【正文】 依照 CK6140數(shù)控車床的市場定位，本項目選擇了 FANUC 0iMATE數(shù)控系統(tǒng)。二者的主要區(qū)別在于，首先使用的電機不同；其次，軸數(shù)不同；第 三加工精度不同；第四 FANUC 0i有很多特殊功能可供 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 32頁 選擇，而 FANUC 0i mate則基本沒有。其中 FANUC數(shù)控系統(tǒng)有 0系列、 11系列等多個系列，而 FANUC 0系列應用最為廣泛。因此， CK6140 選用的數(shù)控系統(tǒng)首要應具有的優(yōu)點是高經(jīng)濟性也就是高性能價格比，其次此數(shù)控系統(tǒng)也應具有高度的通用性、比較豐富的數(shù)控功能、高可靠性、維修簡單方便、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊高集成度、操作方便易學等優(yōu)點。 圖 81 CNC 系統(tǒng)框圖 如圖 81 CNC 系統(tǒng)框圖，但各個系統(tǒng)廠商的 CNC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各有不同，但基本原理大體一樣。CNC 主要工作內(nèi)容為加工程序輸入、譯碼、刀具補償、進給速度處理、插補、位置控制、I/O 處理、顯示機床狀態(tài)和診斷。 主軸控制按鈕 依次為：主軸正轉(zhuǎn)、主軸停止、主軸反轉(zhuǎn) 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 31頁 第八章 控制系統(tǒng)設計 CK6140 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)選型 數(shù)控機床在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動地按給定的程序進行機械零件的加工。 主軸速率修調(diào) 將光標移至此旋鈕上后 ,通過點擊鼠標的左鍵或右鍵來調(diào)節(jié)主軸旋轉(zhuǎn)倍率。 手輪軸選擇 在手輪控制模式下選擇進給軸。 Z負方向按鈕 點擊該按鈕，機床將向 Z 負方向移動。 Y負方向按鈕 點擊該按鈕，機床將向 Y 負方向移 動。 X負方向按鈕 點擊該按鈕，機床將向 X 負方向移動。 急停按鈕 按下急停按鈕，使機床移動立即停止，并且所有的 輸出如主軸的轉(zhuǎn)動等都會關(guān)閉。 選擇停 此按鈕被按下后，“ M01”代碼有效。 空運行 點擊該按鈕后系統(tǒng)進入空運行狀態(tài)。 跳步 此按鈕被按下后，數(shù)控程序中的注釋符號“ /”有效。 進給保持 程序運行暫停，在程序運行過程中，按下此按鈕運行暫停。 斷開 關(guān)電源。 示教 本軟件不支持。 回零 旋鈕打至該位置后，機床處于回零模式。 手動 旋鈕打至該位置后，機床處于手動模式，連續(xù)移動。 自動 旋鈕打至該位置后，系統(tǒng)進入自動加工模式。 ALTER 替換鍵 編輯時在程序中光標指示位置替換字符。 ALTER 替換鍵 編輯時在程序中光標指示位置替換字符。 CAN 取消鍵 按下此鍵，刪除上一個輸入的字符或字母。 CUSTOM GRAPH 圖形顯示鍵 用于顯示宏程序界面和圖形顯示界面。 MESSAGE 信息鍵 用于顯示信息界面。 SYSTEM 系統(tǒng)鍵 用于顯示系統(tǒng)界面。 OFFSET SETTING 偏置 /設置鍵 用于顯示偏置 /設置（ SETTING）界面。 PROG 程序鍵 用于顯示程序界面。 FANUC 控制面板 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 28頁 軟件操作界面 英文標識 按鍵 用途說明 POS 位置鍵 用于顯示位置界面。 機床控制面板 機床控制面板上的各種功能鍵可執(zhí)行簡單的操作，直接控制機床的動作及加工過程 。 反復短時工作電動機保護用熱繼電器的選用 對于星形接法的電動機，采用三極熱繼電器即可；對于三角形接法的電動機，應采用帶斷相運轉(zhuǎn)保護裝置的熱繼電器 。交流接觸其的額定電流應不小于被控回路的額定電流。 接觸器的選型 交流接觸器是利用電磁線圈的吸力特性使觸頭閉合或斷開大電流電路，其可頻繁接通或斷開電機或其它負載。 保護：短路，若作過載保護，可靠性不高。當電路正常工作時，熔體應允許通過其額定電流而熔體不熔斷。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 26頁 熔斷器選 型 熔斷器由熔體（熔絲或熔片）和安裝熔體的熔管（或熔座）組成。 斷路器的選型 一般選型： 斷路器額定電壓≥線路額定電壓； 斷路器額定電流≥線路計算負荷電流； 斷路器脫扣器額定電流≥線路計算負荷電流； 斷路器極限通斷能力≥線路中最大短路電流； 線路末端單相對地短路電流不小于 倍的自動開關(guān)瞬時（或短延時）脫扣整定電流； 斷路器欠電壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓 。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 25頁 第六章 常用電器元件的選型 低壓電器選型的一般原則 低壓電器的額定電壓應不小于回路的工作電壓，即 Ue≥ Ug 低壓電器的額定電流應不小于回路的計算工作電流，即 Ie≥ Ig 設備的遮斷電流應不小于短路電流，即 Izh≥ Ich 熱穩(wěn)定保證值應不小于計算值 按回路起動情 況選擇低壓電器。液壓動力部分 采用回路圖方式表示，以表明不同功能元件之間的相互關(guān)系。輔助元件包括 油箱 、 濾油器 、油管及 管接頭 、密封圈、快換接頭、高壓球閥、 膠管 總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。 執(zhí)行元件 (如液壓缸 和 液壓馬達 )的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復運動或回轉(zhuǎn)運動。 動力元件的作用 是將 原動機 的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的 油泵 ，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。 電路分析： 當過載情況發(fā)生時，過載保護器的脫扣器脫開，切斷刀塔電機電源，使刀塔電機立即停 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 24頁 止運轉(zhuǎn)，以防止電機燒毀。到充分冷卻。 冷卻系統(tǒng)的設計 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。 注意 3：在控制刀架正、反轉(zhuǎn)運動時（不論自動或手動），我們在 PLC中設定一個監(jiān)視時間（約為 3 秒 )，超過此監(jiān)視時間，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)信號都必須為 OFF，以保護電機。因此在動力電源接通與斷開時極易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。 注意 2： SAUTER 刀架在做定位時，必須提供后轉(zhuǎn)向動作。 5)電 磁開關(guān)及過電流保護器的 1 3 56 之間是否有阻抗存在，造成三相電流不平衡。 3)電機各相之間阻抗是否正常（即三相阻抗大約相同）。具體說明如下： 1)三相電源電壓是否正確、是否缺相。當過載情況發(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。 設計安裝三相滅弧器，以消除當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。 電路分析： 當過載情況發(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。 SAUTER 刀架鎖緊力矩大 SAUTER 刀架其鎖緊力矩可達到 12021Nm，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。 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， SAUTER電動刀架換刀時間為 ～ ，而國產(chǎn) 4 工位刀塔換刀時間為 秒左右。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 。 4，重復定位精度177。 2μ M，重復定位精度為177。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。 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。 數(shù)控車床的刀架是車床的重要組成部分。 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 。它們只是機 械運動的方式不同。 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。 轉(zhuǎn)塔式刀具交換裝置又分為回轉(zhuǎn)刀架和轉(zhuǎn)塔頭。 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)。 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 mm 40 絲桿長度 mm 1000 絲桿導程 P mm 8 減速比 1 機床加載的移動物質(zhì)量 W kgf 7000 由切削力引起的反推力 kgf 100 鑲條鎖緊力 kgf 50 由切削 力矩引起的滑動表面上工作臺受到的力 kgf 30 驅(qū)動系統(tǒng)效率 η 滑動表面摩擦系數(shù) μ 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 21頁 第五章 CK6140 數(shù)控車床 輔助系統(tǒng)設計 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。 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載力 矩、負載慣量、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。 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。 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。 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。 5．低速大扭矩，過載能力強 一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi) ，在短時間內(nèi)可以過載 46倍而不損壞。 3．有足夠的傳動剛性和較高的速度穩(wěn)定性 4．快速響應，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特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快。 在各種數(shù)控機床應用中，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（如轉(zhuǎn)速小于 ）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 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 19頁 雜曲面零件的加工問題；解決復雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等。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。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。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。位置控制反饋能夠精確地控制機床運動部件的運動，快速而準確地跟蹤指令運動。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。 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。變頻器根據(jù)輸入的速度指令和運行狀態(tài)指令輸出相應頻率和幅值的交流電壓，控制電動機旋轉(zhuǎn)。 5：頻率設定公共輸入端。輸入 DC0~5V（ 0~10V）時，輸出成比例：輸入 5V（ 10V）時，輸出為最高頻率。 10：頻率設定用電源， DC5V，允許負荷電流為 10mA。根據(jù)輸入端子功能的選擇（ —）可改變端子的功能。 畢業(yè)設計用紙 共 46 頁 第 17頁 RH、 RM、 RL：多段數(shù)選擇。 STR：反轉(zhuǎn)啟動。 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。 本機床采用通用 FANUC 通用變頻器作為主軸驅(qū)動裝置。該模型每隔 25μ s 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。 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。