普通車床數(shù)控化改造總體實(shí)施方案書方案設(shè)計(jì)書

1、普通車床數(shù)控化改造總體方案設(shè)計(jì)1.機(jī)械部分的改造設(shè)計(jì)ca6140 車床的主軸以及進(jìn)給系統(tǒng)都是由法蘭式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。普通車床 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)部分改造難度大、 成本高， 且精度提高有限，所以在改造此類機(jī)床時(shí)，搖臂鉆床 要選那些主軸各方面性能能滿足使用要求的。改造時(shí)， 保留原主軸系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度及效率也是數(shù)控機(jī)床性能的重要組成部分。原機(jī)床進(jìn)給箱為交換齒輪箱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反向間隙大、傳動(dòng)精度差。在改造過(guò)程中，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠，并裝有減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)可得到所需的減速比并增大驅(qū)動(dòng)力矩。普通車床原機(jī)床是用滑動(dòng)絲杠，傳動(dòng)誤差大， 因此在數(shù)控化

2、改造中將其更換為滾珠絲杠。滾珠絲杠的傳動(dòng)效率高、無(wú)爬行、預(yù)緊后可消除反向間隙、精度高。改造后ca6140 車床的橫向、縱向傳動(dòng)方式為：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一消隙齒輪一滾珠絲杠螺母副一工作臺(tái)的傳動(dòng)方式。ca6140車床垂直方向的傳動(dòng)方式為：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一圓錐齒輪一滾珠絲杠螺母副一工作臺(tái)。同時(shí)， 垂直方向還應(yīng)考慮滾珠絲杠的自鎖，采用超越離合器的自動(dòng)平衡裝置實(shí)現(xiàn)自鎖。ca6140 車床的導(dǎo)軌是采用鑄鐵-鑄鐵或鑄鐵 淬火鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌，其靜摩擦因數(shù)大，搖臂鉆床動(dòng)、靜摩擦因數(shù)相差較大，低速時(shí)易出現(xiàn)爬行，力矩?fù)p失大，影響運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和定位精度。若是將導(dǎo)軌改造成滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，工藝復(fù)雜、費(fèi)用大、周期長(zhǎng)；所以在對(duì)ca61

3、40 車床改造時(shí)采用在普通車床原導(dǎo)軌上粘接聚四氟乙烯軟帶的方法。聚四氟乙烯軟帶是以聚四氟乙烯樹脂為基材與耐磨填充料復(fù)合后，在常溫下用模壓法成型燒結(jié)、車削和活化處理制得。其特點(diǎn)是摩擦因數(shù)低，抗磨損，靜、動(dòng)摩擦因數(shù)差值小，定位準(zhǔn)確，防振消聲運(yùn)行平穩(wěn)， 低能耗， 具有耐老化和足夠的力學(xué)性能，對(duì)提高機(jī)械加工精度、延長(zhǎng)導(dǎo)軌副使用壽命也有一定的作用。這種方法比較方便，費(fèi)用低，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)相差小，耐磨性和抗咬傷力強(qiáng)，具有良好的自潤(rùn)滑和抗振性，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)無(wú)爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。2伺服系統(tǒng)的改造、選型ca6140 的原調(diào)速方法是靠交換齒輪調(diào)速、人工手動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)伺服調(diào)速。搖臂鉆床改造后需實(shí)現(xiàn)數(shù)控?zé)o級(jí)調(diào)速，必須使用與數(shù)

4、控系統(tǒng)配對(duì)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)進(jìn)給脈沖指令輸入驅(qū)動(dòng)裝置， 普通車床經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此， 在改造過(guò)程中要根據(jù)所選的電動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)選擇合適的伺服系統(tǒng)。在驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置中，直流伺服電動(dòng)機(jī)的價(jià)格昂貴，在普通機(jī)床的數(shù)控化改造中一般采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)步距誤差自動(dòng)變?yōu)榱?，能方便地?shí)現(xiàn)調(diào)速及定位，改變各相繞組的接通次序即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。在ca6140 車床數(shù)控化改造中，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。3電氣系統(tǒng)的改造、選型原機(jī)床的電氣電路比較分散，電氣元件使用時(shí)間也較長(zhǎng)，老化現(xiàn)象嚴(yán)重，故障幾率大，會(huì)影響加工穩(wěn)定性。 且改造

5、后需要增加伺服電動(dòng)機(jī)、普通車床驅(qū)動(dòng)器及數(shù)控系統(tǒng)的電氣連接。把機(jī)床中原控制電路拆掉，采用以數(shù)控裝置內(nèi)置PLC 為主的現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)，搖臂鉆床用軟件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以省去大量的控制電器及線路連接。數(shù)控機(jī)床的主軸、冷卻、橫向、縱向、 垂直方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等需系統(tǒng)自動(dòng)控制，為此需設(shè)計(jì)強(qiáng)電控制電路。電器元件可保留使用原機(jī)床中的變壓器、自動(dòng)斷路器等。 把所需控制的部件與數(shù)控裝置連接好，拆除原電控箱，原位安裝改造后的電控箱；改造后的元件都裝在電控箱里。4數(shù)控系統(tǒng)選型數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心。它的主要功能是正確識(shí)別和解釋數(shù)控加工程序，對(duì)解釋結(jié)果進(jìn)行各種數(shù)據(jù)計(jì)算和邏輯判斷處理，完成各種輸入、 輸出任務(wù)。 普通車

6、床其形式可以是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的專用硬件數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置。在數(shù)控化改造中，應(yīng)該考慮成本問(wèn)題和舊機(jī)床本身具有的精度局限性，搖臂鉆床所以數(shù)控系統(tǒng)選型方面也要考慮成本問(wèn)題。銑床的數(shù)控化改造屬于經(jīng)濟(jì)型改造，一般選用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。從國(guó)外進(jìn)口的系統(tǒng)，雖然在穩(wěn)定性和加工精度方面有一定的優(yōu)勢(shì)，但價(jià)格昂貴、成本高。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主要的經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)有北京航天數(shù)控公司、華中數(shù)控設(shè)備有限公司、 廣州數(shù)控設(shè)備有限公司等生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)，普通車床它們的數(shù)控系統(tǒng)在性能上可以滿足本設(shè)計(jì)的使用要求，且價(jià)格合理。廣州數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GSK990MA 銑床數(shù)控系統(tǒng)為廣州數(shù)控設(shè)備有限公司自主研發(fā)的普及型銑床數(shù)控系統(tǒng)，

7、采用32 位高性能的 CPU 和超大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA ，搖臂鉆床實(shí)時(shí)控制和硬件插補(bǔ)技術(shù)保證了系統(tǒng)微米級(jí)精度下的高效率，可編輯的PLC 使邏輯控制功能更加靈活強(qiáng)大。由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，所以選用廣州數(shù)控GSK 的數(shù)控系統(tǒng)。普通車床數(shù)控改造方案（伺服）待改造設(shè)備明細(xì)：序號(hào)機(jī)床型號(hào)數(shù)量機(jī)床生產(chǎn)廠生產(chǎn)日期1C6150*15001沈陽(yáng)20022JIC616*13002濟(jì)南2004普通車床數(shù)控改造改造內(nèi)容及配置：1、 采用圣維 SWAI SKC2 Fa 數(shù)控車床系統(tǒng)對(duì)該機(jī)床進(jìn)行改造，交流伺服電機(jī)采用國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)，交流伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、 取消原機(jī)床前刀架及相關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，僅對(duì)原機(jī)床后

8、刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控改造。3、 采用四度電機(jī) +彈性聯(lián)軸器 +滾珠絲杠副的傳動(dòng)方式。4、 曾裝軸承座、螺母座、電機(jī)座等相關(guān)零部件。5、 增裝 X 、Z 行程開關(guān)及相關(guān)附件。6、 增裝 Z 向?qū)к壏雷o(hù)裝置。7、 電氣控制柜安裝，操作箱安裝在電控柜上方(根據(jù)實(shí)際情況確定是否增加支臂)。8、 增加機(jī)床潤(rùn)滑控制方式及手動(dòng)潤(rùn)滑泵、數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸啟、?？刂?，冷卻泵啟、?？刂?。改造后機(jī)床進(jìn)給軸行程不低于原機(jī)床行程，幾何精度不低于改造前的精度。9、 改造后兩個(gè)進(jìn)給軸快速進(jìn)給速度為30005000mm/min( 視機(jī)床本身而定)。10、備貨周期為510天，現(xiàn)場(chǎng)改造及培訓(xùn)周期為57 天。圣維skc2Fa

9、數(shù)控系統(tǒng)配置及功能。普通車床數(shù)控改造主要特點(diǎn)1、采用高性能微處理器和基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA ）的專用數(shù)控電路，實(shí)現(xiàn)粗細(xì)高速插補(bǔ)。2、 液晶（ LCD ）圖文顯示、中文操作菜單、友好界面。3、 自動(dòng)升降速速控制?？膳浣涣魉欧?qū)動(dòng)器和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。4、 內(nèi)置電子齒輪。5、 位置反饋?zhàn)鴺?biāo)實(shí)時(shí)顯示。普通車床數(shù)控改造實(shí)現(xiàn)主要功能G 功能： 30 多種 G 代碼：各種循環(huán)（內(nèi)、外、端面、錐面、錐面、柱面、單頭、多頭螺紋循環(huán)、柱面、端面、錐面循環(huán)加工等） ；X 軸直徑、半徑編程；回起刀點(diǎn)位置校驗(yàn)；可實(shí)現(xiàn)恒線速切削。編輯功能：全屏幕編輯自動(dòng)功能：自動(dòng)執(zhí)行加工程序；自動(dòng)過(guò)程中可以暫停、斷停、速度倍率修調(diào)、

10、調(diào)整主轉(zhuǎn)速；空運(yùn)行；斷點(diǎn)等。手動(dòng)功能：手動(dòng)連續(xù)運(yùn)行；手動(dòng)增量；手脈進(jìn)給（選件）；手動(dòng)回參考點(diǎn)；手動(dòng)回機(jī)零點(diǎn)；手動(dòng)換到等。主軸功能 ：“有極調(diào)速”：SOS13;“無(wú)極調(diào)速”： SOS9999。刀具功能：可控 4-12 工位刀架； 12 組刀補(bǔ)值；定點(diǎn)對(duì)刀、試切對(duì)刀生成刀補(bǔ)，具有具長(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償，螺距誤差補(bǔ)償，反向間隙補(bǔ)償?shù)?。輔助功能：手動(dòng)、自動(dòng)控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止；手動(dòng)、自動(dòng)控制冷卻液；自動(dòng)控制夾具；子程序調(diào)用及子程序 循環(huán)調(diào)用；程序無(wú)條件轉(zhuǎn)移等。通訊功能： RS232 接口，可實(shí)現(xiàn)CNC 系統(tǒng)與 PC 及通訊。其他功能：監(jiān)控、報(bào)警功能、零件加工圖形顯示（直線、圓弧切削時(shí)顯示為整個(gè)圖形）普通

11、車床數(shù)控改造、調(diào)試及試加工事項(xiàng)：1、機(jī)床改造周期：從合同需方支付預(yù)付款到供方賬戶之日起20 個(gè)工作日，將機(jī)床改造的零件、系統(tǒng)發(fā)貨至需方現(xiàn)場(chǎng)。2、在改造工程中，若有部分零件需要在永和現(xiàn)場(chǎng)加工、大型的機(jī)床零部件拆卸與安裝等情況，請(qǐng)需方提供及時(shí)的支持與幫助。對(duì)于普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在考慮總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)遵循的原則是：在滿足設(shè)計(jì)要求的前途下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能的少，以降低成本。一、車床的數(shù)控改造1、數(shù)控機(jī)床工作原理及組成1）數(shù)控機(jī)床工作原理：數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變化、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、

12、速度和位移量以及其它如刀具選擇交換、工件夾緊松開和冷卻潤(rùn)滑的開、關(guān)等動(dòng)作， 使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格的按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。2）數(shù)控機(jī)床的組成：數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如下圖所示：2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)普通車床（ C618 ）的數(shù)控改造設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：總體方案的確定和驗(yàn)證、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)計(jì)算（包括縱向、橫向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算）、主運(yùn)動(dòng)自動(dòng)變速原理及改造后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)、機(jī)床調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)、電磁離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)C618 臥式車床進(jìn)行數(shù)控化改造，實(shí)現(xiàn)微機(jī)對(duì)車床

13、的數(shù)控化控制。利用微機(jī)對(duì)車床的縱向、 橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字控制，并要達(dá)到縱向最小運(yùn)動(dòng)單位為0.01/脈沖，橫向最小運(yùn)動(dòng)單位0.005/脈沖，主運(yùn)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，刀架要改造成自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架，要能自動(dòng)的切削螺紋。3、數(shù)控部分的設(shè)計(jì)改造1）數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為：點(diǎn)位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。點(diǎn)位控制系統(tǒng)只要求控制刀具從一點(diǎn)移到另外一點(diǎn)的位置，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)軌跡原則上不加控制。連續(xù)控制系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制。由于 C618 車床要加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用連續(xù)控制系統(tǒng)。2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)按有

14、無(wú)位置檢測(cè)和反饋可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。閉環(huán)控制方案的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到和好的機(jī)床精度，能補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的各種誤差，消除間隙、干擾等對(duì)加工精度的影響。但他結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、調(diào)式和維修困難、造價(jià)高。半閉環(huán)控制系統(tǒng)由于調(diào)速范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，又采用反饋控制，因此性能遠(yuǎn)優(yōu)于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制系統(tǒng)。但是，采用半閉環(huán)控制其調(diào)式比開環(huán)要復(fù)雜，設(shè)計(jì)上也要有其自身的特點(diǎn)，技術(shù)難度較大。開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有位置控制器及反饋線路，因此開環(huán)系統(tǒng)的精度較差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 易于調(diào)整，所以常用于精度要求不高的場(chǎng)合。經(jīng)過(guò)上序比較，由于所改造的C618 車床的目標(biāo)加工精度要求不高，所以決

15、定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)都是由硬件和軟件兩部分組成，硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。數(shù)控裝置的設(shè)計(jì)方案通常有：可以全部自己設(shè)計(jì)制作可以采用單板機(jī)或STD 模塊或工控機(jī)改制可以選用現(xiàn)成的數(shù)控裝置作少量的適應(yīng)化改動(dòng)在普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造中，由于第一種設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)且不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)質(zhì)量也難于保證。第二種則更加不經(jīng)濟(jì)。所以不課程設(shè)計(jì)將采取第三鐘方案。4、機(jī)械改造部分的設(shè)計(jì)1）主傳動(dòng)部分的改造設(shè)計(jì)將原機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)換成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，無(wú)級(jí)調(diào)速部分由變頻器控制。將原機(jī)床的主軸手動(dòng)變速換成有電磁離合器控制的主軸變速機(jī)構(gòu)。改造后使其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)

16、動(dòng)分離，主軸電動(dòng)機(jī)的作用只是帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。2）進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造將原機(jī)床的掛輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)給箱、溜板箱、滑動(dòng)絲杠、光杠等全部拆除。縱向、橫向進(jìn)給以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件經(jīng)一級(jí)齒輪減速后，由滾珠絲杠傳動(dòng)。3）其它部件的改造刀架部分：拆除原手動(dòng)刀架和小拖板，安裝由微機(jī)控制的四工位電動(dòng)機(jī)刀架，該刀架具有重復(fù)定位精度高、剛性好、使用壽命長(zhǎng)、工藝性好等優(yōu)點(diǎn)。二、可行性論證根據(jù)自動(dòng)化制造系統(tǒng)，可行性論證使用戶建造自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目前所進(jìn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告， 是上級(jí)主管部門審定和批準(zhǔn)立項(xiàng)的基本依據(jù)。 同樣， 在進(jìn)行普通車床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造之前進(jìn)行合理的、科學(xué)的可行性論證是必要的。根據(jù)傳統(tǒng)的論證方法，普通車床的

17、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造的可行性論證應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行，即企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題分析，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，改造的基礎(chǔ)條件、目標(biāo)、技術(shù)方案、投資概算、效益分析，改造后車床的實(shí)施計(jì)劃，結(jié)論等。由于本設(shè)計(jì)僅作為大學(xué)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，故在此，設(shè)計(jì)者僅對(duì)改造的投資概算作一簡(jiǎn)要的可行性論證。本改造設(shè)計(jì)是對(duì)普通車床C618 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造。在改造設(shè)計(jì)中， 采用的是廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T型數(shù)控系統(tǒng)， 加上兩臺(tái)伺服電機(jī)，兩套滾珠絲杠副和相配的傳動(dòng)部分以及齒輪副， 一臺(tái)變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，四個(gè)電磁離合器以及主傳動(dòng)部分的齒輪副。這樣設(shè)備改造費(fèi)用和舊設(shè)備費(fèi)用總計(jì)不會(huì)超過(guò)15 萬(wàn)元。因此，對(duì)普通車床作經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造適合我國(guó)國(guó)情，是國(guó)內(nèi)企業(yè)提高車床的自動(dòng)化能力和精密程度的有效選擇。它具有一定的典型性和實(shí)用性。普通車床數(shù)控改造內(nèi)容及配置：1、采用圣維 SWAI SKC2 Fa 數(shù)控車床系統(tǒng)對(duì)該機(jī)床進(jìn)行改造，交流伺服電機(jī)采用國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)，交流伺服模塊采用圣維伺服模塊。2、取消原機(jī)床前刀架及相關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，僅對(duì)原機(jī)床后刀架進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)控改造。3、采用四度電機(jī) +彈性聯(lián)軸器 +滾珠絲杠