(diào)整中，可以把車床處于最大工作負載，使絲杠內(nèi)部仍不產(chǎn)生間隙或者間隙量小于0.01mm，而且運轉(zhuǎn)靈活，并以此作為螺母間隙調(diào)整裝置預緊的判斷標準。 7.4 聯(lián)軸器的安裝： 傳動絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進行配做。這是因為同一聯(lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時，往往會引起軸線的直線度誤差增大，從而使安裝在絲杠上各零件間的同軸度誤差增大，產(chǎn)生傳動附加載荷，影響絲杠副的傳動性能。 7.5 主軸脈沖發(fā)生器的安裝： 主軸脈沖發(fā)生器的的引出軸按比例1：1無間隙柔性連接傳動，連接后應保證兩者都有很好的同步性，安裝中要注意主軸脈沖發(fā)生器是玻璃件，不能隨意敲打碰撞，使用中車床主軸轉(zhuǎn)速不能超過脈沖發(fā)生器的最