【導(dǎo)讀】數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了?，F(xiàn)代機(jī)械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度提高生產(chǎn)效率。但是，發(fā)展數(shù)控技術(shù)的最大障礙就是添置設(shè)備的初期投資大，這使許。多中小型企業(yè)難以承受。如果淘汰大量的普通機(jī)床，而去購買昂貴的數(shù)控機(jī)床，勢必造成巨。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造大有可為。機(jī)床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設(shè)計(jì)過程，較詳盡地。介紹了CA6140各個(gè)改造部分的設(shè)計(jì)。工作性能，能節(jié)約資金，縮短生產(chǎn)周期，是工廠進(jìn)行機(jī)械設(shè)備技術(shù)化改造的趨勢。應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。數(shù)控NC階段和計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC階段。前,采用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床已成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。控機(jī)床也是提高機(jī)床數(shù)控化率的另一條有效途徑。機(jī)床數(shù)控化改造的市場目前在

　　

【正文】 NNFF m === （ 362） 則 ? ? mNTTTT faq ???????? 9 5 7 7 0 a x ③快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T快： ?=+=+= NTTT 快 （ 363） ④最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T切 000f0f ?=++=++= NiPFTTTTTT X削切 （ 364） 由以上計(jì)算可以看出，快速空載起動(dòng)時(shí)所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T、快速移動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 快和最大切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T 切三種情況下，快速切削負(fù)載時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 T切最大。 所以，以此項(xiàng)作為校核電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，初選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍。步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系： m ax??jqTT ，則 mNTT j ?=== a x 切 （ 365） ⑤步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率： maxf HzVfp 11000δ601000 m a xm a x = == （ 366） 由以上選型及計(jì)算，最終選用 130BF001 型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其主要 參數(shù)如下表： 型號 相數(shù) 額定電壓/V 靜態(tài)電流/A 不距角 /(。 ) 保持轉(zhuǎn)矩/N。 m 空載起動(dòng)頻率 /Hz 空 載 運(yùn) 行頻率 /Hz 130BF001 5 80/120 10 根據(jù)《機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 130BF001 型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為 3000Hz，允許的最高空載運(yùn)行頻率為 16000Hz。所以，必須采用升降速控制和高低壓驅(qū)動(dòng)電路。 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 24 驅(qū)動(dòng)器的選擇 由 GSK980TA 數(shù)控裝置技術(shù)參數(shù)可知，它的驅(qū)動(dòng)器適配的裝置有： DF3A 系列三相反應(yīng) 式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 DY3B 系列三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、 DA98 系列交流伺服。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)要和數(shù)控系統(tǒng)及 X、 Z軸電動(dòng)機(jī)匹配的原則， X、 Z軸選用的是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，所以在這里應(yīng)選取 DF3A 系列三相反應(yīng)式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)系列的型號，選取 DF3A— 06 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器較合適。 （ 1） DF3A— 06 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)： 1）可靠性高。 2）低速性好。 3) 高速性能優(yōu)。輸入信號頻率不大于 250kHz（ 20細(xì)分時(shí)），輸入電流頻率可達(dá) 15kHz，由于采用單高壓（ 300V）恒流斬波、高速特性好，驅(qū) 動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的空載運(yùn)行最高速不低于 7000mm/min。 （ 4）使用面廣。輸入電流 3~12A 可調(diào)，可驅(qū)動(dòng) 90BF、 110BF、 130BF、 150BF步進(jìn)電機(jī)。 DY3B 系列三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器部分參數(shù)如下： CA6140 普通車床的數(shù)控改造 25 表 35DF3A— 06 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù) 本章節(jié)主要講述了數(shù)控化改造時(shí)，絲杠的選型，要求絲杠的類型以及絲杠的安裝和設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的介紹了在改造時(shí)應(yīng)做的工作。其次又介紹了伺服系統(tǒng)和伺服電機(jī)的選型，通過計(jì)算，設(shè)計(jì)，選出了合適的伺服電機(jī)，列舉了伺服電機(jī)的部分參數(shù)，為設(shè)計(jì)做了更好的說明。 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 26 四 CA6140 其他部分的改造特點(diǎn) 電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì) 一臺典型的數(shù)控機(jī)床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖所： 圖 41 電氣控制系統(tǒng) 在電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則： 1）最大限度地滿足生產(chǎn)機(jī)械對電氣控制的要求，這些生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)工藝要求是電氣控制設(shè)計(jì)的依據(jù)。 2）在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，設(shè)計(jì)方案力求簡單、經(jīng)濟(jì)，不適宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)，力求控制系統(tǒng)的簡單、使用與維修方便。 3）正確、合理地選用電氣元件，確?？刂葡到y(tǒng)的俄安全可靠地工 作，同時(shí)考慮技術(shù)進(jìn)步，造型美觀。 4）為適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇控制設(shè)備時(shí)，設(shè)備能力應(yīng)留有合適當(dāng)量。 CA6140 車床的控制系統(tǒng)主要由四個(gè)基本部分組成：主機(jī)部分、驅(qū)動(dòng)部分、控制部分、檢測和顯示部分。電氣改造中，電器元件可保留原機(jī)床中的變壓器、自動(dòng)斷路器、接觸器等，主要增加的電氣元件包括 X、 Z 軸驅(qū)動(dòng)器，電動(dòng)刀架控制器，以及必要的控制開關(guān)、繼電器等。改造后拆除原電控箱，原位安裝改造后的電控箱。 臥式車床的動(dòng)力控制系統(tǒng)一般是由三相異步電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。三相異步電機(jī)是由接觸器拉控制的。電氣控制線路一般應(yīng)由電源電 路、主電路、控制電路和 CNC控制回路等構(gòu)成。在改造中，選用 GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)配置了與該數(shù)控?cái)?shù)據(jù)輸入裝備 數(shù)控系統(tǒng)CNC 機(jī)床 電氣部分 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電氣硬件電路 接口 可編程序邏輯控制器 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 外部設(shè)備 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 27 系統(tǒng)配套的電源電路。電氣原理圖如下： 圖 42 主電路電氣原理圖 圖 43 控制電路原理圖 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì) （ 1）本刀架結(jié)構(gòu)圖如下： CA6140 普通車床的數(shù)控改造 28 圖 44 刀架結(jié)構(gòu)圖 此設(shè)計(jì)采用的是常州宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備廠 LD4— CK6132 立式轉(zhuǎn)位刀架，其大致尺寸如下圖。 表 45LD4— CK6132 立式轉(zhuǎn)位刀架參數(shù) 型號 L1 L2 L3 H1 H2 H3 Φ LD4— CK6132 360 226 152 174 70 38 13 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架工作原理： 微電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器至蝸桿副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母抬起刀架使定位用的端齒盤的上盤與下盤分離，隨即帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)到位。然后發(fā)出信號使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，完成刀架換位后，在進(jìn)行切削加工。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位、刀架壓緊。其工作原理如下圖： 1— 電動(dòng)機(jī) 2— 固定安裝絲杠 3— 安全離合器 4— 上刀架 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 29 主軸脈沖發(fā)生器的選用與安裝 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，它把機(jī)械角變 成電脈沖，是一種常用角位移傳感器。光電式脈沖編碼器根據(jù)編碼方式的不同，分為絕對式編碼盤和增量式編碼盤。絕對式編碼盤能夠直接給出對應(yīng)于每個(gè)角位置的二進(jìn)制數(shù)碼，便于計(jì)算機(jī)處理，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，光源壽命較短，而增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，壽命長等特點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用。因此，在改造設(shè)計(jì)中結(jié)合 GSK980TA 數(shù)控系統(tǒng)選用增量式編碼器。 主軸部位安裝主軸脈沖發(fā)生器 ,為保證脈沖發(fā)生器與主軸等速旋轉(zhuǎn) ,即主軸轉(zhuǎn)一周 ,主軸脈沖發(fā)生器也轉(zhuǎn)一周。 主軸脈沖發(fā)生器的安裝方式很重要。改裝時(shí) ,主軸傳動(dòng)必須經(jīng)過原有 CA6140車床主軸箱 中 58/58 和 33/33 兩級齒輪 (實(shí)現(xiàn) 1∶ 1)傳遞到原有 CA6140 車床的掛輪軸 X,拆除掛輪留出空間 ,安裝脈沖發(fā)生器 ,并用法蘭盤固定。 導(dǎo)軌副的改裝 對數(shù)控車床來說，導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外，還要有良好的耐摩擦、磨損特性，并減少因摩擦阻力而致死區(qū)。同時(shí)要有足夠的剛度，以減少導(dǎo)軌變形對加工精度的影響，要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑。 普通車床導(dǎo)軌大多采用的是滑動(dòng)導(dǎo)軌，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)大，在使用一段時(shí)間后都會有不同程度的磨損，對機(jī)床傳動(dòng)精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對其進(jìn)行數(shù)控化改造的同時(shí) 必須針對機(jī)床導(dǎo)軌狀況進(jìn)行必要的檢修處理，改造后決定采用貼塑導(dǎo)軌，以減小導(dǎo)軌的摩擦力。 聯(lián)軸器的安裝 傳動(dòng)絲杠軸線上各聯(lián)軸套上的錐銷孔座按十字分布方式進(jìn)行配做。這是因?yàn)橥宦?lián)軸套上分布的錐孔都由同一方向加工時(shí)，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(dòng)附加載荷，影響絲杠副的傳動(dòng)性能。 本章主要介紹了在數(shù)控化改造時(shí)，對電氣部分和機(jī)械部分的改造，改造時(shí)完全按照設(shè)計(jì)說明的原則，盡量不改動(dòng)機(jī)床本體的要求。再次有說明了設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)刀架和主軸脈沖發(fā)生器的安裝導(dǎo)軌的改造和聯(lián)軸器 的安裝等，利用圖示，更清晰明了。 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 30 五 總結(jié) 在這次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)中 ，我感覺， 不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時(shí)候才是真的學(xué)會了 ， 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。 在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱相關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛 ，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我們充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次 畢業(yè) 設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 CA6140 普通車床的數(shù)控改造 31 致謝 我的論文終于定稿了，在辛苦了那么多個(gè)日夜以后，看著我的論文，心情頗為激動(dòng)。 能完成本次設(shè)計(jì)，更說明了我在大學(xué)中的成長。本課題在選題及研究過程中得到老師的悉心指導(dǎo)，為我畢業(yè)設(shè)計(jì) 指明了方向。在設(shè)計(jì)過程中，老師多次為我指點(diǎn)迷津，詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥，鼓勵(lì)我去面對困難。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，更教會了我對待問題的態(tài)度，雖然時(shí)間短暫，卻使我終生受益。 感謝河南工院和老師們對我三年細(xì)心的指導(dǎo)。在此，我要向諸位老師深深地致謝。感謝學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)輔導(dǎo)老師和同學(xué)們的指點(diǎn)。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成與他們的鼎力幫助是密不可分的。 最后，向所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助過我的人表示最衷心的謝意！ CA6140 普通車床的數(shù)控改造 32 參考文獻(xiàn) [1]于興芝主編 .機(jī)械設(shè)計(jì) [M]. 武漢理工大學(xué)出版社。 2020 [2]許廖主編 .電氣控制與 PLC[M].機(jī)械工業(yè)出版社。 2020 [3]羅永順 主編 .機(jī)床數(shù)控化改造實(shí)例 [M].機(jī)械工業(yè)出版社。 2020。 [4]田林紅 主編 .數(shù)控技術(shù) [M].鄭州大學(xué) 出版社。 2020。 [5]余英良主編 .機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例 [M].機(jī)械工業(yè)出版社。 1997。 [6]吳振彪主編 .機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo) [M].中國人民大學(xué)社。 2020。 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