c6140型的普通車床數控化改造方案之畢業設計-資料下載頁

　　

【正文】 性元件連接。采用柔性連接，在實現角位移傳遞的同時，有能吸收車床主軸的部分振動，從而使得車床主軸脈沖發生器轉動平穩，傳遞信號準確。車床的主軸轉速必須小于主軸脈沖發生器的最高允許轉速，以免損壞脈沖發生器。 控制類型的確定目前直接制造的數控機床大多采用閉環系統，此系統有檢測反饋裝置，定位精度高，可以達到 以上，但結構復雜，集成化要求高，成本高，調整和維修困難。采用開環系統，其加工精度有執行元件和傳動機構精度保證，定位精度可以達到 ,少數可以達到 ，結構簡單，維修方便。 安裝電動卡盤為了提高經濟型數控車床的加工效率，還可以考慮采用電動三爪自定心卡盤裝置。這種裝置也可與數控裝置的收發信號電路相配合，實現其自動夾緊、松開，提高加工過程的自動化程度。 傳動方面改造設計為了適應各種不同材料的加工及各種不同加工方法，要求改造后的 C6132 機床的主傳動系統要有較寬的轉速范圍及相應的輸出力矩。此外，由于主軸部件將直接裝夾刀具對工件進行切削，因而對加工質量及刀具壽命有很大的影響。所以對主傳動系統的要求很高。為了能高效的加工出高精度、低粗糙度的工件，必須要有一個具有良好性能的主傳動系統和一個具有高精度、高剛度、振動小、熱變形和噪聲均能滿足需要的主軸部件。（1）伺服系統的選擇以及數控機床對伺服驅動系統的要求數控機床的性能在很大的程度上取決于伺服驅動系統的性能，對伺服驅動系統的主要要求如下：① 進給調速范圍要寬調速范圍 Rn 是指機床要求伺服電動機提供的最高轉速 Nmax 和最低轉速 Nmin 之比，即Rn=Nmax／Nmin在各種數控機床中，由于加工選用刀具，被加工的材料及零件加工要求的不同，為保證 22在任何情況下都得到最佳切削條件，就要求進給驅動必須具有足夠寬的調速范脈沖當量為 l 的情況下，最先進的數控機床的進給速度從 0～24 m/s 連續可調．但對于一般的數控機床，要求進給驅動系統在 0～24m/s 進給速度下工作就足夠了。② 置精度要高使用數控機床主要是為了解決：1）保證加工質量的穩定性，一致性，減少廢品率：2）解決復雜曲面零件的加工問題：3）解決復雜零件的加工精度問題，縮短制造周期等．為了滿足這些要求，關鍵之一是保證數控機床的定位精度和加工精度，數控機床在加工免除了操作者的人為誤差，他是按規定的程序自動進行加工，不可能應付事先沒有預料到的情況．就是說，數控機床不能像普通機床那樣，可隨時用手動操作來調整和補償各種因素對加工精度的影響．因此，要求定位精度和輪廓切削精度能達到數控機床要求的指標。為此，在位置控制要求高的定位精度，如 l 甚至 。在速度控制中要求具有很高的定倫精度，和很強的抗干擾的能力，即要求工作穩定性要好。③ 速度響應要快，為了輪廓切削形狀精度和加工表面粗糙度，出了要求有較高的走位精度夕卜，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。一方面，要求過度過程時間要短，一般在 200 以內，甚至小于幾十秒；另一方面，要使過渡過程的前沿陡，上升率要大。 ④ 低速大轉矩；根據書空機床的加工特點夕大都在低速進行重切削，即在低速時進給驅動要有大的轉矩輸出。這種可是動力源盡量靠近機床的執行機構，使傳動裝置機械部分的結構簡化，系統剛性增加，傳動精度提高。 為了滿足上述四點要求，男給伺服驅動系統對執行元件伺服電動機也相應提出了很高的要求：高精度、快反應、快調速和大轉矩等。具體的要求是：1) 電動機從最底進給速度到最高進給速度范圍內都能平滑地運轉；轉矩波動要小，尤其在最底轉速時，如 或更底速時，能保持平穩的速度而無爬行現象。時間的過載能力，以滿足底速大轉矩的要求。為了滿足快速響應的要求，即隨時控制信號的變化，電動機應能在較短時間內完成必須的動作。反應速度的快慢直接影響系統的性能的好壞。因此，要求電動機必須具有較小的轉動慣量和大的制動轉矩，盡可能小的機電時間常數和啟動電壓。以上的加速度，才能保證電動機在 以內從靜止啟動到 1500 轉/分2)承受頻繁的啟動、制動和反轉。（2）伺服系統的組成 閉環伺服系統主要有以下幾個部分組成：① 微型計算機 它能接受輸入的加工程序和反饋信號，經系統軟件運行處理后，由輸出口送指令信號。 ② 驅動電路 接收微機發出的指令，并將輸入信號轉換成電壓信號，經過功率放大后，驅動電動機旋轉。轉速的大小由指令控制。若要實現恒速控制功能，驅動電路應能接收速度反饋信號，將反饋信號與微機的輸入信號進行比較，將差值信號作為控制信號，使電動機保持恒轉速轉動。③ 執行元件 可以是直流電動機、交流電動機，也可以是步進電動機。采用步進電動機通常是開環控制。 ．④ 傳動裝置 包括減速箱和滾珠絲杠等。⑤ 位置檢測元件及反饋電路 位置檢測元件有直線感應同步器，位置檢測元件檢測的位移信號是由反饋電路轉變成計算機能識別反饋信號送入計算機，山計算機進行比較后送出差值信號。⑥ 測速發電機及反饋電路 測速發電機實際是小型發電機，發電機兩端的電壓值和發電 23機的轉速成正比，因此，可將轉速的變化量轉變成電壓的變化量。除微型計算機外，其余部分稱為伺服驅動系統。（3）伺服系統的分類伺服系統有多種分類方法，簡述如下：① 按驅動方式分 可分為液壓伺服系統、氣動伺服系統和電氣伺服系統。② 按執行元件的類別分為 可分為支流電動機伺服系統、交流電動機伺服驅動系統和步進電動機伺服系統。③ 按輸出被控制量的性質分類 可分為位置伺服系統、速度伺服系統。數控機床的精度與其使用的伺服系統類型有關。步進電動機開環伺服系統的定位精度是 ～；對精度要求高的大型數控設備，通常采用交流或直流，閉環或半閉環伺服系統． 進給系統的改造 進給伺服系統C6140 型數控車床傳動部分改造，拆除原有機床的坐標軸的機械傳動機構，步進電動機經齒輪或齒形結構、減速驅動絲杠帶動刀架縱向和橫向進給采用減速機構來可達到所需要的脈沖當量，還可滿足結構要求和增大扭矩，在步進電動機的力矩足夠大，且結構許可的情況下，減小轉動慣量，減少產生定位誤差的環節?；窘Y構框圖如圖 3—9 所示：圖 3—9 伺服系統的基本結構框圖首先，伺服系統的高性能在很大的程度上決定了數控機床的高效率，高精度。因此，數控機床對進給系統的位置控制、速度控制、伺服電動機、機械方面有很高的要求。由于開環系統結構簡單，易于控制，單精度低，低速平穩性差，高速扭矩小，一般用于轉載，負載變化不大或經濟型數控機床上故選用開環伺服系統。其開環伺服系統結構示意圖如圖 3—10 所示： 圖 3—10 開環伺服系統結構示意圖 24 進給系統機械傳動部分改造C6140 車床的進給系統機械傳動部分改造主要有三點要求、傳動精度、系統的穩定性能和動態響應特性。為確保改造后的車床進給系統的傳動精度，系統的穩定性和動態響應特性。對驅動裝置機械結構總的要求是消除間隙減少摩擦，減少運動慣量，提高部件精度和剛度，具體措施是通常采用低摩擦的傳動副。如滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌、滾珠絲杠等。保證機械部件的精度，采用合理而恰當的預緊的支承，以提高傳動系統的剛度，選用最佳降速比，以提高機床的分辨率，并使系統折算到驅動軸上的慣性量減少；盡量消除傳動間隙，減少反向死壓誤差，提高機床位移精度。 進給系統的傳動該機床的縱向和橫向進給系統各由相應的步進電動機經齒輪變速箱帶動絲杠螺母副傳動，控制各步進電動機則可實現縱橫向進給，參考脈沖當量 毫米/脈沖及公式脈沖當量=θ/360IT 及步距角 θ=360/Zmk 則可選擇步進電動機的型號、參數、齒輪的傳動比及主要尺寸和滾珠絲杠的各項參數。 （具體的設計計算見第二章《縱橫向進給系統的設計計算》 ） 。通過給縱、橫兩個方向的步進電動機發脈沖，則可以控制機床工作臺的移動，實現零件的加工。 254 C6140車床數控化改造電氣部分改造設計 數控系統操作及參數說明超程保護：在 CNC 操作的過程中(主要是在控制機運動的狀態下)，一旦機床限位開關被壓下，則系統的當前狀態均無效，系統各個坐標軸的任何形式的移動包括自動，手動，點動，回機床參考點等均不能實現。屏幕上顯示報警信號，提醒操作者。此時，應按如下步驟進行處理：1. 先從當前操作狀態返回主屏（按鍵） ；2. 斷開機床限位信號。按下機床上的按鈕；3. 選擇鍵進入手動操作狀態；4. 以手動方式慢速移動刀架，反向離開限位開關，然后接通機床限位信號（放開關）至此，系統已恢復正常操作。注意：用手動方式移動坐標軸時，移動方向是退出限位開關方向。如果繼續沿原方向移動，將使機床機械部件相撞，造成不良后果。P0 波特率其值為 1～5,分別對應 1200,2400,4800,9600,HIGH.P1 機床接口設置P1 X X X X X X X X 8 7 6 5 4 3 2 18進入機床手動﹑自動等操作是否先要回機床參考點。0:是,1:否。7﹑6﹑5自動刀架工位數。000111 對應所用刀架的工位數(18)。4刀架編碼方式。0：采用非編碼式刀架；1：采用編碼式刀架。 263主軸調速方式。0：主軸采用 0～5V 模擬電壓調速。1：主軸采用 S1～S2 換檔調速。2主軸變頻接口方式。0：FWD（正傳信號） ，REV（反轉信號） 。1：RUN（啟動信號） ，CP（反轉信號） 。1步進電機驅動接口方式。0：CW（正傳脈沖） ，CCW（反轉脈沖） 。1：DIR（方向信號） ，CP（進給脈沖） 。P2 是齒隙補償。他擁有兩個軸的補償值即 X 軸和 Z 軸，用戶在設置時可選擇一個軸進行，然后再設置另一個軸。齒隙補償量的范圍從 ～。P3 是機床參考點坐標值。它同 P2 一樣擁有兩個軸的數值設置，可以進行設置。這個參數應根據機床的規格來設定，一旦設置好了，就不應在改動。P3 的每個軸的數值范圍為 1～9999mm。它決定了每次回零后對參考點的坐標值。P4 是系統點位速度。應根據所采用的步進電機的特性來確定這個參數，以獲得最佳效果。速度范圍為600～4900mm/min。P4 決定了 G00 的運動速度。P5 是刀架反轉等待時間。CNC 換刀過程是首先控制刀架正轉，當刀位信號來到時，再控制刀架反轉，反轉一段時間后再檢查反靠到位信號。這其中反轉時間的長短就是由參數 P5 控制。這一參數應根據刀架實際換刀速度來確定。其值范圍是 ～ 秒。P6 為主軸換向等待時間。主軸在高速轉動時，如需換向，則有一個降速過程，P6 參數就控制了這一換向等待的時間。與 P5 相似應根據實際的機床主軸情況來設置。參數值范圍為 ～ 秒。P7 是光電編碼器的每轉脈沖數。本系統中可選用 1200P 或 2400P 脈沖兩種類型的碼盤。 NIM9702數控系統接口I/O 信號插座分布如圖所示。P1：9 芯 D 型插座，接收來自于與主軸連接的光電編碼器反饋于數控系統的信號，該信號主要由于車削螺紋加工。 通訊接口P2：9 芯 D 型插座，用于數控系統與上位機進行數據交換。 軸﹑Z 軸及主軸控制接口P3：15 芯 D 型插座，數控系統根據控制指令發送到軸軸驅動模塊及主軸調速變頻器控制模擬量信號。P4：37 芯 D 型插座， 各類開關量輸入輸出信號。數控系統控制 CRT 顯示接口+5V 電源指示燈 24V 電源指示燈 27外部所提供 24V 電源指示燈在系統機箱的后面有一個三芯電源插座（包括火線、地線和零線） ，用于交流電源輸入。交流電源為 220V(177。10%)/50Hz 單相。電源從機床強電柜引出時應加隔離變壓器，其功率≥150VA。由于數控系統的要求，為使數控系統可靠工作，在斷電后需等三分鐘后方可重新啟動。另外，系統還具有主電源保險（220，2A） ，如果通電后 CRT 沒有顯示應檢查此保險。系統要求外部供給+5VDC(1A),+24VDC(1A)兩組直流電源，他們分別從 P3﹑P4 插座引入。在 NIM9702 系統中設置了一個主接地點，系統中的電器零部件都接在此主接地點上。此點與機床的主接地點相連時，應選用足夠粗的電纜使對地阻抗盡可能的小。整個機床