【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 普通車床數(shù)控改造 機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較 理想的狀態(tài)。 數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有諸多相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對(duì)局部加以改進(jìn)而成（那些受資金等條件限制，而將傳統(tǒng)機(jī)床改裝成建議數(shù)控機(jī)床的另當(dāng)別論）。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點(diǎn)，如剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動(dòng)面的摩擦阻力大及傳動(dòng)元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對(duì)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(shù)，特別是加工中心，無(wú)論是其支承部件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功 能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都已經(jīng)發(fā)生了很大變化，已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特機(jī)械結(jié)構(gòu)。因此，我們?cè)趯?duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控改造的過(guò)程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)盡可能地與數(shù)控機(jī)床相接近。 現(xiàn)以 CA6140 車床為例，說(shuō)明車床數(shù)控改造的方法。 2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造 CA6140 普通車床的數(shù)控改造涉及三個(gè)方面的內(nèi)容：一是機(jī)械傳動(dòng)鏈的改造；二是電氣控制系統(tǒng)的配置；三是系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)試。 因數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度、速度、摩擦磨損等方面較普通機(jī)床有更高的要求。所以我們必須對(duì)被改造機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度 等技術(shù)現(xiàn)狀作全面分析。 機(jī)械機(jī)構(gòu)的改造 主要任務(wù)確定 CA6140 車床主要用于對(duì)中小型周磊、盤類以及螺紋零件的加工，其數(shù)控改造后數(shù)控系統(tǒng)控制的對(duì)象主要有主軸正反轉(zhuǎn)控制、主軸變速；刀架的縱向和橫向進(jìn)給遠(yuǎn)動(dòng)控制，刀具的選擇控制， 4個(gè)刀位自動(dòng)換刀控制；冷卻泵、潤(rùn)滑泵的起停控制；脈沖編碼器的加裝等。 主要任務(wù)：拆掉手動(dòng)刀架，小托板裝上數(shù)控刀架；拆掉普通絲杠、光杠進(jìn)給四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；主軸后端增加一個(gè)光電編碼器，光電編碼器與車床主軸之間用彈性元件連接，通常采用波紋管聯(lián)軸器。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行簡(jiǎn)易數(shù)控改造，為了使改裝后的機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)保持必然的聯(lián)系，在主軸內(nèi)安裝一個(gè)與主軸同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器。它可以保證改造后的車床具備螺紋加工的功能。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的改造 對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，把原來(lái)的進(jìn)給變速傳動(dòng)裝置及操縱機(jī)構(gòu)全部拆除。每個(gè)方向的進(jìn)給傳動(dòng)都改由各自獨(dú)立的功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速齒輪直接與帶動(dòng)滑板移動(dòng)的絲杠連接，分別實(shí)現(xiàn)個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行各坐標(biāo)的控制。 （一） .絲杠 絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。 滾珠絲杠 螺母 副具有如下優(yōu)點(diǎn)： ①傳動(dòng)效率高 滾 珠摩擦的摩擦損失小，傳動(dòng)效率η =～ ，是普通滑動(dòng)絲杠的 34 倍（η =～ ）。 ②摩擦力小 因靜、動(dòng)摩擦因數(shù)小，因而傳動(dòng)靈敏、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低速不易爬行、隨動(dòng)精度和定位精度高。 ③可預(yù)緊 經(jīng)預(yù)緊后可消除軸向間隙。有助于定位精度和剛度提高，既使反向也沒(méi)有空行程，反向定位精度高，且傳動(dòng)平穩(wěn)。 ④有可逆性 因摩擦因數(shù)小，所以不僅可將旋轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)，也可將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絲杠可螺母既可作為主動(dòng)件，也可作為從動(dòng)件。 ⑤使用壽命長(zhǎng) 滾珠絲杠副采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，去滾道表面淬火 硬度達(dá) 6060HRC，表面粗糙度值小，而且是滾動(dòng)摩擦，故磨損很小、使用壽命長(zhǎng)。 改造時(shí)為滿足數(shù)控機(jī)床上較高精度零件加工，應(yīng)用滾珠絲杠螺母副替換原普通機(jī)床上的梯形絲杠螺母副 。 （二） .縱向進(jìn)給系統(tǒng)改造 縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)一對(duì)減速齒輪把動(dòng)力傳遞給滾珠絲杠，再由滾珠絲杠螺母副拖動(dòng)工作臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。原車床的進(jìn)給箱保留，滾珠絲杠左端仍然采用固定支承結(jié)構(gòu)，支撐軸通過(guò)套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，這種聯(lián)軸器用兩個(gè)互相垂直的錐銷將支撐軸與絲杠聯(lián)接起來(lái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，可防止被連接軸的位四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 移和偏斜帶來(lái)的裝配困難和附 和應(yīng)力。滾珠絲杠右端仍利用原有的滑動(dòng)軸承支撐座，通過(guò)一對(duì)深溝球軸承實(shí)現(xiàn)徑向支承，絲杠左端通過(guò)一對(duì)圓螺母實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊。因此縱向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支撐。實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。滾珠絲杠采用雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間隙，調(diào)整方便。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)消隙齒輪減速，減速器輸出軸用套筒聯(lián)軸器與絲杠聯(lián)接，固定銷防止減速器轉(zhuǎn)動(dòng)。 （三） .橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造 橫向滾珠絲杠的支承形式為一端固定，一端浮動(dòng)，三點(diǎn)支撐，實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。也通過(guò)雙螺母螺紋預(yù)緊方式消除絲杠和螺母間的間 隙，橫向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及減速器安裝在床鞍的后部，靠近操作者一端，布置一根支撐短軸通過(guò)套筒聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接起來(lái)。右端仍利用原支承橫向進(jìn)給絲杠的滑動(dòng)軸承支座作為徑向支承，對(duì)原支承作適當(dāng)改造，布置一對(duì)推力球軸承，以承受雙向軸向力。左端將原車床的懸掛結(jié)構(gòu)改為支承結(jié)構(gòu)，用一個(gè)連軸套和一個(gè)連接短軸把滾珠絲杠與減速器輸出軸連接起來(lái)，并通過(guò)一對(duì)圓螺母實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)絲杠的預(yù)拉伸和鎖緊，以提高其軸向剛度。螺母通過(guò)螺母座直接固定在中拖把上。 托板 托板是數(shù)控系統(tǒng)直接控制的對(duì)象。所有的點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制，以及被加工零件的最終 坐標(biāo)精度都將受到托板運(yùn)動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的直接影響。除對(duì)托板配件精度要求高外，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)到絲杠間的傳動(dòng)齒輪也要采用間隙消除結(jié)構(gòu)，才能滿足傳動(dòng)精度和靈敏度的要求。 機(jī)床導(dǎo)軌 為了使改造后的機(jī)床有較高的開(kāi)動(dòng)率和精度保持性，必須考慮機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。機(jī)床床身多采用普通鑄鐵，其摩擦系數(shù)較大。改造中，在對(duì)達(dá)不到預(yù)定要求的原機(jī)床導(dǎo)軌要進(jìn)行修磨、刮研，在上面貼上耐磨、吸振的聚四氟飛烯軟帶即可。 刀架的改造 拆除原手動(dòng)刀架后裝上 LD4 型自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，是普通機(jī)床數(shù)控改造方面的關(guān)鍵，具有重復(fù)定位精度高、工作剛性高、性能可靠、使用壽命長(zhǎng)以及工藝型能好等特點(diǎn)。刀架的定位過(guò)程如下：系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào) — 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) — 刀架上升四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 并轉(zhuǎn)位 — 刀架到位發(fā)出信號(hào) — 刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) — 初定位 — 精定位夾緊 — 刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) — 換刀應(yīng)答。刀架的到位信號(hào)由刀架定軸上端 4個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)和永久磁鐵檢測(cè)獲得。四個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)分別為四個(gè)刀位的位置，當(dāng)?shù)杜_(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)磁鐵一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定刀位時(shí)，通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)輸出到位信號(hào)。 坐標(biāo)系的建立 X、 Z 軸的限位和參考返回 電路 機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系 它是其它坐標(biāo)系（如工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系）的基準(zhǔn) CA6140 車床的坐標(biāo)原點(diǎn)， M 定在卡盤基座與主軸中心的交點(diǎn)上，數(shù)控系統(tǒng)是通過(guò)檢測(cè)參考點(diǎn)的具體位置來(lái)確定機(jī)床坐標(biāo)系的，我們選用兩個(gè)接進(jìn)開(kāi)關(guān)， X 軸方向與 Z 軸方向各安裝一個(gè)在床身上，用于建立參考點(diǎn)，當(dāng)移 動(dòng)刀架，兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)都有信號(hào)輸出時(shí)，刀架的當(dāng)前位置即為參考點(diǎn) R，測(cè)量 XR 及ZR，并將它們寫(xiě)入機(jī)床數(shù)據(jù) 34100（參考點(diǎn)位置值），即可在數(shù)控系統(tǒng)中建立機(jī)床坐標(biāo)系。 X， Z 軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏輯 經(jīng)過(guò)分析現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的限 位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負(fù)邏輯控制。其基本思路是：使用限位行程開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)沒(méi)有壓下 I/O點(diǎn)與 24V斷開(kāi)，機(jī)床限位。這種接法消除因線路開(kāi)路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。 采用負(fù)邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機(jī)床的可靠性和安全性。如果機(jī)床的電路采用傳統(tǒng)的繼點(diǎn)器，接觸器等元件實(shí)現(xiàn)邏輯功能則不宜采用負(fù)邏輯，因?yàn)樗麜?huì)導(dǎo)致部分繼電器，接觸器處于始終接觸狀態(tài)。這會(huì)造成損耗大，元件升溫，壽命縮短等問(wèn)題，并且元件間機(jī)械 接觸，還會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)等因素造成誤動(dòng)作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實(shí)現(xiàn)，不會(huì)出現(xiàn)以上問(wèn)題，本次數(shù)控改造使用的數(shù)控西門子 802D 數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件，硬件兩方面配合才能實(shí)現(xiàn)。 硬件連接 數(shù)控機(jī)床中 PLC 的輸入點(diǎn)有以下兩中連接方法，其原理是：當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)超程時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān) SQ1， SQ1 閉合 PLC 內(nèi)的光點(diǎn)歐合器件得點(diǎn)， PLC 認(rèn)為該點(diǎn)的邏輯值為“ 1”，信號(hào)有效， PLC 執(zhí)行相關(guān)操作。這種方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)+叢 4V 端子到 PLC 輸入點(diǎn)之間的線路接觸不良或開(kāi)路則會(huì)造成 SQ1 無(wú)效（即使SQ1 被 牙下閉合），而導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)大事故。負(fù)邏輯輸入的連接方法，信號(hào)輸