【文章內容簡介】 成電信號反饋給 CNC 裝置，供 CNC裝置與指令值比較產生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。 數(shù)控車床工作原理 使用數(shù)控機床時，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規(guī) 定的代碼和格 式編寫成加工程序 。 然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。 CK6140數(shù)控車床的技術參數(shù)： 床身上最大工件回轉直徑 :Φ 400mm。 拖板上最大工件回轉直徑 :Φ 200mm。 最大工件長度 : 1000mm。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 10頁 最大車削長度 : 850mm。 主軸轉速范圍 (變頻 ): 40～ 1800r/min 可實現(xiàn)無級調速及恒線速切削。 主軸通孔直徑 :Φ 52mm。 X向行程： 220mm， Z向行程： 1000mm。 快速進給速度 X/Z: 6000/8000mm/min 每轉切削進給量 進給電機扭矩 (功率 ): X向 4Nm， Z向 6Nm 定位精度 (全程 )： X向 ， Z向 重復定位精度 :X向 ， Z向 尾架套筒內孔錐度 : 莫氏 5號 脈沖當量： 最高加工精度： IT6 表面粗糙度： 四工位電動刀架 刀桿截面尺寸： 25mm 25mm 主軸電動機 M1： 1000r/min 刀臺電動機 M2： 1500r/min 潤滑電動機 M3： 1400r/min 冷卻電動機 M4： 2900r/min 尾座套筒 壓緊力 90000N 尾座套筒直徑 85 尾座套筒行程 110 CK6140 數(shù)控車床運動分析 數(shù)控車床的運動系統(tǒng)包括，主軸驅動系統(tǒng)，對主軸的控制，進給系統(tǒng)，各個坐標軸的控制，包括各坐標軸伺服電機速度、位置控制，刀具庫（對于數(shù)控車床指電動刀架）、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等輔助功能的控制。 主運動傳動 數(shù)控車床的主運動傳動鏈 的兩端部件是主電動機與主軸，它的功能是把動力源（電動機）的運動及動力傳遞給主軸，使主軸帶動工件旋轉實現(xiàn)主運動，并滿足數(shù)控車床主軸變速和換向的要求。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 11頁 主運動傳動由交流主軸電動機配備變頻器實現(xiàn)無級變速調速。 進給運動傳動 進給運動傳動是指機床上驅動刀架實現(xiàn)縱向（ Z向）和橫向（ X向）運動的進給傳動，在 CK6140 車床上，各軸都由交流流伺服電動機直接驅動。 刀架傳動 刀架運動是指實現(xiàn)刀架上刀架的轉動和刀架的開定位、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 潤滑系統(tǒng) CK6140數(shù)控車床中的潤滑系統(tǒng)為對機床導軌、滾珠絲杠等的潤滑。潤滑形式有電動間歇潤滑泵和定量式集中潤滑泵。 尾座 數(shù)控車床尾座一般是在加工時對工件起輔助支撐作用，它由尾座體和尾座套筒兩部分組成。尾座體可在床身上移動和固定。尾座套筒前安裝頂針，套筒可以自動伸出和縮回，實現(xiàn)頂尖對工件的支撐作用。 CK6140 數(shù)控車床電氣系統(tǒng)簡述 CKA6140數(shù)控臥式車床的電氣控制系統(tǒng)是由 CNC主控制裝置、交流伺服驅動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、強電控制部分等構成。 CNC主控制裝置以及伺服驅動裝置，采用日本 FANUC公司的產品，使機床性能價格比十分優(yōu)越；主軸系統(tǒng)采用日本 FANUC變頻器主軸變速，方便靈活。機床電氣控制系統(tǒng)框圖如圖 21所示。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 12頁 圖 21 CK6140數(shù)控車床電氣控制系統(tǒng)框圖 (1)機床電氣容量及要求 電源總容量： 24KVA 滿載電流： 34A 電源總熔斷電流： 40A 防護等級 ： IP54 (2)機床電氣主要技術要求 機床供電電源要求采用三相四線制， 380V 50Hz交流電。三根相線（ Ll， L2， L3）和一根中性線 (N)均從電柜底部引入電氣柜內電盤上的主接線板 Ll， L2， L3 和 PE 端子上，出廠前 PE和 N端子已聯(lián)接，只要將供電電源中性線接在 PE端上即可。供電電源的電纜或電線的截面積應采用不小于 6mm2 導電率高的銅線。保護地線還必須與機床所設置的專用接地螺釘牢固、可靠地連接，接地電阻 R10Ω。如有三相五線制的用戶，應把供電電源引接在端子上，將接線板上的 PE和 N的連線分開，分別接在 五線制中的 PE和 N端子上。 （ 3）機床電氣的構成 1）數(shù)控系統(tǒng) CNC 日本 FANUC公司： FANUC Oi MATE 2）伺服驅動裝置及伺服電動機 X軸：β SVM120伺服驅動裝置 aC12/2021 伺服電動機 Z軸：β SVM120伺服驅動裝置 aC12/2021 伺服電動機 本伺服電動機配有絕對值編碼器，在加工過程中有斷電保護功能 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 13頁 X軸：理論最大進給速度 6000m/min。 Z軸：理論最大進給速度 8000m/min。 3）強電控制單元 主軸電動機 M1： 1000r/min 變頻電動機 刀臺電動機 M2： 1500r/min 潤滑電動機 M3： 1400r/min 冷卻電動機 M4： 2900r/min 控制變壓器 TC1：交流 380V/220V/24V/26V/28V 630VA。主要為控制回路和冷卻風扇提供 220V電源；為整流橋提供 26V交流電源；為穩(wěn)壓電源 GS1提供 220V交流輸入 穩(wěn)壓電源 GS1：為控制回路提供穩(wěn)定的 220V交流。 控制變壓器 TC2：交流 380V/220V 2200VA。主要為穩(wěn)壓電源 GS伺服驅動裝置和伺服電動機提 供 220V交流。 穩(wěn)壓電源 GS2：主要為 CNC裝置、 LCD/MDI、 I/O LINK、 PLC I/O、伺服驅動裝置等提供24V穩(wěn)定的直流電源。 接觸器構成該車床電氣輸出執(zhí)行元件；繼電器構成該車床電氣輸出放大元件；各種壓力開關、防護開關、腳踏開關、按鈕等構成該車床電氣輸入元件。 5）保護接地 本車床接地系統(tǒng)如圖 22所示 。 圖 22 CKA6150數(shù)控車床接地系統(tǒng) 電柜與車床接地線用 6mm2黃綠雙色線；電柜與其它部件接地線用 1～ 3mm2黃綠雙色線。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 14頁 第 三章 CK6140 數(shù)控車床主軸驅動系統(tǒng) 主軸驅動系統(tǒng)概述 主軸驅動系統(tǒng)包括主軸驅動裝置和主軸電動機。主軸驅動系統(tǒng)分為直流驅動系統(tǒng)和交流驅動系統(tǒng)。 目前數(shù)控機床的主軸驅動多采用交流主軸驅動系統(tǒng)即交流主軸電動機配備變頻器或主軸伺服驅動控制的方式。 本課題數(shù)控車床主軸驅動系統(tǒng)采用交流主軸電動機配備變頻器控制的方式。 主軸驅動部分是數(shù)控機床的大功率執(zhí)行機構，其功能是接受數(shù)控系統(tǒng)（ CNC）的 S 代碼速度指令及 M 代碼輔助功能指令，驅動主軸進行切削加工。在數(shù)控機床上，同樣由主軸夾持工件或刀具旋轉，直接參加表面成形運動。 主運動的最高與最低轉速、轉速范圍、傳遞功率和動力特性，決定了數(shù)控機床的切削加工效率和加工工藝能力。主軸組件的回轉精度、剛度、抗振性和熱變形，直接影響加工零件的尺寸、位置精度和表面質量。 主軸電動機選型的 一般要求 ： ，主軸必須具有一定的調速范圍，以保證加工時選用合理的切削用量，從而獲得最佳切削效率、加工精度和表面質量。調速范圍的指標，主要由各種加工工藝對主軸最低速與最高速的要求來確定。 ，能在整個速度范圍內均能提供切 削所需的功率或轉矩，特別是滿足機床強力切削時的要求。并且有一定的過載能力和較硬的調速機械特性，即在負載變化的情況下（如斷續(xù)切削時），電動機轉速波動較小。即要求在大力矩、強過載能力的基礎上實現(xiàn)寬范圍無級變速 。并具有足夠的剛度和抗振性，具在較好的熱穩(wěn)定性，即主軸的軸向和徑向尺寸隨溫度變化較小。 ，調速時運轉平穩(wěn)。對有的機床需同時能實現(xiàn)正反轉切削，則要求換向時均可進行自動加減速控制，即要求有四象限驅動能力。 主軸電動機選型 ： 查機電一體化手冊車削功 率在 58kw之間根據(jù)切削功率 PC與主傳動鏈的總效率η估算 ,即 P=c??。主傳動鏈的功率效率η =— ， 數(shù)控車床多采用調速電動機和較短的機械傳動鏈，效率較大，因此取 ? =,則估計 P在 ~。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 15頁 數(shù)控車床的加工范圍一般都比較大，切削功率 PC可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力 ZF PC=60000ZFV KW ZF 主切削力的切向分力， N； v 切削速度 N?? cm ； 查金屬切削手冊知，以硬質合金刀具車削合金結構鋼為例，數(shù)控車床有代表型的主切削力的切向分力 ZF 大約在 2500左右，切削速度取 90— 250r/min，則知道 PC=2500?120/60000=5kw P= c?? = 考慮到空轉運轉的功率損失，如各傳動件在空轉運行時的摩損功耗，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，參照國內外同類機床的電動機功率，此機床可以選取 的電動機，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，標稱功率 ，額定轉矩 60N? m 。 變頻器電動機主軸驅動裝置 主軸 系統(tǒng)主要由主軸驅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。當用戶選擇模擬主軸時，一般選用通用變頻器作為主軸驅動裝置；當用戶選擇串行主軸時， FANUC 0i Mate 數(shù)控系統(tǒng)提供了 SPM 系列專用主軸驅動裝置。 本機床采用通用變頻器作為主軸驅動裝置。 （ 1）變頻器的工作原理： 變頻器是利用電力半導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換成 直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、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。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 16頁 （ 2）變頻器的調速： 基于調速方便、節(jié)能、運行可靠的優(yōu)點，變頻調速器已逐漸替代傳統(tǒng)的變極調速、電磁調速和調壓調速方式。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 控制技術的變頻器。 ABB 公司的 ACS600系列是第一代采用 DTC技術的變頻器，它能夠用開環(huán)方式對轉速和轉矩進行準確控制，而且動態(tài)和靜態(tài)指標已優(yōu)于 PWM 閉環(huán)控制指標。直接轉矩控制以測量電機電流和直流電壓作為自適應電機模型的輸入。該模型每隔 25μ s 產生一組精確的轉矩和磁通實際值，轉矩比較器和磁通比較器將轉矩和磁通的實際值與轉矩和磁通的給定值進行比較，以確定最佳開關位置。由此可以看出它是通過對轉矩和磁通的測量，即刻調整逆變電路的開關狀態(tài)，進而調整電機的轉矩和磁通，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：正轉啟動。當 STF 信號 ON 時為正轉， OFF 時為停止指令。 STR：反轉啟動。當 STR 信號 ON 時為反轉， OFF 時為停止指令。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 17頁 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：頻率設定用電源， DC5V，允許負荷