【文章內(nèi)容簡介】 進行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范 (OMAC、 OSACA、 OSEC)的研究和制定，世界 3 個最大的經(jīng)濟體在短期內(nèi)進行了幾乎相同的科學(xué)計劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個新的變革時期的來臨。我國在 2021 年也開始進行中國的 ONC 數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 數(shù)控標(biāo)準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 ISO6983 標(biāo)準，即采用 G， M 代碼描述如何加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準 ISO14649（ STEP－ NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準化。 STEPNC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先， STEPNC 提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念 中， NC 加工程序都集中在單個計算機上。而在新標(biāo)準下， NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEPNC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約 75％）、加工程序編制時間（約35％）和加工時間（約 50％）。 目前，歐美國家非常重視 STEPNC 的研究，歐洲發(fā)起了 STEPNC 的 IMS計劃（ ～ ）。參加這項計劃的有來自歐洲和日本的 20 個CAD/CAM/CAPP/CNC 用戶、廠商和學(xué)術(shù)機構(gòu)。美國的 STEP Tools 公司是全球南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件 的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模型 (Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 SIEMENS、 FIDIA 以及歐洲 OSACANC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機上進行了驗證。 CK6140數(shù)控車床主簡介 不同制造廠商制造的 CKA6140 數(shù)控車床選用 FANUC OTD， FANUC 0iMATE TC， FANUC 0iTA， FANUC 0iTB、安川 J50L、 SIEMENS 802D， FAGOR 8025T， FAGOR 8055T 等 世界知名公司的數(shù)控系統(tǒng)。本 次設(shè)計的 CKA6140 數(shù)控車床采用 FANUC 0iMATE數(shù)控裝置； FANUC通用 變頻器主軸變速； SVM120進給驅(qū)動裝置等數(shù)控系統(tǒng)。 該機床為萬能型通用產(chǎn)品。特別適合于軍工、汽車、拖拉機、冶金等行業(yè)的機械加工。主要承擔(dān)各種軸類及盤類零件的半精加工及精加工?？杉庸?nèi)、外圓柱面、錐面、車削螺紋、鏜孔、鉸孔以及各種曲線回轉(zhuǎn)體，可對工件可進行多次重復(fù)循環(huán)加工。 基本配置： （ 1）機床采用臥式平床身結(jié)構(gòu)，床身及床腿采用樹脂砂鑄造，時效處理，導(dǎo)軌采用高頻淬火，整體剛性強。 （ 2） 主傳動采用變頻電機，可實現(xiàn)手動三檔，檔內(nèi)無級調(diào)速。 （ 3）進給系統(tǒng)采用伺服電機，精密滾珠絲杠，高剛性精密復(fù)合軸承結(jié)構(gòu)。定位準確、傳動效率高。 （ 4）配置立式四工位刀架。 （ 5）配有獨立的集中潤滑器對床鞍及機床滑板進行自動潤滑。主軸箱配有獨立潤滑系統(tǒng)。 （ 6）機床配有獨立的冷卻系統(tǒng)。 （ 7）主控制系統(tǒng)為 FANUC 0iMATE。 （ 8）大孔徑主軸，其主軸通孔直徑Φ 60，能通過較大直徑的棒料。主軸扭矩大，剛性強，可強力切削。 （ 9）獨立放置的操縱箱可縱向滑移，便于操作者就近對刀，操縱箱面板采用觸 摸式按鍵，美觀可靠。 （ 10）配有內(nèi)冷卻，不抬起刀架更有利于加工工件及防止冷卻液飛濺。 （ 11）床鞍及滑板導(dǎo)軌結(jié)合面采用 “貼塑 ”處理，移動部件可實現(xiàn)微量進給，防止爬行。 南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第二章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理 數(shù)控車床組成 數(shù)控 車 床一般由輸入輸出設(shè)備、 CNC裝置（或稱 CNC 單元）、伺服單元、驅(qū)動裝置（或稱執(zhí)行機構(gòu)）、可編程控制器 PLC 及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量 反饋 裝置組成。 如下圖是 數(shù)控 車 床的組成框圖。 ⑴ 、機床本體 數(shù)控 機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、電 氣 回 路 輔 助 裝 置 PLC 主軸伺服單元 操 作 面 板 主軸驅(qū)動裝置 進給驅(qū)動裝置 測量反饋裝置 進給伺服單元 輸入 /輸出 設(shè) 備 計算機 數(shù) 控 裝 置 機 床 本 體 南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。 ⑵ 、 CNC 單元 CNC 單元是數(shù)控機床的核心， CNC 單元由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。 CNC 單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動 執(zhí)行部件作進給運動。 ⑶ 輸入 /輸出設(shè)備 輸入裝置將 各種 加工信息傳遞于計算機 的外部設(shè)備 。在數(shù)控機床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已 淘汰 ，后發(fā)展成 盒式磁帶，再發(fā)展成 鍵盤、磁盤等便攜式硬件 ， 極 大方便了信息輸入工作 ，現(xiàn)通 用 DNC 網(wǎng)絡(luò)通訊 串行通信的方式輸入。 輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。 ⑷ 伺服單元 伺服單元 由驅(qū)動器、驅(qū)動電機組成 ，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。對于步進電機來說，每一個脈沖信號使電機轉(zhuǎn)過一個角度，進而帶動機床移動部件移動一個微小距離。每個進給運動的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。 ⑸ 驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的機械連接部件驅(qū)動機床，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動， 最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應(yīng)，驅(qū)動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺 服電機等。 伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，CNC 裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。 ⑹ 可編程控制器 可編程控制器 (PC， Programmable Controller) 是一種以微處理器為基南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器 ( PLC， Programmable Logic Controller)。當(dāng) PLC 用于控制 機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器 ( PMC， Programmable Machine Controller )。 PLC 己成為數(shù)控機床不可缺少的控制裝置。 CNC 和 PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機床的控制。 ⑺ 測量反饋裝置 測量裝置也稱反饋元件， 包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給 CNC 裝置，供 CNC 裝置與指令值比較產(chǎn)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(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標(biāo)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(shù)參數(shù)： 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 :Φ 400mm。 拖板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 :Φ 200mm。 最大工件長度 : 1000mm。 最大車削長度 : 850mm。 主軸轉(zhuǎn)速范圍 (變頻 ): 40～ 1800r/min 可實現(xiàn)無級調(diào)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(zhuǎn)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(fù)定位精度 : X向 ， Z向 尾架套筒內(nèi)孔錐度 : 莫氏 5號 脈沖當(dāng)量： 最高加工精度： IT6 南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 表面粗糙度： 四工位 電動 刀架 刀桿截面尺寸： 25mm179。 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(qū)動系統(tǒng)，對主軸的控制，進給系統(tǒng)，各個坐標(biāo)軸的控制，包括各坐標(biāo)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(zhuǎn)實現(xiàn)主運動，并滿足數(shù)控車床主軸變速和換向的要求。 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(diào)速。 進給運動傳動 進給運動傳動是指機床上驅(qū)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(qū)動。 刀 架 傳動 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 潤滑系統(tǒng) CK6140 數(shù)控車床中的潤滑系統(tǒng)為對機床導(dǎo)軌、滾珠絲杠等的潤滑。潤滑南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 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(qū)動系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、強電控制部分等構(gòu)成。 CNC 主控制裝置以及伺服驅(qū)動裝置，采用日本 FANUC 公司的產(chǎn)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。 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?cè)萘浚?24KVA 滿載電流： 34A 南京工程學(xué)院康尼學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 電源總?cè)蹟嚯娏鳎?40A 防護等級： IP54 (2)機床電氣主要技術(shù)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(nèi)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(yīng)采用不小于 6mm2導(dǎo)電率高的銅線。保護地線還必須與機床所設(shè)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(yīng)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。 電網(wǎng)電壓：交流 380V(177。 10%) 電網(wǎng)頻率： 50Hz（177。 1Hz） 工作環(huán)境溫度： 5～ 40 度 相對濕度： 25176。時 80% （ 3）機床電氣的構(gòu)成 1）數(shù)控系統(tǒng) CNC 日本 FANUC 公司： FANUC Oi MATE 2）伺服驅(qū)動裝置及伺服電動機 X軸： β SVM120 伺服驅(qū)動裝置 aC12/2021 伺服電動機