C6140普通車床的數(shù)控化改造

1、體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書總匯課題C6140普通機(jī)床得數(shù)控化改造蔣青松（第7組）級(jí)：112040205號(hào):11204020512業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)械工程學(xué)院2015年6月任務(wù)一:總體方案得確定總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)得運(yùn)動(dòng)方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)得類 型、數(shù)控系統(tǒng)CPU得選擇，以及進(jìn)給傳動(dòng)方式與執(zhí)行機(jī)構(gòu)得選擇等。1、普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)得功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成 連續(xù)控制型。2、普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度得前提下，應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本。 因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)得開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。3、根據(jù)技術(shù)指標(biāo)中

2、得最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)得經(jīng)濟(jì)性要求，決定選用MCS-51系列得8位單片機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng) 得CPU。MCS-51系列8位機(jī)具有功能多、速度快、抗干擾能力強(qiáng)、 性/價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。a4、根據(jù)系統(tǒng)得功能要求，需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等，還要 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得驅(qū)動(dòng)電源以及主軸電動(dòng)機(jī)得交流變頻器等。5、為了達(dá)到技術(shù)指標(biāo)中得速度與精度要求，縱、橫向得進(jìn)給傳動(dòng)應(yīng)選用摩擦力小、傳動(dòng)效率高得 滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動(dòng)間隙 提高傳動(dòng)剛度，滾珠絲杠得螺母應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)等。6計(jì)算選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，為了圓整脈沖當(dāng)量，可能需要減速齒輪副，

3、且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。:機(jī)械本體濾波現(xiàn)2-4檔變速;架：LD4B-CK6140型四傳感檢測(cè)系統(tǒng)螺紋編碼ZSF-6215-007CW-1024BZ3-5L型最大 電壓5接口執(zhí)行系統(tǒng)（主軸:YD系列7、5KW變級(jí) 多速三相異 步電動(dòng)機(jī),實(shí)功率放大AD滾珠絲杠原理框圖控制系統(tǒng)（8位得單片機(jī)AT89S5120+DSP)控制系統(tǒng)（8位得單片機(jī)AT89S5120+DSP)數(shù)控原理框圖三:問(wèn)題說(shuō)明1:連續(xù)控制系統(tǒng)：由于在銑削加工中，要求工作臺(tái)或刀具沿各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)有確定得函數(shù)關(guān)系,即刀具以給定得速度相對(duì)于工件沿加工路徑運(yùn)動(dòng)（因?yàn)辄c(diǎn)位控制系統(tǒng)要求工件相對(duì)于刀具運(yùn)動(dòng)過(guò)程不進(jìn)行切削）,所以選擇之;2:開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng):該改

4、造屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,加工精度要求不高,沒(méi)有加入反饋系統(tǒng),為了簡(jiǎn)化系統(tǒng),降低成本,所以選擇之。3:機(jī)床選擇X,Z兩軸聯(lián)動(dòng)。4:由于就是開(kāi)環(huán)控制,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用于普通數(shù)控機(jī)床,功能水平低。任務(wù).主傳動(dòng)系統(tǒng)（主軸驅(qū)動(dòng)+傳動(dòng)）方案設(shè)計(jì)1:機(jī)床主軸變速方式:數(shù)控機(jī)床需要自動(dòng)換刀、 自動(dòng)變速;且在切削不同直徑得階梯軸,曲線螺旋面與端面時(shí),需要切削直徑得變化,主軸必須通過(guò)自動(dòng)變速,以維持切削速度基本恒定。這些自動(dòng)變速又就是無(wú)級(jí)變速,以利于在 一定得調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想得切削速度,這樣有利于提高加工精度,又有利于提高切削效率:因此此次改造采用 分段無(wú)極變速 。目前,無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)與伺服主軸

5、系統(tǒng)兩種:由 于實(shí)際操作問(wèn)題,采用交流變頻主軸+交流主軸電機(jī) 。通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng) 主軸旋轉(zhuǎn),或通過(guò)帶傳動(dòng)與主軸箱內(nèi)得減速齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。由于 主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣,又可無(wú)級(jí)調(diào)速,使得主軸箱得結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。2:主傳動(dòng)系統(tǒng)方案:本次改造 保留原有得主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與變速操縱機(jī)構(gòu),這樣可減少機(jī)械改造得工作量。主軸采用三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),由變頻器進(jìn)行控制 。主軸得正反轉(zhuǎn)、停止以及變速,由指令控制經(jīng)過(guò)單片機(jī)輸出,進(jìn)而傳給變頻器 來(lái)控制電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)速以及方向，電機(jī)類型：YD系列7、5KW變級(jí)多速 三相異步電動(dòng)機(jī),實(shí)現(xiàn)2-4檔變速。對(duì)車床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí),驅(qū)動(dòng)器采用變頻器,保留舊車 床主軸箱齒輪變速換檔機(jī)構(gòu)

6、,只把主軸得正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)由原來(lái)得 機(jī)械控制改為變頻器控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)。變頻器得選配采用經(jīng)驗(yàn)法,主要 以車床得主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率、主軸速度等參數(shù),結(jié)合變頻器生產(chǎn)廠家 提供得產(chǎn)品目錄與參數(shù)來(lái)選擇,最終選配TD 2000型得變頻器 。3：螺紋車削功能得實(shí)現(xiàn)為了能夠準(zhǔn)確得加工螺紋工件,必須要安裝相應(yīng)得主軸編碼器,作為主軸位置信號(hào)得反饋元件,用來(lái)測(cè)量電機(jī)得轉(zhuǎn)速位移與轉(zhuǎn)向,采 用與主軸同步得光電脈沖發(fā)生器,另外,為了重復(fù)車削同一螺紋時(shí)不亂扣,編碼器還需每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)零位脈沖Z,同時(shí),根據(jù)輸出信號(hào)為數(shù)字量（任務(wù)一得控制系統(tǒng)已選為單片機(jī)）因此,本次選用ZSF-6215-007CW-1024BZ3-5L型號(hào)得螺紋

7、編碼器。PEPE主軸電路控制圖：主軸得正反轉(zhuǎn)、停止以及變速，由指令控制經(jīng)過(guò)單片機(jī)輸出，進(jìn)而 傳給變頻器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)速以及方向。二:進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 1：總體方案?jìng)鲃?dòng)原理圖SA-*SA.SA-*SA.2JO2JOSB+SB-SB+SB-15 1 1 1111A A ClCl譏I IL2 2柔性聯(lián)接,且車床主軸得最高轉(zhuǎn)速不允許超過(guò)編碼器得最高許用轉(zhuǎn)速。2:行程開(kāi)關(guān),用來(lái)限制進(jìn)給軸運(yùn)動(dòng)得位置或行程,使其按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng),起行程保護(hù)作用。其中X、Z軸各二個(gè),型號(hào)為L(zhǎng)X19系列中得LX19-001/111。安裝位置:安裝在進(jìn)給軸行程得極限位置,防止其超過(guò)行程運(yùn)行。任務(wù)四控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明一:控制器選用8位得AT89S51單片機(jī);二:人機(jī)聯(lián)系設(shè)備：配置FANUC系統(tǒng)得數(shù)控機(jī)床人機(jī)操作界面，主要包括三部分1、顯示器根據(jù)系統(tǒng)所處得狀態(tài)與操作命令得不同,顯示得信息可以就是正在編輯得程序、機(jī)床得加工狀態(tài)、機(jī)床坐標(biāo)軸得坐標(biāo)值、加工軌跡得圖形 仿真與故障報(bào)警信號(hào)等2、NC鍵盤:主要用于零件程序得編輯、參數(shù)輸入、MDI與系統(tǒng)管理 操作等3、機(jī)床操作面板:用于直接控制機(jī)床得動(dòng)作或加工過(guò)程,如啟動(dòng)/暫停零件程序得運(yùn)行、手動(dòng)進(jìn)給坐標(biāo)軸、調(diào)整進(jìn)給速度等功能主要包括以下幾個(gè)方面:(1)操作方式選擇鍵。如自動(dòng)、編輯、MDI