【文章內(nèi)容簡介】 削力的切向分力大約在2500左右，切削速度取90—250r/min，則知道 PC=2500120/60000=5kwP==考慮到空轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的功率損失，如各傳動件在空轉(zhuǎn)運行時的摩損功耗，傳動件的攪油和克服空氣阻力功率以及其其它動載荷的摩擦損耗等。CK6140數(shù)控車床床是中等規(guī)格數(shù)控車床，參照國內(nèi)外同類機床的電動機功率，考慮到數(shù)控機床變速范圍比較大，選用交流變頻電動機TLD12YVP112，額定轉(zhuǎn)矩60N?m 。主軸系統(tǒng)主要由主軸驅(qū)動裝置及主軸電動機組成。FANUC 0i Mate數(shù)控裝置提供了模擬主軸和串行主軸接口供用戶選擇。當(dāng)用戶選擇模擬主軸時，一般選用通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置；當(dāng)用戶選擇串行主軸時，F(xiàn)ANUC 0i Mate數(shù)控系統(tǒng)提供了SPM系列專用主軸驅(qū)動裝置。 本機床采用通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置。（1）變頻器的工作原理：變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。（2）變頻器的調(diào)速：基于調(diào)速方便、節(jié)能、運行可靠的優(yōu)點，變頻調(diào)速器已逐漸替代傳統(tǒng)的變極調(diào)速、電磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速方式。在推出PWM磁通矢量控制的變頻器數(shù)年后，1998年末又出現(xiàn)采用DTC控制技術(shù)的變頻器。ABB公司的ACS600系列是第一代采用DTC技術(shù)的變頻器，它能夠用開環(huán)方式對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進行準(zhǔn)確控制，而且動態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)已優(yōu)于PWM閉環(huán)控制指標(biāo)。直接轉(zhuǎn)矩控制以測量電機電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機模型的輸入。該模型每隔25μs產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通實際值，轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器將轉(zhuǎn)矩和磁通的實際值與轉(zhuǎn)矩和磁通的給定值進行比較，以確定最佳開關(guān)位置。由此可以看出它是通過對轉(zhuǎn)矩和磁通的測量，即刻調(diào)整逆變電路的開關(guān)狀態(tài)，進而調(diào)整電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，以達到精確控制的目的。本機床采用通用FANUC通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置。FANUC通用變頻器各端子功能如圖3－1所示。圖31 FANUC通用變頻器接線端子說明變頻器控制端子說明： STF：正轉(zhuǎn)啟動。當(dāng)STF信號ON時為正轉(zhuǎn)，OFF時為停止指令。 STR：反轉(zhuǎn)啟動。當(dāng)STR信號ON時為反轉(zhuǎn)，OFF時為停止指令。 RH、RM、RL：多段數(shù)選擇。可根據(jù)端子RH、RM、RL信號的短路組合，進行多段速度的選擇。根據(jù)輸入端子功能的選擇（—）可改變端子的功能。SD：接點（端子STF、STR、RH、RM、RL）輸入的公共端子。10：頻率設(shè)定用電源，DC5V，允許負(fù)荷電流為10mA。2：頻率設(shè)定（電壓信號）。輸入DC0~5V（0~10V）時，輸出成比例：輸入5V（10V）時，輸出為最高頻率。5V/“0—5V，0—10V選擇”進行。5：頻率設(shè)定公共輸入端。如圖32所示，采用三相交流380V電源供電；速度指令由0、L腳輸入(在數(shù)控車床上一般由數(shù)控裝置或PLC的模擬量輸出接口輸入)，指令電壓范圍是010V；主軸電動機的啟動/停止以及旋轉(zhuǎn)方向由繼電器KAKA2控制，當(dāng)KA1閉合時電動機正轉(zhuǎn)，當(dāng)KA2閉合時電動機反轉(zhuǎn)，若KAKA2同時都斷開或閉合則電動機停止，也可以定義為KA1控制電動機的啟動和停止，KA2控制電動機的旋轉(zhuǎn)方向。變頻器根據(jù)輸入的速度指令和運行狀態(tài)指令輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電壓，控制電動機旋轉(zhuǎn)。圖32變頻器主軸伺服驅(qū)動圖第四章CK6140數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)設(shè)計 機床進給伺服系統(tǒng)概述伺服控制系統(tǒng)是聯(lián)接數(shù)控系統(tǒng)與機床的樞紐，其性能是影響數(shù)控機床精度、穩(wěn)定性、可靠性、加工效率等方面的重要因素。機床進給伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)與機床進給機械傳動機構(gòu)兩大部分組成。對于數(shù)控機床伺服控制系統(tǒng)，按其反饋信號的有無，分為開環(huán)和閉環(huán)兩種位置控制方式。位置控制系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動器中的位置控制模塊、速度控制模塊、位置檢測及反饋控制等各部分組成。開環(huán)位置控制不需要位置檢測及反饋，閉環(huán)位置控制需要位置檢測及反饋。位置控制反饋能夠精確地控制機床運動部件的運動，快速而準(zhǔn)確地跟蹤指令運動。根據(jù)其位置檢測信號所取的位置不同，它又分為半閉環(huán)與全閉環(huán)兩種。所謂半閉環(huán)控制系統(tǒng)即采取的反饋檢測元件是與伺服電機同軸連接地旋轉(zhuǎn)編碼器，其直接與伺服電機轉(zhuǎn)子后部相連接，與伺服電機構(gòu)成一體。因為編碼器不能直接反映機床各個進給軸的實際位置，而是反映電機的旋轉(zhuǎn)速度和圈數(shù)。此種控制方式的機床其機械運動部分（如傳動絲杠和工作臺）的機械誤差沒有因反饋而獲得改善。但是對于這些機械誤差，可以在CNC系統(tǒng)中通過反向間隙補償和螺距誤差補償來大大減小，所以使用這種控制方式的機床也可達到很高的精度。對于全閉環(huán)系統(tǒng)需要采用直線位置檢測裝置，現(xiàn)在生產(chǎn)中多用光柵尺或磁尺作為全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置。 CK6140數(shù)控車床對伺服驅(qū)動進給系統(tǒng)的要求1．調(diào)速范圍要寬調(diào)速范圍是指進給電動機提供的最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速之比，即。在各種數(shù)控機床應(yīng)用中，由于加工用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及零件加工工藝要求不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進給驅(qū)動系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍（通常大于1：10000），尤其在低速（）時，要仍能平滑運動而無爬行現(xiàn)象，2．定位精度高使數(shù)控機床加工零件主要是為了保證加工質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，減少廢品率；就決復(fù)雜曲面零件的加工問題；解決復(fù)雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。因此，要求進給驅(qū)動系統(tǒng)具有較好的靜態(tài)特性和較高的剛度，從而達到較高的定位精度，以保證機床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差（，），同時進給驅(qū)動系統(tǒng)要有較好的動態(tài)性能，以保證機床具有較高的輪廓跟隨精度。3．有足夠的傳動剛性和較高的速度穩(wěn)定性4．快速響應(yīng)，無超調(diào)為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快。因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。5．低速大扭矩，過載能力強一般來說，在短時間內(nèi)可以過載46倍而不損壞。6．可靠性高要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠性高，工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾能力。 進給伺服系統(tǒng)的選型與控制原理進給伺服系統(tǒng)主要由各軸進給伺服驅(qū)動裝置及其伺服電動機組成。伺服驅(qū)動裝置接受從主控制單元發(fā)出的進給速度和位移指令信號，作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，驅(qū)動伺服電電動機，從而通過機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動機床的執(zhí)行部件實現(xiàn)精確的工作進給和快速移動。 FANUC的α系列伺服驅(qū)動裝置主要分為SVM、SVM—HV兩種，其中SVM型的一個驅(qū)動裝置最多可帶三個伺服軸，而SVM—HV型的一個單獨驅(qū)動裝置最多可帶兩個伺服軸。而且根據(jù)不同的CNC裝置使用不同的接口類型。FANUC伺服驅(qū)動裝置的型號參數(shù) 伺服驅(qū)動裝置的型號參數(shù)如下所示。 SVM口口／口／口 口 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ①型號 ②軸數(shù)，1：1軸伺服；2：2軸伺服；3：3軸伺服 ③第一軸最大電流； ④第二軸最大電流； ⑤第三軸最大電流； ⑥輸入電壓，“無”=200V，HV=400V。 伺服電機的選型FANUC 0i MATE系統(tǒng)是高性價比高可靠性的CNC系統(tǒng)，它可以配置 FANUC 公司的、C和β系列的伺服電機、一般來說 FANUC系統(tǒng)在選擇伺服電機時要計算負(fù)載力矩、負(fù)載慣量、加速力矩和最大切削力矩等因素，在計算的過程中綜合考慮伺服電機的性能參數(shù)是否滿足各因素來確定電機型號。圖 42所示為機床水平進給軸示意圖，機床工作臺的機械規(guī)格如表41所示。圖42 水平進給軸示意圖表41機床主要性能規(guī)格表規(guī)格項目符號單位X軸絲桿直徑Dbmm40絲桿長度Lbmm1000絲桿導(dǎo)程Pmm8減速比1機床加載的移動物質(zhì)量Wkgf7000由切削力引起的反推力Fckgf100鑲條鎖緊力fgkgf50由切削力矩引起的滑動表面上工作臺受到的力Fcfkgf30驅(qū)動系統(tǒng)效率η滑動表面摩擦系數(shù)μ第五章 CK6140數(shù)控車床輔助系統(tǒng)設(shè)計 CK6140數(shù)控車床輔助系統(tǒng)概述刀架傳動系統(tǒng)刀架運動是指實現(xiàn)刀架上刀架的轉(zhuǎn)動和刀架的開定位、定位與夾緊的運動，以實現(xiàn)刀具的自動轉(zhuǎn)換。刀架運動是由換刀交流電動機實現(xiàn)的。冷卻系統(tǒng)數(shù)控機床的冷卻系統(tǒng)主要包括用于在切削過程中的冷卻刀具和工件，同時也起沖屑作用，由冷卻泵實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)CK6140數(shù)控車床液壓系統(tǒng)主要進行主軸變速換擋，中心跟刀架電機排屑器 刀架傳動系統(tǒng)設(shè)計刀具自動交換裝置可分為兩種，即轉(zhuǎn)塔式和刀庫式。轉(zhuǎn)塔式刀具交換裝置又分為回轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔頭。回轉(zhuǎn)刀架主要應(yīng)用于數(shù)控車床和數(shù)控車削加工中心，轉(zhuǎn)塔頭主要應(yīng)用于數(shù)控鉆、鏜、銑床中。刀庫式刀具交換裝置又分為刀具與主軸之間直接換刀和用機械手配合刀具庫換刀。刀庫式刀具交換裝置廣泛應(yīng)用于各類加工中心中，刀具與主軸之間直接換刀與用機械手配合刀具庫換刀其主要區(qū)分在于刀庫的容量不同，用機械手配合刀具庫換刀裝置的容量較大，而刀具與主軸之間直接換刀的刀庫容量受限。它們只是機械運動的方式不同。刀庫的選擇主要根據(jù)機床加工工藝范圍和機床的特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型。CK6140數(shù)控車床，作為普通型數(shù)控車床根據(jù)其加工工藝選用四工位電動刀架。刀架的轉(zhuǎn)位控制數(shù)控程序中的T指令來控制刀架的旋轉(zhuǎn)。數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一 定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了車床的設(shè)計和制造技術(shù)水平，所以有如下要求： (1)轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全； (2)按最短線路就近選擇，轉(zhuǎn)位時間短； (3)重復(fù)定位精度高； (4)防水、防屑，密封性能優(yōu)良； (5)夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。CK6140數(shù)控車床電動刀架的選擇合理與否，直接關(guān)系到機床的加工效率與可靠性。因此在選型時應(yīng)進行最優(yōu)化選擇。本機床選擇德國SAUTER公司生產(chǎn)的4工位電動刀架有以下幾方面考慮。SAUTER刀架的精度高SAUTER刀架的定位精度為177。2μM，重復(fù)定位精度為177。（即：半徑100mm前提下，圓周上擺動的弧長值為：定位精度177。4，重復(fù)定位精度177。），其參數(shù)遠(yuǎn)低于國產(chǎn)與臺灣產(chǎn)刀塔。其精度完全可滿足加工高精度工件時的要求，有效減小了換刀動作給工件加工所帶來的誤差。使機床可進行高精度切削。SAUTER刀架換刀時間短SAUTER刀架換刀時間較國產(chǎn)刀塔的換刀時間有明顯優(yōu)勢，以4工位刀架為例，其兩刀位轉(zhuǎn)位角度為90度，～。如選用SAUTER刀架能有效縮短工件加工時間，提高機床加工節(jié)拍，提供用戶生產(chǎn)效率。SAUTER刀架鎖緊力矩大SAUTER刀架其鎖緊力矩可達到12000Nm，可有效提高機床加工時機床剛性和加工工件的表面光潔度。減小因刀具顫動給加工工件所造成的影響，如工件表面的振紋。電路分析： 當(dāng)過載情況發(fā)生時，過載保護器的脫扣器脫開，切斷刀架電機電源，使刀架電機立即停止運轉(zhuǎn)，以防止電機燒毀。正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)交流接觸器之間設(shè)計為互鎖保護，防止有兩接觸器同時吸合的情況發(fā)生。設(shè)計安裝三相滅弧器，以消除當(dāng)交流接觸器吸合與斷開時產(chǎn)生的電弧，以保護交流接觸器與刀架電機。電動刀架連接圖如圖51所示圖51 刀架正反轉(zhuǎn)電路如圖51我們可看出SAUTER電動刀架的電路設(shè)計并不復(fù)雜，在CK6140數(shù)控車床設(shè)計的過程中我們注意了以下幾點：注意1：過載保護器又稱過電流保護器，需依各類型刀架電機做適當(dāng)?shù)碾娏髦翟O(shè)，（設(shè)定值必須嚴(yán)格按照刀塔電機外罩的標(biāo)識設(shè)置）。當(dāng)過載情況發(fā)生時，過載保護器的脫扣器